EH36 الفولاذ: الخصائص والتطبيقات الأساسية في بناء السفن

فولاذ EH36 هو درجة فولاذ هيكلي عالي القوة يستخدم بشكل أساسي في بناء السفن والتطبيقات البحرية. يتم تصنيفه كفولاذ سبائكي منخفض الكربون، ويعتبر EH36 جزءًا من درجات القوة العالية في معيار ASTM A131، الذي تم تصميمه خصيصًا لبناء السفن. العناصر الرئيسية في سبائك EH36 تشمل الكربون، المنغنيز، والسيليكون، التي تساهم في خصائصه الميكانيكية وأدائه العام في بيئات صعبة.

نظرة شاملة

يشتهر فولاذ EH36 بصلابته الممتازة ونسبة القوة العالية والصلابة، مما يجعله مناسبًا لبناء هياكل بحرية مختلفة، بما في ذلك السفن، والمنصات البحرية، وسفن بحرية أخرى. محتوى الفولاذ من الكربون المنخفض يعزز من مرونته وصلابته، في حين أن إضافة المنغنيز يحسن من قابلية الصلابة والقوة.

أهم خصائص فولاذ EH36 تشمل:

• قوة عائد عالية: يظهر EH36 قوة عائد تصل إلى حوالي 355 ميجا باسكال (51.5 ksi)، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الهيكلية حيث تكون القوة العالية أمرًا حيويًا.
• صلابة جيدة: يحتفظ الفولاذ بصلابته حتى عند درجات حرارة منخفضة، وهو أمر ضروري للتطبيقات البحرية المعرضة للظروف القاسية.
• قابلية ممتازة للتلحيم: يمكن تلحيم EH36 باستخدام طرق تقليدية، مما يسمح بتصنيع فعال للهياكل المعقدة.

المزايا والقيود

المزايا:
- نسبة القوة إلى الوزن عالية، مما يسمح ببناء هياكل أخف دون المساس بالسلامة الهيكلية.
- صلابة ومرونة ممتازتان، مما يضمن الأداء في الظروف القاسية.
- قابلية جيدة للتلحيم، مما يسهل بناء أشكال وتصميمات معقدة.

القيود:
- مقاومة التآكل محدودة مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، مما يتطلب استخدام طلاءات واقية في البيئات البحرية.
- إمكانية حدوث كسور هشة عند درجات الحرارة المنخفضة جدًا إذا لم تتم معالجتها بشكل صحيح.

تاريخياً، لعب فولاذ EH36 دورًا مهمًا في صناعة بناء السفن، خاصة خلال القرن العشرين، حيث كانت السفن البحرية والتجارية تتطلب مواد يمكن أن تتحمل صعوبات البحر.

الأسماء البديلة، المعايير، والمعادلات

المنظمة المعيارية	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
ASTM	EH36	الولايات المتحدة	معيار للفولاذ المستخدم في بناء السفن
EN	S355G3	أوروبا	أقرب معادل مع اختلافات تركيبة طفيفة
JIS	SM490A	اليابان	قوة مشابهة لكن مع عناصر سبائكية مختلفة
DIN	StE 355	ألمانيا	درجة قابلة للمقارنة مع اختلافات طفيفة في الخصائص
ISO	1461	دولي	معيار عام للفولاذ الهيكلي

يمكن أن تؤثر الفروق بين هذه الدرجات المعادلة على الاختيار بناءً على متطلبات التطبيق المحددة، مثل قابلية التلحيم، والصلابة، ومقاومة التآكل. على سبيل المثال، بينما يقدم S355G3 قوة مشابهة، قد تؤدي تركيبته الكيميائية إلى أداء مختلف في بيئات معينة.

الخصائص الرئيسية

التكوين الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (الكربون)	0.14 - 0.20
Mn (المنغنيز)	1.00 - 1.60
Si (السيليكون)	0.10 - 0.50
P (الفوسفور)	≤ 0.025
S (الكبريت)	≤ 0.010
Al (الألمنيوم)	0.015 - 0.060

الدور الأساسي للعناصر السبائكية الرئيسية في EH36 يشمل:
- الكربون: يعزز القوة والصلابة ولكن يجب التحكم به للحفاظ على المرونة.
- المنغنيز: يحسن من قابلية الصلابة والقوة الشد، وهو أمر حاسم للسلامة الهيكلية.
- السيليكون: يعمل كعامل إزالة الأكسدة أثناء صنع الفولاذ ويساهم في القوة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	درجة حرارة الاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (مترية)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة العائد (0.2% إزاحة)	محايد	درجة حرارة الغرفة	355 ميجا باسكال	51.5 ksi	ASTM E8
قوة الشد القصوى	محايد	درجة حرارة الغرفة	490 - 620 ميجا باسكال	71 - 90 ksi	ASTM E8
التمدد	محايد	درجة حرارة الغرفة	20%	20%	ASTM E8
تقليل المساحة	محايد	درجة حرارة الغرفة	40%	40%	ASTM E8
الصلابة (Brinell)	محايد	درجة حرارة الغرفة	150 - 190 HB	150 - 190 HB	ASTM E10
قوة الصدمة (Charpy)	محايد	-20°C (-4°F)	27 J	20 ft-lbf	ASTM E23

تجعل مجموعة هذه الخصائص الميكانيكية فولاذ EH36 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية وصلابة، خاصة في المكونات الهيكلية التي تتعرض لأحمال ديناميكية وظروف بيئية قاسية.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7850 كجم/م³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
الموصلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	50 واط/م·ك	34.5 BTU·بوصة/ساعة·قدم²·°F
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	500 جول/كجم·ك	0.12 BTU/رطل·°F
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0000017 أوميغا·م	0.0000017 أوميغا·بوصة
معامل التمدد الحراري	درجة حرارة الغرفة	11.0 × 10⁻⁶/K	6.1 × 10⁻⁶/°F

تشمل الأهمية العملية لخصائص EH36 الفيزيائية:
- الكثافة: تؤثر على حسابات الوزن للهياكل البحرية، مما يؤثر على التصميم والاستقرار.
- الموصلية الحرارية: مهمة لإدارة الحرارة في تطبيقات بناء السفن، خاصة في غرف المحركات.
- السعة الحرارية النوعية: ذات صلة بالاعتبارات الحرارية أثناء عمليات التلحيم والتصنيع.

مقاومة التآكل

عامل التآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
المياه البحرية	-	25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت)	متوسطة	خطر التآكل الموضعى
الكلوريدات	3 - 5	30 درجة مئوية (86 درجة فهرنهايت)	ضعيفة	عرضة لتآكل الشد
حمض الكبريتيك	10 - 20	20 درجة مئوية (68 درجة فهرنهايت)	ضعيفة	غير موصى به
المحاليل القلوية	5 - 10	25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت)	متوسطة	خطر التآكل الموضعى

يظهر فولاذ EH36 مقاومة متوسطة للتآكل، خاصة في البيئات البحرية. وهو عرضة للتآكل الموضعى والصدع الناتج عن الشد عند تعرضه للكلوريدات، مما يجعل الطلاءات الواقية ضرورية لطول العمر. بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ، مثل AISI 316، فإن مقاومة تآكل EH36 أقل بكثير، مما يتطلب اعتبارًا دقيقًا في التطبيقات التي يُتوقع فيها التعرض لعوامل التآكل.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة للخدمة المستمرة	400°C	752°F	مناسب للتطبيقات الهيكلية
أقصى درجة حرارة للخدمة المتقطعة	450°C	842°F	تعرض قصير الأمد فقط
درجة حرارة التقشر	600°C	1112°F	خطر الأكسدة عند تجاوز هذه الدرجة
اعتبارات قوة الزحف	400°C	752°F	تبدأ بالتدهور عند درجات الحرارة المرتفعة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ فولاذ EH36 بهيكله حتى حوالي 400°C (752°F). ومع ذلك، فإن تجاوز هذه الحرارة يزيد من خطر الأكسدة وفقدان الخصائص الميكانيكية. لذلك، من الضروري أخذ هذه الحدود بعين الاعتبار عند تصميم المكونات التي قد تتعرض لأحمال حرارية عالية.

خصائص التصنيع

قابلية التلحيم

عملية التلحيم	المعدن المضاف الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فوسفات الحماية النموذجية	ملاحظات
SMAW	E7018	أرجون/CO2	مناسب للأقسام السميكة
GMAW	ER70S-6	أرجون/CO2	جيد للأقسام الرقيقة
FCAW	E71T-1	CO2	معدلات ترسيب مرتفعة

فولاذ EH36 قابل للتلحيم بشكل كبير، مما يجعله مناسبًا لعمليات التلحيم المختلفة، بما في ذلك اللحام بالقوس الكهربائي المحمي (SMAW)، ولحام القوس المعدني الغازي (GMAW)، ولحام القوس المُحشو (FCAW). قد يتطلب التسخين المسبق لتجنب حدوث كسور، خاصة في الأقسام السميكة. يمكن أن تحسّن معالجة الحرارة بعد اللحام من الصلابة وتخفف من الضغوط المتبقية.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	فولاذ EH36	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	70	100	قابلية تشغيل معتدلة
سرعة القطع النموذجية	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	تعديل بناءً على الأدوات

يتميز فولاذ EH36 بقابلية تشغيل معتدلة، والتي يمكن تحسينها مع الأدوات الصحيحة وظروف القطع. عادة ما تستخدم أدوات الفولاذ السريع، ويوصى باستخدام سائل التبريد لإدارة الحرارة أثناء التشغيل.

قابلية التشكيل

يعرض فولاذ EH36 قابلية جيدة للتشكيل، مما يسمح بعمليات التشكيل الباردة والساخنة. يمكن أن يؤدي التشكيل البارد إلى تصلب العمل، مما قد يتطلب معالجة حرارية لاحقة لاستعادة المرونة. يجب أن تؤخذ الحد الأدنى من نصف قطر الانحناء في الاعتبار أثناء التصنيع لتجنب الكسور.

معالجة الحرارة

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	زمن النقع النموذجي	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
التسوية	900 - 950 / 1652 - 1742	1 - 2 ساعة	هواء	تحسين بنية الحبة
التبريد السريع	850 - 900 / 1562 - 1652	30 دقيقة	ماء/زيت	زيادة الصلابة
التخمير	500 - 650 / 932 - 1202	ساعة واحدة	هواء	تقليل الهشاشة

عمليات معالجة الحرارة مثل التسوية، والتبريد السريع، والتخمير ضرورية لتحسين الخصائص الميكانيكية لفولاذ EH36. تسهم التسوية في تصفية بنية الحبة، بينما يزيد التبريد السريع من الصلابة. يكون التخمير مهمًا لتقليل الهشاشة وزيادة الصلابة، خاصة للمكونات المعرضة لأحمال ديناميكية.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الأساسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
بناء السفن	سفن الشحن	قوة عائد عالية، صلابة	السلامة الهيكلية تحت الأحمال الديناميكية
البحرية	منصات النفط	مقاومة التآكل، قابلية التلحيم	المتانة في البيئات البحرية القاسية
الهندسة البحرية	الغواصات	صلابة في درجات الحرارة المنخفضة، قوة	الأداء في الظروف القصوى

تشمل التطبيقات الأخرى:
- بناء الجسور
- المكائن الثقيلة
- المكونات الهيكلية في المباني

يتم اختيار فولاذ EH36 لهذه التطبيقات نظرًا لقوته العالية وصلابته وقابلية التلحيم، والتي تعتبر حاسمة لضمان السلامة والموثوقية في البيئات الشاقة.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ EH36	S355J2	A572 Grade 50	ملاحظة حول المزايا/العيوب أو المقايضة
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عائد عالية	قوة عائد متوسطة	قوة عائد عالية	يقدم EH36 صلابة تفوق S355J2
الجانب الرئيسي لمقاومة التآكل	متوسطة	جيدة	متوسطة	تتميز S355J2 بمقاومة تآكل أفضل
قابلية التلحيم	ممتازة	جيدة	جيدة	جميع الدرجات قابلة للتلحيم، لكن EH36 مفضّل للأقسام السميكة
قابلية التشغيل	معتدلة	جيدة	جيدة	تتميز S355J2 بقابلية تشغيل أفضل
قابلية التشكيل	جيدة	جيدة	جيدة	جميع الدرجات مناسبة للتشكيل
التكلفة النسبية التقريبية	معتدلة	معتدلة	معتدلة	تختلف التكلفة حسب ظروف السوق
التوفر النموذجي	شائع	شائع	شائع	جميع الدرجات متاحة على نطاق واسع

عند اختيار فولاذ EH36، تشمل الاعتبارات الفعالية من حيث التكلفة، التوفر، ومتطلبات التطبيق المحددة. بينما يوفر EH36 خصائص ميكانيكية ممتازة، قد تتطلب مقاومته للتآكل اتخاذ تدابير وقائية في بيئات معينة. بالإضافة إلى ذلك، فإن قابلية التلحيم تجعله خيارًا مفضلًا للهياكل المعقدة، لكن قد تكون الدرجات البديلة أكثر ملاءمة حسب احتياجات المشروع المحددة.

باختصار، يُعتبر فولاذ EH36 مادة متعددة الاستخدامات وقوية ومثالية للتطبيقات البحرية والهيكلية، مع توازن بين القوة، والصلابة، وقابلية التلحيم تلبي متطلبات صناعة بناء السفن.