SGCC الفولاذ: نظرة عامة على الخصائص والتطبيقات الرئيسية

فولاذ SGCC، المعروف أيضًا بفولاذ المجلفن بالغمس الساخن، هو درجة فولاذ منخفضة الكربون تُستخدم أساسًا في التطبيقات التي تتطلب مقاومة للتآكل وسلامة هيكلية. يُصنف كفولاذ معتدل، ويتميز SGCC بعملية الجلفنة بالغمس الساخن، التي تتضمن طلاء الفولاذ بطبقة من الزنك لتعزيز متانته ضد العوامل البيئية. العنصر الرئيسي في سبائك SGCC هو الحديد، مع محتوى كربون عادة أقل من 0.25%، مما يساهم في قابليته الممتازة للتشكيل واللحام.

نظرة شاملة

يُعرف فولاذ SGCC على نطاق واسع بتوازنه بين القوة والليونة ومقاومة التآكل، مما يجعله خيارًا شائعًا في صناعات متعددة، بما في ذلك السيارات، والبناء، والأجهزة المنزلية. توفر عملية الجلفنة بالغمس الساخن طبقة زنك واقية وتحسن الخصائص الميكانيكية للفولاذ، مثل قوة الشد وقوة الخضوع، وهي ضرورية للتطبيقات الهيكلية.

مزايا فولاذ SGCC:
- مقاومة التآكل: تحمي طبقة الزنك الفولاذ من الصدأ والتآكل، مما يطيل من عمره.
- الفاعلية من حيث التكلفة: يُعتبر SGCC غير مكلف نسبيًا مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك أخرى مقاومة للتآكل.
- سهولة التصنيع: تتيح قابليته الممتازة للتشكيل تشكيله ولحامه بسهولة، مما يجعله مناسبًا لعمليات التصنيع المختلفة.

قيود فولاذ SGCC:
- قوة أقل مقارنة بالفولاذات السبيكية: على الرغم من كفايتها للعديد من التطبيقات، قد لا يلبي SGCC متطلبات القوة في البيئات عالية الضغط.
- ضعف طبقة الزنك: يمكن أن تتعرض طبقة الزنك للتلف أثناء المناولة أو التصنيع، مما قد يكشف الفولاذ الأساسي للتآكل.

تاريخيًا، لعب SGCC دورًا مهمًا في تطوير صناعات البناء الحديثة والسيارات، حيث تم الاستفادة من خصائصه لإنشاء منتجات متينة وفعالة من حيث التكلفة.

أسماء بديلة ومعايير ومعادلات

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصلية	ملاحظات
ASTM	SGCC	الولايات المتحدة الأمريكية	يستخدم عادةً لألواح الفولاذ المجلفن.
JIS	G3302	اليابان	خصائص مشابهة، تستخدم بشكل أساسي لتطبيقات الصفائح.
EN	10346	أوروبا	معيار أوروبي للفولاذ المجلفن بالغمس الساخن.
ISO	3574	دولي	يغطي ألواح الفولاذ المجلفن بالغمس الساخن.
GB	2518	الصين	درجة معادلة مع اختلافات تكوينية طفيفة.

غالبًا ما يتم مقارنة تسمية SGCC مع درجات فولاذ مجلفن أخرى، مثل G90 وG60، التي تختلف أساسًا في سماكة طبقة الزنك. يمكن أن تؤثر هذه الاختلافات بشكل كبير على مقاومة التآكل والملاءمة لبيئات محددة.

الخصائص الرئيسية

التكوين الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة (%)
C (الكربون)	0.06 - 0.20
Mn (المنغنيز)	0.30 - 0.60
P (الفوسفور)	≤ 0.04
S (الكبريت)	≤ 0.05
Zn (الزنك)	طبقة: 45 - 100 غرام/m²

تشمل العناصر الرئيسية في سبائك فولاذ SGCC:
- الكربون (C): يعزز القوة والصلابة ولكن يمكن أن يقلل من الليونة إذا كان موجودًا بكميات أكبر.
- المنغنيز (Mn): يحسن من قدرة الصلادة وقوة الشد، مما يساهم في الخصائص الميكانيكية العامة للفولاذ.
- الزنك (Zn): يوفر مقاومة للتآكل من خلال عملية الجلفنة، مكونًا طبقة واقية ضد العوامل البيئية.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	درجة حرارة الاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (مترية)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطورية)	معيار المرجع لطريقة الاختبار
قوة الشد	كما تم جلفنتها	درجة حرارة الغرفة	270 - 410 ميغاباسكال	39 - 60 كيلو باوند/بوصة²	ASTM A370
قوة الخضوع (0.2% الإزاحة)	كما تم جلفنتها	درجة حرارة الغرفة	235 - 350 ميغاباسكال	34 - 51 كيلو باوند/بوصة²	ASTM A370
التمدد	كما تم جلفنتها	درجة حرارة الغرفة	25 - 40%	25 - 40%	ASTM A370
الصلابة (بريينل)	كما تم جلفنتها	درجة حرارة الغرفة	70 - 120 HB	70 - 120 HB	ASTM E10
قوة الصدم (شاربي)	كما تم جلفنتها	-20°C	27 - 40 جول	20 - 30 قدم-باوند	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ SGCC مناسبة للتطبيقات التي تتطلب قوة معتدلة وليونة جيدة. قوة الشد وقوة الخضوع كافية للمكونات الهيكلية، بينما تشير نسبة التمدد إلى قابلية جيدة للتشكيل، وهو أمر ضروري لعمليات مثل الانحناء والتشكيل.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 غرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
الناقلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	50 واط/م·ك	29 وحدة حرارية بريطانية·بوصة/ساعة·قدم²·°F
سعة الحرارة النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.49 كيلو جول/كغم·ك	0.12 وحدة حرارية بريطانية/رطل·°F
مقاومة الكهرباء	درجة حرارة الغرفة	0.0000017 أوم·م	0.0000017 أوم·بوصة

تشير كثافة فولاذ SGCC إلى كتلته لكل وحدة حجم، وهو أمر حاسم للتطبيقات الحساسة للوزن. نقطة الانصهار مهمة لعمليات تتضمن درجات حرارة عالية، بينما تعتبر الناقلية الحرارية وسعة الحرارة النوعية ضرورية للتطبيقات المعنية بنقل الحرارة.

مقاومة التآكل

العامل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تقييم المقاومة	ملاحظات
مياه مالحة	3.5%	25°C / 77°F	مقبول	خطر تآكل بؤري.
الأحماض	10%	20°C / 68°F	ضعيف	لا يُنصح للاستخدام في بيئات حمضية.
محاليل القلويات	5%	25°C / 77°F	جيد	مقاومة متوسطة.
البيئة الجوية	-	-	ممتاز	أداء جيد في البيئات الخارجية.

يظهر فولاذ SGCC مقاومة ممتازة للتآكل في الظروف الجوية بسبب طلاء الزنك، الذي يعمل كأنود تضحيه. ومع ذلك، فهو عرضة للتآكل البؤري في البيئات المالحة ويجب تجنبه في الظروف الحمضية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ مثل AISI 304، يقدم SGCC مقاومة تآكل أقل، خاصة في البيئات العدائية، مع كونه أكثر فعالية من حيث التكلفة.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	200°C	392°F	مناسب للحرارة المعتدلة.
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	250°C	482°F	تعرض قصير الأمد فقط.
درجة حرارة التدهور	300°C	572°F	خطر الأكسدة فوق هذه الدرجة.

عند درجات حرارة مرتفعة، يحتفظ فولاذ SGCC بسلامته الهيكلية حتى حوالي 200°C. بعد ذلك، قد تبدأ طبقة الزنك في الانهيار، مما يؤدي إلى تقليل مقاومته للتآكل وفشل هيكلي محتمل. يجب أخذ الحيطة في التطبيقات المتعلقة بدرجات حرارة عالية لتجنب الإضرار بطبقة الحماية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS)	الغاز/الفلور الشائع أثناء اللحام	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون/ثاني أكسيد الكربون	جيد للأجزاء الرقيقة.
TIG	ER70S-2	أرجون	يوفر لحامات نظيفة.
Stick	E7018	-	مناسب للاستخدام الخارجي.

يُعتبر فولاذ SGCC مناسبًا عمومًا للحام، خاصة مع عمليات MIG وTIG. قد تكون هناك حاجة للتسخين المسبق للأجزاء السميكة لمنع التشقق. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية بعد اللحام الخصائص الميكانيكية لمنطقة اللحام، مما يقلل من الضغوط المتبقية.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	فولاذ SGCC	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60	100	قابلية تشغيل معتدلة.
سرعة القطع النموذجية (الدوران)	30 م/min	50 م/min	استخدم أدوات حادة للحصول على أفضل النتائج.

تعتبر قابلية تشغيل فولاذ SGCC معتدلة، مما يتطلب أدوات ملائمة وسرعات قطع لتحقيق أفضل النتائج. يمكن أن تتعقد عمليات التشغيل بسبب وجود طبقة الزنك، مما يستلزم استخدام أدوات متخصصة لتفادي التآكل.

قابلية التشكيل

يظهر فولاذ SGCC قابلية ممتازة للتشكيل، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشكيل الباردة والساخنة. يسمح محتواه المنخفض من الكربون بتشوه كبير دون تشقق، بينما يمكن أن تتعرض طبقة الزنك للتلف أثناء التشكيل، مما يتطلب التعامل بحذر.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	وقت النقع النموذجي	طريقة التبريد	الهدف الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التخمير	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 ساعات	هواء	تليين، تحسين الليونة.
التطبيع	850 - 900 / 1562 - 1652	1 - 2 ساعات	هواء	بنية دقيقة منتظمة.

يمكن أن تعمل عمليات المعالجة الحرارية مثل التخمير والتطبيع على تغيير التركيب الدقيق لفولاذ SGCC، مما يعزز من ليونته ويقلل من الضغوط الداخلية. هذه المعالجات ضرورية لتحسين أداء الفولاذ في التطبيقات الم demanding.

التطبيقات والانتفاعات النموذجية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
السيارات	لوحات الجسم	مقاومة التآكل، قابلية التشكيل	خفيفة الوزن ومتينة.
البناء	ألواح السقف	القوة، مقاومة الطقس	أداء طويل الأمد.
الأجهزة	غسالات الملابس	تشطيب جمالي، مقاومة للتآكل	فعالة من حيث التكلفة ودائمة.

تشمل التطبيقات الأخرى لفولاذ SGCC:
- تصنيع الأثاث
- غلافات كهربائية
- معدة زراعية

تم اختيار فولاذ SGCC لهذه التطبيقات بسبب توازنه الممتاز بين الخصائص، بما في ذلك مقاومة التآكل، وقابلية التشكيل، والفاعلية من حيث التكلفة، مما يجعله مثاليًا للبيئات التي تتطلب المتانة.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ SGCC	درجة بديلة 1	درجة بديلة 2	ملاحظة مختصرة عن إيجابيات/سلبيات أو مقايضة
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	معتدلة	عالية	معتدلة	SGCC أقل قوة من الفولاذات السبيكية.
الجانب الرئيسي لمقاومة التآكل	جيدة	ممتازة	مقبولة	SGCC مناسب للعديد من البيئات لكن ليس للظروف الحمضية.
قابلية اللحام	جيدة	معتدلة	جيدة	SGCC أسهل في اللحام مقارنة ببعض الفولاذات عالية القوة.
قابلية التشغيل	معتدلة	عالية	معتدلة	يتطلب SGCC تشغيلًا دقيقًا بسبب طبقة الزنك.
قابلية التشكيل	ممتازة	معتدلة	جيدة	SGCC قابل للتشكيل بدرجة عالية، مثالي للأشكال المعقدة.
التكلفة النسبية التقريبية	منخفضة	مرتفعة	معتدلة	SGCC فعال من حيث التكلفة للعديد من التطبيقات.
التوافر النموذجي	مرتفع	معتدل	مرتفع	SGCC متاح على نطاق واسع بأشكال مختلفة.

عند اختيار فولاذ SGCC، تشمل الاعتبارات فاعليته من حيث التكلفة، وتوافره، وملاءمته لتطبيقات محددة. بينما يقدم مقاومة ممتازة للتآكل وقابلية تشكيل، قد تحد قوته الأقل مقارنة بالفولاذات السبيكية من استخدامه في التطبيقات عالية الضغط. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب طبقة الزنك التعامل بعناية خلال التصنيع لتجنب التلف.

باختصار، يُعتبر فولاذ SGCC مادة متعددة الاستخدامات توازن بين الأداء والتكلفة، مما يجعله خيارًا شائعًا عبر صناعات متنوعة. تبرز خصائصه الفريدة، مع أهميته التاريخية في التصنيع الحديث، أهميته في مجال علم المواد.