ABS A مقابل AH36 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
ABS A و AH36 هما درجتان من الفولاذ الهيكلي المستخدم على نطاق واسع في بناء السفن، ويواجههما المصممون والمصنعون وفرق الشراء. غالبًا ما يختار المهندسون بينهما عند الموازنة بين التكلفة، والقوة المطلوبة، وقابلية اللحام، وظروف الخدمة (على سبيل المثال، لوحة سطح الشحن حيث تكون وفورات الوزن مهمة مقابل لوحة الهيكل حيث تكون المتانة عبر السماكة والضغوط المسموح بها الأعلى مطلوبة). التمييز العملي الرئيسي هو من حيث درجة المواصفات والأداء الميكانيكي الأدنى: ABS A هو لوحة سفينة هيكلية تقليدية (خفيفة) بقوة دنيا أقل، بينما AH36 هو فولاذ هيكلي لبناء السفن بقوة أعلى، مع متطلبات متانة أكثر صرامة ويستخدم عادة حيث تكون الضغوط المسموح بها أعلى أو الأقسام الرقيقة مطلوبة. غالبًا ما تتم مقارنة هذه الدرجات لأنها تحتل مواقع متجاورة في التسلسلات الهيكلية للسفن ولأن استبدال واحدة بالأخرى يؤثر على سمك اللوحة، ومعلمات التصنيع، والتكلفة.
1. المعايير والتسميات
- ABS A: تسمية تستخدم في قواعد المكتب الأمريكي للشحن (ABS) والمواصفات المعادلة لبناء السفن. يقابل الفولاذ الهيكلي العام للسفن (غالبًا ما يتماشى مع التسمية القديمة "الدرجة A").
- AH36: درجة فولاذ لبناء السفن عالية القوة، موجودة في قواعد ABS وفي ASTM A131 كدرجة AH36. يتم الإشارة إليها أيضًا في معايير التصنيف والمعايير الوطنية الأخرى للفولاذ البحري.
- المعايير المعادلة/ذات الصلة:
- ASTM/ASME: ASTM A131 (AH36 هو درجة محددة)؛ تمثل الفولاذات من نوع "الدرجة A" في قوائم ASTM القديمة أو المعادلة.
- EN: تستخدم الفولاذات الأوروبية لبناء السفن تسميات مثل S355G، S420G، إلخ؛ AH36 يقارب في القوة بعض درجات الفولاذ S ولكن متطلبات التركيب/المتانة تختلف.
- JIS/GB: توفر المعايير الوطنية درجات سفن مماثلة؛ يجب التحقق من المرجع الدقيق وفقًا لمواصفات المشروع.
- تصنيف الفولاذات:
- كل من ABS A و AH36 هما فولاذات هيكلية من الكربون والمنغنيز (غير مقاومة للصدأ، غير أدوات) في عائلة HSLA/الهيكلية عند إضافة الميكروسبائك؛ AH36 هو الدرجة الهيكلية ذات القوة الأعلى.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
تقدم الجدول التالي حدود التركيب النموذجية (wt%) التي يتم الاستشهاد بها عادة في مواصفات لوحات السفن ABS/ASTM. القيم إرشادية؛ الحدود الدقيقة تعتمد على المعيار الصادر، وسمك اللوحة، والمورد.
| عنصر | ABS A (حدود المواصفات النموذجية، wt%) | AH36 (حدود المواصفات النموذجية، wt%) |
|---|---|---|
| C (الكربون) | ≤ 0.18–0.20 (أقصى) | ≤ 0.16–0.18 (أقصى) |
| Mn (المنغنيز) | 0.60–1.60 (نطاق) | 0.70–1.60 (نطاق) |
| Si (السيليكون) | ≤ 0.50 (أقصى) | ≤ 0.50 (أقصى) |
| P (الفوسفور) | ≤ 0.035–0.045 (أقصى) | ≤ 0.035 (أقصى) |
| S (الكبريت) | ≤ 0.035–0.045 (أقصى) | ≤ 0.035 (أقصى) |
| Cr (الكروم) | عادة ≤ 0.30 (أثر) | عادة ≤ 0.30 (أثر) |
| Ni (النيكل) | عادة ≤ 0.30 (أثر) | عادة ≤ 0.30 (أثر) |
| Mo (الموليبدينوم) | ليس نموذجيًا / أثر | ليس نموذجيًا / أثر |
| V (الفاناديوم) | أثر إذا تمت إضافة الميكروسبائك | أثر إذا تمت إضافة الميكروسبائك |
| Nb (النيوبوم) | عادة غير محدد / أثر | قد يكون موجودًا في متغيرات AH36 المضافة بالميكروسبائك |
| Ti (التيتانيوم) | أثر (إزالة الأكسدة) | أثر (إزالة الأكسدة) |
| B (البورون) | عادة غير محدد | عادة غير محدد |
| N (النيتروجين) | أثر | أثر |
ملاحظات: - يتم إنتاج AH36 غالبًا بتركيب كيميائي محكم وأحيانًا بإضافة الميكروسبائك (Nb، V، Ti) أو بالدرفلة الحرارية الميكانيكية لتحقيق قوة عائد أعلى وتحسين المتانة عند سماكات أقل. ABS A هو عمومًا فولاذ هيكلي من الكربون والمنغنيز مع إضافات ميكروسبائكية أقل. - اختلافات استراتيجية السبائك: يعتمد AH36 على التحكم في C و Mn، وانخفاض P/S، وإما إضافة الميكروسبائك أو المعالجة الحرارية الميكانيكية لزيادة قوة العائد مع الحفاظ على المتانة؛ يركز ABS A على الاقتصاد والليونة مع أهداف قوة/متانة أقل صرامة.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
- البنى المجهرية النموذجية:
- ABS A: اللوحات المدرفلة أو المعالجة حراريًا عادةً ما تحتوي على بنية مكونة من الفريت واللؤلؤة مع لؤلؤة خشنة نسبيًا في الأقسام الأكثر سمكًا. تدعم البنية ليونة جيدة ولكن قدرة محدودة على القوة العالية.
- AH36: اعتمادًا على المعالجة (المعالجة حراريًا، TMCP — المعالجة الحرارية الميكانيكية المنضبطة)، تتراوح البنية المجهرية من الفريت واللؤلؤة الدقيقة إلى الفريت البينيت أو الفريت متعدد الأضلاع مع لؤلؤة متناثرة ورواسب ميكروسبائكية. يمكن أن يظهر AH36 المعالج حراريًا حجم حبيبات مصقول وهياكل انزلاقية تزيد من قوة العائد دون زيادة صلابة بشكل متناسب.
- استجابة المعالجة الحرارية:
- المعالجة الحرارية: تستجيب كلتا الدرجتين للمعالجة الحرارية مع تحسين حجم الحبيبات وزيادة المتانة؛ يستفيد AH36 أكثر لأن تقليل حجم الحبيبات يزيد مباشرة من المتانة عند القوة الأعلى.
- التبريد والتسخين: ليس نموذجيًا للوح السفن القياسي (مكلف ويؤدي إلى تشوه)، ولكنه سيزيد بشكل كبير من القوة والصلابة إذا تم تطبيقه.
- المعالجة الحرارية الميكانيكية (TMCP): شائعة لـ AH36 — الدرفلة المنضبطة والتبريد المعجل تنتج بنى مجهرية دقيقة مع عائد عالٍ عند متانة جيدة. ABS A أقل شيوعًا في الإنتاج بواسطة TMCP.
- النتيجة العملية: تركز مسار إنتاج AH36 على تحقيق توازن بين القوة والمتانة عند درجات حرارة منخفضة، بينما تعطي ABS A الأولوية لقابلية التشكيل والاقتصاد مع تواريخ درفلة/حرارية أبسط.
4. الخصائص الميكانيكية
الخصائص الميكانيكية أدناه تمثل الحد الأدنى والنطاقات النموذجية وفقًا لمواصفات لوحات السفن الشائعة؛ القيم الفعلية تعتمد على السمك والمعيار المعتمد.
| الخاصية | ABS A (نموذجي) | AH36 (نموذجي) |
|---|---|---|
| قوة العائد (0.2% إثبات) | ~235 ميجا باسكال (حد أدنى) | ~355 ميجا باسكال (حد أدنى) |
| قوة الشد (Rm) | ~400–520 ميجا باسكال (نموذجي) | ~490–630 ميجا باسكال (نموذجي) |
| التمدد (% في 200 مم أو 5.65√A) | ~20–25% | ~16–21% |
| متانة الصدمة (شاربي V) | تصنيف درجة الحرارة المنخفضة أقل تطلبًا؛ القيم تختلف حسب المواصفة | متانة درجة الحرارة المنخفضة المحددة؛ عادةً 27 جول (أو أعلى) عند درجات حرارة تحت الصفر المحددة حسب السمك |
| الصلابة (HB أو HRC) | عادة أقل (أكثر ليونة) | أعلى ولكن لا تزال معتدلة للحفاظ على قابلية اللحام |
تفسير: - القوة: AH36 هو الدرجة الأقوى (أعلى عائد وشد)، مما يمكّن من أقسام أرق لتحمل الحمل المعادل. - المتانة: عادةً ما تحتوي AH36 على خصائص تأثير محددة عند درجات حرارة منخفضة (غالبًا عند درجات حرارة أقل من ABS A)، لذا تحافظ AH36 على مقاومة الكسر في الخدمة الباردة إذا تم تصنيعها وفقًا للمواصفة. - الليونة: عادةً ما تظهر ABS A تمددًا أعلى بسبب قوة العائد الأقل وبنيتها المجهرية الأكثر خشونة. - يجب على المصممين أخذ في الاعتبار تقليل المتانة المعتمد على السمك؛ تختلف الخصائص المضمونة لكلتا الدرجتين مع سمك اللوحة.
5. قابلية اللحام
تعتمد قابلية اللحام على التركيب الكيميائي (خاصة الكربون والمنغنيز)، وقابلية التصلب، وعناصر الميكروسبائك.
- تستخدم مقاييس الكربون المعادلة لتقدير احتياجات التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام. صيغة شائعة هي: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr + Mo + V}{5} + \frac{Ni + Cu}{15}$$ وهذا يعطي تقديرًا نوعيًا ل susceptibility to hydrogen-assisted cold cracking و hardenability.
- تستخدم صيغة Pcm الأكثر شمولاً أحيانًا للفولاذات ذات الكيمياء المعقدة: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn + Cu}{20} + \frac{Cr + Mo + V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- التفسير:
- ABS A: القوة الأقل والكيمياء الأبسط تعطي عادةً قيم كربون معادلة أقل، مما يعني قابلية لحام أسهل مع تسخين مسبق أقل وخطر أقل من الكسر الهيدروجيني.
- AH36: القوة الأعلى، والتحكم الأكثر صرامة في الكيمياء، وإمكانية إضافة الميكروسبائك يمكن أن تزيد من CE/Pcm بشكل معتدل. غالبًا ما تلحم AH36 بشكل جيد مع الإجراءات المناسبة (التسخين المسبق، اختيار المواد القابلة للاستهلاك، التحكم في إدخال الحرارة)، ولكن يجب توخي الحذر بالنسبة للوح الأكثر سمكًا وعندما تكون الصلابة المسموح بها القصوى في HAZ مصدر قلق.
- نصيحة عملية: احسب دائمًا CE أو Pcm للتحليل الكيميائي الفعلي والسمك لتحديد درجات حرارة التسخين المسبق والمرور، ولتحديد المعادن المالئة التي تتناسب مع متطلبات المتانة والشد.
6. التآكل وحماية السطح
- كل من ABS A و AH36 هما فولاذات كربونية ومنغنيزية غير مقاومة للصدأ وتتطلب حماية سطحية في البيئات البحرية.
- استراتيجيات الحماية النموذجية:
- طلاءات الحواجز (مركبات بحرية، إيبوكسيات)
- التغليف بالغمس الساخن لبعض الهياكل الثانوية (محدود للوح الثقيلة بسبب مشاكل الأبعاد/التفتيش)
- الحماية الكاثودية (للهياكل المغمورة)
- أنظمة الطلاء للصيانة المنتظمة للهيكل والأسطح المكشوفة
- مؤشرات مقاومة الصدأ: PREN غير قابلة للتطبيق على هذه الدرجات غير المقاومة للصدأ. للمرجع، يتم حساب PREN كالتالي: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ ولكنها ذات معنى فقط للسبائك المقاومة للصدأ حيث تكون Cr و Mo و N ذات أهمية.
- اختلافات أداء التآكل: لا تعتبر أي من الدرجتين مقاومة للتآكل بطبيعتها؛ الكيمياء المختلفة قليلاً لـ AH36 لا تغير بشكل مادي مقاومة التآكل الجوي مقارنةً بـ ABS A. يجب أن يركز الاختيار للخدمة التآكلية على الطلاء، والتفتيش، وبدل التآكل في التصميم.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- الانحناء والتشكيل:
- ABS A مع قوة عائد أقل يكون عمومًا أسهل في الانحناء والتشكيل مع ارتداد أقل وقوى مطلوبة أقل.
- AH36، بسبب قوة العائد الأعلى، يتطلب أحمال تشكيل أكبر ويزيد من الارتداد؛ يحتاج إلى أدوات دقيقة ونصف قطر انحناء أكبر.
- قابلية التشغيل:
- كلاهما قابل للتشغيل وفقًا لممارسات الفولاذ الكربوني القياسية. قد تقلل القوة الأعلى لـ AH36 من سرعات القطع قليلاً أو تزيد من تآكل الأدوات مقارنةً بـ ABS A.
- القطع والتعشيش:
- القطع بالنار، والبلازما، وعمل الأكسجين والوقود لكليهما؛ قد يتطلب AH36 الأكثر سمكًا تحكمًا حراريًا أكثر دقة لتجنب تدهور HAZ.
- التشطيب:
- تتبع عمليات الطحن والتحضير السطحي للطلاء سير عمل مشابه؛ لا تعقد قوة AH36 الأعلى التشطيب السطحي القياسي.
8. التطبيقات النموذجية
| ABS A — الاستخدامات النموذجية | AH36 — الاستخدامات النموذجية |
|---|---|
| أعضاء هيكلية غير حرجة، دعامات، حوامل، ألواح فرعية لسطح الخزان، مناطق هيكلية ثانوية حيث تكون الاقتصاد هي الأولوية | تغطية الهيكل الأساسية، دعامات عالية القوة، أغطية الفتحات، أجزاء حيث يتطلب تقليل سمك اللوحة والضغوط المسموح بها الأعلى |
| التصنيع العام حيث يفضل الليونة الأعلى والتشكيل الأسهل | الهياكل البحرية المعرضة للمناخات الباردة أو التي تتطلب شهادة متانة عند درجات حرارة منخفضة محددة |
| استبدالات وإصلاحات حيث تكون التكلفة هي المحرك الرئيسي والأحمال معتدلة | الهياكل الجديدة حيث يتم استخدام تحسين الوزن والضغوط التصميمية الأعلى |
مبررات الاختيار: - استخدم ABS A عندما تكون الأولويات الاقتصادية، وقابلية التشكيل، والتصنيع المباشر هي السائدة وعندما لا تتطلب الضغوط والبيئة قوة أعلى أو متانة معتمدة عند درجات حرارة منخفضة. - استخدم AH36 عندما يحتاج المصممون إلى قدرة أعلى على التحمل/الشد، أو متانة مضمونة أفضل عند درجات حرارة منخفضة، أو عندما يكون تقليل الوزن/السمك هدفًا تصميميًا.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة النسبية: عادةً ما تكون AH36 أكثر تكلفة لكل طن من ABS A بسبب التحكم الأكثر صرامة في الكيمياء، والمعالجة المتخصصة (TMCP أو المعالجة الحرارية)، وتكاليف الشهادة/الاختبار. ومع ذلك، يمكن أن تفضل التكلفة لكل هيكل AH36 إذا كانت تخفيضات سمك اللوحة تعوض السعر الأعلى للوحدة.
- التوافر: يتم تخزين كلا الدرجتين عادةً من قبل مراكز خدمة الفولاذ في شكل لوحات، ولكن يجب تأكيد توافر السماكات المحددة، والطلاءات، أو تقارير اختبار المصنع المعتمدة. قد تكون AH36 أقل توافرًا في سماكات كبيرة جدًا أو أحجام لوحات غير قياسية دون وقت مسبق.
10. الملخص والتوصية
| الخاصية | ABS A | AH36 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة (أسهل، CE أقل) | جيدة إلى معتدلة (تتطلب ضوابط للوح الأكثر سمكًا) |
| توازن القوة–المتانة | قوة أقل، ليونة أعلى | قوة أعلى مع متانة محددة عند درجات حرارة منخفضة |
| التكلفة | أقل لكل طن | أعلى لكل طن ولكن مع إمكانية توفير الوزن |
الاستنتاج والتوصيات العملية: - اختر ABS A إذا كانت أولويات المشروع هي أقل تكلفة، وتشكيل أسهل، ولحام أسهل، ولا تتطلب التطبيق قوة عائد عالية أو متانة معتمدة عند درجات حرارة منخفضة. مثال: الهيكل الثانوي، الحوامل، أو حيث يمكن إدارة حماية التآكل والسمك بسهولة. - اختر AH36 إذا كنت بحاجة إلى ضغوط مسموح بها أعلى، أو مقاومة تأثير معتمدة عند درجات حرارة منخفضة، أو القدرة على تقليل سمك اللوحة لتوفير الوزن أو المساحة. AH36 هو الخيار المنطقي لتغطية الهيكل الأساسية، أو الأعضاء الهيكلية الحرجة، أو التصاميم المحسنة للوزن.
ملاحظة نهائية: استشر دائمًا مواصفات المشروع الحاكمة وشهادات اختبار المصنع/الورشة للحصول على المتطلبات الكيميائية والميكانيكية الدقيقة. بالنسبة للحام، احسب $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$ من التحليل الفعلي للمصنع وطبق إجراءات التسخين المسبق وما بعد اللحام المناسبة.