PC1570 مقابل PC1860 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

PC1570 وPC1860 هما درجتان شائعتان في عائلة فولاذات الاسترسال عالية القوة المستخدمة في شدّ الشدادات، والأوتار، والقضبان قبل الشد وبعده. غالبًا ما يوازن المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بين التنازلات المتعلقة بالقوة، المتانة، قابلية اللحام، أداء التعب، والتكلفة عند اختيار إحداهما — على سبيل المثال، تحديد قوة اسمية أعلى لتقليل حجم المقطع مقابل تفضيل منتج أقل قوة ولكنه أكثر ليونة لتسهيل التعامل وتقليل خطر الفشل الهش.

الاختلاف الفني الأساسي بين هذه الدرجات هو الهدف التصميمي لمستويات مختلفة من القدرة على التحمل الشدّي: حيث تستهدف درجة واحدة مقاومة شد دنيا محددة وعمومًا ليونة ومتانة أكبر لمقطع معين، بينما تستهدف الأخرى مقاومة شد قصوى محددة أعلى بكثير (مع قدرة استرسال مطابقة)، وتتحقق هذه القوة الأعلى من خلال سبائكية ومعالجة أقوى. وهذا يجعل الدرجتين خيارين متكاملين تبعًا لمتطلبات الهيكل، نظام الاسترسال، بيئة التعب/التآكل، وقيود التصنيع.

1. المعايير والتسميات

• المعايير الدولية والإقليمية الشائعة التي تحدد فولاذات الاسترسال والأسلاك/الأوتار عالية القوة تشمل:
• ASTM/ASME (مثل ASTM A416 لأسلاك الأوتار، وASTM A722 لأسلاك الفولاذ عالية القوة)
• EN (مثل EN 10080 لفولاذ تسليح الخرسانة — فولاذ قابل للحام — ومعايير EN أخرى للفولاذات المخصصة للاسترسال)
• JIS (المعايير الصناعية اليابانية الخاصة بفولاذ الاسترسال)
• GB (المعايير الوطنية الصينية لفولاذ وأسلاك الاسترسال)
• التصنيف:
• كل من PC1570 وPC1860 هما فولاذات استرسال عالية القوة (فولاذ كربوني/سبائكي متخصص موجه بشكل خاص للاستخدام في الاسترسال).
• ليسا من الفولاذ المقاوم للصدأ؛ بل ينتميان إلى فئة الفولاذات الكربونية أو الدقيقة السبائكية عالية القوة للاسترسال (بعض أنواعها معالجة بالمعالجة الحرارية الميكانيكية أو مسحوبة على البارد).

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائكية

التحليل الكيميائي الدقيق يعتمد على المورد والمعيار المعمول به، لكن فلسفات السبائكية متسقة: الحفاظ على كربون منخفض/متحكم به للحفاظ على الليونة وقابلية اللحام مع إضافة مستويات متحكم بها من السيليكون والمنغنيز لإزالة الأكسجين وتعزيز القوة؛ تُستخدم إضافات الدقائق السبائكية (V، Ti، Nb) أو كميات صغيرة من الكروم والموليبدينوم في الدرجات الأعلى قوة لزيادة قابلية التصلب، مقاومة التقسية، والقوة دون زيادة مفرطة في الكربون.

ملاحظات: - ينشر الموردون الحدود الكيميائية الدقيقة لكل منتج. الجدول أعلاه يلخص استراتيجيات وظيفية أكثر من كونه تركيبات ثابتة. - تعتمد الدرجات الأعلى قوة اسميًا عادةً بشكل أكبر على الدقائق السبائكية والتحكم في المعالجة لتحقيق القوة دون زيادة الكربون المفرطة.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

• البنى المجهرية النموذجية تعتمد على طريقة الإنتاج:
• الأسلاك المسحوبة على البارد لتنشئة الاسترسال تطور تاريخيًا بنية لؤلؤية أو متبلورة بشكل كثيف مع تباعد دقيق بين الطبقات يدعم مقاومة شد عالية ومقاومة تعب مرتفعة.
• القضبان المعالجة حراريًا ميكانيكيًا أو المنتجات المقواة والمختمرة تطور بنى دقيقة الحبوب من باينيت أو مارتنسيت متبلور مع تقوية من ترسيب عناصر الدقائق السبائكية.
• PC1570 (قوة اسمية أقل):
• تصل بسهولة إلى الخصائص المطلوبة من خلال السحب البارد المنضبط والتخمير أو دورات تلطيف وتبريد أقل حدة تحتفظ بمكونات دقيقة أكثر ليونة.
• تعرض توازنًا ملائمًا بين الفريت/اللؤلؤي أو المارتنسيت المتبلور/الباينيت مع متانة جيدة.
• PC1860 (قوة اسمية أعلى):
• يتطلب قابلية تصلب أقوى و/أو تشوهًا أكبر للوصول لمستوى الشد الأعلى؛ تظهر البنية عادة باينيت أدق أو مارتنسيت متبلور وكثافة تعرجات أعلى بالإضافة إلى تقوية ترسيبية.
• المعالجات الحرارية (مثل التبريد والتلطيف أو التبريد المتحكم به) تُحسّن لتحقيق مقاومة شد قصوى مرتفعة مع الحفاظ على استطالة وأداء تعب مقبول.
• تأثير المعالجة:
• التطبيع يحسن التجانس والمتانة من خلال تحسين تبلور الحبوب.
• التبريد والتلطيف يزيدان القوة ويمكن تعديلها لتحقيق توازن قوة-متانة مثالي.
• المعالجة الحرارية الميكانيكية المتحكم بها (TMCP) يمكن أن تنتج بنى دقيقة الحبوب تُحسّن القوة والمتانة للأنواع عالية القوة.

4. الخواص الميكانيكية

تختلف القيم الكمية حسب المعيار والمورد؛ الجدول أدناه يبرز السلوك النسبي وما ينبغي على المهندسين توقعه.

التفسير: - تحقق PC1860 مقاومات شد وإثبات أعلى لكن عادة على حساب بعض الليونة وقد يكون لها صلادة أعلى وطاقة صدمة أقل ما لم تُراقب السبائكية والتلطيف بعناية. - يجب أن يأخذ الاختيار في الاعتبار ما إذا كان التصميم الهيكلي يحتاج إلى أقصى استرسال لكل وتر (مفضل PC1860) أو ليونة/متانة أفضل وهوامش تداول أكبر (مفضل PC1570).

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على ما يعادل الكربون/قابلية التصلب ووجود عناصر الدقائق السبائكية. لتقييمها يستخدم المهندسون مؤشرات مثل:

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

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: - PC1570: بسبب متطلبات التصلب المنخفضة عموماً والسباكة الدقيقة الاحترازية، فإنه يميل إلى إظهار قابلية لحام ذاتية أفضل واحتمالية أقل للتشقق البارد مقارنة بالأنواع عالية القوة. لا تزال هناك حاجة في كثير من الأحيان لدرجة حرارة تمهيدية ومراقبة درجة حرارة التمرير البيني للأقسام السميكة. - PC1860: تصلب أعلى (من السباكة أو ما يعادل الكربون الأعلى) يزيد من القابلية لحدوث بُنى حادة وهشة في منطقة تأثير الحرارة (HAZ) وتشقق بارد بمساعدة الهيدروجين. إجراءات اللحام عادة ما تتطلب تحكمًا أدق في السخونة التمهيدية/بعدية والتحكم في الهيدروجين. بالنسبة لمعظم تطبيقات الشد المسبق، يقتصر اللحام المباشر للأسلاك أو الحبال، ويُحدد استخدام التوصيلات الميكانيكية أو طرق اللحام/الربط المعتمدة. - ملاحظة عملية: بالنسبة للكابلات، غالبًا ما يتم تجنب الربط/اللحام في منطقة الشد المسبق ما لم يكن معتمدًا صراحة؛ حيث تكون الوصلات الميكانيكية أو النهايات الملحومة مصنعياً أكثر شيوعًا.

6. التآكل والحماية السطحية

• لا يعتبر كل من PC1570 و PC1860 فولاذ مقاوم للصدأ؛ حيث أن مقاومة التآكل محدودة وتعتمد على حالة السطح والطلاءات والبيئة.
• الحمايات النموذجية:
• التغليف المجلفن بالغمس الساخن للقضبان/الحبال حيث يكون الحماية الفدية مقبولة.
• طلاء الإيبوكسي، التغليف البوليمري، أو الشحوم/القنوات المشحمة للحبال المستخدمة في البيئات الخارجية نصف المكشوفة أو العدوانية.
• التغليف الفيزيائي (الحقن أو الملاط) هو ممارسة قياسية في كابلات الخرسانة المشدودة مسبقًا.
• مؤشر PREN (رقم معادل مقاومة التآكل النتن) هو مؤشر خاص بالفولاذ المقاوم للصدأ ولا ينطبق عمومًا على الفولاذ المشدود غير المقاوم للصدأ. للرجوع:

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

ولكن هذا المؤشر ذو صلة فقط بالسبائك المقاومة للصدأ التي تتضمن Cr و Mo و N بمستويات ملحوظة عن قصد.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل:
• الدرجات عالية القوة (PC1860) تميل لأن تكون أكثر صلابة وتآكلًا لأدوات القطع؛ لذا يجب ضبط سرعات القطع وعمر الأدوات accordingly.
• PC1570 أسهل في التشغيل والتشكيل بسبب صلابته المنخفضة.
• قابلية التشكيل والثني:
• اللدونة تحدد نصف قطرات الثني المسموح بها وعمليات التشكيل البارد؛ حيث يتحمل PC1570 عادة الانحناءات الضيقة والتشكيل البارد مع خطر أقل للتشقق.
• قد يتطلب PC1860 أنصاف أقطار ثني أكبر، معالجة حرارية مضبوطة، أو عمليات تشكيل متخصصة.
• تشطيب السطح:
• قد تتطور شقوق ميكروسكوبية في الدرجات الأعلى صلابة خلال عمليات التشطيب العدواني؛ لذا فإن التحكم في الطحن والرصاص الرملي مهم.
• التركيب والمناولة:
• مستويات الشد الأعلى في PC1860 تفرض متطلبات أكثر صرامة على المناولة، التثبيت، ومعدات الشد بسبب طاقة مرنة مخزنة أعلى وخطر الفشل الكارثي.

8. التطبيقات النموذجية

مبررات الاختيار: - اختر الدرجة التي تتناسب توازناتها بين قدرة الشد واللدونة مع متطلبات الهيكل، تباعد الكابلات، وقيود البناء. ضع في الاعتبار العمر الافتراضي واستراتيجية الحماية من التآكل كعامل مساعد.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية:
• PC1860 عادةً ما يكون أكثر تكلفة لكل وحدة وزن بسبب السبائك الإضافية، متطلبات المعالجة الأعلى، وضبط الجودة الصارم.
• PC1570 عادةً أقل تكلفة وينتج بكميات كبيرة بصيغ المنتجات الشائعة (سلك، حبل، قضيب).
• التوافر حسب صيغة المنتج:
• كلا الدرجتين متوفرتين عادة كسلك وحبل؛ قد تتواجد الدرجات الأعلى أكثر في صيغ منتجات معينة (مثل حبال القوة العالية المصنعة خصيصًا، قضبان أو أسلاك مسحوبة باردة) وقد يكون لها أوقات انتظار أطول للكميات الكبيرة أو الطلاءات الخاصة.
• نصيحة الشراء:
• ينصح بالتواصل المبكر مع الموردين للـ PC1860 لتأكيد وقت التسليم، مسار المعالجة الحرارية، وضمان الجودة لمقاومة التعب والصلابة، خصوصًا للمشاريع الكبيرة.

10. الملخص والتوصية

التوصية: - اختر PC1570 إذا: - كان المشروع يركز على اللدونة، المتانة، مقاومة التعب، وسهولة التصنيع أو المناولة الميدانية؛ حيث يكون مقدار الشد لكل كابل مقبولًا؛ وعندما تكون التكلفة أو التوفر السريع مهمًا. - اختر PC1860 إذا: - كان التصميم يتطلب أقصى قدرة شد لكل كابل لتقليل عدد الكابلات أو حجم المقطع، ويمكن للمشروع أن يتحمل القيود الأشد على اللحام/المواصفات، التكلفة المادية العالية المحتملة، والتأهيل الصارم من المورد لمعالجة الحرارة والمتانة.

ملاحظة هندسية نهائية: تأكد دائمًا من الحدود الكيميائية والميكانيكية الدقيقة مع المورد أو المواصفة الحاكمة، وراجع إجراءات اللحام والربط المؤهلة، وتحقق من أداء مقاومة التعب والحساسية للكسر عبر الاختبارات أو بيانات المورد لمسار الإنتاج المختار.