MS1200 مقابل MS1500 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع غالبًا تناقضًا بين قوة المواد وقابلية التصنيع عند تحديد الفولاذ عالي القوة. يتم مقارنة درجات MS1200 و MS1500 بشكل متكرر في التطبيقات التي تهم فيها القدرة على تحمل الحمل ومقاومة التآكل وتحسين الحجم/الوزن - على سبيل المثال، المسامير عالية القوة والمحاور والأدوات ومكونات الأمان. تشمل سياقات القرار النموذجية موازنة قابلية اللحام والصلابة مقابل تحقيق أصغر مقطع عرضي لحمل معين، أو الاختيار بين تكلفة شراء أقل وعمر خدمة أطول.

التباين الفني السائد بين هاتين الدرجتين هو قوتها الميكانيكية المستهدفة والهيكل المجهرى المارتنسيت المطلوب لتحقيق ذلك. تم تصميم MS1500 لتحقيق قوة نهائية أعلى وقابلية تصلب أكبر من MS1200، مما يؤثر على الكيمياء والمعالجة الحرارية والصلابة وسلوك التصنيع. تقارن هذه المقالة بين الدرجتين عبر المعايير والكيمياء والهيكل المجهرى واستجابة المعالجة الحرارية والخصائص الميكانيكية وقابلية اللحام وحماية التآكل وسلوك التصنيع والتطبيقات والتكلفة وإطار التوصيات النهائية.

1. المعايير والتسميات

MS1200 و MS1500 هما أسماء درجات وظيفية/وصفية تُستخدم للدلالة على الفولاذ المارتنسيت عالي القوة أو الفولاذ المعالج بالمعالجة الحرارية، حيث تبلغ قوة الشد حوالي 1200 ميجا باسكال و 1500 ميجا باسكال على التوالي. ليست تسميات معيارية عالمية مثل أرقام ASTM AISI؛ المواد المقدمة تحت هذه الأسماء غالبًا ما تكون ملكية أو مرتبطة بالمعايير الوطنية. تشمل المعايير الشائعة وأنظمة التصنيف التي يجب على المشترين والمهندسين الرجوع إليها عند تحديد المعادلات ما يلي:

• عائلة ASTM/ASME (على سبيل المثال، سبائك معالجة بالحرارة ضمن ASTM A564/A572/A514 حسب التركيب والمعالجة)
• EN (على سبيل المثال، عائلة EN 10083 للصلب السبائكي المعالج بالحرارة، EN 10269 للصلب عالي القوة)
• JIS (صلب مقسى عالي القوة مختلف)
• GB (المعايير الوطنية الصينية للصلب المعالج بالحرارة والصلب الهيكلي عالي القوة)

التصنيف: كل من MS1200 و MS1500 هما فولاذ مارتنسيت عالي القوة/معالج بالحرارة (مجموعة فرعية من الفولاذ السبائكي / HSLA حسب الميكروسبائك). ليست درجات مقاومة للصدأ ما لم يتم سبكها بشكل صريح مع نسبة عالية من الكروم/النيكل وتعيينها كدرجات مقاومة للصدأ.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

فيما يلي مقارنة عملية، توضيحية لنطاقات التركيب النموذجية والاستراتيجية. هذه النطاقات توضيحية؛ تحقق دائمًا من شهادات المصنع ومواصفات المتجر للقيم الدقيقة.

عنصر	MS1200 (نموذجي، wt%) — توضيحي	MS1500 (نموذجي، wt%) — توضيحي
C	0.18 – 0.30	0.25 – 0.45
Mn	0.30 – 1.20	0.30 – 1.50
Si	0.15 – 0.60	0.15 – 0.60
P	≤ 0.025 (أقصى)	≤ 0.025 (أقصى)
S	≤ 0.010 (أقصى)	≤ 0.010 (أقصى)
Cr	0.30 – 1.50	0.50 – 2.00
Ni	0 – 1.00	0 – 2.00
Mo	0.05 – 0.50	0.10 – 0.80
V	trace–0.20	trace–0.30
Nb	trace (≤0.05)	trace (≤0.05)
Ti	trace (≤0.05)	trace (≤0.05)
B	trace (ppm)	trace (ppm)
N	trace (ppm)	trace (ppm)

استراتيجية السبائك والآثار: - الكربون: المساهم الرئيسي في الصلابة والقوة؛ زيادة الكربون في MS1500 تزيد من قوة الشد الممكن تحقيقها ولكن تقلل من قابلية اللحام والليونة. - Mn و Cr و Mo و Ni: تزيد من قابلية التصلب ومقاومة التصلب؛ تعزز من عمق التصلب في الأقسام السميكة. عادةً ما تحتوي MS1500 على سبائك أعلى لتمكين مصفوفة مارتنسيت عالية القوة عبر الأقسام السميكة. - الميكروسبائك (V و Nb و Ti و B): تمكن من تحسين الحبيبات، وتقوية الترسيب، والتحكم في الصلابة؛ تُستخدم لتحقيق توازن بين القوة والصلابة مع تقليل الكربون. - يتم التحكم في الكبريت والفوسفور للحفاظ على الصلابة وعمر التعب.

3. الهيكل المجهرى واستجابة المعالجة الحرارية

الهياكل المجهرية النموذجية: - تم تصميم كلتا الدرجتين لإنتاج مصفوفة مارتنسيت بعد التبريد؛ المارتنسيت المعالج مع توزيع الكربيد/الترسيب المتحكم فيه هو الهدف لتحقيق توازن بين القوة والصلابة. - عادةً ما تحقق MS1200 مجموعة خصائصها مع حزمة سبائك ذات قابلية تصلب أقل ودورات تقسية وتقسية تقليدية. النتيجة هي مارتنسيت معالج ناعم مع كربيدات انتقالية متناثرة أو ترسيبات نانوية عند استخدام الميكروسبائك. - تتطلب MS1500 قابلية تصلب أعلى لإنتاج المارتنسيت عبر مقاطع عرضية أكبر؛ وبالتالي، تميل إلى أن تحتوي على نسبة أعلى من المارتنسيت غير المعالج قبل التصلب وقد تكون أكثر عرضة للأوستينيت المحتفظ به أو المارتنسيت الهش إذا كانت المعالجة الحرارية غير كافية.

استجابة المعالجة الحرارية: - التطبيع: فعال في تحسين حجم حبيبات الأوستينيت السابقة في كلتا الدرجتين؛ يُستخدم كخطوة تحضيرية ولكن ليس كافيًا بمفرده للوصول إلى القوة المستهدفة. - التبريد والمعالجة الحرارية (Q&T): الطريق القياسي لكليهما. عادةً ما تستخدم MS1500 شدة تبريد أعلى ومعالجة حرارية أطول/متقنة لتحقيق الصلابة المطلوبة عند قوة مرتفعة. اختيار درجة حرارة المعالجة الحرارية أمر حاسم: درجة حرارة معالجة أعلى تقلل من القوة ولكن تحسن من الصلابة والليونة. - المعالجة الحرارية الميكانيكية المتحكم فيها (TMCP): تُستخدم بشكل أساسي في إنتاج الألواح/الشرائح لتحقيق هياكل مجهرية ذات حبيبات دقيقة وتحسين الصلابة دون كربون أو سبائك مفرطة؛ أكثر شيوعًا بالنسبة لمعادلات MS1200 حيث يتم التأكيد على التوازن.

4. الخصائص الميكانيكية

نطاقات الخصائص النموذجية أثناء الخدمة (توضيحية؛ تحقق من شهادات المصنع/الاختبار):

الخاصية	MS1200 (نموذجي)	MS1500 (نموذجي)
قوة الشد (UTS)	~1100 – 1300 ميجا باسكال	~1400 – 1600 ميجا باسكال
قوة الخضوع (0.2% انزلاق)	~900 – 1100 ميجا باسكال	~1200 – 1400 ميجا باسكال
التمدد (A%)	~8 – 12%	~6 – 10%
صلابة التأثير (Charpy V، درجة حرارة الغرفة أو المحددة)	تختلف بشكل كبير: عادةً معتدلة (20–60 جول حسب المعالجة)	عادةً أقل؛ يمكن أن تكون 5–30 جول حسب المعالجة وسمك القسم
الصلابة	~30 – 45 HRC (أو 250–450 HB حسب المعالجة)	~42 – 55 HRC (أو 380–550 HB)

التفسير: - القوة: MS1500 أعلى قوة حسب التصميم (حوالي +20–30% UTS)، يتم تحقيقها من خلال زيادة الكربون والسبائك بالإضافة إلى تصلب أكثر شدة. - الصلابة والليونة: عادةً ما تقدم MS1200 صلابة وليونة أفضل في ظروف المعالجة الحرارية المماثلة بسبب انخفاض محتوى الكربون والسبائك وتحكم أفضل في الهيكل المجهرى. تتطلب MS1500 معالجة حرارية دقيقة وتخصيص السبائك للحفاظ على صلابة مقبولة؛ في كثير من الحالات، يتم التضحية بالصلابة للوصول إلى قوة عالية جدًا. - أداء التعب: يعتمد على الهيكل المجهرى، والضغط المتبقي، وتشطيب السطح، والمعالجة الحرارية. غالبًا ما تقدم MS1200 توازنًا أفضل بين قوة التعب مقابل حساسية الشقوق ما لم يتم تحسين MS1500 بشكل خاص (على سبيل المثال، معالجة بالرصاص، بقايا ضغط سطحية).

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على محتوى الكربون، وقابلية التصلب، والميكروسبائك. تشمل المؤشرات الشائعة المستخدمة في التقييم النوعي معادلة الكربون IIW ومعادلة Pcm:

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

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

التفسير النوعي: - عادةً ما تحتوي MS1500 على قيم أعلى من $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ بسبب محتوى الكربون والعناصر السبائكية الأعلى؛ مما يزيد من خطر وجود مناطق متأثرة بالحرارة (HAZ) صلبة وهشة وتشققات. غالبًا ما تتطلب MS1500 تسخينًا مسبقًا، ودرجات حرارة متحكم فيها بين الطبقات، وإجراءات لحام ذات مدخل حراري منخفض، ومعالجة حرارية بعد اللحام (PWHT). - تعتبر MS1200، مع محتوى كربون وسبائك أقل، أسهل نسبيًا في اللحام ولكن قد تتطلب أيضًا تسخينًا مسبقًا وPWHT للأقسام السميكة أو التطبيقات الحرجة لتجنب هشاشة HAZ. - استخدام المعادن الملائمة أو الزائدة، ومعدلات تبريد متحكم فيها، وإجراءات لحام مؤهلة أمر إلزامي لكليهما عند استخدامها في التطبيقات الحرجة من حيث السلامة أو التطبيقات ذات الدورة العالية.

6. التآكل وحماية السطح

• لا تعتبر MS1200 ولا MS1500 مقاومة للصدأ بطبيعتها؛ مقاومة التآكل تعادل مقاومة فولاذ الكربون/السبائك المنخفضة. تشمل استراتيجيات حماية السطح التغطية بالزنك، والطلاء، والطلاء بالمسحوق، والتغطية، أو التغطيات المقاومة للتآكل حسب بيئة الخدمة.
• المؤشرات المتعلقة بالمقاومة للصدأ مثل PREN غير قابلة للتطبيق ما لم يتم سبك الدرجة بشكل خاص وشهادتها كمقاومة للصدأ. من أجل الاكتمال، يتم حساب PREN كالتالي:

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

وينطبق فقط على الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي/الثنائي - وليس على الفولاذ المارتنسيت المعالج بالحرارة مثل MS1200/MS1500 ما لم يتم صياغته بشكل خاص.

• في ظروف التآكل أو التآكل الناتج عن الاحتكاك، ضع في اعتبارك تقسية السطح (النيتريد، الكربنة)، أو التغطية الصلبة، أو التغطيات المقاومة للتآكل.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل: MS1500 أصعب وأكثر خشونة في القطع؛ يجب أن تكون الأدوات أكثر قوة (مثل أدوات الكربيد/PCD/CBN)، سرعات أقل، صلابة أعلى، وتحكم دقيق في الرقائق. تعتبر MS1200 أسهل في التشغيل ولكن لا تزال تتطلب أدوات مقساة ومعلمات محسنة مقارنة بالفولاذ منخفض الكربون.
• قابلية التشكيل والانحناء: تقدم MS1200 قابلية تشكيل أفضل على البارد؛ بينما تتمتع MS1500 بليونة أقل وتتطلب أنصاف أقطار انحناء أكبر، وأحيانًا تشكيل دافئ، أو معالجة حرارية مسبقة/لاحقة لتجنب التشقق.
• التلميع، EDM، والتشطيب: تضع MS1500 متطلبات أعلى على التلميع والطحن بسبب الصلابة الأعلى؛ يُستخدم EDM عادةً في العمل على الأدوات والقوالب على MS1500.
• الخيوط والتشكيل البارد للمسامير: تُستخدم MS1200 عادةً حيث يتطلب الأمر بعض القدرة على تشكيل الخيوط؛ عادةً ما تكون مسامير MS1500 مطروقة ومعالجة بالحرارة مع تحكم دقيق في العملية.

8. التطبيقات النموذجية

MS1200 — الاستخدامات النموذجية	MS1500 — الاستخدامات النموذجية
أجزاء هيكلية عالية القوة حيث تتطلب الصلابة وبعض الليونة (محاور، عوارض عرضية)	مكونات عالية القوة للغاية حيث يكون الحد الأدنى من المقطع حرجًا (براغي أمان، مسامير متخصصة، إدخالات درع)
مسامير باردة الشكل متوسطة القوة وبراغي عالية القوة	قوالب العمل الباردة، والمثاقب، وأجزاء التآكل التي تتطلب صلابة عالية جدًا
أعمدة مكبس هيدروليكي، دبابيس، ومحاور تتطلب عمر تعب جيد	موصلات عالية الحمل، منخفضة التشوه، ودبابيس عالية الضغط في التعدين/الدفاع
مكونات السيارات التي تتطلب توازنًا بين القوة وقابلية التصنيع	نوابض متخصصة ومكونات حيث تتطلب قوة ثابتة عالية جدًا (غالبًا مع معالجة سطحية)

مبررات الاختيار: - اختر MS1200 للتطبيقات التي تتطلب توازنًا بين القوة والصلابة وتكاليف التصنيع حيث يمكن استخدام سماكات مقاطع معتدلة. - اختر MS1500 عندما يكون تقليل المساحة المقطعية أو زيادة قدرة الحمل أمرًا ضروريًا وعندما تكون التدابير الإضافية للصلابة والتصنيع مقبولة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادةً ما تكون MS1500 أكثر تكلفة لكل كيلوغرام بسبب محتوى السبائك الأعلى، وضوابط المعالجة الأكثر صرامة، وأحجام الإنتاج الأقل. تزيد التشطيبات السطحية، والمعالجات الحرارية الخاصة، والفحص الإضافي من التكلفة الإجمالية لدورة الحياة.
• التوافر: تُخزن معادلات MS1200 بشكل أكثر شيوعًا في القضبان والألواح والمطروقات من قاعدة موردين أوسع. تُنتج مواد على طراز MS1500 بشكل أكثر تكرارًا حسب الطلب، ومتاحة في أشكال منتجات محدودة (قضبان، مطروقات خاصة، دفعات صغيرة من الألواح)، وقد تحمل أوقات تسليم أطول.

10. الملخص والتوصية

السمة	MS1200	MS1500
قابلية اللحام	جيدة–متوسطة (أسهل في اللحام من MS1500)	تحدي (تسخين مسبق/PWHT أعلى وتحكم في الإجراءات)
توازن القوة–الصلابة	توازن جيد؛ أسهل للحصول على صلابة مقبولة	قوة عالية جدًا؛ عادةً ما تكون الصلابة أقل ما لم يتم معالجتها بشكل خاص
التكلفة والتوافر	تكلفة أقل؛ توافر أوسع	تكلفة أعلى؛ توافر أكثر محدود

الخاتمة والتوصيات العملية: - اختر MS1200 إذا كنت بحاجة إلى مادة عالية القوة مع توازن معقول بين الصلابة وقابلية اللحام وتكلفة إجمالية أقل. تعتبر MS1200 خيارًا جيدًا للمكونات الهيكلية، والمسامير عالية القوة للاستخدام العام، والأجزاء التي تتطلب بعض الليونة وسهولة التصنيع. - اختر MS1500 إذا كانت التطبيق يتطلب أعلى قوة ثابتة ممكنة أو الحد الأدنى من المقطع العرضي ويمكنك استيعاب ضوابط تصنيع أكثر صرامة (تسخين مسبق/PWHT)، وتكلفة مادة أعلى، وتوافر محدود. تعتبر MS1500 مناسبة للموصلات عالية الحمل المتخصصة، وأجهزة الأمان، والمكونات حيث يكون استبدال الوزن بالقوة هو المحرك الرئيسي للتصميم.

تحقق دائمًا من شهادة المصنع للمورد، وحدد الصلابة المطلوبة وإجراءات اللحام في مستندات الشراء، وحدد المعالجة الحرارية والمعالجة الحرارية بعد اللحام حسب ما تتطلبه أكواد التصميم وظروف الخدمة. يجب التحقق من اختيار المواد من خلال اختبار على مستوى الأجزاء (اختبارات ميكانيكية، تأثير عند درجة حرارة الخدمة، اختبار التعب حيثما ينطبق) ومن خلال التشاور مع متخصصين في علم المعادن واللحام للتطبيقات الحرجة.