ستيل S690QL: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

فولاذ S690QL هو فولاذ هيكلي عالي القوة منخفض السبائك معروف بخصائصه الميكانيكية الممتازة ومرونته في تطبيقات الهندسة المختلفة. يُصنف كسبيكة مُروية ومُعالجة حرارياً، ويندرج S690QL تحت فئة الفولاذ عالي قوة العائد، مصمماً خصيصاً لتوفير أداء معزز في الظروف الصعبة. تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في S690QL الكربون (C) والمنغنيز (Mn) والسيليكون (Si) وكميات صغيرة من الكروم (Cr) والموليبدينوم (Mo). تسهم هذه العناصر بشكل كبير في قوة الفولاذ وقوته ومناسبته للحام.

نظرة شاملة

يتميز S690QL بقوة العائد العالية، التي تكون عادةً حوالي 690 ميغاباسكال (100 كيلوجرام لكل بوصة مربعة)، مما يسمح بتصميم أقسام أرق في التطبيقات الهيكلية دون المساس بالقدرة على تحمل الأحمال. تجعل هذه الخاصية منه مناسبا بشكل خاص في الصناعات مثل البناء والتعدين والآلات الثقيلة، حيث يكون تقليل الوزن حاسماً. يظهر الفولاذ قوة وثباتاً ممتازين، مما يضمن قدرته على تحمل الأحمال الديناميكية وقوى التأثير.

المزايا:
- نسبة القوة إلى الوزن العالية: يمكّن من تصميم هياكل أخف.
- قابلية لحام جيدة: مناسبة لمختلف عمليات اللحام، مما يسهل التصنيع.
- قوة تحمل ممتازة: تحافظ على الأداء في بيئات ذات درجة حرارة منخفضة.

القيود:
- التكلفة: أعلى من الفولاذ العادي بسبب عناصر السبائك والمعالجة.
- مقاومة التآكل: بينما لديه مقاومة جيدة، قد يتطلب طلاءات واقية في بيئات عدائية.

لقد اكتسب S690QL شعبية في السوق بسبب قدرته على تلبية معايير الأداء الصارمة مع تقديم حلول فعالة من حيث التكلفة في التطبيقات الهيكلية. تكمن أهميته التاريخية في تطويره لتلبية الطلب المتزايد على المواد عالية الأداء في الهندسة الحديثة.

أسماء بديلة، معايير، ومكافئات

المؤسسة المعيارية	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	S690QL	الولايات المتحدة	أقرب مكافئ لـ EN 10025-6
EN	S690QL	أوروبا	فولاذ هيكلي عالي قوة العائد
ASTM	A709 درجة 50QL	الولايات المتحدة	خصائص مماثلة، تستخدم في تطبيقات الجسور
DIN	1.8928	ألمانيا	درجة مكافئة مع اختلافات طفيفة في التركيب
JIS	-	اليابان	لا يوجد مكافئ مباشر، ولكن توجد درجات مماثلة

تسليط الضوء في الجدول أعلاه على معايير مختلفة ودرجات مكافئة لـ S690QL. ومن الجدير بالذكر أنه بينما تشترك ASTM A709 درجة 50QL في خصائص ميكانيكية مماثلة، قد تختلف في التركيب الكيميائي، مما قد يؤثر على الأداء في تطبيقات محددة. فهم هذه التفاصيل أمر بالغ الأهمية لاختيار المادة.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نسبة المئوية المدى (%)
C (الكربون)	0.12 - 0.20
Mn (المنغنيز)	1.40 - 1.80
Si (السيليكون)	0.10 - 0.50
Cr (الكروم)	0.30 - 0.50
Mo (الموليبدينوم)	0.10 - 0.15
P (الفوسفور)	≤ 0.025
S (الكبريت)	≤ 0.015

تلعب العناصر السبائكية الرئيسية في S690QL أدواراً حاسمة:
- الكربون (C): يزيد من القوة والصلابة لكنه قد يقلل من قابلية التمدد.
- المنغنيز (Mn): يعزز القابلية للتصلب والقوة.
- الكروم (Cr): يحسن من مقاومة التآكل والقوة عند درجات حرارة مرتفعة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/التحضير	درجة حرارة الاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (المترية)	القيمة/النطاق النموذجي (الإمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة العائد (0.2% انزياح)	مُروى ومُعالج حرارياً	درجة حرارة الغرفة	690 - 900 ميغاباسكال	100 - 130 كيلوجرام لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة الشد	مُروى ومُعالج حرارياً	درجة حرارة الغرفة	770 - 1100 ميغاباسكال	112 - 160 كيلوجرام لكل بوصة مربعة	ASTM E8
التمدد	مُروى ومُعالج حرارياً	درجة حرارة الغرفة	14 - 20%	14 - 20%	ASTM E8
الصلابة	مُروى ومُعالج حرارياً	درجة حرارة الغرفة	200 - 250 HB	200 - 250 HB	ASTM E10
قوة التأثير	مُروى ومُعالج حرارياً	-20 درجة مئوية (-4 درجة فهرنهايت)	≥ 27 جول	≥ 20 قدم-رطل	ASTM E23

تمثل مجموعة من القوة العالية وقوة الشد الجيدة، جنباً إلى جنب مع نسبة تمدد جيدة، ما يجعل S690QL مناسباً لتطبيقات تتطلب تحميل ميكانيكي عالي ونزاهة هيكلية. تضمن قوة التأثير عند درجات حرارة منخفضة الأداء في البيئات القاسية.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/الدرجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	-	7.85 جرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
درجة انصهار	-	1420 - 1460 درجة مئوية	2590 - 2660 درجة فهرنهايت
الموصلية الحرارية	20 درجة مئوية	50 واط/م·ك	34.5 وحدة حرارية بريطانية·بوصة/ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت
سعة الحرارة النوعية	20 درجة مئوية	0.49 كيلو جول/كغ·ك	0.12 وحدة حرارية بريطانية/رطل·درجة فهرنهايت
معامل التمدد الحراري	20 - 100 درجة مئوية	12 × 10⁻⁶/ك	6.67 × 10⁻⁶/درجة فهرنهايت

تعتبر الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة والموصلية الحرارية هامة للتطبيقات حيث يكون الوزن وتشتت الحرارة حاسماً. تشير درجة انصهارها المرتفعة نسبياً إلى أداء جيد عند درجات حرارة مرتفعة.

مقاومة التآكل

العامل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°م)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
كلوريدات	3-5	20-60	متوسطة	خطر تآكل البقع
حمض الكبريتيك	10-20	20-40	ضعيف	غير موصى به
مياه البحر	-	20-30	جيد	يتطلب طلاءً واقياً
القلويات	5-10	20-60	متوسطة	مقاومة معتدلة

يعرض S690QL مقاومة متوسطة للتآكل، وخصوصاً في بيئات الكلوريد، مما يجعله مناسباً للتطبيقات البحرية مع تدابير وقائية مناسبة. ومع ذلك، فإنه عرضة للتآكل في تركيزات كلوريد عالية وينبغي عدم استخدامه في بيئات حمضية دون طلاءات واقية.

عند مقارنته بدرجات مثل S355 وS690، يقدم S690QL قوة فائقة ولكن قد يتطلب عملاً أكثر حذراً في البيئات التآكلية. س355، رغم أنها أقل قوة، لديها مقاومة تآكل أفضل بشكل عام.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحدود	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400	752	مناسب للتطبيقات الهيكلية
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	500	932	تعرض قصير المدى فقط
درجة حرارة التقشير	600	1112	خطر الأكسدة بعد هذه النقطة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ S690QL بقوته ولكنه قد يبدأ في فقدان الصلابة والقوة. يمكن أن يحدث الأكسدة عند درجات حرارة تتجاوز 600 درجة مئوية، مما يستلزم الاعتبار الدقيق في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الحشو الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلكس الحماية النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرغون + CO2	يُوصى بالتسخين المسبق
TIG	ER70S-2	أرغون	يتطلب أسطح نظيفة
لحام القوس الغارق (SAW)	-	سلك محشو بالفلور	جيد للأقسام السميكة

يعتبر S690QL بشكل عام قابلاً للحام باستخدام العمليات القياسية، على الرغم من أنه يُوصى بالتسخين المسبق لتجنب التشقق. يمكن أن تعزز معالجة الحرارة بعد اللحام من القوة وتخفف من الضغوط المتبقية.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	S690QL	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60	100	يتطلب أدوات بسرعة عالية
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	50-80 م/دقائق	100-150 م/دقائق	تعديل بحسب تآكل الأدوات

قابلية التشغيل متوسطة؛ يُوصى بأدوات السرعة العالية لعمليات التشغيل الفعالة. يمكن أن يؤ optimize الأداء باهتمام دقيق بسرعات التغذية والقطع.

قابلية التشكيل

يعرض S690QL قابلية تشكيل محدودة بسبب قوته العالية. التشكيل البارد ممكن، لكن التشكيل الساخن مفضل لتقليل خطر التشقق. يجب حساب الحد الأدنى لزاوية الانحناء بعناية لتجنب الفشل.

معالجة الحرارة

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°م)	زمن النقع النموذجي	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي / الناتج المتوقع
التمريخ	850 - 900	30 - 60 دقيقة	ماء/زيت	التصلب
التخفيف	500 - 700	1 - 2 ساعة	هواء	تحسين القوة

تؤثر عمليات معالجة الحرارة بشكل كبير على التركيب المجهري لـ S690QL، مما يعزز خصائصه الميكانيكية. يزداد التصلب بواسطة التمريخ، بينما يحسن التخفيف من قابلية التمدد والقوة.

التطبيقات النموذجية واستخداماتها النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الأساسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
البناء	المباني الشاهقة	قوة عالية العائد، قابلة للحام جيدة	تقلل من وزن الهيكل
التعدين	الحفارات	قوة، مقاومة التأثير	تصمد في ظروف قاسية
الآلات الثقيلة	الرافعات	قوة عالية الشد	تدعم الأحمال الثقيلة
الهياكل البحرية	منصات النفط	مقاومة التآكل، القوة	تعمل في بيئات بحرية

تشمل التطبيقات الأخرى:
- الجسور: تستخدم القوة العالية لتقليل استخدام المواد.
- معدات النقل: هياكل خفيفة للفاعلية.

يتم اختيار S690QL لهذه التطبيقات بسبب قدرته على تلبية متطلبات الأداء الصارمة مع توفير حلول فعالة من حيث التكلفة.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	S690QL	S355	S700MC	ملاحظة موجزة عن الإيجابيات/السلبيات أو الت trade-off
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية العائد	قوة متوسطة العائد	قوة أعلى العائد	يوفر S690QL توازناً بين القوة وقابلية اللحام
الجانب الأساسي للتآكل	مقاومة متوسطة	مقاومة جيدة	مقاومة متوسطة	قد تكون S355 أفضل في البيئات التآكلية
قابلية اللحام	جيدة	ممتازة	متوسطة	يتطلب S690QL معالجة دقيقة
قابلية التشغيل	متوسطة	جيدة	متوسطة	من السهل تشغيل S355
قابلية التشكيل	محدودة	جيدة	متوسطة	S690QL أقل قابلية للتشكيل
التكلفة التقريبية النسبية	أعلى	أقل	أعلى	تتفاوت اعتبارات التكلفة بحسب التطبيق
التوافر النموذجي	متوسط	مرتفع	متوسط	يتوفر S355 على نطاق واسع

عند اختيار S690QL، تشمل الاعتبارات الكفاءة من حيث التكلفة، التوافر، ومتطلبات التطبيق المحددة. بينما يقدم قوة فائقة، قد يؤثر تكلفته العالية وقابلية التشغيل المتوسطة على القرارات لصالح الدرجات البديلة في التطبيقات الأقل تطلباً. بالإضافة إلى ذلك، يجب تقييم عوامل الأمان وإمكانية الفشل الناتج عن الإجهاد في عمليات التصميم.

باختصار، يُعتبر S690QL فولاذاً عالي القوة متعدد الاستخدامات يبرز في التطبيقات الصعبة، حيث يقدم مزيجاً فريداً من القوة، والمتانة، وقابلية اللحام. تجعل خصائصه منه خياراً مفضلاً في الهندسة الحديثة، خاصة حيث تكون تقليل الوزن والنزاهة الهيكلية أموراً حيوية.