S235 مقابل S275 - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
تعتبر S235 و S275 نوعين من الفولاذ الكربوني الهيكلي الأوروبي المستخدم على نطاق واسع والمحدد وفقًا لمعايير EN. يقوم المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً بوزن التبادلات بين التكلفة وقابلية اللحام وقابلية التشكيل والقوة عند الاختيار بينهما. تشمل سياقات القرار النموذجية اختيار درجة أكثر اقتصادية للهياكل ذات الأحمال الخفيفة مقابل درجة ذات قوة أعلى قليلاً حيث يكون حجم المقطع ووزن التخفيض أو الحد الأدنى من العائد التنظيمي أمرًا حاسمًا.
التمييز الفني الرئيسي بين S235 و S275 هو الحد الأدنى المحدد لقوة العائد: حيث أن S275 لديها عائد مضمون أعلى من S235. هذا الاختلاف يدفع الاختيار في التطبيقات الحاملة للأحمال، لكن كلا الدرجتين متشابهتان في الكيمياء والمعالجة، لذا فإن عوامل أخرى (قابلية اللحام، المتانة، التوافر، وحماية السطح) غالبًا ما تحدد الاختيار النهائي.
1. المعايير والتسميات
- EN: سلسلة EN 10025 (الأكثر شيوعًا لـ S235 و S275، مثل S235JR و S235J0 و S235J2 و S275JR، إلخ).
- ASTM/ASME: لا توجد معادلات مباشرة من ASTM؛ يتم تحديد درجات ASTM القابلة للمقارنة عادةً بناءً على الخصائص المطلوبة بدلاً من الاستبدال المباشر.
- JIS: تصنف المعايير اليابانية الفولاذ الهيكلي بشكل مختلف؛ يتطلب الاختيار مطابقة قائمة على الخصائص.
- GB (الصين): تشمل معايير GB الفولاذ الهيكلي المشابه في الاستخدام ولكن ليس تسميات مباشرة؛ يتم المطابقة بناءً على المتطلبات الميكانيكية والكيميائية.
تصنيف حسب عائلة الفولاذ العامة: - كل من S235 و S275 هما فولاذان هيكليان كربونيان عاديان/منخفضا السبائك (ليس فولاذ مقاوم للصدأ، وليس فولاذ أدوات، وليس فولاذ عالي السبائك). قد تشمل بعض المتغيرات من المصنع إضافة سبائك دقيقة (Nb، V، Ti) أو معالجة حرارية ميكانيكية، مما يصنفها كفولاذ هيكلي (غالبًا ما يتم تجميعها مع HSLA عند إضافة سبائك دقيقة عمدًا).
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
| عنصر | S235 (الحضور النموذجي) | S275 (الحضور النموذجي) |
|---|---|---|
| C (الكربون) | كربون منخفض؛ يتم التحكم فيه لقابلية اللحام | كربون منخفض؛ قد يكون الحد الأعلى أعلى قليلاً من S235 |
| Mn (المنغنيز) | معتدل (مؤثر رئيسي على القوة وقابلية التصلب) | معتدل؛ حدود مشابهة أو أعلى قليلاً لتحقيق العائد المستهدف |
| Si (السيليكون) | كميات صغيرة (إزالة الأكسدة) | كميات صغيرة |
| P (الفوسفور) | يتم الحفاظ عليه منخفضًا (شوائب) | يتم الحفاظ عليه منخفضًا |
| S (الكبريت) | يتم الحفاظ عليه منخفضًا (شوائب) | يتم الحفاظ عليه منخفضًا |
| Cr، Ni، Mo | لا يتم سبكها عمدًا في الدرجات القياسية (يمكن أن تكون آثار ممكنة) | نفس الشيء |
| V، Nb، Ti (إضافة سبائك دقيقة) | قد تكون موجودة في متغيرات معالجة حرارية ميكانيكية محددة (آثار إلى نسبة صغيرة) | قد تكون موجودة في متغيرات محددة |
| B (البورون) | عادةً لا يتم إضافته في الدرجات القياسية | عادةً لا يتم إضافته |
| N (النيتروجين) | يتم التحكم فيه؛ يؤثر على الشيخوخة والمتانة | يتم التحكم فيه |
ملاحظات: - تحدد درجات EN الحدود القصوى التي تعتمد على السماكة والمتغير (مثل JR، J0). الاستراتيجية العامة للسبائك هي كيمياء منخفضة الكربون مع المنغنيز لتوفير أهداف العائد/الشد مع الحفاظ على قابلية لحام جيدة وقابلية تشكيل. يمكن استخدام إضافة سبائك دقيقة والدرفلة الحرارية الميكانيكية لزيادة القوة دون زيادات كبيرة في الكربون.
كيف تؤثر السبائك على السلوك: - يزيد الكربون من القوة وقابلية التصلب ولكنه يقلل من قابلية اللحام والمتانة إذا كان مرتفعًا. - يساهم المنغنيز في القوة وقابلية التصلب ويعوض عن هشاشة الكبريت. - السيليكون هو بشكل رئيسي مزيل للأكسدة؛ يمكن أن يزيد السيليكون العالي قليلاً من القوة. - تعمل عناصر السبائك الدقيقة (V، Nb، Ti) على تنقيح حجم الحبيبات وتمكن من تحقيق قوى عائد أعلى من خلال تقوية الترسيب والدرفلة المنضبطة دون زيادات كبيرة في الكربون.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
البنية المجهرية النموذجية: - الفولاذ S235 و S275 في حالة الدرفلة والتطبيع يكونان بشكل رئيسي في حالة الفريت-بيرليت. سيختلف حجم الحبيبات ونسبة البيرليت مع معدل التبريد والمعالجة الحرارية الميكانيكية. - تظهر المتغيرات المدرفلة حراريًا أو المضاف إليها سبائك دقيقة أحجام حبيبات فريت أدق وكربيدات/ترسيبات متناثرة (NbC، VC، TiC)، مما يوفر قوة عائد محسنة عند مستويات كيميائية كربونية مماثلة.
استجابة المعالجة الحرارية: - تم تصميم هذه الدرجات بشكل أساسي للاستخدام في الحالة المدرفلة أو المطبوعة. عادةً لا يتم توفيرها للتبريد والتلطيف ما لم يتم طلبها بشكل محدد كدرجة مختلفة. - يعمل التطبيع (التسخين فوق درجة الحرارة الحرجة والتبريد في الهواء) على تنقيح حجم الحبيبات وتوحيد البنية المجهرية، مما يحسن المتانة. - سيزيد التبريد والتلطيف من القوة والمتانة ولكنه غير شائع لمواصفات S235/S275 القياسية وقد يغير الامتثال لمتطلبات EN 10025. - يتم استخدام المعالجة الحرارية الميكانيكية المنضبطة (TMCP) بشكل شائع لتحقيق قوة أعلى (مثل خصائص S275) مع كربون منخفض من خلال تنقيح الحبيبات وتوزيع ترسيبات السبائك الدقيقة.
4. الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | S235 (النموذجي حسب تسمية EN) | S275 (النموذجي حسب تسمية EN) |
|---|---|---|
| الحد الأدنى لقوة العائد (ReH) | 235 ميغاباسكال (أساس التسمية) | 275 ميغاباسكال (أساس التسمية) |
| قوة الشد (Rm) | النطاق النموذجي يتداخل مع نطاقات الفولاذ الهيكلي (مثل عدة مئات من ميغاباسكال) | عادةً ما يكون النطاق الأعلى أعلى من S235 |
| التمدد (A) | عادةً ما تكون القابلية للتمدد جيدة؛ التمدد عادةً كافٍ للتشكيل (يختلف حسب السماكة) | تمدد أقل قليلاً عند السماكة المقارنة بسبب العائد الأعلى، ولكن لا تزال المتانة جيدة |
| متانة الصدمات | تحدد المتغيرات (JR، J0، J2) الحد الأدنى من طاقات الصدمات عند درجات حرارة محددة؛ عمومًا جيدة عند درجة حرارة الغرفة | متغيرات متانة مشابهة متاحة؛ يعتمد الاختيار على درجة حرارة الصدمة المطلوبة |
| الصلابة | صلابة منخفضة إلى معتدلة نموذجية للفولاذ الهيكلي؛ سهلة التشغيل | صلابة أعلى قليلاً في المتوسط بسبب العائد الأعلى |
تفسير: - S275 هي الدرجة الأقوى من حيث التصميم لأن الحد الأدنى المضمون لعائدها أعلى. غالبًا ما يأتي الزيادة في العائد مع زيادة متواضعة في قوة الشد وانخفاض طفيف في التمدد/قابلية السحب، ولكن يمكن مطابقة المتانة من خلال اختيار المتغير المناسب من JR/J0/J2 أو باستخدام معالجة مطبوعة. - نظرًا لأن كلا الدرجتين منخفضتا الكربون، فإنهما تحتفظان بمتانة جيدة ومتانة صدمات عند توفيرهما في حالة التسليم المناسبة.
5. قابلية اللحام
العوامل الرئيسية: - الكربون المنخفض ومحتوى السبائك المنخفض في كل من S235 و S275 يمنحهم عمومًا قابلية لحام جيدة عند اتباع الإجراءات القياسية. - زيادة معادلة الكربون أو وجود عناصر السبائك الدقيقة يزيد من قابلية التصلب وإمكانية حدوث تشققات باردة؛ لذلك قد يتم تحديد درجات حرارة التسخين المسبق ودرجات حرارة التداخل للأقسام الأكثر سمكًا أو للفولاذات ذات CE أو Pcm أعلى.
مؤشرات قابلية اللحام المفيدة:
- معادلة الكربون (IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- Pcm (تقليل قابلية اللحام):
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير: - بالنسبة لكلا الدرجتين، تكون قيم CE و Pcm عادةً منخفضة مقارنة بالفولاذات عالية القوة، مما يشير إلى لحام سهل مع المواد الاستهلاكية والإجراءات القياسية. ومع ذلك، مع زيادة السماكة أو عند وجود سبائك دقيقة، ترتفع CE/Pcm ويجب تطبيق ضوابط اللحام المناسبة (التسخين المسبق، درجة حرارة التداخل، المعالجة الحرارية بعد اللحام عند الحاجة). - حدد المعدن الملء الصحيح لمطابقة الخصائص الميكانيكية ولتجنب عدم المطابقة في الوصلات الحرجة. بالنسبة للهياكل الحساسة للتعب أو الدورات، يجب أخذ الضغوط المتبقية والصلابة المحتملة في منطقة اللحام في الاعتبار.
6. التآكل وحماية السطح
- تعتبر S235 و S275 فولاذًا كربونيًا غير مقاوم للصدأ؛ لا تقدم مقاومة جوهرية للتآكل الجوي أو العدواني. تشمل استراتيجيات الحماية:
- التغليف بالغمس الساخن للتآكل الجوي والتعرض الخارجي على المدى الطويل.
- أنظمة الطلاء والمواد الأولية (مثل الإيبوكسي، البولي يوريثين، المواد الأولية الغنية بالزنك).
-
طلاءات محلية (رذاذ، فرشاة) أو تلميع لإصلاح اللمسات النهائية.
-
المقاييس المقاومة للصدأ مثل PREN غير قابلة للتطبيق على الفولاذ الهيكلي غير المقاوم للصدأ. من أجل الاكتمال، فإن صيغة PREN (المستخدمة للسبائك المقاومة للصدأ) هي:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ هذه المؤشر غير ذي صلة بـ S235/S275 لأن محتوياتها من الكروم والموليبدينوم والنيتروجين منخفضة جدًا وليست مصممة لتوفير مقاومة للتآكل.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- التشكيل: كلا الدرجتين مرنتان وقابلتان للتشكيل؛ S235 عادةً أسهل في التشكيل بسبب عائدها المنخفض. عندما تكون الزوايا الضيقة مطلوبة، قد يُفضل S235 ما لم يتطلب التصميم القوة الأعلى لـ S275.
- الانحناء: الارتداد أكبر قليلاً لـ S275 بسبب العائد الأعلى؛ اضبط الأدوات/الانحناء الخلفي حسب الحاجة.
- القطع والحفر: كلاهما يمكن تشغيله بسهولة بواسطة البلازما أو الأكسجين والوقود أو الليزر أو العمليات الميكانيكية. تزداد تآكل الأدوات بشكل معتدل مع القوة؛ اضبط التغذية والأدوات عند الانتقال من S235 إلى S275.
- قابلية التشغيل: جيدة لكلاهما عند الحالة المطبوعة/المعالجة؛ إذا تم استخدام متغيرات ذات صلابة أعلى أو منتجات مضاف إليها سبائك دقيقة، قد تنخفض قابلية التشغيل.
- التشطيب: متطلبات التحضير السطحي والتجهيز الأولي النموذجية متشابهة؛ إزالة بقع اللحام وممارسات الطحن متطابقة.
8. التطبيقات النموذجية
| S235 (الاستخدامات النموذجية) | S275 (الاستخدامات النموذجية) |
|---|---|
| مكونات هيكلية خفيفة إلى متوسطة: أقسام بناء عامة، إطارات، دعائم، درابزين، أعضاء هيكلية خفيفة | أعضاء هيكلية أثقل حيث يتطلب الأمر عائدًا أدنى أعلى: إطارات هياكل، مكونات رافعات، عوارض وأعمدة أكبر |
| أقسام مشكّلة باردة، إطارات ملحومة حيث تكون القابلية العالية للتشكيل وقابلية اللحام الجيدة من الأولويات | حالات تتطلب مقاطع عرضية أصغر لنفس الحمل أو حيث تكون وفورات الوزن مفيدة |
| أجزاء ميكانيكية غير حرجة، معدات زراعية، سياج | أجزاء ميكانيكية متوسطة، مكونات حاملة للأحمال في البنية التحتية حيث تحسن القوة الأعلى الأداء |
مبررات الاختيار: - اختر S235 حيث تكون الأولوية للتشكيل والتكلفة وسهولة اللحام وحيث يتم تلبية متطلبات العائد التصميمي بـ 235 ميغاباسكال. - اختر S275 حيث تتطلب رموز التصميم أو حالات الحمل أو تحسين الوزن/المقطع العائد المضمون الأعلى (275 ميغاباسكال) مع الاحتفاظ بقابلية اللحام الجيدة والمتانة.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة النسبية: عادةً ما تكون S275 أغلى قليلاً من S235 بسبب مواصفات العائد الأعلى وأحيانًا التحكم الأكثر صرامة في التصنيع/العمليات. غالبًا ما تكون الفجوة السعرية متواضعة في أسواق المنتجات المصنعة.
- التوافر: كلا الدرجتين متوافرتان على نطاق واسع في الألواح واللفائف والشرائط والأشكال الهيكلية في معظم الأسواق. S235 شائعة جدًا في المخزون الهيكلي العام؛ S275 شائعة أيضًا، خاصة في المناطق أو التطبيقات التي تحدد الحد الأعلى للعائد.
- أشكال المنتجات: ألواح وشرائح بسمك مختلف؛ منتجات طويلة (زوايا، قنوات) وأقسام؛ يختلف التوافر حسب السماكة وحالة التسليم (JR، J0، J2؛ مطبوعة؛ TMCP) حسب المصنع والمنطقة.
10. الملخص والتوصية
| السمة | S235 | S275 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | ممتازة (جيدة جدًا) | جيدة جدًا ولكنها أكثر حساسية قليلاً عند السماكات الأكبر أو عند إضافة سبائك دقيقة |
| توازن القوة والمتانة | عائد أدنى أقل؛ قابلية ممتازة للتشكيل | عائد أدنى أعلى؛ خيارات متانة مشابهة متاحة مع حالة التسليم المناسبة |
| التكلفة | عادةً أقل | عادةً أعلى قليلاً |
التوصيات: - اختر S235 إذا: - لم تتجاوز متطلبات العائد التصميمي 235 ميغاباسكال. - كانت سهولة التشكيل، التكلفة المنخفضة، والحد الأقصى من القابلية للتشكيل من الأولويات. - كنت بحاجة إلى أوسع توافر قياسي للأجزاء الهيكلية الخفيفة إلى المتوسطة.
- اختر S275 إذا:
- كانت المشروع يتطلب العائد المضمون الأعلى 275 ميغاباسكال لتقليل أحجام المقاطع أو الوزن.
- كانت الخصائص الميكانيكية المطلوبة أعلى قليلاً دون الانتقال إلى الفولاذات عالية السبائك.
- كنت تفضل هامش قوة للأعضاء الهيكلية مع الحفاظ على قابلية اللحام الجيدة والمتانة مع المعالجة الصحيحة.
ملاحظة نهائية: عند الاختيار بين S235 و S275، تحقق دائمًا من حالة التسليم المطلوبة (JR/J0/J2، مطبوعة، TMCP)، والحدود المعتمدة على السماكة، وأي قيود خاصة بالمشروع (إجراءات اللحام، درجة حرارة الصدمة، حماية التآكل). قم بمطابقة درجة الفولاذ مع المتطلبات الوظيفية (الحمل، التعب، البيئة) بدلاً من السعر فقط لتجنب إعادة العمل وضمان الأداء على المدى الطويل.