A36 مقابل A992 - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

ASTM A36 و ASTM A992 هما من أكثر الفولاذ الهيكلي المحدد بشكل متكرر في البناء والتصنيع الثقيل. يقوم المهندسون وفرق الشراء عادةً بوزن التبادلات بين التكلفة، وقوة الخضوع، وقوة الشد، وقابلية اللحام، والصلابة عند الاختيار بينهما. تشمل سياقات القرار النموذجية تحديد الأعمدة والأعضاء ذات الفلنجات العريضة للمباني (حيث يتم إعطاء الأولوية لقوة الخضوع الأعلى والسلوك المتوقع) مقابل الألواح والزوايا والعناصر الهيكلية العامة حيث تكون التكلفة والتوافر الواسع أكثر أهمية.

الفرق العملي الرئيسي هو أن A992 هو درجة فولاذ هيكلي حديثة، ذات قوة مسيطر عليها، ومنخفضة السبائك، تم تحسينها للأشكال ذات الفلنجات العريضة والتطبيقات عالية الخضوع؛ بينما A36 هو فولاذ هيكلي كربوني قديم ذو غرض عام مع حد أدنى أقل من الخضوع وكيمياء أبسط. بسبب ذلك، يُفضل A992 غالبًا لأشكال الهيكل البنائية بينما لا يزال يُستخدم A36 على نطاق واسع للألواح، والشرائح، والتطبيقات الهيكلية العامة.

1. المعايير والتسميات

• ASTM/ASME:
• A36 — "مواصفة قياسية للفولاذ الهيكلي الكربوني" (يستخدم على نطاق واسع للألواح، والأشكال، والشرائح، والأقسام).
• A992 — "مواصفة قياسية لأشكال الفولاذ الهيكلي" (مستهدفة بشكل خاص لأشكال الهيكل مثل العوارض والأعمدة ذات الفلنجات العريضة).
• EN (الأوروبية): الفولاذات المعادلة بشكل عام تشمل عائلات S275/S355 (لكن المطابقة المباشرة ليست دقيقة).
• JIS / GB: تصنف المعايير الوطنية الأخرى الفولاذات القابلة للمقارنة في عائلات الفولاذ الهيكلي الكربوني المعتدل أو منخفض السبائك؛ يجب التحقق من المطابقة المباشرة من خلال متطلبات الكيمياء والخصائص الميكانيكية.

التصنيف: - A36 — فولاذ هيكلي كربوني. - A992 — فولاذ هيكلي بأسلوب HSLA (منخفض السبائك، فولاذ هيكلي ذو كيمياء مسيطر عليها/مضافات دقيقة).

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

جدول: التركيب الكيميائي النموذجي (wt%). القيم المعروضة هي حدود تمثيلية أو نطاقات نموذجية مرجعية في الممارسة؛ تأكد دائمًا من شهادة المصنع أو المعيار المسيطر لحرارة/منتج معين.

عنصر	A36 (نموذجي حسب الممارسة الشائعة)	A992 (نموذجي حسب ASTM A992)
C (الكربون)	≤ ~0.25–0.29 (حد أقصى)	≤ ~0.23 (حد أقصى)
Mn (المنغنيز)	~0.8–1.2	حتى ~1.35 (مسيطر عليه)
Si (السيليكون)	≤ ~0.40	≤ 0.40
P (الفوسفور)	≤ 0.04	≤ 0.035
S (الكبريت)	≤ 0.05	≤ 0.040
Cr (الكروم)	لم يضاف عمدًا (أثر)	لم يضاف عمدًا (أثر)
Ni (النيكل)	أثر فقط	أثر فقط
Mo (الموليبدينوم)	أثر فقط	أثر فقط
V (الفاناديوم)	أثر / غير محدد	مسموح بإضافة سبائك دقيقة محدودة (كميات مسيطر عليها)
Nb (النيوبيوم)	أثر / غير محدد	قد يكون موجودًا بكميات صغيرة مسيطر عليها
Ti (التيتانيوم)	أثر / غير محدد	قد يكون موجودًا بكميات صغيرة مسيطر عليها
B (البورون)	أثر فقط	أثر فقط
N (النيتروجين)	أثر فقط	مسيطر عليه (يؤثر على فعالية السبائك الدقيقة)

كيف تؤثر السبائك على السلوك: - يحدد الكربون والمنغنيز بشكل أساسي القوة وقابلية التصلب: يزيد الكربون الأعلى من القوة ولكنه يقلل من قابلية اللحام والليونة. - السيليكون هو مزيل للأكسدة ويؤثر قليلاً على القوة؛ يمكن أن يؤثر السيليكون الزائد على قابلية اللحام وجودة السطح. - يتم الحفاظ على الفوسفور والكبريت عند مستويات منخفضة للحفاظ على الصلابة وتحسين قابلية اللحام. - يستخدم A992 كيمياء مسيطر عليها وإضافات سبائك دقيقة صغيرة (V، Nb، Ti بكميات مسيطر عليها) لرفع قوة الخضوع وتحسين الصلابة دون كربون مرتفع، مما يمكّن من قوة أعلى مع قابلية لحام وصلابة مقبولة—هذه هي استراتيجية HSLA.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

المعالجة النموذجية في المصنع: - A36: يتم إنتاجه كفولاذ مدلفن على الساخن، لا يتطلب التعديل حسب المعيار؛ البنية المجهرية عمومًا هي الفريت + البيرلايت مع حبيبات فريت خشنة تعتمد على الدرفلة والتبريد. لا يوجد تقوية عمدية بالسبائك الدقيقة. - A992: يتم إنتاجه من خلال الدرفلة المسيطر عليها وإدارة حرارية مع إمكانية إضافة سبائك دقيقة؛ البنية المجهرية هي فريت مصقول مع ترسبات موزعة بدقة من عناصر السبائك الدقيقة التي تزيد من قوة الخضوع والصلابة.

استجابة المعالجة الحرارية: - يتم عادةً توفير كلا الدرجتين في الحالة المدلفنة لأشكال الهيكل. لا تشمل الممارسة القياسية التبريد والتصلب لأي من الدرجتين عند استخدامها كأشكال هيكلية قياسية. - يمكن أن يؤدي التعديل (التسخين والتبريد المسيطر عليه) إلى تحسين حجم الحبيبات وزيادة الصلابة لكلا الفولاذين، ولكن الأشكال التجارية تُسلم عادةً بدون تعديل بعد الدرفلة. - التبريد والتصلب أو المعالجات الحرارية الميكانيكية الأكثر شدة ليست نموذجية أو مطلوبة لـ A36 أو A992؛ مثل هذه المعالجات ستنقل المادة إلى تصنيف درجة مختلف (مثل الفولاذات منخفضة السبائك المعالجة بالتبريد والتصلب). - الدرفلة الحرارية الميكانيكية بالإضافة إلى إضافة سبائك دقيقة في A992 تعطي حجم حبيبات أدق وصلابة أفضل عند قوة معينة مقارنةً بـ A36 المنتج من خلال الدرفلة التقليدية.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: الخصائص الميكانيكية النموذجية (القيم هي حدود تمثيلية دنيا أو نطاقات نموذجية؛ استشر المعيار أو تقرير اختبار المصنع للقيم المحددة للعقد).

الخاصية	A36 (نموذجي)	A992 (نموذجي)
قوة الخضوع	36 ksi (≈ 250 MPa) (حد أدنى)	50 ksi (≈ 345 MPa) (حد أدنى للأشكال)
قوة الشد	58–80 ksi (≈ 400–550 MPa) نطاق نموذجي	~65–90 ksi (≈ 450–620 MPa) نطاق نموذجي
التمدد (في 2 بوصة / 50 مم)	~20% (يختلف حسب السماكة)	~18% (يختلف حسب الشكل والسماكة)
صلابة التأثير	لم يتم تحديدها بشكل موحد؛ عادةً أقل من A992 عند درجات حرارة منخفضة	مسيطر عليها لتوفير صلابة محسنة عند درجات حرارة منخفضة لتطبيقات البناء
الصلابة	نموذجي في نطاق الفولاذ المعتدل (HB ~120–160)	أعلى قليلاً بسبب إضافة السبائك الدقيقة والمعالجة المسيطر عليها

التفسير: - A992 أقوى من حيث التصميم (حد أدنى أعلى من الخضوع وأهداف شد أعلى)، مما يمكّن من أعضاء هيكلية أخف وأشد لنفس الأحمال. - عادةً ما يقدم A992 مزيجًا أفضل من القوة والصلابة مقارنةً بـ A36 بسبب إضافة السبائك الدقيقة والدرفلة المسيطر عليها؛ A36 أكثر ليونة عند القوى المنخفضة إلى المتوسطة. - لنفس المساحة المقطعية، تحمل مقاطع A992 أحمالًا أعلى أو تسمح بتوفير الوزن.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على المعادل الكربوني وإضافة السبائك الدقيقة. يتم عرض مؤشرين مفيدين أدناه.

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

التفسير النوعي: - عادةً ما يحتوي A36 على محتوى كربون أعلى قليلاً من A992، مما يميل إلى رفع معادله الكربوني وبالتالي قد يزيد من خطر التشقق البارد في المقاطع الثقيلة أو مع إجراءات اللحام معينة. - عادةً ما تجعل إضافة السبائك الدقيقة المنخفضة في A992 منه قابلًا للحام على الأقل مثل A36 لعمليات اللحام الهيكلية الشائعة، بشرط استخدام التحكم المناسب في التسخين المسبق والتبريد بعد اللحام للمقاطع السميكة. يمكن أن تزيد عناصر السبائك الدقيقة (V، Nb، Ti) من قابلية التصلب محليًا، لذا بالنسبة للمقاطع السميكة جدًا أو اللحامات المقيدة بشدة، يبقى الانتباه إلى التسخين المسبق والتبريد المسيطر عليه مهمًا. - استخدم مفهوم المعادل الكربوني (كما هو أعلاه) لمقارنة درجات الحرارة والسماكات المحددة ولتحديد التسخين المسبق/ما بعد التسخين، معدن التعبئة، ومواصفات إجراء اللحام (WPS). - بالنسبة للحامات الحرجة أو المقاطع السميكة، اتبع WPS المؤهلة واعتبر التحكم في الهيدروجين، والتسخين المسبق، وإدارة درجة حرارة التداخل.

6. التآكل وحماية السطح

• لا A36 ولا A992 هما فولاذ مقاوم للصدأ؛ كلاهما يعتمد على حماية السطح لمقاومة التآكل.
• الحمايات الشائعة: الجلفنة بالغمس الساخن (طلاء الزنك)، الطلاءات العضوية (الدهانات، البرايمرات الإيبوكسية)، التغطية المعدنية (رش الزنك أو الألمنيوم)، وأنظمة تضحوية أو حواجز للبيئات الجوية أو البحرية.
• PREN (عدد مقاومة التآكل) لا ينطبق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ. للمرجع، يستخدم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ لكن هذا المؤشر لا ينطبق على A36/A992.
• إرشادات الاختيار: اختر حماية التآكل بناءً على تصنيف البيئة، والعمر المتوقع للخدمة، واستراتيجية الصيانة. الجلفنة شائعة للأعضاء الهيكلية المعرضة للطقس.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع: كلا الدرجتين يمكن تشغيلهما بشكل مشابه من خلال القطع باللهب، والبلازما، والأكسجين-الوقود، والقطع الكاشط؛ قد يظهر A992 تآكلًا أعلى قليلاً متعلقًا بالقوة.
• الانحناء/التشكيل: يجعل الخضوع المنخفض لـ A36 من السهل قليلاً الانحناء دون ارتداد؛ ينتج الخضوع الأعلى لـ A992 مزيدًا من الارتداد وقد يتطلب قوة تشكيل أكبر أو أنصاف أقطار انحناء أكبر.
• قابلية التشغيل: كلاهما قابل للتشغيل باستخدام أدوات شائعة؛ يمكن أن تقلل قوة A992 الأعلى وترسبات السبائك الدقيقة من عمر الأداة بشكل طفيف مقارنةً بـ A36.
• التشطيب: كلاهما يقبل الطلاءات والتغطيات بشكل مشابه؛ يجب أخذ مقياس السطح الناتج عن الدرفلة الساخنة في الاعتبار في إعداد الطلاء.

8. التطبيقات النموذجية

A36 — الاستخدامات النموذجية	A992 — الاستخدامات النموذجية
ألواح هيكلية عامة، قنوات، زوايا، شرائح، بناء خفيف حيث يكون الحد الأدنى من الخضوع كافيًا وتكون التكلفة أولوية	عوارض وأعمدة ذات فلنجات عريضة في الهياكل البنائية، حيث يتطلب الأمر قوة خضوع أعلى وخصائص مقطع متوقعة
تصنيع إطارات الآلات، الأعضاء غير الحرجة، والمكونات الهيكلية الثانوية	أشكال الفولاذ الهيكلي في المباني متعددة الطوابق، التصاميم الحساسة للزلازل والرياح، الأعمدة والعوارض الثقيلة
مكونات هيكلية متنوعة، قواعد، دعامات، سلالم ومنصات	الأعضاء الرئيسية الحاملة للأحمال حيث يتطلب الكود أو التصميم 50 ksi كحد أدنى من الخضوع وصلابة محسنة

مبررات الاختيار: - اختر A992 عندما تتطلب الأكواد الهيكلية أو حسابات التصميم فولاذًا بحد أدنى من الخضوع 50 ksi أو عندما تكون توفير الوزن من خلال مقاطع أصغر مفيدًا. - اختر A36 للألواح والزوايا والمقاطع العامة ذات التكلفة المنخفضة حيث يكون 36 ksi كافيًا.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادةً ما يكون سعر A992 أعلى قليلاً لكل طن من A36 بسبب التحكم الأكثر صرامة في الكيمياء والنية للأشكال؛ ومع ذلك، يمكن أن يقلل استخدام A992 من التكلفة الإجمالية للمشروع من خلال تمكين مقاطع أصغر ووزن أقل من الفولاذ.
• التوافر: A36 متوفر بشكل واسع في الألواح، والشرائح، والأشكال المتنوعة؛ A992 متاح على نطاق واسع للأشكال المدلفنة ذات الفلنجات العريضة وهو الدرجة المحددة بشكل شائع لأشكال البناء في أمريكا الشمالية.
• أشكال المنتجات: يتم توفير A36 عادةً في الألواح، والشرائح، والأوراق، والأشكال المتنوعة؛ بينما A992 مخصص ومتوافر على نطاق واسع للأشكال الهيكلية المدلفنة (ذات الفلنجات العريضة).

10. الملخص والتوصية

جدول: مقارنة سريعة

المقياس	A36	A992
قابلية اللحام	جيدة للتصنيع الشائع؛ راقب CE في المقاطع السميكة	جيدة، وغالبًا أفضل من A36 بسبب انخفاض C؛ تتطلب إضافة السبائك الدقيقة ضوابط لحام قياسية
القوة–الصلابة	خضوع أقل (36 ksi)، صلابة كافية	خضوع أعلى (50 ksi)، توازن أفضل بين القوة والصلابة بسبب المعالجة المسيطر عليها
التكلفة	أقل لكل طن؛ متوفر على نطاق واسع جدًا	علاوة طفيفة لكل طن ولكن يمكن أن تقلل من حجم المقطع والوزن الإجمالي

التوصيات: - اختر A36 إذا: - كان التصميم يسمح بحد أدنى من الخضوع 36 ksi (250 MPa) وتفضل أقل تكلفة أولية للمواد أو تحتاج إلى ألواح/شرائح/زوايا في التصنيع العام. - كانت الأجزاء غير حرجة أو كانت الأعضاء الرئيسية، أو عند استخدام الألواح والشرائح حيث يكون A36 هو الممارسة القياسية.

• اختر A992 إذا:
• كنت تحدد أشكالًا مدلفنة ذات فلنجات عريضة أو أعضاء بناء رئيسية تستفيد من حد أدنى من الخضوع 50 ksi (345 MPa) وصلابة محسنة.
• كنت ترغب في خصائص مواد متوقعة ومسيطر عليها لتطبيقات هيكلية حساسة للزلازل أو ذات طلب عالٍ، وتقدر تقليل أحجام المقاطع أو توفير الوزن.

ملاحظة نهائية: تحقق دائمًا من نص المعيار المسيطر وشهادة اختبار المصنع للحرارة المحددة، والسماكة، وشكل المنتج الذي يتم شراؤه. بالنسبة لإجراءات اللحام، أو الوصلات الثقيلة أو المقيدة، أو الخدمة عند درجات حرارة منخفضة، احسب القيم المعادلة الكربونية ذات الصلة وقم بتأهيل معلمات اللحام وفقًا لذلك.