المواد وخصائص المواد الخاصة بصفيح السفن المدحرَك على الساخن

مقدمة إلى تصنيف الصفائح السفنية المدرَّجة على الساخن

الصفائح السفنية المدرَّجة على الساخن هي صفائح فولاذية بنائية تُصنع خصيصًا لبناء هياكل السفن، مثل أجسام السفن والجدران العرضية والطوابق وغيرها من الهياكل البحرية، وتُنتَج وفق قواعد جهات التصنيف البحرية والمعايير الدولية بدقة شديدة وتتوفر هذه الصفائح بمجموعة شاملة من الأبعاد، حيث تتراوح سماكتها عادةً بين ٣ مم و٣٠٠ مم، وعرضها بين ٦٠٠ مم و٤٢٠٠ مم، أما طولها فيصل إلى ١٨٠٠٠ مم وأبرز المواصفة المعترف بها على نطاق واسع والتي تحكم الصفائح السفنية هي مواصفة ASTM A131/A131M، التي تغطي الصفائح الفولاذية البنائية والأشكال الفولاذية والقضبان والمسامير المخصصة أساسًا للاستخدام في بناء السفن تُصنَّف المواد الخاضعة لهذه المواصفة إلى مجموعتين رئيسيتين: فولاذ ذو مقاومة عادية وفولاذ ذو مقاومة عالية .

وتضم فئة الفولاذ ذي المقاومة العادية الدرجات A وB وD وE، وكل درجة تتميز بخواصها الدنيا المحددة لصلادة التأثير عند اختبار شاربي V-notch عند درجات حرارة مختلفة أما فئة الفولاذ ذي المقاومة العالية فتشمل الدرجات AH وDH وEH وFH، وهي متوفرة بعدة مستويات مقاومة مع نقاط خضوع دنيا محددة تبلغ ٤٦ كيلو رطل/بوصة مربعة (٣١٥ ميجا باسكال) أو ٥١ كيلو رطل/بوصة مربعة (٣٥٠ ميجا باسكال) أو ٥٧ كيلو رطل/بوصة مربعة (٣٩٠ ميجا باسكال) ويتيح هذا التصنيف المنظَّم للمصمِّمين والمهندسين المعنيين بتصميم السفن اختيار درجة الفولاذ المناسبة استنادًا إلى الموقع الهيكلي المحدد، والأحمال التشغيلية المتوقعة، والظروف البيئية التي ستواجهها السفينة.

مواد ألواح السفن ذات المقاومة العادية وخصائصها

لواح السفن ذات المقاومة العادية—الدرجات A وB وD وE—تشارك في متطلبات الخصائص الميكانيكية المشتركة، بينما تختلف بشكل رئيسي في خصائص مقاومتها للتأثير. وتظهر جميع الدرجات الأربعة حدًّا أدنى محدَّدًا لمقاومة الخضوع يبلغ ٣٤ كيلو باوند لكل بوصة مربعة (٢٣٥ ميجا باسكال)، ومدى مقاومة الشد من ٥٨ إلى ٧٥ كيلو باوند لكل بوصة مربعة (٤٠٠–٥٢٠ ميجا باسكال) والصلب من الدرجة A هو الدرجة الأساسية الأكثر بساطة ولا يتطلب اختبار التأثير. أما صلب الدرجة B، وهو صلب شائع المقاومة الشدّية، فيمتلك خصائص جيدة في المقاومة الصدمية، ومقاومة قوية للتآكل، وخصائص ممتازة في المعالجة واللحام ويخضع الصلب من الدرجة D لاختبار التأثير عند درجة حرارة -٢٠°م، بينما يُختبر صلب الدرجة E—وهو أعلى درجة بين درجات المقاومة العادية—عند درجة حرارة -٤٠°م. وللواح التي لا يتجاوز سمكها ٤٠ مم، تُعد عمليتا التمديد الجوي والتمديد المتحكم فيه من أكثر حالات التسليم شيوعًا أما بالنسبة للواح التي يزيد سمكها عن ٤٠ مم، فيجب تطبيق عملية التطبيع أو المعالجة الحرارية-الميكانيكية المتحكم فيها (TMCP) لتحسين المقاومة والمرونة .

يتم التحكم بدقة في التركيب الكيميائي لصفائح السفن ذات المتانة العادية لضمان اتساق الخصائص الميكانيكية وقابليتها للحام. وتتضمن الدرجة A عادةً أقصى نسبة من الكربون تبلغ 0,21%، وأقصى نسبة من السيليكون تبلغ 0,50%، وأقصى نسبة من المنغنيز تبلغ 0,60%، مع تحديد حد أقصى لمحتوى الفوسفور والكبريت عند 0,035% لكلٍّ منهما. أما الدرجات B وD وE فلها حدود مماثلة بالنسبة للكربون والشوائب، بينما يُعدَّل محتوى المنغنيز لتحقيق الخصائص الميكانيكية المطلوبة. ويُحافظ على نسبة المنغنيز إلى الكربون أعلى من 2,5 لضمان المتانة والمتانة الصدمية الكافيتين. وتتميَّز هذه الصفائح بقابليتها الممتازة للحام، حيث يضمن التحكم الدقيق في تركيبها الكيميائي وخصائصها الميكانيكية جودةً متسقةً وموثوقةً للتطبيقات البحرية الصعبة. عند اللحام، يُفترض استخدام إجراء لحام مناسب لنوع الصلب المُراد لحامه وللاستخدام أو الخدمة المقصودة. .

مواد صفائح السفن عالية المتانة وخصائصها

لوحات السفن ذات المتانة العالية—الدرجات AH وDH وEH وFH—توفر خصائص ميكانيكية متفوقة للتطبيقات الإنشائية الصعبة في بناء السفن. وتتوافر هذه الدرجات بمستويات متعددة من المتانة: 32 (أدنى حد لمقاومة الخضوع 315 ميغاباسكال)، و36 (أدنى حد لمقاومة الخضوع 355 ميغاباسكال)، و40 (أدنى حد لمقاومة الخضوع 390 ميغاباسكال) على سبيل المثال، تمتلك لوحات الفولاذ من الدرجات AH36 وDH36 وEH36 أدنى حد لمقاومة الخضوع يبلغ 51 كيلو رطل/بوصة مربعة (355 ميغاباسكال) ومدى مقاومة الشد بين 71 و90 كيلو رطل/بوصة مربعة (510–650 ميغاباسكال) وتسمح المتانة الأعلى لهذه الدرجات باستخدام ألواح غلاف أرق، مما يقلل الوزن الكلي للسفينة مع الحفاظ على سلامتها الإنشائية . ويُقسَّم كل مستوى من مستويات القوة بشكلٍ إضافي حسب درجات الجودة المقابلة لدرجات حرارة اختبار التأثير: الدرجة A (0°م)، والدرجة D (-20°م)، والدرجة E (-40°م)، والدرجة F (-60°م). ويكفل هذا النظام التصنيفي الشامل اختيار درجة الفولاذ المناسبة لكل مكوِّن هيكلي، بدءًا من الجدران الداخلية غير الحرجة وانتهاءً بأجزاء هيكل السفينة الخارجية الخاضعة لأقصى إجهادات في البيئات القطبية.

وتتضمن التركيبة الكيميائية لصفائح السفن عالية القوة عناصر سبائك دقيقة لتحقيق الخواص الميكانيكية المحسَّنة. وتحتوي هذه الدرجات على كربون بنسبة تصل إلى 0.18%، ومنغنيز بنسبة تتراوح بين 0.90% و1.60%، وسيليكون بنسبة تتراوح بين 0.10% و0.50%، مع تحديد أقصى نسبة مسموح بها من الفوسفور والكبريت عند 0.035% لكل منهما. . وتُضاف عناصر النيوبيوم (0.02–0.05%)، والفاناديوم (0.05–0.10%)، والتيتانيوم (حتى 0.02%)، وغيرها من العناصر بكميات مضبوطة للمساهمة في تنعيم الحبوب وتعزيز الترسيب. . بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب مقاومة التشقق الطبقي، يتوفر فولاذ ذو جودة Z (مثل Z35) بحد أدنى محدد لمتوسط الانخفاض في المساحة عند الاختبار الشدّي عبر السماكة بنسبة 35% . حالة التسليم الخاصة بصفيحات السفن عالية القوة ذات أهمية بالغة: إذ لا يُسمح عمومًا بتوريد الصفيحات على حالتها بعد التدحرج. وبدلًا من ذلك، يجب توريد الصفيحات على هيئة مُعَالَجة حراريًّا (مُنَظَّمة)، أو مُدَرَّجة ومُعَالَجة حراريًّا، أو معالجة حرارية-ميكانيكية خاضعة للرقابة (TMCP). وتتضمن المعالجة الحرارية-الميكانيكية الخاضعة للرقابة (TMCP) التدحرج المُتحكَّم فيه يتبعه تبريدٌ مُسرَّع، ما يُنتِج بنية دقيقة الحبوب تتميّز بمرونة استثنائية، لا سيما عند درجات الحرارة المنخفضة. وتظهر حالة المعالجة الحرارية بوضوح على كل صفيحة: حيث يُشار إلى الحالة «المُنَظَّمة» بالحرف «N»، أما الحالة «المُعالجة حراريًّا-ميكانيكيًّا خاضعة للرقابة» فتُشار إليها بـ«TMCP». ويضمن هذا التحكم الدقيق في ظروف المعالجة أن تحقق صفيحات السفن عالية القوة المزيج المطلوب من القوة والمرونة وقابلية اللحام، وهي عوامل أساسية لبناء السفن والمنشآت البحرية الحديثة بشكل آمن وموثوق. .