A36 مقابل S275 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
A36 و S275 هما من أكثر الفولاذ الهيكلي المحدد بشكل متكرر في الصناعة العالمية. يقوم المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً بتقييم هذه الدرجات عند تصميم المباني والجسور وهياكل الآلات والتجهيزات الثقيلة حيث يجب تحقيق توازن بين التكلفة وقابلية اللحام والأداء الميكانيكي. تشمل سياقات القرار النموذجية الاختيار بين قوة العائد الأعلى قليلاً مقابل توفر المواد، واختيار درجة لتسهيل التشكيل البارد أو للبناء الملحوم، ومطابقة خصائص المواد مع خطط المعالجة الحرارية للتصنيع.
التمييز الرئيسي بين هاتين الدرجتين هو أن A36 هو فولاذ كربوني هيكلي أمريكي قياسي مستخدم على نطاق واسع، بينما S275 هو الدرجة الهيكلية الأوروبية المعادلة بشكل عام. يشغلان مساحة أداء مماثلة ولكنهما يختلفان في الحدود المحددة قياسيًا، والضوابط الكيميائية النموذجية، وبعض ضمانات الخصائص الميكانيكية. نظرًا لأنهما محددان بموجب أنظمة تنظيمية مختلفة، فإن الاستبدال المباشر يتطلب التحقق من حدود سمك القسم، وحالة التسليم، وأي متطلبات فرعية إضافية (مثل اختبار الصدمات).
1. المعايير والتسميات
- A36: محدد في ASTM A36 / A36M — شائع في الولايات المتحدة وأمريكا الشمالية للأشكال الهيكلية والألواح والشرائح. مصنف كفولاذ هيكلي كربوني عادي.
- S275: محدد في EN 10025-2 (ومعايير EN ذات الصلة) — شائع في أوروبا. إنه فولاذ هيكلي غير سبائكي؛ تشمل الدرجات الفرعية S275JR و S275J0 و S275J2 (تختلف درجات حرارة اختبار الصدمات).
- معايير أخرى ذات صلة ودرجات قابلة للمقارنة:
- JIS: الفولاذ الهيكلي الياباني له تسميات مختلفة (مثل SS400) ويتم توحيده بشكل منفصل.
- GB: قد تكون المعايير الصينية (مثل Q235) مشابهة وظيفيًا ولكنها تختلف في الخصائص المضمونة والاختبار.
- مراجع ASME/ISO: ستشير اختيارات المواد لتطبيقات أوعية الضغط أو التطبيقات عالية الحرارة إلى معايير إضافية تتجاوز هذه المواصفات الهيكلية.
التصنيف: كل من A36 و S275 هما فولاذان هيكليان كربونيان عاديان / غير سبائكيان (ليس HSLA أو فولاذ أدوات أو فولاذ مقاوم للصدأ)، على الرغم من أنه قد يتم إنتاج S275 مع عناصر سبائكية دقيقة في بعض الدرجات الفرعية.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
| عنصر | A36 النموذجي (ASTM A36) — الحدود النموذجية | S275 النموذجي (EN 10025-2) — الحدود النموذجية |
|---|---|---|
| C (الكربون) | حتى ~0.25–0.26% (حد أقصى) | حتى ~0.20–0.25% (حد أقصى) حسب الدرجة الفرعية |
| Mn (المنغنيز) | ~0.8–1.2% (نطاق شائع) | حتى ~1.5–1.6% (حد أقصى) |
| Si (السيليكون) | ≤ ~0.40% (مزيل الأكسدة) | عادةً 0.05–0.55% (مزيل أكسدة/تتبع) |
| P (الفوسفور) | ≤ 0.04% (حد أقصى) | ≤ 0.035% (حد أقصى) |
| S (الكبريت) | ≤ 0.05% (حد أقصى) | ≤ 0.035% (حد أقصى) |
| Cr (الكروم) | تتبع / عادةً <0.05% | تتبع (عادةً لا يتم سباكتها عمدًا) |
| Ni (النيكل) | تتبع | تتبع |
| Mo (الموليبدينوم) | تتبع | تتبع |
| V, Nb, Ti (السبائك الدقيقة) | أحيانًا، ولكن ليس شائعًا في A36 العادي | نادر في S275 العادي؛ قد تكون موجودة في الفولاذ الخاص المشتق من عائلة S275 |
| B, N | تتبع | تتبع |
ملاحظات: - القيم أعلاه مقصودة كحدود أو نطاقات نموذجية تم اقتباسها في الممارسة الشائعة. تعتمد التركيب المسموح به بالضبط على إصدار المعيار المحدد والدرجة الفرعية (مثل S275JR مقابل S275J2). - تعتمد كلتا الدرجتين بشكل أساسي على الكربون والمنغنيز من أجل القوة. يعمل السيليكون والمنغنيز كمزيلات أكسدة ومقويات خفيفة؛ يتم الحفاظ على الفوسفور والكبريت عند مستويات منخفضة لأنها تجعل الفولاذ هشًا وتضر بقابلية اللحام. - استراتيجية السبائك: هذه ليست فولاذات سبائكية عمدًا من أجل القابلية للتصلب (مثل Cr و Mo و Ni ليست مساهمات رئيسية). إذا ظهرت السبائك الدقيقة (V و Nb و Ti)، فإنها تكون من أجل التحكم في الحبيبات وزيادة قوة العائد من خلال تقوية الترسيب بدلاً من القابلية للتصلب الكثيفة.
كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - يزيد الكربون من القوة والقابلية للتصلب ولكنه يقلل من اللدونة وقابلية اللحام حيث يزيد من خطر التشقق البارد. - يحسن المنغنيز من المتانة ويعوض عن هشاشة الكبريت؛ عند مستويات أعلى، يزيد بشكل طفيف من القابلية للتصلب. - تزيد عناصر السبائك الدقيقة (عند وجودها) من دقة حجم الحبيبات وتزيد من قوة العائد دون التأثير بشكل كبير على قابلية اللحام.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
البنى المجهرية النموذجية لكلتا الدرجتين بعد الدرفلة القياسية والتبريد الهوائي هي هياكل الفريت–البرليت: - يوفر الفريت اللدونة والمتانة. - يوفر البرليت القوة.
الاستجابة للمعالجة: - التطبيع (التسخين فوق نطاق التحول والتبريد الهوائي): ينقي حجم الحبيبات ويمكن أن يزيد بشكل معتدل من القوة والمتانة لكلتا الفولاذين، ولكنه ليس محددًا عادةً للأعضاء الهيكلية النموذجية. - التبريد والتقسية: ليس شائعًا لـ A36 أو S275 لأن هذه الدرجات مصممة كفولاذات مدرفلة على الساخن وغير مقسية. تطبيق التبريد والتقسية سيكون معالجة زائدة وقد ينتج خصائص غير متوقعة ما لم يتم التحكم في كيمياء الفولاذ من أجل القابلية للتصلب. - الدرفلة الحرارية الميكانيكية: ليست مسارًا قياسيًا لـ A36؛ قد تتلقى فولاذات عائلة S275 في المطاحن الحديثة درفلة مضبوطة لتعزيز التوحيد والمتانة، مما يعطي توزيعات خصائص أكثر دقة قليلاً. - تعكس الاختلافات الفرعية (مثل S275JR مقابل S275J2) اختبار الصدمات وأحيانًا تحكمًا أكثر دقة في البنية المجهرية لضمان المتانة عند درجات حرارة محددة.
نظرًا لأن أيًا من الدرجتين ليست مصممة كسبائك قابلة للتصلب، فإن الطرق الرئيسية لتغيير الخصائص هي من خلال الدرفلة/التطبيع (تنقية الحبيبات) أو التحويل إلى مواصفة مختلفة (مثل درجة HSLA للحصول على قوة عائد أعلى).
4. الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | A36 (نموذجي، ASTM A36) | S275 (نموذجي، EN S275) |
|---|---|---|
| الحد الأدنى لقوة العائد | 250 ميغاباسكال (36 كيلوجرام/بوصة مربعة) | 275 ميغاباسكال (للنطاقات المعتمدة على السمك) |
| قوة الشد (UTS) | ~400–550 ميغاباسكال (نطاق نموذجي) | ~410–560 ميغاباسكال (نطاق نموذجي) |
| التمدد (A%) | ~20% (يعتمد على السمك) | ~20–26% (يعتمد على الدرجة الفرعية والسمك) |
| صلابة تأثير شارب | غير محدد لـ A36 الأساسي — يعتمد على المورد/الاختبار | محدد للدرجات الفرعية (مثل S275JR: 27 جول عند درجة حرارة الغرفة؛ متغيرات J0/J2 عند درجات حرارة أقل) |
| الصلابة (HB/HRB تقريبًا) | منخفضة إلى متوسطة (تعتمد على UTS) | مماثلة لـ A36؛ اختلاف طفيف حسب الدرجة الفرعية |
التفسير: - S275 لديه قوة عائد أدنى مضمونة أعلى قليلاً من A36، مما يمكن أن يسمح بتقليل الوزن بشكل معتدل أو زيادة سعة التحميل لنفس المقطع العرضي. - تتداخل نطاقات الشد بشكل كبير؛ كلا الفولاذين يظهران سلوكًا مشابهًا في حالة الدرفلة. - المتانة: توفر الدرجات الفرعية لـ S275 التي تشمل اختبار الصدمات (JR و J0 و J2) ضمانات صريحة، والتي يمكن أن تكون حاسمة في الخدمة عند درجات حرارة منخفضة أو للتحميل الديناميكي. - اختلافات اللدونة طفيفة؛ يعتمد الاختيار العملي على الدرجة الفرعية والسمك وتاريخ معالجة المورد.
5. قابلية اللحام
قابلية اللحام للفولاذات الكربونية العادية جيدة عمومًا، ولكنها تعتمد على محتوى الكربون، والسبائك المجمعة، وسمك القسم، وإجراءات اللحام.
مؤشرات قابلية اللحام ذات الصلة: - المعادل الكربوني (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - صيغة Pcm (مفيدة لتقييم قابلية التشقق البارد): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي: - عادةً ما يكون لكل من A36 و S275 معادلات كربونية منخفضة، مما يوفر قابلية لحام جيدة بشكل عام لعمليات القوس الشائعة. تساعد مستويات منخفضة من P و S و Mn المعتدلة في جودة اللحام. - نظرًا لأن S275 أحيانًا لديه حدود منغنيز أعلى، قد يكون CE الخاص به أعلى قليلاً من A36؛ ومع ذلك، في الممارسة العملية، كلاهما قابل للحام بسهولة باستخدام المواد الاستهلاكية القياسية والتسخين المسبق/الممارسة الموصى بها فقط على الأقسام الأكثر سمكًا أو اللحامات المقيدة. - تزيد السبائك الدقيقة من القابلية للتصلب قليلاً؛ إذا كانت موجودة، يجب أخذها في الاعتبار في إجراءات اللحام (التحكم في التسخين المسبق/بين الطبقات) لتجنب التشقق البارد. - بالنسبة للهياكل الملحومة الحرجة، احسب $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$ باستخدام تحليلات المطاحن الفعلية واتبع التعليمات الخاصة بالتسخين المسبق ودرجة حرارة بين الطبقات واختيار المواد الاستهلاكية.
6. التآكل وحماية السطح
- لا A36 ولا S275 مقاومان للصدأ؛ كلاهما يتطلب حماية من التآكل في البيئات المكشوفة.
- طرق الحماية الشائعة: الغلفنة بالغمس الساخن، والدهانات القائمة على المذيبات أو الإيبوكسي، والتغليف بالمسحوق، والتعدين. يعتمد الاختيار على شدة البيئة وعمر الخدمة.
- رقم مقاومة التآكل (PREN) ذو صلة فقط بالفولاذ المقاوم للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ — غير قابل للتطبيق على الفولاذ الهيكلي غير السبائكي مثل A36 أو S275.
- للتعرض الجوي، تعتبر الغلفنة أو أنظمة الطلاء المناسبة هي النهج العادي. للتعرض المدفون أو البحري، يجب النظر في استخدام طلاءات أكثر قوة، أو حماية كاثودية، أو استخدام سبائك مقاومة للتآكل بدلاً من هذه الفولاذات العادية.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- قابلية التشغيل: كلا الدرجتين تعملان بشكل مشابه؛ يُعتبر A36 على نطاق واسع أنه يتمتع بقابلية تشغيل عادلة. S275 قابل للمقارنة — تعتمد قابلية التشغيل الفعلية على الكيمياء الدقيقة وممارسة الدرفلة.
- التشكيل البارد / الانحناء: يمكن تشكيل كلا الفولاذين عندما يتبع السمك ونصف قطر الانحناء الجداول القياسية. يساعد انخفاض الكربون وغياب البنية المجهرية المقسية على قابلية التشكيل. يجب استشارة إرشادات نصف قطر الانحناء للانحناءات الكبيرة أو التشكيل البارد جدًا للأقسام الأكثر سمكًا.
- القطع والحفر: تنطبق عمليات القطع بالنار القياسية، والبلازما، والقطع الميكانيكي. للعمل الدقيق، يُوصى بالقطع بالليزر أو قطع المياه.
- تشطيب السطح: قد تحتوي الأسطح المدرفلة على الساخن لكلتا الدرجتين على قشور مطحنة؛ للتطبيقات المطلية أو المرتبطة، يتطلب إعداد السطح (النفخ، الحمض).
- تصنيع اللحام: خيارات الأقطاب القياسية للفولاذ العادي؛ عادةً لا يكون التسخين المسبق ومعالجة ما بعد اللحام ضروريين للأقسام الرقيقة ولكن قد يكون مطلوبًا للأقسام السميكة أو اللحامات المقيدة بشدة.
8. التطبيقات النموذجية
| A36 — الاستخدامات النموذجية | S275 — الاستخدامات النموذجية |
|---|---|
| أشكال هيكلية للمباني والجسور (عوارض I، قنوات) | أعمال الفولاذ الهيكلي في المباني والجسور (المشاريع الأوروبية) |
| ألواح وشرائح هيكلية عامة لإطارات الآلات | ألواح وأقسام للهياكل الملحومة، والرافعات، والإطارات |
| ألواح قاعدة، وزوايا، وألواح اتصال | أعضاء هيكلية حيث تكون قوة العائد الأعلى قليلاً مرغوبة |
| تصنيع خفيف إلى متوسط، درابزين، ودعائم | مشاريع تتطلب شهادة EN ودرجات اختبار الصدمات |
مبررات الاختيار: - اختر A36 عند تحديد المعايير ASTM، أو عند الشراء من مطاحن أمريكا الشمالية، أو عندما يكون 250 ميغاباسكال من قوة العائد مقبولًا وتكون التكلفة/التوفر هي المحركات الرئيسية. - اختر S275 عند العمل ضمن المشتريات EN/الأوروبية، عندما تكون قوة العائد الأدنى الأعلى قليلاً مرغوبة، أو عندما تكون الخصائص المحددة للاختبار (JR/J0/J2) مطلوبة.
9. التكلفة والتوفر
- التكلفة النسبية: في العديد من الأسواق، يتم تسعير A36 و S275 بشكل مشابه عند الحصول عليهما محليًا بموجب أنظمتهما القياسية. تعتمد اختلافات الأسعار بشكل أساسي على إمدادات المطاحن الإقليمية، وتشطيب المطاحن (لوح، ملف، قسم هيكلي)، وظروف السوق.
- التوفر: A36 متاح على نطاق واسع في أمريكا الشمالية؛ S275 متاح على نطاق واسع في أوروبا. يجب على المشاريع العالمية التحقق من المخزنين المحليين وشهادات البائعين. تؤثر أشكال المنتجات المحددة (الألواح السميكة، العوارض ذات الفلنجات العريضة، تقارير الاختبار المعتمدة) على وقت التسليم والأسعار المميزة.
- اعتبار القيمة: يمكن أن تقدم قوة العائد الأعلى قليلاً لـ S275 فرص توفير الوزن؛ ومع ذلك، يجب وزن التوافق في الشراء والتصنيع مقابل تكلفة الوحدة للمواد.
10. الملخص والتوصية
| السمة | A36 | S275 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | ممتازة (كربون منخفض، ممارسة قياسية) | ممتازة (كربون منخفض، منغنيز أعلى قليلاً في بعض المواصفات) |
| توازن القوة–المتانة | جيد؛ 250 ميغاباسكال قوة عائد | قوة عائد أعلى قليلاً (275 ميغاباسكال)؛ توفر الدرجات الفرعية ضمانات تأثير |
| التكلفة / التوفر | متاح على نطاق واسع في أمريكا الشمالية؛ عادةً ما يكون فعالاً من حيث التكلفة | متاح على نطاق واسع في أوروبا؛ ملف تكلفة مشابه محليًا |
التوصيات: - اختر A36 إذا كنت تعمل بموجب مواصفات قائمة على ASTM، وتحتاج إلى فولاذ هيكلي أمريكي مثبت وفعال من حيث التكلفة، ولا تحتاج إلى درجات اختبار الصدمات أو قوة العائد الأعلى قليلاً لـ S275. - اختر S275 إذا كانت معايير الشراء والتصميم الخاصة بك قائمة على EN، وتحتاج إلى قوة عائد أعلى مضمونة أو أداء تأثير محدد (JR/J0/J2)، أو تحتاج إلى شهادة المواد وفقًا لسلسلة EN 10025.
ملاحظة نهائية: على الرغم من أن A36 و S275 غالبًا ما يتم التعامل معهما كمعادلات عملية، تحقق دائمًا من شهادات اختبار المطاحن، وتعيينات الدرجات الفرعية، ومتطلبات الخصائص المعتمدة على السمك، واحتياجات اللحام/الفحص قبل الاستبدال. بالنسبة للتطبيقات الملحومة ومنخفضة الحرارة، تأكد من اختبار الصدمات واحسب قيم المعادل الكربوني من التحليلات الكيميائية الفعلية لتحديد استراتيجية التسخين المسبق والمواد الاستهلاكية.