DNV A مقابل DNV B – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

DNV A و DNV B هما مرجعان شائعان لدرجات المواد التي يتم مواجهتها في مواصفات الهياكل البحرية والبحرية التي تحكمها قواعد DNV وأطر التصنيف المماثلة. يقوم المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع باتخاذ قرارات روتينية بين هذين الخيارين عند موازنة الأولويات المتنافسة: التكلفة مقابل الأداء، قابلية اللحام مقابل القوة، وقابلية التصنيع مقابل المتانة على المدى الطويل. تشمل سياقات القرار النموذجية الأعضاء الهيكلية في الهيكل السفلي والعلوي، والإطارات الحاملة للأحمال، والمكونات التي تتطلب موافقة جمعية التصنيف وتتبعها.

التمييز الرئيسي بين DNV A و DNV B يكمن في صرامة متطلبات المعايير المطبقة على الحدود الكيميائية ومعايير قبول الخصائص الميكانيكية: يتم تحديد درجة واحدة لتلبية متطلبات القوة و/أو المتانة الأكثر صرامة وقيود التركيب الأكثر تشددًا، بينما تركز الأخرى على سهولة التصنيع وتسامح أكبر مع الكيمياء التقليدية ذات السبائك المنخفضة. نظرًا لأن كلا الدرجتين تستخدمان للصلب الهيكلي، فإنهما تقارن عادةً عندما يتعين على فريق التصميم تحسين الأداء تحت قيود التصنيع واللحام والخدمة.

1. المعايير والتسميات

• المعايير الرئيسية التي تتقاطع مع مواصفات المواد DNV: ASTM/ASME (على سبيل المثال، الصلب الكربوني الهيكلي والصلب منخفض السبيكة)، EN (درجات الصلب الهيكلي الأوروبية)، JIS (المعايير الصناعية اليابانية)، و GB (المعايير الوطنية الصينية). غالبًا ما تشير قواعد DNV إلى هذه المعايير أو تتوافق معها ولكن تضيف معايير قبول محددة للتصنيف (على سبيل المثال، طاقة التأثير، المتانة المعتمدة على السماكة).
• تصنيف المواد:
• DNV A: يُعتبر عمومًا صلبًا كربونيًا هيكليًا أو صلبًا منخفض السبيكة مناسبًا للتطبيقات الهيكلية الملحومة (شائع في عائلة الكربون/HSLA).
• DNV B: يمثل عادةً صلبًا هيكليًا/منخفض السبيكة يتم التحكم فيه بشكل أكثر صرامة مع متطلبات قوة/متانة أعلى أو عناصر ميكروسبائكية إضافية (سلوك من نوع HSLA في العديد من الحالات).
• لا تشير أي من التسميتين إلى اسم عائلة الصلب المقاوم للصدأ أو أدوات أو سبائك تقليدية بمفردها؛ بل تشير إلى درجات موجهة للخدمة محددة بواسطة متطلبات التصنيف بدلاً من معيار معدني واحد.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

فيما يلي مقارنة نوعية تركز على العناصر التي تؤثر بشكل أكبر على السلوك الميكانيكي والتصنيعي. لا يتم عرض النسب لأن متطلبات التصنيف تعتمد على إصدار القاعدة المحدد وشكل المنتج؛ بدلاً من ذلك، يتم الإشارة إلى الحضور النسبي والوظيفة.

كيف تؤثر السبيكة على السلوك: - الكربون والمنغنيز هما المحركان الرئيسيان للقوة في الصلب الهيكلي الكربوني-المنغنيزي؛ ومع ذلك، فإن القوة الأعلى عبر C تزيد من خطر قابلية اللحام والضعف تجاه تشققات HAZ. - يسمح استخدام الميكروسبائكية مع Nb و V و Ti بزيادة قوة العائد من خلال تقوية الترسيب وتنقية الحبوب مع السماح بكربون منخفض لتحسين قابلية اللحام والمتانة - من المرجح أن يتم استخدام هذه الاستراتيجية أو تحديدها بشكل أكثر صرامة للدرجة ذات المتطلبات الميكانيكية الأكثر صرامة. - تحسين التحكم في P و S يحسن المتانة عند درجات الحرارة المنخفضة ويقلل من التشتت في نتائج التأثير - غالبًا ما يكون تمييزًا محددًا للدرجة الأكثر تطلبًا.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية للدرجتين تحت المعالجة الشائعة:

• DNV A:
• البنية المجهرية النموذجية: الفريت-البرليت أو الفريت مع مكونات باينيتية دقيقة، اعتمادًا على السماكة ومعدل التبريد.
• المعالجة: يتم إنتاجها عبر الدرفلة التقليدية والتطبيع؛ قد يتم استخدام معالجة التحكم الحراري الميكانيكي (TMCP) ولكن مع معلمات درفلة/إنهاء معتدلة.

• استجابة المعالجة الحرارية: تستجيب بشكل متوقع للتطبيع والتخمير؛ التبريد والتخمير أقل شيوعًا في المواصفات للألواح الهيكلية العامة.

• DNV B:

• البنية المجهرية النموذجية: مصفوفة فريت-باينيت ذات حبوب أدق، ربما مع فريت غير متساوي التحكم ورواسب ميكروسبائكية متناثرة عند استخدام TMCP أو الميكروسبائكية.
• المعالجة: غالبًا ما يتم تحديدها مع TMCP لتحقيق درجة حرارة درفلة نهائية متحكم بها وتبريد لتنقية حجم الحبوب وزيادة القوة دون كربون مرتفع.
• استجابة المعالجة الحرارية: تستفيد من الدرفلة المتحكم بها والتبريد المعجل للحصول على بنى مجهرية باينيتية-فريتية؛ قد يتم استخدام التبريد والتخمير للمكونات الصغيرة حيث تكون القوة الأعلى مطلوبة.

أثر الطرق: - يعمل التطبيع على تنقية حجم الحبوب وتحسين المتانة لكلا الدرجتين؛ عادةً ما تتطلب DNV B تحكمًا أكثر صرامة في دورات التطبيع لتلبية معايير القبول الأكثر صعوبة. - يوفر التبريد والتخمير قوة أعلى ولكن يتطلب تحكمًا دقيقًا للحفاظ على المتانة المطلوبة ويمكن أن يزيد من اعتبارات المعادل الكربوني للحام. - TMCP هو طريق شائع للوصول إلى قوى عائد أعلى (على سبيل المثال، لمتطلبات مشابهة لـ DNV B) مع الحفاظ على كربون منخفض للحفاظ على قابلية اللحام.

4. الخصائص الميكانيكية

تلخص الجدول التالي السلوك الميكانيكي النسبي المتوقع؛ يجب التحقق من حدود الخصائص المحددة مقابل مجموعة قواعد DNV الحالية وشهادات المصنع.

أيها أقوى، وأكثر متانة، أو أكثر قابلية للطرق، ولماذا: - القوة: عادةً ما تكون DNV B هي الدرجة الأقوى بسبب إما الميكروسبائكية، أو TMCP، أو الحدود الميكانيكية المحددة الأعلى. - المتانة: عادةً ما يتم تحديد DNV B لتكون لديها متانة مضمونة أعلى (طاقة التأثير)، غالبًا من خلال تحكم أكثر صرامة في الكيمياء والمعالجة. - القابلية للطرق: قد تظهر DNV A تمددًا أعلى قليلاً عند مستوى الشد المعطى لأنها غالبًا ما تُنتج لأهداف قوة أقل؛ ومع ذلك، يمكن أن تحتفظ الفولاذات الحديثة من نوع TMCP DNV B بقابلية طرق معقولة مع زيادة العائد.

5. قابلية اللحام

تتحكم قابلية اللحام بمستوى الكربون، وقابلية التصلب، والميكروسبائكية. هناك مؤشرين تجريبيين شائعين لتقييم قابلية اللحام هما:

• المعادلة الكربونية (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Pcm (Dearden–Brasch): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير (نوعي): - تشير القيم المنخفضة لـ $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ إلى قابلية لحام أسهل ومتطلبات تسخين مسبق/PWHT أقل. عادةً ما تؤدي DNV A، مع تحكمات أقل صرامة في القوة والتركيب، إلى مؤشرات قابلية تصلب أقل وتحسين قابلية اللحام. - يمكن أن تعرض DNV B، بسبب زيادة المنغنيز أو الميكروسبائكية المتعمدة لتلبية الأهداف الميكانيكية الأعلى، معادلات محسوبة أعلى وبالتالي قد تحتاج إلى تسخين مسبق أكبر، أو درجات حرارة بينية متحكم بها، أو معالجة حرارية بعد اللحام (PWHT) للأقسام السميكة. - تساعد العناصر الميكروسبائكية (Nb، V، Ti) في تنقية الحبوب وزيادة القوة مع الحفاظ على كربون منخفض - وهذا يساعد في الحفاظ على قابلية اللحام مقارنةً بزيادة القوة عبر الكربون وحده. - اعتبارات اللحام العملية: ضبط تطابق المواد الاستهلاكية، تحديد مدخلات الحرارة للفولاذات الشبيهة بـ HSLA، وتطبيق تسخين مسبق وPWHT مناسب حسب السماكة وإرشادات CE/Pcm ومؤهلات إجراءات اللحام لـ DNV.

6. التآكل وحماية السطح

• كلا من DNV A و DNV B هما عادةً فولاذان كربونيان/منخفضا السبيكة غير مقاومين للصدأ للاستخدام الهيكلي. يتم تحقيق مقاومة التآكل في البيئات البحرية أو البحرية بواسطة أنظمة حماية بدلاً من السبيكة الذاتية.
• استراتيجيات الحماية النموذجية: الجلفنة الصناعية، رش الألمنيوم الحراري، أنظمة الطلاء عالية الأداء (برايمرات الإيبوكسي، طلاءات البولي يوريثان)، الحماية الكاثودية للأجزاء المغمورة، والأنودات التضحية.
• اعتبارات مقاومة الصدأ: لا ينطبق PREN على هذه التسميات غير المقاومة للصدأ. بالنسبة للسبائك المقاومة للصدأ، يتم حساب PREN كالتالي: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ لكن هذا خارج نطاق المقارنة بين DNV A و DNV B حيث أن كلاهما فولاذان هيكليان غير مقاومين للصدأ.
• ملاحظة: نظافة السطح، ملف التفجير، واختيار الطلاء أمر حاسم؛ غالبًا ما تتطلب قواعد DNV إعداد سطح محدد وموافقات نظام الطلاء لعمر الخدمة البحرية.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• التصنيع:
• DNV A: عمومًا أسهل في التشكيل والانحناء بسبب القوة المحددة الأقل؛ مناسب لعمليات انحناء الألواح القياسية والتشكيل الخفيف باستخدام أدوات تقليدية.
• DNV B: قد تتطلب المتغيرات ذات القوة الأعلى أو الميكروسبائكية قوى تشكيل أكبر وتعرض لخطر الارتداد؛ يجب أن تأخذ عملية التحكم والأدوات في الاعتبار العائد الأعلى.
• قابلية التشغيل:
• كلاهما قابل للتشغيل، ولكن الفولاذات ذات القوة الأعلى (DNV B) يمكن أن تكون أكثر تطلبًا على عمر الأدوات وقد تتطلب سرعات قطع أقل، وتغذيات أعلى، أو درجات كربيد مختلفة.
• تحسن الكبريت والعناصر القابلة للتشغيل من قابلية التشغيل ولكن عادةً ما تكون محدودة في الفولاذات الهيكلية لأنها تؤثر على المتانة.
• الإنهاء:
• يكون التحكم في منطقة التأثير الحراري وتخطيط تسلسل الطحن/اللحام أكثر أهمية لـ DNV B لتجنب الهشاشة الموضعية.
• قابلية التشكيل:
• تقدم DNV A أداءً أفضل في التشكيل البارد في معظم الحالات؛ بالنسبة لـ DNV B، قد يتم استخدام التشكيل الساخن أو التشكيل المتحكم به مع تخفيف الضغط الوسيط للأشكال المعقدة.

8. التطبيقات النموذجية

مبررات الاختيار: - اختر الدرجة المتوافقة مع متطلبات الخدمة: استخدم DNV A للأقسام حيث تكون سرعة التصنيع وكفاءة التكلفة ذات قيمة و DNV B حيث تكون القوة الأعلى والمتانة المعتمدة عبر السماكة مطلوبة بسبب التحميل أو التعب أو الظروف البيئية.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: عادةً ما تكون DNV B أكثر تكلفة بسبب التحكم الأكثر صرامة في الكيمياء، والميكروسبائكية المحتملة، والمعالجة الإضافية (TMCP، والاختبارات الأكثر صرامة). عادةً ما تكون DNV A أقل تكلفة لكل وحدة كتلة.
• التوافر:
• كلا الدرجتين متاحتان على نطاق واسع من منتجي الألواح والفولاذ الهيكلي، ولكن قد يكون توافر الألواح السميكة، أو تركيبات السماكة-الخصائص الميكانيكية المحددة، أو مواد DNV B ذات التسامح الضيق لها أوقات تسليم أطول.
• أشكال المنتجات: الألواح، الأقسام، والأجزاء المصنعة حسب الطلب شائعة؛ قد تزود المصانع كلا الدرجتين في شكل ألواح معتمدة مع وثائق متوافقة مع DNV، ولكن تأكد من أوقات التسليم للطلبات الكبيرة أو السماكات غير القياسية.

10. الملخص والتوصية

التوصيات الختامية: - اختر DNV A إذا: كانت أولويات مشروعك هي سهولة التصنيع، وانخفاض تكلفة المواد، وأنت تعمل على أعضاء هيكلية غير حرجة أو تطبيقات حيث تكون المتانة والقوة التقليدية مقبولة. DNV A مناسبة حيث يكفي تعزيزها بطبقات واقية وإجراءات لحام قياسية. - اختر DNV B إذا: كانت التطبيق يتطلب خصائص عائد/شد مضمونة أعلى عبر السماكة، أو متانة منخفضة الحرارة محسنة، أو تقليل الوزن لنفس الحمل - خاصةً للأعضاء الهيكلية الرئيسية، والمرفقات الحرجة، وبيئات التحميل الدوري. توقع تحكمًا أكثر صرامة في شهادات المواد ومتطلبات اللحام والتعامل الأكثر صرامة.

ملاحظة نهائية: استشر دائمًا قواعد DNV الحالية وتقارير الاختبارات الكيميائية والميكانيكية المعتمدة من المصنع لأي قرار شراء. يتم تحديد القيم المسموح بها المحددة، ومتطلبات طاقة التأثير عند السماكات ودرجات الحرارة المعطاة، ومؤهلات إجراءات اللحام في الإصدار المعمول به ويجب أن تقود اختيار الدرجة النهائي وممارسات التصنيع.