DNV AH36 مقابل EH36 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
المقدمة
تقوم DNV (وغيرها من جمعيات التصنيف البحرية) بإدراج AH36 وEH36 ضمن الفولاذات عالية القوة المستخدمة في بناء السفن، والتي تُستخدم في الهياكل والسفينة والأرضيات وأعضاء الهيكل الأساسية الأخرى. يقوم المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً بوزن التبادلات مثل التكلفة مقابل ضمان المتانة عند درجات حرارة منخفضة، وقابلية اللحام مقابل القوة، وطريقة الإنتاج (TMCP مقابل الدرفلة التقليدية) عند الاختيار بين هذين الدرجتين.
التمييز العملي المركزي هو أن EH36 مؤهل لأداء تأثير أفضل بكثير عند درجات الحرارة المنخفضة مقارنةً بـ AH36؛ كلا الدرجتين توفران قوة ثابتة قابلة للمقارنة، لكن EH36 يحمل متطلبات اختبار صلابة صريحة لظروف الخدمة الباردة. نظرًا لأن تركيباتها الكيميائية وحدود العائد/الشد قريبة، فإن القرار غالبًا ما يعتمد على درجة حرارة الخدمة المقصودة، وممارسات اللحام والتصنيع، والميزانية.
1. المعايير والتسميات
تشمل المعايير الرئيسية التي تحدد AH36 وEH36 (أو ما يعادلها): - ASTM A131 / ASME: درجات فولاذ بناء السفن AH36، DH36، EH36. - تستخدم ملاحظة تصنيف DNV (Det Norske Veritas) تسميات معادلة ومعايير قبول تتماشى مع متطلبات الهيكل البحري. - EN / JIS / GB: توجد فولاذات بناء سفن معادلة EN/ISO / JIS (مثل فولاذات S355 من نوع HSLA) ولكن تتطلب المطابقة المباشرة انتباهاً لدرجات حرارة اختبار التأثير وحدود السماكة. التصنيف: كل من AH36 وEH36 هما فولاذات كربونية هيكلية عالية القوة ومنخفضة السبائك (HSLA) تم تحسينها لبناء السفن — ليست مقاومة للصدأ، ليست فولاذ أدوات.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
تدرج الجدول التالي نطاقات التركيب النموذجية (%) المرتبطة عادةً بـ AH36 وEH36 كما تم تصنيعها وفقًا لمواصفات بناء السفن. تختلف الحدود الدقيقة حسب إصدار المعيار وممارسات المصنع؛ استشر المعيار الحاكم أو شهادة المصنع للحصول على القيم المضمونة.
| العنصر | AH36 (نطاق نموذجي، wt%) | EH36 (نطاق نموذجي، wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.12–0.20 | 0.10–0.18 |
| Mn | 1.00–1.60 | 1.00–1.60 |
| Si | 0.10–0.50 | 0.10–0.50 |
| P | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| S | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| Cr | trace – 0.30 | trace – 0.30 |
| Ni | trace – 0.30 | trace – 0.30 |
| Mo | trace – 0.08 | trace – 0.08 |
| V | trace – 0.06 | trace – 0.06 |
| Nb (Cb) | trace – 0.05 | trace – 0.05 |
| Ti | trace – 0.02 | trace – 0.02 |
| B | trace | trace |
| N | trace | trace |
ملاحظات: - يتم إنتاج AH36 وEH36 عادةً من خلال المعالجة الحرارية الميكانيكية المسيطر عليها (TMCP) أو الدرفلة مع التحكم الدقيق في الكربون والسبائك الدقيقة لتحقيق توازن القوة/المتانة. - قد تتم معالجة EH36 بمستويات كربون مكافئة أقل قليلاً وتحكم أكثر صرامة في الشوائب وحجم الحبيبات لتلبية متطلبات تأثير درجات الحرارة المنخفضة. - استراتيجية السبائك: كربون منخفض + مانغنيز مسيطر عليه وسبائك دقيقة (Nb، V، Ti) تعزز من هياكل الفريت-بيرليت الدقيقة أو الباينيت، مما يحسن القوة دون زيادة كبيرة في القابلية للتصلب التي قد تضر بقابلية اللحام.
كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - الكربون: يزيد من القوة/القابلية للتصلب ولكنه يقلل من قابلية اللحام والمتانة عند درجات الحرارة المنخفضة عند زيادته. - المنغنيز: يقوي ولكنه يزيد من القابلية للتصلب؛ تساعد المستويات المسيطر عليها في تحسين المتانة. - السبائك الدقيقة (Nb، V، Ti): تمكن من تعزيز الترسيب وتنقيح الحبيبات — تحسن من قوة العائد والمتانة دون كربون مرتفع. - انخفاض P وS والشوائب المسيطر عليها أمر حاسم لأداء تأثير شاربي، خاصة لـ EH36.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
البنى المجهرية النموذجية: - تم تصميم كلا الدرجتين لعرض هياكل فريتية أو باينيتية دقيقة اعتمادًا على سمك اللوحة وجداول TMCP. الهدف هو توزيع دقيق للفريت الإبرية، والباينيت، والبيرليت المسيطر عليه بدلاً من البيرليت الخشن أو المارتنسيت. - TMCP: الدرفلة المسيطرة والتبريد المعجل تنقي حجم الحبيبات وتنتج هياكل باينيتية/فريتية دقيقة تعطي قوة عالية مع متانة جيدة. - اللوحة المعالجة بالتطبيع التقليدي: قد تكون الهياكل الفريتية/البيرليتية الأكثر خشونة مقبولة لـ AH36 في الأقسام الأكثر سمكًا، ولكن تلبية أهداف تأثير EH36 عند درجات الحرارة المنخفضة تتطلب عمومًا TMCP أو معالجة أكثر صرامة.
استجابة المعالجة الحرارية: - يمكن أن يحسن التطبيع المتانة ويوحد الخصائص ولكنه نادرًا ما يستخدم على نطاق الإنتاج للوح السفن الثقيلة بسبب التكلفة. - التبريد والتسخين (Q&T) ليس شائعًا للوح AH36/EH36 — هذه هي أساسًا فولاذات HSLA المدرفلة بشكل مسيطر عليه مصممة لتلبية الخصائص في الحالة المدرفلة أو المبردة بشكل مسيطر عليه. - المعالجة الحرارية الميكانيكية (TMCP) هي المسار الصناعي المفضل لتحقيق متانة EH36 عند درجات الحرارة المنخفضة مع الحفاظ على القوة وقابلية اللحام.
4. الخصائص الميكانيكية
نطاقات الخصائص الميكانيكية الرئيسية (نموذجية/حد أدنى وفقًا لمواصفات بناء السفن):
| الخاصية | AH36 | EH36 |
|---|---|---|
| قوة العائد (الحد الأدنى) | ~355 ميغاباسكال | ~355 ميغاباسكال |
| قوة الشد (نطاق نموذجي) | 490–620 ميغاباسكال | 490–620 ميغاباسكال |
| التمدد (نموذجي) | ≥ 18–22% (اعتمادًا على السمك) | ≥ 18–22% (اعتمادًا على السمك) |
| متانة التأثير (محدد) | غير مطلوب عند درجات حرارة تحت الصفر الشديدة؛ قد يتم اختباره عند درجات حرارة أعلى | محدد عند درجات حرارة منخفضة (مثل، −40 °م) للتأهيل الكامل |
| صلابة برينيل (نموذجية) | ≤ ~200–230 HB (يعتمد على اللوحة والعملية) | مماثلة، مسيطر عليها لتجنب السلوك الهش |
التفسير: - القوة الثابتة (العائد والشد) قابلة للمقارنة أساسًا بين AH36 وEH36 عند إنتاجها بنفس السمك وطريقة المعالجة. - الفارق الرئيسي هو متانة التأثير تحت ظروف درجات الحرارة المنخفضة: EH36 مؤهل لتحمل طاقة شاربي V-notch كبيرة عند درجات حرارة أقل بكثير من AH36. مما يجعل EH36 مفضلًا للخدمة في المناخات الباردة أو المناطق ذات العرض العالي. - اللدونة (التمدد) مماثلة بين الاثنين عندما يكون السمك قابلاً للمقارنة؛ تعتمد المتانة على البنية المجهرية والنظافة أكثر من الكيمياء الكلية.
5. قابلية اللحام
تعتمد اعتبارات قابلية اللحام على مستوى الكربون، مكافئ الكربون (القابلية للتصلب)، ومحتوى السبائك الدقيقة. يتم تقديم مؤشرين شائعين هنا كمثالين.
عرض صيغة مكافئ الكربون IIW: $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$
وصيغة Pcm الأكثر شمولاً: $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$
التفسير النوعي: - تم تصميم كل من AH36 وEH36 بمستويات كربون منخفضة وسبائك مسيطر عليها بحيث تكون قيم $CE_{IIW}$ و$P_{cm}$ معتدلة، مما يدعم قابلية لحام جيدة مع الإجراءات القياسية. - الحاجة إلى تحسين متانة EH36 عند درجات الحرارة المنخفضة لا تزيد بالضرورة من الكربون الكلي ولكن قد تتطلب تحكمًا أكثر صرامة في التركيب والمعالجة. وبالتالي، يمكن أن تكون قابلية لحام EH36 مشابهة لـ AH36، ولكن غالبًا ما يتم فرض مواصفات التسخين المسبق، ودرجة حرارة التداخل، وإجراءات اللحام بشكل أكثر صرامة للحفاظ على المتانة عند درجات الحرارة المنخفضة في منطقة التأثير الحراري (HAZ). - إرشادات اللحام العملية: مواد استهلاكية منخفضة الهيدروجين، تسخين مسبق مسيطر عليه للأقسام السميكة، ومعالجة حرارية بعد اللحام فقط حيثما تم تحديد ذلك. تجنب القابلية المفرطة للتصلب في HAZ من خلال الحفاظ على كربون منخفض وتحديد إضافات السبائك.
6. التآكل وحماية السطح
- كلا من AH36 وEH36 هما فولاذات HSLA قائمة على الكربون (ليست مقاومة للصدأ)؛ تعتمد مقاومة التآكل في البيئات البحرية على الأنظمة الواقية.
- استراتيجيات الحماية النموذجية: الإيبوكسي الملتحم، أنظمة الطلاء البحرية متعددة الطبقات، المجلفن (حيثما كان مناسبًا)، والأنودات التضحية للتطبيقات المغمورة.
- نظرًا لأن أيًا من الدرجتين ليست مقاومة للصدأ، فإن PREN (عدد مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق لتصنيف تآكلها. للرجوع، يتم تعريف PREN على أنه: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
- إعداد السطح، ختم اللحامات، وتصميم الحماية الكاثودية/الأنودية هي أدوات تصميم رئيسية. لا توفر متانة EH36 المحسنة فوائد مقاومة تآكل جوهرية مقارنةً بـ AH36.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- قابلية التشغيل: كلا الدرجتين هما فولاذات هيكلية نموذجية؛ قابلية التشغيل متوسطة وتعتمد على البنية المجهرية، الصلابة، والسمك. يمكن أن تقلل إضافة عناصر السبائك الدقيقة في EH36 قليلاً من قابلية التشغيل مقارنةً بالفولاذات منخفضة السبائك جدًا، ولكن الفروق عادة ما تكون متواضعة.
- قابلية التشكيل/الانحناء: قابلة للمقارنة لكلا الدرجتين عند نفس الحالة والسمك؛ قد تتطلب متانة EH36 الأكثر صرامة في التحكم في القوة أشعة انحناء أكبر قليلاً للأقسام الثقيلة لتجنب التشقق في الجزء النهائي.
- يجب أن تتبع عملية ثقب الثقوب والتشكيل البارد للألواح السميكة إرشادات المورد؛ لا يُوصى بالتشكيل عند درجات حرارة منخفضة جدًا أو عند درجات حرارة منخفضة جدًا دون تأهيل.
8. التطبيقات النموذجية
| AH36 — الاستخدامات النموذجية | EH36 — الاستخدامات النموذجية |
|---|---|
| تغطية هيكل السفينة في الخدمة المعتدلة | تغطية هيكل السفينة/السطح للخدمة القطبية/القطبية |
| هياكل السطح للمنصات البحرية في المناخات الأكثر اعتدالًا | الهياكل البحرية القطبية والهياكل القادرة على تحمل الجليد |
| ناقلات البضائع، أعضاء هيكل السفن العامة | السفن التي تعمل في درجات حرارة منخفضة مستمرة، هياكل ناقلات الغاز الطبيعي المسال حيث تكون المتانة عند درجات الحرارة المنخفضة مطلوبة |
| الأرضيات، الإطارات، ولوحات الهيكل العامة حيث لا تكون المتانة عند درجات الحرارة المنخفضة حرجة | الهياكل الأساسية الحرجة المعرضة لخطر الكسر الهش في الخدمة تحت الصفر |
مبررات الاختيار: - اختر AH36 حيث تكون القوة الهيكلية مطلوبة ولكن تظل درجات الحرارة المحيطة/الخدمة معتدلة ومتطلبات التأثير عند درجات حرارة منخفضة جدًا غير مفروضة. - اختر EH36 عندما يكون هناك متطلب ثابت لضمان متانة التأثير عند درجات حرارة تحت الصفر بشكل كبير (مثل العمليات ذات العرض العالي، اللوائح القطبية/الإقليمية)، حتى لو كانت التكلفة وعمليات الإنتاج أعلى.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة: عادةً ما تكون EH36 أغلى من AH36 بسبب المعالجة الأكثر صرامة، والاختبار، واحتياجات الكيمياء/التحكم الأكثر صرامة المحتملة لتلبية معايير التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة. تختلف الزيادة حسب المصنع، وحجم الطلب، وظروف السوق.
- التوافر: AH36 متاح على نطاق واسع في أحجام الألواح القياسية وسمكاتها. EH36 شائع أيضًا بين منتجي ألواح السفن ولكن قد يكون التوافر أكثر تقييدًا للألواح السميكة جدًا أو الأبعاد غير المعتادة بسبب الحاجة إلى معالجة مسيطر عليها واختبارات تأثير إضافية.
- شكل المنتج: الألواح، الأقسام الملحومة، والألواح المقطوعة حسب الحجم شائعة؛ قد تكون أوقات التسليم لـ EH36 أطول إذا كانت اختبارات التأثير المحددة عند درجات الحرارة المنخفضة مطلوبة.
10. الملخص والتوصية
جدول الملخص (نوعي)
| السمة | AH36 | EH36 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة جدًا (إجراءات قياسية) | جيدة جدًا ولكن يُوصى بالتحكم الأكثر صرامة في WPS |
| توازن القوة–المتانة | قوة عالية؛ متانة كافية عند درجات حرارة معتدلة | قوة عالية؛ متانة فائقة عند درجات الحرارة المنخفضة حسب المواصفات |
| التكلفة | أقل | أعلى (زيادة للتأهيل عند درجات الحرارة المنخفضة) |
التوصيات النهائية: - اختر AH36 إذا كنت بحاجة إلى لوحة بناء سفن عالية القوة ومتاحة بسهولة للبيئات المعتدلة حيث لا تكون مقاومة التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة القصوى مطلوبة وترغب في تكلفة مواد أقل وإجراءات شراء أبسط. - اختر EH36 إذا كانت الهيكل ستعمل في ظروف باردة أو قطبية، إذا كانت اللوائح تتطلب إثبات متانة شاربي عند درجات الحرارة المنخفضة، أو إذا كان التصميم لديه حساسية للكسر الهش (أقسام رقيقة، قيود عالية، إجهاد متبقي عالي). التكلفة الإضافية مبررة من خلال تقليل خطر الكسر والامتثال للوائح.
ملاحظة ختامية: توفر AH36 وEH36 قوة ثابتة قابلة للمقارنة؛ يجب أن يكون الاختيار العملي مدفوعًا بالأداء المطلوب عند درجات حرارة الخدمة، وقيود إجراءات اللحام، ومخاطر دورة الحياة. تحقق دائمًا من معايير القبول الكيميائية والميكانيكية الدقيقة مع مواصفات المشروع وشهادة اختبار المصنع قبل الاختيار النهائي.