A572 Gr50 مقابل A992 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
ASTM A572 الدرجة 50 و ASTM A992 هما من أكثر الفولاذ الهيكلي المحدد شيوعًا في أمريكا الشمالية. يقوم المهندسون ومديرو المشتريات والمصنعون بوزن التبادلات بين التكلفة والقوة وقابلية اللحام وقابلية الإنتاج عند الاختيار بينهما للعوارض والأعمدة والألواح والأشكال المدرفلة. تشمل سياقات القرار النموذجية موازنة القوة المطلقة مقابل اتساق الخصائص الميكانيكية، واختيار درجة أكثر ملاءمة للحام الثقيل ومدخلات الحرارة غير المتسقة، أو اختيار مادة محسّنة للأشكال ذات الفلنجات العريضة وكفاءة التركيب.
يكمن التمييز الفني الرئيسي بين هاتين الدرجتين في مجموعة من ضوابط الكيمياء وممارسات الميكروسبائك التي تهدف إلى تحسين قابلية اللحام والملف الميكانيكي كما هو مدرفل للأشكال الهيكلية. في الممارسة العملية، يعني ذلك أن A992 مصمم خصيصًا للأشكال ذات الفلنجات العريضة المدرفلة مع حدود تركيبية أكثر صرامة وتحكم في المتانة/قابلية اللحام، بينما A572 Gr50 هو مواصفة ألواح/أشكال HSLA هيكلية أوسع مع كيمياء وأشكال منتجات أكثر مرونة. لهذا السبب غالبًا ما يتم مقارنة الاثنين في تصميم الهياكل وشراء التصنيع.
1. المعايير والتسميات
- ASTM / ASME:
- ASTM A572/A572M — فولاذ هيكلي منخفض السبيكة عالي القوة (A572 له درجات متعددة بما في ذلك الدرجة 50).
- ASTM A992/A992M — أشكال فولاذية هيكلية للاستخدام في إطار المباني.
- تشير ASME عادةً إلى نفس معايير المواد ASTM.
- المكافئات الدولية (تقريبية):
- EN: S355 (EN 10025-2) — يُستشهد به عادةً كمكافئ أوروبي تقريبي لـ A572 Gr50 (ملاحظة: ليس مطابقًا — تحقق من متطلبات الكود المحلي).
- GB: Q345 — غالبًا ما يُعتبر درجة صينية مقارنة بـ S355/A572 Gr50 بشكل عام.
- JIS: لا يوجد مكافئ مباشر دقيق؛ يتطلب مقارنة فنية دقيقة.
- التصنيف: كل من A572 Gr50 و A992 هما فولاذان كربونيان HSLA (عالي القوة منخفض السبيكة) مخصصان للتطبيقات الهيكلية (لا أحدهما فولاذ مقاوم للصدأ أو فولاذ أدوات).
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة
فيما يلي ملخص عملي موجه للمواصفات للعناصر الرئيسية التي يتم التحكم فيها عادةً في كل درجة. تختلف الحدود الفعلية حسب إصدار المواصفة والمطحنة؛ تأكد دائمًا من تقارير اختبار المطحنة للمشتريات.
| العنصر (wt%) | A572 الدرجة 50 (الحدود النموذجية) | A992 (الحدود النموذجية) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.23 (حد أقصى) | ≤ 0.23 (حد أقصى) |
| Mn | ≤ 1.35 (حد أقصى) | ≤ 1.35 (حد أقصى) |
| Si | ≤ 0.40 (حد أقصى) | ≤ 0.40 (حد أقصى) |
| P | ≤ 0.04 (حد أقصى) | ≤ 0.04 (حد أقصى) |
| S | ≤ 0.05 (حد أقصى) | ≤ 0.05 (حد أقصى) |
| Cr | لا يتم تحديده عادةً (أثر) | لا يتم تحديده عادةً (أثر) |
| Ni | لا يتم تحديده عادةً (أثر) | لا يتم تحديده عادةً (أثر) |
| Mo | لا يتم تحديده عادةً | لا يتم تحديده عادةً |
| V (فاناديوم) | يمكن إضافته (ميكروسبائك) | مراقب؛ مستويات منخفضة مسموح بها |
| Nb (كولومبيوم) | إمكانية الميكروسبائك | محدود/مراقب |
| Ti | إمكانية الميكروسبائك | محدود/مراقب |
| B | أثر (إذا تم استخدامه) | أثر (إذا تم استخدامه) |
| N | مراقب (منخفض) | مراقب (منخفض) |
ملاحظات: - كلتا الدرجتين هما بشكل أساسي فولاذان HSLA كربونيان-منغنيزي. تُستخدم عناصر الميكروسبائك مثل V وNb وTi بشكل انتقائي لتحسين حجم الحبيبات وزيادة قوة العائد دون زيادات كبيرة في الكربون. عادةً ما تفرض A992 تحكمًا أكثر صرامة في المتبقيات وبعض عناصر السبيكة لتحسين اتساق الأشكال ذات الفلنجات العريضة ولتقييد القابلية للتصلب التي يمكن أن تضر بقابلية اللحام. - تؤثر السبيكة على القوة والمتانة والقابلية للتصلب: يزيد الكربون والمنغنيز من القوة ولكنهما أيضًا يزيدان من المعادل الكربوني (القابلية للتصلب)؛ يتيح الميكروسبائك مع Nb/V/Ti تحقيق قوة عائد أعلى مع معادلات كربونية أقل، مما يحافظ على قابلية اللحام والمتانة.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
- A572 Gr50:
- تتكون البنية المجهرية النموذجية من الدرفلة التقليدية/التطبيع من مصفوفة الفريت-بيرلايت/فريت مصفوفة مكررة حسب إضافات الميكروسبائك والتاريخ الحراري.
- تستجيب بشكل جيد للدرفلة والتحكم في التطبيع؛ التبريد والتقسية ليس شائعًا للأشكال الهيكلية المغطاة بمواصفة ASTM A572.
- A992:
- يتم إنتاجه وتحديده بشكل أساسي للأشكال ذات الفلنجات العريضة المدرفلة؛ تركز ممارسة المطحنة على الدرفلة والتحكم في التبريد لإنتاج بنية متجانسة من الفريت-بيرلايت أو بنية باينيتية مقسية مع حجم حبيبات دقيق.
- تُستخدم عمليات التحكم الحراري الميكانيكي (TMCP) والميكروسبائك لتلبية التوزيع الأكثر صرامة للخصائص الميكانيكية والمتانة المطلوبة لتطبيقات العوارض/الأعمدة.
- المعالجة الحرارية:
- لا يتم عادةً توفير A572 Gr50 أو A992 مقسّى ومبرد كمعيار؛ يتم توفير كلاهما في حالة مدرفلة أو معالجة حرارية. يتم أحيانًا تحديد علاجات حرارية إضافية بعد التصنيع لمتطلبات مشاريع معينة ولكنها ليست معيارية لهذه الدرجات.
- تحسن المعالجة الحرارية والتقسية من المتانة وتعيد تشكيل حجم الحبيبات؛ إن زيادة القابلية للتصلب من خلال زيادة السبيكة ستزيد من القوة ولكن قد تؤثر سلبًا على قابلية اللحام ما لم يتم تعويضها باستراتيجيات الميكروسبائك.
4. الخصائص الميكانيكية
تحدد المواصفات القيم الميكانيكية الرئيسية المضمونة. الجدول المقارن النموذجي:
| الخاصية | A572 الدرجة 50 | A992 |
|---|---|---|
| حد قوة العائد الأدنى | 50 ksi (345 MPa) | 50 ksi (345 MPa) |
| قوة الشد النموذجية | ~65–85 ksi (450–585 MPa) | ~65–85 ksi (450–585 MPa) |
| التمدد (الأدنى، يعتمد على السماكة) | ≈ 18% (يختلف حسب السماكة) | ≈ 18% (يختلف حسب السماكة) |
| متانة الصدمة | يمكن إنتاجها بقيم CVN كافية؛ الاختبار اختياري/تعاقدي | غالبًا ما يتم إنتاجها مع تحكم أكثر صرامة في المتانة للأشكال المدرفلة؛ قد يتطلب اختبار الصدمات حسب المشروع |
| الصلابة | ترتبط بقوة العائد؛ صلابة نموذجية في النطاق الهيكلي | مماثلة لـ A572 Gr50 عند إنتاجها بنفس مستوى العائد |
التفسير: - تقدم كلتا الدرجتين نفس الحد الأدنى من قوة العائد (50 ksi) حسب المواصفة. الشد والليونة متشابهان في الممارسة العملية. - تظهر الاختلافات في صرامة التوزيع، والاتساق عبر أشكال المنتجات، وضوابط عملية المطحنة بدلاً من الأرقام الاسمية للقوة. - غالبًا ما تقدم A992 متانة وقابلية لحام أكثر اتساقًا في الأشكال ذات الفلنجات العريضة بسبب حدود التركيب وممارسات الدرفلة.
5. قابلية اللحام
تعتمد قابلية اللحام على محتوى الكربون، والمعادل الكربوني (CE)، والميكروسبائك. هناك مؤشرين شائعين مفيدين عند تقييم خطر تشقق اللحام:
-
المعادل الكربوني (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
معامل قابلية اللحام الحرجة (Pcm): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي: - ترتبط القيم المنخفضة لـ $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ بانخفاض خطر التشقق البارد وتقليل الحاجة إلى التسخين المسبق/المعالجة الحرارية بعد اللحام. - تهدف كيمياء A992 الأكثر صرامة والحدود المحدودة للمتبقيات/الميكروسبائك إلى الحفاظ على المعادلات الكربونية الفعالة أقل أو على الأقل أكثر اتساقًا لتصنيع العوارض النموذجية، مما يحسن قابلية اللحام للوصلات الزاوية والفتحات تحت ظروف العمل. - يمكن لحام A572 Gr50 بسهولة ولكن، اعتمادًا على كيمياء المطحنة وشكل المنتج (لوح مقابل شكل مدرفل)، قد يتطلب مزيدًا من التحكم الدقيق في مدخلات الحرارة، أو التسخين المسبق، أو تأهيل إجراءات اللحام في الأقسام الثقيلة. - نقطة عملية: قم دائمًا بإجراء اختبارات تأهيل إجراءات اللحام واستشر تقارير اختبار المطحنة (MTRs) لحساب CE/Pcm وتحديد متطلبات التسخين المسبق/بعد اللحام.
6. التآكل وحماية السطح
- كل من A572 Gr50 و A992 هما فولاذان كربونيان/HSLA (غير مقاومين للصدأ) ويعتمدان على الطلاءات والتدابير التصميمية لحماية من التآكل.
- استراتيجيات الحماية الشائعة:
- التغليف بالغمس الساخن (شائع للأعضاء الهيكلية المعرضة للطقس).
- أنظمة الطلاء / الطلاءات المزدوجة (طبقة أولى + طبقة علوية) للتعرضات الجوية أو الصناعية.
- طلاءات غنية بالزنك تطبق في الورشة وطلاء ميداني للهياكل المثبتة/المركبة.
- PREN (مؤشر تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ) غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ. للمرجع، يتم حساب PREN كالتالي: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ ولكنه ليس له صلة بفولاذات HSLA الهيكلية الكربونية العادية.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- القطع والحفر: كلا الدرجتين يمكن تشغيلهما بشكل مشابه؛ ستتطلب الأقسام الأكثر سمكًا والأعلى قوة أدوات أكثر متانة ومعدلات تغذية أعلى.
- التشكيل والانحناء: تم تحسين A992 للأشكال ذات الفلنجات العريضة المدرفلة وعادة ما يتم إنتاجها مع وضع التشكيل والتركيب في الاعتبار. يمكن تشكيل لوح A572 Gr50 ولكن تعتمد قابلية التشكيل بشكل كبير على السماكة، والمعالجة الحرارية، والكيمياء الدقيقة.
- قابلية التشغيل: الفولاذات الميكروسبائكية (مع Nb وV) يمكن أن تكون أقل قابلية للتشغيل قليلاً من الفولاذات الكربونية العادية. بالنسبة لكلا الدرجتين، فإن قابلية التشغيل مقبولة للتصنيع ولكنها أصعب من الفولاذات اللينة منخفضة الكربون.
- اللحام والتجهيز: تساعد كيمياء A992 الأكثر ضيقًا في تقليل التباين أثناء عمليات اللحام والتجهيز في الميدان، مما يبسط غالبًا إجراءات التركيب.
8. التطبيقات النموذجية
| A572 الدرجة 50 | A992 |
|---|---|
| لوح، مكونات هيكلية، أعضاء ملحومة ثقيلة، دعامات، وفولاذ هيكلي عام حيث تكون شكل اللوح مطلوبًا | عوارض وأعمدة ذات فلنجات عريضة لإطار المباني، مفضلة عادةً من قبل المصنعين والمركبين للأشكال الهيكلية |
| مكونات الجسور، هياكل الشاحنات، أقسام هيكلية عامة | عوارض/أعمدة المباني التجارية، إطارات اللحظة حيث تكون خصائص الفلنجات/الويب المتسقة وقابلية اللحام مطلوبة |
مبررات الاختيار: - اختر A572 Gr50 عندما تتطلب توفر الألواح، أو أشكال أبعاد محددة، أو متطلبات المشروع تلك الدرجة وعندما يكون المصنعون مستعدين للتحكم في متغيرات اللحام على الألواح الثقيلة. - اختر A992 عند تحديد أشكال W للبناء حيث تكون قابلية اللحام، والتحكم الكيميائي الأكثر صرامة، والهندسة المتسقة للأشكال المدرفلة مهمة. A992 مفضلة على نطاق واسع من قبل مصنعي الفولاذ لإطار المباني.
9. التكلفة والتوافر
- التوافر:
- A992 يتم إنتاجه على نطاق واسع للأشكال ذات الفلنجات العريضة من قبل المطاحن الكبرى في أمريكا الشمالية وغالبًا ما يكون الخيار الافتراضي لعوارض وأعمدة المباني — توافر عالٍ وأوقات تسليم تنافسية للأقسام الشائعة.
- A572 Gr50 متاح على نطاق واسع في الألواح وأشكال متنوعة؛ يعتمد التوافر على شكل المنتج ومخزون المطحنة.
- التكلفة:
- تختلف تكاليف المواد عمومًا بشكل معتدل وتدفع أكثر من قبل شكل المنتج، وإمدادات المطحنة، وظروف السوق أكثر من الكيمياء. بالنسبة للعوارض ذات الفلنجات العريضة، غالبًا ما تكون A992 تنافسية من حيث التكلفة بسبب تحسين الإنتاج للأشكال.
- يجب أن تشمل تكلفة المشروع مستوى التصنيع وإنتاجية اللحام — يمكن أن تقلل كيمياء A992 الصديقة للإنتاج واللحام من تكاليف التركيب وإعادة العمل.
10. الملخص والتوصية
| المقياس | A572 Gr50 | A992 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة (تعتمد على كيمياء المطحنة وسماكة القسم) | جيدة جدًا (تحكم كيميائي أكثر صرامة محسّن للتصنيع) |
| توازن القوة–المتانة | قوة عالية؛ المتانة قابلة للتحقيق مع الدرفلة/المعالجة المناسبة | قوة عالية مع توزيع متانة أكثر اتساقًا للأشكال |
| التكلفة (نسبية) | قابلة للمقارنة؛ تعتمد على الشكل والتوافر | غالبًا ما تكون فعالة من حيث التكلفة للأقسام المدرفلة ذات الفلنجات العريضة |
التوصيات: - اختر A572 الدرجة 50 إذا كنت بحاجة إلى لوح، أو أعضاء مصنعة حسب الطلب، أو متطلبات المشروع تدعو صراحةً إلى مادة A572، ولديك السيطرة على إجراءات اللحام وإدارة مدخلات الحرارة للأقسام الأكثر سمكًا. - اختر A992 إذا كنت تحدد أشكال الفلنجات العريضة المدرفلة لإطار المباني وترغب في تحكم تركيبي أكثر صرامة، وقابلية لحام متوقعة في الورشة/الميدان، واقتصاديات شكل المنتج للعوارض والأعمدة.
ملاحظة عملية نهائية: كلتا الدرجتين مستخدمتان على نطاق واسع ويمكن أن تلبي المتطلبات الهيكلية الصارمة عند تحديدها بالشكل الصحيح للمنتج، وحدود السماكة، وبروتوكولات اللحام/الفحص على مستوى المشروع. دائمًا راجع تقارير اختبار المطحنة، احسب المعادلات الكربونية للوصلات الملحومة، وتحقق من أي متطلبات متانة أو طلاء تعتمد على المشروع قبل الشراء النهائي.