A653 SS-Gr33 مقابل Gr37 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

تغطي ASTM A653 صفائح الصلب الكربوني والفولاذ منخفض السبائك عالي القوة المطلية بالزنك (المجلفن). ضمن تسميات المصنع، ستواجه درجات تحمل علامات تشير إلى الحد الأدنى من قوة الخضوع - ومن الأمثلة الشائعة على ذلك الدرجات الهيكلية Gr33 وGr37. يجب على المهندسين ومديري المشتريات ومخططي التصنيع اتخاذ قرار بين مستويات قوة مختلفة قليلاً مع موازنة القابلية للحام وسلوك التشكيل وحماية التآكل والتكلفة.

الفرق الفني الرئيسي بين الدرجتين هو مستوى القوة الدنيا المضمون: تشير تسمية Gr37 إلى فئة قوة هيكلية أعلى من Gr33. نظرًا لأن الاثنين متشابهان جدًا من حيث الكيمياء ونية المعالجة (الفولاذ منخفض الكربون المدلفن على البارد المخصص للتغطية)، فإن الاختيار عادة ما يعتمد على سعة التحميل المطلوبة مقابل سهولة التصنيع والتكلفة.

1. المعايير والتسميات

• ASTM/ASME: ASTM A653 / A653M - مواصفة معيارية لصفائح الصلب المطلية بالزنك (المجلفن) أو المطلية بسبائك الزنك والحديد (المجلفن) بواسطة عملية الغمر الساخن. تعكس تسميات الدرجات مثل SS-Gr33 وSS-Gr37 الحد الأدنى من قوة الخضوع (بالكيلو باوند لكل بوصة مربعة) للاستخدام الهيكلي.
• EN: تغطي أنواع المنتجات المعادلة تقريبًا EN 10346 (منتجات الصلب المسطحة المطلية بالزنك بالغمر الساخن) وEN 10142/EN 10147 للمنتجات المطلية المحددة، لكن أسماء الدرجات تختلف بشكل مباشر.
• JIS/GB: تمتلك المعايير اليابانية والصينية عائلات منتجات معادلة خاصة بها (مثل JIS G3302 للصفائح الفولاذية المجلفنة بالغمر الساخن؛ GB/T 2518/2518M للصفائح الفولاذية المعادلة)، لكن تقاليد التسمية مختلفة - قارن حسب المتطلبات الميكانيكية بدلاً من اسم الدرجة الدقيق.
• التصنيف: كل من SS-Gr33 وSS-Gr37 هما فولاذان هيكليان منخفضا الكربون مخصصان لمنتجات الصفائح المطلية. هما ليسا فولاذين مقاومين للصدأ أو فولاذ أدوات؛ هما فولاذان كربونيان/منخفضا السبائك يستخدمان بشكل أساسي كصفائح مطلية.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تستند عائلة المنتجات إلى فولاذ منخفض الكربون وكربون-منغنيز تم تحسينه من أجل القابلية للتشكيل، والطلاء، والقوة المقبولة. يتم تحديد حدود التركيب الدقيقة بواسطة المعيار المنتج وشهادة المصنع، لكن الفئات النموذجية للعناصر التي يجب أخذها في الاعتبار موضحة أدناه.

عنصر	الدور النموذجي / الأهمية
C (الكربون)	يحدد القوة الأساسية وقابلية التصلب. يتم الاحتفاظ به منخفضًا للحفاظ على القابلية للتشكيل واللحام.
Mn (المنغنيز)	يزيد القوة وقابلية التصلب بشكل معتدل؛ يستخدم لتحقيق قوة الخضوع المستهدفة دون كربون مفرط.
Si (السيليكون)	مزيل للأكسدة؛ يمكن أن تؤثر المستويات الصغيرة على التصاق الطلاء واستجابة التصلب.
P (الفوسفور)	محدود بشكل عام؛ يمكن أن يزيد القوة لكنه يضر بالليونة ومقاومة التآكل.
S (الكبريت)	يتم الاحتفاظ به منخفضًا من أجل الليونة والقابلية للتشكيل؛ الكبريت العالي يحسن قابلية التشغيل لكنه يضعف الأداء.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	عادة ما تكون غائبة أو موجودة فقط بكميات ضئيلة/ميكروسبائكية في درجات A653 الهيكلية القياسية. قد يتم استخدام الميكروسبائك (Nb، Ti، V) في بعض المتغيرات عالية القوة لزيادة الخضوع/الصلابة من خلال تقوية الترسيب.
N (النيتروجين)	مراقب؛ يمكن أن يساهم في التحكم في القوة والقابلية للتشكيل في الفولاذات الميكروسبائكية.

ملاحظة: بالنسبة لدرجات الصفائح الهيكلية المجلفنة، يتم الاحتفاظ بالكربون منخفضًا عمدًا لتعظيم القابلية للتشكيل وأداء الجلفنة. يوفر المصنعون نطاقات تركيب معتمدة؛ استشر تقارير اختبار المصنع للقيم الدقيقة. يجب الإفصاح عن أي إضافات ميكروسبائكية تستخدم لتحقيق Gr37 من قبل المصنع وستؤثر على قابلية التصلب والقوة.

كيف تؤثر السبائك على السلوك: - زيادة المنغنيز، إضافة الميكروسبائك (Nb، V، Ti) أو زيادة الكربون تزيد من الخضوع وقوة الشد ولكن يمكن أن تقلل من الليونة وتزيد من معادلة الكربون. - الحفاظ على كربون منخفض وSi/P/S مضبوط يحافظ على القابلية للتشكيل البارد ويعزز الجلفنة المتسقة والتصاق الطلاء.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية لكلتا الدرجتين، بعد عمليات الدرفلة الباردة التقليدية ودورات التلدين المستخدمة للصفائح المطلية، هي: - مصفوفة مهيمنة من الفيريت مع جزر من البيرلايت الدقيقة إذا كان الكربون قريبًا من الحد الأعلى. - في المتغيرات الميكروسبائكية، قد تكون هناك ترسبات دقيقة من NbC أو TiC أو VC، مما يوفر تقوية الترسيب.

استجابات المعالجة: - التلدين المستمر + التلدين الدفعي: ينتج هيكلًا مكونًا بالكامل من الفيريت أو الفيريت + بيرلايت دقيقة جدًا مع ليونة جيدة وحالة سطحية للجلفنة. - التطبيع والتبريد والتلطيف: ليست نموذجية للصفائح المطلية في عائلة A653؛ يتم تطبيقها على الألواح والبار لمنتجات أعلى قوة، وليس على الصفائح المجلفنة القياسية. - المعالجة الحرارية الميكانيكية (TMCP): إذا تم تحقيق Gr37 جزئيًا بواسطة TMCP، ستظهر البنية المجهرية فيريتي مصقول وترسبات موزعة، مما يحسن الخضوع والصلابة مقارنةً بمنتج مدلفن على البارد/مُلدن بمستويات كربون مماثلة.

النتيجة العملية: تم تصميم كلتا الدرجتين ليتم إنتاجهما عبر طرق الدرفلة الباردة والتلدين التقليدية؛ قد تستخدم Gr37 إجهادًا أعلى، أو TMCP، أو ميكروسبائك لتحقيق خضوع أعلى دون التضحية بالليونة.

4. الخصائص الميكانيكية

فيما يلي ملخص مقارن يركز على النتائج الميكانيكية النموذجية التي ستراها عند اختيار Gr33 مقابل Gr37. يجب أخذ القيم التعاقدية الدقيقة من تقرير اختبار المورد المعتمد.

الخاصية	SS-Gr33 (نموذجي)	SS-Gr37 (نموذجي)	تعليق
الحد الأدنى من قوة الخضوع	~33 ksi (≈228 MPa)	~37 ksi (≈255 MPa)	يوفر Gr37 قوة خضوع مضمونة أعلى للتصميم الهيكلي.
قوة الشد (نطاق نموذجي)	يتداخل: قوة شد معتدلة (مثل 45–60 ksi نموذجية حسب السماكة/العملية)	يتداخل: حد أعلى مشابه أو أعلى قليلاً	تختلف قوة الشد مع العمل البارد، والتلطيف، والسماكة.
التمدد (%)، الليونة	ليونة أعلى عند السماكة المقارنة	تمدد أقل قليلاً بسبب القوة الأعلى	عادة ما يؤدي الخضوع الأقل إلى أداء أفضل في التمدد/التشكيل.
صلابة التأثير	جيدة لكليهما إذا تمت معالجتهما بشكل صحيح؛ تعتمد على السماكة والتلدين	قابلة للمقارنة ولكن يمكن أن تكون أقل قليلاً إذا كانت ميكروسبائكية أو ذات CE أعلى	ليست ميزة رئيسية لهذه الدرجات من الصفائح.
الصلابة	أقل	أعلى قليلاً	ترتبط باتجاه الخضوع/قوة الشد.

التفسير: Gr37 هو الدرجة الأقوى، حيث يقدم سعة تحميل أعلى لكل وحدة مساحة. عادة ما تقدم Gr33 قابلية تشكيل أفضل وامتصاص للطاقة (صلابة) في عمليات التشويه الثقيلة.

5. قابلية اللحام

كلتا الدرجتين قابلة للحام بشكل عام بشكل جيد لأنها فولاذات منخفضة الكربون ومطلية مصممة للتصنيع الشائع. العوامل الرئيسية: - يعني انخفاض محتوى الكربون الاسمي وانخفاض قابلية التصلب تقليل خطر التشقق البارد وسهولة اللحام بالاندماج مع المواد الاستهلاكية القياسية. - إذا تم إنتاج Gr37 باستخدام الميكروسبائك أو زيادة المنغنيز للوصول إلى قوة خضوع أعلى، سيكون معادل الكربون أعلى وقد تحتاج ممارسات اللحام إلى تعديل (تسخين مسبق، التحكم في الفواصل) في الأقسام السميكة.

مؤشرات معادلة الكربون المفيدة (للتقييم النوعي): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ ومعلمة أكثر شمولاً: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

إرشادات التفسير: - عادة ما تكون كل من SS-Gr33 وSS-Gr37 ذات قيم منخفضة من $CE_{IIW}$ و$P_{cm}$ لأن الكربون والسبائك منخفضة - مما يؤدي إلى أداء جيد في اللحام القوسي. - إذا أظهر اختبار مصنع المورد زيادة في المنغنيز أو الميكروسبائك لـ Gr37، توقع أرقام CE أعلى قليلاً وخطط معلمات اللحام وفقًا لذلك (تسخين مسبق منخفض محتمل للأقسام السميكة، التحكم في إدخال الحرارة). - يتطلب الطلاء المجلفن اهتمامًا: يمكن أن يؤدي تبخر الزنك إلى حدوث مسامية ويتطلب تقنية لحام مناسبة، واستخراج الدخان، وحماية شخصية.

6. التآكل وحماية السطح

تم إنتاج هذه الدرجات خصيصًا لتلقي الطلاءات المعدنية الواقية (المجلفنة بالغمر الساخن أو المجلفنة). ليست فولاذات مقاومة للصدأ؛ يتم توفير مقاومة التآكل بواسطة نظام الطلاء بدلاً من محتوى السبائك.

• الحمايات النموذجية: الجلفنة بالغمر الساخن (Z)، المجلفنة (ZA)، أو الطلاءات بعد الطلاء/طلاءات الملف. يعتمد اختيار الطلاء على البيئة والعمر المطلوب.
• PREN (عدد مقاومة التآكل) ذو صلة بالسبائك المقاومة للصدأ وليس له تطبيق على فولاذ الكربون المجلفن A653: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ لا ينطبق هذا المؤشر على فولاذ الكربون المطلي بالزنك.

ملاحظات عملية: - اختر كتلة الجلفنة و/أو الطلاءات المزدوجة (زنك + طلاء) لحماية طويلة الأمد من التآكل في البيئات العدوانية. - لعمليات التشكيل، ضع في اعتبارك الإصلاحات بعد التشكيل أو استخدام الطلاءات التي تتحمل التشكيل دون تشقق.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، والقابلية للتشكيل

• القطع: تتصرف الليزر، والبلازما، أو القص الميكانيكي بشكل مشابه لكلتا الدرجتين؛ ستحتاج Gr37 إلى قوى قطع أعلى قليلاً في القص البارد بسبب القوة الأعلى.
• الانحناء/التشكيل: تظهر Gr33 قابلية تشكيل أفضل وارتداد أقل؛ تحتوي Gr37 على ارتداد أعلى وتتطلب أشعة انحناء أكبر أو قوى أعلى لنفس التشويه.
• قابلية التشغيل: كلاهما ليسا محسّنين للمعالجة (بالنسبة للفولاذات ذات القطع الحر). قد تزيد القوة الأعلى قليلاً من تآكل الأدوات؛ تعتبر اعتبارات المعالجة مشابهة.
• التشطيب: يجب التعامل مع الأسطح المجلفنة لتجنب تلف الطلاء؛ يمكن أن يؤدي التشكيل إلى تشقق الطلاءات إذا كانت أشعة الانحناء صغيرة جدًا - وهذا أكثر أهمية للصفائح عالية القوة (Gr37).

8. التطبيقات النموذجية

SS-Gr33 (الاستخدامات النموذجية)	SS-Gr37 (الاستخدامات النموذجية)
ألواح غلاف المباني، الأسطح، التكسية حيث تهم قابلية التشكيل وأداء المثبتات	أقسام تحمل الوزن في التطبيقات الهيكلية الخفيفة، الدعامات، الأوتاد حيث تساعد القوة الأعلى في تقليل السماكة
الألواح الداخلية للسيارات، المكونات غير الهيكلية للسيارات التي تتطلب تشكيلًا عميقًا	الطوابع الهيكلية للسيارات حيث تكون هناك حاجة إلى هامش قوة إضافي دون زيادة السماكة
أنظمة التهوية والأجهزة حيث تكون قابلية التصاق الطلاء والقابلية للتشكيل هي الأهم	الملفات الباردة، التثبيتات، والمكونات حيث تكون الصلابة الأعلى لكل سماكة مرغوبة
منتجات الصفائح المعدنية المصنعة بشكل عام حيث تكون التكلفة والتشكيل في المقدمة	التطبيقات التي تتطلب تقليل حجم القسم أو الوزن باستخدام مواد ذات قوة أعلى

مبررات الاختيار: استخدم Gr33 عندما تتوقع تشكيلًا كبيرًا/تمددًا أو امتصاصًا للتأثير أو عند تعظيم سلامة الطلاء في عمليات التشكيل الشديدة. استخدم Gr37 عندما يتطلب التصميم قوة خضوع أعلى لتلبية الأحمال الهيكلية أو للسماح بسماكات أرق لتحقيق نفس الأداء.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادة ما تكون Gr37 أغلى قليلاً مقارنةً بـ Gr33 بسبب المعالجة الأعلى و/أو الميكروسبائك المطلوبة لتلبية مواصفات الخضوع الأعلى. الفرق صغير بالنسبة لتكلفة المواد الإجمالية ولكنه يمكن أن يكون كبيرًا عند الكميات العالية.
• التوافر: كلتا الدرجتين شائعتان في شكل لفائف وصفائح؛ يعتمد التوافر في الطلاءات المحددة، والعرض، والسماكات على إنتاج المصنع ومخزونات الموزعين. قد تكون أوقات التسليم للطلاءات الخاصة أو التحملات الضيقة أطول.

10. الملخص والتوصية

السمة	SS-Gr33	SS-Gr37
قابلية اللحام	ممتازة (جيدة جدًا)	ممتازة إلى جيدة جدًا (أكثر حذرًا قليلاً إذا كانت ميكروسبائكية)
توازن القوة والصلابة	قابلية تشكيل جيدة وصلابة	قوة خضوع أعلى؛ ليونة أقل قليلاً
التكلفة	أقل	أعلى قليلاً

التوصيات: - اختر SS-Gr33 إذا كانت أولوياتك هي التشكيل العميق/التشكيل، أقصى سلامة للطلاء بعد التشكيل، تمدد/صلابة متفوقة في الأجزاء المصنعة، أو تكلفة مواد أقل. - اختر SS-Gr37 إذا كان تصميمك يتطلب قوة خضوع مضمونة أعلى لتقليل سماكة القسم أو تلبية معايير الأحمال الهيكلية، وإذا كانت التخفيضات المعتدلة في القابلية للتشكيل مقبولة.

ملاحظة نهائية: اطلب دائمًا شهادات اختبار المصنع وتأكد من الحدود الكيميائية والميكانيكية للدفعة المحددة من اللفائف أو الصفائح التي تنوي شرائها. يمكن أن تؤدي التغيرات الصغيرة في محتوى المنغنيز أو وجود عناصر الميكروسبائك إلى تغيير ممارسات اللحام ونتائج التشكيل؛ حدد نوع الطلاء وكتلته لتوقعات عمر التآكل.