الفولاذ S690: نظرة عامة على الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ S690، المصنف كفولاذ إنشائي عالي التوتر، هو جزء من المعيار الأوروبي EN 10025-6. يتميز بشكل أساسي بقوته العالية وقابلية اللحام الممتازة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات المت demanding في البناء والهندسة. تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ S690 الكربون (C) والمنغنيز (Mn) والسيليكون (Si)، مع كميات صغيرة من عناصر أخرى مثل الكروم (Cr) والنيكل (Ni) والموليبدينوم (Mo) التي تعزز خصائصه الميكانيكية.

نظرة شاملة

يُعرف فولاذ S690 بقوة العائد العالية، التي تتراوح عادة بين 690 ميجا باسكال إلى 960 ميجا باسكال، مما يسمح بتصميم أقسام أرق في التطبيقات الإنشائية دون التضحية بالقوة. تساهم هذه الخصائص في تقليل وزن الهياكل وأيضًا تؤدي إلى توفير التكاليف في المواد والنقل. يُظهر الفولاذ متانة جيدة وقابلية للطرق، وهي أمر بالغ الأهمية للتطبيقات المعرضة للأحمال الديناميكية.

مزايا فولاذ S690:
- نسبة عالية من القوة إلى الوزن: تمكن من تصميم هياكل أخف.
- قابلية لحام ممتازة: مناسبة لعمليات اللحام المختلفة، مما يسهل التصنيع.
- متانة جيدة: تحافظ على الأداء في البيئات المنخفضة الحرارة.

قيود فولاذ S690:
- التكلفة: أكبر من الفولاذ الهيكلي التقليدي بسبب العناصر السبائكية.
- الهشاشة عند درجات حرارة منخفضة: يتطلب اعتبارًا دقيقًا في البيئات الباردة.
- مقاومة محدودة للتآكل: قد تتطلب طلاءات واقية في البيئات العدوانية.

حقق فولاذ S690 زخمًا كبيرًا في السوق بسبب أدائه في البناء الثقيل، والتعدين، والتطبيقات البحرية. تكمن أهميته التاريخية في تطويره لتلبية الطلب المتزايد على مواد أقوى وأكثر كفاءة في الهندسة الحديثة.

أسماء بديلة، معايير، ومكافئات

المنظمة المعيارية	التسمية / الدرجة	الدولة / المنطقة الأصلية	ملاحظات / تعليقات
UNS	S690QL	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب مكافئ لـ EN 10025-6
ASTM	A572 Grade 65	الولايات المتحدة الأمريكية	اختلافات تركيبية طفيفة
EN	S690QL	أوروبا	يستخدم عادة في التطبيقات الهيكلية
DIN	1.8928	ألمانيا	معادل لـ S690QL
JIS	SM490YB	اليابان	قوة عائد مشابهة ولكن تركيب مختلف
ISO	10025-6	دولي	معيار للفولاذ الهيكلي عالي العائد

يمكن أن تؤثر الاختلافات بين هذه الدرجات بشكل كبير على الأداء. على سبيل المثال، في حين أن S690QL و A572 Grade 65 قد تملك قوة عائد مشابهة، قد تختلف تركيباتها الكيميائية وخصائص المتانة، مما يؤثر على ملاءمتها لتطبيقات معينة.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة (%)
C (الكربون)	0.10 - 0.20
Mn (المنغنيز)	1.20 - 1.60
Si (السيليكون)	0.10 - 0.50
Cr (الكروم)	0.30 كحد أقصى
Ni (النيكل)	0.30 كحد أقصى
Mo (الموليبدينوم)	0.10 - 0.15

تلعب العناصر السبائكية الأساسية في فولاذ S690 أدوارًا حيوية:
- الكربون (C): يزيد من القوة والصلابة ولكن يمكن أن يقلل من القابلية للطرق.
- المنغنيز (Mn): يعزز من القدرة على تصلب الفولاذ والمتانة.
- السيليكون (Si): يحسن من إزالة الأكسدة ويزيد من القوة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة / درجة الحرارة	درجة حرارة الاختبار	القيمة / النطاق النموذجي (مترية)	القيمة / النطاق النموذجي (إمبراطورية)	المرجع القياسي لطريقة الاختبار
قوة العائد (0.2% انزياح)	مُبرد ومُعالج	درجة حرارة الغرفة	690 - 960 ميجا باسكال	100 - 139 كيلو باسكال	ASTM E8
قوة الشد	مُبرد ومُعالج	درجة حرارة الغرفة	770 - 1100 ميجا باسكال	112 - 160 كيلو باسكال	ASTM E8
الإطالة	مُبرد ومُعالج	درجة حرارة الغرفة	12 - 20%	12 - 20%	ASTM E8
الصلابة (برينيل)	مُبرد ومُعالج	درجة حرارة الغرفة	200 - 300 HB	200 - 300 HB	ASTM E10
قوة الصدمة (شاربي)	مُبرد ومُعالج	-20°C	27 J	20 قدم-رطل	ASTM E23

تجعل مجموعة القوة العالية من القوة والعائد فولاذ S690 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قدرة تحمل كبيرة مع الحفاظ على تكامل الهيكل. تضمن إطالته وقوة الصدمة لديه أنه يمكن أن يتحمل الأحمال الديناميكية دون الكسر.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة / درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	-	7850 كجم/م³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
التوصيلية الحرارية	20 °C	50 واط/م·ك	34.5 BTU·بوصة/ساعة·قدم²·°F
سعة الحرارة النوعية	20 °C	460 جول/كجم·ك	0.11 BTU/رطل·°F
معامل التمدد الحراري	20 - 100 °C	12 x 10⁻⁶ /ك	6.67 x 10⁻⁶ /°F

تساهم كثافة فولاذ S690 في وزنه، الذي يعتبر عاملًا مهمًا في التصميم الهيكلي. تعتبر التوصيلية الحرارية وسعة الحرارة النوعية حاسمة للتطبيقات التي تنطوي على نقل الحرارة، بينما يجب أن يؤخذ في الاعتبار معامل التمدد الحراري في البيئات التي تتعرض لتقلبات في درجات الحرارة.

مقاومة التآكل

العامل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C)	تقييم المقاومة	ملاحظات
الكلوريدات	3-5	20-60	جيدة	خطر تآكل النقاط
حمض الكبريتيك	10-20	20-40	سيئة	غير موصى به
مياه البحر	-	20-30	جيدة	تتطلب طلاء واقي

يُظهر فولاذ S690 مقاومة معتدلة للتآكل، خاصة في البيئات البحرية حيث توجد الكلورايد. ومع ذلك، فإنه عرضة لتآكل النقاط وتشققات الإجهاد (SCC) في بيئات عدوانية، مما يتطلب تدابير وقائية مثل الطلاءات أو الحماية الكاثودية.

عند مقارنته بالفولاذات عالية القوة الأخرى مثل S355 و S460، يقدم S690 قوة متفوقة ولكنه قد يتطلب استراتيجيات حماية ضد التآكل أكثر صرامة بسبب مقاومته الفطرية الأقل.

مقاومة الحرارة

الخاصية / الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة	400	752	مناسب للتطبيقات الهيكلية
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة	500	932	مقاومة أكسدة محدودة
درجة حرارة التوسع	600	1112	خطر التوسع عند درجات الحرارة المرتفعة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ فولاذ S690 بقوته ولكنه قد يتعرض للأكسدة، مما يمكن أن يؤثر على أدائه في التطبيقات ذات درجات الحرارة المرتفعة. يعتبر الاعتبار الدقيق لظروف الخدمة أمرًا أساسيًا لتجنب تدهور الأداء.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلكس الحماية النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون + CO2	جيدة للأقسام الرفيعة
TIG	ER70S-2	أرجون	مناسب للأعمال الدقيقة
SMAW	E7018	-	يتطلب تسخين مسبق

فولاذ S690 قابل للحام بشكل كبير، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من عمليات اللحام. قد يكون تسخين مسبق ضروريًا لتجنب التشققات، خاصة في الأقسام الأكثر سمكًا. يمكن أن تعزز معالجة الحرارة بعد اللحام الخصائص الميكانيكية للحام.

قابلية التشغيل الآلي

معامل التشغيل الآلي	[فولاذ S690]	[AISI 1212]	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60	100	يتطلب أدوات عالية السرعة
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	استخدم أدوات كربيد لزيادة الكفاءة

يقدم فولاذ S690 تحديات في التشغيل الآلي بسبب قوته العالية. تعتبر ظروف وأدوات التشغيل المثلى ضرورية لتحقيق التشطيبات السطحية والتس tolerances المطلوبة.

قابلية التشكيل

يمكن تشكيل فولاذ S690 باردًا وساخنًا، ولكن قوة العائد العالية تتطلب اعتبارًا دقيقًا لنصف القطر والانضغاط الناتج عن العمل. قد يؤدي التشكيل البارد إلى زيادة الصلابة، بينما يمكن أن يحسن التشكيل الساخن من القابلية للطرق.

معالجة الحرارة

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C)	الوقت النموذجي للنقع	طريقة التبريد	الهدف الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التبريد	850 - 900	30 دقيقة	هواء أو زيت	زيادة الصلابة والقوة
التلطيف	500 - 700	1 - 2 ساعة	هواء	تحسين المتانة والقابلية للطرق

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية الدقيقة لفولاذ S690، مما يعزز خصائصه الميكانيكية. يزيد التبريد من الصلابة، بينما يقلل التلطيف من الهشاشة، مما يجعل الفولاذ أكثر قابلية للطرق.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة / القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
البناء	المباني الشاهقة	قوة عالية للتحمل، قابلية اللحام	تقلل من وزن الهيكل
التعدين	دلاء الحفارات	المتانة، مقاومة الصدمات	يتحمل الأحمال الثقيلة
البحرية	أبراج النفط	مقاومة التآكل، القوة	تحمل البيئات القاسية
النقل	الجسور	نسبة عالية من القوة إلى الوزن	تعزز سعة التحميل

تشمل التطبيقات الأخرى:
- مكونات الآلات الثقيلة
- هياكل علوية للمباني الصناعية
- حوامل وأذرع الرافعات

يتم اختيار فولاذ S690 لهذه التطبيقات بفضل قدرته على تحمل الأحمال الكبيرة مع الحفاظ على تكامل الهيكل، مما يجعله مثاليًا للبيئات المت demanding.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة / الصفة	[فولاذ S690]	[فولاذ S355]	[فولاذ S460]	ملاحظات مختصرة عن المزايا / العيوب أو التبادل
قوة العائد	690 ميجا باسكال	355 ميجا باسكال	460 ميجا باسكال	قوة أعلى في S690
جانب التآكل	جيدة	جيدة	جيدة	يوفر S355 مقاومة تآكل أفضل
قابلية اللحام	ممتازة	جيدة	مقبولة	يكون S690 أسهل في اللحام
قابلية التشغيل الآلي	معتدلة	جيدة	سيئة	يحتاج S690 إلى أدوات متخصصة
التكلفة النسبي التقديرية	عالية	معتدلة	مرتفعة	اعتبارات التكلفة للمشاريع
التوفر النمطي	معتدل	عالي	معتدل	يتوفر S355 بشكل أكثر شيوعًا

عند اختيار فولاذ S690، يجب أن تؤخذ عوامل مثل التكلفة، والتوافر، ومتطلبات التطبيق المحددة في الاعتبار. على الرغم من أنه يوفر قوة أفضل، قد تؤثر تكلفته الأعلى والتحديات المحتملة في التشغيل الآلي ومقاومة التآكل على القرار.

باختصار، يعد فولاذ S690 مادة متعددة الاستخدامات وقوية تتألق في التطبيقات عالية القوة، مما يجعله خيارًا مفضلًا في الهندسة الحديثة والبناء. توفر خصائصه الفريدة وخصائص التصنيع مزايا كبيرة، على الرغم من أن الاعتبار الدقيق لقيوده ضروري لتحقيق الأداء الأمثل.