EH36 مقابل FH36 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
EH36 و FH36 هما فولاذان عاليان القوة مستخدمان في بناء السفن، وغالبًا ما يتم تحديدهما للأجزاء الهيكلية حيث يتطلب الأمر توازنًا بين القوة والصلابة وقابلية اللحام. يقوم المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع غالبًا بوزن التبادلات مثل صلابة درجات الحرارة المنخفضة مقابل التكلفة، وقابلية اللحام مقابل السماكة المسموح بها، وسهولة التصنيع مقابل الأداء أثناء الخدمة عند الاختيار بين الاثنين.
التمييز العملي الرئيسي الذي يتم مواجهته في الصناعة هو كيفية أداء كل درجة في أقسام الألواح السميكة جدًا وتحت ظروف الخدمة ذات درجات الحرارة المنخفضة الصعبة. نظرًا لأن كلاهما فولاذان عاليان القوة ومنخفضا السبائك (HSLA) مصممان للهياكل البحرية، غالبًا ما يتم مقارنتهما جنبًا إلى جنب عند تحديد الألواح الثقيلة للأجزاء الهيكلية الأساسية، والهياكل البحرية، وغيرها من التصنيع الحرج. تختلف التركيبة الدقيقة والضمانات الميكانيكية حسب المواصفات والمطحنة، لذا يجب أن يكون الاختيار مستندًا إلى الكود ذي الصلة وشهادات اختبار المطحنة.
1. المعايير والتسميات
- سياقات المواصفات الشائعة حيث تظهر EH36 و FH36:
- جمعيات التصنيف وقواعد بناء السفن (مثل ABS، DNV/GL، Lloyd’s Register).
- المعايير الوطنية والدولية للصلب/المنتجات وما يعادلها (تشمل الأمثلة فئات بناء السفن ASTM/ASME، EN، JIS، ومعايير GB المختلفة). تعتمد المراجع الدقيقة على السلطة وشكل المنتج (لوح، ملف).
- نوع المادة: كل من EH36 و FH36 هما فولاذان كربونيان عاليان القوة ومنخفضا السبائك (HSLA) مصممان للاستخدام الهيكلي البحري (ليس فولاذ مقاوم للصدأ أو فولاذ أدوات). هما ليسا فولاذين مقاومين للصدأ ويتطلبان حماية سطحية لمقاومة التآكل.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
يوفر الجدول التالي نطاقات التركيب النموذجية التي تُرى غالبًا في درجات HSLA لبناء السفن من سلسلة "36". هذه نطاقات توضيحية؛ يجب استشارة شهادات المطحنة والمواصفات المسيطرة للحصول على القيم الحرجة للمشاريع.
| عنصر | النطاق النموذجي، EH36 (wt%) | النطاق النموذجي، FH36 (wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.08 – 0.18 | 0.08 – 0.20 |
| Mn | 0.70 – 1.60 | 0.70 – 1.60 |
| Si | 0.10 – 0.50 | 0.10 – 0.50 |
| P | ≤ 0.035 (أقصى) | ≤ 0.035 (أقصى) |
| S | ≤ 0.035 (أقصى) | ≤ 0.035 (أقصى) |
| Cr | 0.00 – 0.30 | 0.00 – 0.30 |
| Ni | 0.00 – 0.50 | 0.00 – 0.50 |
| Mo | 0.00 – 0.10 | 0.00 – 0.10 |
| V | trace – 0.08 | trace – 0.08 |
| Nb (Nb/Ta) | trace – 0.06 | trace – 0.06 |
| Ti | trace – 0.02 | trace – 0.02 |
| B | trace (ppm) | trace (ppm) |
| N | ≤ 0.012 (نموذجي) | ≤ 0.012 (نموذجي) |
ملاحظات: - تعتمد كلتا الدرجتين على الميكروسبائك (Nb، V، Ti) والكيمياء المسيطرة لتحقيق بنية دقيقة الحبيبات من الفريت-البرلايت/الفريت الميكروسبائكي التي توفر قوة عائد عالية مع صلابة مقبولة. - يتم استخدام اختلافات كيميائية طفيفة (مثل التحكم الأكثر دقة في الكبريت، واستخدام إضافات الميكروسبائك، أو إضافات صغيرة من Ni/Cr) لتخصيص قابلية التصلب، والصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة، والأداء عبر السماكة للألواح السميكة جدًا. - غالبًا ما يتم ضبط تركيبات FH36 لضمان الخصائص في الأقسام الأكثر سمكًا؛ قد يتم إنتاج EH36 بكيمياء ومعالجة محسّنة لأداء صلابة منخفضة الحرارة في الخدمة.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
البنى المجهرية النموذجية: - يتم إنتاج كلتا الدرجتين لتحقيق بنية مجهرية من الفريت دقيقة الحبيبات مع برلايت موزع ورواسب ميكروسبائكية. تعمل عناصر الميكروسبائك (Nb، V، Ti) على تنقيح حجم الحبيبات وتوفير تقوية من خلال الترسيب. - في الألواح المدرفلة كما هي والألواح المدرفلة حراريًا (TMCP)، يمكن أن تظهر مزيج من الباينيت/الفريت اعتمادًا على معدلات التبريد ومحتوى السبيكة.
معالجة الحرارة وطرق المعالجة: - التطبيع: يمكن استخدامه لتنقيح حجم الحبيبات وتحسين التوحيد في الأقسام الثقيلة ولكنه لا يتم دائمًا للألواح الكبيرة بسبب التكلفة. - التبريد والتخمير: ليس شائعًا للألواح القياسية EH36/FH36 - هذه هي بشكل أساسي فولاذ مدرفل حراريًا ومعالج بشكل مسيطر، وليس فولاذ سبائكي تم تبريده وتخميره. - معالجة التحكم الحراري الميكانيكي (TMCP): شائعة لكلتا الدرجتين لتحقيق قوة عالية وصلابة جيدة دون معالجة حرارية إضافية. يوفر TMCP خصائص مواتية عبر السماكة في الألواح التي تم التحكم فيها بشكل صحيح. - طرق الألواح السميكة جدًا: بالنسبة للأقسام السميكة جدًا، يكون التبريد المسيطر والكيمياء المخصصة (كربون أقل قليلاً، استراتيجية الميكروسبائك) أمرًا حاسمًا لتجنب الأشرطة ذات الحبيبات الخشنة وللحفاظ على الصلابة عبر السماكة؛ غالبًا ما يتم تحسين تسميات FH36 والتسليمات لهذه الظروف.
4. الخصائص الميكانيكية
تعتمد الخصائص الميكانيكية بشكل كبير على سماكة اللوح، وطريقة الدرفلة، والمواصفة المسيطرة. يلخص الجدول أدناه النطاقات المستهدفة النموذجية والاتجاهات النوعية بدلاً من الأرقام المضمونة الفردية - يجب أن تكون مواصفات المشروع وتقارير اختبار المطحنة هي مصدر القيم التعاقدية.
| الخاصية | EH36 النموذجي (نطاق نموذجي / سلوك) | FH36 النموذجي (نطاق نموذجي / سلوك) |
|---|---|---|
| قوة العائد (الحد الأدنى) | ≈ 300–380 ميغاباسكال (مصمم كفولاذ HSLA عالي القوة؛ الحد الأدنى الفعلي يعتمد على المواصفة والسماكة) | ≈ 300–380 ميغاباسكال (مستويات اسمية مماثلة؛ قد يتم ضمان FH36 عند عوائد مماثلة في الأقسام الأكثر سمكًا) |
| قوة الشد | ≈ 460–620 ميغاباسكال (يعتمد على السماكة والمعالجة) | ≈ 460–620 ميغاباسكال |
| التمدد (A%) | ≈ 18–26% (تنخفض مع زيادة السماكة) | ≈ 16–24% (قد تظهر الألواح الأكثر سمكًا تمددًا أقل قليلاً) |
| صلابة التأثير (Charpy V-notch) | محدد لدرجات الحرارة المنخفضة لدرجات EH (تحسين صلابة درجات الحرارة المنخفضة)؛ تعتمد طاقات القبول النموذجية على درجة الحرارة والسماكة | غالبًا ما يتم تحديد FH36 وتأهيله للألواح الأكثر سمكًا حيث قد يكون التأثير عبر السماكة أقل عند نفس درجة الحرارة - تتحكم المواصفة في درجة حرارة/طاقة الاختبار |
| الصلابة | عادة ما تكون معتدلة (HB في نطاقات HSLA النموذجية)؛ لا تستخدم كمعيار قبول أساسي | مماثلة، مصممة لتجنب الصلابة المفرطة التي قد تؤثر على قابلية اللحام |
التفسير: - مستويات القوة قابلة للمقارنة بشكل عام بين الدرجتين عند إنتاجهما وفقًا لمواصفات بناء السفن النموذجية. تكون الاختلافات المهمة عادةً في الصلابة المضمونة عند درجات الحرارة المحددة وفي كيفية الحفاظ على الخصائص عبر الأقسام السميكة جدًا. - غالبًا ما يرتبط EH36 بأداء صلابة منخفضة الحرارة المحسن؛ يتم اختيار FH36 بشكل متكرر حيث يجب ضمان خصائص متسقة (بما في ذلك الصلابة والقوة) في الألواح السميكة جدًا.
5. قابلية اللحام
تتحكم قابلية اللحام بشكل أساسي بمحتوى الكربون، والسبائك المدمجة (قابلية التصلب)، ومستويات الشوائب (P، S)، وإضافات الميكروسبائك.
مؤشرات تجريبية مفيدة: - معادل الكربون IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - مؤشر Pcm الدولي: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي: - تستهدف كل من EH36 و FH36 كميات كربون منخفضة نسبيًا وسبائك مسيطر عليها للحفاظ على $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ في النطاقات التي تدعم اللحام التقليدي مع التحكم في التسخين المسبق حيثما كان ذلك مطلوبًا. - تزيد الميكروسبائك (Nb، V، Ti) قليلاً من قابلية التصلب ويمكن أن تزيد من خطر تشقق منطقة التأثير (HAZ) إذا لم يتم التحكم في إجراءات اللحام، خاصة في الأقسام الأكثر سمكًا. لهذا السبب قد يتم تحديد استراتيجيات التسخين المسبق، والتحكم في درجة حرارة التداخل، والمعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) للألواح FH36 السميكة جدًا. - بالنسبة للألواح الثقيلة/السميكة جدًا (غالبًا ما تكون سببًا لاختيار FH36)، تتطلب مواصفات إجراءات اللحام عادةً تحكمًا أكثر صرامة في التسخين المسبق/التداخل ومواد اللحام لإدارة صلابة منطقة التأثير والضغوط المتبقية.
6. التآكل وحماية السطح
- كل من EH36 و FH36 هما فولاذان كربونيان/HSLA عاديان (غير مقاومين للصدأ). يتم توفير حماية التآكل بواسطة الطلاءات، والحماية الكاثودية، أو الطلاءات المعدنية حسب الاقتضاء.
- استراتيجيات الحماية النموذجية:
- التغليف بالغمس الساخن (لبعض المكونات الهيكلية، على الرغم من أنه ليس شائعًا لألواح الهيكل الغاطسة).
- الطلاءات العضوية (أنظمة الإيبوكسي/البولي يوريثان) وأنظمة الطلاء الأساسي/النهائي المستخدمة لهياكل السفن والهياكل البحرية.
- الحماية الكاثودية (أنودات تضحية أو تيار مضغوط) للهياكل المغمورة.
- PREN (عدد مقاومة التآكل) ذو صلة فقط بالفولاذ المقاوم للصدأ/الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ هذا لا ينطبق على EH36 أو FH36 لأنهما ليسا سبائك مقاومة للصدأ.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- قابلية التشغيل: EH36 و FH36 ليست مصممة لقابلية تشغيل عالية؛ قابلية التشغيل نموذجية للفولاذات HSLA - كافية مع أدوات صحيحة ومعلمات قطع صحيحة. قد تؤدي القوة الأعلى قليلاً أو النقاط الصلبة في الألواح الأكثر سمكًا إلى تقليل عمر الأداة.
- قابلية التشكيل: تحسن الدرفلة المسيطرة/TMCP قابلية التشكيل للتشكيل الساخن والبارد مقارنة بالفولاذات التي تم تبريدها وتخميرها. تقل حدود الانحناء والتشكيل مع زيادة السماكة؛ قد تتطلب FH36 الموردة للألواح السميكة جدًا قوى أعلى ونصف قطر انحناء خاص.
- القطع واللحام: القطع بالبلازما والغاز الأكسجيني شائع. يتطلب اللحام مواد استهلاكية مناسبة تتناسب مع متطلبات قوة اللوح وصلابته؛ يكون التحكم في درجة حرارة التسخين المسبق ودرجة حرارة التداخل أكثر أهمية على الألواح FH36 السميكة.
8. التطبيقات النموذجية
| EH36 — الاستخدامات النموذجية | FH36 — الاستخدامات النموذجية |
|---|---|
| ألواح الهيكل والأجزاء الهيكلية حيث تتطلب صلابة منخفضة الحرارة المحسنة (سفن قطبية أو مياه باردة، منازل سطح السفن) | ألواح هيكلية ثقيلة جدًا، وحواجز، وأجزاء هيكلية أساسية حيث تتطلب سماكات الألواح الكبيرة وضمانات عبر السماكة |
| ألواح حيث تكون مقاومة التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة أولوية | مكونات المنصات البحرية وعناصر التصنيع الثقيلة التي تتطلب خصائص متسقة عبر أقسام سميكة جدًا |
| المناطق التي تتطلب قابلية لحام جيدة مع ضمانات صلابة | الحالات التي تشمل فيها طريقة التصنيع ألواحًا كبيرة مفردة وحيث تكون الإنتاجية المدفوعة بالمواصفات مطلوبة للسماكة |
مبررات الاختيار: - اختر الدرجة التي تتناسب مع درجة حرارة الصلابة الدنيا المطلوبة للمشروع، وحدود السماكة المضمونة، وقدرات إجراءات اللحام. بالنسبة للهياكل البحرية ذات الخدمة الباردة، فإن مواصفات مشابهة لـ EH36 جذابة؛ بالنسبة للألواح الثقيلة جدًا ذات المتطلبات الصارمة عبر السماكة، غالبًا ما تكون تسليمات مشابهة لـ FH36 مفضلة.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة النسبية: كلتا الدرجتين في نفس العائلة؛ عادةً ما تكون اختلافات الأسعار صغيرة وتدفعها سماكة اللوح، والمعالجة (TMCP، التطبيع)، ومتطلبات الشهادة/الاختبار. يمكن أن تحمل الألواح المدرفلة/المسيطرة خصيصًا للأقسام السميكة جدًا (غالبًا تسليمات FH36) سعرًا إضافيًا بسبب فترات الإنتاج الأطول، والاختبارات الأكثر صرامة، والتعامل الأكبر مع الخردة.
- التوافر: تتوفر درجات بناء السفن الشائعة (AH36/DH36/EH36) على نطاق واسع من المطاحن الكبرى في جميع أنحاء العالم. قد تكون الألواح من نوع FH36 المخصصة للسماكات الثقيلة جدًا ذات توافر أكثر محدودًا وأوقات تسليم أطول - خاصةً للألواح الكبيرة المفردة أو المشاريع التي تتطلب ضمانات محددة للخصائص الميكانيكية عبر السماكة.
10. الملخص والتوصية
| السمة | EH36 | FH36 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة (كربون منخفض، سبائك مسيطر عليها)؛ محسّنة للتصنيع القياسي | جيدة، لكن الأقسام الأكثر سمكًا قد تتطلب تحكمًا أكثر صرامة في التسخين المسبق/PWHT |
| توازن القوة–الصلابة | تركيز عالٍ على الصلابة، خاصة عند درجات الحرارة المنخفضة | عالي القوة مع التركيز على الاحتفاظ بالخصائص في الألواح السميكة جدًا |
| التكلفة | أسعار HSLA النموذجية؛ معتدلة حسب المعالجة | قد تكون هناك علاوة للألواح السميكة جدًا، المعالجة بشكل خاص |
التوصيات: - اختر EH36 إذا: كنت بحاجة إلى فولاذ بناء سفن عالي القوة تم تحسينه لصلابة درجات الحرارة المنخفضة وسماكات الألواح القياسية إلى الثقيلة حيث تكون مقاومة التأثير في ظروف الخدمة الباردة أولوية وحيث تكون إجراءات اللحام الروتينية مقبولة. - اختر FH36 إذا: كانت تطبيقاتك تتطلب ألواحًا ثقيلة جدًا أو سميكة جدًا مع ضمانات قوة عبر السماكة وخصائص ميكانيكية، وأنت مستعد لاتباع ضوابط أكثر صرامة في اللحام والتصنيع (ولقبول أوقات تسليم أطول وتكاليف إضافية محتملة).
ملاحظات نهائية: - دائمًا حدد المعيار المسيطر، ونطاق السماكة المطلوب، ودرجات حرارة الاختبار لصلابة التأثير، ومؤهلات إجراءات اللحام في مستندات الشراء. تعتبر شهادات المطحنة، بما في ذلك التحليل الكيميائي وتقارير الاختبار الميكانيكية المأخوذة من سماكة اللوح الفعلية، ضرورية للتحقق من أن المادة الموردة تلبي نية الأداء للدرجة المختارة.