فولاذ S690QL: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ STE 690 (S690QL) هو درجة فولاذ هيكلي عالي القوة مصنفة بموجب معيار EN 10025-6. وهو في الأساس فولاذ معالَج بالتبريد والتمديد، ويتميز بخصائصه الميكانيكية الممتازة وقابلية القلابة. تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في S690QL الكربون والمنغنيز والسيليكون وكميات صغيرة من الكروم والموليبدينوم والفاناديوم. تساهم هذه العناصر بشكل كبير في قوة الفولاذ ومرونته وأدائه العام في التطبيقات الصعبة.
نظرة شاملة
يتميز S690QL بقوة عائد عالية، عادةً حوالي 690 ميغاباسكال، مما يسمح باستخدام مقاطع رفيعة في التطبيقات الهيكلية دون المساومة على القوة. هذه الخاصية مفيدة بشكل خاص في الصناعات مثل البناء، حيث يمكن أن يؤدي تقليل الوزن إلى توفير التكاليف في المواد والنقل. كما يظهر الفولاذ أيضًا مرونة جيدة في الصدمات، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات في درجات الحرارة المنخفضة.
مزايا S690QL:
- نسبة عالية من القوة إلى الوزن: تمكّن من تصميم هياكل أخف.
- قابلية قلابة جيدة: مناسبة لعمليات اللحام المختلفة، مما يبسط التصنيع.
- مرونة ممتازة: تحافظ على الأداء في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة.
قيود S690QL:
- التكلفة: أعلى من الفولاذ الهيكلي القياسي نظرًا للعناصر السبائكية والعمليات.
- هشاشة عند درجات الحرارة المنخفضة: على الرغم من أن لديه مرونة جيدة، يجب توخي الحذر في درجات الحرارة القصوى.
- توفر محدود: لا يتم تخزينه بشكل شائع مثل الفولاذات ذات الدرجات المنخفضة.
تاريخياً، اكتسب S690QL جاذبية في القطاعات التي تتطلب مواد عالية الأداء، مثل الآلات الثقيلة والهياكل البحرية والمباني العالية، بسبب قدرته على تحمل الأحمال الكبيرة مع تقليل استخدام المواد.
الأسماء البديلة والمعايير والنظائر
| منظمة المعيار | التعيين/الدرجة | الدولة/المنطقة الأصلية | ملاحظات/ملاحظات |
|---|---|---|---|
| UNS | S690QL | دولي | النظير الأقرب لـ ASTM A572 درجة 65 |
| ASTM | A572 درجة 65 | الولايات المتحدة الأمريكية | اختلافات تركيبية طفيفة يجب أخذها في الاعتبار |
| EN | S690QL | أوروبا | معيار للفولاذ الهيكلي عالي القوة |
| DIN | 1.8928 | ألمانيا | تعيين مكافئ في المعايير الألمانية |
| JIS | - | اليابان | لا يوجد نظير مباشر ولكن توجد درجات مماثلة |
غالبًا ما تكمن الفروق بين S690QL ونظائره في العناصر السبائكية المحددة والخصائص الميكانيكية، مما يمكن أن يؤثر على الأداء في تطبيقات معينة. على سبيل المثال، بينما يقدم ASTM A572 درجة 65 قوة مماثلة، فقد لا يوفر نفس المرونة عند درجات الحرارة المنخفضة.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| العنصر (الرمز والاسم) | نطاق النسبة (%) |
|---|---|
| C (الكربون) | 0.12 - 0.20 |
| Mn (المنغنيز) | 1.00 - 1.60 |
| Si (السيليكون) | 0.10 - 0.50 |
| Cr (الكروم) | 0.20 - 0.50 |
| Mo (الموليبدينوم) | 0.10 - 0.30 |
| V (الفاناديوم) | 0.02 - 0.10 |
| P (الفوسفور) | ≤ 0.025 |
| S (الكبريت) | ≤ 0.015 |
تلعب العناصر السبائكية الرئيسية في S690QL أدوارًا حاسمة:
- الكربون (C): يزيد من القوة والصورة ولكن يمكن أن يقلل من المرونة.
- المنغنيز (Mn): يعزز الصلابة والمرونة.
- الكروم (Cr): يحسن من مقاومة التآكل والقوة في درجات الحرارة المرتفعة.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/التمدد | درجة حرارة الاختبار | القيمة/النطاق المعتاد (متري) | القيمة/النطاق المعتاد (إمبراطوري) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | معالج بالتبريد والتمديد | درجة حرارة الغرفة | 690 - 770 ميغاباسكال | 100 - 112 كيلو باوند لكل بوصة مربعة | ASTM E8 |
| قوة العائد (0.2% انحراف) | معالج بالتبريد والتمديد | درجة حرارة الغرفة | ≥ 690 ميغاباسكال | ≥ 100 كيلو باوند لكل بوصة مربعة | ASTM E8 |
| التمدد | معالج بالتبريد والتمديد | درجة حرارة الغرفة | ≥ 20% | ≥ 20% | ASTM E8 |
| تقليل المساحة | معالج بالتبريد والتمديد | درجة حرارة الغرفة | ≥ 50% | ≥ 50% | ASTM E8 |
| الصلابة (برينل) | معالج بالتبريد والتمديد | درجة حرارة الغرفة | 200 - 250 HB | 200 - 250 HB | ASTM E10 |
| قوة الصدمة | معالج بالتبريد والتمديد | -40°C (-40°F) | ≥ 27 جول | ≥ 20 قدم-رطل | ASTM E23 |
تجعل مجموعة من القوة الخاصة بالتوتر وقوة العائد العالية، مع تمدد جيد، S690QL مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب تحميل ميكانيكي عالٍ وسلامة هيكلية. تضمن قوة الصدمة عند درجات الحرارة المنخفضة الاعتمادية في البيئات القاسية.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (متري) | القيمة (إمبراطوري) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 7.85 جرام/سم³ | 0.284 رطل/بوصة³ |
| درجة الانصهار | - | 1420 - 1540 °C | 2590 - 2810 °F |
| موصلية حرارية | درجة حرارة الغرفة | 50 واط/م·ك | 34.5 BTU·بوصة/(ساعة·قدم²·°ف) |
| السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 0.46 كيلو جول/كجم·ك | 0.11 BTU/رطل·°ف |
| المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 0.0000017 أوم·م | 0.0000017 أوم·بوصة |
تعتبر الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة ودرجة الانصهار هامة للتطبيقات التي تكون فيها الوزن والأداء الحراري هامة. تشير الموصلية الحرارية إلى مدى قدرة الفولاذ على تفريغ الحرارة، وهو أمر أساسي في التطبيقات التي تشمل درجات الحرارة العالية.
مقاومة التآكل
| العامل المسبب للتآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°C/°F) | تقييم المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الجوي | - | - | جيد | عرضة للصدأ |
| الكلوريدات | 3-5 | 20-60 °C (68-140 °F) | متوسط | خطر التجويف |
| الأحماض | 10-20 | 20-60 °C (68-140 °F) | ضعيف | غير موصى به |
| القواعد | 5-10 | 20-60 °C (68-140 °F) | متوسط | مقاومة محدودة |
يوفر S690QL مقاومة جيدة للتآكل الجوي ولكنه عرضة للتجويف في بيئات الكلوريد. مقارنة بالفولاذات ذات القوة العالية الأخرى مثل S355، يوفر S690QL أداءً محسّنًا في التطبيقات الهيكلية ولكنه قد يتطلب طلاءات واقية في البيئات العدوانية.
المقاومة للحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة | 400 °C | 752 °F | مناسب للتطبيقات الهيكلية |
| أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة | 500 °C | 932 °F | تعرض قصير فقط |
| درجة حرارة التساقط | 600 °C | 1112 °F | خطر الأكسدة بعد هذه الحرارة |
| اعتبارات قوة الزحف | 400 °C | 752 °F | يبدأ في التدهور عند هذه الحرارة |
يحافظ S690QL على خصائصه الميكانيكية حتى حوالي 400 °C، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تشمل درجات الحرارة المرتفعة. ومع ذلك، يجب توخي الحذر لتجنب التعرض المطول لدرجات الحرارة التي تتجاوز حد التساقط، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى الأكسدة وفقدان سلامة المادة.
خصائص التصنيع
قابلية القلابة
| عملية اللحام | المعدن الملء الموصى به (تصنيف AWS) | غاز/فلكس الحماية النموذجي | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | أرغون + CO2 | جيد للأقسام الرقيقة |
| TIG | ER70S-2 | أرغون | ممتاز للأعمال الدقيقة |
| SMAW | E7018 | - | يتطلب تسخين مسبق |
يعتبر S690QL قابلًا للقلابة للغاية، ولكن يُوصى بتسخينه مسبقًا لتجنب التصدع. يمكن أن يحسن المعالجة الحرارية بعد اللحام من مرونة اللحامات، خاصة في التطبيقات الحرجة.
قابلية التشغيل
| معامل التشغيل | S690QL | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل النسبي | 60% | 100% | يتطلب أدوات ذات سرعة عالية |
| سرعة القطع النموذجية | 20 م/دقيقة | 40 م/دقيقة | يجب تعديلها بناءً على الأدوات |
تتمتع S690QL بقابلية تشغيل معتدلة، مما يتطلب اختيار أدوات القطع وسرعات بعناية لتحقيق نتائج مثالية. يُوصى باستخدام أدوات الكربيد لعمليات التشغيل الفعالة.
قابلية التشكيل
تظهر S690QL شكلية محدودة بسبب قوتها العالية. يمكن أن يكون التشكيل البارد ممكنًا ولكنه قد يتطلب قوة كبيرة، بينما يمكن إجراء التشكيل الساخن عند درجات حرارة مرتفعة لتحسين المرونة. يجب أخذ الحد الأدنى من نصف قطر الانحناء في الاعتبار أثناء التصنيع لتجنب التصدع.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق الحرارة (°C/°F) | وقت النقع النموذجي | طريقة التبريد | الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التبريد | 850-900 °C / 1562-1652 °F | 30-60 دقيقة | ماء/زيت | التصلب |
| التمديد | 500-600 °C / 932-1112 °F | 1-2 ساعة | هواء | تحسين المرونة |
تعزز عمليات المعالجة الحرارية مثل التبريد والتمديد بشكل كبير من الخصائص الميكانيكية لـ S690QL. تزيد عملية التبريد من الصلابة، بينما يقلل التمديد من الهشاشة، مما ينتج مادة متوازنة مناسبة للتطبيقات الهيكلية.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على التطبيق المحدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (بإيجاز) |
|---|---|---|---|
| البناء | المباني العالية | قوة عالية، قابلية قلابة جيدة | تقلل من وزن المواد |
| الآلات الثقيلة | الحفارات | مرونة، مقاومة الصدمات | تتحمل الأحمال الثقيلة |
| الهياكل البحرية | منصات النفط | مقاومة التآكل، القوة | تتحمل البيئات القاسية |
| النقل | الجسور | قوة عائد عالية، وزن منخفض | تعزز الفعالية الهيكلية |
تشمل التطبيقات الأخرى:
- معدات التعدين
- أوعية الضغط
- بناء السفن
تم اختيار S690QL لهذه التطبيقات بسبب قدرته على تحمل الظروف القاسية مع الحفاظ على السلامة الهيكلية، مما يجعله مثاليًا للمكونات الحاملة للأحمال الحرجة.
اعتبارات هامة، معايير الاختيار، وأكثر من ذلك
| الميزة/الخاصية | S690QL | S355 | S700MC | ملاحظة مختصرة أو ملاحظة تجارية |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة عالية | قوة معتدلة | قوة عالية جدًا | يوفر S690QL توازنًا بين القوة والمرونة |
| الجوانب الرئيسية لمقاومة التآكل | متوسطة | جيدة | متوسطة | قد يحتاج S690QL إلى الطلاءات في البيئات العدوانية |
| قابلية القلابة | جيدة | ممتازة | متوسطة | يتطلب S690QL تسخين مسبق للحصول على لحامات مثالية |
| قابلية التشغيل | متوسطة | جيدة | ضعيفة | يتطلب S690QL تقنيات تشغيل دقيقة |
| قابلية التشكيل | محدودة | جيدة | متوسطة | S690QL أقل قابلية للتشكيل بسبب القوة العالية |
| التكلفة النسبية التقريبية | عالية | معتدلة | عالية | قد تؤثر اعتبارات التكلفة على الاختيار |
| التوافر النموذجي | محدود | متاح على نطاق واسع | محدود | يمكن أن يؤثر توفر المنتج على أوقات المشروع |
عند اختيار S690QL، تشمل الاعتبارات تكلفته الفعالة بالنسبة لمتطلبات الأداء، والتوافر في السوق، واحتياجات التطبيق المحددة. إن قوته العالية ومرونته تجعله مناسبًا للبيئات الصعبة، ولكن يجب على المشترين المحتملين أن يوازنوا بين هذه الفوائد والتكاليف الأعلى والعبء في التوافر مقارنة بالفولاذات ذات الدرجات المنخفضة.
باختصار، يعتبر S690QL فولاذًا عالي القوة متعدد الاستخدامات يتفوق في التطبيقات الهيكلية التي تتطلب المتانة والموثوقية. تجعل خصائصه الفريدة منه الخيار المفضل في الصناعات حيث يكون الأداء حاسمًا، على الرغم من بعض القيود في التكلفة والتوافر.