كيفية تحديد لفائف الصلب المدرفلة على الساخن عالية الجودة؟

الامتثال والشهادات: البوابات الأساسية لضمان جودة لفائف الصلب المدرفلة على الساخن

معايير ASTM وISO وAISI/SAE باعتبارها معايير أساسية لا يمكن التنازل عنها

إن جودة لفائف الصلب المدرفلة على الساخن تعتمد فعلاً على الالتزام بالمعايير الصناعية المُعتمدة. وأهم هذه المعايير هي مواصفات منظمتي ASTM وISO، إضافةً إلى مواصفات AISI/SAE التي تحدد تلك المتطلبات الفنية الصارمة فيما يتعلّق بمدى تنوّع التركيب الكيميائي، ومستويات الأداء الميكانيكي، والدقة المطلوبة في الأبعاد. وعندما يتبع المصنّعون مواصفات مثل ASTM A568 فيما يخص الدقة البعدية أو ISO 4995 فيما يتعلق بجودة التشطيب السطحي، فإنهم بذلك يضمنون أن منتجاتهم قادرةٌ فعلاً على التحمّل تحت الإجهادات. وإذا لم تلبِّ لفيفة ما هذه المعايير، خصوصاً في أمور مثل انخفاض مقاومة الشد عنها عن ٤٠٠ ميجا باسكال بالنسبة للفولاذ من الدرجة ASTM A36، فهذا يعني أن مشاكل جسيمة ستظهر لا محالة في المستقبل. فكّر مثلاً في انهيار الجسور أو توقُّف الآلات عن العمل بشكل غير متوقع. ولذلك، قبل شراء أي لفائف صلب، تأكَّد من مطابقة شهادات المصهر مع أحدث إصدارات جميع المواصفات ذات الصلة. فقد يكون بعض المورِّدين ما زالوا يستشهدون بمواصفات قديمة صادرة في سنوات سابقة دون أن يدركوا أن ذلك قد يؤدي إلى مشاكل كبيرة في وقت لاحق.

فك تشفير تقارير اختبارات المصنع (MTRs) وقيمة التحقق من طرف ثالث

تتبع تقارير الاختبارات المعملية للمصانع (MTRs) أو تقارير الاختبارات المعملية الأساسية معلومات الجودة المهمة لكل دفعة لفائف تُنتجها المصانع. وتشمل هذه التقارير تحليلًا كيميائيًّا من أجهزة الطيف، وقياسات مقدار القوة اللازمة لتشويه المعدن (قوة الخضوع)، ومدى مرونته قبل الانكسار (الاستطالة)، وقيمة المعادل الكربوني (CEV). وتظهر المشكلة عندما يقدِّم المورِّدون تقاريرهم الخاصة، لأن هناك دائمًا احتمالًا ما للتحيُّز المتأصل فيها. وهنا تكمن القيمة الكبيرة للمعامل المستقلة المعتمدة وفق معايير ISO/IEC 17025. فهذه الأطراف الثالثة تتحقق من بقاء قيمة المعادل الكربوني (CEV) دون ٠٫٤٥٪، وهو ما أظهرته دراسة نُشِرت العام الماضي كعاملٍ بالغ الأهمية لتفادي تلك الشقوق الهيدروجينية الضارة التي قد تتكون أثناء اللحام. ولنتأمل على وجه التحديد في أوعية الضغط: فقد وجدت دراسات أجرتها جهات متخصصة في علم الفلزات عام ٢٠٢٣ أن الشركات التي اعتمدت حصريًّا على الوثائق المقدَّمة من المصنِّعين واجهت زيادة في المسؤولية القانونية في ما يقارب ٧ من أصل ١٠ حالات. وبالتالي فإن إعادة التحقق من شهادات المصنع مقابل النتائج الصادرة عن معامل غير منحازة لم تعد مجرد ممارسة جيدة فحسب، بل أصبحت ضرورةً عمليةً لأي جهة جادة في مجال السلامة والامتثال.

الخصائص الميكانيكية: المؤشرات الرئيسية للأداء للفولاذ المدرفل على الساخن على هيئة لفائف

مقاومة الشد، ونسبة الخضوع، والقابليّة للتشكيل عبر الدرجات الشائعة (A36، A572، A1011)

تُشير مقاومة الشد أساسًا إلى مقدار الإجهاد الذي يمكن أن تتحمله المادة قبل أن تنكسر تمامًا. أما مقاومة الخضوع فهي مقياسٌ آخر مهمٌ يدل على النقطة التي تبدأ عندها المادة في التشوه الدائم بدلًا من الانحناء العائد فقط. فعلى سبيل المثال، تمتلك فولاذ ASTM A36 عادةً نطاق مقاومة شد يتراوح بين ٤٠٠ و٥٥٠ ميغاباسكال، أي ما يعادل تقريبًا ٥٨ إلى ٨٠ كيلو باوند لكل بوصة مربعة (ksi). ومن ناحية أخرى، يتجاوز فولاذ ASTM A572 الدرجة ٥٠ هذا النطاق ليصل إلى أكثر من ٤٥٠ ميغاباسكال أو نحو ٦٥ كيلو باوند لكل بوصة مربعة. أما العامل الأهم حقًّا في عمليات تشكيل المعادن فهو نسبة مقاومة الخضوع إلى مقاومة الشد. وتتميَّز درجات مثل فولاذ ASTM A1011 الهيكلي بأداء جيد في عمليات الثني لأنها تحافظ على نسب أقل من ٠٫٦، ما يجعل احتمال تشقُّقها أثناء عمليات التشكيل أقل بكثير. كما كشفت دراسات حديثة نُشِرت في مجلة «تكنولوجيا معالجة المواد» (Journal of Materials Processing Technology) العام الماضي عن أمرٍ مثيرٍ للاهتمام أيضًا: فعند التعامل مع لفائف ذات نسب خضوع لا تتجاوز ٠٫٨٥، يلاحظ المصنِّعون انخفاضًا بنسبة ١٨٪ تقريبًا في تأثيرات الارتداد المرن (springback) أثناء عمليات القص والتشكيل (stamping). ويُحدث هذا فرقًا كبيرًا في الحفاظ على الأبعاد الدقيقة، لا سيما عند إنتاج كميات كبيرة من القطع بشكلٍ متسق.

الصلادة، ومتانة التأثير، وتأثيرهما المباشر على قابلية اللحام والتشكيل البارد

تتعلق صلادة المواد، التي تُقاس باستخدام طريقة برينل أو روكويل، عمومًا بمدى قدرتها على مقاومة التآكل مع مرور الزمن. ومع ذلك، فإن المواد الأصلب عادةً ما يصعب لحامها بنجاح. وعندما تتجاوز لفائف الفولاذ درجة الصلادة ٢٠٠ وحدة برينل (HB)، تظهر مشكلة حقيقية تتمثل في التشققات الناتجة عن الهيدروجين، لأن هذه المواد لم تعد تنثني بسهولة كما كانت سابقًا. كما أن متانة التأثير مهمة جدًّا، لا سيما عندما تحتاج المكونات إلى تحمل صدمات مفاجئة أو اهتزازات. ويتم اختبار هذه الخاصية باستخدام طريقة شاربي ذات الشق على شكل حرف V عند درجات حرارة منخفضة تبلغ حوالي -٢٠ درجة مئوية. ويسعى معظم المصنّعين للحصول على طاقة تأثير لا تقل عن ٢٧ جول قبل اعتبار المادة مناسبة لعمليات التشكيل البارد. أما المواد التي لا تحقق هذا المعيار فغالبًا ما تفشل بنسبة تزيد نحو ٣٠٪ أثناء عمليات ثني الصفائح المعدنية باستخدام آلة الثني الهيدروليكية (Press Brake)، وفقًا لدراسات حديثة نُشرت في المجلة الدولية للتصنيع المتقدم (International Journal of Advanced Manufacturing) العام الماضي. ويبدو أن النطاق الأمثل الذي يوازن بين الخصائص المختلفة يقع ما بين ١٣٧ و١٧٩ وحدة برينل (HB). وهذا النطاق يُعطي أداءً جيدًا جدًّا في معظم مهام التشغيل الآلي، مع الحفاظ في الوقت نفسه على نتائج لحام مقبولة والخصائص المطلوبة من حيث القوة في مشاريع الهندسة الإنشائية وتصنيع السيارات.

التركيب الكيميائي وسلامة الدرجة: ضمان الاتساق في لفائف الفولاذ المدرفلة على الساخن

حدود العناصر الحرجة (C، Mn، S، P، CEV) وكيف تُضعف الانحرافات الأداء

إن تحقيق التوازن الصحيح بين الكربون (C) والمنغنيز (Mn) والكبريت (S) والفوسفور (P) وقيمة المعادل الكربوني (CEV) يكتسب أهمية كبيرةً لأداءٍ موثوق. فالكربون يتحكم في مقاومة الشد، ولكن عندما يتجاوز نسبته 0.25% في فولاذ الدرجة A36، تصبح المادة هشّة. ومن الناحية الأخرى، إذا انخفضت نسبة المنغنيز إلى أقل من 0.80% في فولاذ الدرجة A572، فإن الفولاذ لا يتصلّب بشكلٍ كافٍ. أما مستويات الكبريت التي تفوق 0.05% فتُسبب مشاكل أثناء عمليات اللحام، مما يؤدي إلى ما يُعرف بـ«الهشاشة الساخنة». كما أن تركيزات الفوسفور التي تزيد عن 0.04% تُحدث مشكلةً أخرى تُسمى «التشقق البارد». ويجب أن تظل قيمة المعادل الكربوني المحسوبة استنادًا إلى الكربون والمنغنيز وبعض السبائك الأخرى دون 0.45% لتفادي تلك التشققات الناجمة عن الهيدروجين في اللحامات — وفقًا لمعظم علماء المعادن الذين درسوا هذه المسألة. بل إن التغيرات الطفيفة تهمّ أيضًا: فانحرافٌ بسيطٌ قدره 0.02% قد يقلّل من قابلية التحمل للصدمات بنسبة تقارب 15%، ويزيد من سرعة التآكل بنسبة تقترب من 30% في التطبيقات الإنشائية الفعلية. ولذلك فإن مراجعة شهادات المواد مقابل معايير ASTM A568/A1011 ليست مجرد إجراء ورقي روتيني، بل هي ضرورة تضمن اتساق الأداء عبر مختلف دفعات الإنتاج فيما يتعلق بالتشكيل واللحام ومقاومة التعب مع مرور الزمن.

الدقة الأبعادية وجودة السطح: فحوصات بصرية وقائمة على القياسات تُطبَّق عمليًّا

تحديد أشكال البرج، والانحناء المنحني (Sickle Bend)، وموجة الحافة (Edge Wave)، والعُيوب السطحية وفقًا للمعيارين ISO 4948-1 وASTM A568

يتطلب التحقق من الاستقرار الأبعادي وسلامة السطح في لفائف الفولاذ المدرفلة على الساخن إجراء فحوصات بصرية وأدواتية منهجية تتماشى مع المعيارين ISO 4948-1 وASTM A568. ويجب أن يبدأ المفتشون أولًا بفحص المقطع العرضي للبحث عن هذه العيوب الحرجة:

• شكل برج (النتوءات المركزية): قياس الانحراف التحدبي عند منتصف العرض باستخدام مُجسٍ ليزري — ويُسمح به فقط إذا كان لا يتجاوز ٠٫٥٪ من عرض الشريط
• الانحناء المنحني (Sickle bend) (الانحناء الطولي): وضع اللفائف رأسيًّا وتقييم محاذاة الحواف باستخدام مستقيمات مُعايرة بدقة
• موجة الحافة (Edge wave) : تطبيق مستوى التوتر (Tension leveling) والتحقق من أن فجوات التسطّح تبقى أقل من ٣ مم/متر

تتطلّب العيوب السطحية تقييمًا دقيقًا جدًّا:

• الحفر الناتجة عن القشور (Scale pits) والخبث المدروفل داخل السطح (rolled-in slag) : الكشف باستخدام إضاءة مائلة شدة 200 لوكس وقياس السُمك بالموجات فوق الصوتية
• الخدوش والتجويفات : قياس العمق باستخدام أجهزة القياس الطولي (Profilometers)؛ ورفض لفائف الفولاذ التي يتجاوز عمق الاختراق فيها ٠٫٣ مم
• تشقُّق الجلد التماسي (Alligatoring) : اختبار الانحناء الموجَّه وفقًا للمعيار ASTM E290؛ حيث تشير الشقوق المرئية إلى وجود فصل تحت السطح أو عيوب في عملية الدرفلة

عادةً ما يرتبط تغيُّر مقاومة الخضوع بنسبة تزيد على ١٠٪ بهذه التشوهات الهندسية أو السطحية. ويُعَد التحقق من شهادة التحليل المعدني (MTR) من قِبل طرف ثالث، استنادًا إلى قياسات فيزيائية فعلية (وليس مجرد الامتثال الورقي)، الضمان الأكثر فعالية لمنع إعادة التصنيع المكلفة والإخفاقات الميدانية.