جودة الصلب التجارية (CQ): الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الصلب التجاري (CQ) هو فئة من الصلب اللين المنخفض الكربون الذي يُستخدم بشكل أساسي في التطبيقات التي تتطلب مرونة جيدة وقابلية للحام. تُصنف تحت الفئة الأوسع من الفولاذ الكربوني، وعادةً ما يحتوي فولاذ CQ على محتوى كربوني يقل عن 0.25%، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشكيل واللحام. العنصر المضاف الرئيسي في فولاذ CQ هو الكربون، الذي يؤثر على قوته وصلابته ومرونته. قد تكون هناك عناصر أخرى مثل المنغنيز والفوسفور والكبريت بكميات ضئيلة، مما يؤثر على الخصائص العامة للفولاذ.

تشمل الخصائص الأكثر أهمية لفولاذ CQ إمكانية التشكيل الممتاز، وقابلية اللحام، وقوة الشد المعتدلة. وغالبًا ما يُستخدم في التطبيقات حيث لا تكون القوة العالية هي المطلب الرئيسي، ولكن حيث تكون الخصائص الميكانيكية الجيدة وسهولة التصنيع ضرورية.

المزايا والقيود

المزايا:
- مرونة جيدة: يمكن تشكيل فولاذ CQ بسهولة إلى أشكال مختلفة دون حدوث تشققات.
- قابلية للحام: يمكن لحامه باستخدام تقنيات قياسية، مما يجعله مناسبًا للتصنيع.
- فعالية من حيث التكلفة: عمومًا، فولاذ CQ أقل تكلفة مقارنة بالفولاذات الأعلى درجة.

القيود:
- قوة أقل: مقارنة بالفولاذات ذات الكربون العالي أو الفولاذات المخصصة، يتمتع فولاذ CQ بقوة شد وعائد أقل.
- مقاومة التآكل: يكون أكثر عرضة للتآكل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ أو أنواع الفولاذات المخصصة الأخرى.
- أداء محدود في درجات الحرارة العالية: قد لا يؤدي فولاذ CQ بشكل جيد تحت ظروف درجات الحرارة القصوى.

تاريخياً، كان فولاذ CQ دعامة في صناعات التصنيع والبناء، وغالباً ما يُستخدم في التطبيقات الهيكلية، ومكونات السيارات، والتصنيع العام. لا تزال مكانته في السوق قوية بسبب تعدده وتكلفته الاقتصادية.

أسماء بديلة، معايير، وبدائل

منظمة المعايير	الدرجة/الرتبة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	G10100	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب مكافئ لفولاذ A36
AISI/SAE	1010	الولايات المتحدة الأمريكية	فولاذ منخفض الكربون، جيد للتشكيل
ASTM	A36	الولايات المتحدة الأمريكية	فولاذ هيكلي بخصائص مشابهة
EN	S235JR	أوروبا	مقارن من حيث القوة والتطبيق
DIN	St37-2	ألمانيا	خصائص ميكانيكية مماثلة
JIS	SS400	اليابان	درجة فولاذ هيكلية شائعة
GB	Q235	الصين	معادل لـ A36، يُستخدم على نطاق واسع في البناء
ISO	ISO 630	دولي	معيار فولاذ هيكلي عام

بينما تعتبر العديد من الدرجات معادلة لفولاذ CQ، فإن الاختلافات الطفيفة في التركيب يمكن أن تؤثر على الأداء. على سبيل المثال، يتمتع فولاذ A36 بقوة عائد أعلى قليلاً، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات الهيكلية، بينما يوفر فولاذ CQ مرونة أفضل.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (الكربون)	0.05 - 0.25
Mn (المنغنيز)	0.30 - 0.60
P (الفوسفور)	≤ 0.04
S (الكبريت)	≤ 0.05
Si (السيليكون)	≤ 0.40

الدور الرئيسي للكربون في فولاذ CQ هو تعزيز القوة والصلابة. يساهم المنغنيز في تحسين قابلية التصلب وقوة الشد، بينما يتم التحكم في الفوسفور والكبريت لتقليل الهشاشة وتحسين قابلية التشغيل.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	درجة حرارة الاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (مترية)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبريالية)	معيار الإشارة لطريقة الاختبار
قوة الشد	مخمّر	درجة حرارة الغرفة	370 - 490 ميجاباسكال	54 - 71 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة العائد (انزياح 0.2%)	مخمّر	درجة حرارة الغرفة	250 - 350 ميجاباسكال	36 - 51 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
التمدد	مخمّر	درجة حرارة الغرفة	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
الصلابة (برينيل)	مخمّر	درجة حرارة الغرفة	120 - 160 HB	120 - 160 HB	ASTM E10
قوة الصدمة	شيفي V-notch	-20°م (-4°F)	27 - 40 جول	20 - 30 قدم-جنيه	ASTM E23

تجعل مجموعة هذه الخصائص الميكانيكية فولاذ CQ مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة معتدلة ومرونة ممتازة، مثل ألواح هياكل السيارات ومكونات البناء.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبريالية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 جرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °م	2600 - 2800 °ف
موصلية حرارية	درجة حرارة الغرفة	50 واط/م·ك	29 وحدة حرارية بريطانية·بوصة/(ساعة·قدم²·°ف)
سعة الحرارة النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.49 كيلوجول/كجم·ك	0.12 وحدة حرارية بريطانية/رطل·°ف
مقاومة الكهرباء	درجة حرارة الغرفة	1.68 × 10^-8 أوم·م	1.68 × 10^-8 أوم·قدم
معامل التمدد الحراري	درجة حرارة الغرفة	11.0 × 10^-6/ك	6.1 × 10^-6/°ف

تجعل كثافة فولاذ CQ منه مناسبًا للتطبيقات التي يكون الوزن فيها اعتبارًا، بينما تكون موصلية الحرارة مفيدة في التطبيقات التي تتطلب نقل الحرارة.

مقاومة التآكل

العامل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°م/°ف)	تقييم المقاومة	ملاحظات
الجو	يختلف	الجو المحيط	متوسطة	عرضة للصدأ
الكوريدات	يختلف	الجو المحيط	ضعيفة	خطر التشقق
الأحماض	يختلف	الجو المحيط	ضعيفة	غير موصى به
القلويات	يختلف	الجو المحيط	متوسطة	مقاومة معتدلة

يظهر فولاذ CQ مقاومة متوسطة للتآكل، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الداخلية ولكنه أقل ملاءمة للبيئات الخارجية أو البحرية. إنه عرضة للصدأ في الظروف الرطبة ويمكن أن يتعرض للتشقق في البيئات الغنية بالكوريدات. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ مثل 304 أو 316، فإن مقاومة تآكل فولاذ CQ أقل بكثير، مما يتطلب طلاءات أو معالجات واقية في البيئات التآكلية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة	400 °م	752 °ف	مناسب لدرجات حرارة معتدلة
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة	500 °م	932 °ف	تعرض قصير المدى فقط
درجة حرارة التقشير	600 °م	1112 °ف	خطر الأكسدة بعد هذه الدرجة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ فولاذ CQ بخواصه الميكانيكية ولكنه قد يبدأ في فقدان القوة ومرونته. يمكن أن يحدث الأكسدة عند درجات حرارة أعلى من 600 °م، مما يتطلب اعتبارات دقيقة في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلكس الحماية النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون + ثاني أكسيد الكربون	جيد للأجزاء الرقيقة
TIG	ER70S-2	أرجون	لحامات نظيفة، إدخال حرارة منخفض
Stick	E7018	-	مناسب للاستخدام الخارجي

فولاذ CQ قابل للحام بشكل كبير باستخدام عمليات مختلفة، بما في ذلك اللحام MIG وTIG واللحام بالقضيب. قد يكون من الضروري تسخين الأجزاء الأكثر سمكًا مسبقًا لمنع التشقق. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية بعد اللحام الخصائص لكنها ليست دائمًا ضرورية.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	[فولاذ CQ]	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	70	100	فولاذ CQ قابل للتشغيل بشكل معتدل
سرعة القطع النموذجية (القطع الدائري)	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	استخدم أدوات حادة للحصول على أفضل النتائج

يوفر فولاذ CQ قابلية تشغيل معتدلة، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشغيل. ومع ذلك، يجب اتخاذ الحذر لتجنب تصلب العمل.

قابلية التشكيل

فولاذ CQ مناسب جيدًا لعمليات التشكيل الباردة والحارة. يسمح محتواه المنخفض من الكربون بتشوه كبير دون حدوث تشققات. عادةً ما يكون الحد الأدنى لزاوية الانحناء 1.5 مرة من سمك المادة، مما يضمن أنه يمكن تشكيله إلى أشكال معقدة.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°م/°ف)	وقت النقع النموذجي	طريقة التبريد	الهدف الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التخميل	600 - 700 °م / 1112 - 1292 °ف	1 - 2 ساعة	هواء	تحسين المرونة وتقليل الصلابة
التطبيع	850 - 900 °م / 1562 - 1652 °ف	1 - 2 ساعة	هواء	تنقيح هيكل الحبيبات
التبريد السريع	800 - 900 °م / 1472 - 1652 °ف	30 دقيقة	ماء/زيت	زيادة الصلابة

خلال المعالجة الحرارية، undergo فولاذ CQ تحولات معدنية يمكن أن تغير بشكل كبير هيكله الدقيق وخصائصه. على سبيل المثال، يقلل التخميل من الصلابة ويعزز المرونة، مما يجعله أسهل في التعامل معه.

التطبيقات والنهايات النموذجية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
السيارات	ألواح الهيكل	قابلية تشكيل جيدة، قابلية للحام	فعالة من حيث التكلفة وسهلة التصنيع
البناء	عوارض هيكلية	قوة معتدلة، مرونة	مناسب للبناء العام
التصنيع	إطارات الماكينة	قابلية تشغيل جيدة، قابلية للحام	سهل العمل به والتصنيع
الأجهزة	أغلفة الأجهزة	مقاومة جيدة للتآكل (مع الطلاءات)	خفيف الوزن وفعال من حيث التكلفة

تتضمن التطبيقات الأخرى:
* - المعدات الزراعية
* - تصنيع الأثاث
* - التصنيع العام وأعمال الإصلاح

يتم اختيار فولاذ CQ لهذه التطبيقات بسبب توازنه بين القوة والمرونة والفعالية من حيث التكلفة، مما يجعله مثاليًا للأجزاء التي تتطلب خصائص ميكانيكية جيدة دون الحاجة إلى مواد مرتفعة القوة.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	[فولاذ CQ]	[فولاذ A36]	[فولاذ مقاوم للصدأ 304]	ملاحظة موجزة حول الإيجابيات/السلبيات أو التجارة
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	معتدلة	أعلى	أعلى بكثير	فولاذ CQ أقل قوة ولكن أكثر مرونة
جانب التآكل الرئيسي	متوسطة	متوسطة	ممتازة	فولاذ CQ أكثر عرضة للصدأ
قابلية اللحام	جيدة	جيدة	ممتازة	جميعها قابلة للحام، لكن فولاذ CQ أسهل
قابلية التشغيل	معتدلة	معتدلة	ضعيفة	فولاذ CQ أسهل في التشغيل
قابلية التشكيل	جيدة	جيدة	متوسطة	يمكن تشكيل فولاذ CQ إلى أشكال معقدة
التكلفة النسبية التقريبية	منخفضة	منخفضة	مرتفعة	فولاذ CQ أكثر فعالية من حيث التكلفة
توفر النموذجي	عالية	عالية	متوسطة	فولاذ CQ متاح على نطاق واسع

عند اختيار فولاذ CQ، تشمل الاعتبارات الفعالية من حيث التكلفة، والتوفر، والخصائص الميكانيكية المحددة المطلوبة للتطبيق. بينما يوفر أداء جيد للعديد من التطبيقات، قد لا يكون مناسبًا للبيئات التي تتطلب مقاومة تآكل عالية أو قوة قصوى.

في الختام، يعد فولاذ الجودة التجارية (CQ) مادة متعددة الاستخدامات تُستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات بسبب خصائصه المواتية وفعاليته من حيث التكلفة. فهم خصائصه ومميزاته وقيوده أمر بالغ الأهمية لاتخاذ قرارات مستنيرة بشأن اختيار المواد في التطبيقات الهندسية والتصنيعية.