LR A مقابل AH36 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

غالبًا ما يزن المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع ومهندسو السفن LR A و AH36 عند تحديد الفولاذ الهيكلي للسفن والمنصات البحرية والمعدات البحرية الثقيلة. تشمل المقايضات النموذجية في هذا الاختيار التكلفة مقابل الأداء، وقابلية اللحام مقابل القوة، وإنتاجية التصنيع مقابل المتانة في الخدمة.

يكمن الاختلاف الفني الرئيسي بين هذين الصنفين في أهداف التصميم لقوة الخضوع: أحدهما هو صنف فولاذي خفيف/هيكلي تقليدي يستخدم للتصنيع العام، بينما الآخر محدد كفولاذ لبناء السفن عالي القوة. يدفع هذا الاختلاف القرارات بشأن سمك اللوحة وعمليات الانضمام وقدرة الخدمة في درجات الحرارة المنخفضة، ولهذا السبب يتم مقارنة LR A و AH36 بشكل شائع في مناقشات التصميم والمشتريات.

1. المعايير والتسميات

• LR A
• الأصل: نظام تصنيف لويد (يشار إليه عادةً كدرجة A ضمن عدة جمعيات تصنيف).
• سياق المعيار النموذجي: قواعد جمعيات التصنيف ومواصفات بناء السفن القديمة؛ أحيانًا يتم الإشارة إليها بمعايير وطنية للفولاذ الهيكلي العام.

• نوع الفولاذ: فولاذ هيكلي خفيف/كربوني (كربون عادي/سبائك منخفضة حسب ممارسة المورد).

• AH36

• الأصل: ASTM/ABS/أنظمة تصنيف أخرى لفولاذ بناء السفن (يتم مواجهته عادةً كدرجة A AH36 تحت معايير مثل ASTM A131).
• سياق المعيار النموذجي: معايير بناء السفن الحديثة والمعايير الهيكلية البحرية.
• نوع الفولاذ: فولاذ هيكلي HSLA (سبائك منخفضة عالية القوة) تم تطويره للسفن والهياكل البحرية.

التصنيف: LR A هو تقليديًا فولاذ كربوني/هيكلي؛ AH36 هو فولاذ هيكلي HSLA مصمم لقوة خضوع مرتفعة وتحسين المتانة.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تلخص الجدول التالي التركيز العنصري لكل درجة. تختلف التركيب الدقيق حسب المورد والمواصفة المعمول بها؛ تصف الإدخالات استراتيجية السبائك النموذجية بدلاً من الحدود الرقمية.

كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - الكربون والمنغنيز هما المساهمان الرئيسيان في القوة؛ زيادة Mn وC قليلاً تزيد من قوة الخضوع وقوة الشد ولكنها تميل إلى تقليل قابلية اللحام والمتانة إذا لم يتم التحكم فيها بشكل صحيح. - العناصر الدقيقة (Nb, V, Ti) في فولاذ AH36 تعمل على تحسين حجم الحبيبات وتمكن من تحقيق قوة أعلى دون زيادة مفرطة في الكربون؛ كما أنها تحسن المتانة ومقاومة الكسر الهش. - السيطرة الصارمة على عناصر الشوائب (P, S) ضرورية في كلا الصنفين للحفاظ على المتانة عند الصدمات، خاصة للخدمة البحرية في درجات الحرارة المنخفضة.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

الميكروهياكل النموذجية واستجابات المعالجة:

• LR A
• الميكروهيكل: بشكل رئيسي فيريتي مع جزر من اللؤلؤ تحت التصنيع القياسي المدلفن على الساخن. يميل حجم الحبيبات إلى أن يكون أكثر خشونة مقارنة بالفولاذات HSLA المدعمة بالسبائك ما لم يتم تطبيق التحكم الحراري الميكانيكي.

• المعالجة الحرارية: عادة ما يتم توفيرها كمدلفنة على الساخن، ولا يتم معالجتها حراريًا بشكل شائع؛ يمكن أن تعمل عملية التطبيع على تحسين الحبيبات ولكنها أقل شيوعًا للصفائح الهيكلية العامة.

• AH36

• الميكروهيكل: فيريتي-لؤلؤي تحت السيطرة مع حجم حبيبات أدق مقارنة بـ LR A؛ حيث يتم استخدام السبائك الدقيقة و TMCP (معالجة حرارية ميكانيكية تحت السيطرة)، من الممكن الحصول على فيريتي دقيق أو مزيج من الفيريتي والباينيت، مما يعزز القوة والمتانة.
• استجابة المعالجة الحرارية/العمليات: يتم توفير AH36 عادةً كلوحة معالجة حرارية ميكانيكية أو مطابقة لتطوير الخصائص المطلوبة من القوة والتأثير. التبريد والتخمير ليسا مسارًا قياسيًا لفولاذ السفن ولكن يمكن استخدامهما لتطبيقات خاصة لزيادة القوة بشكل أكبر على حساب التكلفة.

أثر المعالجة: - يعمل التطبيع على تحسين الحبيبات وزيادة المتانة لكلا الصنفين. - يوفر الدرفلة الحرارية الميكانيكية (TMCP) المستخدمة في متغيرات AH36 قوة أعلى مع متانة جيدة من خلال تحسين الحبيبات والتحكم في الترسيب، دون زيادات كبيرة في محتوى الكربون الذي قد يؤثر على قابلية اللحام. - يؤدي التبريد والتخمير إلى تحقيق قوى أعلى ولكن ليس نموذجيًا لأشكال منتجات LR A أو AH36 القياسية؛ يتم استخدامه بشكل رئيسي حيث تكون القوة أو مقاومة التآكل أعلى بكثير.

4. الخصائص الميكانيكية

فيما يلي مقارنة نوعية للخصائص الميكانيكية الرئيسية التي يتم النظر فيها عادةً على مستوى المواصفة. يجب التحقق من الخصائص الفعلية مقابل المواصفة المعمول بها وشهادات المصنع.

التفسير: - تم تصميم AH36 لتوفير غلاف أعلى من قوة الخضوع والشد مقارنة بـ LR A مع الحفاظ على مرونة مقبولة وتحسين المتانة في درجات الحرارة المنخفضة. يتم تحقيق ذلك بشكل رئيسي من خلال التحكم في التركيب والمعالجة، وليس من خلال زيادة كبيرة في الكربون. - لا يزال LR A جذابًا حيث لا تكون القوة القصوى مطلوبة وحيث تكون بساطة التشكيل واللحام هي الأولويات.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على المعادل الكربوني والسبائك الدقيقة. هناك صيغتان توضيحيتان شائعتان:

• المعادل الكربوني (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Pcm (مؤشر قابلية اللحام للفولاذ الكربوني): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - يقدم LR A، مع كربون عام أقل وسبائك دقيقة ضئيلة، قابلية لحام ممتازة مع متطلبات تسخين مسبق منخفضة ومخاطر ضئيلة من الكسر الناتج عن الهيدروجين في ظروف التصنيع النموذجية. - عادةً ما يكون لدى AH36 صلابة فعالة أعلى قليلاً بسبب التحكم في Mn الأعلى والسبائك الدقيقة المحتملة. يمكن أن يزيد ذلك من المعادل الكربوني بشكل معتدل وقد يتطلب تسخين مسبق تحت السيطرة أو درجات حرارة بين الطبقات والانتباه إلى المواد الاستهلاكية لإدارة متانة منطقة الحرارة المتأثرة وتجنب الكسر البارد، خاصةً على الصفائح الأكثر سمكًا أو عندما يكون هناك قيود عالية عبر السمك. - في الممارسة العملية، يتم تصميم AH36 ليكون قابلًا للحام بسهولة باستخدام العمليات الشائعة (SMAW، GMAW، SAW) مع تأهيل الإجراءات المناسبة؛ ومع ذلك، غالبًا ما تتطلب إجراءات اللحام وغالبًا ما تتطلب WPS رسمية أكثر من LR A.

6. التآكل وحماية السطح

• كلا من LR A و AH36 هما فولاذان كربونيان/سبائكيان غير مقاومين للصدأ ويتطلبان حماية سطحية لمقاومة التآكل في البيئات البحرية.
• طرق الحماية الشائعة: الطلاءات (إيبوكسي، بولي يوريثان)، الحماية الكاثودية، والتغليف حيثما كان ذلك مناسبًا للأجزاء غير المغمورة.
• المؤشرات المقاومة للصدأ مثل PREN لا تنطبق على هذه الدرجات؛ للرجوع إليها عند النظر في الفولاذ المقاوم للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• إرشادات الاختيار: لا تغير الكيمياء المختلفة قليلاً لـ AH36 بشكل مادي مقاومة التآكل مقارنة بـ LR A؛ يجب أن يكون الاختيار مدفوعًا بالمتطلبات الميكانيكية ثم بتصميم نظام حماية سطحية مناسب وفقًا لبيئة الخدمة.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• التشكيل والانحناء: تجعل قوة الخضوع الأقل والقوة الأقل لـ LR A من السهل تشكيله والانحناء البارد دون التحكم في الارتداد؛ سيتطلب AH36 قوى تشكيل أعلى واهتمامًا أكبر بنصف قطر الانحناء لتجنب الكسر، على الرغم من أن درجات AH36 الحديثة ذات المرونة الجيدة قابلة للتشكيل ضمن الحدود الموصى بها.
• القطع والحفر: كلا الصنفين يمكن تشغيلهما بشكل مشابه باستخدام أدوات قياسية؛ قد يكون AH36 أكثر خشونة قليلاً إذا كانت هناك ترسبات سبائك دقيقة.
• اللحام والتجميع: يتحمل LR A تباينًا أكبر في الفجوات وسرعات لحام أسرع؛ يستفيد AH36 من التجميع تحت السيطرة وإجراءات مؤهلة، خاصةً على الصفائح السميكة.
• إنهاء السطح: كلاهما يقبل المعالجات السطحية القياسية؛ قد يتطلب AH36 فحصًا إضافيًا للسطح إذا كانت هناك مخاطر من التعب أو الكسر الهش.

8. التطبيقات النموذجية

مبررات الاختيار: - اختر LR A للتطبيقات التي تركز على الفعالية من حيث التكلفة، وسهولة التصنيع، وحيث لا تكون القوة الهيكلية العالية والمتانة في درجات الحرارة المنخفضة ضرورية. - اختر AH36 عندما تكون قوة الخضوع الأعلى، وتحسين المتانة (خاصة في درجات الحرارة المنخفضة)، والقدرة على تقليل سمك اللوحة/الوزن من الاعتبارات المهمة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: LR A عمومًا أقل تكلفة على أساس كل طن لأنه فولاذ هيكلي أكثر تقليدية مع طلب معالجة أقل. عادةً ما يحمل AH36 علاوة بسبب التحكم الأكثر صرامة في الكيمياء، وطرق TMCP المحتملة، ومتطلبات الاختبار/الشهادة.
• التوافر: كلا الصنفين متاحان على نطاق واسع من مصانع الصفائح التي تخدم الأسواق البحرية والهيكلية. يتم تخزين AH36 عادةً حيث يتركز بناء السفن أو التصنيع البحري؛ لا يزال LR A متاحًا على نطاق واسع للتصنيع العام.
• أشكال المنتجات: يتم توفير كلاهما كصفائح مدلفنة على الساخن؛ قد يتم أيضًا تقديم AH36 في متغيرات الصفائح المعالجة حراريًا ميكانيكيًا، مما يمكن أن يؤثر على وقت التسليم والتكلفة.

10. الملخص والتوصية

التوصية: - اختر LR A إذا كنت بحاجة إلى فولاذ هيكلي فعال من حيث التكلفة وسهل التصنيع للتطبيقات غير الحرجة للسفن أو على اليابسة حيث لا تكون قوة الخضوع العالية والمتانة المحسنة في درجات الحرارة المنخفضة مطلوبة. - اختر AH36 إذا كانت المكون أو الهيكل يتطلبان قوة خضوع وقوة شد أعلى، ومقاومة محسنة للكسر الهش في الخدمة البحرية في درجات الحرارة المنخفضة، أو إذا كان تقليل سمك اللوحة (وبالتالي الوزن) هو هدف المشروع ويسمح الميزانية بتكلفة أعلى للمواد والتحكم في التصنيع.

ملاحظة نهائية: تحقق دائمًا من الاختيار النهائي مقابل قواعد جمعية التصنيف الخاصة بالمشروع، وتأهيل إجراءات اللحام، وشهادات مصنع المواد، ومتطلبات درجة الحرارة المحددة والتعب. عند الشك، اطلب تقارير اختبار المصنع واستشر متخصصي التصنيع واللحام لتحديد التسخين المسبق، والمعالجات الحرارية بعد اللحام (إن وجدت)، وخطوات ضمان الجودة المناسبة للصنف المختار.