الفولاذ المدرفل على الساخن: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الصَّلب المدرفل على الساخن هو فئة شائعة من الصلب يتم إنتاجها من خلال عملية الدرفلة الساخنة، حيث يتم تسخين الصلب فوق درجة حرارة إعادة التبلور الخاصة به ثم يتم تشكيله إلى الأشكال المطلوبة. تؤدي هذه العملية إلى إنتاج صلب قابل للطرق ويمكن تشكيله إلى أشكال وأحجام مختلفة. يتم تصنيف الصلب المدرفل على الساخن عادةً كصلب خفيف الكربون، والذي يحتوي على نسبة منخفضة من الكربون (عادة أقل من 0.25%)، مما يجعله قابل للانحناء وسهل الاستخدام. تشمل العناصر السبائكية الأساسية في الصلب المدرفل على الساخن الحديد (Fe)، الكربون (C)، وكميات صغيرة من المنغنيز (Mn)، الفوسفور (P)، والكبريت (S).

نظرة شاملة

تحدد خصائص الصلب المدرفل على الساخن من خلال خصائصه الميكانيكية، التي تشمل قابليته العالية للطرق، وقابلية اللحام الجيدة، والقوة المعتدلة. كما يضفي عملية الدرفلة الساخنة إنهاءً خشنًا على السطح، مما قد يكون مفيدًا لبعض التطبيقات ولكنه قد يتطلب معالجة إضافية لأغراض جمالية.

مزايا الصلب المدرفل على الساخن:
- توفير التكلفة: عمومًا أقل تكلفة من الصلب المدرفل على البارد بسبب تكاليف المعالجة الأقل.
- مرونة: مناسب لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك المكونات الهيكلية، وأجزاء السيارات، والآلات.
- قابلية تشكيل جيدة: يمكن تشكيله بسهولة إلى هندسة معقدة.

قيود الصلب المدرفل على الساخن:
- إنهاء السطح: قد لا يكون السطح الخشن مناسبًا لجميع التطبيقات دون معالجة إضافية.
- تفاوت الأبعاد: عادةً ما يكون للصلب المدرفل على الساخن تفاوتات أوسع مقارنةً بالصلب المدرفل على البارد، مما قد يؤثر على التطبيقات الدقيقة.
- قوة أقل: مقارنةً بالصلب المدرفل على البارد، يتمتع الصلب المدرفل على الساخن عمومًا بقوة سحب أقل.

تاريخيًا، لعب الصلب المدرفل على الساخن دورًا مهمًا في تطوير البنية التحتية الحديثة والتصنيع، كونه مادة أساسية في البناء والآلات الثقيلة.

الأسماء البديلة، المعايير، والمعادلات

المنظمة القياسية	التصنيف/الدرجة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات/ملاحظات
UNS	G10100	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب معادل لـ A36
AISI/SAE	A36	الولايات المتحدة الأمريكية	درجة الصلب الهيكلي الشائعة
ASTM	A992	الولايات المتحدة الأمريكية	يستخدم للأشعة العريضة
EN	S235JR	أوروبا	خصائص مشابهة، وغالبًا ما تستخدم في البناء
DIN	S235	ألمانيا	قابل للمقارنة مع A36، مع اختلافات طفيفة في التركيب
JIS	SS400	اليابان	معادل لـ A36، يستخدم على نطاق واسع في اليابان
GB	Q235	الصين	مشابه لـ A36، مستخدم بشكل شائع في البناء الصيني

يمكن أن تؤثر الفروق بين هذه الدرجات، رغم أنها غالبًا ما تكون طفيفة، على الأداء في التطبيقات المحددة. على سبيل المثال، تم تصميم A992 لأداء أفضل في التطبيقات الهيكلية بسبب قوة العائد الأعلى مقارنةً بـ A36.

الخصائص الرئيسية

التكوين الكيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة (%)
C (الكربون)	0.05 - 0.25
Mn (المنغنيز)	0.30 - 0.60
P (الفوسفور)	≤ 0.04
S (الكبريت)	≤ 0.05
Fe (الحديد)	التوازن

الدور الأساسي للكربون في الصلب المدرفل على الساخن هو تعزيز القوة والصلابة. يساهم المنغنيز في تحسين المتانة ومقاومة التآكل، بينما يعتبر الفوسفور والكبريت شوائب يمكن أن تؤثر سلبًا على القابلية للطرق وقابلية اللحام.

الخصائص الميكانيكية

الخصائص	الحالة/الحرارة	درجة حرارة الاختبار	القيمة النموذجية/النطاق (مترية)	القيمة النموذجية/النطاق (إمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مدرفل على الساخن	درجة حرارة الغرفة	400 - 550 ميغاباسكال	58 - 80 كيلوجس	ASTM E8
قوة العائد (0.2% انزلاق)	مدرفل على الساخن	درجة حرارة الغرفة	250 - 350 ميغاباسكال	36 - 51 كيلوجس	ASTM E8
التآكل	مدرفل على الساخن	درجة حرارة الغرفة	20 - 25%	20 - 25%	ASTM E8
الصلابة (برينيل)	مدرفل على الساخن	درجة حرارة الغرفة	120 - 180 HB	120 - 180 HB	ASTM E10
قوة الصدمات	مدرفل على الساخن	-20 °C	27 - 34 جول	20 - 25 قدم-باوند	ASTM E23

يجعل الجمع بين هذه الخصائص الميكانيكية الصلب المدرفل على الساخن مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قدرة جيدة على الطرق والقوة المعتدلة، مثل الأشعة الهيكلية والإطارات ومكونات السيارات.

الخصائص الفيزيائية

الخصائص	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7850 كغم/م³	490 رطل/قدم³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
الموصلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	50 واط/م·ك	29 BTU·في/(ساعة·قدم²·°ف)
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.49 كيلوجول/كغم·ك	0.12 BTU/رطل·°ف
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0000017 أوم·م	0.0000017 أوم·قدم

تساهم كثافة الصلب المدرفل على الساخن في قوته العامة ودوامه، بينما تعتبر موصلية الحرارة مهمة للتطبيقات التي تنطوي على نقل الحرارة. تشير السعة الحرارية النوعية إلى كمية الطاقة المطلوبة لرفع درجة حرارة المادة، وهو أمر حاسم في العمليات التي تتضمن الدوران الحراري.

مقاومة التآكل

العامل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الجوي	-	-	مقبول	عرضة للصدأ
الكلوريدات	منخفضة	البيئة	ضعيف	خطر تآكل النقطة
الأحماض	مخفف	البيئة	ضعيف	غير موصى به
القلويات	مخفف	البيئة	مقبول	مقاومة معتدلة

يظهر الصلب المدرفل على الساخن مقاومة محدودة للتآكل، مما يجعله عرضة للصدأ في البيئات الرطبة. وهو معرض بشكل خاص لتآكل النقطة في وجود الكلوريدات. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، مثل AISI 304، الذي يوفر مقاومة ممتازة للتآكل، فإن الصلب المدرفل على الساخن أقل ملاءمة للتطبيقات في البيئات التآكلية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة	400 °C	752 °F	مناسب لتطبيقات درجة الحرارة المعتدلة
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة	500 °C	932 °F	تعرض قصير الأمد دون تدهور
درجة حرارة التقشير	600 °C	1112 °F	يبدأ في الأكسدة بشكل كبير

عند درجات حرارة مرتفعة، يمكن أن يتعرض الصلب المدرفل على الساخن للأكسدة، مما قد يؤدي إلى التقشير وتقليل الخصائص الميكانيكية. من المهم مراعاة هذه العوامل عند تصميم المكونات التي ستعمل عند درجات حرارة عالية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلكس الحماية النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون/CO2	جيد للتطبيقات العامة
TIG	ER70S-2	أرجون	يوفر لحامات عالية الجودة
لاصق	E7018	-	مناسب للأقسام السميكة

يعتبر الصلب المدرفل على الساخن عمومًا لديه لحام جيد، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من عمليات اللحام. قد يتطلب تسخينًا مسبقًا للأقسام السميكة لتجنب التشقق. يمكن أن تحسن معالجة الحرارة بعد اللحام خصائص منطقة اللحام.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	الصلب المدرفل على الساخن	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60	100	الصلب المدرفل على الساخن أقل قابلية للتشغيل من AISI 1212
سرعة القطع النموذجية	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	إجراء التعديلات على السرعات بناءً على الأدوات المستخدمة

يمتلك الصلب المدرفل على الساخن قابلية تشغيل معتدلة، وعلى الرغم من أنه يمكن تشغيله، وقد يتطلب أدوات قوية وسرعات قطع أبطأ مقارنةً بالدرجات الأكثر قابلية للتشغيل مثل AISI 1212.

قابلية التشكيل

يظهر الصلب المدرفل على الساخن قابلية تشكيل ممتازة، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشكيل المختلفة، بما في ذلك الانحناء، والضغط، والسحب. يمكن العمل على تبريده لتحقيق الأشكال المطلوبة، لكن يجب الحذر لتجنب العمل الزائد.

معالجة الحرارة

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	مدة النقع النموذجية	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
التخليل	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 ساعات	هواء أو ماء	تليين، تحسين القابلية للطرق
التطبيع	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 ساعات	هواء	تحسين هيكل الحبوب
التصلب	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	30 دقيقة	زيت أو ماء	تصلب، زيادة القوة

يمكن أن تؤدي عمليات المعالجة الحرارية مثل التخليل والتطبيع إلى تغييرات كبيرة في البنية الدقيقة للصلب المدرفل على الساخن، مما يعزز خصائصه الميكانيكية. يعمل التخليل على تليين الصلب، بينما يعمل التطبيع على تحسين هيكل الحبوب لزيادة القوة والصلابة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال تطبيق محدد	الخصائص الأساسية للصلب المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (بإيجاز)
البناء	الأشعة الهيكلية	قوة عالية، قابلية اللحام الجيدة	أساسي للهياكل الحاملة للأحمال
السيارات	مكونات الشاسيه	قابلية الطرق، قابلية التشكيل	يسمح بالأشكال المعقدة والقوة
التصنيع	إطارات الآلات	توفير التكلفة، القوة المعتدلة	اقتصادي للإنتاج على نطاق واسع

تشمل التطبيقات الأخرى:
- الأنابيب والأنابيب: تستخدم في تطبيقات السباكة والهياكل.
- أجزاء السيارات: مثل الحوامل والدعائم.
- المعدات الثقيلة: مكونات في آلات البناء.

يتم اختيار الصلب المدرفل على الساخن لهذه التطبيقات بسبب توازنه بين القوة، والقابلية للطرق، وتوفير التكلفة، مما يجعله خيارًا متعدد الاستخدامات في مختلف الصناعات.

الاعتبارات الهامة، ومعايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	الصلب المدرفل على الساخن	صلب A36	صلب S235	ملاحظة موجزة حول الإيجابيات/السلبيات أو التوازن
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة معتدلة	قوة معتدلة	قوة معتدلة	خصائص متشابهة عبر الدرجات
المظهر الرئيسي لمقاومة التآكل	مقبول	مقبول	مقبول	جميع الدرجات لديها مقاومة تآكل مماثلة
قابلية اللحام	جيدة	جيدة	جيدة	مناسبة لمجموعة متنوعة من عمليات اللحام
قابلية التشغيل	معتدلة	معتدلة	معتدلة	جميع الدرجات تتطلب أدوات قوية
قابلية التشكيل	ممتازة	ممتازة	ممتازة	جميع الدرجات مناسبة للتشكيل
التكلفة التقريبية النسبية	منخفضة	منخفضة	منخفضة	خيارات اقتصادية متاحة
توفر النموذجية	مرتفع	مرتفع	مرتفع	متاحة على نطاق واسع بأشكال مختلفة

عند اختيار الصلب المدرفل على الساخن، تشمل الاعتبارات فعالية التكلفة، والتوافر، والخصائص الميكانيكية المحددة المطلوبة للتطبيق. بينما يعتبر الصلب المدرفل على الساخن عمومًا أقل تكلفة من البدائل المدرفلة على البارد، قد تتطلب إنهاء السطح وتفاوتات الأبعاد معالجة إضافية لبعض التطبيقات. بالإضافة إلى ذلك، خصائصه المغناطيسية تجعله مناسبًا للتطبيقات التي يعتبر فيها التشويش المغناطيسي مصدر قلق.

باختصار، الصلب المدرفل على الساخن هو مادة متعددة الاستخدامات ومستخدمة على نطاق واسع في مختلف الصناعات، مما يوفر توازنًا بين القوة، قابلية الطرق، وتوفير التكلفة. فهم خصائصه وقيوده أمر ضروري لاختيار الدرجة الصحيحة للتطبيقات المحددة.