AH32 مقابل DH32 - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
AH32 و DH32 هما درجتان شائعتان من الفولاذ المستخدم في بناء السفن/الفولاذ منخفض السبائك عالي القوة (HSLA) المستخدم في هياكل البدن، والأسطح، ومكونات التحميل الأخرى في الهندسة البحرية والبحرية. يقوم المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع غالبًا بوزن التبادلات بين القوة، والصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة، وقابلية اللحام، والتكلفة عند الاختيار بينهما. تشمل سياقات القرار النموذجية اختيار درجة لوح للخدمة في المناخات المعتدلة مقابل المناخات الباردة، والتوازن بين سهولة التصنيع والأداء المطلوب عند الصدمات، وتحديد المواد للهياكل الملحومة حيث تكون الصلابة بعد اللحام حرجة.
التمييز العملي الرئيسي بين AH32 و DH32 هو نطاق درجة حرارة الخدمة المقصودة ومتطلبات الصلابة المرتبطة بها: يتم تحديد DH32 ومعالجته لتقديم صلابة تأثير مضمونة أعلى عند درجات حرارة خدمة أقل من AH32. نتيجة لذلك، يتطلب DH32 غالبًا تحكمًا أكثر دقة في التركيب والمعالجة (معالجة التحكم الحراري الميكانيكي، TMCP) لضمان أداء موثوق عند درجات الحرارة المنخفضة، بينما يتم تحسين AH32 للخدمة في درجات الحرارة المعتدلة مع قوة ثابتة مشابهة ولكن بمتطلبات أقل صرامة عند الصدمات في درجات الحرارة المنخفضة.
1. المعايير والتسميات
- المعايير الوطنية والتصنيفات الرئيسية التي تشمل درجات بناء السفن من نوع AH32 و DH32:
- جمعيات التصنيف: ABS، DNV/GL، Lloyd’s Register (تظهر الرموز المعادلة عبر الجمعيات).
- المعايير الوطنية: GB (الصين)، JIS (اليابان) والمستندات الفنية ISO؛ تقدم العديد من الجمعيات رموز درجات معادلة.
- فئة المواد: كل من AH32 و DH32 هما فولاذان منخفضا الكربون غير المقاوم للصدأ، تم تطويرهما لتطبيقات هيكلية في السفن والمنصات البحرية. هما ليسا فولاذ أدوات أو درجات مقاومة للصدأ.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
| عنصر | AH32 (استراتيجية نموذجية) | DH32 (استراتيجية نموذجية) |
|---|---|---|
| C | كربون منخفض لقابلية اللحام والصلابة | كربون منخفض، غالبًا مشابه أو أقل قليلاً من AH32 للمساعدة في الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة |
| Mn | منغنيز معتدل لتوفير القوة وقابلية التصلب | منغنيز معتدل، يتم التحكم فيه للحد من قابلية التصلب وتقليل خطر التشقق البارد |
| Si | كميات صغيرة كعامل إزالة الأكسدة | كميات صغيرة كعامل إزالة الأكسدة |
| P | محتفظ به منخفضًا (تحكم في الشوائب) | محتفظ به منخفضًا؛ حدود صارمة للصلابة |
| S | محتفظ به منخفضًا (تحكم في الشوائب) | محتفظ به منخفضًا؛ حدود صارمة للصلابة |
| Cr | بشكل عام الحد الأدنى؛ يستخدم فقط إذا لزم الأمر | بشكل عام الحد الأدنى؛ ليس سبيكة تصلب رئيسية |
| Ni | لا يوجد عادة بكميات كبيرة | حد أدنى أو لا يوجد في التركيبات التجارية النموذجية |
| Mo | لا يوجد عادة بشكل كبير | لا يوجد عادة بشكل كبير |
| V | قد يكون موجودًا كعنصر ميكروسبائك للقوة | قد يستخدم كميكروسبائك لتحسين حجم الحبيبات وزيادة الصلابة |
| Nb (Cb) | يستخدم كميكروسبائك (تحسين الحبيبات، تقوية الترسيب) | غالبًا ما يتم تحديده أو التحكم فيه بدقة لتحسين الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة مع TMCP |
| Ti | كميات صغيرة للتحكم في إزالة الأكسدة/الترسيب | كميات صغيرة؛ يتم التحكم فيها لتجنب التأثيرات السلبية على الصلابة |
| B | عادة ما تكون غائبة أو يتم التحكم فيها بدقة | عادة ما تكون غائبة أو يتم التحكم فيها بدقة |
| N | متحكم فيه (منخفض) لتجنب تقليل الصلابة المرتبطة بالنترات | متحكم فيه (منخفض)؛ التحكم في الجودة حاسم للحصول على صلابة أعلى |
ملاحظات: - تم تصميم كلا الدرجتين كفولاذات ميكروسبائكية منخفضة الكربون. تركز استراتيجية السبائك على الشوائب المتحكم فيها (P، S، N) وإضافات الميكروسبائك (Nb، V، Ti) لتحقيق بنية دقيقة الحبيبات، مما يمكّن من تحقيق قوة عالية مع صلابة جيدة. - تميل مواصفات DH32 إلى فرض تحكمات أكثر صرامة على مستويات الشوائب وأحيانًا نطاقات أكثر صرامة لإضافات الميكروسبائك لضمان الأداء عند درجات الحرارة المنخفضة.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
- البنيات المجهرية النموذجية:
- AH32: فيرّيت دقيق الحبيبات وفيرّيت متعدد الأضلاع مع مكونات بيرليت أو باينيت متفرقة حسب TMCP. البنية المجهرية متوازنة من حيث القوة والليونة عند درجات الحرارة المعتدلة.
- DH32: بنية مجهرية مشابهة من الفيرّيت-بيرليت أو الفيرّيت-باينيت، ولكن تمت معالجتها (TMCP) لتعزيز حجم الحبيبات الدقيقة ومنتجات التحول المواتية التي تعزز الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة.
- آثار المعالجة الحرارية والمعالجة:
- التطبيع: يزيد من التوحيد ويقلل من حجم الحبيبات بالنسبة للمادة كما تم لفها؛ يمكن تطبيقه على كلا الدرجتين ولكن TMCP أكثر شيوعًا وفعالية من حيث التكلفة لإنتاج الألواح.
- المعالجة الحرارية الميكانيكية المتحكم فيها (TMCP): تستخدم على نطاق واسع لكلا الدرجتين في مصانع الألواح الحديثة. بالنسبة لـ DH32، غالبًا ما يتم تعديل جداول TMCP لتحقيق نسبة أعلى من الهياكل المجهرية الفيرّيتية/الباينيتية وحجم حبيبات الأوستينيت السابقة الدقيقة، مما يحسن الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة.
- التبريد والتقسية: ليس شائعًا للألواح الكبيرة للسفن؛ إذا تم تطبيقه، فإنه يزيد من القوة ولكن يمكن أن يقلل من الليونة ويعقد إجراءات اللحام. يتم إنتاج كلا الدرجتين بشكل أساسي من خلال الدرفلة المتحكم فيها والتبريد المعجل بدلاً من دورات التبريد والتقسية الكاملة.
4. الخصائص الميكانيكية
| خاصية | AH32 (توقع عام) | DH32 (توقع عام) |
|---|---|---|
| قوة الشد | قوة عالية مقارنة بالنموذج الشائع من ألواح HSLA من فئة "32" | قوة مشابهة؛ ليست أعلى بشكل ملحوظ من AH32 في القوة الثابتة |
| قوة العائد | مشابهة لـ AH32 (مستوى عائد فئة الألواح) | مشابهة؛ DH32 تتوافق مع متطلبات فئة العائد |
| التمدد | ليونة جيدة نموذجية لألواح HSLA | ليونة جيدة؛ مقارنة بـ AH32 |
| صلابة التأثير | محددة لأداء معتدل عند درجات الحرارة المنخفضة | صلابة تأثير محسنة عند درجات الحرارة المنخفضة (محدد رئيسي) |
| الصلابة | معتدلة (متوافقة مع اللحام والتشكيل) | مشابهة؛ ليست مصممة كفولاذ عالي الصلابة |
التفسير: - الخصائص الثابتة (العائد والشد) لكلا الدرجتين متشابهة عمومًا لأن كلاهما ينتمي إلى نفس فئة القوة؛ التمييز الميكانيكي الرئيسي هو صلابة التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة حيث يتم تحديد DH32 للاحتفاظ بامتصاص طاقة أعلى. - الليونة والتمدد متشابهة؛ تهدف التحكمات في الميكروسبائك وTMCP إلى الحفاظ على الليونة مع تحسين الصلابة في الخدمة الباردة لـ DH32.
5. قابلية اللحام
- محركات قابلية اللحام: محتوى الكربون، قابلية التصلب الفعالة (Mn والسبائك)، الميكروسبائك (Nb، V، Ti)، ومستويات الشوائب (P، S، N). تزيد قابلية التصلب الأعلى ومعادل الكربون الأعلى (CE) من خطر التشقق البارد ومتطلبات التسخين المسبق.
- معادلات معادل الكربون ومؤشرات قابلية اللحام للتفسير النوعي:
- $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- التفسير:
- تم تصميم كل من AH32 و DH32 لقابلية لحام جيدة: الكربون المنخفض والسبائك المتحكم فيها يحافظان على $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ منخفضين نسبيًا مقارنة بالفولاذات المعالجة بالتبريد والتقسية.
- يمكن أن يقلل التحكم الأكثر صرامة في الشوائب لـ DH32 والبنية المجهرية المدفوعة بـ TMCP من القابلية للتشقق البارد، ولكن بعض خيارات المعالجة (محتوى الميكروسبائك والسماكة) يمكن أن تزيد قليلاً من قابلية التصلب مقارنة بـ AH32. نتيجة لذلك، يجب أن تستند مواصفات إجراءات اللحام (التسخين المسبق، درجة حرارة التداخل، المواد الاستهلاكية، والمعالجة الحرارية بعد اللحام إذا لزم الأمر) إلى سماكة اللوح، وطاقة اللحام، وحسابات CE/Pcm.
- الأثر العملي: توقع أن تكون كلا الدرجتين قابلة للحام بسهولة باستخدام إجراءات قياسية لفولاذ ألواح السفن، ولكن قد يتطلب DH32 تحكمًا أكثر تحفظًا في التسخين المسبق/التداخل في الأقسام السميكة أو الوصلات المقيدة بشدة عندما يجب الحفاظ على الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة.
6. التآكل وحماية السطح
- كلا من AH32 و DH32 هما فولاذان كربونيان/HSLA (غير مقاومين للصدأ). يعتمدون على أنظمة حماية السطح لمقاومة التآكل:
- حمايات شائعة: التنظيف بالانفجار وطلاءات البرايمر/الإيبوكسي/البولي يوريثان، الغلفنة بالغمر الساخن (للمكونات الصغيرة)، والأنودات التضحية في البيئات البحرية للتحكم في التآكل على الهياكل البحرية.
- المؤشرات الخاصة بالمقاومة للصدأ (مثل PREN) غير قابلة للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ. إذا كانت الأداء المقاوم للصدأ مطلوبًا، فسيتم اختيار درجة مقاومة للصدأ مع حساب PREN:
- مثال على PREN للسبائك المقاومة للصدأ (غير قابلة للتطبيق هنا): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- ملاحظات الاختيار:
- استراتيجية حماية التآكل مستقلة عن اختيار AH32 مقابل DH32؛ يتم تحديد الخيار الأخير بناءً على المتطلبات الميكانيكية/الصلابة. بالنسبة للهياكل المعرضة والبيئات البحرية القاسية، اختر الطلاءات والحماية الكاثودية المناسبة لعمر الخدمة المتوقع وفترات الصيانة.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- التصنيع:
- تشكل كلا الدرجتين وتنحني بشكل جيد ضمن حدود تشكيل الألواح النموذجية؛ تتبع نسبة الارتداد ونصف قطر الانحناء إرشادات HSLA القياسية. قد يكون DH32 أكثر تطلبًا قليلاً للتشكيل في درجات حرارة منخفضة جدًا، نظرًا لتركيزه على الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة، ولكن الفروق صغيرة.
- قابلية التشغيل:
- كلاهما ليسا محسّنين للتشغيل السريع؛ قابلية التشغيل نموذجية لفولاذات HSLA منخفضة الكربون—جيدة مع الأدوات المناسبة والسائل المبرد. يمكن أن تقلل عناصر الميكروسبائك التي تزيد من القوة من قابلية التشغيل بشكل طفيف.
- التشطيب:
- تتبع عمليات الطحن، والتشذيب، وإعداد الحواف الممارسات القياسية. يجب أن تتطابق اختيارات المواد الاستهلاكية للحام مع صلابة الكيمياء الأساسية لكلا الدرجتين.
8. التطبيقات النموذجية
| AH32 (الاستخدامات النموذجية) | DH32 (الاستخدامات النموذجية) |
|---|---|
| تغطية البدن والأسطح لظروف الخدمة المعتدلة | تغطية البدن والأعضاء الهيكلية المخصصة للمناخات الباردة أو الخدمة القطبية/القريبة من القطبية |
| أعضاء هيكلية عامة للسفن حيث تكون الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة معتدلة كافية | منصات بحرية وسفن تتطلب أداءً مضمونًا عند الصدمات في درجات الحرارة المنخفضة |
| الهياكل العليا والهياكل الداخلية ذات الطلب الأقل على الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة | المناطق ذات الطلب العالي على الصلابة (مثل القاع المزدوج، القاع الداخلي حيث يكون خطر الكسر الهش أعلى في البرد) |
| مشاريع حساسة من حيث التكلفة حيث يكفي الأداء القياسي لـ HSLA | مشاريع تعطي الأولوية لسلامة الكسر عند درجات الحرارة المنخفضة ومسافات توقف الكسر الأطول |
مبررات الاختيار: - اختر AH32 للتطبيقات الهيكلية عالية القوة والفعالة من حيث التكلفة في البيئات المعتدلة حيث يتم تلبية متطلبات التأثير القياسية. - اختر DH32 عندما تتطلب أحمال التصميم ودرجة حرارة الخدمة هامش صلابة تأثير مضمون أعلى عند درجات الحرارة المنخفضة—هذا الاختيار هو إجراء لتخفيف المخاطر ضد الكسر الهش في الخدمة الباردة.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة النسبية:
- عادة ما تكون AH32 أقل تكلفة قليلاً من DH32 على أساس كل طن لأن DH32 قد يتطلب تحكمات أكثر دقة في صناعة الفولاذ، وTMCP أكثر دقة، وفحوصات/اختبارات أكثر صرامة للصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة.
- التوافر حسب شكل المنتج:
- الألواح، وفي بعض الأسواق، الملفات في AH32 و DH32 متاحة عادة من مصانع ألواح السفن؛ يعتمد التوافر على قدرة المصنع على تقديم ألواح TMCP وعلى الطلب الإقليمي.
- أوقات التسليم: قد يكون لـ DH32 أوقات تسليم أطول أو كميات طلب دنيا إذا كانت المصانع بحاجة إلى جدولة تحكمات عملية محددة أو اختبارات إضافية.
10. الملخص والتوصية
| المعيار | AH32 | DH32 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | عالية (ممارسات HSLA القياسية) | عالية، ولكن قد تحتاج إلى تسخين مسبق/تداخل أكثر تحفظًا قليلاً في الوصلات السميكة والمقيدة |
| توازن القوة–الصلابة | قوي مع صلابة جيدة لدرجات الحرارة المعتدلة | قوة ثابتة مشابهة مع صلابة مضمون أعلى عند درجات الحرارة المنخفضة |
| التكلفة | أقل (بشكل عام) | أعلى (علاوات العملية والاختبار) |
التوصية: - اختر AH32 إذا كنت بحاجة إلى لوحة سفينة HSLA قوية واقتصادية للخدمة المعتدلة حيث تلبي الخصائص التأثيرية القياسية متطلبات التصميم وحيث تكون سهولة التصنيع والتكلفة من الأولويات. - اختر DH32 إذا كانت الهيكل ستعمل في بيئات خدمة أكثر برودة أو إذا كانت رموز التصميم/العملاء تتطلب صلابة تأثير مضمون أعلى عند درجات الحرارة المنخفضة؛ اختر DH32 عندما يكون تخفيف خطر الكسر الهش وقدرة التوقف الأعلى للكسر أمرًا مهمًا.
ملاحظة عملية نهائية: استشر دائمًا الجمعية التصنيفية المحددة أو مواصفات المعايير الوطنية للحدود الكيميائية الدقيقة، وجداول الخصائص الميكانيكية، ودرجات حرارة اختبار الصدمات المطلوبة لبدائل AH32 و DH32. يجب تطوير مواصفات إجراءات اللحام (WPS)، وحدود إدخال الحرارة، ومتطلبات الاختبار غير التدميري باستخدام شهادات مصنع الألواح الفعلية ومتطلبات درجة حرارة تصميم المشروع.