الفولاذ S355JR: نظرة عامة على الخصائص والتطبيقات الرئيسية

صلب S355JR هو درجة فولاذية إنشائية أوروبية تنتمي إلى معيار EN 10025. يُصنف كصلب إنشائي منخفض الكربون، ويستخدم بشكل رئيسي في تطبيقات البناء والهندسة. يتضمن تكوين الفولاذ مزيجًا متوازنًا من الحديد والكربون وعناصر السبائك الأخرى، مما يسهم في خصائصه الميكانيكية وأدائه العام.

نظرة شاملة

يتميز S355JR بقدرته الجيدة على اللحام، وقابلية التشغيل، وقوته العالية، مما يجعله خيارًا شائعًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهيكلية. تشمل عناصر السبائك الأساسية في S355JR الكربون (C) والمنغنيز (Mn) والسيليكون (Si)، التي تعزز قوته ولينته. يتم تحديد محتوى الكربون النموذجي بحد أقصى 0.20%، بينما يتراوح محتوى المنغنيز من 1.0% إلى 1.6%. يسمح هذا التركيب لـS355JR بتحقيق حد أدنى من إجهاد العائد يبلغ 355 ميجا باسكال، ومن هنا جاءت التسمية "S355".

تشمل مزايا فولاذ S355JR خصائصه الميكانيكية الممتازة، التي تسمح ببناء هياكل قوية مع الحفاظ على وزن منخفض نسبيًا. تجعل قابلية لحامه الجيدة مناسبة لعمليات التصنيع المختلفة، وهو متوفر على نطاق واسع بأشكال مختلفة، مثل الألواح والأقسام والقطع. ومع ذلك، فإن لـS355JR أيضًا قيودًا، خاصة من حيث مقاومة التآكل مقارنة بالفولاذات ذات السبائك الأعلى. لا يُوصى باستخدامه في بيئات شديدة التآكل دون طلاءات واقية مناسبة.

تاريخيًا، كان S355JR له أهمية في السوق الأوروبية، حيث يعتبر مادة معيارية لمشاريع البناء والجسور والآلات الثقيلة. جعلت شيوعه وموثوقيته منه خيارًا مفضلًا للمهندسين والمعماريين على حد سواء.

أسماء بديلة، معايير، ومعادلات

منظمة المعيار	التسمية/الدرجة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	K02001	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب معادل
ASTM	A572 Grade 50	الولايات المتحدة الأمريكية	خصائص مشابهة، ولكن مع تركيب كيميائي مختلف
DIN	St 52-3	ألمانيا	اختلافات تركيبية طفيفة
JIS	SM490A	اليابان	قوة مقارنة، خصائص تأثير مختلفة
ISO	S355JR	دولي	معيار تحت EN 10025

تسلط الجدول أعلاه الضوء على مختلف المعايير والدرجات المماثلة لـS355JR. بينما يمكن اعتبار هذه الدرجات متكافئة، يمكن أن تؤثر الاختلافات الدقيقة في التركيب الكيميائي والخصائص الميكانيكية على أدائها في تطبيقات محددة. على سبيل المثال، يحتوي ASTM A572 Grade 50 على محتوى فوسفور أعلى، مما قد يؤثر على قابليته للحام ومقاومته للتآكل.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (كربون)	0.12 - 0.20
Mn (منغنيز)	1.0 - 1.6
Si (سيليكون)	0.0 - 0.5
P (فوسفور)	≤ 0.045
S (كبريت)	≤ 0.045
N (نيتروجين)	≤ 0.012

الدور الرئيسي لعناصر السبائك الرئيسية في S355JR هو كما يلي:
- الكربون (C): يزيد من القوة والصلابة ولكن يمكن أن يقلل اللين.
- المنغنيز (Mn): يعزز من قابلية التصلب ويحسن من المتانة، خاصة في الوصلات الملحومة.
- السيليكون (Si): يعمل كعامل إزالة الأكسدة أثناء صنع الفولاذ ويساهم في القوة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة/النطاق النموذجي (الوحدات المتريه - وحدات SI)	القيمة/النطاق النموذجي (الوحدات الإمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
إجهاد العائد (تعديل 0.2%)	طبيعي	355 ميجاباسكال	51.5 ksi	EN 10002-1
إجهاد الشد	طبيعي	470 - 630 ميجاباسكال	68 - 91 ksi	EN 10002-1
التمدد	طبيعي	≥ 21%	≥ 21%	EN 10002-1
انخفاض المساحة	طبيعي	≥ 25%	≥ 25%	EN 10002-1
الصلابة (برينيل)	طبيعي	≤ 197 HB	≤ 197 HB	EN 10003-1
قوة التأثير (تشاري V-notch)	-40°C	≥ 27 J	≥ 20 ft-lbf	EN ISO 148-1

تجعل الخصائص الميكانيكية لـS355JR مناسبة للتطبيقات التي تت requerir قوة عالية وقابلية جيدة للتشكيل. يسمح له إجهاد العائد ببناء هياكل تحمل الوزن، بينما يشير تمدده وانخفاض المساحة إلى قابلية جيدة للتشكيل، مما يجعله مثاليًا لعمليات اللحام والتصنيع.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة (الوحدات المتريه - وحدات SI)	القيمة (الوحدات الإمبراطورية)
الكثافة	-	7850 كجم/م³	490 رطل/قدم³
نقطة الانصهار	-	1420 - 1540 °C	2590 - 2800 °F
الموصلية الحرارية	20 °C	50 واط/(م·ك)	34.5 BTU/(ساعة·قدم·°F)
السعة الحرارية النوعية	-	490 جول/(كجم·ك)	0.12 BTU/(رطل·°F)
المقاومة الكهربائية	-	0.0000017 أوم·م	0.0000017 أوم·قدم
معامل التمدد الحراري	20 - 100 °C	12 × 10⁻⁶ /ك	6.67 × 10⁻⁶ /°F

تعد الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة والموصلية الحرارية حاسمة في التطبيقات التي تتضمن مكونات هيكلية. تتيح كثافة S355JR تصميمات خفيفة الوزن، بينما تعتبر الموصلية الحرارية مفيدة في التطبيقات التي تتطلب تبديد الحرارة.

مقاومة التآكل

العامل المؤدي للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C)	تقييم المقاومة	ملاحظات
الجو	-	20	متوسط	خطر الصدأ بدون حماية
الكلوريدات	3-5	25	ضعيف	عرضة للتآكل بالحفر
الأحماض	10-20	20	غير موصى به	تدهور سريع
القواعد	5-10	20	متوسط	مقاومة معتدلة
المركبات العضوية	-	20	جيد	مقاوم بشكل عام

يظهر S355JR مقاومة متوسطة للتآكل، خاصة في الظروف الجوية. ومع ذلك، فإنه عرضة للتآكل بالحفر في بيئات الكلوريد ولا ينبغي استخدامه في ظروف حامضية بدون طلاءات واقية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ مثل S30400، الذي يوفر مقاومة ممتازة للتآكل، يتطلب S355JR مزيدًا من الصيانة في البيئات التآكلية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400	752	مناسب للتطبيقات الهيكلية
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	500	932	تعرض قصير الأمد فقط
درجة حرارة التقشر	600	1112	خطر الأكسدة فوق هذه الدرجة
تبدأ اعتبارات قوة الزحف	300	572	قد يحدث زحف عند درجات الحرارة المرتفعة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحافظ S355JR على سلامته الهيكلية حتى حوالي 400 °C (752 °F). بعد هذه الدرجة، يزداد خطر الأكسدة والتقشر، مما قد ي compromise قوة ومتانة المادة. من الضروري مراعاة هذه الحدود في التطبيقات التي تتعلق ببيئات درجات حرارة عالية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن المضاف الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلكس درع نموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	خليط الأرجون + CO2	جيد للأقسام الرقيقة
TIG	ER70S-2	أرجون	مناسب للوصلات النظيفة
Stick (SMAW)	E7018	-	يتطلب تسخين مسبق للأقسام السميكة

يشتهر S355JR بقابلية اللحام الممتازة، مما يجعله مناسبًا لعمليات اللحام المختلفة. قد يكون من الضروري التسخين المسبق للأقسام الأكثر سمكًا لتجنب التشقق. يمكن أن تعزز معالجة الحرارة بعد اللحام خصائص اللحام الميكانيكية.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	[S355JR]	[AISI 1212]	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60%	100%	قابلية تشغيل جيدة
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	60 م/دقيقة	100 م/دقيقة	استخدم أدوات كربيد لتحقيق أفضل النتائج

يظهر S355JR قابلية تشغيل جيدة، على الرغم من أنه ليس سهل التشغيل مثل بعض الفولاذات عالية الكربون. يمكن أن يحسن استخدام الأدوات المناسبة وسرعات القطع الأداء خلال عمليات التشغيل.

قابلية التشكيل

يظهر S355JR قابلية تشكيل جيدة، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشكيل البارد والحار. يمكن ثني الفولاذ وتشكيله دون خطر كبير من التشقق، على الرغم من أنه يجب توخي الحذر مع نصف القطر المنحني لتجنب تصلب العمل.

معالجة الحرارة

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	الوقت النموذجى للنقع	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
التطبيع	900 - 950 / 1652 - 1742	1 - 2 ساعات	هواء	تنقية هيكل الحبة
التخليص	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 ساعات	هواء	زيادة اللين
التبريد والتقسية	850 - 900 / 1562 - 1652	1 - 2 ساعات	زيت/ماء	زيادة الصلابة والقوة

يمكن أن تغير عمليات معالجة الحرارة مثل التطبيع والتخريج بشكل كبير الهيكل الدقيق لـS355JR، مما يعزز خصائصه الميكانيكية. يعمل التطبيع على تنقية هيكل الحبة، بينما يزيد التخريج من اللين، مما يجعل الفولاذ أسهل في العمل معه.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الأساسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
البناء	العوارض الهيكلية	قوة عالية، قابلية لحام جيدة	ضروري للهياكل الحاملة للوزن
صناعة السيارات	مكونات الهيكل	لين، متانة	مطلوبة للسلامة والأداء
الآلات	إطارات المعدات الثقيلة	قوة، قابلية تشغيل	المتانة في البيئات القاسية
بناء السفن	الهياكل السفنية	مقاومة التآكل، قوة	ضرورية للتطبيقات البحرية

• يستخدم S355JR على نطاق واسع في بناء الجسور والمباني والبنية التحتية الأخرى نظرًا لنسبة القوة إلى الوزن العالية.
• في صناعة السيارات، يُستخدم لمكونات الهيكل حيث تكون القوة واللين حاسمة للسلامة.
• تستفيد إطارات الآلات الثقيلة من متانة وقابلية تشغيل S355JR، مما يسمح بأشكال وتصميمات معقدة.

اعتبارات مهمة ومعايير الاختيار وأفكار إضافية

الميزة/الخاصية	[S355JR]	[الدرجة البديلة 1]	[الدرجة البديلة 2]	ملاحظة مختصرة/إيجابيات أو سلبيات أو موازنة
إجهاد العائد	355 ميجا باسكال	350 ميجا باسكال	420 ميجا باسكال	قوةyield أعلى في البدائل
جانب التآكل	متوسط	ممتاز	جيد	تقدم البدائل مقاومة أفضل للتآكل
قابلية اللحام	ممتازة	جيدة	متوسطة	S355JR أسهل للحام
قابلية التشغيل	جيدة	ممتازة	متوسطة	قد تكون البدائل أسهل في التشغيل
قابلية التشكيل	جيدة	متوسطة	جيدة	يقدم S355JR قابلية تشكيل جيدة
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	أعلى	متوسطة	فعالة من حيث التكلفة للاستخدام الهيكلي
التوافر النموذجي	مرتفع	متوسط	منخفض	S355JR متاح على نطاق واسع

عند اختيار S355JR لمشروع ما، تعتبر اعتبارات مثل الفعالية من حيث التكلفة، والتوافر، والخصائص الميكانيكية المحددة حاسمة. بينما قد تقدم البدائل مقاومة فائقة للتآكل أو قوة، يظل S355JR خيارًا موثوقًا للعديد من التطبيقات الهيكلية بفضل توزان خصائصه وتوافره الواسع.

باختصار، يعد فولاذ S355JR مادة هيكلية متعددة الاستخدامات ومستخدمة على نطاق واسع توفر مزيجًا من القوة، وقابلية اللحام، وقابلية التشغيل، مما يجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية. يجب مراعاة خصائصه بعناية في سياق متطلبات المشروع المحددة لضمان الأداء الأمثل وطول العمر.