DH36 مقابل EH36 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

تعتبر DH36 و EH36 فولاذات هيكلية عالية القوة ومنخفضة السبيكة (HSLA) تُستخدم على نطاق واسع في بناء السفن والهياكل البحرية والتصنيع الثقيل. يواجه المهندسون ومحترفو الشراء عادةً معضلة اختيار بين هذين الدرجة عند الموازنة بين صلابة التأثير في درجات الحرارة المنخفضة مقابل التكلفة وقابلية اللحام والتوافر. تشمل سياقات القرار النموذجية صفائح الهيكل لمناخات الخدمة المختلفة، التطبيقات الصغيرة مقابل القطبية، وسير العمل في التصنيع التي تقيد المعالجة الحرارية بعد اللحام.

يكمن الفرق العملي الرئيسي بين DH36 و EH36 في أدائها المحدد في تأثير درجات الحرارة المنخفضة والضوابط الإنتاجية التي تدعم هذا الأداء. كلاهما ينتمي إلى نفس عائلة فولاذات السفن HSLA ويتشاركان استراتيجيات كيميائية مشابهة، ولكن يتم تحديد EH36 ومعالجته لإظهار صلابة أفضل عند درجات حرارة أقل من DH36، مما يؤثر على المعالجة والتفتيش والتكلفة.

1. المعايير والتسميات

• المعايير الدولية الشائعة حيث تظهر هذه التسميات:
• ASTM/ASME: ASTM A131 (فولاذ بناء السفن) — AH36 / DH36 / EH36 هي تسميات شائعة من A131.
• ABS / DNV / LR / BV / NK: تشير جمعيات التصنيف إلى متطلبات معادلة لدرجات الصفائح.
• EN: تغطي عائلة EN 10025 الفولاذ الهيكلي ولكنها لا تستخدم التسمية AH/DH/EH مباشرة؛ درجات EN مثل S355 لها مستويات قوة قابلة للمقارنة.
• JIS / GB: تحتوي معايير JIS والمعايير الصينية GB على درجات هيكلية بحرية مماثلة؛ تختلف التسميات الوطنية.
• نوع المادة: HSLA (فولاذ كربوني عالي القوة ومنخفض السبيكة) مع عناصر ميكروسبائكية من أجل القوة والصلابة.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

تقدم الجدول التالي نطاقات التركيب التمثيلية النموذجية لفولاذات السفن من عائلة AH/DH/EH36. الحدود الدقيقة محددة حسب المعايير والمطاحن؛ يُرجى الرجوع إلى مواصفات الشراء للقيم المضمونة.

عنصر	النطاق النموذجي / التعليق (wt%)
C	0.08 – 0.18 (محتفظ به منخفضًا للحفاظ على قابلية اللحام والصلابة)
Mn	0.7 – 1.6 (المساهمة الرئيسية في القوة من المنغنيز)
Si	0.10 – 0.50 (إزالة الأكسدة؛ كميات صغيرة تعزز القوة)
P	≤ 0.035 (مراقب لتجنب الهشاشة)
S	≤ 0.035 (مراقب لتحسين الصلابة وقابلية اللحام)
Cr	≤ 0.40 (إذا كان موجودًا، يحسن القابلية للتصلب والقوة بشكل طفيف)
Ni	≤ 0.50 (يضاف أحيانًا لتعزيز الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة)
Mo	أثر – 0.15 (يمكن أن يحسن القابلية للتصلب ومقاومة الزحف)
V	أثر – 0.10 (ميكروسبائكي، ينقي حجم الحبيبات)
Nb (Cb)	أثر – 0.06 (ميكروسبائكي، يثبت بنية الحبيبات الدقيقة)
Ti	أثر – 0.02–0.05 (مزيل أكسدة، ينقي الحبيبات إذا تم استخدامه)
B	أثر (ppm، يمكن أن يزيد القابلية للتصلب عند مستويات منخفضة جدًا)
N	مستويات منخفضة مراقبة (تؤثر على الترسيب والصلابة)

استراتيجية السبيكة: - تحافظ مستويات الكربون المنخفضة والشوائب المراقبة على قابلية اللحام والصلابة. - يعتبر المنغنيز المساهم الرئيسي في القوة؛ تُستخدم العناصر الميكروسبائكية (Nb، V، Ti) بكميات صغيرة لتنقية حجم الحبيبات وزيادة قوة العائد من خلال تعزيز الترسيب دون زيادة الكربون. - قد تُستخدم إضافات صغيرة من النيكل والكروم (أو الموليبدينوم) لضمان صلابة عند درجات الحرارة المنخفضة أو لتحسين القابلية للتصلب بشكل طفيف. يتطلب EH36 عادةً مراقبة أكثر دقة للكيمياء والمعالجة الحرارية لتحقيق معايير تأثير درجات الحرارة المنخفضة.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنية المجهرية النموذجية: - تظهر صفائح DH36/EH36 المدلفنة أو المعالجة حراريًا بنية مكررة من الفريت–البرليت أو الفريت مع باينيت دقيقة/مارتنسيت معالج حسب التبريد ومحتوى السبيكة. - تعزز الفولاذات الميكروسبائكية مع Nb/V/Ti مصفوفة فريت متعددة الأضلاع دقيقة مع ترسيبات دقيقة، مما يحسن قوة العائد والصلابة.

آثار المعالجة: - التطبيع: يزيد من الصلابة من خلال إنتاج بنية حبيبية دقيقة موحدة؛ يُحدد أحيانًا للصفائح السميكة جدًا لضمان التجانس. - التبريد والمعالجة: لا يُطبق عادةً على الصفائح البحرية التقليدية بسبب التكلفة؛ تم تصميم هذه الدرجات للمعالجة المدلفنة أو المعالجة الحرارية المراقبة حيث تحل التبريد المراقب محل دورات التبريد/المعالجة الكاملة. - المعالجة الحرارية الميكانيكية المراقبة (TMCP): هي الطريق الشائع لـ DH36 و EH36 لتحقيق قوة عالية وصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة دون محتوى سبيكة مفرط. تمنح TMCP تسلسلات تحول مواتية تنتج فريت إبرية/باينيت وتحد من البرليت الخشن.

استجابة EH36: - لتلبية متطلبات درجة حرارة التأثير المنخفضة، يتم إنتاج EH36 غالبًا مع جداول TMCP أكثر صرامة، ومعادلات كربونية أقل ونظافة أكثر صرامة لتجنب الشوائب الهشة؛ قد تتلقى الصفائح السميكة اختبارات صلابة إضافية أو تطبيع في الفرن.

4. الخصائص الميكانيكية

نطاقات الخصائص الميكانيكية التمثيلية (نموذجية؛ تحقق حسب المعيار والسماكة):

الخاصية	المتطلبات النموذجية / النطاق
قوة العائد (الحد الأدنى)	≈ 355 ميغاباسكال (يُحدد عادةً لعائلة AH/DH/EH36)
قوة الشد	≈ 490 – 620 ميغاباسكال
التمدد (A%)	≥ 20% (يعتمد على السماكة والمعيار)
تأثير شارب	يعتمد على الدرجة: تم اختبار DH36 عند درجة حرارة أقل من AH36؛ يحتوي EH36 على طاقة تأثير محددة عند درجة حرارة أقل حتى
الصلابة	عادةً < 250 HB (تختلف حسب المعالجة)

التفسير: - القوة: تظهر DH36 و EH36 قوة عائد وقوة شد اسمية قابلة للمقارنة؛ الاختلافات ليست في القوة الثابتة ولكن في صلابة التأثير عند درجات الحرارة المحددة. - الصلابة والليونة: يُحدد EH36 للاحتفاظ بصلابة أعلى عند درجات حرارة أقل من DH36. يتطلب تحقيق ذلك عادةً مراقبة أكثر دقة للعملية وأحيانًا تقليل المعادلة الكربونية، وبالتالي قد تكون هناك اختلافات طفيفة في التوازن الميكانيكي. - الصلابة: كلاهما ليس فولاذًا مقسى؛ الصلابة معتدلة ومراقبة من خلال الدرفلة و TMCP.

5. قابلية اللحام

تعتمد اعتبارات قابلية اللحام على محتوى الكربون، المعادلة الكربونية (CE)، ووجود العناصر الميكروسبائكية التي تزيد من القابلية للتصلب.

مؤشرات قابلية اللحام الشائعة (مفيدة للتقييم النوعي): - المعادلة الكربونية IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm الدولية: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - تشير القيم المنخفضة لـ $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ إلى قابلية لحام أسهل مع حاجة أقل للتسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT). - تتمتع DH36 و EH36 بمعادلة كربونية منخفضة إلى معتدلة بسبب الكربون المحدود والسبيكة المراقبة؛ لذلك، تعتبر عمومًا قابلة للحام باستخدام إجراءات قياسية للفولاذ الهيكلي. - قد يتطلب EH36 ممارسات لحام أكثر تحفظًا للأقسام السميكة أو درجات حرارة الخدمة المنخفضة جدًا لأن إنتاجه يهدف إلى ضمان صلابة أفضل عند درجات الحرارة المنخفضة؛ يمكن أن تزيد السبيكة الميكروسبائكية التي تنقي حجم الحبيبات من القابلية للتصلب محليًا، لذا يُوصى أحيانًا بالتسخين المسبق ودرجات حرارة التمرير المراقبة.

إرشادات اللحام العملية: - استخدم المعادن الملحومة المناسبة التي تتناسب مع متطلبات القوة والصلابة. - بالنسبة للصفائح السميكة أو الخدمة الباردة، تأكد من تأهيل الإجراءات واعتبر PWHT أو التبريد المراقب لمنع تصلب HAZ أو تشققات الهيدروجين. - يُعتبر الاختبار غير المدمر واختبار الكوبونات حكيمًا عند استبدال درجة بأخرى في التطبيقات الحرجة.

6. التآكل وحماية السطح

• لا DH36 ولا EH36 فولاذ مقاوم للصدأ؛ كلاهما فولاذ كربوني/HSLA تقليدي ويتطلب حماية سطحية لمقاومة التآكل على المدى الطويل.
• أنظمة الحماية النموذجية: الغلفنة بالغمر الساخن (لبعض المكونات)، طلاءات الحواجز (برايمرات الإيبوكسي، طلاءات البولي يوريثان)، الحماية الكاثودية للهياكل البحرية، وبدلات التآكل التضحية في التصميم.
• تعتمد معدلات فقدان المعدن، وتكرار الصيانة، واختيار نظام الطلاء على البيئة (رذاذ بحري، جوي، مياه بحرية مغمورة).
• معادلة PREN (لتقييم الفولاذ المقاوم للصدأ) غير قابلة للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ، ولكن للمرجع: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ استخدام PREN له معنى فقط عند تقييم السبائك المقاومة للصدأ.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• التشكيل: مع قوة عائد معتدلة وليونة جيدة، يمكن تشكيل كلا الدرجتين بالدرفلة، والانحناء، والضغط؛ يجب أن تأخذ زوايا الانحناء في الاعتبار السماكة ومتطلبات صلابة درجات الحرارة المنخفضة لـ EH36.
• قابلية التشغيل: تعتبر فولاذات HSLA أقل قابلية للتشغيل من الفولاذات الكربونية العادية بسبب السبيكة الميكروسبائكية والقوة الأعلى. تآكل الأدوات أعلى بشكل معتدل؛ تعتبر معايير التشغيل العادية وأدوات الكربيد نموذجية.
• القطع: يُعتبر القطع الحراري (الأكسجين والوقود، البلازما) شائعًا للصفائح؛ قلل من حجم HAZ وقم بإجراء معالجة بعد القطع للحماية من التآكل.
• التشطيب: يتبع الطحن وإعداد السطح الممارسات القياسية؛ قد يتطلب EH36 اهتمامًا إضافيًا لتجنب العمل البارد المحلي الذي قد يؤثر على الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة.

8. التطبيقات النموذجية

DH36 – الاستخدامات النموذجية	EH36 – الاستخدامات النموذجية
صفائح الهيكل وصفائح السطح للسفن التي تعمل في مناخات معتدلة إلى باردة (خدمة تصل إلى حوالي −20 درجة مئوية)	صفائح الهيكل والهيكل للسفن أو الوحدات البحرية المخصصة للخدمة القطبية/ما دون القطبية (خدمة تصل إلى حوالي −40 درجة مئوية)
الأجزاء العليا البحرية والأعضاء الهيكلية الثانوية حيث تكون صلابة التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة معتدلة كافية	الأعضاء الهيكلية الحرجة، الدعامات، والمكونات الحساسة لتأثير درجات الحرارة المنخفضة في المنصات البحرية القطبية
سطوح الشحن، الحواجز، وصفائح الهيكل العامة حيث تكون الكفاءة من حيث التكلفة وممارسات اللحام القياسية هي الأولوية	الهياكل التي تتطلب تأهيلاً أكثر صرامة واختبارات صلابة؛ المناطق التي تتطلب شهادات صلابة صارمة

مبررات الاختيار: - اختر بناءً على درجة الحرارة التصميمية، الطاقة التأثيرية المطلوبة عند تلك الدرجة، السماكة (الصفائح السميكة أكثر تحديًا للإنتاج مع صلابة موحدة عند درجات الحرارة المنخفضة)، وخطط الصيانة خلال دورة الحياة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: عادةً ما تكون EH36 أغلى قليلاً من DH36 بسبب المعالجة الأكثر صرامة، ومراقبة الكيمياء الأكثر دقة، والاختبارات الإضافية لضمان صلابة درجات الحرارة المنخفضة.
• التوافر: كلا الدرجتين متاحتان على نطاق واسع من المطاحن الكبرى في شكل صفائح؛ ومع ذلك، قد تكون الصفائح السميكة جدًا من EH36 أو تركيبات السماكة/العرض المحددة أقل شيوعًا في المخزون وتخضع لوقت تسليم أطول.
• أشكال المنتجات: الصفائح هي الشكل السائد. يجب تأكيد توافر القطع حسب الطول، والأقسام المُصنعة مسبقًا، أو تقارير اختبار المطحنة المعتمدة عند الشراء.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي):

الخاصية	DH36	EH36
قابلية اللحام	جيدة (ممارسات HSLA القياسية)	جيدة، ولكن قد تتطلب مراقبة لحام أكثر صرامة للأقسام السميكة
توازن القوة–الصلابة	قوة عالية مع صلابة جيدة عند درجات الحرارة المنخفضة المعتدلة	قوة ثابتة مماثلة، صلابة معتمدة أعلى عند درجات الحرارة المنخفضة
التكلفة	أقل	أعلى (بسبب المعالجة والاختبار)

التوصية: - اختر DH36 إذا: كانت الهيكل سيعمل في بيئات معتدلة أو باردة بشكل معتدل (درجة حرارة الخدمة التصميمية حوالي −20 درجة مئوية أو أعلى)، إذا كانت التكلفة وممارسات التصنيع القياسية هي الأولوية، وعندما تكون السماكات المعنية ضمن النطاقات التي لا تتحدى حدود الصلابة. - اختر EH36 إذا: كانت الهيكل ستتعرض لدرجات حرارة منخفضة جدًا (خدمة قطبية أو ما دون القطبية)، إذا كانت المتطلبات التنظيمية أو التصنيفية تفرض صلابة أعلى عند درجات الحرارة المنخفضة، أو عندما تتطلب التفاصيل الملحومة الحرجة هوامش صلابة مضمونة على الرغم من الأقسام السميكة.

ملاحظة نهائية: تنتمي DH36 و EH36 إلى نفس عائلة فولاذات السفن HSLA وغالبًا ما تكون قابلة للتبادل للعديد من متطلبات القوة، ولكن الاختيار يخضع لدرجة حرارة التأثير المحددة، وضوابط المعالجة، ومتطلبات التفتيش. لأي تطبيق حرج، راجع دائمًا المعيار الحاكم وشهادات المواد من المطحنة، وأهل إجراءات اللحام وروتين الفحص وفقًا لمواصفات المشروع.