A572 Gr50 مقابل A992 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

اختيار بين ASTM A572 Grade 50 (A572 Gr50) و ASTM A992 (A992) هو معضلة شائعة للمهندسين ومديري المشتريات والمصنعين الذين يحددون الفولاذ الهيكلي. تعتمد القرارات عادةً على التوازن بين القوة، والصلابة، وقابلية اللحام، والتكلفة، وشكل المنتج المقصود - الألواح ومكونات الجسور المصنعة مقابل الأشكال ذات الحواف العريضة المدرفلة على الساخن للمباني.

التمييز التشغيلي الرئيسي هو أن A572 Gr50 هو درجة ألواح/أشكال عالية القوة ومنخفضة السبائك (HSLA) تستخدم بشكل متكرر في تطبيقات البنية التحتية، بينما A992 هو درجة فولاذ هيكلي محددة الشكل تم تحسينها للأعضاء ذات الحواف العريضة المدرفلة المستخدمة في إطار المباني والهياكل المعمارية. تركز هذه المقارنة على الكيمياء، والميكروهيكل، والسلوك الميكانيكي، وخصائص التصنيع، ومعايير الاختيار المدفوعة بالتطبيق.

1. المعايير والتسميات

• ASTM/ASME:
• A572 Grade 50 — "فولاذ هيكلي عالي القوة ومنخفض السبائك كولومبيوم-فاناديوم (HSLA)" (يستخدم عادةً للألواح والأشكال والشرائط).
• A992 — "فولاذ هيكلي للأشكال ذات الحواف العريضة" (مخصص بشكل أساسي للعوارض والأعمدة المدرفلة).
• EN/JIS/GB:
• توجد معادلات تقريبية (مثل سلسلة EN S355 للفولاذ الهيكلي HSLA)، لكن التوافق المباشر ليس دقيقًا لأن قواعد الأشكال ASTM مقابل الألواح/المنتجات الهيكلية EN تختلف.
• التصنيف:
• A572 Gr50: HSLA (فولاذ كربوني عالي القوة ومنخفض السبائك) مع سبائك دقيقة اختيارية.
• A992: HSLA/فولاذ كربوني هيكلي محدد خصيصًا للأشكال ذات الحواف العريضة المدرفلة (ليس فولاذ مقاوم للصدأ أو فولاذ أدوات).

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تشترك الدرجتان في كيمياء أساسية مشابهة (كربون منخفض، منغنيز وسليكون مسيطر عليه) لكن تختلف في الضيق المحدد والسماح للسبائك الدقيقة. يوضح الجدول أدناه الحدود القياسية النموذجية أو المواصفات المميزة التي يتم الإشارة إليها عادةً من مستندات ASTM وممارسات المصنع. تختلف الحدود الدقيقة حسب شكل المنتج ومواصفات الشراء؛ استشر المعايير أو شهادات المصنع للحصول على قيم دقيقة.

عنصر	A572 Grade 50 (حدود المواصفات النموذجية)	A992 (حدود المواصفات النموذجية)
C	≤ 0.23% (أقصى)	≤ 0.23% (أقصى)
Mn	≤ 1.35% (أقصى)	≤ 1.35% (أقصى)
Si	≤ 0.40% (أقصى)	≤ 0.40% (أقصى)
P	≤ 0.035% (أقصى)	≤ 0.035% (أقصى)
S	≤ 0.040% (أقصى)	≤ 0.045% (أقصى، غالبًا أكثر صرامة في الممارسة)
Cr	غير محدد (بقايا)	غير محدد (بقايا)
Ni	غير محدد (بقايا)	غير محدد (بقايا)
Mo	غير محدد (بقايا)	غير محدد (بقايا)
V	قد يكون موجودًا كسبائك دقيقة (أثر)	قد يكون موجودًا كسبائك دقيقة (أثر)
Nb (Cb)	قد يكون موجودًا في المتغيرات المسبوكة الدقيقة	محدود عادةً إلى البقايا (يعتمد على المصنع)
Ti	غير محدد عادةً	غير محدد عادةً
B	غير محدد	غير محدد
N	مستويات البقايا مسيطر عليها	مستويات البقايا مسيطر عليها

ملاحظات: - تؤكد كلا المعايير على الكربون المنخفض ومنغنيز/سليكون المسيطر عليه لتحقيق توازن بين القوة وقابلية اللحام. - غالبًا ما تستخدم درجات A572 Gr50 سبائك دقيقة (Nb، V، Ti) واستراتيجيات الدرفلة الحرارية الميكانيكية لتحقيق عائد 50 ksi مع صلابة جيدة - وهذا شائع للألواح المستخدمة في تطبيقات الجسور. - تم تشديد كيمياء A992 لإنتاج الحواف العريضة المدرفلة وقد تحتوي على قيود مصممة للحد من القابلية للتصلب وضمان سلوك كسر قابل للانحناء في مقاطع العوارض.

كيف تؤثر السبائك على الأداء: - يزيد الكربون والمنغنيز من القوة/القابلية للتصلب ولكن يقلل من قابلية اللحام ويزيد من المعادل الكربوني. - توفر عناصر السبائك الدقيقة (Nb، V، Ti) تقوية بالتساقط وتنقيح الحبوب، مما يحسن القوة دون زيادات كبيرة في الكربون. - يستخدم السيليكون كعامل إزالة الأكسدة ويزيد قليلاً من القوة. - يتم تحديد الكبريت والفوسفور للحفاظ على الصلابة وتقليل التوزيع غير المتساوي.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

الميكروهياكل النموذجية لكلتا الدرجتين هي بشكل أساسي فيريتيت-بيرلايت أو فيريتيت مع مكونات باينيتية حسب المعالجة الحرارية الميكانيكية.

• A572 Gr50:
• غالبًا ما يتم إنتاجه باستخدام الدرفلة المسيطر عليها والتبريد المعجل أو السبائك الدقيقة لإنتاج فيريتيت ذو حبيبات دقيقة ورواسب سبائك دقيقة متناثرة (كربيدات أو كاربونيتريدات Nb/V/Ti).
• تزيد رواسب السبائك الدقيقة من قوة العائد من خلال تصلب التساقط ومن خلال تقييد نمو الحبوب.

• المعالجة الحرارية: يتم توفيرها عادةً كما هي مدرفلة أو مُعالجة بدلاً من التبريد والتصلب. يمكن أن يتشكل تسخين موضعي (منطقة تأثير اللحام) هياكل ميكروية أدق أو أكثر خشونة حسب الدورات الحرارية؛ يمكن أن تظهر الدرجات المسبوكة الدقيقة زيادة في القابلية للتصلب محليًا.

• A992:

• تم إنتاجه لخصائص متسقة في الأشكال المدرفلة، مع توازن بين الفيريتيت ومناطق باينيتية معالجة حسب ظروف الدرفلة.
• تهدف السيطرة على العملية إلى تحقيق صلابة وقابلية انحناء متوقعت عبر حواف وأعمدة العوارض.
• المعالجة الحرارية: كما هي مدرفلة؛ غير مخصصة للتبريد والتصلب. مثل A572، يؤدي اللحام إلى تغييرات في الميكروهيكل في منطقة التأثير، لكن تصميم القابلية للتصلب المنخفضة يقلل من خطر تشكيل المارتنسيت الهش.

أثر المعالجة اللاحقة: - يمكن أن تحسن دورات التعديل/التنقيح من الصلابة لكليهما ولكنها ليست محددة عادةً للعوارض المدرفلة. - التبريد والتصلب ليس شائعًا لهذه الدرجات الهيكلية؛ مثل هذه المعالجات ستنتج سبائك ذات قوة أعلى وهي خارج التسميات النموذجية لـ ASTM. - يمكن أن تنتج المعالجة الحرارية الميكانيكية المسيطر عليها (TMCP) المستخدمة من قبل المصانع توازنًا متفوقًا بين القوة والصلابة دون إضافات سبائكية ثقيلة.

4. الخصائص الميكانيكية

يلخص الجدول التالي نطاقات الخصائص الميكانيكية النموذجية للممارسة الهيكلية. هذه هي النطاقات التمثيلية؛ استشر تقارير اختبار المصنع والمعايير للحصول على الحد الأدنى المضمون.

الخاصية	A572 Grade 50 (نموذجي)	A992 (نموذجي)
قوة العائد (الحد الأدنى)	50 ksi (345 MPa)	50 ksi (345 MPa)
قوة الشد (نطاق نموذجي)	≈ 65–80 ksi (450–550 MPa)	≈ 65–85 ksi (450–585 MPa)
التمدد (نموذجي)	≥ 18% (يختلف حسب السماكة)	≥ 18% (يختلف حسب السماكة)
صلابة التأثير (شاربي)	محدد من قبل المشتري؛ صلابة جيدة في درجات الحرارة المنخفضة في الألواح المسبوكة الدقيقة	غالبًا ما يتم تحديدها للأشكال؛ مسيطر عليها لتطبيقات البناء
الصلابة	متوسطة؛ HRC النموذجي منخفض (مناسب للتشكيل/اللحام)	مماثل؛ مصمم لتجنب الصلابة المفرطة في منطقة التأثير

التفسير: - توفر كلتا الدرجتين مستوى عائد 50 ksi؛ تتداخل قوى الشد. تم تصميم غلاف الشد لـ A992 وأقصى تحكم في نسبة العائد إلى الشد (Y/T) للأشكال الهيكلية لتجنب السلوك الهش. - تعتمد الصلابة على المعالجة والسماكة ومتطلبات اختبار التأثير المحددة؛ يمكن إنتاج كلاهما مع صلابة جيدة للفتحات للخدمة الهيكلية.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على محتوى الكربون، والمعادل الكربوني (ميل التصلب)، ووجود عناصر السبائك الدقيقة.

صيغ تنبؤية مفيدة (تفسير نوعي فقط): - المعادل الكربوني لمعهد اللحام الدولي: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - المعادل الكربوني الدولي للحام (Pcm): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

نقاط نوعية: - تحتوي كلتا الدرجتين على كربون منخفض ومنغنيز/سليكون مسيطر عليه، مما يؤدي إلى معادل كربوني معتدل وقابلية لحام جيدة بشكل عام مع إجراءات اللحام الهيكلية القياسية. - تم تقييد A992 عمدًا للحد من القابلية للتصلب وللتحكم في نسبة العائد إلى الشد؛ مما يجعلها صديقة للحام بشكل خاص للأقسام ذات الحواف العريضة في بناء المباني. - قد تظهر ألواح A572 Gr50 التي تتضمن سبائك دقيقة (Nb، V) أو التي تكون أكثر سمكًا زيادة في القابلية للتصلب في منطقة التأثير؛ قد تكون هناك حاجة إلى تسخين مسبق أو إجراءات لحام مسيطر عليها للأقسام السميكة أو الخدمة الشديدة لتجنب تشقق منطقة التأثير. - التفسير: استخدم CE وPcm لتقييم الحاجة إلى التسخين المسبق، ودرجة الحرارة بين الطبقات، والمعالجة الحرارية بعد اللحام على أساس كل حالة على حدة. بالنسبة للحامات الحرجة، اتبع AWS D1.1 ومواصفات إجراءات اللحام الخاصة بالشركة (WPS).

6. التآكل وحماية السطح

• لا A572 Gr50 ولا A992 مقاومان للصدأ؛ كلاهما عرضة للتآكل الجوي ويتطلب حماية سطحية للتعرض طويل الأمد.
• الحمايات النموذجية: الجلفنة بالغمس الساخن، البرايمرات الغنية بالزنك المطبقة في المصنع، أنظمة الإيبوكسي/اليوريثان، التغطية المعدنية، أو الطلاءات الواقية المحددة بواسطة رموز التصميم.
• PREN (عدد مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على الفولاذ الكربوني الهيكلي غير المقاوم للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ ينطبق هذا المؤشر على السبائك المقاومة للصدأ وليس له صلة بـ A572/A992.

إرشادات عملية: - لتطبيقات الجسور والسواحل، حدد الطلاءات المقاومة للتآكل واعتبر الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية أو الأنظمة المزدوجة إذا كانت الحياة الممتدة دون صيانة هي متطلب - يتم استخدام A572 Gr50 عادةً في الهياكل الفوقية للجسور مع الطلاءات الواقية.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع: تعمل تقنيات البلازما، والأكسجين-الوقود، والقطع عالي السرعة بشكل جيد على كلا النوعين؛ قد تتطلب عمليات القطع الحرارية طحن الحواف قبل اللحام لإزالة المناطق المتأثرة بالحرارة.
• الانحناء والتشكيل: يمكن تشكيل كلا الدرجتين لكنهما أقوى من الفولاذ الكربوني العادي؛ يجب أن تأخذ الحد الأدنى من أنصاف أقطار الانحناء وممارسات التشكيل في الاعتبار قوة العائد والسماكة.
• قابلية التشغيل: متوسطة؛ يمكن أن تزيد الدرجات الأقوى من تآكل الأدوات. قد تكون متغيرات A572 مع السبائك الدقيقة أكثر صعوبة قليلاً على أدوات القطع.
• تشطيب السطح والاستقامة: يتم إنتاج الأشكال المدرفلة A992 مع تسامحات هندسية محسّنة لتصنيع العوارض (الاستقامة، مستوى الحواف)، مما يقلل من المعالجة الثانوية للتثبيت.

8. التطبيقات النموذجية

A572 Grade 50	A992
مكونات الجسور (العوارض، العوارض اللوحية)، الألواح الثقيلة والتصنيع الملحوم، الألواح الهيكلية، تطبيقات HSLA العامة	عوارض وأعمدة ذات حواف عريضة مدرفلة للمباني، الإطارات الصناعية، الهياكل الفولاذية متعددة الطوابق، الأشكال الهيكلية القياسية
تصنيع ثقيل يتطلب ألواح عالية القوة وصلابة جيدة	إنتاج أشكال W وعوارض I حيث تكون خصائص القسم المتسقة وقابلية اللحام في المصنع/الميدان حاسمة

مبررات الاختيار: - اختر A572 Gr50 عندما تحتاج إلى قوة الألواح مع صلابة جيدة للبنية التحتية (أرضيات الجسور، العوارض اللوحية) وحيث يهيمن تصنيع الألواح. - اختر A992 عند تحديد الأشكال ذات الحواف العريضة لإطارات المباني حيث تكون خصائص القسم المتوقعة، والمرونة، وقابلية اللحام في الأشكال المدرفلة هي الأولوية.

9. التكلفة والتوافر

• التوافر:
• A992 متاح على نطاق واسع في أمريكا الشمالية للأقسام ذات الحواف العريضة المدرفلة لأنه هو المواصفة السائدة للأشكال المستخدمة في البناء.
• A572 Gr50 متاح على نطاق واسع للألواح، والشرائط، وبعض الأقسام المدرفلة؛ وهو شائع في سلاسل إمداد الجسور والبناء الهيكلي العام.
• التكلفة:
• تختلف تكاليف المواد عادةً بشكل معتدل وتعتمد على ظروف السوق وشكل المنتج. قد تستفيد الأشكال المدرفلة المحددة لـ A992 من اقتصادات الإنتاج على نطاق واسع للعوارض والأعمدة.
• يمكن أن تكون الألواح لـ A572 Gr50 (خاصة الألواح السميكة والمسبوكة الدقيقة) أكثر تكلفة لكل طن بسبب المعالجة والتحكم في السبائك.
• نصيحة الشراء: تقييم التكلفة الإجمالية المثبتة (المادة + التصنيع + اللحام + الطلاءات + الجدول الزمني)، وليس فقط $/طن الخام.

10. الملخص والتوصية

المعيار	A572 Grade 50	A992
قابلية اللحام	جيدة؛ قد تتطلب اهتمامًا في الألواح السميكة والمسبوكة الدقيقة	جيدة جدًا؛ الكيمياء وتحكمات Y/T تفضل لحام العوارض
توازن القوة-الصلابة	ممتاز عند استخدام TMCP أو السبائك الدقيقة؛ يستخدم عادةً للفولاذ الهيكلي في درجات الحرارة المنخفضة	محسن للمرونة والسلوك المتوقع في الأشكال ذات الحواف العريضة
التكلفة / التوافر	متاح على نطاق واسع للألواح/التصنيع؛ السعر يختلف حسب السماكة/المعالجة	متاح على نطاق واسع للعوارض؛ فعال من حيث التكلفة للأشكال المدرفلة في سوق البناء

التوصيات النهائية: - اختر A572 Grade 50 إذا كنت تحدد التصنيع الثقيل للألواح (العوارض الجسرية، الهياكل الملحومة) حيث تكون القوة العالية مع صلابة جيدة في درجات الحرارة المنخفضة مطلوبة وحيث تم تصميم عملية التصنيع للتعامل مع آثار السبائك الدقيقة المحتملة. - اختر A992 إذا كنت تحدد الأشكال ذات الحواف العريضة المدرفلة لإطارات المباني حيث تكون هندسة القسم المتسقة، والسلوك المتحكم فيه في نسبة العائد إلى الشد، وقابلية اللحام الممتازة في إنتاج العوارض والتثبيت هي الأولويات.

ملاحظة ختامية: كل من A572 Gr50 و A992 هما فولاذان هيكليان قويان ومستخدمان على نطاق واسع من نوع HSLA. يعتمد الاختيار الصحيح على شكل المنتج (الألواح مقابل الأشكال المدرفلة)، وطرق التصنيع، والصلابة المطلوبة عند الكسر، وقيود اللحام. تحقق دائمًا من شهادات المصنع وحدد أي اختبارات تأثير مطلوبة، أو أنظمة طلاء، أو إجراءات لحام في مستندات الشراء.