ستيل HRPO: الخصائص والتطبيقات الرئيسية موضحة

الفولاذ المدرفل على الساخن المخلل والمزيت (HRPO) هو نوع محدد من الفولاذ منخفض الكربون الذي خضع لعملية درفلة على الساخن متبوعة بالتخليل والتزييت. تصنف هذه الدرجة الفولاذية بشكل أساسي كفولاذ منخفض الكربون، يتميز بمحتوى الكربون المنخفض نسبيًا، وعادة ما يكون أقل من 0.25%. تشمل العناصر الرئيسية المضافة في HRPO الحديد (Fe) وكمية صغيرة من المنغنيز (Mn) والفوسفور (P) والكبريت (S)، التي تساهم في خصائصه الميكانيكية وقابلية العمل.

يشتهر فولاذ HRPO بإنهائه السطحي الممتاز، وقابلية اللحام الجيدة، وقابلية الشكل، مما يجعله مناسباً لمجموعة متنوعة من التطبيقات في صناعات السيارات والبناء والتصنيع. تزيل عملية التخليل الأكسيد والمواد القشرية من السطح، بينما توفر عملية التزييت طبقة واقية ضد التآكل، مما يعزز من متانة الفولاذ.

المزايا والقيود

المزايا	القيود
إنهاء سطحي ممتاز	مقاومة محدودة للتآكل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ
قابلية لحام وتشكيل جيدة	قوة أقل مقارنة بالفولاذات العالية الكربون
اقتصادي للتطبيقات واسعة النطاق	عرضة للصدأ إذا لم يتم صيانته بشكل صحيح
متعدد الاستخدامات لمجموعة متنوعة من التطبيقات	غير مناسب لتطبيقات درجات الحرارة العالية

يحتل فولاذ HRPO مكانة مهمة في السوق بسبب توازنه بين التكلفة والأداء. يستخدم عادةً في التطبيقات حيث تكون جودة السطح حاسمة، مثل في ألواح هيكل السيارات والأجهزة. تاريخياً، كان فولاذ HRPO خيارًا مفضلًا للمصنعين الذين يبحثون عن حل فولاذي موثوق واقتصادي.

أسماء بديلة، معايير، ونظائر

المنظمة القياسية	التعيين/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصل	ملاحظات/تعليقات
UNS	G10100	الولايات المتحدة	أقرب مكافئ لـ A36
AISI/SAE	A1011	الولايات المتحدة	فولاذ منخفض الكربون مع قابلية لحام جيدة
ASTM	A569	الولايات المتحدة	مواصفة قياسية للفولاذ المدرفل على الساخن
EN	S235JR	أوروبا	اختلافات صغيرة في التركيب
JIS	SS400	اليابان	خصائص متشابهة، مستخدم على نطاق واسع في البناء
ISO	10025-2	دولي	معيار عام للفولاذ الهيكلي

غالبًا ما تكمن الاختلافات بين هذه الدرجات في تركيباتها الكيميائية المحددة وخصائصها الميكانيكية، التي يمكن أن تؤثر على أدائها في تطبيقات مختلفة. على سبيل المثال، بينما يعتبر S235JR و SS400 متشابهين في القوة، قد تختلف خشونة العائد وخصائص الاستطالة قليلاً، مما يؤثر على ملاءمتهما لمهام هندسية محددة.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

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

تشمل الدور الرئيسي للعناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ HRPO:
- الكربون (C): يؤثر على الصلابة والقوة؛ عادة ما يزيد محتوى الكربون الأعلى من القوة ولكنه يقلل من القابلية للتشكيل.
- المنغنيز (Mn): يعزز من الصلابة ويحسن من قوة الفولاذ ومقاومته للتآكل.
- الفوسفور (P): بكميات صغيرة، يمكن أن يحسن قابلية التشغيل ولكنه قد يؤدي إلى الهشاشة إذا كان موجودًا بكميات زائدة.
- الكبريت (S): يحسن أيضًا من قابلية التشغيل ولكنه يمكن أن يؤثر سلبًا على المرونة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الشرط/الحرارة	درجة حرارة الاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (متري)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مدرفلة على الساخن	درجة حرارة الغرفة	270 - 410 ميغاباسكال	39 - 60 كيلو باوند/بوصة مربعة	ASTM E8
قوة العائد (0.2% نسبة الانحراف)	مدرفلة على الساخن	درجة حرارة الغرفة	210 - 350 ميغاباسكال	30 - 51 كيلو باوند/بوصة مربعة	ASTM E8
الاستطالة	مدرفلة على الساخن	درجة حرارة الغرفة	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
الصلابة (برينل)	مدرفلة على الساخن	درجة حرارة الغرفة	120 - 180 HB	120 - 180 HB	ASTM E10
قوة التأثير	مدرفلة على الساخن	-20 درجة مئوية (-4 درجة فهرنهايت)	27 - 40 جول	20 - 30 قدم-باوند	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ HRPO مناسبة للتطبيقات التي تتطلب قوة معتدلة وقابلية تشكيل جيدة. يمكن لقوة العائد وقوة الشد تحمّل مجموعة متنوعة من الأحمال الميكانيكية، بينما تشير الاستطالة إلى قابلية شكل جيدة، مما يجعلها مثالية لعمليات الانحناء والتشكيل.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الشرط/درجة الحرارة	القيمة (متري)	القيمة (إمبراطوري)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 غرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 درجة مئوية	2600 - 2800 درجة فهرنهايت
التوصيل الحراري	درجة حرارة الغرفة	50 واط/م·ك	34.5 وحدة حرارية بريطانية·بوصة/(ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت)
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.49 كيلو جول/كغ·ك	0.12 وحدة حرارية بريطانية/رطل·درجة فهرنهايت
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0000017 أوم·م	0.0000017 أوم·بوصة

تعتبر الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة والتوصيل الحراري مهمة للتطبيقات التي تكون فيها الوزن وانتقال الحرارة حاسمة. تجعل كثافة فولاذ HRPO منه خيارًا قويًا للتطبيقات الهيكلية، بينما يسمح توصيله الحراري بتفريغ الحرارة بكفاءة في عمليات التصنيع.

مقاومة التآكل

العامل المؤدي للتآكل	التركيز (%)	الدرجة الحرارة (°م/°ف)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الأكسجين في الغلاف الجوي	-	البيئة المحيطة	مقبول	خطر الصدأ بدون طلاءات واقية
الكبريتات	3-5	20-60 درجة مئوية (68-140 درجة فهرنهايت)	ضعيف	عرضة للتآكل من النوع البقعي
حمض الكبريتيك	10-20	25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت)	غير موصى به	خطر عالٍ للتآكل
هيدروكسيد الصوديوم	5-10	25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت)	مقبول	خطر تشقق التآكل الناتج عن الإجهاد

يظهر فولاذ HRPO مقاومة معتدلة للتآكل، خصوصًا في الظروف الجوية. ومع ذلك، فهو عرضة للصدأ والتآكل في بيئات الكبريت، مما يجعله أقل ملاءمة لتطبيقات البحر دون تدابير وقائية كافية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، فإن مقاومة التآكل لدى HRPO أقل بكثير، مما يعد اعتبارًا حاسمًا في البيئات المعرضة لوكلاء التآكل.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400 درجة مئوية	752 درجة فهرنهايت	ما وراء ذلك، قد تتدهور الخصائص الميكانيكية
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	500 درجة مئوية	932 درجة فهرنهايت	تعرض مؤقت فقط
درجة حرارة التقشر	600 درجة مئوية	1112 درجة فهرنهايت	يزيد خطر الأكسدة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يمكن لفولاذ HRPO الحفاظ على سلامة هيكله حتى حد معين. ومع ذلك، فإن التعرض المطول لدرجات الحرارة العالية يمكن أن يؤدي إلى الأكسدة وانخفاض في الخصائص الميكانيكية، مما يجعله غير مناسب لتطبيقات عالية الحرارة بدون معالجة مناسبة.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلاش واقي نموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	خليط أرجون/ثاني أكسيد الكربون	جيد للأجزاء الرفيعة
TIG	ER70S-2	أرجون	ممتاز للعمل الدقيق
عصي	E7018	-	مناسب للتطبيقات العامة

يعتبر فولاذ HRPO عمومًا ذا قابلية لحام جيدة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من عمليات اللحام. قد يتطلب التسخين المسبق للأجزاء الأكثر سمكًا لتجنب التشقق. يمكن أن تعزز معالجة الحرارة بعد اللحام من خصائص منطقة اللحام، مما يقلل من الإجهادات المتبقية.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	[فولاذ HRPO]	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر القابلية النسبي	70	100	فولاذ HRPO أقل قابلية للتشغيل مقارنة بـ AISI 1212
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	تعديل حسب تآكل الأداة

يظهر فولاذ HRPO قابلية تشغيل معتدلة، يمكن تحسينها باستخدام أدوات وظروف قطع مناسبة. من الضروري استخدام أدوات حادة وسرعات قطع مناسبة لتحقيق النتائج المثلى.

قابلية التشكيل

يظهر فولاذ HRPO قابلية تشكيل ممتازة، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشكيل البارد والساخن. يمكن أن يتم انحناءه، وتخطيطه، وتشكيله بسهولة إلى تكوينات مختلفة دون خطر كبير من التشقق. يجب مراعاة تأثير تصلب العمل أثناء عمليات التشكيل، لأنه يمكن أن يزيد من قوة المادة.

معالجة الحرارة

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°م/°ف)	المدة النموذجية للنقع	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التخمير	600 - 700 درجة مئوية / 1112 - 1292 درجة فهرنهايت	1 - 2 ساعات	هواء أو ماء	تحسين المرونة وتقليل الصلابة
التطبيع	800 - 900 درجة مئوية / 1472 - 1652 درجة فهرنهايت	1 - 2 ساعات	هواء	تحسين هيكل الحبيبات وتحسين القوة
التبريد	800 - 900 درجة مئوية / 1472 - 1652 درجة فهرنهايت	1 ساعة	ماء أو زيت	زيادة الصلابة والقوة

يمكن أن تؤثر عمليات معالجة الحرارة مثل التخمير والتطبيع بشكل كبير على الهيكل المجهري لفولاذ HRPO، مما يعزز خصائصه الميكانيكية. يُحسن التخمير المرونة، بينما يساهم التطبيع في تحسين هيكل الحبيبات، مما يؤدي إلى تحسين القوة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (بإيجاز)
السيارات	ألواح الهيكل	إنهاء سطحي ممتاز، قابلية تشكيل جيدة	الجمالية وسلامة الهيكل
البناء	المكونات الهيكلية	قوة معتدلة، قابلية لحام	اقتصادي وسهل التصنيع
التصنيع	أغطية الأجهزة	قابلية تشغيل جيدة، قابلية تشكيل	متعدد الاستخدامات لتصميمات مختلفة

تشمل التطبيقات الأخرى:
* - تصنيع الأثاث
* - المعدات الزراعية
* - مكونات نظام HVAC

يتم اختيار فولاذ HRPO لهذه التطبيقات نظرًا لتوازنه بين التكلفة، وخصائصه الميكانيكية، وسهولة التصنيع، مما يجعله خيارًا مفضلًا في الصناعات التي تتطلب مواد موثوقة واقتصادية.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	[فولاذ HRPO]	AISI 1018	فولاذ A36	ملاحظة موجزة عن المزايا/العيوب أو المقايضة
الميزة الميكانيكية الرئيسية	قوة معتدلة	قوة أعلى	قوة أقل	توفر AISI 1018 قوة أفضل ولكن بتكلفة أعلى
الجوانب الرئيسية لمقاومة التآكل	مقبول	ضعيف	مقبول	يتميز HRPO بإنهاء سطحي أفضل من A36
قابلية اللحام	جيدة	جيدة	جيدة	جميع الدرجات قابلة للحام، ولكن HRPO يتميز بجودة سطح أفضل
قابلية التشغيل	معتدلة	جيدة	معتدلة	AISI 1018 أسهل في التشغيل
قابلية التشكيل	ممتازة	جيدة	جيدة	يمكن تشكيل HRPO بسهولة للأشكال المعقدة
التكلفة التقريبية النسبية	معتدلة	أعلى	أقل	يعتبر HRPO اقتصاديًا للتطبيقات واسعة النطاق
التوافر النموذجي	عالي	معتدل	عالي	يتوفر HRPO على نطاق واسع بأشكال مختلفة

عند اختيار فولاذ HRPO، تعتبر جوانب مثل التكلفة، والتوافر، والخصائص الميكانيكية المحددة حاسمة. إن قوته المعتدلة وقابلية تشكيله الممتازة تجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات، بينما تتطلب قابليته للتآكل اتخاذ تدابير وقائية في بعض البيئات. يمكن أن تساعد فهم هذه العوامل المهندسين والمصنعين في اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن اختيار المواد لمشاريعهم.