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

مقدمة

ASTM A36 و ASTM A992 هما من أكثر الفولاذ الهيكلي المحدد شيوعًا للمباني والجسور والتصنيع العام. يقوم المهندسون وفرق الشراء غالبًا بوزن المزايا والعيوب بين تكلفة المواد الخام ووزن القسم وقابلية اللحام والأداء الميكانيكي المطلوب عند الاختيار بينهما. تشمل سياقات القرار النموذجية حيث تكون الاقتصاد وقطع الصفائح/المسطحات هي المحركات الأساسية (A36) مقابل حيث تتطلب الأقسام الأخف وزناً، وقوة تصميم أعلى، وأداء متسق للفلانجات العريضة (A992).

التمييز الفني الرئيسي بين الدرجتين هو أن A992 هو فولاذ هيكلي حديث عالي القوة منخفض السبيكة (HSLA) مصمم لتقديم قوة عائد أعلى وتوازن ملائم بين القوة والصلابة من خلال الكيمياء المتحكم بها والميكروسبيكة، بينما A36 هو فولاذ هيكلي كربوني تقليدي بقوة عائد دنيا أقل وكيمياء أبسط. هذه الاختلافات تؤدي إلى سلوك متباين في التصنيع واللحام والتصميم الهيكلي.

1. المعايير والتسميات

• ASTM/ASME:
• A36: ASTM A36 / ASME SA36 — "فولاذ هيكلي كربوني"
• A992: ASTM A992 / A992M — "أشكال الفولاذ الهيكلي" (HSLA للأشكال ذات الفلانجات العريضة)
• EN: المعادلات المقارنة تقريبًا EN هي عائلات S275/S355 لقوى مماثلة ولكن ليست مطابقة مباشرة واحدة لواحدة
• JIS/GB: المعايير اليابانية والصينية لديها درجات هيكلية مماثلة (مثل SS400، Q345) ولكن التركيب والضمانات تختلف
• التصنيف:
• A36: فولاذ هيكلي كربوني
• A992: فولاذ هيكلي عالي القوة منخفض السبيكة (HSLA) (لأشكال الفولاذ المدرفلة)

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

الجدول التالي يلخص حدود أو نطاقات التركيب النموذجية كما هو محدد بواسطة معايير ASTM وممارسات المطاحن الشائعة. القيم معطاة كنسبة مئوية بالوزن وهي عادةً حدود قصوى أو نطاقات بدلاً من تركيبات دقيقة لأي دفعة مطحنة واحدة.

عنصر	A36 (حدود نموذجية)	A992 (حدود نموذجية / ملاحظات)
C	≤ 0.26%	≤ 0.23% (كربون أقل لتحسين قابلية اللحام والصلابة)
Mn	0.60–1.20% (الحد الأقصى ≈1.20%)	~0.30–1.50% (متحكم فيه للقوة والصلابة)
Si	≤ 0.40%	≤ 0.40% (إزالة الأكسدة؛ متحكم فيه)
P	≤ 0.04%	≤ 0.035% (P أقل يحسن الصلابة)
S	≤ 0.05%	≤ 0.045%
Cr	أثر	≤ 0.20% (إذا كان موجودًا)
Ni	أثر	≤ 0.50% (إذا كان موجودًا)
Mo	أثر	≤ 0.08% (إذا كان موجودًا)
V	غير محدد (أثر)	قد يحتوي على V صغير (≤ 0.10%) كميكروسبيكة
Nb (Nb/Ta)	لا شيء محدد	قد يحتوي على ميكروسبيكة (≤ 0.05%)
Ti	لا شيء محدد	كميات أثرية ممكنة للتحكم في الحبيبات
B	غير محدد	أثر إذا تم استخدامه للتحكم في القابلية للتصلب
N	غير محدد	غالبًا ما يتم تطبيق التحكم في N المنخفض للتحكم في الشوائب/الصلابة

كيف تؤثر السبيكة على السلوك: - الكربون الأقل والفوسفور/الكبريت المتحكم فيه يحسن من صلابة الشقوق وقابلية اللحام. - عناصر الميكروسبيكة (Nb، V، Ti) في A992 تصقل حجم الحبيبات وتوفر تقوية بالتساقط، مما يوفر قوة عائد أعلى مع الاحتفاظ بالمرونة. - السبيكة الأثرية (Cr، Ni، Mo) إذا كانت موجودة يمكن أن تزيد بشكل معتدل من القابلية للتصلب والقوة ولكن يتم الحفاظ عليها منخفضة في المواصفات الهيكلية للحفاظ على قابلية اللحام.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

• A36: البنية المجهرية النموذجية المدرفلة هي الفريت مع جزر من البيرلايت. نظرًا لأنه محدد كفولاذ هيكلي كربوني عادي، فإنه يستخدم عادةً في الحالة المدرفلة دون مزيد من المعالجة الحرارية. حجم الحبيبات وشكل الفريت-بيرلايت يتحكمان في الخصائص الميكانيكية؛ يمكن أن يكون التطبيع ممكنًا ولكنه نادرًا ما يُطبق في التصنيع الهيكلي التقليدي.
• A992: البنية المجهرية المدرفلة هي الفريت مع بيرلايت أدق أو مكونات باينيت حسب الدرفلة والتبريد. تعزز الميكروسبيكة والمعالجة الحرارية الميكانيكية حجم الحبيبات السابقة للأوستينيت وتوزع الرواسب (مثل NbC، VC) التي تقوي بالتساقط وتصفية الحبيبات.
• طرق المعالجة الحرارية:
• التطبيع: يمكن أن يصقل حجم الحبيبات ويزيد قليلاً من الصلابة لكلا الدرجتين، ولكنه ليس شائعًا تحديده للأشكال ذات الفلانجات العريضة في الممارسة العملية.
• التبريد والتسخين: ليس نموذجيًا لأي من الدرجتين في أشكال المنتجات الهيكلية؛ هذه الفولاذات ليست مخصصة لعلاجات التصلب الثقيلة في الأشكال التجارية.
• المعالجة الحرارية الميكانيكية (A992): الدرفلة المتحكم فيها والتبريد المعجل في ممارسة المطاحن تمنح خصائص HSLA—قوة عائد أعلى لصلابة مماثلة دون الحاجة إلى معالجة حرارية بعد الدرفلة.

4. الخصائص الميكانيكية

يوضح الجدول الخصائص الميكانيكية القياسية أو النموذجية المستخدمة عادة في التصميم. القيم الفعلية تعتمد على السماكة، وممارسة المطاحن، والمواصفة المعتمدة.

الخاصية	A36 (نموذجي)	A992 (نموذجي)
قوة العائد الدنيا	36 ksi (250 MPa)	50 ksi (345 MPa)
قوة الشد (النطاق)	58–80 ksi (400–550 MPa) حسب السماكة	~65–85 ksi (450–585 MPa) نموذجية
التمدد (في 200 مم أو 2 بوصة)	≥ 20% (يعتمد على السماكة)	≥ 18% (يعتمد على القسم والمواصفة)
صلابة التأثير	غير محدد بشكل افتراضي؛ متغير — صلابة معتدلة	غالبًا ما تكون أفضل صلابة للشقوق بسبب الكربون الأقل والميكروسبيكة؛ قد يتم تحديدها عند الحاجة
الصلابة	معتدلة (HRB النموذجي في النطاق المنخفض-المتوسط)	أعلى (يعكس قوة عائد أعلى)؛ لا تزال ضمن نطاق جيد من القابلية للتشكيل

التفسير: - يوفر A992 قوة عائد دنيا أعلى بكثير وقدرة شد أعلى، مما يمكّن من استخدام أعضاء أخف أو أقسام أصغر لنفس الحمل. - A36 أكثر مرونة كما هو محدد في العديد من السماكات وهو مرضٍ للعديد من التطبيقات الهيكلية غير الحرجة. - تميل الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة إلى أن تكون أفضل في A992 عندما تتحكم المطاحن في الكيمياء والمعالجة؛ ومع ذلك، فإن صلابة التأثير ليست مضمونة عالميًا ما لم يتم تحديدها.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على محتوى الكربون، والمعادل الكربوني، والميكروسبيكة. اثنان من المؤشرات التجريبية المستخدمة بشكل شائع هما:

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

و

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

التفسير النوعي: - A36: الكربون معتدل ولكنه أعلى من A992؛ CE وPcm معتدلة، لذا فإن A36 عمومًا يلحم بسهولة مع المواد الاستهلاكية والإجراءات القياسية. قد تكون هناك حاجة للتحكم في درجة حرارة التسخين المسبق ودرجة حرارة التداخل للأقسام الأكثر سمكًا أو اللحامات الحرجة لتجنب تشقق الهيدروجين. - A992: الكربون الأقل وتركيزات محدودة من العناصر التي تزيد من القابلية للتصلب عادةً ما تنتج معادل كربوني فعال أقل وقابلية للتصلب أقل، مما يحسن قابلية اللحام. عناصر الميكروسبيكة لا تؤثر عادةً على قابلية اللحام إذا تمت معالجتها بشكل صحيح. بالنسبة للهياكل الحرجة، لا يزال المهندسون يحددون إجراءات اللحام المناسبة، والتسخين المسبق، والأقطاب المؤهلة وفقًا لمتطلبات AWS والمشروع.

ملاحظات عملية: - يتم ربط كلا الدرجتين عادةً بواسطة SMAW وGMAW وFCAW مع أقطاب هيكلية قياسية. - تحتوي أشكال A992 ذات الفلانجات العريضة على إرشادات لحام مؤهلة موثقة جيدًا في معايير البناء الفولاذي؛ يجب على المصممين الهيكليين اتباع القوانين المعمول بها للتسخين المسبق، واختيار المعدن الملئ، والتأهيل.

6. التآكل وحماية السطح

• لا A36 ولا A992 مقاومان للصدأ؛ المقاومة التآكلية الجوهرية متشابهة ومحدودة بسلوك الفولاذ الكربوني العاري.
• استراتيجيات الحماية الشائعة:
• التغليف بالغمس الساخن للتعرض الخارجي طويل الأمد وحماية من التآكل الجوي.
• أنظمة الطلاء الواقية (الأساس + الطلاء العلوي) لفولاذ الجسور والمباني.
• الفولاذات المقاومة للعوامل الجوية (على طراز كورتن) هي عائلة سبيكة مختلفة؛ A992 ليس فولاذ مقاوم للعوامل الجوية ما لم يتم إنتاجه وتصديقه على هذا النحو.
• PREN (رقم مقاومة التآكل) ذو صلة فقط للفولاذات المقاومة للصدأ وليس قابلًا للتطبيق على A36 أو A992:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

استخدام PREN غير قابل للتطبيق هنا؛ بدلاً من ذلك، اختر الطلاءات وسمك الجلفنة وفقًا للبيئة وتوقعات دورة الحياة.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، والقابلية للتشكيل

• القطع: كلا الدرجتين تقطع بسهولة بواسطة الأكسجين والوقود، والبلازما، والليزر، وقطع الماء. يمكن أن تؤثر قوة A992 الأعلى قليلاً على معلمات القطع ولكن ليس على طريقة القطع المختارة.
• قابلية التشغيل: الفولاذات الكربونية مثل A36 والفولاذات HSLA مثل A992 متشابهة من حيث التشغيل العام، ولكن قوة A992 الأعلى والرواسب الميكروسبيكية يمكن أن تسبب تآكلًا أعلى قليلاً للأدوات في بعض العمليات.
• الانحناء والتشكيل: A36، مع قوة عائد عمومًا أقل، أسهل في التشكيل إلى تشوهات كبيرة دون ارتداد. تتطلب قوة A992 الأعلى قوى ضغط أثقل وتحكمًا أكثر دقة في الارتداد؛ ومع ذلك، فإن التشكيل الهندسي ضمن حدود المواد هو أمر روتيني.
• التشطيب: كلاهما يأخذ الطلاءات، والجلفنة، والدهان بطريقة مشابهة. مواصفات المعالجة المسبقة والتنظيف بالانفجار متطابقة.

8. التطبيقات النموذجية

A36 — الاستخدامات النموذجية	A992 — الاستخدامات النموذجية
ألواح هيكلية عامة، زوايا، مسطحات، وتصنيع منخفض التكلفة	عوارض ذات فلانجات عريضة، أعمدة، وأشكال هيكلية في المباني والجسور
أعضاء غير حرجة حيث يكون اللحام والربط قياسيين والأحمال معتدلة	الإطارات الهيكلية الأساسية حيث يكون تقليل حجم القسم ووزنه مهمًا
قواعد المعدات، الرفوف، ومكونات التصنيع العامة	إطارات المباني العالية والمتوسطة، العوارض ذات الامتداد الطويل، جسور الطرق السريعة
إصلاحات منخفضة التكلفة، أعضاء ثانوية، وأعمال فولاذية متنوعة	حالات تتطلب خصائص قسم متسقة ونسبة قوة إلى وزن أعلى

مبررات الاختيار: - اختر A36 حيث تكون التكلفة، والتوافر، والتصنيع الأبسط هي الأولويات ولا تتطلب قوة أعلى. - اختر A992 عندما يتطلب التصميم الهيكلي قوة عائد أعلى لتقليل حجم الأعضاء، أو عندما يتطلب الكود أو المشتري A992 للأشكال ذات الفلانجات العريضة مع خصائص مطحنة متوقعة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادةً ما يكون A36 أرخص لكل وحدة كتلة لأنه أقل معالجة وله كيمياء أبسط. يحمل A992 علاوة مرتبطة بالقوة الأعلى والمعالجة المتحكم فيها في المطاحن.
• التوافر حسب شكل المنتج:
• A36: متوفر على نطاق واسع في الألواح، والشرائط، والزوايا، والقنوات، والأشكال؛ تقريبًا عالمي في سلاسل التوريد الهيكلية العامة.
• A992: يتم إنتاجه وتخزينه عادةً للأقسام والعوارض ذات الفلانجات العريضة المدرفلة؛ أقل شيوعًا في شكل الألواح ما لم يتم تحديده.
• منظور دورة الحياة: يمكن أن يقلل A992 من الوزن الإجمالي للمواد وتكلفة التركيب؛ قارن تكلفة المواد المسلمة بالإضافة إلى تأثيرات التصنيع والتركيب بدلاً من سعر الفولاذ الخام فقط.

10. الملخص والتوصية

المعيار	A36	A992
قابلية اللحام	جيدة (ممارسات قياسية)	جيدة جدًا (كربون أقل، قابلية تصلب أقل)
القوة–الصلابة	قوة عائد أقل، مرونة جيدة	قوة عائد أعلى وصلابة متوازنة (HSLA)
التكلفة	أقل لكل وحدة كتلة	أعلى لكل وحدة كتلة، ولكن أفضل نسبة قوة إلى وزن
التوافر	مرتفع جدًا عبر العديد من أشكال المنتجات	مرتفع للأشكال المدرفلة؛ يركز على الأقسام ذات الفلانجات العريضة

اختر A36 إذا: - كان مشروعك يستخدم الألواح، أو المسطحات، أو الإطارات الثانوية غير الحرجة وتكون التكلفة لكل طن هي المحرك الرئيسي. - لم يتطلب التصميم قوة عائد عالية وتفضل فولاذًا أكثر مرونة وسهولة في التشكيل للتصنيع المعقد. - يقوم الموردون المحليون بتخزين A36 في الأشكال والأقسام المطلوبة.

اختر A992 إذا: - كنت بحاجة إلى قوة عائد دنيا أعلى (50 ksi / 345 MPa) لتقليل أحجام الأقسام أو الوزن الإجمالي ولتلبية معايير الكود الهيكلي أو معايير التصميم. - كنت تحدد العوارض/الأعمدة ذات الفلانجات العريضة المدرفلة حيث تكون خصائص المطحنة المتوقعة، والقوة الأعلى، والصلابة الجيدة مطلوبة. - كانت أداء اللحام، وأبعاد الأعضاء الأرق، والخصائص الميكانيكية المتسقة للأعضاء الهيكلية هي الأولويات.

الخاتمة يخدم A36 و A992 فلسفات تصميم مختلفة: A36 للعمل الهيكلي الاقتصادي والعام؛ A992 للأشكال الهيكلية عالية القوة المحسّنة حيث تكون كفاءة المواد وأداء القسم المتسق مهمين. حدد الدرجة التي تتناسب مع كل من المتطلبات الهيكلية وقيود تكلفة التصنيع واللحام ودورة الحياة لمشروعك.