الفولاذ A36: خصائصه وتطبيقاته الرئيسية مشروحة
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ A36 هو درجة فولاذ هيكلي منخفض الكربون يستخدم على نطاق واسع في البناء والتصنيع. يصنف كفولاذ معتدل، حيث يحتوي بشكل أساسي على الحديد مع محتوى كربون يصل إلى حوالي 0.26٪ كحد أقصى، مما يجعله قابلاً للتشكيل ومرناً. تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ A36 المنغنيز والفوسفور والكبريت، والتي تعزز خصائصه الميكانيكية وأدائه العام.
نظرة شاملة
يُعرف فولاذ A36 بشكل أساسي بقدرته العالية على اللحام والعمليات الميكانيكية، وقدرته على المعالجة الحرارية لتقوية سطحه. يساهم محتواه المنخفض من الكربون في مرونته الجيدة وقوته، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات، لا سيما في المكونات الهيكلية. يظهر الفولاذ قوة يلد حول 250 ميجا باسكال (36,000 رطل لكل بوصة مربعة) وقوة شد تصل إلى حوالي 400-550 ميجا باسكال (58,000-80,000 رطل لكل بوصة مربعة)، وهي كافية للعديد من التطبيقات الهيكلية.
المميزات والقيود
| المميزات | القيود |
|---|---|
| قدرة لحام ممتازة | مقاومة محدودة للتآكل |
| قابلية ميكانيكية جيدة | قوة أقل مقارنة بالفولاذ عالي الكربون |
| توفير تكاليف ممتاز | غير مناسب للتطبيقات عالية الحرارة |
| متوفر بسهولة | عرضة للصدأ بدون طلاء مناسب |
يمتلك فولاذ A36 موقعًا مهمًا في السوق بسبب استخدامه الواسع في البناء والتصنيع ومختلف التطبيقات الهندسية. تعود أهميته التاريخية إلى بداية القرن العشرين، حيث تم استخدامه على نطاق واسع في بناء الجسور والمباني ومشاريع البنية التحتية الأخرى.
أسماء بديلة، معايير، ومعادلات
| المنظمة القياسية | التسمية/الدرجة | البلد/المنطقة الأصل | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| UNS | K02600 | الولايات المتحدة الأمريكية | الأقرب مكافئ لـ S235JR |
| ASTM | A36 | الولايات المتحدة الأمريكية | يستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الهيكلية |
| AISI/SAE | A36 | الولايات المتحدة الأمريكية | مرجع شائع في الهندسة |
| EN | S235JR | أوروبا | اختلافات طفيفة في التركيب |
| DIN | St37-2 | ألمانيا | خصائص مماثلة لكن معايير مختلفة |
| JIS | SS400 | اليابان | قابل للمقارنة من حيث القوة والتطبيق |
| GB | Q235 | الصين | مكافئ مع اختلافات طفيفة في قوة الخضوع |
غالبًا ما يتم مقارنة درجة فولاذ A36 بفولاذات هيكلية أخرى مثل S235JR وSS400. في حين قد تحتوي هذه الدرجات على خصائص ميكانيكية مشابهة، يمكن أن تؤثر الاختلافات الطفيفة في التركيب الكيميائي على أدائها في تطبيقات محددة، لا سيما من حيث قابلية اللحام ومقاومة التآكل.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| العنصر (الرمز والاسم) | نطاق النسبة المئوية (%) |
|---|---|
| C (الكربون) | 0.26 كحد أقصى |
| Mn (المنغنيز) | 0.60 - 0.90 |
| P (الفوسفور) | 0.04 كحد أقصى |
| S (الكبريت) | 0.05 كحد أقصى |
| Si (السيليكون) | 0.40 كحد أقصى |
تلعب العناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ A36 دورًا حيويًا في تحديد خصائصه:
- الكربون (C): يعزز القوة والصلابة ولكنه يمكن أن يقلل من المرونة.
- المنغنيز (Mn): يحسن القدرة على الصلابة وقوة الشد، بينما يساعد أيضًا في إزالة الأكسدة أثناء صناعة الفولاذ.
- الفوسفور (P): في كميات صغيرة، يمكن أن يحسن القابلية الميكانيكية ولكن مستوى مفرط يمكن أن يؤدي إلى الهشاشة.
- الكبريت (S): يحسن أيضًا القابلية الميكانيكية ولكن يجب الحفاظ على مستوى منخفض لتجنب التأثيرات السلبية على المرونة.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | درجة الحرارة للاختبار | القيمة/النطاق النموذجي (مترية) | القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|---|
| قوة الخضوع (0.2% انزلاق) | ملفوف ساخن | درجة حرارة الغرفة | 250 ميجا باسكال | 36 كيساي | ASTM E8 |
| قوة الشد | ملفوف ساخن | درجة حرارة الغرفة | 400 - 550 ميجا باسكال | 58 - 80 كيساي | ASTM E8 |
| التمدد | ملفوف ساخن | درجة حرارة الغرفة | 20% | 20% | ASTM E8 |
| تخفيض المنطقة | ملفوف ساخن | درجة حرارة الغرفة | 40% | 40% | ASTM E8 |
| الصلابة (برينيل) | ملفوف ساخن | درجة حرارة الغرفة | 119 هب | 119 هب | ASTM E10 |
| قوة التأثير | ملفوف ساخن | -20 °م | 27 جول | 20 قدم-رطل | ASTM E23 |
تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ A36 مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهيكلية، لا سيما حيث تتطلب القوة المتوسطة ومرونة جيدة. إن قوة الخضوع وقوة الشد كافية لدعم الأحمال في العوارض والأعمدة والعناصر الهيكلية الأخرى.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (مترية) | القيمة (إمبراطوري) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 7.85 جرام/سم³ | 0.284 رطل/بوصة³ |
| نقطة الانصهار | - | 1425 - 1540 °م | 2600 - 2800 °ف |
| توصيل الحرارية | درجة حرارة الغرفة | 50 واط/م·ك | 29 BTU·إنش/ساعة·قدم²·°ف |
| سعة الحرارة النوعية | درجة حرارة الغرفة | 0.49 كيجول/كجم·ك | 0.12 BTU/رطل·°ف |
| المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 1.68 × 10^-8 أوم·م | 1.68 × 10^-8 أوم·إنش |
| معامل التمدد الحراري | درجة حرارة الغرفة | 11.7 × 10^-6 /ك | 6.5 × 10^-6 /°ف |
تساهم كثافة فولاذ A36 في سلامته الهيكلية، بينما تكون موصلية الحرارية وسعة الحرارة النوعية مهمة للتطبيقات التي تتضمن نقل الحرارة. يعتبر معامل التمدد الحراري حاسمًا في التطبيقات التي تحدث فيها تقلبات في درجة الحرارة، حيث يؤثر في استقرار الأبعاد.
مقاومة التآكل
| العنصر المسبب للتآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°م/°ف) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الجو | يختلف | محلي | مقبول | عرضة للصدأ دون طلاء |
| الهاليدات | يختلف | محلي | ضعيف | خطر تآكل ثقوب |
| الأحماض | يختلف | محلي | ضعيف | غير موصى به في البيئات الحمضية |
| القلويات | يختلف | محلي | مقبول | مقاومة معتدلة |
| المذيبات العضوية | يختلف | محلي | جيد | عادةً مقاوم |
يظهر فولاذ A36 مقاومة محدودة للتآكل، خاصة في البيئات ذات الرطوبة العالية أو التعرض للهاليدات، مما قد يؤدي إلى تآكل ثقوب. من الضروري تطبيق طلاءات واقية أو طلاء مجلفن لتعزيز متانته في البيئات التآكلية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، فإن فولاذ A36 أقل بكثير مقاومة للتآكل، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات في البيئات البحرية أو الكيميائية.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°م) | درجة الحرارة (°ف) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة | 400 °م | 752 °ف | بعد ذلك، قد تضعف القوة |
| أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة | 500 °م | 932 °ف | تعرض قصير الأمد فقط |
| درجة حرارة التقشر | 600 °م | 1112 °ف | خطر الأكسدة عند درجات حرارة مرتفعة |
| اعتبارات القوة الزاحفة | 300 °م | 572 °ف | تبدأ في فقدان القوة |
يؤدي فولاذ A36 بشكل كافٍ عند درجات حرارة مرتفعة، ولكن التعرض المطول يمكن أن يؤدي إلى انخفاض في الخصائص الميكانيكية. تقل مقاومته للأكسدة عند درجات الحرارة العالية، مما يتطلب اعتبارًا دقيقًا في التطبيقات التي تتضمن الحرارة.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن الملء الموصى به (تصنيف AWS) | غاز/فلز الحماية النموذجي | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| SMAW | E7018 | أرجون/CO2 | جيد للتطبيقات الهيكلية |
| GMAW | ER70S-6 | أرجون/CO2 | ممتاز للأقسام الرقيقة |
| FCAW | E71T-1 | CO2 | مناسب للظروف الخارجية |
يُعرف فولاذ A36 بقدرته الممتازة على اللحام، مما يجعله الخيار المفضل لتطبيقات اللحام الهيكلية. قد تكون الحاجة إلى تسخين مسبق للأقسام الأكثر سمكًا لتجنب التشققات. يمكن أن تُحسن المعالجة الحرارية بعد اللحام خصائص منطقة اللحام.
قابلية التشغيل
| معامل التشغيل | [فولاذ A36] | [AISI 1212] | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل النسبي | 70 | 100 | فولاذ A36 أقل قابلية للتشغيل من 1212 |
| سرعة القطع النموذجية (التدوير) | 30-50 م/دقيقة | 60-80 م/دقيقة | استخدم أدوات فولاذ السرعة العالية |
يقدم فولاذ A36 قابلية تشغيل معقولة، على الرغم من أنه ليس سهل التشغيل مثل بعض الفولاذات السبيكية الأكثر. يمكن أن يساعد استخدام سرعات قطع وأدوات مناسبة في تحسين كفاءة التشغيل.
قابلية التشكيل
يظهر فولاذ A36 قابلية جيدة للتشكيل، مما يسمح بعمليات التشكيل الباردة والساخنة. يمكن ثنيه وتشكيله بدون تشققات، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب أشكالًا معقدة. ومع ذلك، يجب توخي الحذر بشأن أقطار الانحناء لتجنب تصلب العمل.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°م/°ف) | وقت النقع النموذجي | طريقة التبريد | الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التخليل | 650 - 700 °م / 1202 - 1292 °ف | 1-2 ساعة | هواء أو ماء | تحسين المرونة وتقليل الصلابة |
| الطبيعي | 850 - 900 °م / 1562 - 1652 °ف | 1-2 ساعة | هواء | تنقية هيكل الحبوب |
| التبريد المفاجئ | 800 - 900 °م / 1472 - 1652 °ف | 30 دقيقة | ماء أو زيت | زيادة الصلابة |
يمكن أن تؤثر عمليات المعالجة الحرارية مثل التخليل والطبيعي بشكل كبير على البنية المجهرية لفولاذ A36، مما يعزز خصائصه الميكانيكية. يمكن أن تعمل هذه العلاجات على تنقية الهيكل الحبيبي، تحسين المرونة، وزيادة الصلابة.
تطبيقات نموذجية واستخدامات نهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على تطبيق محدد | خصائص الفولاذ الرئيسية المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (باختصار) |
|---|---|---|---|
| البناء | عوارض هيكلية | قوة عالية، قابلية لحام جيدة | أساسية للإنشاءات الحاملة للأحمال |
| التصنيع | إطارات الآلات | مرونة، قابلية ميكانيكية | يسمح بتصاميم وأشكال معقدة |
| السيارات | مكونات الهيكل | قوة، قابلية للتشكيل | يوفر سلامة هيكلية |
| بناء السفن | هياكل الهياكل | مقاومة التآكل (مع الطلاءات) | أساسي للمتانة في البيئات البحرية |
تشمل التطبيقات الأخرى لفولاذ A36:
- الجسور
- خزانات التخزين
- المعدات الصناعية
- الآلات الزراعية
يختار فولاذ A36 لهذه التطبيقات بسبب توازنه بين القوة والمرونة وتوفير التكاليف، مما يجعله مادة متعددة الاستخدامات في مختلف الصناعات.
اعتبارات مهمة ومعايير الاختيار ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | [فولاذ A36] | [S235JR] | [SS400] | ملاحظة موجزة حول المميزات أو العيوب أو المقايضة |
|---|---|---|---|---|
| قوة الخضوع | 250 ميجا باسكال | 235 ميجا باسكال | 245 ميجا باسكال | يقدم فولاذ A36 قوة خضوع أعلى قليلاً |
| مقاومة التآكل | مقبول | جيدة | مقبول | يمتلك S235JR مقاومة تآكل أفضل |
| قابلية اللحام | ممتازة | جيدة | جيدة | يفضل A36 لتطبيقات اللحام |
| قابلية التشغيل | متوسطة | جيدة | متوسطة | أسهل S235JR في التشغيل |
| قابلية التشكيل | جيدة | جيدة | جيدة | يمكن استخدام جميع الدرجات في التشكيل |
| التكلفة النسبية التقريبية | منخفضة | منخفضة | منخفضة | تشبه التكلفة عبر الدرجات |
| التوفر النموذجي | مرتفع | مرتفع | مرتفع | جميع الدرجات متاحة بسهولة |
عند اختيار فولاذ A36، تشمل الاعتبارات توفير التكاليف، التوفر، والخصائص الميكانيكية المحددة المطلوبة للتطبيق. تجعل خصائصه المغناطيسية مناسبة للتطبيقات التي يمثل فيها تداخل المغناطيسي مصدر قلق. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يستخدم فولاذ A36 في التطبيقات التي تكون فيها السلامة أمرًا بالغ الأهمية، مثل المكونات الهيكلية للمباني والجسور.
في الخلاصة، فولاذ A36 هو مادة متعددة الاستخدامات تستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات، حيث تقدم توازناً بين القوة والمرونة وتوفير التكاليف. تجعل خصائصه مناسبة لمجموعة من التطبيقات، على الرغم من أن اعتبارات مقاومة التآكل والمتطلبات الميكانيكية المحددة يجب أن توجه اختياره.