فولاذ 300W: الخصائص والتطبيقات الرئيسية نظرة عامة
شارك
Table Of Content
Table Of Content
300 و الفولاذ (البنية الكندية)
نظرة عامة شاملة
الفولاذ 300 و هو درجة فولاذ هيكلي متوسط الكربون يستخدم بشكل رئيسي في صناعات البناء والتصنيع. يتم تصنيفه كفولاذ منخفض السبيكة، وعادة ما يحتوي على عناصر سبيكة مثل المنغنيز والفوسفور والكبريت، مما يعزز خصائصه الميكانيكية وأداءه العام. تشير التسمية "300 و" إلى حد أدنى من قوة الخضوع يبلغ 300 ميغاباسكال، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهيكلية.
تتضمن الخصائص الأكثر أهمية للفولاذ 300 و قابلية اللحام الممتازة، واللطف الجيد، ونسبة القوة إلى الوزن العالية. تجعل هذه الخصائص منه خيارًا مفضلًا للمكونات الهيكلية التي تتطلب كل من القوة والمرونة. بالإضافة إلى ذلك، يظهر الفولاذ 300 و متانة جيدة، وهو أمر ضروري للتطبيقات المعرضة للحمل الديناميكي.
المزايا والقيود
المزايا:
- قوة عالية: يسمح معدل الخضوع للفولاذ 300 و بتقليل سمك القطع في التطبيقات الهيكلية، مما يقلل الوزن الإجمالي.
- قابلية اللحام: يمكن لحام هذا الفولاذ بسهولة باستخدام طرق متنوعة، مما يجعله متعدد الاستخدامات لمشاريع البناء.
- الليونة: يمكن للمادة أن تخضع لتشوه كبير قبل الفشل، وهو أمر حاسم للسلامة في التطبيقات الهيكلية.
القيود:
- مقاومة التآكل: بينما يؤدّي بشكل كافٍ في العديد من البيئات، قد يحتاج الفولاذ 300 و إلى طلاءات واقية في البيئات شديدة التآكل.
- حساسية درجة الحرارة: يمكن أن تتدهور خصائصه الميكانيكية عند درجات حرارة مرتفعة، مما يقتصر على استخدامه في التطبيقات عالية الحرارة.
في السوق، يستخدم الفولاذ 300 و بشكل شائع في كندا ويُعترف به لأهميته التاريخية في تطوير الهندسة الهيكلية الحديثة. يؤكد استخدامه على نطاق واسع في الجسور والمباني وغيرها من مشاريع البنية التحتية موثوقيته وأدائه.
أسماء بديلة، معايير، ومعادلات
| المنظمة القياسية | التسمية/الدرجة | البلد/المنطقة الأصلية | ملاحظات/تعليقات |
|---|---|---|---|
| ASTM | A992 | الولايات المتحدة الأمريكية | المعادلة الأقرب للتطبيقات الهيكلية |
| ASTM | A572 درجة 50 | الولايات المتحدة الأمريكية | خصائص مشابهة، ولكن قوة خضوع مختلفة |
| EN | S355 | أوروبا | درجة قابلة للمقارنة مع اختلافات تركيبية طفيفة |
| JIS | SM490 | اليابان | خصائص ميكانيكية مشابهة، ولكن معايير مختلفة |
| ISO | 300 و | كندا | التسمية المباشرة للفولاذ الهيكلي الكندي |
تسلط الجدول أعلاه الضوء على معايير ودرجات معادلة مختلفة لفولاذ 300 و. من الجدير بالذكر أنه بينما غالبًا ما تعتبر ASTM A992 وA572 درجة 50 معادلة، قد تختلف في قوة الخضوع والخصائص الكيميائية، مما يمكن أن يؤثر على الاختيار بناءً على المتطلبات الهندسية المحددة.
الخصائص الرئيسية
تركيب كيميائي
| عنصر (الرمز والاسم) | نطاق النسبة المئوية (%) |
|---|---|
| C (الكربون) | 0.18 - 0.23 |
| Mn (المنغنيز) | 0.60 - 0.90 |
| P (الفوسفور) | ≤ 0.04 |
| S (الكبريت) | ≤ 0.04 |
| Si (السيليكون) | 0.15 - 0.40 |
تلعب العناصر الرئيسية المضافة في الفولاذ 300 و أدوارًا حاسمة في تحديد خصائصه. يعزز الكربون القوة والصلابة، بينما يحسن المنغنيز المتانة وقدرة التصلب. يساهم السيليكون في إزالة الأكسدة أثناء صناعة الفولاذ، مما يضمن منتجًا نهائيًا أنظف.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | درجة الحرارة للاختبار | القيمة/ النطاق النموذجي (متر) | القيمة/ النطاق النموذجي (إمبريال) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|---|
| قوة الخضوع (0.2% إزاحة) | مخلوط | درجة حرارة الغرفة | 300 - 350 ميغاباسكال | 43.5 - 50.8 ksi | ASTM E8 |
| قوة الشد | مخلوط | درجة حرارة الغرفة | 450 - 550 ميغاباسكال | 65.3 - 79.8 ksi | ASTM E8 |
| التمدد | مخلوط | درجة حرارة الغرفة | 20 - 25% | 20 - 25% | ASTM E8 |
| تقليل المساحة | مخلوط | درجة حرارة الغرفة | 50 - 60% | 50 - 60% | ASTM E8 |
| الصلابة (برينل) | مخلوط | درجة حرارة الغرفة | 150 - 190 HB | 150 - 190 HB | ASTM E10 |
| قوة التأثير | شاربي V-notched | -20 °C | 27 جول | 20 قدم-رطل | ASTM E23 |
تجعل الخصائص الميكانيكية للفولاذ 300 و منه مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهيكلية. تسمح له قوة الخضوع العالية وقوة الشد بتصميم هياكل أخف دون المساس بالسلامة. تشير قيم التمدد وتقليل المساحة إلى لينة جيدة، وهي ضرورية لامتصاص الطاقة أثناء الصدمات.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (متر) | القيمة (إمبريال) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 7850 كغ/م³ | 490 رطل/قدم³ |
| نقطة/نطاق الانصهار | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| الموصلية الحرارية | درجة حرارة الغرفة | 50 واط/م·ك | 34.5 BTU·in/h·ft²·°F |
| السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 460 جول/كغ·ك | 0.11 BTU/lb·°F |
| مقاومة الكهرباء | درجة حرارة الغرفة | 0.0000017 أوم·م | 0.0000017 أوم·in |
| معامل التمدد الحراري | درجة حرارة الغرفة | 11.5 × 10⁻⁶ /ك | 6.4 × 10⁻⁶ /°F |
مقاومة التآكل
| العامل المسبب للتآكل | التراكيز (%) | درجة الحرارة (°C) | تصنيف المقاومة | الملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الكليوريدات | 3-5% | 20-60 °C | مقبول | خطر التآكل بالثقوب |
| الأحماض | 10% | 20-40 °C | ضعيف | لا يُوصى به |
| محاليل قلوية | 5-10% | 20-60 °C | مقبول | خطر معتدل للتآكل |
| الجو | - | - | جيد | تحتاج طلاءات واقية في البيئات القاسية |
يفتخر الفولاذ 300 و بمقاومة معتدلة للتآكل، خصوصًا في الظروف الجوية. ومع ذلك، فهو عرضة للتآكل بالثقوب في البيئات الغنية بالكليوريدات ولا ينبغي استخدامه في ظروف شديدة الحمضية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، مثل 304 أو 316، فإن مقاومة التآكل للفولاذ 300 و أقل بكثير، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات البحرية أو معالجات المواد الكيميائية.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | الملاحظات |
|---|---|---|---|
| أقصى حرارة خدمة مستمرة | 400 °C | 752 °F | مناسب للتطبيقات الهيكلية |
| أقصى حرارة خدمة متقطعة | 500 °C | 932 °F | تعرض لفترة قصيرة فقط |
| درجة حرارة التقشير | 600 °C | 1112 °F | خطر الأكسدة بعد هذا الحد |
| اعتبارات قوة الزحف | 400 °C | 752 °F | تبدأ في التدهور عند درجات حرارة مرتفعة |
عند درجات الحرارة المرتفعة، يحافظ الفولاذ 300 و على سلامته الهيكلية حتى حوالي 400 °C. بعد هذه الدرجة، يزداد خطر الأكسدة وفقدان الخصائص الميكانيكية، مما يمكن أن يهدد سلامة الهيكل. هذا القيد مهم للتطبيقات التي تشمل الحرارة العالية، مثل محطات توليد الطاقة أو الأفران الصناعية.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن الملء الموصى به (تصنيف AWS) | غاز/فراكس الشيلد النموذجي | الملاحظات |
|---|---|---|---|
| SMAW | E7018 | أرجون + CO2 | جيد للتطبيقات الهيكلية |
| GMAW | ER70S-6 | أرجون + CO2 | يفضل للأقسام الأكثر نحافة |
| FCAW | E71T-1 | مقوى بالفراكس | مناسب للظروف الخارجية |
يُعرف الفولاذ 300 و بقابليته الممتازة للحام، مما يسمح بالعديد من عمليات اللحام. قد تكون معالجة التسخين المسبق ضرورية للأقسام السميكة لمنع التصدع. يمكن أن تعزز معالجة الحرارة بعد اللحام من متانة اللحام، مما يضمن سلامة هيكلية.
قابلية التشغيل
| معلمة التشغيل | فولاذ 300 و | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل النسبي | 60 | 100 | قابلية تشغيل معتدلة |
| سرعة القطع النموذجية (الدوران) | 30 م/دقيقة | 50 م/دقيقة | استخدام أدوات فولاذية عالية السرعة |
يمتلك الفولاذ 300 و قابلية تشغيل معتدلة، تتطلب أدوات قطع وسرعات قطع مناسبة لتحقيق نتائج مثلى. يُوصى باستخدام أدوات من الفولاذ عالي السرعة أو الكربيد للتشغيل بكفاءة.
قابلية التشكيل
يظهر الفولاذ 300 و قابلية جيدة للتشكيل، مما يسمح بعمليات التشكيل البارد والساخن. يمكن انحناؤه وتشكيله دون خطر كبير من التصدع، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من المكونات الهيكلية. ومع ذلك، ينبغي أخذ الحيطة مع أشعة الانحناء لتجنب تصلب العمل.
معالجة الحرارة
| عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°C/°F) | الوقت النموذجي للنقع | طريقة التبريد | الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التخليص | 600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F | 1 - 2 ساعة | هواء أو ماء | تحسين اللطف وتقليل الصلابة |
| التطبيع | 850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F | 1 - 2 ساعة | هواء | تنقيح التركيب الحبيبي |
| التبريد والتصلب | 800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F | 1 ساعة | زيت أو ماء | زيادة القوة والمتانة |
يمكن أن تؤدي عمليات معالجة الحرارة مثل التخليص والتطبيع إلى تغيير كبير في الهيكل المجهري للفولاذ 300 و، مما يعزز خصائصه الميكانيكية. يمكن أن يؤدي التبريد والتصلب إلى تحسين القوة والمتانة بشكل إضافي، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الصعبة.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على التطبيق المحدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار |
|---|---|---|---|
| البناء | إطارات المباني | قوة عالية، قابلية اللحام | سلامة هيكلية |
| النقل | الجسور | الليونة، المتانة | سعة التحميل |
| التصنيع | المعدات الثقيلة | مقاومة الصدمات، قابلية التشغيل | المتانة |
- البناء: يستخدم في إطارات المباني والدعائم الهيكلية بسبب قوته العالية وقابلية اللحام.
- النقل: يستخدم بشكل شائع في بناء الجسور بسبب ليونته ومتانته، مما يضمن السلامة تحت الأحمال الديناميكية.
- التصنيع: يستخدم في تصنيع المعدات الثقيلة حيث تكون مقاومة الصدمات وقابلية التشغيل حاسمة.
يعود اختيار الفولاذ 300 و لهذه التطبيقات إلى توازنه بين القوة، والليونة، وسهولة التصنيع، مما يجعله خيارًا متعدد الاستخدامات للمكونات الهيكلية.
الاعتبارات المهمة ومعايير الاختيار ووجهات نظر إضافية
| الميزة/الخاصية | فولاذ 300 و | A572 درجة 50 | فولاذ S355 | ملاحظة مختصرة عن المزايا/العيوب أو المقايضة |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة الخضوع | 345 ميغاباسكال | 355 ميغاباسكال | يوفر 300 و قوة جيدة ولكن أقل من S355 |
| الجوانب الرئيسية لمقاومة التآكل | مقبول | جيد | مقبول | قد يتطلب 300 و طلاءات في البيئات القاسية |
| قابلية اللحام | ممتازة | جيدة | جيدة | كل الدرجات قابلة للحام، ولكن 300 و يتفوق |
| قابلية التشغيل | معتدلة | جيدة | معتدلة | أسهل في التشغيل من S355 |
| قابلية التشكيل | جيدة | جيدة | جيدة | كل الدرجات لديها قابلية تشكيل مماثلة |
| التكلفة النسبية التقريبية | معتدلة | معتدلة | معتدلة | التكلفة متشابهة عبر الدرجات |
| التوافر النموذجي | مرتفع | مرتفع | مرتفع | متاحة على نطاق واسع في أمريكا الشمالية |
عند اختيار فولاذ 300 و، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، ومقاومته للتآكل، وخصائص التصنيع. بينما يقدم قابلية لحام ممتازة وقابلية تشغيل معتدلة، قد تتطلب مقاومته للتآكل تدابير واقية في بعض البيئات. مقارنةً بالدرجات البديلة مثل A572 وS355، يوفر 300 و أداءً متوازنًا للتطبيقات الهيكلية، مما يجعله خيارًا موثوقًا في الصناعة.
في الختام، يعتبر فولاذ 300 و مادة متعددة الاستخدامات ومتانة تلبي متطلبات التطبيقات الهيكلية المختلفة. إن مجموعته من القوة، والليونة، وقابلية اللحام تجعله خيارًا مفضلًا للمهندسين والمصنعين على حد سواء.