SPCC-1B مقابل SPCC-1D – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
SPCC-1B و SPCC-1D هما نوعان من الفولاذ الكربوني التجاري المدلفن على البارد المعين بموجب JIS (SPCC وفقًا لـ JIS G3141) المستخدم في التصنيع، والأجهزة، والأجزاء الداخلية للسيارات، وأجزاء الهندسة العامة. غالبًا ما يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع صعوبة في الاختيار بين هذين النوعين لأن الاختيار يعتمد غالبًا على حالة السطح، والتشطيب اللاحق، وتوافق العملية أكثر من أدائه الميكانيكي الكلي - على سبيل المثال، الاختيار بين مظهر السطح المتفوق مقابل سطح مُحسّن لالتصاق الطلاء أو التشكيل.
التمييز العملي الرئيسي بين الدرجتين يكمن في معالجة السطح والتشطيب بعد الدرفلة على البارد والتسخين. نظرًا لأن كلاهما نفس المادة الأساسية كيميائيًا ومعدنيًا، يختار المصممون عادةً بناءً على مطابقة حالة السطح مع متطلبات الجزء الوظيفية والجمالية: على سبيل المثال، الألواح المرئية، أو التصاق الطلاء أو الطلاء، أو المكونات الهيكلية الحساسة للتكلفة حيث يكون المظهر النهائي ثانويًا.
1. المعايير والتسميات
- المعيار الأساسي: JIS G3141 - صفائح وشرائط الفولاذ الكربوني المدلفن على البارد (جودة تجارية)، والذي يحدد SPCC.
- التصنيف: SPCC هو فولاذ كربوني منخفض الكربون، مدلفن على البارد (فولاذ كربوني بجودة تجارية).
- عائلات المنتجات المقارنة التقريبية (للمرجعية فقط - لا تضمن المعادلة المباشرة واحد لواحد):
- EN: الفولاذ المدلفن على البارد غير السبائكي (مثل سلسلة EN 10130 مثل DC01/DC03)
- ASTM/ASME: غالبًا ما يتم شراء الفولاذ التجاري المدلفن على البارد وفقًا لوصف المنتجات ASTM A1008 / A611؛ ومع ذلك، تختلف تفاصيل المواصفات ومعايير القبول.
- GB: المعايير الصينية للفولاذ التجاري المدلفن على البارد مشابهة في التطبيق ولكن تتطلب مقارنة معيارية مباشرة للمشتريات.
ملاحظة: يجب دائمًا الإشارة إلى إصدار المعيار المحدد وشهادات المصنع عند تحديد المواد للأجزاء الحرجة.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
| عنصر | نموذجي (wt%) لعائلة SPCC |
|---|---|
| C (الكربون) | منخفض؛ الحد الأقصى النموذجي في نطاق منخفض 0.1% |
| Mn (المنغنيز) | إضافة صغيرة للمساعدة في القوة وقابلية التصلب؛ عادةً في نطاق 0.1–0.6% |
| Si (السيليكون) | منخفض؛ غالبًا ≤~0.3% كعامل إزالة الأكسدة |
| P (الفوسفور) | شوائب متبقية؛ التحكم في القابلية للتشكيل (الحد الأقصى النموذجي ~0.03–0.05%) |
| S (الكبريت) | مستوى منخفض مُتحكم فيه للمرونة؛ قد يصل إلى ~0.03–0.05% |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B | لم تُضاف عمدًا في SPCC التجاري؛ عادةً ما تكون موجودة فقط كشوائب بمستويات ضئيلة |
| N (النيتروجين) | متبقي؛ عادةً منخفض جدًا |
ملاحظات: - تم صياغة SPCC كفولاذ تجاري منخفض الكربون ومنخفض السبيكة. تركز استراتيجية السبائك على القابلية للتشكيل واستجابة الدرفلة على البارد المتسقة بدلاً من القوة الناتجة عن إضافات السبائك. - تُستخدم كميات صغيرة من Mn و Si بشكل أساسي لإزالة الأكسدة ولتحقيق قوة وقابلية سحب معتدلة. العناصر السبائكية ذات القابلية العالية للتصلب غائبة عمدًا، مما يدعم القابلية الجيدة للتشكيل على البارد واللحام السهل دون تسخين مسبق خاص في العديد من الحالات.
3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية
- الميكروهيكل النموذجي: بالنسبة لكل من SPCC-1B و SPCC-1D، يكون الميكروهيكل المعالج هو الفريت مع كميات صغيرة من البيرلايت حيث يسمح الكربون والمنغنيز. ستظهر الحالة المدلفنة على البارد هيكلًا مكونًا من فريت مشوه يتشكل بشكل أكثر تساويًا بعد التسخين.
- المعالجة القياسية: الدرفلة على البارد تليها التسخين المستمر أو الدفعي (تسخين إعادة التبلور) لاستعادة المرونة والتحكم في جودة السطح.
- استجابة المعالجة الحرارية:
- التطبيع/التبريد والتخمير ليست طرقًا نموذجية لـ SPCC لأن التركيب الكيميائي يفتقر إلى السبائك اللازمة لتحقيق قابلية تصلب كبيرة؛ محاولة التصلب عن طريق التبريد تؤدي إلى تحسين محدود في القوة وتعرض لخطر التشوه.
- تسخين إعادة التبلور (تسخين ناعم) هو المعالجة الحرارية الشائعة لتحسين القابلية للتشكيل ولإنتاج الخصائص المرغوبة أو خصائص السطح.
- المعالجة الحرارية الميكانيكية المتحكم بها (TMCP) ليست نموذجية للفولاذ التجاري SPCC؛ بالنسبة للفولاذ المدلفن على البارد عالي القوة، تُستخدم TMCP أو الكيميائيات الميكروسبائكية بدلاً من ذلك.
4. الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | النطاق النموذجي / الملاحظات (عائلة SPCC) |
|---|---|
| قوة الشد (Rm) | حوالي 270–410 ميغاباسكال حسب درجة الحرارة والسماكة |
| قوة الخضوع (0.2% إثبات) | عادةً في حدود ~205 ميغاباسكال (تختلف حسب درجة الحرارة) |
| التمدد (A80 أو A10) | عادةً ≥ 20–30% حسب السماكة والتسخين |
| صلابة التأثير | ليست مواصفة أساسية لـ SPCC؛ صلابة درجة حرارة الغرفة كافية للاستخدام العام ولكن لا تضمن للخدمة في درجات الحرارة المنخفضة |
| الصلابة | منخفضة نسبيًا (القيم النموذجية لبريين أو روكويل تتوافق مع نطاق الفولاذ اللين) |
التفسير: - الخصائص الميكانيكية الكلية لـ SPCC-1B و SPCC-1D هي في الأساس متشابهة لأنها تشترك في نفس الكيمياء وفئة المعالجة الحرارية. عادةً ما تُعزى الاختلافات في الأداء المقاس إلى السماكة، ودرجة الحرارة (درجة العمل الباردة المتبقية بعد تمرير الجلد)، والمعالجة السطحية المحلية بدلاً من لاحقة الدرجة. - إذا كانت القوة الأعلى أو الصلابة المحسنة مطلوبة، يجب تحديد درجة مختلفة (فولاذ مدلفن على البارد مقوى أو فولاذ ميكروسبائكي).
5. قابلية اللحام
قابلية اللحام مواتية للفولاذ التجاري منخفض الكربون مثل SPCC بفضل انخفاض مكافئات الكربون والسبائك الدنيا. مؤشرين تجريبيين شائعين لقابلية اللحام هما مكافئ الكربون IIW ومعهد اللحام الدولي Pcm.
أمثلة: - $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي: - نظرًا لأن مستويات الكربون والسبائك منخفضة في فولاذ SPCC، فإن قيم كل من $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ عادةً ما تكون منخفضة، مما يشير إلى قابلية لحام جيدة للاستخدام العام مع العمليات الشائعة (MIG، MAG، TIG، اللحام المقاوم). - النقاط العملية الرئيسية: - عادةً لا تتطلب أجزاء SPCC المدلفنة على البارد الرقيقة تسخين مسبق أو معالجة حرارية بعد اللحام، ولكن يجب أخذها في الاعتبار للأجزاء السميكة أو حيث يمكن أن يتسبب التقييد الكبير أو الهندسة المعقدة في التشوه أو خطر الكسر. - تؤثر التشطيبات السطحية والطلاءات (مثل الجلفنة أو أفلام الزيت) على جودة اللحام وقد تتطلب تنظيفًا قبل اللحام. - عند اللحام النقطي للألواح المطلية أو المعادن المختلفة، يجب ضبط المعلمات لوجود الطلاء والاتصال الكهربائي.
6. التآكل وحماية السطح
- SPCC هو فولاذ منخفض الكربون غير مقاوم للصدأ؛ مقاومة التآكل متواضعة وتعتمد على الطلاءات الواقية.
- الأنظمة الواقية الشائعة:
- الجلفنة بالغمر الساخن (طلاء الزنك) للتعرض للعوامل الجوية.
- الجلفنة الكهربائية لطبقات الزنك الرقيقة والموحدة عندما يكون المظهر والتصاق الطلاء مطلوبين.
- الطلاءات العضوية: البرايمرات والدهانات للحماية الزخرفية والتآكل.
- طلاءات التحويل (الفوسفات) لتعزيز التصاق الطلاء.
- المؤشرات الخاصة بالفولاذ المقاوم للصدأ مثل PREN غير قابلة للتطبيق على SPCC نظرًا لأن مستويات الكروم والموليبدينوم والنيتروجين غير كافية لمنح سلوك مقاوم للصدأ:
- مثال على صيغة PREN (للسبيكات المقاومة للصدأ): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- بالنسبة لدرجات SPCC، فإن PREN ليس له معنى؛ يجب أن يتم توفير حماية التآكل بواسطة الطلاءات الخارجية.
- أثر حالة السطح: حالة السطح 1B مقابل 1D تغير كيفية التصاق الطلاءات وكيفية أداء التشطيب اللاحق (التغطية الكهربائية، الطلاء، الربط). تؤثر خشونة السطح، والأكاسيد المتبقية، ووجود الزيوت/الزيوت على عمليات الطلاء.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، والقابلية للتشكيل
- القابلية للتشكيل: يتم اختيار درجات SPCC لأداء جيد في التشكيل على البارد والسحب العميق. المحتوى المنخفض من الكربون والحالة المعالجة تعطي مرونة ممتازة.
- الانحناء والضغط: سيؤدي كل من 1B و 1D من المواد الأساسية أداءً مشابهًا في عمليات الانحناء والضغط؛ ومع ذلك، يمكن أن يؤثر التشطيب السطحي المحدد على سلوك الانقسام في القصص والنتيجة المرئية على أنصاف الانحناء.
- قابلية التشغيل: الفولاذ اللين المدلفن على البارد قابل للتشغيل بسهولة باستخدام أدوات قياسية؛ يجب أن يعكس تصميم المكونات سرعات تغذية الفولاذ اللين النموذجية وأشكال الأدوات.
- تشطيب السطح: يميل SPCC-1B (تشطيب أكثر نعومة) إلى الحاجة إلى تلميع أقل بعد المعالجة للأجزاء المرئية؛ قد يقبل SPCC-1D (أقل تلميعًا أو معالجة سطحية مختلفة) أو حتى يعزز التصاقًا أفضل لبعض الطلاءات وطلاءات التحويل.
- ملاحظة حول المواد المزلقة والمبردات: يجب إزالة أو التحكم في بقايا معالجة السطح (الزيوت، طبقات التمرير) لضمان نتائج تشكيل، وطلاء، ولحام متسقة.
8. التطبيقات النموذجية
| الاستخدامات النموذجية لـ SPCC-1B | الاستخدامات النموذجية لـ SPCC-1D |
|---|---|
| الألواح المرئية للأجهزة، إطارات الإلكترونيات الاستهلاكية، أجزاء ورقية زخرفية حيث يتم إعطاء الأولوية لسطح ناعم وجذاب | الألواح الهيكلية الداخلية، مكونات الهيكل غير المرئية، الأجزاء المخصصة للطلاء القوي اللاحق حيث تكون خشونة السطح مقبولة |
| المكونات التي سيتم طلاءها كهربائيًا أو طلاؤها وتحتاج إلى الحد الأدنى من التحضير السطحي | القصات والمكونات الحساسة للتكلفة حيث يكون المظهر النهائي ثانويًا ولكن يتطلب التصاق الطلاء |
| أجزاء رقيقة مصنوعة على البارد حيث يجب أن يتوافق التشطيب النهائي مع معايير الجمالية OEM | المكونات الصناعية، الأقواس، والأجزاء التي تخضع لتشكيل ثقيل وتنظيف/طلاء ثانوي |
مبررات الاختيار: - اختر النوع الذي تُحسن حالة سطحه عملية التشطيب اللاحق: المظهر الجمالي، التصاق الطلاء/الطلاء، أو اقتصاد خطوات التشطيب.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة: الفروق في تكلفة المواد بين 1B و 1D عادةً ما تكون صغيرة لأن كيمياء الفولاذ الأساسي ومرافق الإنتاج هي نفسها؛ أي زيادة في السعر ناتجة عن خطوات معالجة سطحية إضافية، فرز الجودة، أو معايير قبول سطحية أكثر صرامة.
- التوافر: يتم إنتاج كلا النوعين بشكل شائع وتخزينهما من قبل المصانع والموزعين في المناطق التي تكون فيها منتجات JIS معيارية؛ يعتمد التوافر المحلي على الطلب في السوق ومخزونات الموزعين.
- أشكال المنتجات: الصفائح، واللفائف، والقطع إلى الطول هي المعايير. قد تكون أوقات التسليم لحالات سطحية محددة أطول إذا كان يجب على المصنع إجراء تسخين إضافي أو معالجة سطحية لتلبية مواصفات 1B أو 1D.
10. الملخص والتوصية
| السمة | SPCC-1B | SPCC-1D |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | ممتازة (نفس عائلة SPCC) | ممتازة (نفس عائلة SPCC) |
| القوة–الصلابة | معادلة (نفس الفولاذ الأساسي) | معادلة (نفس الفولاذ الأساسي) |
| التكلفة (نسبية) | أعلى قليلاً إذا تم تطبيق تشطيب سطحي إضافي | أقل قليلاً إذا تم تطبيق تشطيب سطحي أقل |
| السطح/المظهر | تشطيب أكثر نعومة/دقة مناسب للأجزاء المرئية | سطح أكثر خشونة/معالج مصمم للتصاق الطلاء والتشكيل |
الاستنتاجات والإرشادات العملية: - اختر SPCC-1B إذا كنت بحاجة إلى سطح مدلفن على البارد أكثر نعومة وأعلى جودة للأجزاء المرئية، من أجل الحد الأدنى من المعالجة اللاحقة لتحقيق المظهر النهائي، أو عندما يتطلب الطلاء الكهربائي/الطلاء إنهاءً أوليًا أكثر دقة. - اختر SPCC-1D إذا كان المظهر ثانويًا، إذا كانت معالجة السطح تعزز التصاقًا أفضل لبعض الطلاءات، أو عند إعطاء الأولوية لتكلفة الوحدة المنخفضة والتشكيل القوي حيث لا يكون التشطيب الجمالي الأكثر دقة ضروريًا.
ملاحظة نهائية: يتشارك SPCC-1B و SPCC-1D في الكيمياء والقدرة الميكانيكية؛ القرار هو في الأساس قرار هندسة السطح. لتحديد المواصفات والمشتريات، يرجى الإشارة إلى إصدار JIS G3141 الدقيق، وطلب شهادات اختبار المصنع، وتحديد تشطيب السطح ومعايير القبول (الخدش، التمرير، التزييت، الخشونة) في مستندات المشتريات لتجنب الغموض.