SPHD مقابل SPHE – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

SPHD و SPHE هما درجتان شائعتان من الفولاذ الهيكلي المدرفل على الساخن المستخدم في الهندسة العامة، والمكونات الفرعية للسيارات، والمكونات المشكّلة على البارد. غالبًا ما يوازن المهندسون وفرق الشراء بين التكاليف، وقابلية التشكيل، وقابلية اللحام، والقوة عند الاختيار بينهما. تشمل سياقات القرار النموذجية تحديد الصفائح أو الشرائط للثني البارد والضغط، واختيار الألواح للهياكل الملحومة، أو اختيار المواد للأجزاء التي تتطلب معالجة سطحية لاحقة.

يكمن الاختلاف العملي الرئيسي بين SPHD و SPHE في سلوك التشكيل على البارد: يتم التحكم في درجة واحدة عادةً لتوفير مقاومة متفوقة للتشقق وأداء أفضل في الثني البارد/الحواف، بينما يتم إنتاج الأخرى مع أهداف عملية مختلفة قليلاً (عائد/قوة وخصائص سطحية) قد تفضل تحميل الهيكل أو تقليل التكلفة. نظرًا لأن كلاهما فولاذ منخفض الكربون يستخدم في أشكال إمداد مماثلة، فإنه يتم مقارنتهما عادةً حيث تكون جودة التشكيل مقابل الأداء الميكانيكي مهمة.

1. المعايير والتسميات

• JIS (اليابان): تظهر SPHD و SPHE في معايير JIS للفولاذ المدرفل على الساخن (تطبيقات هيكلية/شكل عامة).
• EN/الأوروبية: لا يوجد اسم أوروبي مباشر واحد؛ الفولاذات القابلة للمقارنة تقع تحت فئات المنتجات EN 10025/EN 10111 للفولاذات الهيكلية غير السبائكية أو تحت EN 10111 للفولاذات المدرفلة على البارد حسب المعالجة.
• ASTM/ASME: التسميات المعادلة المباشرة ليست معيارية في ASTM؛ تغطي ASTM A1011/A1018 فئات شرائح/صفائح الفولاذ التجارية المماثلة للمنتجات المدرفلة على الساخن والمدرفلة على البارد.
• GB (الصين): تسرد معايير GB الفولاذات المدرفلة على الساخن التجارية مع تسميات مختلفة؛ تتطلب المعادلة المباشرة مقارنة كيميائية وميكانيكية.

التصنيف: كل من SPHD و SPHE هما فولاذان كربونيان عاديان (منخفضا السبائك، غير مقاومين للصدأ) يستخدمان بشكل أساسي كفولاذات كربونية/هيكلية بدلاً من سبائك، أو أدوات، أو فولاذ مقاوم للصدأ، أو فئات HSLA. وهما مخصصان للتشكيل والتصنيع العام بدلاً من التطبيقات الحرارية العالية أو الحساسة للتآكل.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

ملاحظة: تعتمد الحدود الدقيقة على المعيار الصادر وشكل المنتج. تركز الممارسات التجارية النموذجية للفولاذ المدرفل على الساخن منخفض الكربون على كربون منخفض جدًا، ومانغنيز معتدل للقوة، وتحكم صارم في الفوسفور/الكبريت لقابلية التشكيل.

عنصر	النطاق النموذجي أو الدور (SPHD / SPHE)
C (الكربون)	كربون منخفض جدًا للحفاظ على قابلية التشكيل؛ عادةً ما يتم التحكم فيه إلى حد أقصى منخفض (كلا الدرجتين منخفضتان في الكربون).
Mn (المنغنيز)	مانغنيز معتدل للقوة وإزالة الأكسدة؛ قد تحتوي SPHE على مانغنيز أعلى قليلاً أو يتم التحكم فيه بشكل أكثر دقة لخصائص متسقة.
Si (السيليكون)	إضافة صغيرة كعامل إزالة الأكسدة؛ مستويات ضئيلة نموذجية.
P (الفوسفور)	يتم التحكم فيه إلى حدود منخفضة لتجنب الهشاشة وسوء قابلية التشكيل.
S (الكبريت)	يتم الحفاظ عليه منخفضًا؛ أحيانًا يتم تحديده بشكل أكبر لتحسين الثني وجودة السطح.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	غالبًا ما تكون غائبة أو بمستويات ضئيلة في كلا الدرجتين؛ إذا كانت موجودة، فإن السبائك الدقيقة تكون ضئيلة.
N (النيتروجين)	مستويات منخفضة؛ ليست عنصر سبيكة تصميمي لهذه الدرجات.

كيف تؤثر السبائك على السلوك: - يزيد الكربون من القوة وقابلية التصلب ولكنه يقلل من اللدونة وأداء التشكيل على البارد. تحافظ كلا الدرجتين على كربون منخفض لتفضيل الثني والسحب. - يزيد المنغنيز من القوة الشد ويساهم في قابلية التصلب؛ يزيد المنغنيز الأعلى من القوة ولكن يمكن أن يقلل من قابلية التشكيل إذا كان مفرطًا. - يمكن أن تؤدي الإضافات الدقيقة جدًا من السبائك (Ti، Nb، V) إلى تحسين حجم الحبيبات وزيادة القوة مع الحد الأدنى من عقوبة اللدونة إذا تم تطبيقها حراريًا ميكانيكيًا، ولكن SPHD/SPHE عمومًا هي منتجات كربونية عادية، لذا فإن السبائك الدقيقة ليست نموذجية.

استشر ورقة المعيار ذات الصلة للحصول على حدود التركيب المعتمدة؛ قد تنشر الشركات المصنعة كيمياء اسمية دقيقة لكل دفعة من الملف أو اللوح.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

الميكروهيكل النموذجي: - كلا من SPHD و SPHE، بعد الدرفلة الساخنة التقليدية والتبريد في الهواء، تظهر هياكل ميكروية من الفريت–البرلايت النموذجية للفولاذات منخفضة الكربون: مصفوفة فريتية مع مستعمرات برلايت معزولة. يعتمد حجم الحبيبات والتجميع على جدول الدرفلة ومعدل التبريد.

آثار المعالجة: - التطبيع: ينتج فريت/برلايت أدق وأكثر تجانسًا ويمكن أن يزيد قليلاً من القوة والصلابة؛ لا يتم تطبيقه عادةً على الصفائح المدرفلة على الساخن التجارية ما لم تكن هناك متطلبات محددة. - التبريد والتلطيف: غير قابل للتطبيق كمسار قياسي لهذه الدرجات؛ فهي ليست مصممة للتصلب من خلال التبريد/التلطيف. - التحكم الحراري الميكانيكي (الدرفلة المتحكم بها): إذا تم تطبيقه (أكثر شيوعًا في HSLA)، فإنه ينقي حجم الحبيبات ويمكن أن يزيد القوة مع الاحتفاظ باللدونة. بالنسبة لـ SPHE، يمكن أن يؤدي التحكم الأكثر دقة في العملية أثناء الدرفلة والتبريد إلى الحصول على هيكل ميكروي أكثر تجانسًا وأداءً أفضل في التشكيل على البارد مقارنةً بالممارسات المدرفلة على الساخن الأكثر أساسية.

الآثار المترتبة على التشكيل: - الفريت الأكثر دقة وتجانسًا مع نسبة برلايت أقل عمومًا يحسن أداء الثني على البارد ويقلل من خطر التشقق في الحواف. غالبًا ما تستهدف الشركات المصنعة التي تنتج SPHE التحكم في العملية الذي ينتج مثل هذا الهيكل الميكروي المواتي لتطبيقات التشكيل.

4. الخصائص الميكانيكية

القيم المضمونة الدقيقة محددة في المعايير ومواصفات المشترين. يتم تلخيص الاتجاهات المقارنة النموذجية أدناه.

الخاصية	SPHD (نموذجي)	SPHE (نموذجي)	تعليق
قوة الشد (Rm)	متوسطة (مناسبة للصفائح الهيكلية)	متوسطة إلى أعلى قليلاً أو مشابهة في التحكم	غالبًا ما تتم معالجة SPHE للحصول على قيم شد متسقة مع تسامحات أضيق.
قوة العائد (Rp0.2)	متوسطة	متوسطة؛ قد تكون أقل قليلاً لتفضيل قابلية التشكيل في بعض خطوط المنتجات	قد تتحكم الشركات المصنعة في العائد لأي من الدرجتين حسب الاستخدام المقصود للتشكيل.
التمدد (%)	جيد	عادةً ما يكون متساويًا أو أفضل (تمدد أعلى ممكن)	غالبًا ما يتم تحديد SPHE حيث تكون هناك حاجة إلى تمدد أعلى/قابلية تشكيل على البارد.
صلابة التأثير	نموذجية للفولاذات منخفضة الكربون من الفريت–البرلايت	قابلة للمقارنة؛ يمكن تحسينها من خلال الدرفلة المتحكم بها	ليست مميزة رئيسية عند درجات حرارة الغرفة ما لم يتم تحديدها.
الصلابة	منخفضة–متوسطة	منخفضة–متوسطة	كلاهما ناعم مقارنةً بفولاذات HSLA أو السبائك.

أيها أقوى/أكثر صلابة/لدونة: - لا تهدف أي من الدرجتين إلى أن تكون فولاذًا عالي القوة؛ الاختلافات دقيقة. غالبًا ما يتم إنتاج SPHE مع ظروف عملية تعطي الأولوية لللدونة والتمدد المتسق للتشكيل على البارد، لذا فإنه عادةً ما يؤدي أداءً أفضل في عمليات الثني/التشكيل الصعبة. يمكن تحديد SPHD حيث تكون الأداء الهيكلي القياسي والتكلفة أولوية.

5. قابلية اللحام

كلا الدرجتين قابلتان للحام بسهولة باستخدام عمليات الانصهار التقليدية؛ إن محتواهما المنخفض من الكربون والسبائك المحدودة يجعل متطلبات التسخين المسبق/ما بعد التسخين ضئيلة في السماكات النموذجية.

مؤشرات قابلية اللحام المفيدة: - المعادل الكربوني (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير: - تشير القيم المنخفضة لـ $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ إلى قابلية لحام جيدة وانخفاض خطر التشقق البارد المدعوم بالهيدروجين. عادةً ما تعطي كل من SPHD و SPHE قيمًا منخفضة لهذه المؤشرات بسبب انخفاض محتوى الكربون والسبائك. - الاختلافات في قابلية اللحام بين SPHD و SPHE طفيفة؛ ومع ذلك، يمكن أن تؤثر التباينات في الكبريت والمواد المتبقية، ونظافة الفولاذ، وحالة السطح على جودة اللحام وتتطلب الانتباه إلى المواد الاستهلاكية ومعلمات اللحام. - إذا كانت هناك مخاوف بشأن التشقق في الحواف أثناء التشكيل على البارد، فإن اختيار الدرجة ذات قابلية التشكيل على البارد المتفوقة (عادةً SPHE) يمكن أن يقلل من الحاجة إلى تعديلات التشكيل قبل أو بعد اللحام.

6. التآكل وحماية السطح

• كلا من SPHD و SPHE هما فولاذان كربونيان غير مقاومين للصدأ ويتطلبان حماية سطحية في البيئات التآكلية.
• طرق الحماية النموذجية: الغلفنة بالغمر الساخن، الغلفنة الكهربائية، طلاءات لاملا الزنك، طلاءات الزنك/الرقائق، الطلاء مع معالجة مسبقة مناسبة، أو طلاءات مقاومة للتآكل حسب التعرض.
• PREN (رقم مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق لأن هذه فولاذات غير مقاومة للصدأ. للمقارنة، يتم استخدام PREN فقط للسبائك المقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

ملاحظة اختيار: - للخدمة الخارجية أو التآكلية، حدد نظام معالجة السطح والطلاء؛ لا يوفر اختيار الفولاذ الأساسي بين SPHD و SPHE اختلافات جوهرية في مقاومة التآكل.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع والتشغيل: كلا الدرجتين تعملان بشكل مشابه للفولاذات الكربونية العادية. تؤدي الصلابة المنخفضة إلى تحسين عمر الأداة وقابلية التشغيل. يجب تخصيص التزييت ومعلمات القطع حسب تعقيد الجزء والتسامحات.
• الثني/التشكيل على البارد: هنا تظهر الاختلافات العملية. غالبًا ما يتم تقديم SPHE مع تحكم أكثر دقة في الكيمياء والمعالجة لتحسين قابلية الثني، وتقليل تباين الارتداد، وتقليل التشقق في الحواف في الزوايا الضيقة. تؤدي SPHD أداءً جيدًا في الثني العام ولكن قد تظهر مقاومة أقل قليلاً للتشقق في الحواف عند التشكيل إلى زوايا صغيرة.
• السحب العميق/الضغط: غالبًا ما يتم تحديد SPHE للسحب العميق وعمليات تقليل السماكة الشديدة بسبب التمدد المضمون الأعلى وثبات قابلية التشكيل.
• تشطيب السطح: عادةً ما تحتوي درجات SPHE المخصصة للتشكيل على ضوابط أكثر صرامة لحالة السطح لتجنب تلف الأدوات ورفض الأجزاء.

نصيحة عملية: - للأجزاء المضغوطة أو المكونات ذات الثني الضيق، اطلب بيانات التشكيل من المصنع واعتبر إجراء تجارب. حدد زوايا الإخراج، وتحضير الحواف، والتزييت لتحقيق أفضل النتائج.

8. التطبيقات النموذجية

SPHD — الاستخدامات النموذجية	SPHE — الاستخدامات النموذجية
صفائح هيكلية عامة وتصنيع خفيف حيث تكون قابلية التشكيل والتكلفة معيارين رئيسيين	أجزاء سيارات مشكّلة على البارد، ومكونات مصنوعة بالسحب العميق، وتطبيقات تتطلب تحسين أداء حواف الثني على البارد
لوحات هيكلية منخفضة التكلفة لعمليات التشكيل غير الحرجة	أجزاء مضغوطة ذات زوايا ضيقة أو متطلبات تمدد عالية (مثل، الأجزاء الخارجية، الحوامل)
هياكل ملحومة حيث تكون القوة القياسية كافية	مكونات تتطلب تمددًا ثابتًا وجودة سطحية لتشكيل عالي الحجم

مبررات الاختيار: - اختر SPHE عندما تكون أداء التشكيل، والتمدد المتسق، وتقليل خطر التشقق في الحواف هي المحركات الرئيسية. - اختر SPHD عندما تكون التكلفة والأداء الهيكلي العام هي الأولويات الرئيسية وشدة التشكيل معتدلة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: كلا الدرجتين متاحة تجاريًا وتتنافس في التكلفة. قد تتطلب SPHE علاوة معتدلة في بعض الأسواق عندما تطبق المصانع ضوابط عملية إضافية أو علاجات جودة السطح التي تهدف إلى تحسين أداء التشكيل.
• التوافر حسب شكل المنتج: كلاهما متوفر عادةً كملفات مدرفلة على الساخن، وصفائح، وشرائط. يعتمد التوافر على محافظ المصانع والطلب الإقليمي - غالبًا ما تدفع سلاسل إمداد السيارات كميات أكبر من المنتجات المصممة بـ SPHE.
• نصيحة الشراء: لبرامج عالية الحجم، تفاوض على جداول الدرفلة في المصنع واطلب تقارير اختبار المصنع المعتمدة (MMTRs) لتثبيت التركيب والتسامحات الميكانيكية.

10. الملخص والتوصية

السمة	SPHD	SPHE
قابلية اللحام	ممتازة (منخفض الكربون، منخفض السبائك)	ممتازة (منخفض الكربون، منخفض السبائك)
توازن القوة–الصلابة	كافية للاستخدام الهيكلي	قوة مشابهة مع عمومًا لدونة/قابلية تشكيل أفضل
التكلفة	أقل قليلاً في بعض الأسواق	علاوة طفيفة لجودة المعالجة/التشكيل المتحكم بها

التوصيات: - اختر SPHE إذا: كنت بحاجة إلى أداء تشكيل على البارد متفوق، وتمدد مضمون أعلى، وتحكم أكثر دقة في الخصائص المتعلقة بالتشكيل، أو ثني ضيق متكرر وسحب عميق. - اختر SPHD إذا: كان تطبيقك هو تصنيع هيكلي عام مع تشكيل معتدل، حيث تكون التكلفة والأداء الميكانيكي القياسي هي المعايير الرئيسية.

ملاحظة نهائية: الاختلافات بين SPHD و SPHE دقيقة وغالبًا ما تكون مرتبطة بمعالجة المصنع وتسامحات المواصفات بدلاً من كيمياء مختلفة جذريًا. دائمًا اطلب التسمية القياسية الدقيقة، وشهادات المصنع، وبيانات التشكيل/اللحام للدفعة المحددة من الملف أو اللوح لتأكيد ملاءمتها لعمليتك المقصودة.