AH32 مقابل AH36 - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

AH32 و AH36 هما فولاذان هيكليان عاليان القوة يستخدمان على نطاق واسع في بناء السفن والتصنيع الثقيل. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً معضلة اختيار بين درجات أقل تكلفة وأسهل في التصنيع ودرجات أعلى قوة تسمح بأقسام أرق أو وزن أقل. تشمل سياقات القرار النموذجية الاختيار بين قابلية اللحام وسهولة التشكيل مقابل فوائد العائد الأعلى لتقليل سمك اللوحة، أو مقارنة تكلفة دورة الحياة عند النظر في حماية التآكل والإصلاحات.

التمييز العملي المركزي بين الاثنين هو أن AH36 محدد لتوفير قوة عائد دنيا أعلى من AH32، مما يمكّن من زيادة قدرة التحميل أو تقليل سمك القسم لنفس إجهاد التصميم. نظرًا لأن كلا الدرجتين مصممتان للتطبيقات الهيكلية البحرية، غالبًا ما يتم مقارنتهما عند تحسين صفائح الهيكل، وهياكل السطح، والدعامات، وأعضاء الهيكل الأساسية الأخرى.

1. المعايير والتسميات

• جمعيات التصنيف والهيئات المعايير التي تغطي عادةً درجات AH: ABS (المكتب الأمريكي للشحن)، DNV-GL / DNV، Lloyd’s Register، Bureau Veritas.
• المعايير الدولية والوطنية التي تشير إلى درجات بناء السفن المعادلة أو قواعد الفولاذ الهيكلي: ASTM A131 (فولاذ الهيكل السفلي)، ومواصفات وطنية مختلفة وبيانات الموردين. يمكن العثور على الفولاذ المعادل أو المماثل تحت أنظمة EN و JIS ولكن أسماء الدرجات الدقيقة تختلف.
• تصنيف المواد: AH32 و AH36 هما فولاذان هيكليان عاليان القوة منخفضا السبائك (HSLA) مخصصان لبناء السفن والبناء البحري (غير مقاوم للصدأ، غير فولاذ أدوات).

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تم تصميم عائلة AH لتحقيق توازن بين القوة والصلابة عند درجات حرارة الخدمة المنخفضة وقابلية اللحام. يتم استخدام السبائك الدقيقة (Ti، Nb، V) والإضافات المتحكم فيها من Mn و Si عادةً لإنتاج الخصائص الميكانيكية المستهدفة دون كربون مفرط.

جدول: نطاقات التركيب النموذجية (wt%) — دلالية وتمثيلية لممارسات المطاحن الشائعة؛ الحدود المضمونة الفعلية تحددها المواصفات أو جمعية التصنيف.

عنصر	AH32 (نطاق نموذجي)	AH36 (نطاق نموذجي)
C (كربون)	~0.10 – 0.20	~0.10 – 0.22
Mn (منغنيز)	~0.50 – 1.60	~0.50 – 1.60
Si (سيليكون)	~0.10 – 0.50	~0.10 – 0.50
P (فوسفور)	≤ ~0.035 (أقصى)	≤ ~0.035 (أقصى)
S (كبريت)	≤ ~0.035 (أقصى)	≤ ~0.035 (أقصى)
Cr (كروم)	trace – ~0.30	trace – ~0.30
Ni (نيكل)	trace – ~0.50	trace – ~0.50
Mo (موليبدينوم)	trace – ~0.10	trace – ~0.10
V (فاناديوم)	trace (سبائك دقيقة)	trace (سبائك دقيقة)
Nb (نيوبيم)	trace (سبائك دقيقة)	trace (سبائك دقيقة)
Ti (تيتانيوم)	trace (سبائك دقيقة)	trace (سبائك دقيقة)
B (بورون)	trace (أحيانًا)	trace (أحيانًا)
N (نيتروجين)	trace (~0.010–0.015)	trace (~0.010–0.015)

ملاحظات: - هذه النطاقات دلالية. تعتمد التركيب الدقيق على ممارسات المطاحن، والسمك، ومتطلبات المشتري، وقواعد جمعية التصنيف. - تحقق AH36 قوة عائد محددة أعلى عادةً من خلال التحكم الأكثر صرامة في المعالجة الحرارية/الميكانيكية، وفي بعض الحالات، اختلافات متواضعة في السبائك الدقيقة أو استراتيجية التبريد بدلاً من تغييرات كبيرة في محتوى الكربون.

كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - يزيد الكربون والمنغنيز من القوة وقابلية التصلب ولكن يمكن أن يقلل من قابلية اللحام والليونة إذا زادت بشكل مفرط. - تعمل عناصر السبائك الدقيقة (Nb، V، Ti) على تنقيح حجم الحبيبات وتوفير تقوية الترسيب، مما يمكّن من تحقيق عائد أعلى لمستويات كربون متواضعة—هذه هي الطريقة الرئيسية لتحقيق قوة أعلى دون خسائر كبيرة في الصلابة. - يمكن أن تحسن إضافات Si و Cu/Ni الأثرية مقاومة التآكل الجوي بشكل متواضع ويمكن أن تساعد في القوة عند دمجها مع TMCP (المعالجة الحرارية الميكانيكية المتحكم فيها).

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنية المجهرية النموذجية - AH32/AH36 المدلفن والمعتدل: تتكون بشكل أساسي من الفريت الناعم والبيرلايت مع فريت باينيت أو فريت إبرية مدخلة في أشكال منتجات TMCP. تهدف البنية المجهرية إلى الحفاظ على حبيبات فريتية ناعمة للحفاظ على الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة. - TMCP (المعالجة الحرارية الميكانيكية المتحكم فيها) تستخدم على نطاق واسع لإنتاج كلا الدرجتين بمستويات قوة أعلى مع الاحتفاظ بصلابة جيدة. تنتج TMCP فريت متعدد الأضلاع ناعم وتشتت ميزات باينيت/باينيت العلوي، وتشجع على نواة الفريت الإبرية في منطقة التأثير الحراري (HAZ) للحام.

استجابة المعالجة الحرارية - يتم عادةً توفير هذه الدرجات في الحالة المدلفنة؛ المعالجة الحرارية بعد اللحام غير شائعة للهياكل الكبيرة للسفن. - يمكن أن تعمل المعالجة المعتدلة (إعادة التسخين فوق A3 والتبريد في الهواء) على تنقيح الحبيبات الخشنة المدلفنة واستعادة الصلابة بعد المعالجة الثقيلة ولكنها لا تُنفذ عادةً على الألواح الكبيرة في الخدمة. - التبريد والتخمير ليست عمليات إنتاج/إصلاح قياسية لدرجات AH وعادة ما تُحتفظ لفئات الفولاذ عالية القوة المتخصصة؛ سيتغير التبريد والتخمير التصنيف واعتبارات هشاشة الهيدروجين/قابلية اللحام. - تسمح استراتيجيات TMCP والتبريد المعجل بزيادة العائد دون الحاجة إلى زيادة محتوى الكربون—هذه هي الطريقة الشائعة المستخدمة للوصول إلى مستويات أداء AH36.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: نطاقات الخصائص الميكانيكية النموذجية (دلالية؛ القيم المضمونة الدقيقة تحددها المواصفات، والسمك، والاختبار).

خاصية	AH32 (نموذجي)	AH36 (نموذجي)
قوة العائد الدنيا (ميغاباسكال)	~315 ميغاباسكال	~355 ميغاباسكال
قوة الشد (ميغاباسكال)	~430 – 570 ميغاباسكال	~460 – 610 ميغاباسكال
التمدد (A، % في 200 مم أو قياس محدد)	~20 – 22%	~18 – 22%
صلابة تأثير شارب (J)	محدد عند درجات حرارة منخفضة (مثل، -20 إلى -40 درجة مئوية)؛ يعتمد على السمك	محدد عند درجات حرارة منخفضة (مثل، -20 إلى -40 درجة مئوية)؛ قابل للمقارنة ولكن قد يتطلب التحكم في العملية
الصلابة (HB)	النطاق النموذجي يعتمد على الحالة؛ معتدل (أقل من الفولاذ المعالج بالتبريد)	أعلى قليلاً في المتوسط بسبب العائد الأعلى

التفسير: - يتم تحديد AH36 لعائد أدنى أعلى، مما يجعله الدرجة الأقوى من حيث حد التصميم المرن/اللدن ويمكّن من أقسام أرق أو قدرة تحميل أعلى. - يتم التحكم في الصلابة من خلال المعالجة والكيمياء؛ يمكن توفير كلا الدرجتين بخصائص تأثير جيدة عند درجات الحرارة المنخفضة، ولكن الأهداف الأعلى للقوة (AH36) تتطلب تحكمًا أكثر صرامة في الدرفلة والتبريد لتجنب فقدان الصلابة. - الليونة (التمدد) متشابهة في كلا الدرجتين، على الرغم من أن الألواح السميكة جدًا ومتطلبات العائد الأعلى يمكن أن تقلل من الليونة إذا لم تتم إدارة المعالجة.

5. قابلية اللحام

تتركز اعتبارات قابلية اللحام على المعادل الكربوني والسبائك الدقيقة. تفضل مستويات الكربون المنخفضة والسبائك المتحكم فيها اللحام؛ تزيد القابلية العالية للتصلب من خطر المارتنسيت في HAZ والتشقق البارد.

الصيغ الشائعة لقابلية اللحام (تفسير نوعي لفولاذ AH): - المعادل الكربوني (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (أكثر تفصيلاً): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - تم تصميم كل من AH32 و AH36 للحام؛ يتم الحفاظ على معادلات الكربون الخاصة بهم بشكل معتدل من خلال تحديد الكربون والتحكم في مستويات Mn/Cr/Ni. - قد تحتوي AH36، بسبب هدفها الأعلى للعائد/القوة، على معادل كربوني أو محتوى سبائك دقيقة أعلى قليلاً وبالتالي حساسية أكبر قليلاً لتصلب HAZ والتشقق الناتج عن الهيدروجين. قد يتطلب ذلك إجراءات أكثر حذرًا قبل وبعد اللحام (مثل التسخين المسبق، والتحكم في درجات الحرارة بين الطبقات، والتحكم في الهيدروجين) للأقسام السميكة. - عادةً ما تدير استخدام مواد استهلاكية منخفضة الهيدروجين، وتصميم المفاصل المناسب، والتحكم في القيود والتسخين المسبق مخاطر تشقق اللحام في كلا الدرجتين.

6. التآكل وحماية السطح

• لا AH32 ولا AH36 مقاومان للصدأ؛ يتم تحقيق حماية التآكل الجوي أو مياه البحر من خلال الطلاءات، والحماية الكاثودية، أو تغليفات مقاومة التآكل المعدنية.
• أنظمة الحماية النموذجية: برايمرات غنية بالزنك، وطلاءات إيبوكسي وبولي يوريثان، والتغليف بالغمس الساخن (للمكونات الصغيرة)، وطلاءات بحرية متخصصة للهياكل.
• PREN (عدد مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات الكربونية لأن PREN مصمم لتصنيف سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• بالنسبة لهياكل السفن والهياكل المعرضة، يتم تحديد الاختيار بناءً على عمر نظام الطلاء وقابلية الإصلاح بدلاً من مقاومة التآكل المعدنية للفولاذ AH الأساسي.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع: يتم استخدام قطع البلازما، والغاز الأكسجيني، والقطع بالليزر؛ يمكن أن تزيد قوة AH36 الأعلى قليلاً وصلابتها من قوة القطع والتآكل على المواد الاستهلاكية.
• التشكيل والانحناء: يمكن تشكيل كلا الدرجتين في مكابس ثني الألواح الشائعة والأسطوانات؛ قد تتطلب AH36 أشعة انحناء أكبر أو قوى تشكيل أعلى لنفس السمك بسبب زيادة العائد.
• قابلية التشغيل: لم يتم تحسين درجات AH للتشغيل—تزيد القوة الأعلى (AH36) من تآكل الأدوات والقوى المطلوبة للقطع.
• التشطيب: إعداد السطح للطلاء مشابه لكلا الدرجتين؛ يتطلب طحن اللحام وتشكيله قليلاً أكثر من AH36 عند تحقيق ملفات حواف ناعمة.

8. التطبيقات النموذجية

جدول: الاستخدامات الشائعة حسب الدرجة

AH32 (الاستخدامات الشائعة)	AH36 (الاستخدامات الشائعة)
صفائح الهيكل العامة لتصميم قوة معتدلة	صفائح الهيكل الأساسية وأعضاء الهيكل حيث يتطلب العائد الأعلى
صفائح السطح والهياكل العلوية حيث يتم إعطاء الأولوية للتكلفة وقابلية التشكيل	دعامات عالية التحميل، إطارات شبكية، عناصر عازلة مصممة لتقليل السمك
دعائم داخلية، دعامات، تركيبات غير حرجة	إطارات ثقيلة، عوارض، عناصر عازلة تصادم، مناطق تحتاج إلى هامش أكبر للعائد
مكونات مصنعة حيث يتطلب الأمر تشكيل/ثني مكثف	أقسام السفن حيث يتم السعي لتوفير الوزن من خلال صفائح أرق

مبررات الاختيار: - اختر AH32 عندما تكون عملية التشكيل أو الثني أو التكلفة أكثر أهمية وتسمح الأحمال الهيكلية بالعائد الأدنى. يمكن أن يقلل سهولة التصنيع الأفضل قليلاً وتكلفة المواد المنخفضة من وقت الإنتاج والنفقات. - اختر AH36 عندما تتطلب الأحمال التصميمية، أو تقليل الأقسام (توفير الوزن)، أو المتطلبات التنظيمية/العضوية العائد المحدد الأعلى. في العديد من التصاميم الحديثة، تسمح AH36 بصفائح أرق لتلبية نفس المعايير الهيكلية.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: عادةً ما تتطلب AH36 علاوة معتدلة على AH32 بسبب التحكم الأكثر صرامة في العمليات، ومتطلبات السبائك أو معالجة TMCP المحتملة الأعلى، وتصنيف أدائها الأعلى.
• التوافر: تتوفر كلا الدرجتين عادةً في جميع أنحاء العالم في الألواح، والأطوال المقطوعة، وأحيانًا في الأقسام المخصصة. قد تكون الألواح السميكة جدًا أو السماكات المتخصصة لها أوقات تسليم أطول، وقد يكون توافر درجات معينة أو ألواح مختبرة للتأثير عند درجات حرارة منخفضة للغاية أكثر محدودية.
• نصيحة الشراء: حدد السمك، ودرجة حرارة اختبار التأثير المطلوبة، وحالة التوريد (مثل TMCP) للحصول على عروض دقيقة وتقديرات زمن التسليم.

10. الملخص والتوصية

جدول: لمحة مقارنة

الفئة	AH32	AH36
قابلية اللحام	ممتازة (جيدة جدًا)	جيدة جدًا (تتطلب تحكمًا أكبر قليلاً في HAZ/في الأقسام السميكة)
توازن القوة–الصلابة	جيدة	عائد أعلى؛ يتطلب التحكم في العملية لمعادلة الصلابة
التكلفة	أقل (عادةً)	أعلى (عادةً)

التوصية: - اختر AH32 إذا كانت تصميمك تعطي الأولوية للتشكيل، والانحناء، وتكلفة الشراء المنخفضة، وإذا كان التصميم الهيكلي يسمح بقوة العائد المنخفضة (مناسب للعديد من المكونات الهيكلية الثانوية والمناطق غير الحرجة في الهيكل). - اختر AH36 إذا كنت بحاجة إلى قوة عائد دنيا أعلى لتقليل سمك القسم أو تلبية متطلبات هيكلية أكثر صرامة (مناسب لصفائح الهيكل الرئيسية، وأعضاء الحمل الرئيسية، وعندما تكون توفير الوزن أو زيادة هامش التصميم هي الدوافع الرئيسية).

ملاحظة ختامية: الفرق العملي بين AH32 و AH36 هو بشكل رئيسي زيادة في قوة العائد المحددة لـ AH36، التي تم تحقيقها من خلال التحكم في الكيمياء والمعالجة الحرارية الميكانيكية بدلاً من تغييرات جذرية في التركيب. يجب أن يوازن الاختيار بين قابلية التصنيع، وقدرة إجراءات اللحام، ومتطلبات اختبار التأثير، وتكلفة دورة الحياة. في مواصفات الشراء والتصميم، يجب دائمًا الإشارة إلى قواعد جمعية التصنيف ذات الصلة وشهادات المواد لضمان الامتثال لمتطلبات الخصائص المعتمدة على السمك.