A283C مقابل A36 - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
ASTM A283 الدرجة C و ASTM A36 هما من أكثر الفولاذ الهيكلي منخفض الكربون شيوعًا في البناء، وهياكل الآلات، وأجزاء الضغط في التطبيقات ذات الإجهاد المنخفض، والتصنيع العام. غالبًا ما يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع معضلة اختيار عند الاختيار بينهما: هل يجب إعطاء الأولوية للتكلفة والتوافر الواسع، أم إعطاء الأولوية للقوة المحددة الأعلى قليلاً والتحكم الكيميائي الأكثر دقة. تشمل سياقات القرار النموذجية موازنة قابلية اللحام وقابلية التشكيل مقابل قوة الخضوع المطلوبة، واختيار بين الأشكال المخزنة أو درجات الألواح للأعضاء الهيكلية، والخزانات، والتصنيع الملحوم.
الفرق الرئيسي بين هذين الفولاذين هو نطاق المواصفات المقصود: A36 هو فولاذ هيكلي مستخدم على نطاق واسع مع حد أدنى معروف من الخضوع (عادة 36 ksi / 250 MPa) وتوافر واسع، بينما A283 الدرجة C هو درجة ألواح هيكلية منخفضة الكربون ومنخفضة السبائك مع متطلبات التركيب والقوة موجهة نحو الألواح الأثقل ومعايير التصنيع معينة. نظرًا لأن كلاهما فولاذان هيكليان منخفضا الكربون، غالبًا ما يتم مقارنتهما عندما يتعين على المصممين مطابقة التوافر والتكلفة والمتطلبات الميكانيكية.
1. المعايير والتسميات
- ASTM/ASME:
- ASTM A36/A36M — فولاذ هيكلي كربوني.
- ASTM A283 (الدرجات A، B، C) — ألواح فولاذ كربوني منخفضة ومتوسطة القوة للأوعية الضاغطة والتطبيقات الهيكلية العامة؛ الدرجة C هي أعلى قوة في سلسلة A283.
- EN (الأوروبية): سلسلة EN 10025 (مثل S235، S275) هي مكافئات قابلة للمقارنة في بعض التطبيقات؛ يتطلب التبادل المباشر التحقق الدقيق.
- JIS (اليابانية): JIS G3101 (SS400) غالبًا ما يستخدم كمكافئ إقليمي للأقسام الهيكلية الأخف.
- GB (الصين): GB/T 700 (Q235) يقارن عادةً بـ A36 للتطبيقات الهيكلية.
- التصنيف: كل من A36 و A283C هما فولاذان هيكليان كربونيان عاديان/منخفضا السبائك (ليس فولاذ مقاوم للصدأ، وليس فولاذ أدوات، وليس HSLA بالمعنى الحديث للفولاذ منخفض السبائك عالي القوة).
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
جدول: العناصر والنطاقات المحددة النموذجية (تقريبية؛ استشر معيار ASTM للحدود الدقيقة والبدلات المعتمدة على السماكة).
| العنصر | A36 (حدود المواصفات النموذجية) | A283 الدرجة C (حدود المواصفات النموذجية) |
|---|---|---|
| C (الكربون) | ≤ ~0.26 wt% (حد أقصى) | ≤ ~0.26 wt% (حد أقصى)، تحكمات تعتمد على الدرجة |
| Mn (المنغنيز) | ~0.60–1.20 wt% (حد أقصى عادة ~1.20) | عادةً ما يكون الحد الأعلى أعلى من A36 (حتى ~1.35 wt%) |
| Si (السيليكون) | ≤ ~0.40 wt% | عادةً ≤ ~0.15–0.30 wt% |
| P (الفوسفور) | ≤ 0.04 wt% | ≤ 0.035 wt% (تحكم دقيق لجودة الألواح) |
| S (الكبريت) | ≤ 0.05 wt% | ≤ 0.035 wt% |
| Cr، Ni، Mo، V، Nb، Ti، B، N | عادةً ≤ كميات ضئيلة؛ ليست سبائك عمدًا | عادةً ليست سبائك عمدًا؛ كميات ضئيلة ممكنة |
ملاحظات: - الجدول يعطي النطاقات النموذجية المستخدمة في الممارسة التجارية. تختلف الحدود الدقيقة مع السماكة، والضغط، والحرارة، والمواصفات الشرائية المحددة؛ دائمًا استشر المواصفة ASTM المسيطرة لمعايير قبول المواد التعاقدية. - تميل A283 الدرجة C إلى أن تُنتج كمادة ألواح مع معايير كيميائية وقبول ميكانيكي أكثر صرامة مقارنةً بأشكال A36 العامة، وهذا هو السبب في أن حد المنغنيز والتحكم في التركيب العام يمكن أن يكون مختلفًا. - استراتيجية السبائك لكلتا الدرجتين هي الحد الأدنى: يتم استخدام كربون منخفض ومنغنيز معتدل للحصول على قوة كافية مع الحفاظ على قابلية اللحام وقابلية التشكيل عالية. الإضافات المتعمدة من Cr، Ni، Mo، V، Nb، أو Ti ليست نموذجية في هذه الدرجات.
كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - يزيد الكربون من القوة والصلابة ولكنه يقلل من قابلية اللحام والليونة. - يساهم المنغنيز في إزالة الأكسدة وقوة الشد؛ يزيد المنغنيز الأعلى من القدرة على التصلب قليلاً. - السيليكون هو مزيل أكسدة ويمكن أن يزيد القوة بشكل طفيف. - يتم التحكم في الكبريت والفوسفور بدقة لأنهما يسببان الهشاشة ويقللان من المتانة، خاصة في الأقسام الأكثر سمكًا.
3. التركيب المجهري واستجابة المعالجة الحرارية
- التركيبات المجهرية النموذجية: يتم تصنيع كل من A36 و A283C لإنتاج تركيبات مجهرية من الفريت والبرليت في الحالة المدلفنة أو المعالجة الحرارية. تهيمن التركيبة المجهرية على الفريت متعدد الأضلاع والبرليت بين الحبيبات/الصفائحي؛ تتفاوت الكسر الدقيقة مع محتوى الكربون ومعدل التبريد.
- اللوح المدلفن: التبريد الأبطأ والكربون المنخفض يفضلان الفريت الخشن والبرليت مع ليونة جيدة.
- التطبيع: ينقي حجم الحبيبات ويمكن أن يزيد من المتانة في الأقسام الأكثر سمكًا؛ غالبًا ما يتم تطبيقه على الألواح حيث تكون الخصائص الميكانيكية الموحدة مطلوبة.
- التبريد والتقسية: ليس نموذجياً لهذه الدرجات - إذا كانت القوة الأعلى مطلوبة، يتم اختيار فولاذ آخر مثل الدرجات المقسية أو الفولاذات الحديثة منخفضة السبائك عالية القوة.
- المعالجة الحرارية الميكانيكية: قد تطبق المطاحن الحديثة الدرفلة المتحكم بها لتحسين القوة والمتانة دون تغيير الكيمياء؛ ومع ذلك، يتم إنتاج A36 و A283C تاريخيًا من خلال الدرفلة التقليدية والتبريد المتحكم به بدلاً من طرق TMCP العدوانية.
4. الخصائص الميكانيكية
جدول: مقارنات الخصائص الميكانيكية النموذجية (تقريبية؛ استشر المعيار للحد الأدنى المضمون والاعتماد على السماكة).
| الخاصية | A36 (نموذجي) | A283 الدرجة C (نموذجي) |
|---|---|---|
| قوة الخضوع | ~250 MPa (36 ksi) الحد الأدنى | عادةً في نفس النطاق؛ الدرجة C محددة لحدود أعلى في عائلتها (غالبًا ~230–280 MPa حسب المواصفة والسماكة) |
| قوة الشد | ~400–550 MPa (58–80 ksi) نطاق | قابلة للمقارنة مع A36؛ متغيرة قليلاً حسب الحرارة وسماكة اللوح |
| التمدد (في 200 مم أو 50 مم) | ~20% (يعتمد على السماكة) | قابلة للمقارنة؛ أحيانًا أقل قليلاً إذا تم تحديد قوة أعلى |
| صلابة التأثير (شربي V‑notch) | لا يتم ضمانها عادةً ما لم يتم تحديدها؛ جيدة في درجات الحرارة المحيطة | يمكن تحديدها لـ A283C عندما تكون المتانة في درجات الحرارة المنخفضة مطلوبة |
| الصلابة | عادةً أقل من 200 HB حسب السماكة | نطاقات مماثلة؛ تعتمد على معالجة المطحنة |
التفسير: - لا تعتبر أي من الدرجتين سبيكة عالية القوة؛ كلاهما فولاذان متوسطا القوة وذو ليونة مخصصة للتطبيقات الهيكلية الملحومة. - يتم تحديد A36 بشكل متكرر للأشكال الهيكلية القياسية مع ضمان قوة خضوع تبلغ 36 ksi (250 MPa). A283C هي الدرجة الأعلى قوة ضمن عائلة ألواح A283 وقد يتم تحديدها عندما تحتاج معايير قبول الألواح أو الخصائص الميكانيكية إلى التحكم بشكل أكثر دقة. - تتحدد المتانة إلى حد كبير من خلال المعالجة والسماكة؛ للخدمة في درجات الحرارة المنخفضة أو التحميل الديناميكي الحرج، حدد اختبار التأثير واعتبر الفولاذات ذات الرسوم البيانية المحسنة للمتانة.
5. قابلية اللحام
قابلية اللحام هي في الأساس وظيفة لمحتوى الكربون، والمعادل الكربوني، والسبائك. لتقييم نوعي، يستخدم المهندسون معادلات المعادل الكربوني مثل:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
ومعلمة أكثر تفصيلاً تُستخدم غالبًا في أوروبا:
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي: - كل من A36 و A283C هما فولاذان منخفضا الكربون مع قيم CE منخفضة، لذا يُعتبران عمومًا قابلين للحام بشكل كبير من خلال عمليات اللحام القياسية. - يمكن أن تزيد اختلافات المنغنيز والتحكم الأكثر دقة في التركيب لـ A283C من القدرة على التصلب قليلاً مقارنةً ببعض درجات حرارة A36، ولكن في التصنيع العملي، كلاهما من بين أسهل الفولاذات الهيكلية للحام. - بالنسبة للحامات الحرجة، يجب أن تستند قرارات التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) إلى السماكة، وقيود الوصلات، والمعادل CE الفعلي أو $P_{cm}$ المحسوب من الكيمياء المقدمة من المطحنة، وليس فقط اسم الدرجة الاسمي.
6. التآكل وحماية السطح
- لا A36 ولا A283C مقاومان للصدأ؛ مقاومة التآكل في البيئات الجوية أو العدوانية محدودة بمقاومة الفولاذ الكربوني العادي.
- الحمايات الشائعة: أنظمة الطلاء (مركبات الإيبوكسي، الطلاءات العلوية من البولي يوريثان)، الغلفنة بالغمر الساخن، التزجيج بالزنك، أو الطلاءات الميكانيكية.
- بالنسبة للغلفنة، تقبل كلتا الدرجتين عمليات الغمر الساخن القياسية؛ تؤثر سماكة اللوح وحالة السطح على جودة الطلاء.
- المؤشرات المقاومة للصدأ مثل PREN غير قابلة للتطبيق على هذه الفولاذات الكربونية العادية لأنها تفتقر إلى مستويات الكروم، والموليبدينوم، والنيتروجين التي تحدد أداء مقاومة التآكل المقاوم للصدأ.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- القطع: القطع بالأكسجين والوقود، والقطع بالبلازما، والقطع بالليزر هي روتينية لكلتا الدرجتين؛ تحدد سماكة اللوح وحالة الحافة التركيب النهائي.
- قابلية التشغيل: الفولاذات منخفضة الكربون تُشغل بسهولة؛ تتحسن قابلية التشغيل مع محتوى الكبريت الأعلى قليلاً (ليس مرغوبًا من أجل المتانة). A36 و A283C لهما قابلية تشغيل مماثلة.
- قابلية التشكيل: كلاهما مناسب جيدًا للثني، والضغط، والتشكيل في درجة حرارة الغرفة؛ تعتمد الارتداد ونصف قطر الثني الأدنى على السماكة وقوة الخضوع الدقيقة.
- تشطيب السطح: يمكن أن تُدلف كلتا الدرجتين، أو تُنفخ بالرصاص، أو تُطحن للتشطيب. يتم توفير ألواح A283C عادةً في مقاييس أثقل وقد تتطلب معدات كسر الصحافة بحجم مناسب لعمل الألواح.
8. التطبيقات النموذجية
| A36 | A283 الدرجة C |
|---|---|
| أشكال الفولاذ الهيكلي: العوارض، والقنوات، والزوايا للمباني والجسور | ألواح هيكلية للأوعية الضاغطة ذات الضغط المنخفض إلى المعتدل، والخزانات، والتصنيع الملحوم حيث تكون معايير قبول الألواح مطلوبة |
| التصنيع العام: الإطارات، والدعائم، والمعدات غير الحرجة | تطبيقات الألواح الثقيلة التي تتطلب تأكيد الخصائص الميكانيكية المحددة والأقسام الأكثر سمكًا |
| المكونات حيث يكون التوافر الواسع وقابلية اللحام هما الاحتياجات الأساسية | التطبيقات التي تحدد A283 لمطابقة معايير الألواح التعاقدية (مثل بعض أجزاء الضغط، والخزانات) |
مبررات الاختيار: - اختر A36 للاستخدام الهيكلي الواسع حيث تكون الأشكال القياسية والعائد المتوقع هما المحركان الرئيسيان وحيث تكون توافر المخزون وكفاءة التكلفة مهمة. - اختر A283C عندما تتطلب مواصفات المشتري ألواح A283 مع معايير قبول الألواح المحددة، أو عندما تفضل متطلبات تصنيع الألواح والاختبارات التعاقدية درجة الألواح.
9. التكلفة والتوافر
- A36 هو واحد من أكثر الفولاذات الهيكلية شيوعًا في جميع أنحاء العالم؛ عادةً ما يقدم أفضل مجموعة من السعر، وتوافر المخزون الواسع في الأشكال والألواح، وخصائص ميكانيكية متوقعة.
- A283 الدرجة C متاحة على نطاق واسع كألواح هيكلية وعادةً ما تكون أسعارها مقارنة على أساس الألواح؛ ومع ذلك، فإن توافرها مرتبط أكثر بمخزونات الألواح وجولات إنتاج المطاحن.
- محركات التكلفة: السماكة، وحجم اللوح، ومعالجة المطحنة، وتشطيب السطح؛ أي اختبار خاص (مثل اختبار التأثير، وشهادات المطحنة) يزيد من تكلفة الشراء.
10. الملخص والتوصية
جدول: ملخص المقارنة السريعة
| السمة | A36 | A283 الدرجة C |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | ممتازة (CE منخفض) | ممتازة (CE منخفض؛ كيمياء الألواح متحكم بها) |
| توازن القوة – المتانة | عائد هيكلي قياسي (36 ksi)، ليونة جيدة | قوة قابلة للمقارنة؛ غالبًا ما تُستخدم الدرجة C في عائلة A283 للألواح ذات الخصائص المتحكم بها |
| التكلفة والتوافر | توافر مرتفع جدًا؛ غالبًا ما تكون التكلفة أقل للأشكال | متاحة على نطاق واسع كألواح؛ التكلفة مشابهة لأشكال الألواح، قد تتطلب مزيدًا من الأوراق/الاختبارات المحددة |
الخلاصة (إرشادات عملية): - اختر A36 إذا كنت بحاجة إلى أشكال وألواح هيكلية متاحة على نطاق واسع مع عائد قياسي يبلغ 36 ksi (250 MPa)، وقابلية لحام ممتازة، وخيارات سلسلة إمداد واسعة، وأقل تعقيد إجمالي في الشراء. - اختر A283 الدرجة C إذا كانت مواصفات عقدك أو تصنيعك تتطلب صراحة ألواح A283 (مثل اختبارات قبول الألواح المحددة، أو نطاقات سماكة الألواح، أو متطلبات المشتري) أو إذا كنت بحاجة إلى الكيمياء المحددة للألواح والضوابط الميكانيكية المرتبطة بعائلة A283.
ملاحظة نهائية: كل من A36 و A283C هما فولاذان هيكليان منخفضا الكربون. لأي تطبيق حرج من حيث السلامة، أو في درجات حرارة منخفضة، أو تحميل عالي التعب، اطلب تقرير اختبار المطحنة، احسب المعادل الكربوني ($CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$ حسب الاقتضاء)، وحدد المتانة المطلوبة أو المعالجة الحرارية في مستندات الشراء. دائمًا استشر المواصفة ASTM/ASME المسيطرة وشهادات المطحنة لتأكيد معايير القبول الكيميائية والميكانيكية الدقيقة قبل قبول التصميم أو اللحام.