S235JR مقابل S275JR - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
تعتبر S235JR و S275JR من أكثر الفولاذات الكربونية الهيكلية الأوروبية شيوعًا المستخدمة في الألواح والأوراق والأقسام المدرفلة. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً معضلة اختيار بين الاثنين: التوازن بين التكلفة وسهولة التصنيع مقابل الحاجة إلى قوة أعلى وهامش تصميم أكبر. تشمل سياقات القرار النموذجية اختيار الفولاذ للهياكل الحاملة الملحومة، وتصنيع الدرجة الاقتصادية حيث تكون التشكيل والطلاء هي الحمايات الأساسية، أو عندما يمكن أن تؤدي الزيادات الطفيفة في القوة إلى تقليل حجم القسم ووزنه.
الفرق الفني الرئيسي بين هذين الدرجتين هو الحد الأدنى المحدد من قوة الخضوع (معرف الدرجة الرقمية)، والذي يقود خيارات تصميم مختلفة: توفر S275JR قوة خضوع دنيا أعلى من S235JR مع الحفاظ على كيمياء وطرق معالجة أساسية مشابهة. نظرًا لأنهما يشتركان في نفس عائلة الفولاذات منخفضة السبائك وغير القابلة للصدأ بموجب EN 10025، يتم مقارنتهما عادةً في التصميم الهيكلي والتصنيع من حيث التوازن بين القوة والصلابة وقابلية اللحام والتكلفة.
1. المعايير والتسميات
- EN: يتم تعريف كل من S235JR و S275JR في EN 10025-2 (الفولاذات الهيكلية غير السبائكية).
- ISO: غالبًا ما يتم الإشارة إلى معرفات ISO/EN المقابلة؛ تعكس أوصاف ISO المعادلة فئات قوة الخضوع الدنيا.
- ASTM/ASME: لا تحتوي هذه الدرجات على أسماء ASTM مباشرة؛ الفولاذات الهيكلية منخفضة الكربون المماثلة في ممارسة ASTM متاحة ولكن لغة المواصفات ومعايير القبول تختلف.
- JIS/GB: توفر المعايير اليابانية (JIS) والصينية (GB) فولاذات كربونية هيكلية قابلة للمقارنة، ولكن يتطلب الأمر التحقق من معايير القبول الميكانيكية والكيميائية للحصول على معادلات مباشرة.
- التصنيف: كل من S235JR و S275JR هي فولاذات هيكلية كربونية بسيطة/منخفضة السبائك (ليست غير قابلة للصدأ، ليست فولاذات أدوات، ليست فولاذات منخفضة السبائك عالية القوة (HSLA) مع إضافة ميكروية كبيرة)، وعادة ما يتم تجميعها كفولاذات كربونية هيكلية.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
جدول: التركيب الكيميائي النموذجي (نطاقات تقريبية؛ استشر EN 10025 وشهادات الموردين للحصول على القيم الدقيقة - القيم تختلف حسب السماكة وظروف التسليم)
| عنصر | S235JR (نموذجي، wt%) | S275JR (نموذجي، wt%) |
|---|---|---|
| C (كربون) | ≤ ~0.17–0.20 (منخفض) | ≤ ~0.20–0.22 (منخفض–متوسط) |
| Mn (منغنيز) | ~0.8–1.6 (متوسط) | ~1.0–1.6 (متوسط) |
| Si (سيليكون) | ≤ ~0.3 (مزيل أكسدة) | ≤ ~0.3 (مزيل أكسدة) |
| P (فوسفور) | ≤ 0.035 (تحكم في الشوائب) | ≤ 0.035 (تحكم في الشوائب) |
| S (كبريت) | ≤ 0.035 (تحكم في الشوائب) | ≤ 0.035 (تحكم في الشوائب) |
| Cr (كروم) | عادة ≤ أثر | عادة ≤ أثر |
| Ni (نيكل) | عادة ≤ أثر | عادة ≤ أثر |
| Mo (موليبدينوم) | عادة ≤ أثر | عادة ≤ أثر |
| V, Nb, Ti, B (ميكروسبائك) | عادة غير موجودة بكميات كبيرة | عادة غير موجودة بكميات كبيرة |
| N (نيتروجين) | منخفض (متبقي) | منخفض (متبقي) |
ملاحظات: - هذه الفولاذات منخفضة عمدًا في محتوى الكربون والسبائك للحفاظ على قابلية اللحام والتشكيل. تعتمد الحدود القصوى الدقيقة على السماكة والجدول المحدد في EN؛ يصدر الموردون شهادات اختبار المصنع (MTCs) التي تسجل القيم المقاسة. - استراتيجية السبائك: تستخدم كلتا الدرجتين نهج "منخفض الكربون" مع منغنيز وسيليكون متحكم فيهما لإزالة الأكسدة. يتجنبون الإضافات الكبيرة من Cr و Mo و Ni أو عناصر الميكروسبائك في النسخ القياسية، مما يحافظ على انخفاض القابلية للتصلب ومعادل الكربون.
كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - يزيد الكربون من القوة والقابلية للتصلب ولكنه يقلل من قابلية اللحام والصلابة عند ارتفاعه؛ تحتفظ كلتا الدرجتين بمستوى منخفض من الكربون للحفاظ على الصلابة وسهولة اللحام. - يساهم المنغنيز في القابلية للتصلب وقوة الشد ويكون محدودًا للحفاظ على الصلابة. - يعمل السيليكون كمزيل أكسدة ويزيد القوة قليلاً. - يتم التحكم في الفوسفور والكبريت لتقليل الهشاشة والقصور الحراري؛ يسمح بحدود قصوى فقط عند مستويات منخفضة.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
البنية المجهرية النموذجية: - تتكون البنى المجهرية لـ S235JR و S275JR كما تم إنتاجها (مُعالجة/مدرفلة) بشكل أساسي من الفريت والبيرلايت. تزداد النسبة النسبية للبيرلايت قليلاً مع زيادة الكربون والمنغنيز، وهذا هو السبب في أن S275JR (الكربون/المنغنيز أعلى قليلاً) يمكن أن تظهر قوة أعلى قليلاً. - لا يُقصد بأي من الدرجتين أن تُعالج بالمعالجة الحرارية بالتبريد والتلطيف في ظروف الإمداد القياسية؛ يتم توفيرها في حالة المدرفلة على الساخن أو المعالجة أو التلدين حسب عملية المصنع والطلب.
استجابة للمعالجات الحرارية الشائعة: - المعالجة: تُحسن حجم الحبيبات، وتزيد قليلاً من الصلابة والقوة؛ تستجيب كلتا الدرجتين بشكل مشابه ويمكن استخدام المعالجة عندما تكون uniformity الميكانيكية أو النظافة المحسنة مطلوبة. - التلدين: يُلين الفولاذ ويحسن قابلية التشكيل؛ يُستخدم عندما تكون هناك حاجة لزيادة اللدونة قبل عمليات التشكيل. - التبريد والتلطيف: ممكن ولكن ليس شائعًا - لأن هذه الدرجات تفتقر إلى سبائك القابلية للتصلب الكبيرة، فإن التبريد والتلطيف لن يطور قوة عالية دون خطر ضعف الصلابة ما لم يتم التحكم بدقة في التركيب الكيميائي وسماكة القسم. - المعالجة الحرارية الميكانيكية (الدرفلة المتحكم فيها): ليست ميزة قياسية لـ S235JR أو S275JR ولكن حيثما تم تطبيقها يمكن أن تزيد من قوة الخضوع والصلابة - مما يحرك المنتج نحو سلوك HSLA. عادة ما يتم تعيين مثل هذه المنتجات بشكل مختلف.
4. الخصائص الميكانيكية
جدول: الخصائص الميكانيكية النموذجية (نطاقات إرشادية - تحقق من المعايير أو شهادات MTC)
| الخاصية | S235JR (نموذجي) | S275JR (نموذجي) |
|---|---|---|
| الحد الأدنى من قوة الخضوع (Rp0.2) | 235 ميجا باسكال | 275 ميجا باسكال |
| قوة الشد (Rm) | 360–510 ميجا باسكال | 410–560 ميجا باسكال |
| التمدد (A) | ≥ ~22–26% (يعتمد على القسم/السماكة) | ≥ ~20–23% (يعتمد على القسم/السماكة) |
| أثر شاري (JR) | 27 جول عند 20 درجة مئوية (متطلبات درجة JR) | 27 جول عند 20 درجة مئوية (متطلبات درجة JR) |
| الصلابة | نطاقات نموذجية ~110–150 HB (تختلف حسب الحالة) | نطاقات نموذجية ~120–160 HB (تختلف حسب الحالة) |
التفسير: - القوة: S275JR هي الأقوى من الاثنين وفقًا للمواصفات - إن قوتها الدنيا الأعلى وقوة الشد الأعلى عادةً تسمح بتقليل أحجام الأقسام لنفس الأحمال. - اللدونة والصلابة: تظهر S235JR عمومًا تمددًا أعلى قليلاً بسبب انخفاض قوة الخضوع، مما يمكن أن يترجم إلى قابلية تشكيل أفضل قليلاً. تتطلب كلتا الدرجتين التحقق من صلابة التأثير (JR = 27 جول عند +20 درجة مئوية)، مما يضمن صلابة أساسية في البيئات الشائعة. - لماذا توجد اختلافات: يزيد الكربون والمنغنيز المسموح بهما قليلاً (في المتوسط) في S275JR من القوة من خلال توازن أكبر بين البيرلايت والفريت وإمكانية التصلب.
5. قابلية اللحام
اعتبارات قابلية اللحام: - تعتبر كلتا الدرجتين قابلة للحام بسهولة باستخدام العمليات الشائعة (SMAW، GMAW/MIG، FCAW، TIG) بسبب انخفاض محتوى الكربون ومعادل الكربون المنخفض. - تساعد مؤشرات معادل الكربون اللحامين والمهندسين في تقييم التسخين المسبق واختيار المواد الاستهلاكية. تشمل الصيغ المفيدة: - $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - التفسير: نظرًا لأن كل من S235JR و S275JR تحتويان على كميات منخفضة من C وكميات منخفضة من عناصر السبائك الأخرى، فإن قيم $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ منخفضة، مما يشير إلى انخفاض القابلية للتصلب وانخفاض الميل للتصدع البارد. قد تكون S275JR أقل تسامحًا قليلاً لأن كربونها/منغنيزها الاسمي الأعلى يمكن أن يرفع معادل الكربون قليلاً - وهذا قد يتطلب تسخينًا مسبقًا معتدلًا في الأقسام السميكة أو اللحامات المقيدة. - نصيحة عملية: استخدم المعادن المالئة القياسية المتوافقة مع الفولاذ الهيكلي (مطابقة أو أعلى قليلاً من قوة المعدن الأساسي لتقليل التشوه)، تحكم في درجة حرارة التداخل، وطبق التسخين المسبق المناسب بناءً على السماكة والقيود ومعادل الكربون المقاس بدلاً من اسم الدرجة وحده.
6. التآكل وحماية السطح
- هذه الدرجات هي فولاذات كربونية غير قابلة للصدأ؛ مقاومة التآكل الذاتية محدودة. يجب أن تأخذ الاختيار في الاعتبار التعرض البيئي وأنظمة الحماية المقصودة.
- خيارات الحماية السطحية النموذجية:
- التغليف بالغمس الساخن: شائع للفولاذ الهيكلي حيث تكون مقاومة التآكل الجوية مطلوبة.
- أنظمة الطلاء: توفر البرايمرات والطبقات المتوسطة والطبقات العليا حماية مصممة للبيئات الجوية أو الصناعية أو البحرية.
- التغليف المعدني (طلاءات الزنك/الألمنيوم)، الطلاءات المسحوقة، أو التكسية حيثما كان ذلك مطلوبًا.
- PREN: صيغة عدد مقاومة التآكل، $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ غير قابلة للتطبيق هنا لأن S235JR و S275JR ليستا فولاذات غير قابلة للصدأ ولا تحتويان على كميات كبيرة من Cr أو Mo أو N لجعل مؤشرات التآكل المحلية ذات معنى.
- إرشادات عملية: اختر أنظمة الحماية بناءً على فئة التعرض (ISO 12944 أو إرشادات مماثلة)، وأعط الأولوية للطلاءات أو التغليف بالغمس الساخن من أجل المتانة على المدى الطويل.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- القطع: تُستخدم عمليات القطع بالبلازما والنار والأكسجين والوقود بشكل روتيني؛ يعتبر التشغيل باستخدام كربيدات قياسية وأدوات HSS سهلًا بسبب الصلابة المنخفضة نسبيًا.
- قابلية التشغيل: متوسطة - قابلية التشغيل النموذجية للفولاذ الكربوني؛ يمكن أن تكون S235JR أسهل قليلاً في التشغيل من S275JR بسبب انخفاض قوة الخضوع وميول العمل الصلبة المنخفضة قليلاً.
- قابلية التشكيل والانحناء: تشكل كلتا الدرجتين بشكل جيد في الحالة الموردة؛ تعتبر S235JR أكثر تسامحًا قليلاً للانحناءات الضيقة والسحب العميق بسبب التمدد الأعلى. يجب التحقق من حدود التشكيل من خلال اختبارات الانحناء أو إرشادات الموردين للسماكات المحددة.
- إنهاء السطح: تستجيب كلتا الدرجتين بشكل جيد للمعالجات السطحية التقليدية (الطحن، التفجير بالرصاص، الطلاء). نادرًا ما تكون المعالجات الحرارية بعد اللحام مطلوبة لهذه الدرجات ما لم تكن هناك حاجة لتخفيف الإجهاد المتبقي أو تغييرات في الخصائص حسب التصميم.
8. التطبيقات النموذجية
| S235JR — الاستخدامات النموذجية | S275JR — الاستخدامات النموذجية |
|---|---|
| أعضاء هيكلية عامة حيث تهم التكلفة وقابلية التشكيل: إطارات خفيفة، هياكل دعم غير حرجة، حاويات ملحومة، وعوارض | أعضاء هيكلية بأحمال تصميم أعلى أو حيث تكون المقاطع الأصغر مرغوبة: مكونات الجسور (غير حرجة)، عوارض أثقل، إطارات حاملة، وسكك الرافعات (حيثما تم تحديدها) |
| أعمال الفولاذ المعمارية والأسوار، حيث يوفر الطلاء/التغليف حماية من التآكل | مكونات هيكلية متوسطة الوزن، موصلات، وأعضاء مصنعة تتطلب قوة خضوع أعلى |
| ألواح وبروفيلات عامة للتصنيع، حيث تكون الانحناءات والتشكيل متكررة | حالات تتطلب تحسين نسبة القوة إلى الوزن، مما يسمح بتقليل سماكة القسم ووزنه |
مبررات الاختيار: - اختر S235JR عندما تكون قابلية التشكيل القصوى، وانخفاض تكلفة المواد، وزيادة اللدونة هي الأولويات، وعندما تكون متطلبات قوة الخضوع المطلوبة ضمن حدودها. - اختر S275JR عندما تكون هناك حاجة إلى قوة خضوع دنيا أعلى لتقليل أحجام الأقسام أو تلبية أحمال التصميم مع الاحتفاظ بقابلية اللحام الجيدة والصلابة عند درجات الحرارة المحيطة.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة النسبية: عادةً ما تكون S275JR أغلى قليلاً من S235JR بسبب مواصفاتها الأعلى من حيث القوة ومتطلبات الكيمياء والميكانيكا الأكثر دقة، على الرغم من أن أسعار السوق تتقلب مع دورات السلع الفولاذية.
- التوافر: يتم إنتاج كلتا الدرجتين على نطاق واسع ومتاحة في العديد من أشكال المنتجات (ألواح، أوراق، لفات، أقسام). تميل S235JR إلى أن تكون أكثر شيوعًا في الأسواق الهيكلية منخفضة التكلفة، بينما يتم تخزين S275JR بشكل قوي من قبل موردي الفولاذ الهيكلي ومراكز الخدمة.
- أشكال المنتجات: يمكن أن يختلف التوافر حسب السماكة والتشطيب - استشر الموردين للحصول على أوقات التسليم للألواح المدرفلة على الساخن المعالجة، والأوراق المخللة والمزيتة، أو الخيارات المجلفنة مسبقًا.
10. الملخص والتوصية
جدول: ملخص مقارن سريع
| المعلمة | S235JR | S275JR |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | ممتازة | ممتازة (احتمال CE أعلى قليلاً) |
| توازن القوة والصلابة | جيد (لدونة أعلى) | أفضل قوة مع الاحتفاظ بالصلابة |
| التكلفة | أقل (بشكل عام) | متوسطة (بشكل عام أعلى من S235JR) |
الاستنتاجات: - اختر S235JR إذا كنت تعطي الأولوية لأقصى قابلية للتشكيل، وزيادة طفيفة في اللدونة، وانخفاض تكلفة المواد، ولا تتجاوز متطلبات قوة المشروع 235 ميجا باسكال. إنه مثالي للتصنيع الهيكلي العام، والمكونات المعمارية، والحالات التي تكون فيها سهولة الانحناء/التشكيل ذات قيمة. - اختر S275JR إذا كنت بحاجة إلى قوة خضوع دنيا أعلى لتقليل أحجام الأقسام أو تلبية أحمال التصميم الأعلى مع الاحتفاظ بقابلية اللحام الجيدة والصلابة الكافية. إنه مناسب للتطبيقات الهيكلية الأثقل حيث تكون ميزة القوة إلى الوزن وزيادة متواضعة في الإجهاد المسموح به مهمة.
ملاحظات عملية نهائية: - تحقق دائمًا من القيم الميكانيكية والكيميائية مقابل شهادة اختبار المصنع الخاصة بالمورد والمعيار المعمول به (EN 10025 أو المعيار المحدد للتسليم). - استند إلى خيارات التسخين المسبق والمواد الاستهلاكية على معادل الكربون المقاس ($CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$) وقيود الجزء، وليس على اسم الدرجة وحده. - ضع في اعتبارك الطلاءات الواقية مبكرًا في عملية الشراء لضمان التوافق مع خطوات التصنيع (مثل اللحام من خلال الطلاءات، والتغليف بالغمس الساخن بعد التصنيع).