A36 مقابل A572 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

ASTM A36 و ASTM A572 هما من أكثر الفولاذ الهيكلي المحدد استخدامًا في البناء والتصنيع والمعدات الثقيلة. عادةً ما يزن المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع التكلفة والقوة المطلوبة وقابلية اللحام وسلوك التصنيع عند الاختيار بينهما - على سبيل المثال، ما إذا كان يجب إعطاء الأولوية لتكلفة المواد المنخفضة والتوافر الواسع أو قوة العائد الأعلى وتحسين نسبة القوة إلى الوزن.

التمييز الأساسي هو أن A36 هو فولاذ هيكلي منخفض الكربون تقليدي، بينما A572 (الذي يُحدد عادةً كدرجة 50 في العديد من المشاريع) هو عائلة من الفولاذ الهيكلي عالي القوة ومنخفض السبيكة (HSLA) التي تحقق عائدًا أعلى من خلال الكيمياء المتحكم بها والميكروسبائك. هذا الاختلاف يؤدي إلى مقايضات في القوة والصلابة وقابلية اللحام والتصنيع.

1. المعايير والتسميات

• ASTM/ASME:
• ASTM A36/A36M — فولاذ هيكلي كربوني.
• ASTM A572/A572M — فولاذ هيكلي عالي القوة ومنخفض السبيكة (الدرجات 42، 50، 55، 60 شائعة؛ درجة 50 تُقارن بشكل متكرر مع A36).
• EN: توجد مفاهيم مكافئة بموجب EN 10025 (على سبيل المثال، S235 ≈ A36، S355 ≈ A572 درجة 50)، ولكن يتطلب التماثل المباشر فحوصات محددة حسب السماكة والخصائص.
• JIS/GB: المعايير اليابانية والصينية لديها فولاذ هيكلي مماثل، ولكن المتطلبات الكيميائية والميكانيكية تختلف ويجب الرجوع إليها.
• التصنيف:
• A36 — فولاذ هيكلي كربوني.
• A572 — فولاذ هيكلي HSLA (منخفض السبيكة مع عناصر ميكروسبائكية في درجات أعلى).

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

تدرج الجدول التالي النطاقات التركيبية النموذجية لأهم العناصر. يتم تقديم القيم كحدود نموذجية أو نطاقات شائعة للصفائح والأشكال الهيكلية؛ يجب التحقق من شهادات المصنع الفعلية ودرجة A572 المحددة للمشتريات.

العنصر	A36 (نموذجي)	A572 درجة 50 (نموذجي)
C	≤ 0.26 wt%	≤ 0.23 wt%
Mn	0.60–1.20 wt%	~0.70–1.35 wt%
Si	≤ 0.40 wt%	≤ 0.40 wt% (متحكم بها)
P	≤ 0.04 wt%	≤ 0.04 wt%
S	≤ 0.05 wt%	≤ 0.05 wt%
Cr	أثر	أثر / متحكم بها (قد تكون موجودة بكميات صغيرة)
Ni	أثر	أثر
Mo	أثر	أثر (بسيط لبعض الدرجات)
V	عادةً لا يوجد	إضافات ميكروسبائكية ممكنة (0–0.15 wt%)
Nb (Cb)	عادةً لا يوجد	إضافات ميكروسبائكية ممكنة (0–0.06 wt%)
Ti	عادةً لا يوجد	إضافات ميكروسبائكية ممكنة (متحكم بها)
B	لا يُستخدم عادةً	موجود أحيانًا بكميات صغيرة جدًا
N	منخفض، متبقي	منخفض، متحكم به لمعالجة HSLA

كيف تؤثر السبيكة على السلوك - الكربون والمنغنيز: يزيدان القوة ولكن يزيدان من قابلية التصلب، وعند مستويات أعلى، يمكن أن يقللا من قابلية اللحام والصلابة. عادةً ما يتحكم A572 في الكربون ويزيد من Mn والميكروسبائك المفيدة لزيادة العائد دون زيادات كبيرة في الكربون. - الميكروسبائك (V، Nb، Ti): تعزز الإضافات الصغيرة من تقوية الترسيب، وحجم الحبيبات الأكثر دقة، وتحسين الصلابة دون اللجوء إلى كربون أعلى - مما يمكّن من قوة عائد أعلى مع قابلية جيدة للطرق وقابلية للحام. - العناصر مثل Cr و Mo و Ni محدودة عمومًا؛ يحقق A572 القوة بشكل رئيسي من خلال آليات HSLA بدلاً من السبيكة الثقيلة.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

الميكروهياكل النموذجية - A36: عادةً ما يظهر A36 المدلفن أو المعالج حراريًا ميكروهيكل من الفريت والبرليت مع حبيبات خشنة نسبيًا مقارنة بالفولاذ HSLA. تستمد القوة بشكل رئيسي من محتوى الكربون والتصلب الناتج عن العمل. - A572 (على سبيل المثال، درجة 50): تمت معالجته لتحسين القوة والصلابة، وغالبًا ما يظهر A572 فريتًا أكثر دقة أو فريت مع ترسيبات دقيقة متناثرة من العناصر الميكروسبائكية. يتحكم التحكم الحراري الميكانيكي أثناء الدرفلة والتبريد المتحكم به في حجم الحبيبات وينشر الكربيدات/النترات/الكربونيتيدات من أجل تقوية الترسيب.

المعالجة الحرارية والاستجابة الحرارية - A36: لا يُعالج عادةً حراريًا في الاستخدام الهيكلي؛ قد يُستخدم التطبيع أو تخفيف الإجهاد لتحسين الصلابة أو لتقليل الضغوط المتبقية. يستجيب A36 بشكل محدود للتبريد والتخمير بسبب مستوى الكربون الاسمي والاستخدام المقصود. - A572: يُقدم أيضًا عادةً كصفائح مدلفنة في الحالة المدلفنة أو المعالجة حراريًا. يمكن إنتاج الدرجات الأعلى باستخدام الدرفلة المتحكم بها والتبريد المعجل للحصول على قوة العائد المطلوبة مع صلابة مقبولة. التبريد والتخمير ليسا المسار التجاري العادي لمنتجات A572 الهيكلية، ولكن يمكن استخدامهما للتطبيقات الخاصة.

أثر التطبيع / TMCP / Q&T - يمكن أن يُحسن التطبيع من حجم الحبيبات ويزيد من الصلابة لكلا الفولاذين، ولكن A572 يستفيد أكثر من المعالجة الحرارية الميكانيكية المتحكم بها (TMCP) وترسيب الميكروسبائك للحصول على قوة أعلى دون عقوبات كبيرة من الكربون. - سيزيد التبريد والتخمير من القوة من حيث المبدأ ولكنه ليس معيارًا لهذه الدرجات ويغير توقعات قابلية اللحام والضغوط المتبقية.

4. الخصائص الميكانيكية

تلخص الجدول أدناه متطلبات الخصائص الميكانيكية النموذجية المستخدمة في التصميم والمشتريات. تعتمد القيم الفعلية على الدرجة والسماكة ومواصفات الشراء.

الخاصية	A36 (نموذجي)	A572 درجة 50 (نموذجي)
حد القوة الدنيا	36 ksi (≈ 250 MPa)	50 ksi (≈ 345 MPa)
قوة الشد	58–80 ksi (≈ 400–550 MPa)	65–85 ksi (≈ 450–585 MPa)
التمدد (في مقياس 50–200 مم، يعتمد على السماكة)	~20% (الحد الأدنى يختلف حسب السماكة)	~18% (الحد الأدنى يختلف حسب السماكة)
صلابة التأثير	لا يُحدد عالميًا؛ معتدل في درجة حرارة الغرفة؛ أقل في درجات الحرارة الكريوجينية ما لم يُحدد	غالبًا ما يتوفر مع متطلبات شاربي المحددة؛ عمومًا أفضل في صلابة الشقوق عند تحديدها ومعالجتها
الصلابة النموذجية (كما هو مدلفن، تقريبًا)	أقل من HSLA، متغيرة مع المعالجة	أعلى من A36 بسبب قوة العائد الأعلى وTMCP

التفسير - توفر A572 درجة 50 قوة عائد أعلى بكثير من A36؛ تتداخل قوى الشد إلى حد ما ولكن A572 أعلى في المتوسط. - قابلية الطرق والتمدد متشابهة بشكل عام عندما يتم التحكم في السماكة والمعالجة، ولكن يمكن أن يكون A572 لديه صلابة أفضل بسبب حجم الحبيبات الأكثر دقة وآليات تقوية الترسيب. - التأثير الصافي هو أن A572 يقدم نسبة أفضل من القوة إلى الوزن مما يسمح بأقسام أخف لنفس الحمولة.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على محتوى الكربون، وقابلية التصلب (Mn، السبيكة)، والميكروهيكل. يتم استخدام مؤشرين شائعين لتقييم قابلية اللحام وهما المعادل الكربوني IIW وPcm الدولي.

عرض مؤشرات قابلية اللحام القياسية: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي (بدون استبدال رقمي) - A36: يعطي الكربون والمنغنيز المعتدلين قابلية لحام جيدة عمومًا مع عمليات اللحام والمواد الاستهلاكية الشائعة. عادةً ما يكون التحكم في درجة حرارة التسخين المسبق ودرجة حرارة التداخل كافيًا للأقسام الثقيلة أو درجات الحرارة المنخفضة. - A572 (HSLA): نظرًا لأن السبيكة وMn المتحكم بها يمكن أن تكون أعلى وتوجد عناصر الميكروسبائك، تزداد قابلية التصلب قليلاً. ومع ذلك، تم تصميم درجات A572 الحديثة لتكون ذات قابلية لحام جيدة: يتم التحكم في الكربون، ومستويات الميكروسبائك منخفضة بما يكفي بحيث تكون معظم إجراءات اللحام الهيكلية مناسبة. بالنسبة للأقسام الأكثر سمكًا، أو المناخات الباردة، أو درجات A572 عالية القوة (مثل 55، 60)، يجب تحديد التسخين المسبق، والتحكم في إدخال الحرارة، والمعادن المالئة المناسبة. - إرشادات عملية: تقييم $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$ لشهادة المصنع المحددة لتحديد احتياجات التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام. بالنسبة للحامات الحرجة أو الأقسام السميكة، قم بإجراء تأهيل الإجراء (PQR) واعتبر اختبار التأثير.

6. التآكل وحماية السطح

• لا A36 ولا A572 مقاومان للصدأ: كلاهما فولاذ كربوني/HSLA عادي ويتطلبان حماية من التآكل في البيئات المكشوفة.
• طرق الحماية الشائعة: الغلفنة بالغمر الساخن، الطلاء في المصنع أو في الموقع، الطلاءات الإيبوكسية، التغطية بالمعادن (زنك/ألمنيوم)، أو بدائل الفولاذ المقاوم للصدأ عند الاقتضاء.
• استخدام مؤشرات مقاومة الصدأ: PREN (عدد مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على A36 أو A572 لأنه ليس فولاذًا مقاومًا للصدأ. للرجوع، يستخدم تقييم الفولاذ المقاوم للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• ملاحظات عملية: لا توفر سبيكة A572 مقاومة كبيرة للتآكل؛ يجب أن يكون الاختيار للبيئات التآكلية قائمًا على استراتيجية الطلاء والصيانة بدلاً من محتوى السبيكة البسيط.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشكيل والانحناء: يُستخدم A36 عادةً للانحناء والتشكيل؛ هيكله الميكروهيكلي الأكثر قابلية للطرق يعطي سلوكًا متوقعًا. يمكن تشكيل A572 (درجة 50) وثنيه ولكن يتطلب تحكمًا أكثر دقة في أنصاف أقطار الانحناء وقد يحتاج إلى مزيد من السماح للارتداد بسبب قوة العائد الأعلى.
• القطع والتشغيل: كلاهما يُقطع بسهولة بواسطة الطرق القياسية (القص، الأكسجين-الوقود، البلازما، الليزر) ولكن قد يكون A572 أكثر صعوبة قليلاً على الأدوات؛ تعتمد المعدلات على السماكة وإدخال الحرارة.
• اللحام وما بعد العمل: غالبًا ما يتطلب A572 التحكم الدقيق في إدخال الحرارة أثناء الانحناء البارد أو التسخين المحلي لتجنب التصلب المحلي؛ ومع ذلك، مع الإجراءات الصحيحة، يتم تصنيعه مثل A36 لمعظم التطبيقات الهيكلية.
• الثقب، الحفر: قد يتطلب زيادة القوة في A572 مزيدًا من القوة أو أدوات متخصصة لتصنيع الثقوب؛ يمكن أن يكون تآكل الأدوات أعلى من A36.

8. التطبيقات النموذجية

A36 — الاستخدامات النموذجية	A572 (مثل درجة 50) — الاستخدامات النموذجية
أشكال هيكلية عامة (زوايا، قنوات، عوارض I) للمباني والمعدات ذات الأحمال المنخفضة إلى المتوسطة	الجسور، الرافعات، الإطارات الثقيلة، والتطبيقات حيث يسمح العائد الأعلى بأقسام أخف
لوحات القاعدة، لوحات ومكونات صغيرة إلى متوسطة حيث تكون حساسية التكلفة هي الأهم	صفائح فولاذية مصنعة حيث تكون وفورات الوزن، أو إجهادات مسموح بها أعلى، أو مسافات أطول مطلوبة
عناصر هيكلية زخرفية، تجميعات ملحومة غير حرجة	وصلات ملحومة ومربوطة عالية القوة، البناء حيث يتطلب الكود أو التصميم قوة عائد أعلى
الإصلاحات والتحديثات حيث يلزم المطابقة مع فولاذ منخفض القوة الموجود	إطارات الآلات الثقيلة، هياكل الشاحنات، وأعضاء هيكلية تخضع لتحميل دوري حيث تكون الصلابة المحسنة مطلوبة

مبررات الاختيار - اختر A36 عندما تكون التكلفة وسهولة التصنيع والتوافر الواسع تفوق الحاجة إلى قوة عائد عالية. - اختر A572 درجة 50 (أو أعلى) عندما تكون هناك حاجة إلى تحسين هيكلي، تقليل حجم الأعضاء، أو قوة عائد وصلابة أعلى محددة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: عادةً ما يكون A36 أقل تكلفة لكل طن من A572 درجة 50 بسبب الكيمياء الأبسط وحجم الإنتاج الأوسع. A572 أغلى لكل وحدة وزن ولكن يمكن أن يقدم تكلفة إجمالية أقل للهيكل بسبب تقليل وزن المواد.
• التوافر: A36 متاح عالميًا في مجموعة واسعة من الأشكال والصفائح والسماكات. A572 درجة 50 متاحة على نطاق واسع ولكن قد يختلف توافر السماكات المحددة، وأحجام الصفائح، وشهادات المصنع حسب المنطقة وشكل المنتج.
• أشكال المنتجات: كلا الدرجتين شائعتان في الصفائح، والأشكال الهيكلية المدلفنة على الساخن، والأشكال المصنعة حسب الطلب. قد تكون أوقات التسليم لـ A572 أطول للسماكات الخاصة أو التسامحات الضيقة.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي)

السمة	A36	A572 درجة 50
قابلية اللحام	جيدة (يمكن لحامها بسهولة باستخدام الإجراءات القياسية)	جيدة إلى جيدة جدًا (تتطلب الانتباه للأقسام الأكثر سمكًا؛ تقييم CE/Pcm)
القوة–الصلابة	قوة عائد أقل، صلابة مقبولة؛ معالجة بسيطة	قوة عائد أعلى وعادةً صلابة أفضل عند المعالجة؛ أفضل نسبة قوة إلى وزن
التكلفة	سعر وحدة أقل، متاح جدًا	سعر وحدة أعلى، توفير محتمل في دورة الحياة من تقليل الوزن

الخاتمة وإرشادات الاختيار العملية - اختر A36 إذا: - كانت الأولوية في المشروع هي أقل تكلفة للمواد والتصنيع البسيط. - كانت المتطلبات الهيكلية متواضعة (التصميم بناءً على قوة عائد 36 ksi كافٍ). - كانت الأهمية للتوافر الواسع، وسهولة اللحام دون إجراءات خاصة، ومطابقة الأجزاء المنخفضة القوة الموجودة.

• اختر A572 (عادةً درجة 50) إذا:
• كانت هناك حاجة إلى قوة عائد أعلى لتقليل حجم القسم، وتقليل الوزن، أو تلبية متطلبات الكود.
• كانت هناك حاجة إلى صلابة محسنة وأداء في التحمل/التأثير في سياق هيكلي.
• كنت تقبل علاوة متواضعة لكل طن من المواد التي يمكن أن تقلل من تكاليف التصنيع أو الشحن وتحسن الكفاءة الهيكلية.

ملاحظة عملية نهائية: استشر دائمًا شهادة المصنع والمواصفة الكاملة ASTM للدفعة الموردة (بما في ذلك المتطلبات المعتمدة على السماكة وأي متطلبات تأثير شاربي أو متطلبات إضافية). بالنسبة للهياكل الملحومة الحرجة أو الخدمة في درجات الحرارة المنخفضة، قم بإجراء تأهيل إجراء اللحام واطلب درجة A572 المحددة وتاريخ المعالجة الحرارية/المعالجة في طلب الشراء بحيث تلبي الخصائص الميكانيكية والصلابة احتياجات التصميم.