DH32 مقابل EH32 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
DH32 و EH32 هما من أعضاء عائلة الفولاذ الهيكلي عالي القوة التي يُشار إليها عادةً في بناء السفن والتطبيقات الهيكلية الثقيلة. غالبًا ما يوازن المهندسون وفرق الشراء بين هذه الدرجات عند موازنة المتطلبات مثل المتانة عند درجات الحرارة المنخفضة، وقابلية اللحام، وقابلية التصنيع، وتكلفة دورة الحياة. تشمل سياقات القرار النموذجية هياكل الهيكل والسفينة، والإطارات البحرية، والتصنيع الملحوم حيث تهم درجات الحرارة المحيطة أو الخدمة ومقاومة الصدمات.
التمييز العملي الرئيسي بين الدرجتين هو نية تصميمهما لأداء الصدمات في ظل ظروف أكثر برودة: تم ضبط درجة واحدة لتوفير متانة محسنة عند درجات الحرارة المنخفضة (تحسين المقاومة للكسر الهش)، بينما تم معايرة الأخرى لتحقيق قوة مع التركيز بشكل أقل على أداء الصدمات عند درجات الحرارة المنخفضة للغاية. نظرًا لأن مستويات قوتها الاسمية قريبة، فإن الاختيار غالبًا ما يعتمد على متطلبات المتانة، وقيود إجراءات اللحام، والتكلفة/التوافر.
1. المعايير والتسميات
- المعايير والسياقات الشائعة حيث تظهر DH32 و EH32 (أو درجات تحمل أسماء مشابهة):
- قواعد جمعيات التصنيف ومعايير بناء السفن (مثل ABS، DNV، Lloyd’s Register) التي تحدد الفولاذ الهيكلي للهيكل.
- المعايير الإقليمية والوطنية ومواصفات المنتجات (أمثلة: عائلة ASTM A131 لبناء السفن، مستندات JIS و GB/T المختلفة، وتسميات EN للفولاذ الهيكلي).
- شهادات المصنع والمواصفات المستخدمة من قبل أحواض بناء السفن أو المصنّعين التي تشير إلى أسماء هذه الدرجات.
- فئة المواد: كل من DH32 و EH32 هما فولاذان هيكليان عاليان القوة (غير مقاومين للصدأ). يتم التعامل معهما عادةً كفولاذات دقيقة السبيكة أو حبيبات دقيقة تم تطويرها لتوفير توازن بين قوة الخضوع والمتانة للهياكل الملحومة (غالبًا ما يتم تصنيفها مع "32" التي تشير إلى نطاق مستوى الخضوع الاسمي في عائلة الدرجات).
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة
ملاحظة: تختلف الحدود الكيميائية المحددة حسب المعيار، جمعية التصنيف، والمصنع. تلخص الجدول أدناه العناصر السبيكية الشائعة ودور أو ميل كل عنصر في DH32 مقابل EH32. يجب دائمًا الرجوع إلى شهادة المصنع أو المعيار للحصول على التركيب الدقيق.
| العنصر | DH32 — الدور النموذجي / المستوى النسبي | EH32 — الدور النموذجي / المستوى النسبي |
|---|---|---|
| C (الكربون) | كربون منخفض مُتحكم فيه للقوة مع قابلية لحام جيدة | يتم التحكم فيه عمومًا ككربون منخفض أو أقل قليلاً من DH32 لتحسين المتانة وتقليل القابلية للتصلب |
| Mn (المنغنيز) | العنصر الرئيسي للقوة وعناصر إزالة الأكسدة؛ مستويات معتدلة لدعم الشد/الخضوع | مستويات مشابهة؛ تم ضبطها لتحقيق توازن بين القوة والمتانة |
| Si (السيليكون) | مزيل للأكسدة؛ محدود لقابلية اللحام | مشابه، منخفض إلى معتدل |
| P (الفوسفور) | يتم الاحتفاظ به منخفضًا جدًا لتجنب الهشاشة | يتم الاحتفاظ به منخفضًا جدًا؛ حرج للمتانة |
| S (الكبريت) | منخفض لقابلية اللحام والمتانة | منخفض؛ التحكم في الكبريتيد يحسن المتانة |
| Cr, Ni, Mo | عادةً ما تكون غائبة أو موجودة فقط بكميات ضئيلة جدًا؛ ليست عناصر تقوية رئيسية | قد تكون موجودة بكميات ضئيلة أو منخفضة في بعض المواصفات للمساعدة في القابلية للتصلب/المتانة |
| V, Nb, Ti (السبيكة الدقيقة) | يمكن استخدام إضافات السبيكة الدقيقة لتحسين حجم الحبيبات وزيادة القوة | غالبًا ما تُستخدم السبيكة الدقيقة (Nb، V، Ti) بشكل استراتيجي لتحسين الحبيبات وتعزيز المتانة عند درجات الحرارة المنخفضة |
| B (البورون) | نادر في هذه الدرجات؛ إذا تم استخدامه، بكميات ضئيلة للقابلية للتصلب | نفس الشيء مثل DH32 — عمومًا ليس عنصرًا محددًا |
| N (النيتروجين) | منخفض؛ يتم التحكم فيه كجزء من سلوك التنقية والسبيكة الدقيقة | منخفض؛ يتم التحكم فيه لدعم المتانة والتحكم في الترسبات |
كيف تؤثر السبيكة على الأداء: - يتحكم الكربون والمنغنيز في القوة الأساسية والقابلية للتصلب. تحسين الكربون المنخفض قابلية اللحام والمتانة. - تعزز عناصر السبيكة الدقيقة (Nb، V، Ti) تحسين الحبيبات وتقوية الترسبات، مما يمكن أن يزيد القوة دون التضحية بالمتانة. - التحكم الصارم في الشوائب (P، S) ضروري لأداء تأثير عالي عند درجات الحرارة المنخفضة. - ستؤثر الإضافات أو الحذف الضئيل لـ Cr/Ni/Mo على القابلية للتصلب وقابلية اللحام؛ عادةً ما يتم تقليلها في الفولاذ الهيكلي البحري للحفاظ على قابلية اللحام.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
تعكس البنى المجهرية النموذجية واستجابات المعالجة لهذه الدرجات تصميمها كفولاذات هيكلية دقيقة الحبيبات HSLA (عالية القوة منخفضة السبيكة).
- الحالة بعد الدرفلة / المعالجة الحرارية:
- تظهر كلتا الدرجتين عادةً بنية مجهرية من الفريت–البرليت أو فريت متعدد الأضلاع بعد الدرفلة المنضبطة والتبريد المعجل. تعمل المعالجة الحرارية أو الدرفلة المنضبطة على تحسين حجم الحبيبات وتوزيع الترسبات الدقيقة.
- المعالجة الحرارية الميكانيكية:
- تنتج المعالجة الحرارية الميكانيكية المنضبطة (TMCP) حجم حبيبات فريت أدق مع ترسبات موزعة (NbC، VC، TiN)، مما يحسن القوة والمتانة عند درجات الحرارة المنخفضة دون دورات تبريد وتخمير ثقيلة.
- التبريد والتخمير:
- لا يتم تطبيقها عادةً على الفولاذات القياسية DH32/EH32 المستخدمة في بناء السفن، والتي تعتمد على TMCP والدرفلة المنضبطة. إذا كانت القوة والمتانة الأعلى مطلوبة، يمكن استخدام طرق التبريد والتخمير، ولكن هذا يغير المتانة، والضغوط المتبقية، واعتبارات قابلية اللحام.
- الاستجابة المقارنة:
- تتم معالجة درجات EH32 عادةً أو تحديدها بطرق حرارية/ميكانيكية وضوابط كيميائية أكثر صرامة لضمان طاقة تأثير أعلى عند درجات حرارة أقل. يمكن أن تحقق DH32 قوة مماثلة مع تحكم أقل صرامة في المتانة عند درجات الحرارة المنخفضة.
4. الخصائص الميكانيكية
تعتمد الخصائص الميكانيكية الدقيقة على المعالجة، وسمك اللوحة، والشهادة المحددة. يقارن الجدول أدناه الخصائص نوعيًا.
| الخاصية | DH32 | EH32 |
|---|---|---|
| قوة الشد | عالية (نموذجية لفولاذات الفئة 32) | قابلة للمقارنة مع DH32 |
| قوة الخضوع | مشابهة اسميًا؛ الهدف في نفس نطاق القوة | مشابهة أو متساوية؛ كلاهما مصمم لتلبية نفس نطاق الخضوع |
| التمدد (%) | مرونة جيدة للاستخدام الهيكلي | مرونة قابلة للمقارنة؛ أحيانًا أعلى قليلاً في EH32 إذا تمت معالجتها من أجل المتانة |
| متانة الصدمات (شاربي) | جيدة عند درجات حرارة معتدلة؛ قد يتم تحديدها عند درجة حرارة دنيا أعلى | متانة صدمات ممتازة عند درجات الحرارة المنخفضة؛ محددة لدرجات حرارة اختبار أقل أو طاقات دنيا أعلى |
| الصلابة | معتدلة ومناسبة للمعالجة/اللحام | مشابهة؛ الاختلافات الطفيفة تعتمد على السبيكة الدقيقة والمعالجة |
التفسير: - تم تصميم كلتا الدرجتين لتلبية نطاق قوة محدد؛ الفارق الرئيسي هو متانة الصدمات عند درجات الحرارة المنخفضة. يتم اختيار EH32 عادةً حيث تكون المقاومة المحسنة للكسر الهش تحت ظروف البرد مطلوبة. - الخصائص المرنة وخصائص الشد قابلة للمقارنة عندما تلبي كلتا الدرجتين مواصفاتهما الخاصة.
5. قابلية اللحام
تعتبر قابلية اللحام قضية حاسمة في التصنيع الملحوم. اثنان من المؤشرات التجريبية الشائعة هما معادل الكربون IIW وصيغة Pcm من المعهد الدولي للحام لتقييم قابلية التصدع البارد.
- معادل الكربون (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ يشير $CE_{IIW}$ المنخفض إلى قابلية لحام عامة أفضل وانخفاض قابلية التصلب في منطقة التأثير الحراري (HAZ).
- Pcm (لخطر التصدع البارد): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ تشير قيم $P_{cm}$ المنخفضة إلى انخفاض القابلية للتصدع البارد المدعوم بالهيدروجين.
التفسير النوعي لـ DH32 مقابل EH32: - تم تصميم كلتا الدرجتين لتحقيق قابلية لحام جيدة؛ لذلك، يتم عادةً الحفاظ على معادلات الكربون منخفضة. قد تحتوي EH32، التي تم تحسينها من أجل المتانة، على كربون أقل قليلاً وتحكم أكثر صرامة على العناصر التي ترفع $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$، مما يمكن أن يحسن متانة HAZ ولكن يجب إدارتها أيضًا لعملية اللحام والمعالجة الحرارية قبل/بعد. - يُنصح بالتسخين المسبق، والتحكم في درجة حرارة التداخل، والتحكم في الهيدروجين في مواد اللحام للأقسام الأكثر سمكًا أو لـ EH32 عند تلبية متطلبات تأثير درجات الحرارة المنخفضة. - يجب أن تشير مؤهلات إجراءات اللحام (WPS/PQR) إلى الكيمياء الدقيقة للمصنع وسمك اللوحة لضمان متانة HAZ وتجنب التصدع البارد.
6. التآكل وحماية السطح
- كل من DH32 و EH32 هما فولاذان هيكليان غير مقاومين للصدأ ولا يوفران مقاومة طبيعية للتآكل.
- استراتيجيات الحماية النموذجية:
- أنظمة الطلاء السطحي (مركبات غنية بالزنك، طلاءات إبوكسي/يوريثان) للتعرض الجوي.
- التغليف بالغمس الساخن للتصنيع الأصغر حيث يكون التغليف ممكنًا ومتوافقًا مع سمك المعدن الأساسي ومتطلبات المتانة.
- الحماية الكاثودية والطلاءات المتخصصة للبيئات البحرية/المائية.
- المؤشرات المقاومة للصدأ مثل PREN غير قابلة للتطبيق على هذه الدرجات غير المقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ هذه المؤشر مفيد فقط للفولاذ المقاوم للصدأ المصمم لمقاومة الكلوريد.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- القطع: كلتا الدرجتين تقطع بسهولة باستخدام طرق الأكسجين-الوقود، أو البلازما، أو الليزر. يجب التحكم في جودة الحواف ومدخل الحرارة للحفاظ على المتانة في EH32.
- التشكيل والانحناء: يمكن إجراء تشكيل منضبط مع أنصاف أقطار انحناء مناسبة. قد تتطلب EH32 أنصاف أقطار أكبر قليلاً أو إجهادات تشكيل أقل اعتمادًا على سمك اللوحة والمعالجة الحرارية لتجنب التصدع.
- قابلية التشغيل: مشابهة لكلتا الدرجتين؛ الصلابة المنخفضة إلى المعتدلة تسهل التشغيل التقليدي. يمكن أن تؤثر السبيكة الدقيقة قليلاً على تآكل الأدوات.
- التشطيب: تنطبق علاجات ما بعد اللحام القياسية (الطحن، تخفيف الإجهاد حيثما كان مطلوبًا)؛ تعتبر عملية التفجير بالرصاص وتحضير الطلاء شائعة.
8. التطبيقات النموذجية
| DH32 — الاستخدامات النموذجية | EH32 — الاستخدامات النموذجية |
|---|---|
| الهيكل العام للسفينة، الأسطح، والإطارات الداخلية في الخدمة المعتدلة | هياكل الهيكل والأعلى المصممة للمناخات الباردة أو حيث تكون مقاومة تأثير درجات الحرارة المنخفضة مطلوبة |
| الدعائم المصنعة، الحواجز، والمكونات غير الحرجة عند درجات الحرارة المنخفضة | سفن الخدمة القطبية، هياكل الغاز الطبيعي المسال/الهياكل المجاورة للغازات السائلة، أو الهياكل ذات المخاطر المرتفعة من الكسر الهش |
| الجسور والأعضاء الهيكلية الملحومة الثقيلة حيث تكفي المتانة القياسية | المنصات البحرية والهياكل التي تتطلب متانة HAZ عند درجات الحرارة المنخفضة المثبتة |
مبررات الاختيار: - اختر الدرجة التي تغطي مظلة متانتها أدنى درجة حرارة خدمة وسيناريو العيوب/التسامح المقصود. إذا كانت درجة حرارة الخدمة وتطبيقات الكسر الحرجة مصدر قلق، فإن المواد من نوع EH32 مفضلة على الرغم من إمكانية وجود تكاليف إضافية.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة: تتطلب متغيرات EH32 التي تحتاج إلى تحكم كيميائي أكثر صرامة ومعالجة إضافية من أجل المتانة عند درجات الحرارة المنخفضة عادةً علاوة متواضعة مقارنةً بمتغيرات DH32. تعتمد العلاوة على المنتج، والسمك، ومستويات اختبار التأثير المطلوبة.
- التوافر: تتوفر كلتا الدرجتين عادةً من مصانع الصلب المتخصصة وموردي الألواح الذين يخدمون أسواق بناء السفن والتصنيع الثقيل. يختلف التوافر في سمك الألواح المحددة، والعرض، وطرق الإنتاج (TMCP مقابل المعالجة الحرارية) إقليميًا — استشر الموزعين المحليين وقوائم جمعيات التصنيف.
10. الملخص والتوصية
| المعيار | DH32 | EH32 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة | جيدة جدًا (مع الانتباه إلى الإجراءات من أجل المتانة عند درجات الحرارة المنخفضة) |
| توازن القوة–المتانة | قوة جيدة، متانة قياسية | قوة مشابهة، متانة محسنة عند درجات الحرارة المنخفضة |
| التكلفة | منخفضة إلى معتدلة | معتدلة إلى أعلى (اعتمادًا على المعالجة) |
التوصيات: - اختر DH32 إذا كانت تطبيقاتك هيكلية، ملحومة، وتعمل في بيئات معتدلة حيث تكون المتانة القياسية وكفاءة التكلفة هي الأولويات. - اختر EH32 إذا كانت الهيكل ستتعرض لدرجات حرارة خدمة منخفضة، تحتوي على لحامات أو تفاصيل حرجة للكسر، أو تتطلب أداءً مثبتًا في اختبار شاربي عند درجات حرارة أقل؛ توفر EH32 هامش أمان أكبر للمتانة في الخدمة الباردة.
ملاحظة عملية نهائية: يجب دائمًا تحديد درجات حرارة اختبار التأثير المطلوبة، ونطاقات سمك اللوحة، وحدود إجراءات اللحام في مستندات الشراء، وطلب شهادات المصنع وموافقات جمعيات التصنيف حسب الاقتضاء. بالنسبة لأي تصميم حرج، تحقق من التحليل الكيميائي الدقيق ونتائج الاختبار الميكانيكي من المورد وإذا لزم الأمر، قم بإجراء تحقق من WPS/PQR ومتانة HAZ لتكوين التصنيع النهائي.