S280GD مقابل S350GD – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

تُعتبر S280GD وS350GD درجتين شائعتين من الفولاذ الإنشائي المجلفن بالغمس الساخن، ومخصصة للمكونات المشكلة على البارد والمصنعة حيث يتطلب وجود طلاء من الزنك مقاوم للتآكل. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بشكل روتيني اختيار إحدى هاتين الدرجتين مع موازنة معايير مثل القوة الإنشائية، القابلية للتشكيل، القابلية للّحام، والتكلفة الإجمالية لدورة الحياة. تشمل سياقات اتخاذ القرار النموذجية إطارات هياكل خفيفة الوزن، ألواح غلاف المباني، مقاطع مشكّلة على البارد، والحاويات الصناعية أو السيارات حيث تهم متانة الطلاء والأداء الميكانيكي معًا.

الفرق الفني الرئيسي بين الدرجتين هو مقاومة الخضوع الدنيا المضمونة—توفر S350GD مقاومة خضوع تصميمية أعلى من S280GD. وبسبب هذه المقاومة الأعلى المضمونة، تُختار S350GD عادةً حيث يتطلب الأمر تقليل سماكة المقطع، وزن أقل، أو قدرة تحميل أعلى، في حين يُفضل استخدام S280GD حيث يتم إعطاء الأولوية لسهولة التشكيل أو تكلفة المواد الأقل.

1. المعايير والتسميات

• المعايير الرئيسية التي تظهر فيها هذه الدرجات:
• EN (أوروبي): يحدد EN 10346 منتجات الفولاذ المطلية بالغمس الساخن المستمر؛ تُعد S280GD وS350GD درجات شائعة ضمن هذه العائلة.
• يمكن أن تشير المعادلات الوطنية أو الإقليمية إلى نفس المتطلبات الكيميائية والميكانيكية بتسميات مختلفة في وثائق الموردين.
• التصنيف:
• كل من S280GD وS350GD فولاذات إنشائية منخفضة السبائك والكربون تنتمي إلى فئة فولاذ منخفض السبائك عالي القوة (HSLA) لمنتجات الصفائح المطلية. ليست فولاذات مقاومة للصدأ ولا تُصنف كفولاذ أدوات.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

يتم تحديد الحدود الكيميائية الدقيقة لـ S280GD وS350GD بواسطة المعيار المورد وشهادات المصنع. بدلاً من الإدلاء بجدول كيميائي موحد، يوضح الملخص أدناه العناصر الخاضعة للرقابة ويوضح دورها المعدني.

جدول: الطابع التكويني النموذجي والدور (راجع شهادة المصنع للحدود الدقيقة)

العنصر	الحضور النموذجي / التوجيه	الدور المعدني الأساسي
C (الكربون)	منخفض، تحت تحكم صارم (فولاذ منخفض الكربون للقابلية للّحام والتشكيل)	يزيد القوة وقابلية التصلب؛ والكربون الزائد يقلل من القابلية للّحام والمتانة
Mn (المنغنيز)	كميات معتدلة تحت تحكم	تقوية، إزالة الأكسجين، يحسن قابلية التصلب وخصائص الشد
Si (السيليكون)	منخفض إلى أثر	إزالة الأكسجين؛ الكميات الزائدة تؤثر سلبًا على جودة الطلاء
P (الفوسفور)	منخفض جدًا (تحت تحكم)	شائبة؛ الفوسفور العالي يجعل الفولاذ هشًا ويقلل المتانة
S (الكبريت)	منخفض جدًا (تحت تحكم)	شائبة؛ الكميات العالية تقلل من اللدنّة وسهولة التشغيل
Cr (الكروم)	عادةً غائب أو أثر	غير مستخدم كعنصر سبيكة رئيسي في هذه الدرجات
Ni (النيكل)	عادةً غائب أو أثر	غير مستخدم كعنصر سبيكة رئيسي في هذه الدرجات
Mo (الموليبدينوم)	عادةً غائب أو أثر	غير موجود عادة؛ يستخدم في درجات أكثر قابلية للتصلب
V، Nb، Ti (عناصر السبائك الدقيقة)	قد تتواجد بكميات صغيرة في المتغيرات الأعلى قوة	السبائك الدقيقة (Nb، V، Ti) تساعد على التقوية بواسطة الترسّب وتنقية حجم الحبيبات، مما يحسن مقاومة الخضوع مع محتوى سبيكة منخفض
B (البورون)	نادر؛ أثر في بعض المنتجات	عامل قوي لتحسين قابلية التصلب عند استخدامه بكميات صغيرة جدًا
N (النيتروجين)	تحت تحكم؛ منخفض	يمكنه تكوين نيتريدات مع عناصر السبائك الدقيقة؛ يؤثر على سلوك الترسّب

ملاحظات:
- المتغيرات S350GD المخصصة لقوة أعلى تستخدم عادةً السبائك الدقيقة (Nb، Ti، V) والمعالجة الحرارية الميكانيكية المُتحكم بها بدلاً من زيادة كبيرة في الكربون.
- تختلف القيم الكيميائية الدقيقة بحسب المصنع، سماكة المنتج، وعملية الطلاء—يجب دائمًا التحقق من شهادة المواد (MTC) عند الشراء والتخطيط للّحام.

شرح استراتيجية السبائك:
- الكربون المنخفض والمنغنيز/الكبريت/السيليكون المسيطر عليهم تهدف للحفاظ على صلاحية جيدة للّحام والتشكيل.
- السبائك الدقيقة (إضافات صغيرة من Nb، V أو Ti) تمكّن من مقاومة خضوع أعلى عبر تحسين حجم الحبيبات وتقوية بالترسّب دون زيادة كبيرة في الكربون قد تقلل القابلية للّحام والمتانة.
- يتم أيضًا التحكم في كيمياء طلاء الزنك وحالة السطح لضمان التلاصق الجيد للطلاء وقابلية التشكيل.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية:
- S280GD المُنتج: بنية غالبًا فريتية-بيرليتية أو فريتية دقيقة الحبيبات مع مصفوفة منخفضة الكربون—مصممة للصلابة وسهولة التشكيل والّلحام.
- S350GD المُنتج: بنية فريتية أدق مع كثافة أعلى من الانزلاقات والترسّبات بسبب السبائك الدقيقة والعمل على البارد؛ قد تظهر كاربيدات دقيقة أو ترسيبات نيوبياوم/تيتانيوم حسب الكيمياء والمعالجة الحرارية الميكانيكية.

تأثير المعالجة:
- المعالجة الحرارية الميكانيكية المتحكم بها (TMCP) المستخدمة لمعظم منتجات HSLA تحسن حجم الحبيبات، مما ينتج مقاومة خضوع أعلى عبر مزيج من تنقية الحبيبات وتقوية بالترسيب دون الحاجة لعمليات التبريد والتلطيف.
- المعالجة بالتطبيع: إعادة التسخين والتبريد في الهواء يمكن أن تحسن حجم الحبيبات والمتانة ولكنها غير شائعة لمنتجات الأشرطة المطلية بعد الجلفنة.
- التبريد والتلطيف: ليست شائعة ولا عملية لمنتجات الأشرطة المطلية بالغمس الساخن؛ تُزود غالبًا في حالة التدحرج البارد أو الساخن والطلاء حيث تتحقق المقاومة من التركيب وجداول التدحرج بدلاً من المعالجة الحرارية الكبيرة.

النتائج:
- تحقق S350GD مقاومة خضوع أعلى أساسًا عبر التحكم في التركيب وTMCP، وليس عبر زيادة الكربون أو طرق التبريد والتلطيف التقليدية، مما يساعد في الحفاظ على القابلية للّحام واللدونة بالمقارنة مع طرق المارتينسيت الكربونية العادية ذات القوة المعادلة.

4. الخواص الميكانيكية

جدول: الخواص الميكانيكية النموذجية (دليلية؛ تحقق من شهادة المواد للقيم الخاصة بالمنتج)

الخاصية	S280GD	S350GD
مقاومة الخضوع (الحد الأدنى المضمون)	280 MPa (أساس التسمية)	350 MPa (أساس التسمية)
مقاومة الشد (النطاق الإرشادي)	عادة في نطاق متوسط أعلى من مقاومة الخضوع؛ تعتمد على السماكة والمعالجة (مرشد فقط)	عادة أعلى من S280GD؛ النطاق يعتمد على السماكة والمعالجة (مرشد فقط)
الاستطالة / اللدونة	عادة لدونة أعلى من S350GD عند السماكة المتساوية	استطالة موحدة أقل من S280GD بسبب القوة الأعلى، لكنها لا تزال لدنة للشكل عند التحديد الصحيح
متانة التأثير	جيدة عند درجة حرارة الغرفة؛ تعتمد على السماكة والمعالجة؛ مناسبة معمولًا للاستخدامات الإنشائية	جيدة ولكن قد تكون أقل قليلاً من S280GD في المقاطع السميكة أو التطبيقات عند درجات حرارة منخفضة؛ يتم التحكم بها من خلال العملية والكيمياء
الصلادة	أقل من S350GD في الحالة الموردة	أعلى من S280GD، متناسبة مع مقاومة الخضوع الأعلى

الشرح:
- تشير التسميات S280 وS350 إلى مقاومات خضوع دنيا 280 MPa و350 MPa على التوالي؛ تختلف مقاومة الشد، الاستطالة، وخصائص التأثير حسب السماكة، الطلاء، وعملية المورد.
- توفر S350GD قدرة تحميل أعلى لكل وحدة مساحة مقطع، لكن هذه القوة الأعلى تصاحبها انكماش طفيف في القابلية للتشكيل والاستطالة مقارنة بـS280GD عند سماكة ونصف قطر انحناء وطريقة تشكيل متساوية.

5. القابلية للّحام

تعتمد اعتبارات القابلية للّحام لفولاذ HSLA المجلفن بشكل رئيسي على معادل الكربون والسبائك الدقيقة. المؤشرات الشائعة المستخدمة لتقييم القابلية للّحام تشمل معادل الكربون IIW ومؤشر Pcm الياباني.

الصيغ المفيدة (ينصح بالتفسير النوعي):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

التفسير:
- كلا من S280GD وS350GD مصممان بمعادلات كربون منخفضة نسبيًا مقارنة بالفولاذات المبردة والمُلطّفة؛ تساعد المعالجة الحرارية الميكانيكية والسبائك الدقيقة على إبقاء قابلية التصلب معتدلة مما يدعم القابلية للّحام.
- قد تحمل S350GD قيمة CE أو Pcm أعلى قليلًا بسبب السبائك الدقيقة والمنغنيز الأعلى المستخدم لتحقيق القوة؛ ومع ذلك، وبما أن التقوية تأتي من الترسيبات الدقيقة وتنقية الحبيبات بدلاً من زيادة الكربون، تظل القابلية للّحام مقبولة للعمليات الشائعة (MIG/MAG، SAW، اللحام بالمقاومة) مع استخدام التدفئة المسبقة، وتدابير التبريد بين مرور وآخر، والمواد الاستهلاكية الموصى بها.
- يضيف الطلاء المجلفن اعتبارات لحام إضافية (بخار الزنك، المسامية، الأدخنة). الممارسة القياسية: إزالة الطلاء موضعيًا للحامات التماسية عند الضرورة، التحكم في معايير اللحام، وضمان التهوية الكافية.

إرشادات عملية: - يُنصح دائمًا بالاطلاع على شهادة المطحنة لتقديرات CE/Pcm وإجراء تأهيل الإجراءات (WPS/PQR) للهياكل الملحومة الحرجة. - يجب تطبيق مدخل حراري أقل أو التحكم في درجات حرارة التمرير بين الطبقات عند الضرورة لتجنب صلادة منطقة التأثير الحراري (HAZ) الزائدة أو فقدان المتانة.

6. التآكل والحماية السطحية

• كلتا الدرجتين ليستا مقاومتين للصدأ؛ حيث يتم توفير مقاومة التآكل من خلال طلاء الزنك (عادة بالغطس الساخن) بدلاً من السبائكية.
• استراتيجيات الحماية النموذجية:
• الغطس الساخن بالزنك: الحماية الأساسية من التآكل لدرجتي S280GD و S350GD في البيئات الجوية.
• الطلاءات التكميلية: يمكن للبرايمرات والدهانات أو الطلاءات البوليمرية العلوية تمديد عمر الخدمة في البيئات العدائية.
• التصميم الميكانيكي: يجب السماح بتصريف السوائل وتجنب التصدعات حيث تتسارع تلف الطبقة الواقية.

صيغة PREN (رقم مقاومة الحفر) ذات الصلة بالفولاذ المقاوم للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - لا ينطبق PREN على درجات S280GD و S350GD لأنها ليست مقاومة للصدأ وتعتمد على الحماية بالتضحية بطبقة الزنك بدلاً من مقاومة التآكل الفولاذية.

7. التصنيع، وقابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• التشكيل والثني:
• تتميز S280GD عادةً بقابلية تشكيل باردة أفضل ويمكنها تحمل أنصاف أقطار ثني أصغر وعمليات ختم أكثر عدوانية لنفس السماكة.
• بينما S350GD، لكونها أقوى، ستتطلب أنصاف أقطار ثني أكبر أو تعويضًا إضافيًا للارتداد المرن وقد تحتاج لأدوات محسنة لتجنب التشقق.
• القطع والقص:
• كلا الدرجتين تتمتعان بقابلية قطع وقص جيدة باستخدام أدوات قياسية؛ وزيادة القوة في S350GD قد تتسبب في زيادة بسيطة في تآكل الأدوات وتتطلب تعديلات طفيفة في فتحة القطع أو توقعات عمر الأداة.
• قابلية التشغيل:
• ليست مصممة للتشغيل بسرعات عالية؛ وتعتمد أداء التشغيل بشكل رئيسي على محتوى الكربون والطلاء. يجب أخذ طبقة الزنك بعين الاعتبار في تخطيط العمليات للتعامل مع تآكل الأدوات والتحكم في الشظايا.
• التشطيب السطحي:
• الأسطح المطلية بالزنك تحد من بعض عمليات التشطيب (مثلاً الطلاء يتطلب معالجة مسبقة مناسبة). كما يجب تجنب تلف الطلاء خلال التشطيب الميكانيكي (كالفرشاة) للحفاظ على الحماية من التآكل.

8. التطبيقات النموذجية

جدول: الاستخدامات النموذجية حسب الدرجة

استخدامات S280GD النموذجية	استخدامات S350GD النموذجية
عناصر الإطار الخفيف، الملفات الهيكلية خفيفة السماكة، التكسية العامة للمباني والواجهات حيث تُطلب قابلية تشكيل عالية	مكونات هيكلية تتطلب قدرة حمل أعلى بسماكة أقل (مثل الكمرات، القطاعات الباردة الحاملة للأحمال، الإطارات الثقيلة)
أسقف، مجاري، والألواح ذات الإجهادات الأقل حيث تهم تكلفة التصنيع وسهولته	القطاعات التي تستهدف تقليل الوزن أو زيادة نسبة القوة إلى الوزن (هيئات النقل، الحاويات الثقيلة)
عناصر ديكورية ومعمارية تحتاج إلى سهولة في الثني والتشكيل	مكونات تتعرض لإجهادات تصميمية أعلى أو حيث يُفضل استخدام مقاطع أصغر لتحميل مماثل

منطق الاختيار: - اختر S280GD عندما تكون تعقيدات التشكيل، أنصاف أقطار الثني الصغيرة، أو انخفاض تكلفة المادة أولوية، ويمكن تحقيق القوة المطلوبة بالقوة القصوى المنخفضة. - اختر S350GD عندما تتطلب المتطلبات الهيكلية قوة انسياب أعلى، أو عند وجود ميزة في تقليل سماكة العناصر أو الوزن، أو عندما تسمح الكودات التصميمية باستخدام القوة الأعلى لتحسين المقاطع.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: عادةً ما تكون S350GD أغلى من S280GD بسبب ضوابط التصنيع الأعلى، والإضافات الميكروسبائكية، ومتطلبات التأهيل؛ إلا أن استخدام S350GD بسماكة أقل يمكن أن يعادل تكلفة المادة لكل عنصر وتكلفة النظام الكلية.
• التوافر: كلا الدرجتين متوفرتان على نطاق واسع بسماكات صفائح ولفائف شائعة من الموردين الرئيسيين؛ وتستند مهل التسليم إلى وزن الطلاء، الصلابة والسماكة. المجموعات المتخصصة (طلاءات ثقيلة جدًا، صلابة غير معتادة) قد تتطلب وقتًا أطول.

10. الملخص والتوصيات

جدول: مقارنة سريعة

الخاصية	S280GD	S350GD
قابلية اللحام	جيدة جدًا (CE منخفض)	جيدة (CE أعلى قليلًا في بعض الأنواع)
توازن القوة والمتانة	قوة متوسطة مع لدونة أعلى	قوة أعلى مع تقليل بسيط في اللدونة لسماكة مماثلة
التكلفة (المادة)	أقل لكل وحدة مساحة	أعلى لكل وحدة مساحة لكن قد تكون تكلفة النظام أقل عند تقليل السماكة

اختر S280GD إذا: - يتطلب التصميم قابلية تشكيل باردة أفضل، أنصاف أقطار ثني أصغر، أو عمليات ختم أبسط. - كانت أولوية انخفاض تكلفة المادة لكل وحدة مساحة وقابلية اللحام الجيدة. - يمكن أن تلبي الحمولات الهيكلية القوة الانسيابية الأقل دون زيادة سماكة المقطع.

اختر S350GD إذا: - كنت بحاجة إلى قوة انسياب مضمونة أعلى لتقليل سماكة المقطع أو وزن العنصر، أو لزيادة قدرة التحميل. - يستفيد التصميم من نسبة قوة إلى وزن أفضل ويمكن التكيف مع تقليل بسيط في قابلية التشكيل. - تقبل زيادة طفيفة في تكلفة المادة مقابل استخدام مقاطع أصغر أو تحسين الأداء الهيكلي.

ملاحظة نهائية: تحقق دائمًا من القيم الكيميائية والميكانيكية الدقيقة في شهادة اختبار المطحنة لللفة أو الصفيحة الموردة، وأجرِ الفحوص التصميمية اللازمة لقابلية التشكيل وإجراءات اللحام، وضع في اعتبارك التكلفة الكلية لدورة الحياة (المادة، التصنيع، والطلاء الوقائي) عند اختيار بين S280GD و S350GD.