SD390 مقابل SD490 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
SD390 و SD490 هما درجتان من الفولاذ الهيكلي عالي القوة تستخدمان على نطاق واسع في البناء، قضبان التسليح، وبعض الأعضاء الهيكلية المشكّلة على البارد. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً معضلة اختيار بين هاتين الدرجتين: التوازن بين القوة العالية وقابلية اللحام والليونة وتكلفة التصنيع والتوافر. تشمل سياقات القرار النموذجية ما إذا كان يجب تحديد قوة العائد الأعلى لتقليل أحجام المقطع والوزن، أو إعطاء الأولوية لتحسين قابلية اللحام والتشكيل للتصنيع المعقد.
العامل الرئيسي المميز بين الدرجتين هو الحد الأدنى المستهدف لقوة العائد: يتم تحديد SD390 حول فئة عائد تبلغ حوالي 390 ميجا باسكال و SD490 حول فئة 490 ميجا باسكال وفقًا لممارسات التسمية اليابانية ذات الصلة. نظرًا لأن كلا الفولاذين مخصصان أساسًا كفولاذات هيكلية من نوع الكربون/HSLA بدلاً من الفولاذ المقاوم للصدأ أو الفولاذ الأدوات، يتم مقارنتهما عادةً عندما يتعين على المصممين اختيار مستوى القوة دون الانتقال إلى فئات سبائكية أو مقاومة للصدأ.
1. المعايير والتسميات
- المعايير الشائعة حيث تظهر درجات سلسلة SD أو يتم الإشارة إليها:
- JIS (المعايير الصناعية اليابانية) - ترتبط درجات SD عادةً بتسميات JIS للفولاذات الهيكلية وقضبان التسليح.
- GB/T (المعايير الوطنية الصينية) ومعايير إقليمية أخرى تستخدم أحيانًا تسميات مشابهة لفئات القوة لقضبان التسليح والفولاذات الهيكلية.
- EN و ASTM لا تستخدم بادئة SD مباشرة ولكن لديها درجات مماثلة لفئات القوة (مثل S355، GRADE 50 المعادلات لقضبان التسليح).
- التصنيف حسب المعادن:
- SD390: فولاذ هيكلي/HSLA من فئة الكربون المنخفض إلى المتوسط (كربون/HSLA).
- SD490: فولاذ هيكلي/HSLA من فئة الكربون المنخفض إلى المتوسط (كربون/HSLA عالي القوة).
- لا تعتبر أي من الدرجتين فولاذًا مقاومًا للصدأ أو فولاذ أدوات أو فولاذ عالي السبائك؛ عادةً ما تكون فولاذات كربونية بسيطة تم تعديلها بواسطة كيمياء مضبوطة وغالبًا ما يتم استخدام المعالجة الميكروسبائكية والمعالجة الحرارية لتحقيق الخصائص المستهدفة.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
ملاحظة: تختلف الحدود والتركيبات الكيميائية الدقيقة حسب إصدار المعيار والمورد. تلخص الجدول أدناه الخصائص الكيميائية النموذجية الموجودة في أوراق بيانات الموردين للفولاذات الهيكلية من سلسلة SD. تأكد دائمًا من التركيب مع شهادات المصنع للتطبيقات الحرجة.
| العنصر | المحتوى النموذجي في SD390 | المحتوى النموذجي في SD490 |
|---|---|---|
| C (الكربون) | كربون منخفض، مضبوط لتحسين قابلية اللحام (نموذجي: ≤ ~0.25%) | كربون منخفض، غالبًا ما يكون مضبوطًا بالمثل (نموذجي: ≤ ~0.22%) |
| Mn (المنغنيز) | مستويات متوسطة للقوة والصلابة (نطاق نموذجي) | متوسط إلى أعلى قليلاً للمساعدة في تحقيق قوة أعلى |
| Si (السيليكون) | كميات صغيرة (إزالة الأكسدة؛ ~0.1–0.6%) | مستويات مشابهة لـ SD390 |
| P (الفوسفور) | محتفظ به منخفضًا للصلابة (أثر؛ مثل ≤ ~0.04–0.05%) | محتفظ به منخفضًا |
| S (الكبريت) | محتفظ به منخفضًا للليونة/قابلية التشغيل (أثر؛ مثل ≤ ~0.04–0.05%) | محتفظ به منخفضًا |
| Cr, Ni, Mo | عادةً ما تكون الحد الأدنى أو الأثر؛ موجودة فقط إذا كانت مطلوبة لخلطات معينة | قد تحتوي على إضافات صغيرة في بعض المصانع لتحقيق قوة أعلى دون زيادة الكربون بشكل مفرط |
| V, Nb, Ti (الميكروسبائك) | غالبًا ما تكون موجودة بكميات أثرية إلى منخفضة لتنقية الحبوب وتحسين القوة/الصلابة | تستخدم بشكل متكرر لرفع قوة العائد من خلال تقوية الترسيب |
| B, N | مستويات أثرية مضبوطة لتجنب الهشاشة؛ يتم التحكم في N للصلابة | تنطبق نفس الاعتبارات |
كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - يزيد الكربون من القوة والصلابة ولكنه يقلل من قابلية اللحام والليونة إذا ارتفع بشكل مفرط. - يساهم المنغنيز في القوة والصلابة؛ كما أنه يزيد من الصلابة. - السيليكون هو مزيل للأكسدة ويساهم في القوة؛ يمكن أن يؤثر السيليكون المفرط على بعض الطلاءات. - تمكّن عناصر الميكروسبائك (V، Nb، Ti) من تحقيق قوى عائد أعلى من خلال تقوية الترسيب وتنقية الحبوب مع تقليل طفيف في قابلية اللحام مقارنةً بزيادة الكربون.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
- البنية المجهرية النموذجية: يتم تصنيع كل من SD390 و SD490 لإنتاج بنية من الفريت-البرلايت أو الفريت ذو الحبوب الدقيقة مع برلايت متناثر و/أو ترسيبات ميكروسبائكية. ينتج عن الدرفلة الحرارية الميكانيكية (الدرفلة المضبوطة) والتبريد المعجل هياكل من الفريت/البرلايت أو هياكل شبيهة بالباينيت حسب معدل التبريد والكيمياء.
- SD390: مع أهداف قوة أقل، تكون البنية المجهرية عادةً فريت-برلايت مع حجم حبة مضبوطة لتحقيق ليونة وصلابة جيدة في الظروف المحيطة.
- SD490: لتحقيق قيم عائد أعلى، يعتمد المصنعون غالبًا على مزيج من المنغنيز الأعلى قليلاً والميكروسبائك بالإضافة إلى المعالجة الحرارية الميكانيكية لإنتاج بنية مجهرية أدق وتقوية الترسيب؛ يمكن أن تحتوي بعض المنتجات التجارية على باينيت انتقالي أو برلايت أدق.
- استجابة المعالجة الحرارية:
- التطبيع/التنقية: تستجيب كلتا الدرجتين للتطبيع أو الدرفلة المضبوطة مع تنقية الحبوب وتحسين الصلابة.
- التبريد والتخمير: لا يتم تطبيقها عادةً على الفولاذات المشوهة المقدمة المستخدمة في قضبان التسليح أو الأقسام الهيكلية القياسية؛ يمكن أن يزيد Q&T من القوة ويخصص الصلابة ولكن يغير التكلفة والتوافر.
- المعالجة الحرارية الميكانيكية: طريق شائع لتحقيق قوة من فئة SD490 دون زيادة الكربون بشكل كبير، مما يحافظ على قابلية لحام أفضل من الأساليب التي تزيد من الكربون.
4. الخصائص الميكانيكية
التمييز الميكانيكي المحدد هو الحد الأدنى من إجهاد العائد. تعتمد الخصائص الميكانيكية الأخرى بشكل كبير على المعالجة، شكل المنتج، ودرجة حرارة الاختبار. يقدم الجدول أدناه القيم الدنيا النموذجية أو القياسية حيثما كان ذلك ممكنًا والنطاقات المعتادة.
| الخاصية | SD390 (نموذجي/حد أدنى) | SD490 (نموذجي/حد أدنى) |
|---|---|---|
| الحد الأدنى من قوة العائد (ميجا باسكال) | ~390 ميجا باسكال (فئة التصميم) | ~490 ميجا باسكال (فئة التصميم) |
| قوة الشد (ميجا باسكال) | نطاق نموذجي يعتمد على المعالجة (غالبًا ~520–680 ميجا باسكال) | نطاق نموذجي يعتمد على المعالجة (غالبًا ~560–760 ميجا باسكال) |
| التمدد (Lo = القياس المحدد) | متوسط (عادةً ≥10–18% حسب المقطع والمعيار) | عادةً أقل من SD390 في أشكال المنتجات المماثلة (عادةً ≥8–16%) |
| صلابة التأثير | جيدة في الظروف المحيطة عندما يتم تنقية الحبوب؛ تختلف حسب سمك المقطع | يمكن أن تكون جيدة إذا تمت معالجتها حراريًا وميكروسبائكيًا؛ قد تتطلب تحكمًا أكثر دقة في درجات الحرارة المنخفضة |
| الصلابة | متوسطة (تعتمد على الشد) | أعلى من SD390 للأشكال المماثلة |
أيها أقوى، أو أكثر صلابة، أو أكثر ليونة: - القوة: SD490 > SD390 حسب التصميم (قوة عائد أعلى وعادةً قوة شد أعلى). - الليونة/الصلابة: تقدم SD390 عمومًا ليونة أعلى وقد تظهر صلابة أفضل في درجات الحرارة المنخفضة في أشكال المنتجات المعادلة ما لم تتم معالجة SD490 بشكل محدد لتعزيز الصلابة (مثل، استخدام TMCP وميكروسبائك بعناية). - التوازن: تحقيق قوة من فئة SD490 دون المساس بالصلابة يتطلب عادةً الميكروسبائك والمعالجة المضبوطة بدلاً من مجرد إضافة الكربون.
5. قابلية اللحام
قابلية اللحام هي عامل اختيار حاسم. تشمل الاعتبارات الرئيسية معادلة الكربون ووجود العناصر التي تزيد من الصلابة.
صيغ تنبؤية مفيدة (تفسير نوعي؛ لا تحل محل تأهيل إجراءات اللحام): - معادلة الكربون (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm لتقييم 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: - تشير القيم الأعلى لـ $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$ إلى زيادة خطر مناطق اللحام الصلبة والهشة وزيادة الحاجة إلى التسخين المسبق، والتحكم في درجات الحرارة بين الطبقات، أو المعالجة الحرارية بعد اللحام. - تميل SD490، بفضل قوتها الأعلى وغالبًا محتوى السبائك الأعلى أو الميكروسبائك، إلى أن تكون لديها صلابة أعلى من SD390 لمستويات الكربون المماثلة. لذلك، قد تتطلب منتجات SD490 إجراءات لحام أكثر دقة (تسخين مسبق، تحكم أقل في إدخال الحرارة، مواد استهلاكية مؤهلة) خاصة في الأقسام الأكثر سمكًا. - تزيد عناصر الميكروسبائك (V، Nb، Ti) من تقوية الترسيب ولكن يمكن أن تزيد أيضًا من الصلابة؛ يساعد التحكم الدقيق في إدخال الحرارة على تقليل صلابة HAZ.
6. التآكل وحماية السطح
- كل من SD390 و SD490 هما فولاذات كربونية/HSLA غير مقاومة للصدأ ولا تقدم مقاومة طبيعية للتآكل تتجاوز فولاذ الكربون العادي.
- طرق الحماية الشائعة:
- التغليف بالغمس الساخن للحماية الجوية على المدى الطويل.
- البرايمرات والطلاءات الغنية بالزنك أو الإيبوكسي للبيئات العدوانية.
- أنظمة الطلاء والحماية الكاثودية حيثما كان ذلك مناسبًا.
- PREN غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ. للرجوع، فإن مؤشر PREN للسبائك المقاومة للصدأ هو: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ لكن هذا لا ينطبق على فولاذات الكربون من سلسلة SD.
- إرشادات الاختيار: إذا كانت مقاومة التآكل هي المحرك الرئيسي، فكر في تحديد الطلاءات الواقية أو الانتقال إلى سبيكة مقاومة للتآكل بدلاً من الاعتماد على SD390/SD490.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- قابلية التشكيل/الانحناء:
- تقدم SD390 عمومًا قدرة أفضل على الانحناء والتشكيل لشكل منتج معين بسبب قوتها المنخفضة وليونتها الأعلى.
- تتطلب SD490 تحكمًا أكثر دقة في أنصاف أقطار الانحناء، وقوى ارتداد أعلى، وتخطيط عملية أكثر دقة عند التشكيل على البارد.
- قابلية التشغيل:
- كلاهما قابل للتشغيل بسهولة مع الأدوات المناسبة؛ يمكن أن تكون SD490 أكثر خشونة أو أصعب في التشغيل عند مستويات القوة الأعلى.
- القطع واللحام:
- قد تتطلب SD490 قوى أعلى للقص ومعلمات قطع/لحام أكثر قوة.
- إنهاء السطح:
- كلاهما يقبل عمليات إنهاء شائعة؛ قد تظهر المتغيرات عالية القوة الميكروسبائكية استجابات طحن/تلميع مختلفة قليلاً.
8. التطبيقات النموذجية
| SD390 – الاستخدامات النموذجية | SD490 – الاستخدامات النموذجية |
|---|---|
| قضبان التسليح والشبكات للخرسانة حيث تكون القوة القياسية كافية | قضبان التسليح والمكونات الهيكلية حيث تقلل قوة العائد الأعلى من حجم المقطع |
| أعضاء هيكلية في المباني مع تحميلات قياسية حيث تكون الليونة وسهولة اللحام ذات أولوية | الجسور، الأقسام الهيكلية عالية القوة، والمشاريع حيث يكون تقليل الوزن أمرًا حاسمًا |
| أقسام مشكّلة على البارد وتطبيقات هيكلية عامة حيث يكون التشكيل والانحناء متكررين | تطبيقات تتطلب سعة تحميل أعلى لكل مقطع عرضي، أو حيث تتطلب رموز التصميم درجات قوة أعلى |
| التصنيع الذي يركز على قابلية اللحام ومتطلبات التسخين المسبق المنخفضة | التصنيع حيث تعطي المعالجة الحرارية الميكانيكية المتقدمة قوة أعلى وصلابة مقبولة |
مبررات الاختيار: - اختر SD390 عندما تكون تعقيدات التصنيع، والليونة العالية، وسهولة اللحام ذات أولوية وعندما تلبي فئة 390 ميجا باسكال المتطلبات الهيكلية. - اختر SD490 عندما يتطلب التصميم قوة عائد أعلى لتقليل سمك المقطع أو عندما تتطلب مواصفات المشروع الفئة الأعلى، شريطة أن تتمكن فرق المشتريات والتصنيع من إدارة تداعيات اللحام/التشكيل.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة: عادةً ما تكون SD490 أغلى تكلفة لكل وحدة من SD390 بسبب المعالجة الإضافية (TMCP، الميكروسبائك، التحكم الأكثر دقة) وأحيانًا بسبب أحجام الإنتاج الأصغر. ومع ذلك، يمكن تعويض تكلفة المواد لكل عضو من خلال تقليل الوزن أو حجم المقطع الأصغر.
- التوافر: عادةً ما تكون SD390 متاحة على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من أشكال المنتجات (قضبان التسليح، القضبان، أشكال هيكلية معينة). يعتمد توافر SD490 على الطلب في السوق الإقليمي وقدرات المصنع؛ فهي متاحة عادةً لقضبان التسليح وبعض المنتجات الهيكلية ولكن قد يكون لديها أوقات تسليم أو اعتبارات الحد الأدنى للطلب.
- شكل المنتج: تُباع كلتا الدرجتين عادةً كقضبان تسليح، وقضبان تجارية، وأحيانًا كأقسام مدرفلة على الساخن؛ تحقق من مخزونات المصنعين المحليين والشهادات.
10. الملخص والتوصية
| السمة | SD390 | SD490 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | أفضل (CE أقل) | مقبولة ولكن تتطلب مزيدًا من التحكم |
| توازن القوة–الصلابة | ليونة وصلابة جيدة للاستخدام العام | قوة أعلى؛ تعتمد الصلابة على المعالجة |
| التكلفة | أقل (أساس المواد) | أعلى (المعالجة والتحكم الأكثر دقة) |
التوصية: - اختر SD390 إذا: - يمكن تلبية أحمال التصميم الخاصة بك بواسطة مادة ذات قوة عائد ~390 ميجا باسكال. - سهولة اللحام، والتشكيل، والليونة الأعلى هي أولويات. - تفضل توافرًا أوسع وتكلفة مواد أقل. - اختر SD490 إذا: - تتطلب تحسينات الهيكل قوة عائد أعلى لتقليل أحجام المقطع أو الوزن. - يتحمل المشروع ضوابط تصنيع أكثر دقة (لحام، انحناء) أو يقدم المورد منتجًا معالجًا حراريًا/ميكروسبائكيًا مع صلابة مثبتة. - لديك إجراءات لحام مؤهلة ومصنعين ذوي خبرة لإدارة مخاوف HAZ.
ملاحظة نهائية: كل من SD390 و SD490 هما فئتان مفيدتان ضمن عائلة الفولاذات الهيكلية من الكربون/HSLA. يعتمد الاختيار الصحيح على تقييم شامل للمتطلبات الهيكلية، وقدرة التصنيع، وإجراءات اللحام، واحتياجات الطلاء، وتكلفة المشروع الإجمالية. بالنسبة للمشاريع الحرجة، احصل دائمًا على شهادات المصنع، ومواصفات إجراءات اللحام (WPS)، وإذا لزم الأمر، استشر منتجي الفولاذ لاختيار الكيمياء الدقيقة وطريق المعالجة التي توفر توازن القوة–الصلابة المطلوب.