SPCC مقابل SPCF – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
SPCC و SPCF هما تسميتان شائعتان للفولاذ الكربوني المدلفن على البارد التي يتم مواجهتها في سلاسل الإمداد المعتمدة على معايير JIS (المعايير الصناعية اليابانية) وفي الشراء العالمي حيث يتم استخدام درجات JIS كمرجع. غالبًا ما يختار المهندسون ومديرو الشراء ومخططو التصنيع بينهما لمكونات الصفائح المعدنية حيث تكون عملية التشكيل، واللحام، وتشطيب السطح، والتكلفة متوازنة بشكل حاسم. تشمل سياقات القرار النموذجية الاختيار بين الفولاذ المدلفن على البارد العام منخفض التكلفة مقابل نوع مُحسّن لتحسين القابلية للتشكيل في السحب العميق أو الانحناء ذو نصف القطر الضيق.
التمييز الرئيسي بين هذين الدرجتين يكمن في التركيز على العملية والخصائص: SPCC هو درجة فولاذ كربوني مدلفن على البارد تجارية عامة مُحسّنة من أجل الاقتصاد وتشطيب سطح مستقر، بينما SPCF هو نوع مدلفن على البارد مصمم لتقديم قابلية تشكيل وأداء محسّن. نظرًا لاستخدام كلاهما في أجزاء الصفائح والشريط، يقارن المصممون عادةً بينهما من حيث التركيب، والميكروهيكل، والسلوك الميكانيكي، والقابلية للتشكيل، واحتياجات التصنيع اللاحقة.
1. المعايير والتسميات
- المعايير الرئيسية والسياقات التي تظهر فيها هذه الدرجات:
- JIS (المعايير الصناعية اليابانية): يتم الإشارة عادةً إلى SPCC و SPCF في معايير JIS التي تغطي صفائح وشريط الفولاذ الكربوني المدلفن على البارد (على سبيل المثال، عائلة JIS G3141).
- ISO والفهارس الإقليمية أحيانًا تسرد درجات تجارية مكافئة أو قريبة من المكافئة.
- ASTM/ASME: لا يوجد نظير مباشر واحد لواحد في ASTM؛ يشير المهندسون إلى المكافئات الوظيفية (الفولاذ المدلفن على البارد) بدلاً من المطابقات الحرفية الدقيقة.
- EN و GB: توجد درجات تجارية مدلفنة على البارد أو درجات سحب عميق مماثلة (على سبيل المثال، سلسلة EN 10130 للفولاذ منخفض الكربون المدلفن على البارد)، لكن التعيين يتطلب الانتباه إلى المتطلبات الميكانيكية والتشكيلية بدلاً من الأسماء فقط.
التصنيف: كل من SPCC و SPCF هما فولاذان كربونيان مدلفنان على البارد (ليس فولاذ مقاوم للصدأ، ليس فولاذ HSLA، ليس فولاذ أدوات). SPCF هو نوع ضمن عائلة الفولاذ الكربوني المدلفن على البارد الذي يركز على القابلية للتشكيل.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
| عنصر | SPCC (مستوى نموذجي) | SPCF (مستوى نموذجي) |
|---|---|---|
| C (الكربون) | منخفض (مراقب من أجل تقليل البرد وجودة السطح) | منخفض جدًا إلى منخفض (يميل نحو كربون أقل لتعزيز القابلية للتشكيل) |
| Mn (المنغنيز) | منخفض إلى معتدل (مراقبة إزالة الأكسدة والقوة) | منخفض إلى معتدل (دور مشابه؛ أحيانًا أقل قليلاً) |
| Si (السيليكون) | منخفض (مزيل أكسدة) | منخفض (مماثل) |
| P (الفوسفور) | منخفض تحت السيطرة (حد الشوائب) | منخفض تحت السيطرة (مماثل) |
| S (الكبريت) | منخفض تحت السيطرة؛ قد يكون أعلى قليلاً في الأنواع ذات القطع الحر | منخفض تحت السيطرة (SPCF يفضل كميات منخفضة من الكبريت لتجنب الهشاشة في السحب) |
| Cr, Ni, Mo (السبائك) | عادةً لا تُضاف عمدًا (فقط آثار) | عادةً لا تُضاف عمدًا (فقط آثار) |
| V, Nb, Ti (السبائك الدقيقة) | عادةً غائبة في SPCC المدلفن على البارد التجاري | عادةً غائبة؛ يعتمد SPCF على التحكم في العملية بدلاً من السبائك الدقيقة |
| B, N | تحكم في الآثار (N تحت السيطرة من أجل سلامة السطح) | تحكم في الآثار (N تحت السيطرة لتعزيز القابلية للتشكيل) |
ملاحظات: - هذه الإدخالات هي أوصاف نوعية بدلاً من كيمياء عددية وصفية. كلا الدرجتين هما فولاذان كربونيان مدلفنان على البارد مع كيمياء بسيطة عمدًا لتمكين سلوك تقليل البرد والتسخين المتكرر المتوقع. - السبائك ضئيلة عن عمد: يتم التحكم في القوة بشكل أساسي من خلال حجم حبيبات الفريت والعمل البارد بدلاً من إضافات السبائك. يتم معالجة أنواع SPCF وتخميرها لتفضيل القابلية للتشكيل والاستطالة المتجانسة بدلاً من زيادة القوة عبر السبائك.
كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - الكربون: المحدد الرئيسي للقوة والقدرة على التصلب؛ يزيد الكربون الأعلى من القوة الشد ولكن يقلل من القابلية للتشكيل واللحام. يفضل الكربون المنخفض القابلية للتشكيل والتشكيل. - المنغنيز والسيليكون: يعملان كمزيلات أكسدة ويساهمان بشكل معتدل في القوة؛ يمكن أن يقلل المنغنيز المفرط من القابلية للتشكيل. - عناصر السبائك الدقيقة (V, Nb) - عندما تكون موجودة في عائلات فولاذية أخرى - ترفع القوة عبر تصلب الترسيب؛ يتم تجنبها عمومًا في الدرجات المدلفنة على البارد التجارية المخصصة للقابلية العالية للتشكيل. - يتم التحكم في الكبريت والفوسفور كشوائب؛ يمكن أن يحسن الكبريت المرتفع من قابلية التشغيل ولكنه يؤذي القابلية للتشكيل وجودة السطح.
3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية
الميكروهياكل النموذجية: - SPCC: فريت مدلفن على البارد ومخمّر مع حجم صغير من البيرلايت أو كربيدات الطور المتداخل اعتمادًا على محتوى الكربون والمعالجة. تهدف مسار المعالجة القياسي إلى الحصول على ميكروهيكل فريتي متبلور مع حجم حبيبات متجانس لتحقيق توازن بين القوة وتشطيب السطح. - SPCF: أيضًا مصفوفة فريتية متبلورة، ولكن دورات التخمير ومحتوى الكربون المنخفض تنتج ميكروهيكل مع عدد أقل من الجسيمات الصلبة من المرحلة الثانية وأكثر تجانسًا، مما يعزز القابلية للتشكيل والتمدد.
تأثير المعالجة الحرارية والمعالجة: - التخمير الكامل (تخمير تجاري ناعم) يقلل من الضغوط المتبقية ويستعيد القابلية للتشكيل بعد تقليل البرد. غالبًا ما تخضع أنواع SPCF لبروتوكولات تخمير مُحسّنة لتحقيق استطالة كلية أعلى و r-value أكثر تجانسًا (نسبة إجهاد البلاستيك) للسحب العميق. - التعديل ليس شائعًا للصفائح التجارية المدلفنة على البارد؛ بدلاً من ذلك، تحدد المعالجة الحرارية المُراقبة (درجة الحرارة، الوقت، معدل التبريد) وتقليل الدرفلة الباردة السلوك الميكانيكي النهائي. - التبريد والتخمير غير قابلين للتطبيق على هذه الدرجات المدلفنة على البارد ذات السبائك المنخفضة - فهي ليست مصممة للقدرة على التصلب أو التعزيز القابل للمعالجة الحرارية.
طرق حرارية ميكانيكية (للفولاذات عالية الأداء) هي في الغالب خارج نطاق درجات SPCC/SPCF العادية؛ يتم ضبط أدائها بشكل أساسي من خلال تقليل الدرفلة الباردة، والتخمير، ومعالجة السطح.
4. الخصائص الميكانيكية
| خاصية | SPCC (سلوك نموذجي) | SPCF (سلوك نموذجي) |
|---|---|---|
| قوة الشد | معتدلة - مناسبة للاستخدام العام في الصفائح الهيكلية | معتدلة - مشابهة لـ SPCC أو أقل قليلاً بسبب انخفاض الكربون |
| قوة العائد | منخفضة معتدلة - تعتمد على مستوى العمل البارد | منخفضة معتدلة - غالبًا ما تكون مشابهة أو أقل قليلاً لتفضيل القابلية للتشكيل |
| الاستطالة (%) | مقبولة للتطبيقات التجارية؛ كافية للعديد من الانحناءات | استطالة أعلى واستطالة متجانسة؛ أداء محسّن في التمدد والسحب العميق |
| صلابة التأثير | كافية في درجة حرارة الغرفة؛ ليست مُحسّنة للصلابة في درجات الحرارة المنخفضة | مماثلة أو محسّنة قليلاً بسبب انخفاض الكربون وعدد أقل من الجسيمات الصلبة |
| الصلابة | منخفضة إلى معتدلة (سطح مخمر ناعم) | عادةً مماثلة أو أقل قليلاً تعكس قابلية أعلى للتشكيل |
التفسير: - تم تصميم SPCF لتوفير قابلية تشكيل أكبر من SPCC من خلال التحكم في التركيب (كربون أقل قليلاً والتحكم في الشوائب) وممارسة التخمير. مستويات القوة متشابهة بشكل عام، لكن SPCF يتداول كمية صغيرة من القوة من أجل زيادة الاستطالة وتحسين توزيع الإجهاد البلاستيكي أثناء التشكيل. - الفروق في الصلابة في الظروف المحيطة طفيفة؛ ومع ذلك، فإن الميل المنخفض لـ SPCF للميزات الهشة المحلية أثناء التشكيل يحسن الأداء في عمليات التشكيل المعقدة.
5. قابلية اللحام
تشمل الاعتبارات الرئيسية لقابلية اللحام للفولاذ الكربوني المدلفن على البارد محتوى الكربون، والمعادل الكربوني (القدرة على التصلب)، ووجود الضغوط المتبقية أو الطلاءات.
تعبيرات تجريبية مفيدة (تفسير نوعي): - المعادل الكربوني (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm الدولي (ساكاي): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي: - عادةً ما يكون لكل من SPCC و SPCF معادلات كربونية منخفضة لأن السبائك ضئيلة. تشير القيم المنخفضة لـ $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ إلى قابلية لحام ملائمة مع خطر منخفض من التشقق البارد ومتطلبات تسخين مسبق ضئيلة للسمك القياسي. - يعني الكربون المنخفض قليلاً في SPCF والحد الأدنى من المراحل الصلبة الثانية عمومًا قابلية لحام متساوية أو أفضل قليلاً من SPCC عندما تكون معلمات اللحام قابلة للمقارنة. - تشمل المخاوف العملية في اللحام حالة السطح (الزيوت، الطلاءات)، الضغوط المتبقية من التشكيل، والحاجة إلى علاجات ما بعد اللحام. تتطلب الصفائح المجلفنة أو المطلية الانتباه إلى تبخر الزنك وتحضير الوصلات.
6. التآكل وحماية السطح
- لا SPCC ولا SPCF مقاومان للصدأ؛ كلاهما يعتمد على معالجة السطح والطلاءات لحماية من التآكل في البيئات المكشوفة.
- استراتيجيات الحماية الشائعة:
- التجليف الساخن (أو الصفائح المجلفنة مسبقًا) لمقاومة التآكل الجوي.
- التغطية الكهربائية، أو الطلاءات الكيميائية، أو الطلاءات العضوية (الدهانات، البرايمرات) للتطبيقات المعمارية أو الأجهزة.
- الزيت أو التمرير المؤقت للتخزين والتشكيل لتجنب الصدأ السريع.
- PREN (رقم مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ، ولكن من أجل الاكتمال: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ هذا المؤشر ينطبق على الفولاذ المقاوم للصدأ وليس له معنى بالنسبة للدرجات المدلفنة على البارد الكربونية العادية، التي تفتقر إلى كميات كبيرة من Cr أو Mo.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، والقابلية للتشكيل
- التشكيل: يتميز SPCF بتحسين القابلية للتشكيل - الاستطالة المتجانسة الأعلى و r-values الأفضل في العديد من مجموعات بيانات الموردين تجعله مفضلًا للسحب العميق، والتشكيل المعقد، ونصف قطر الانحناء الضيق. SPCC كافٍ للانحناءات العامة والسحب الضحل.
- القطع والتشذيب: كلا الدرجتين يمكن تشغيلهما وقصهما بشكل مشابه؛ يمكن أن يقلل الكربون المنخفض في SPCF من تآكل الأدوات قليلاً في بعض العمليات.
- قابلية التشغيل: ليست اعتبارًا تصميميًا أساسيًا للفولاذ الصفائحي؛ الفروق في قابلية التشغيل متواضعة. الأنواع ذات القطع الحر (مع إضافة S أو Se) هي درجات مختلفة وليست نموذجية لـ SPCC/SPCF.
- تشطيب السطح والتشطيب: يتم إنتاج كلا الدرجتين بأسطح مدلفنة على البارد بجودة تجارية؛ يجب تحديد المظهر النهائي (مخمّر لامع، أو مُمرر، أو مُعدل) للأجزاء المرئية.
8. التطبيقات النموذجية
| SPCC (الاستخدامات) | SPCF (الاستخدامات) |
|---|---|
| لوحات الأجهزة، الأثاث، وأجزاء عامة مُشكلة على البارد حيث تهم التكلفة وتشطيب السطح | مكونات مُشكلة عميق، لوحات داخلية معقدة للسيارات، أحواض مطبخ، وأجزاء تتطلب قابلية تمدد عالية |
| مكونات هيكلية خفيفة، حوامل، وأغلفة | أجزاء مطبوعة عالية القابلية للتشكيل، هياكل معقدة، وأجزاء ذات نصف قطر ضيق |
| خامات لف الطلاء والتغطية الكهربائية | خامات لف مخصصة لعمليات تشكيل شديدة قبل الطلاء |
مبررات الاختيار: - اختر SPCC حيث يكفي الاقتصاد، وجودة السطح المتسقة، والقدرة الأساسية على التشكيل البارد. - اختر SPCF حيث تكون القابلية للتشكيل الأعلى، وتقليل الارتداد في السحب، وتحسين تمدد الحواف مطلوبة لتجنب التشقق في السحب العميق أو المعقد.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة النسبية: عادةً ما يكون SPCC هو الخيار الأقل تكلفة، والغرض العام لأنه هو الدرجة التجارية الأساسية المدلفنة على البارد التي يتم إنتاجها بكميات كبيرة. SPCF يتطلب علاوة متواضعة عند تحديده بسبب التحكم الأكثر صرامة في العملية ودورات التخمير الموجهة نحو القابلية للتشكيل.
- التوافر وشكل المنتج: كلاهما متاح على نطاق واسع كلفائف وصفائح مدلفنة على البارد من مصانع رئيسية في الأسواق التي تدعم إنتاج درجات JIS. يعتمد التوافر على محافظ المصانع الإقليمية؛ يجب على فرق الشراء تأكيد أوقات التسليم لـ SPCF إذا كانت الدرجة تُنتج بشكل أقل تكرارًا من SPCC.
10. الملخص والتوصية
| المعيار | SPCC | SPCF |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة (معادل كربوني منخفض) | جيدة إلى أفضل قليلاً (كربون أقل، عدد أقل من الجسيمات الصلبة) |
| توازن القوة والصلابة | قوة معتدلة، صلابة كافية | قوة مشابهة، قابلية تشكيل محسّنة وصلابة أثناء التشكيل |
| التكلفة | أقل (درجة تجارية عامة) | أعلى قليلاً (محسّنة للقابلية للتشكيل) |
التوصية: - اختر SPCC إذا كنت بحاجة إلى فولاذ مدلفن على البارد تجاري فعال من حيث التكلفة للألواح، والأغلفة، والأجزاء ذات متطلبات التشكيل القياسية حيث لا يتطلب السحب العميق أو التمدد الشديد. - اختر SPCF إذا كان تصميمك يتطلب قابلية تشكيل محسّنة - على سبيل المثال، مكونات مُشكلة عميق، تشكيل معقد مع إجهادات حادة على الحواف، أو تطبيقات حيث يكون تجنب التمدد والتشقق أثناء التشكيل أمرًا حاسمًا.
ملاحظة ختامية: عند تحديد الاختيار بين SPCC و SPCF، راجع شهادات الموردين واطلب تقارير اختبار المصنع التي توثق دورات التخمير، ومقاييس الاستطالة (الاستطالة الكلية والمتجانسة)، و r-value إذا كانت متاحة، وحالة السطح. بالنسبة للتجمعات الملحومة والأجزاء المطلية، قم بتنسيق اختيار المواد مع عمليات التشكيل، واللحام، والطلاء لضمان أن الدرجة المختارة تلبي جميع الأهداف الوظيفية والتكلفة.