فولاذ St 35: نظرة عامة على الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ St 35، المصنّف كفولاذ قليل الكربون قليل، يُستخدم بشكل أساسي في تصنيع الأنابيب والأنابيب، لا سيما في قطاع الهندسة الألماني. يتميز هذا النوع من الفولاذ بقدرته الممتازة على اللحام، وقوته المتوسطة، ومرونته الجيدة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات التي تكون فيها هذه الخصائص أساسية. العنصر الرئيسي في سبائك St 35 هو الكربون، بمحتوى كربون نموذجي يتراوح من 0.05% إلى 0.15%. يساهم هذا المحتوى المنخفض من الكربون في قابليته للتشكيل وسهولة تصنيعه، بينما يوفر أيضًا قوة كافية للتطبيقات الهيكلية.

نظرة شاملة

يُعَد الفولاذ St 35 موصى به على نطاق واسع لتوازنه بين القوة والمرونة، وهو أمر حاسم في التطبيقات التي تتطلب كل من الصلابة والقدرة على تحمل التشوه. يؤدي محتوى الكربون المنخفض إلى مادة يسهل لحامها وتشكيلها، مما يجعلها خيارًا مفضلًا في بناء خطوط الأنابيب والمكونات الهيكلية.

المزايا:
- قابلية اللحام: يمكن لحام St 35 بسهولة باستخدام الطرق التقليدية، وهو ميزة مهمة في تصنيع الأنابيب.
- المرونة: يظهر الفولاذ خصائص استطالة جيدة، مما يسمح له بالتشكل إلى أشكال معقدة دون تشقق.
- التكلفة الفعّالة: كفولاذ قليل الكربون، فهو عمومًا أكثر تكلفة من الفولاذ الأكثر سبائكاً.

القيود:
- القوة: بينما هو كافٍ للعديد من التطبيقات، إلا أن St 35 لا يمتلك خصائص القوة العالية للفولاذ متوسط أو عالي الكربون.
- مقاومة التآكل: إنه أكثر عرضة للتآكل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ أو الأنواع السبيكية، مما يتطلب طلاءات واقية في بيئات معينة.

تاريخيًا، كان لفولاذ St 35 أهمية كبيرة في تطوير صناعة الفولاذ الألمانية، لا سيما في إنتاج الأنابيب والأنابيب الخالية من اللحامات لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية. تظل مكانته في السوق قوية بسبب تعدد استخداماته وموثوقيته في التطبيقات الهيكلية.

أسماء بديلة، معايير، ومعادلات

المنظمة المعيارية	التعيين/الدرجة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
DIN	St 35	ألمانيا	معادل قريب لـ AISI 1020
EN	S235JR	أوروبا	خصائص مشابهة ولكن بزيادة في القوة القصوى
UNS	G10350	الولايات المتحدة	اختلافات طفيفة في التركيب
ASTM	A106 Gr. B	الولايات المتحدة	يُستخدم في خدمة درجات الحرارة العالية
JIS	STK 400	اليابان	مماثل في الخصائص الميكانيكية

تُبرز الجدول أعلاه العديد من المعايير والمعادلات الخاصة بالفولاذ St 35. على الرغم من أن S235JR يوفر قوة قصوى أعلى، إلا أن المحتوى المنخفض من الكربون في St 35 يوفر مرونة أفضل، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب تشكيلًا واسعًا.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (الكربون)	0.05 - 0.15
Mn (المنغنيز)	0.30 - 0.60
Si (السليكون)	0.10 - 0.40
P (الفوسفور)	≤ 0.035
S (الكبريت)	≤ 0.025

تشمل العناصر الرئيسية السبائكية في فولاذ St 35 الكربون، والمنغنيز، والسليكون. يعتبر الكربون حيوياً لتعزيز القوة والصلابة، بينما يحسن المنغنيز من قابلية تصلب ومتانة الشد. يعمل السليكون كمزيل أكسدة أثناء إنتاج الفولاذ ويساهم في القوة العامة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة المعتادة/النطاق (الوحدات المترية - وحدات SI)	القيمة المعتادة/النطاق (الوحدات الإمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	تمت معالجته بالإخماد	350 - 450 MPa	51 - 65 ksi	ASTM E8
قوة العائد (0.2% انحراف)	تمت معالجته بالإخماد	200 - 250 MPa	29 - 36 ksi	ASTM E8
الاستطالة	تمت معالجته بالإخماد	20 - 25%	20 - 25%	ASTM E8
الصلابة (برينل)	تمت معالجته بالإخماد	120 - 160 HB	120 - 160 HB	ASTM E10
قوة التأثير	-40°C (-40°F)	27 J	20 ft-lbf	ASTM E23

تشير الخصائص الميكانيكية لفولاذ St 35 إلى صلاحيته للتطبيقات التي تتطلب قوة متوسطة ومرونة جيدة. المزيج من قوة الشد وقوة العائد يجعله مثاليًا للمكونات الهيكلية التي تتعرض لحمولات ديناميكية.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (الوحدات المترية - وحدات SI)	القيمة (الوحدات الإمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 g/cm³	0.284 lb/in³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
الموصلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	50 W/m·K	34.5 BTU·in/(hr·ft²·°F)
سعة الحرارة النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.49 kJ/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
معامل التمدد الحراري	درجة حرارة الغرفة	11.5 x 10⁻⁶ /K	6.4 x 10⁻⁶ /°F

تشير الكثافة ونقطة الانصهار لفولاذ St 35 إلى قوتها، بينما تكون الموصلية الحرارية وسعة الحرارة النوعية ذات صلة بالتطبيقات التي تتطلب عمليات حرارية. معامل التمدد الحراري أمر حاسم في التطبيقات التي تحدث فيها تقلبات في درجة الحرارة.

مقاومة التآكل

العامل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
كلوريدات	3-5%	20-60°C (68-140°F)	مرضية	خطر التشققات
أحماض	10%	20-40°C (68-104°F)	ضعيف	عرضة للتآكل العام
محاليل قلوية	5-10%	20-60°C (68-140°F)	مرضية	خطر تشقق التآكل الناتج عن الضغط

يظهر فولاذ St 35 مقاومة متوسطة للتآكل، لا سيما في البيئات التي تحتوي على كلوريدات ومحاليل قلوية. إنه مائل للتشققات ولتآكل الضغط، خاصة في التطبيقات ذات الضغط العالي. بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ، مثل AISI 304، الذي يوفر مقاومة ممتازة للتآكل، يتطلب St 35 طلاءات أو معالجات واقية في البيئات المسببة للتآكل.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة	400 °C	752 °F	مناسب لدرجات الحرارة المتوسطة
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة	500 °C	932 °F	تعرض قصير الأمد فقط
درجة حرارة التشقق	600 °C	1112 °F	خطر الأكسدة بعد هذه الدرجة

يحافظ فولاذ St 35 على خصائصه الميكانيكية عند درجات حرارة مرتفعة، ولكن التعرض المطول لدرجات حرارة تتجاوز 400 °C يمكن أن يؤدي إلى الأكسدة والتشقق. من الضروري مراعاة هذه الحدود في التطبيقات التي تتضمن الحرارة.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملئ الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلاكس الحماية النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	خلط الأرجون وCO2	اختراق جيد
TIG	ER70S-2	الأرجون	لحامات نظيفة، تشوه منخفض
SMAW	E7018	-	ملائم للأجزاء السميكة

فولاذ St 35 قابل للحام بشكل كبير، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من عمليات اللحام. قد يكون من الضروري تسخين الأجزاء السميكة مسبقًا لتجنب التشقق. يمكن أن تحسن المعالجة الحرارية بعد اللحام خصائص منطقة اللحام.

قابلية التشغيل الآلي

معامل التشغيل الآلي	فولاذ St 35	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	70	100	قابلية تشغيل جيدة، ولكن يجب الحذر لتجنب تصلب العمل
سرعة القطع النموذجية (الدوران)	80 m/min	120 m/min	استخدم أدوات حادة لتحقيق أفضل النتائج

يقدم فولاذ St 35 قابلية تشغيل جيدة، على الرغم من أنه قد يتصلب إذا لم يتم التعامل معه بشكل صحيح. تعتبر سرعات القطع المثلى واختيار الأدوات حاسمة لتحقيق تشطيبات سطحية مرغوبة.

قابلية التشكيل

فولاذ St 35 مناسب لعمليات التشكيل الباردة والساخنة. يسمح محتوى الكربون المنخفض بتشوه كبير دون تشقق، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب أشكالًا معقدة. ومع ذلك، يجب مراعاة تجنب تصلب العمل المفرط أثناء التشكيل البارد.

معالجة الحرارة

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	زمن النقع النموذجي	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
تسخين	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 ساعات	هواء أو ماء	لين، تحسين المرونة
تطبيع	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	1 - 2 ساعات	هواء	تنقيح هيكل الحبيبات
تصلب	800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F	30 دقيقة	زيت أو ماء	زيادة الصلابة

تعد عمليات المعالجة الحرارية مثل التسخين والتطبيع ضرورية لتعزيز الخصائص الميكانيكية لفولاذ St 35. تعمل هذه العلاجات على تنقيح البنية الدقيقة، مما يحسن المتانة والمرونة.

التطبيقات والنهايات النموذجية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (بإيجاز)
النفط والغاز	بناء خطوط لأنابيب	قابلية لحام جيدة، قوة متوسطة	ضرورية للنقل الآمن
السيارات	مكونات الهيكل	مرونة، قابيلة التشكيل	تسمح بأشكال معقدة
البناء	الشعاعات الهيكلية	قوة، فعالية التكلفة	اقتصادي وموثوق

يستخدم فولاذ St 35 على نطاق واسع في صناعات مختلفة، بما في ذلك النفط والغاز، والسيارات، والبناء. تجمع خصائصه بين القوة والمرونة وسهولة التصنيع، مما يجعله خيارًا متعدد الاستخدامات للتطبيقات التي تتطلب ذلك.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار، وأفكار إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ St 35	S235JR	AISI 1020	ملاحظة موجزة عن المزايا/العيوب أو التبادل التجاري
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة متوسطة	قوة قصوى أعلى	صلابة أقل	يوفر S235JR قدرة تحمل أفضل للأحمال
جانب مقاومة التآكل الرئيسي	مرضية	جيدة	ضعيف	يتمتع S235JR بمقاومة أفضل للتآكل
قابلية اللحام	ممتازة	جيدة	جيدة	جميع الدرجات قابلة للحام، لكن St 35 مفضل لسهولة اللحام
قابلية التشغيل الآلي	جيدة	مرضية	ممتازة	من السهل تشغيل AISI 1020
قابلية التشكيل	ممتازة	جيدة	مرضية	فولاذ St 35 متفوق للتشكيل
التكلفة التقريبية النسبية	متوسطة	متوسطة	منخفضة	التكلفة تتفاوت حسب ظروف السوق
التوفر النموذجي	مرتفع	مرتفع	مرتفع	جميع الدرجات متاحة عموماً

عند اختيار فولاذ St 35، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، مقاومته للتآكل، وخصائص التصنيع. على الرغم من أنه فعال من حيث التكلفة ومتوافر على نطاق واسع، يجب تقييم حدوده في القوة ومقاومة التآكل مقارنة بالدرجات البديلة بناءً على متطلبات التطبيق المحددة.

في الختام، يُعَد فولاذ St 35 خيارًا موثوقًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية، لا سيما حيث تتطلب القوة المتوسطة وقابلية اللحام الممتازة. تعكس أهميته التاريخية واستمراره في التصنيع الحديث قيمته في مجال علوم المواد.