صفائح الفولاذ المستخدمة في بناء السفن: التصنيف الشامل، وخصائص المواد، والتطبيقات البحرية

مقدمة إلى الصفائح الفولاذية المستخدمة في بناء السفن

الصفائح الفولاذية المستخدمة في بناء السفن، والمعروفة عادةً بالصفائح الفولاذية البحرية، هي منتجات فولاذية مُدرَّجة على الساخن ومُصنَّعة بدقة وفق قواعد ومواصفات الجمعيات الدولية المُصنِّفة، وتُستخدم في هياكل أجسام السفن . تُصنع هذه الصفيحات عادةً من الفولاذ الكربوني عالي الجودة والفولاذ منخفض السبيكة، وهي مصممة لتحمل البيئة البحرية القاسية التي تتميز بالتآكل الكيميائي والتآكل الكهروكيميائي والهجمات البيولوجية من الكائنات البحرية والكائنات الدقيقة. يجب أن تتمتع صفيحات السفن بمجموعة من الخصائص الحرجة: قوة ومرونة كافيتين، أداء جيد في درجات الحرارة المنخفضة، مقاومة ممتازة للتآكل، وقابلية لحام فائقة . تُنتجها مصانع الصلب الرئيسية في جميع أنحاء العالم وهي مواد أساسية لبناء جميع أجزاء السفينة تقريبًا، من الهيكل والسطح إلى الجدران العارضة والكعب .

أنظمة تصنيف القوة العامة والقوة العالية

تنقسم فولاذ الهياكل لبناء السفن إلى فئتين رئيسيتين بناءً على قوة الخضوع الدنيا: فولاذ هياكل القوة العامة وفولاذ هياكل القوة العالية . ينقسم فولاذ هياكل القوة العامة إلى أربعة درجات جودة: A، B، D، وE —جميع الدرجات الأربعة تشترك في قوة الخضوع المتطابقة (الحد الأدنى ٢٣٥ نيوتن/مم²) وقوة الشد (٤٠٠–٥٢٠ نيوتن/مم²) . وتتمثل الفروق بين الدرجات في مقاومتها للصدمات عند درجات حرارة مختلفة: فدرجة A لا تتطلب اختبار صدم (ويُجرى الاختبار عند درجة حرارة الغرفة)، بينما تُجرى الاختبارات على درجة B عند ٠°م، وعلى درجة D عند -٢٠°م، وعلى درجة E عند -٤٠°م . ويُقسَّم فولاذ الهياكل عالي القوة كذلك حسب مستويات القوة ودرجات الجودة. وتحدد مستويات القوة بأرقام هي: ٣٢ (قوة خضوع دنيا ٣١٥ نيوتن/مم²)، و٣٦ (قوة خضوع دنيا ٣٥٥ نيوتن/مم²)، و٤٠ (قوة خضوع دنيا ٣٩٠ نيوتن/مم²) . وكل مستوى من مستويات القوة متوفر في أربع درجات جودة هي: A وD وE وF، والتي تمثِّل درجات حرارة اختبار الصدم التالية على التوالي: ٠°م و-٢٠°م و-٤٠°م و-٦٠°م. ومن أبرز درجات الفولاذ عالي القوة الشائعة ما يلي: AH32، DH32، EH32، AH36، DH36، EH36، AH40، DH40، وEH40 تشير الحروف الأبجدية التي تسبق الأرقام إلى مستوى المتانة: "أ" لدرجة حرارة 0°م، و"د" لدرجة حرارة -20°م، و"هـ" لدرجة حرارة -40°م، و"و" لدرجة حرارة -60°م، حيث توفر الدرجة و أعلى مستوى من المتانة.

المعايير الدولية وموافقات هيئات التصنيف

يجب أن تخضع صفائح الفولاذ المستخدمة في بناء السفن لشهادة من هيئات تصنيف معترف بها دوليًا لضمان الامتثال لمعايير السلامة والجودة الصارمة. ومن أبرز هيئات التصنيف ما يلي: ABS (المكتب الأمريكي للسفن)، LR (سجل لويدز)، دي إن في (ديت نورسك فيرتاس)، BV (مكتب الفحص الفرنسي)، سي سي إس (الجمعية الصينية لتصنيف السفن)، GL(غليرمانشر لويتل)، NK (الجمعية اليابانية لتصنيف السفن)، KR (السجل الكوري)، و RINA (السجل البحري الإيطالي) تشمل المعايير الدولية الرئيسية التي تحكم صفائح السفن ASTM A131 (المعيار الأمريكي السائد للصلب الإنشائي المستخدم في بناء السفن)، GB/T 712 (المعيار الصيني لصلب بناء السفن)، و EN 10225 (المعيار الأوروبي لصلب الهياكل البحرية خارج الشاطئ) تغطي المواصفة القياسية الأمريكية ASTM A131 الدرجات التالية: A، B، D، E، AH32، DH32، EH32، AH36، DH36، EH36، AH40، DH40، وEH40. تحدد مواصفة جمهورية الصين الشعبية GB/T 712 درجات القوة العامة التالية: CCSA، CCSB، CCSC، وCCSD، وكذلك درجات القوة العالية CCS-A32 وCCS-A36. يمكن تسليم الصفائح في حالات مختلفة حسب الدرجة المطلوبة: مثل التدحرج المتحكم فيه، أو التطبيع، أو المعالجة الحرارية الميكانيكية المتحكم بها (TMCP). .

المواصفات البُعدية ومدى السماكات

تصنَّع صفائح الفولاذ المستخدمة في بناء السفن بمجموعة واسعة من الأبعاد لتلبية متطلبات أحجام السفن المختلفة والاحتياجات الإنشائية المتنوعة. ويتراوح مدى السماكة النموذجي بين ٤ مم و٢٦٠ مم ، وبعرض يتراوح بين ١٢٠٠ مم و٤٠٠٠ مم وطول يتراوح بين ٣٠٠٠ مم و١٨٠٠٠ مم لتطبيقات متخصصة، يمكن إنتاج الصفائح بسماكات تصل إلى ٣٠٠ مم أو حتى ٤٥٠ مم. وتتوفر درجات القوة العامة (A وB وD وE) عادةً بسماكات تصل إلى ٢٢ مم. أما درجات القوة العالية (AH32 وAH36) فتُورَّد عادةً في نطاقات سماكة متنوعة، مع توفر الصفائح التي تتجاوز سماكتها ٣٠ مم بسهولة. تتفاوت الخصائص الميكانيكية للصفائح المستخدمة في بناء السفن باختلاف السماكة، وتُحدِّد قواعد هيئات التصنيف الحد الأقصى المسموح به من السماكة لكل درجة. وللسماكات التي تتجاوز ٣٠ مم، يُشترط عادةً تسخين الصفائح مسبقاً إلى درجة حرارة تتراوح بين ١٢٠ و١٥٠°م قبل اللحام. .

التطبيقات عبر أنواع السفن والمكونات الإنشائية

تُعَدُّ صفائح الصلب المستخدمة في بناء السفن مواد أساسية تُستخدَم في تركيب جميع أجزاء السفينة تقريباً. تُستخدم درجات القوة العامة (ألف وباء) بشكل رئيسي في المكونات الإنشائية الأقل حرجًا، وهي تشكّل ما يقارب ٩٠٪ من إجمالي إنتاج صفائح السفن. وتُطبَّق هذه الدرجات عادةً في بناء الأسطح العلوية، والجدران العرضية، وأغطية الفتحات، والأجزاء غير الحرجة من هيكل السفينة. .

درجات القوة العالية إيه إتش ٣٢، دي إتش ٣٢، إي إتش ٣٢، إيه إتش ٣٦، دي إتش ٣٦، وإي إتش ٣٦ تُستخدَم في المكونات الإنشائية الأساسية، ومنها الهيكل الخارجي للسفينة، والأسطح، والجدران العرضية الطولية، وأغطية الفتحات في ناقلات النفط، وسفن نقل الحبوب، وحاويات الشحن، وناقلات الغاز الطبيعي المسال وتتميّز هذه الصفائح عالية القوة بخصائص لحام ممتازة، وتُستخدَم غالبًا في تصنيع أكثر العناصر الإنشائية حملًا للأحمال حرجةً في السفن. على سبيل المثال، تسمح صفيحة الفولاذ AH36 (التي تبلغ قوة الخضوع فيها ≥355 ميغاباسكال) باستخدام صفائح أخف سماكةً في هيكل السفينة، ما يقلل وزن الفولاذ بنسبة 15–20% في السفن الحاوياتية الكبيرة. وتشمل التطبيقات المحددة لها صفائح الجدران الطولية، والشرائط العلوية المتصلة بالألواح الرئيسية، ومناطق التحميل الشديد الأخرى. وفي قطاع النفط البحري، تُستخدم صفائح السفن في منصات حفر النفط البحرية ، ووصلات أنابيب المنصات، وغيرها من الهياكل البحرية. أما بالنسبة لناقلات الغاز الطبيعي المسال، التي تتطلب موادًا قادرةً على تحمل درجات حرارة تصل إلى -162°م، فتُستخدم صفيحة الفولاذ المحتوية على 9% نيكل في خزانات النوع الغشائي، بينما تُحدد مواصفات ASTM A131 للاستخدام في الهياكل الثانوية التي تتطلب اختبارات تأثير عند درجة حرارة -40°م. كما تُعد صفائح السفن ضروريةً أيضًا في السفن الحاوياتية، وسفن نقل البضائع السائبة، وسفن الرحلات البحرية، والعبّارات، واليخوت. ويتوقف اختيار درجات الفولاذ المناسبة على الموقع الإنشائي داخل السفينة، والأحمال المتوقعة، والبيئة التشغيلية التي ستؤدي فيها السفينة مهامها، وذلك لضمان الأداء الآمن والموثوق طوال عمر السفينة الافتراضي.