S220GD مقابل S250GD – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

تعتبر S220GD و S250GD درجات فولاذ هيكلية مجلفنة بالغمس الساخن شائعة تجارياً تستخدم للأقسام الباردة التشكيل، وأغلفة المباني، والمكونات الهيكلية العامة. يختار المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً بينهما عند الموازنة بين التكلفة، وقابلية التشكيل، وقابلية اللحام، والحد الأدنى المطلوب من القدرة على تحمل الأحمال.

التمييز العملي الأكثر أهمية بين الدرجتين هو الحد الأدنى المضمون من قوة الخضوع: تضمن إحدى الدرجات مستوى خضوع أقل والأخرى مستوى أعلى. نظرًا لأن كلاهما يُنتج لخطوط الجلفنة المستمرة ويتشاركان في كيمياء وطرق معالجة مشابهة، فإن الاختيار عادةً ما يعتمد على ما إذا كانت القوة الإضافية لمادة الدرجة الأعلى تبرر أي تنازلات في قابلية التشكيل، أو قابلية اللحام، أو التكلفة لتطبيق معين.

1. المعايير والتسميات

• EN / الأوروبية: S220GD، S250GD — تسميات منتجات شائعة للفولاذ المجلفن بالغمس الساخن في EN 10346 (فولاذ مطلي بالغمس الساخن بشكل مستمر).
• ISO: غالبًا ما يتم الإشارة إليها عبر معايير موحدة EN / ISO للفولاذ المطلي.
• معايير إقليمية أخرى: توجد فولاذات هيكلية باردة التشكيل مكافئة في عائلات منتجات JIS وGB وASTM، لكن التسمية "SxxxGD" ذات أصل أوروبي وتستخدم على نطاق واسع من قبل منتجي الفولاذ العالميين الذين يزودون بكرات وصفائح مجلفنة.
• عائلة المواد: كل من S220GD و S250GD هما فولاذات منخفضة الكربون، ومخلوطة بالميكرو، وفولاذات منخفضة السبائك عالية القوة (HSLA) مصممة لقابلية التشكيل والتغطية؛ ليست فولاذات مقاومة للصدأ، أو أدوات، أو فولاذات عالية السبائك.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تم صياغة درجات S220GD و S250GD كفولاذات منخفضة الكربون مع كميات مسيطر عليها من المنغنيز، والسيليكون، وإضافات صغيرة من عناصر السبائك الميكروية (Nb، Ti، V) عند الحاجة لتحقيق قوة أعلى عبر المعالجة الحرارية الميكانيكية. التركيب الدقيق خاص بالمورد ويخضع لمعايير المنتج وطريقة التصنيع.

جدول: نطاقات التركيب النموذجية (وزن %). هذه نطاقات إرشادية تستخدم في الممارسة؛ يجب دائمًا استشارة شهادات المورد للمطاحن لإجراءات الشراء واللحام.

عنصر	S220GD (نطاقات نموذجية، وزن %)	S250GD (نطاقات نموذجية، وزن %)
C	≤ 0.12 (غالبًا ≤ 0.10)	≤ 0.12 (غالبًا ≤ 0.10)
Mn	0.3 – 1.0	0.3 – 1.2
Si	≤ 0.50 (غالبًا 0.02 – 0.15)	≤ 0.50 (غالبًا 0.02 – 0.15)
P	≤ 0.025	≤ 0.025
S	≤ 0.010	≤ 0.010
Cr	≤ 0.30 (أثر)	≤ 0.30 (أثر)
Ni	≤ 0.30 (أثر)	≤ 0.30 (أثر)
Mo	≤ 0.10 (إذا تم استخدامه)	≤ 0.10 (إذا تم استخدامه)
V	≤ 0.05 (متغيرات مخلوطة بالميكرو)	≤ 0.05 (متغيرات مخلوطة بالميكرو)
Nb	≤ 0.05 (إذا كانت مخلوطة بالميكرو)	≤ 0.05 (إذا كانت مخلوطة بالميكرو)
Ti	≤ 0.05 (إذا تم استخدامه)	≤ 0.05 (إذا تم استخدامه)
B	أثر	أثر
N	≤ 0.012	≤ 0.012

كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - الكربون والمنغنيز هما المساهمان الرئيسيان في القوة. يزيد الكربون من قوة الشد/الخضوع ولكنه يقلل من قابلية اللحام وقابلية التشكيل إذا ارتفع. - يؤثر السيليكون والمنغنيز أيضًا على إزالة الأكسدة وتقوية من خلال الحل الصلب. - يسمح استخدام السبائك الميكروية مع Nb، Ti، أو V بتحقيق قوة خضوع أعلى من خلال تصلب الترسيب وحجم حبيبات مصقول باستخدام التحكم الحراري الميكانيكي، مما يسمح بقوة أعلى دون زيادة مفرطة في الكربون. - تحسن محتويات الفوسفور/الكبريت المنخفضة من المتانة وقابلية التشكيل.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنية المجهرية تحت الإنتاج القياسي: - يتم إنتاج كلا الدرجتين عادةً من خلال الدرفلة الساخنة المسيطر عليها تليها إما ملفات التبريد (TMCP — المعالجة الحرارية الميكانيكية المسيطر عليها) أو الدرفلة الباردة التقليدية والتسخين قبل الجلفنة. البنى المجهرية النموذجية هي الفريت مع كميات مسيطر عليها من الباينيت أو اللؤلؤة الدقيقة حسب المعالجة. - يتم إنتاج S220GD، كونه أقل في القوة المضمونة، غالبًا مع بنية مجهرية أكثر فريتية وأقل من ترسبات السبائك الميكروية، مما يفضل اللدونة وقابلية التشكيل. - تحتوي S250GD عمومًا على كثافة تشوه أعلى قليلاً أو ترسبات سبائك ميكروية مسيطر عليها وحجم حبيبات أدق تم تصميمها خلال TMCP لزيادة قوة الخضوع دون زيادات كبيرة في الكربون.

استجابة المعالجة الحرارية: - لا تعتبر المعالجة بالتطبيع والتبريد والتلطيف خطوات إنتاج شائعة لهذه الفولاذات المطلية؛ يتم إنتاجها لتلبية القوة عبر الدرفلة وTMCP بدلاً من المعالجة الحرارية الشاملة. - إذا تم تسخينها محليًا (مثل اللحام) ستعتمد البنية المجهرية في منطقة التأثير الحراري على درجة الحرارة القصوى ومعدل التبريد. يحد التصميم منخفض الكربون من القدرة على التصلب ويقلل من خطر تشكيل المارتنسيت الهش مقارنة بالفولاذات الهيكلية عالية الكربون، لكن عناصر السبائك الميكروية يمكن أن تزيد قليلاً من القدرة على التصلب.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: مقارنات الخصائص الميكانيكية النموذجية. القيم تمثل؛ يجب التحقق من القيم الفعلية المقدمة في شهادات المطاحن وتعتمد على السماكة والمعالجة.

الخاصية	S220GD	S250GD
الحد الأدنى من قوة الخضوع (Rp0.2)	220 ميجا باسكال (مضمون)	250 ميجا باسكال (مضمون)
قوة الشد النموذجية (Rm)	متوسطة؛ تعتمد على السماكة/العملية؛ عادةً في النطاق المنخفض إلى المتوسط للأوراق الهيكلية	أعلى قليلاً من S220GD؛ تختلف حسب المعالجة
التمدد (A%)	عادةً ما تكون لدونتها أعلى من S250GD لنفس السماكة	تمدد أقل قليلاً مقارنةً بـ S220GD عند السماكات المعادلة
صلابة التأثير	عادةً ما تكون كافية للأجزاء الهيكلية الباردة التشكيل؛ ليست محددة عالميًا	مماثلة، لكن الصلابة المحددة تعتمد على TMCP والكيمياء
الصلابة	منخفضة إلى متوسطة، مناسبة للتشكيل	أعلى قليلاً في المتوسط بسبب زيادة القوة

التفسير: - S250GD أقوى من حيث الحد الأدنى من قوة الخضوع؛ هذا مقصود لتمكين تصميم سماكة أرق أو قدرة تحميل أعلى. - عادةً ما تكون S220GD أسهل في التشكيل وقد توفر قابلية تمدد واستعادة انحناء أفضل قليلاً. - تختلف الفروق في المتانة بشكل طفيف وتعتمد على العملية — لا تكون أي من الدرجتين هشة بطبيعتها؛ يجب تأكيد أداء التأثير عندما تكون الأداء في درجات الحرارة المنخفضة مطلوبًا.

5. قابلية اللحام

تعتمد اعتبارات قابلية اللحام على المعادل الكربوني ومحتوى السبائك الميكروية. لتقييم نوعي لقابلية اللحام، يتم استخدام مؤشرين شائعين هما المعادل الكربوني IIW ومعهد اللحام الدولي Pcm.

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - كل من S220GD و S250GD هما فولاذات منخفضة الكربون مع CE$_{IIW}$ و Pcm منخفضين نسبيًا مقارنة بالفولاذات المعالجة بالحرارة عالية القوة. مما يجعلها مناسبة عمومًا لعمليات اللحام القوسي الشائعة (MMA، MIG/MAG، TIG) مع ممارسات التسخين المسبق القياسية. - S250GD، إذا تم تقويتها عبر السبائك الميكروية أو TMCP بدلاً من زيادة الكربون، ستحتفظ عادةً بقابلية لحام جيدة؛ ومع ذلك، يمكن أن يؤدي زيادة Mn أو محتوى السبائك الميكروية إلى رفع CE وزيادة القدرة على التصلب محليًا، مما قد يتطلب تسخين مسبق مسيطر عليه أو معالجة حرارية بعد اللحام في الأقسام الأكثر سمكًا أو في الظروف الباردة. - بالنسبة للهياكل الملحومة الحرجة، استشر قيم CE/Pcm للمورد واتبع المواد الاستهلاكية الموصى بها وإجراءات التسخين المسبق/بعد اللحام. استخدم تصميم الوصلات الملحومة والمواد الاستهلاكية منخفضة الهيدروجين لتقليل المخاطر.

6. التآكل وحماية السطح

• كل من S220GD و S250GD هما درجات مطلية: تشير اللاحقة "GD" إلى الطلاء المجلفن بالغمس الساخن (زنك) المقدم كمنتج مطلي مستمر. يوفر الطبقة المجلفنة حماية كاثودية للفولاذ العادي.
• استراتيجيات الحماية من التآكل القياسية: اختر كتلة الطلاء المناسبة (غ/م²)، اعتبر أنظمة المعالجة الأولية وأنظمة الطلاء للبيئات المعرضة جويًا أو العدوانية، وحدد حماية الحواف أو ختم اللحامات عند الضرورة.
• PREN (رقم مقاومة التآكل) ينطبق على السبائك المقاومة للصدأ وليس على الفولاذات منخفضة الكربون المطلية بالزنك؛ للرجوع:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

هذا المؤشر غير قابل للتطبيق على S220GD/S250GD لأنها ليست فولاذات مقاومة للصدأ.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• التشكيل البارد والانحناء: تقدم S220GD، مع قوتها المضمونة الأقل، عادةً قابلية تشكيل أفضل قليلاً ونصف قطر انحناء أكبر مسموح به لسماكة معينة. يجب تحديد حدود التشكيل من خلال تجارب كاملة أو أوراق بيانات المورد.
• اللكم والأعمال الصحفية: تم تصميم كلا الدرجتين لعمليات التشكيل الشائعة في البناء والتسقيف. عمر الأدوات مشابه؛ ومع ذلك، تزيد قوة S250GD الأعلى من أحمال التشكيل وقد تسرع من تآكل الأدوات.
• قابلية التشغيل: لا يتم تحسين أي من الدرجتين للتشغيل السريع؛ كلاهما يعمل بشكل مشابه للفولاذات الهيكلية العادية. يمكن تحسين قابلية التشغيل باستخدام أدوات مناسبة ومعلمات قطع.
• التشطيب: يؤثر الطلاء المجلفن على الطلاء والربط اللاصق. يعد إعداد السطح (مثل تحويل الكرومات أو البرايمرات المناسبة) قياسيًا لأنظمة الطلاء.

8. التطبيقات النموذجية

S220GD (الاستخدامات النموذجية)	S250GD (الاستخدامات النموذجية)
التسقيف والتغليف حيث تكون قابلية التشكيل العالية مطلوبة	الملفات الهيكلية والأقسام حيث يسمح الخضوع الأعلى بتقليل السماكة
البطانة الداخلية والقنوات مع تشكيل واسع	الخرزات الحاملة للأحمال الباردة التشكيل، الإطارات الهيكلية الخفيفة
الأجزاء المطبوعة/المثقوبة غير الحرجة	التطبيقات التي تتطلب هامش أمان إضافي لقدرة التحميل
التطبيقات الاقتصادية التي تعطي الأولوية للتكلفة وسهولة التصنيع	الحالات التي يكون فيها تقليل الوزن عبر السماكات الأرق مرغوبًا

مبررات الاختيار: - استخدم S220GD حيث تكون كفاءة التشكيل، وقابلية الانحناء، والتكلفة المنخفضة هي الأولويات والحمولات التصميمية المطلوبة ضمن فئة الخضوع الأدنى. - استخدم S250GD عندما يسمح الحد الأدنى الأعلى من الخضوع بتقليل المادة أو عندما تتطلب المتطلبات الهيكلية خضوعًا مضمونًا أعلى.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادةً ما تكون S250GD أغلى قليلاً من S220GD بسبب خصائصها الميكانيكية المضمونة الأعلى والمعالجة المحتملة بالسبائك الميكروية أو TMCP المطلوبة لتحقيقها. يختلف سعر الزيادة حسب ظروف السوق.
• التوافر: يتم إنتاج كلا الدرجتين عادةً من قبل كبار الموردين للملفات وهي متاحة على نطاق واسع في أشكال الملفات، والأوراق، والشرائح الشائعة. تكون أوقات التسليم عادةً قصيرة للكتل المطلية القياسية والعرض، ولكن أطول للطلاءات الخاصة أو التسامحات الميكانيكية الضيقة جدًا.

10. الملخص والتوصية

جدول: مقارنة سريعة (نوعية)

السمة	S220GD	S250GD
قابلية اللحام	جيدة — أسهل بسبب متطلبات القوة الأقل	جيدة — خطر CE أعلى قليلاً إذا كانت مخلوطة بالميكرو
توازن القوة–المتانة	لدونة جيدة ومتانة للتشكيل	قوة خضوع أعلى؛ متانة مماثلة إذا تمت معالجتها بشكل صحيح
التكلفة	أقل	أعلى (زيادة معتدلة)

التوصية: - اختر S220GD إذا: كان تطبيقك يركز على التشكيل، والانحناء واللكم مع الحاجة إلى أكثر الأوراق المجلفنة اقتصادية التي تلبي المتطلبات الهيكلية المعتدلة؛ عندما تكون أقصى لدونة للبروفيلات المعقدة ضرورية. - اختر S250GD إذا: كنت بحاجة إلى قوة خضوع مضمونة أعلى لتقليل سماكة القسم، وتحقيق عامل أمان أعلى، أو تلبية متطلبات الحمل الهيكلي المحددة مع الاحتفاظ بمزايا السطح المجلفن.

ملاحظة نهائية: بالنسبة للشراء والتصنيع، تحقق دائمًا من شهادات المطاحن للتركيب الكيميائي، والخصائص الميكانيكية، وكتلة الطلاء، وإجراءات التشكيل واللحام الموصى بها من المورد. حيث تكون السلامة الهيكلية أو المتانة في درجات الحرارة المنخفضة حرجة، حدد واختبر الخصائص المطلوبة بدلاً من الاعتماد فقط على اسم الدرجة.