AH36 مقابل DH36 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

AH36 و DH36 هما فولاذان بحريان عاليان القوة ومنخفضا السبائك (HSLA) محددان لأعضاء الهيكل السفني والمكونات البحرية. غالبًا ما يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع معضلة الاختيار بين تحقيق التوازن بين القوة والصلابة عند درجة حرارة الخدمة وقابلية اللحام والتكلفة عند الاختيار بين هذه الدرجات. تشمل سياقات القرار النموذجية ما إذا كانت الهيكل ستعمل في بيئات باردة، وما إذا كانت الأقسام السميكة أو اللحامات المعقدة مطلوبة، وكمية الاختبارات والتأهيل بعد التصنيع المقبولة.

التمييز العملي الرئيسي بين AH36 و DH36 يكمن في تأهيل صلابة التأثير: حيث يتم تأهيل DH36 لإظهار صلابة تأثير أعلى عند درجات حرارة أقل من AH36. نظرًا لأن كلا الدرجتين تشتركان في استراتيجيات كيميائية ومستويات قوة مشابهة، فإن المقارنة عادة ما تركز على الصلابة في الخدمة، وممارسات تصنيع اللحام للحفاظ على تلك الصلابة، والاختبارات أو المعالجة الإضافية التي قد تتطلبها DH36.

1. المعايير والتسميات

• المعايير والتسميات الشائعة:
• ASTM/ASME: ASTM A131 / A131M — "فولاذ بناء السفن" (يشمل AH36 و DH36 و EH36).
• EN: عائلة EN 10025 لا تستخدم تسميات AH/DH مباشرة؛ يتم البحث عن المعادلات من خلال المتطلبات الميكانيكية والتأثير.
• JIS/GB: قد توفر المعايير الوطنية درجات HSLA بحرية مماثلة؛ يجب الرجوع إلى التسميات المحلية.

• تنشر جمعيات التصنيف (ABS و DNV و LR، إلخ) معايير القبول التي تشير إلى درجات ASTM A131.

• الفئة المعدنية:

• AH36 و DH36 هما فولاذان كربونيان HSLA يستخدمان للتطبيقات الهيكلية (ليس فولاذ مقاوم للصدأ، وليس فولاذ أدوات).
• يتم تحديدهما بشكل أساسي من حيث القوة وصلابة الشقوق بدلاً من مقاومة التآكل.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

يتم إنتاج كل من AH36 و DH36 باستخدام محتوى كربوني منخفض مع إضافات مضبوطة من عناصر السبائك والميكروسبائك لتحقيق القوة والصلابة المطلوبة. يتم تحديد حدود التركيب الدقيقة بواسطة المعيار الحاكم وشهادات المصنع؛ توفر الجدول أدناه العناصر التمثيلية ذات الأهمية ووجودها النموذجي في هذه الدرجات. تحقق دائمًا من شهادة المصنع للدفعات المحددة.

جدول: العناصر السبائكية النموذجية ودورها

العنصر	الوجود / التحكم النموذجي (تمثيلي)	الدور المعدني الأساسي
C (الكربون)	منخفض (مضبوط للحد من القابلية للتصلب)	القوة (محلول صلب)، يؤثر على قابلية اللحام وتصلب منطقة التأثير الحراري
Mn (المنغنيز)	معتدل (عنصر سبائك رئيسي)	القوة، القابلية للتصلب، إزالة الأكسدة
Si (السيليكون)	منخفض إلى معتدل (مزيل للأكسدة)	إزالة الأكسدة، يساهم قليلاً في القوة
P (الفوسفور)	محدود بشدة (أثر ضئيل)	يؤثر سلبًا على الصلابة إذا كان مرتفعًا
S (الكبريت)	محدود بشدة (أثر ضئيل)	يقلل من اللدونة والصلابة
Cr، Ni، Mo	عادة ما تكون منخفضة إلى أثر ضئيل (غير سبائكية بشكل كبير)	القابلية للتصلب والقوة عند وجودها؛ عمومًا محدودة
V، Nb، Ti (ميكروسبائك)	غالبًا ما تكون موجودة بكميات صغيرة	تقوية الترسيب، التحكم في حجم الحبيبات، الصلابة
B (البورون)	قد تكون موجودة بملغم	تحسن القابلية للتصلب بكميات دقيقة
N (النيتروجين)	مضبوط	يتفاعل مع عناصر الميكروسبائك (Ti، Nb)

التفسير: تركز استراتيجية السبائك في AH36 و DH36 على الحفاظ على الكربون منخفضًا للحفاظ على قابلية اللحام وصلابة منطقة التأثير الحراري، بينما تستخدم المنغنيز المضبوط والميكروسبائك (Nb، V، Ti) للحصول على قوة العائد من خلال تحسين الحبيبات وتقوية الترسيب. بالنسبة لـ DH36، قد يتم تشديد ممارسات المصنع والتحكم الحراري الميكانيكي لتلبية متطلبات تأثير درجات الحرارة المنخفضة الأكثر صرامة.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

• البنى المجهرية النموذجية:
• تظهر الفولاذات البحرية HSLA المدرفلة والمطابقة بنية مكونة من الفريت والبرليت أو بنية باينيتية مع فريت إبرية دقيقة اعتمادًا على معدل التبريد والميكروسبائك.

• تنتج الفولاذات الميكروسبائكية (Nb، V، Ti) كربيدات/نيتريدات دقيقة وتحد من نمو الحبيبات، مما يحسن القوة والصلابة.

• أثر طرق المعالجة:

• التطبيع: ينتج بنية مكررة من الفريت والبرليت/الباينيت ويحسن الصلابة مقارنة بالتبريد البطيء؛ غالبًا ما يستخدم للأبعاد المتوسطة.
• التبريد والتسخين: ليس شائعًا لـ AH36/DH36 — عادة ما يتم تسليم هذه الدرجات في الحالة المدرفلة (المتحكم فيها حراريًا ميكانيكيًا) أو المطابقة بدلاً من التبريد والتسخين.

• معالجة التحكم الحراري الميكانيكي (TMCP): تستخدم على نطاق واسع لإنتاج بنية مجهرية دقيقة وصلابة عالية عند درجات حرارة منخفضة. TMCP مفيدة بشكل خاص لتحقيق أداء تأثير DH36 عند درجات حرارة منخفضة دون كربون مرتفع/قابلية للتصلب.

• التطبيق العملي:

• غالبًا ما تتطلب DH36 تحكمًا أكثر صرامة في الدرفلة والتبريد لضمان أن توفر البنية المجهرية طاقة ممتصة عالية عند درجات حرارة منخفضة. قد يؤثر ذلك على اختيار المصنع وأوقات التسليم.

4. الخصائص الميكانيكية

تم تحديد كلا الدرجتين لتوفير قوة عائد وقوة شد مرتفعة لبناء السفن. الأرقام أدناه هي نطاقات نموذجية تستخدم للمقارنة الهندسية؛ تحقق من تقارير العقد واختبارات المصنع للحصول على الحد الأدنى المضمون.

جدول: نطاقات الخصائص الميكانيكية التمثيلية (تمثيلية - تحقق من المعايير وشهادات المصنع)

الخاصية	AH36 (نموذجي)	DH36 (نموذجي)
الحد الأدنى لقوة العائد	~355 ميغاباسكال	~355 ميغاباسكال
قوة الشد (النطاق)	~490–620 ميغاباسكال	~490–620 ميغاباسكال
التمدد (A%)	~18–24%	~18–24%
صلابة التأثير (Charpy V‑notch)	مؤهل عند درجة حرارة اختبار أعلى من DH36	مؤهل عند درجة حرارة اختبار أقل (صلابة تأثير أكبر عند درجات الحرارة المنخفضة)
الصلابة	معتدلة (مناسبة للحام)	مماثلة لـ AH36 عند المعالجة بشكل مشابه

التفسير: مستويات القوة متشابهة جدًا لـ AH36 و DH36؛ يأتي التمييز من متطلبات صلابة التأثير عند درجات الحرارة المحددة (تحتفظ DH36 بالصلابة عند درجات حرارة منخفضة). التمدد والصلابة قابلة للمقارنة وتعتمد إلى حد كبير على السماكة وطريقة المعالجة.

5. قابلية اللحام

يجب أخذ قابلية اللحام في اعتبارين: الميل لتشكيل بنى مجهرية صلبة وهشة في منطقة التأثير الحراري والقدرة على تلبية متطلبات صلابة ما بعد اللحام.

• الكربون والقابلية للتصلب:
• يقلل الكربون المنخفض والسبائك المحدودة من خطر تصلب منطقة التأثير الحراري؛ تُستخدم عناصر الميكروسبائك بشكل مقتصد لتجنب القابلية للتصلب المفرطة.
• لتقييم قابلية اللحام، غالبًا ما يستخدم المهندسون مؤشرات مكافئة الكربون. واحدة من الصيغ الشائعة: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• صيغة تنبؤية أكثر تفصيلًا هي: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

• التفسير:

• عادة ما تكون قيم $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ لكل من AH36 و DH36 منخفضة نسبيًا مقارنة بالفولاذات ذات السبائك العالية، مما يشير إلى قابلية لحام جيدة عمومًا.
• تتطلب متطلبات الصلابة الأكثر صرامة لـ DH36 عند درجات الحرارة المنخفضة أن يتم التحقق من تأهيل إجراءات اللحام، والتسخين المسبق، والتحكم بين الطبقات، والمعالجة الحرارية بعد اللحام (إذا تم تحديدها) للحفاظ على صلابة التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة — خاصة في الأقسام السميكة أو عند استخدام إدخال حرارة مرتفع.
• نصيحة عملية: بالنسبة لـ DH36، قلل من تصلب منطقة التأثير الحراري عن طريق التحكم في درجة حرارة الطبقات، واختيار معدن تعبئة مناسب مع صلابة متطابقة، واستخدام إجراءات تتجنب معدلات التبريد المفرطة والبنى المجهرية المارتنسيتية.

6. التآكل وحماية السطح

• هذه الدرجات هي فولاذات كربونية غير مقاومة للصدأ ولا توفر مقاومة تآكل جوهرية تتجاوز الفولاذ الكربوني العام.
• استراتيجيات الحماية النموذجية:
• طلاءات السطح: البرايمرات، الدهانات الإيبوكسية، والطلاءات البحرية.
• التغليف: ينطبق على بعض المكونات (تحقق من السماكة وتسلسل التصنيع).

• الحماية الكاثودية: تستخدم بشكل متكرر للهياكل المغمورة أو البحرية.

• رقم مقاومة التآكل (PREN) غير قابل للتطبيق على الفولاذات الكربونية غير المقاومة للصدأ؛ صيغة PREN ذات صلة فقط للسبائك المقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• توضيح: نظرًا لأن AH36 و DH36 يحتويان على كميات منخفضة من Cr و Mo أو N غير ملحوظة، يجب توفير مقاومة التآكل من خلال الطلاءات، وصيانة الطلاءات، أو الحماية التضحية.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع والحرق: كلا الدرجتين تقطع وتقطع حراريًا (أوكسي وقود، بلازما) بشكل مشابه للفولاذات الكربونية الأخرى؛ يجب إزالة أو معالجة مناطق التأثير الحراري إذا كانت مطلوبة للتعب أو الالتصاق بالطلاء.
• قابلية التشغيل: معتدلة؛ تعمل الفولاذات HSLA النموذجية بشكل مرضٍ مع أدوات قياسية ولكن يمكن أن تكون أكثر صعوبة من الفولاذات الكربونية العادية بسبب الترسيبات الدقيقة. اضبط السرعات والأدوات وفقًا لذلك.
• قابلية التشكيل والانحناء: تسمح اللدونة الجيدة بالانحناء والتشكيل ضمن الحدود القياسية. للتحقق من الانحناءات الضيقة أو السحب العميق، تحقق من أنصاف أقطار الانحناء وأجرِ اختبارات — تركيز صلابة DH36 لا يحسن قابلية التشكيل ولكنه يضمن الأداء عند درجات الحرارة المنخفضة.
• تصنيع اللحام: بالنسبة للألواح السميكة من DH36، يُوصى بإجراءات لحام أكثر صرامة والتحقق من صلابة الشقوق في اللحام ومنطقة التأثير الحراري.

8. التطبيقات النموذجية

جدول: الاستخدامات النموذجية حسب الدرجة

AH36	DH36
تغطية الهيكل السفني العامة وأعضاء الهيكل للخدمة في بيئات معتدلة إلى باردة	هياكل الهيكل السفني، والهياكل البحرية العلوية وتحت البحر المخصصة للمناخات الباردة أو حيث تكون صلابة التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة حرجة
السطح والإطار حيث تكون الأداء القياسي للتأثير كافيًا	السفن القطبية والعالية العرض، وهياكل دعم الغاز الطبيعي المسال التي تتطلب صلابة تأثير منخفضة موثقة
البوارج، وقوارب الممرات المائية الداخلية، والهياكل المساعدة	السترات البحرية، والرافعات، والمعدات المعرضة لظروف بيئية تحت الصفر
التصنيع البحري العام حيث تكون التكلفة والتوافر هما القلقان الرئيسيان	تفاصيل ملحومة حرجة تتطلب أداء منطقة تأثير منخفضة موثقة

مبررات الاختيار: اختر AH36 حيث تكون صلابة الدرجة البحرية القياسية كافية وتكون التكلفة/التوافر هما القيود الرئيسية. اختر DH36 حيث تتطلب العمليات أو المتطلبات التنظيمية إثبات الصلابة عند درجات حرارة الخدمة المنخفضة أو حيث يكون منع الكسر الهش عند درجات الحرارة المنخفضة أمرًا حاسمًا.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: تكلفة المادة الأساسية لـ AH36 و DH36 متقاربة لأنهما يتم إنتاجهما من طرق تصنيع فولاذية مماثلة. قد تتكبد DH36 تكلفة أعلى قليلاً عندما يتطلب الأمر تحكمًا أكثر صرامة في TMCP، أو تحكمًا إضافيًا في الميكروسبائك، أو اختبارات إضافية لتلبية معايير تأثير درجات الحرارة المنخفضة.
• التوافر: كلا الدرجتين متاحتان على نطاق واسع من مصانع الألواح والمخازن بالسماكات القياسية لبناء السفن. قد تتطلب الألواح السميكة جدًا أو ظروف الإنتاج المحددة لـ DH36 أوقات تسليم أطول أو اختيار مصانع ذات قدرة TMCP مناسبة.
• أشكال المنتج: الألواح واللفائف شائعة؛ يختلف التوافر حسب السماكة والأبعاد حسب المصنع والسوق.

10. الملخص والتوصية

جدول: مقارنة سريعة

السمة	AH36	DH36
قابلية اللحام	جيدة (ممارسة السفن القياسية)	جيدة، ولكن تتطلب تحكمًا أكثر صرامة لإجراءات الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة
توازن القوة والصلابة	قوة عالية مع تأهيل تأثير قياسي	قوة عالية مع تأهيل تأثير منخفض معزز
التكلفة	معتدلة (عمومًا أقل قليلاً)	معتدلة إلى أعلى قليلاً (قد تكون هناك تكلفة إضافية للمعالجة/الاختبار)

الخلاصة وإرشادات الاختيار: - اختر AH36 إذا: - كانت الهيكل تعمل في بيئات معتدلة حيث يكون التأهيل القياسي للتأثير كافيًا. - كنت تعطي الأولوية لتكلفة المادة المنخفضة قليلاً والتوافر الواسع. - كانت عمليات التصنيع النموذجية وإجراءات اللحام القياسية كافية دون تأهيل إضافي عند درجات الحرارة المنخفضة.

• اختر DH36 إذا:
• كانت التطبيق سيواجه درجات حرارة محيطة أو خدمة منخفضة، أو كانت المتطلبات التنظيمية/التصنيف تتطلب إثبات الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة.
• كنت بحاجة إلى ضمان إضافي ضد الكسر الهش في منطقة التأثير الحراري والمعدن الأساسي تحت الظروف الباردة.
• كنت تقبل اختيار مصنع أكثر صرامة، والتحكم في إجراءات اللحام، واحتمال وجود تكلفة إضافية للمواد أو الاختبارات.

ملاحظة نهائية: AH36 و DH36 هما فولاذان بحريان HSLA مرتبطان ارتباطًا وثيقًا؛ العامل الحاسم هو صلابة التأثير الموثقة عند درجات حرارة الخدمة أو الاختبار. تحقق دائمًا من إصدار المعيار القابل للتطبيق، واستعرض تقارير اختبار المصنع وشهادات اختبار التأثير، وأكد إجراءات اللحام للأبعاد والتفاصيل المحددة في المشروع.