St12 مقابل St13 - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
St12 و St13 هما درجتان تقليديتان من الفولاذ منخفض الكربون يتم مواجهتهما بشكل متكرر في الممارسات الصناعية الأوروبية، وخاصة في خطوط إنتاج الصفائح والشريط المدلفن على البارد. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً معضلة اختيار بينهما عند تحسين الأهداف المتنافسة مثل أقل تكلفة مقابل قوة أعلى قليلاً، أو أقصى قابلية للتشكيل مقابل مقاومة تآكل محسنة قليلاً. تشمل سياقات القرار النموذجية السحب العميق مقابل الأجزاء الهيكلية الخفيفة، والتجمعات الملحومة مقابل الألواح المكشوفة من الدرجة الاستهلاكية، ومتطلبات الصدمات عند درجات حرارة منخفضة مقابل التصنيع العام.
التمييز العملي الأساسي بين St12 و St13 هو تعديل صغير ومتعمد في التركيب وتاريخ التخمير موجه نحو الأداء المدلفن على البارد: تركز درجة واحدة على أقصى قابلية للتشكيل وتشطيب السطح لعمليات التشكيل، بينما يتم ضبط الأخرى لخصائص عائد/شد أعلى قليلاً واستقرار أبعاد. نظرًا لأن الدرجتين تشغلان مواقع متجاورة في طيف الفولاذ منخفض الكربون، فإنهما تقارن عادةً أثناء اختيار المواد حيث تكون التبادلات الطفيفة في الخصائص مهمة.
1. المعايير والتسميات
- الأصل والتخطيط:
- أسماء St12 و St13 تأتي من التسمية التقليدية الألمانية/DIN للفولاذات الخفيفة المدلفنة على البارد غير السبائكية.
- تخضع المواصفات المعاصرة والإمدادات لمعايير أوسع مثل EN (الأوروبية)، JIS (اليابانية)، GB (الصينية)، والمتغيرات الوطنية؛ يجب تأكيد المعادلات الدقيقة ضد شهادات المواد والتعديلات الحالية للمعايير.
- التصنيف:
- كل من St12 و St13 هما فولاذان كربونيان عاديان (فولاذ كربوني غير سبائكي/خفيف).
- ليست من الفولاذ المقاوم للصدأ، أو أدوات، أو درجات HSLA بالمعنى الحديث؛ يتم وصفها بشكل أفضل على أنها فولاذات خفيفة منخفضة الكربون محسّنة للتشكيل وجودة السطح.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
تلخص الجدول التالي الاتجاهات المميزة للسبائك لهذه الدرجات دون اختراع حدود عددية محددة - يجب دائمًا الرجوع إلى شهادات المصنع والوثيقة القياسية المعمول بها للحصول على النسب الدقيقة.
| عنصر | St12 (تركيز المواصفات النموذجية) | St13 (تركيز المواصفات النموذجية) |
|---|---|---|
| C (الكربون) | كربون منخفض جداً لتعظيم القابلية للتشكيل وقابلية التشكيل على البارد | كربون منخفض جداً، مشابه قليلاً أو أعلى قليلاً من St12 لزيادة القوة قليلاً |
| Mn (المنغنيز) | منغنيز منخفض لسهولة التصنيع والتحكم في إزالة الأكسدة | منغنيز منخفض؛ قد يتم التحكم فيه لتحسين القوة وقابلية التصلب |
| Si (السيليكون) | أثر إلى منخفض (إزالة الأكسدة) | أثر إلى منخفض |
| P (الفوسفور) | محفوظ عمداً منخفضاً (جودة السطح والتحكم في الهشاشة) | محفوظ منخفضاً، مع حدود صارمة مماثلة |
| S (الكبريت) | منخفض؛ يتم التحكم فيه لتحسين جودة السطح والسحب | منخفض؛ يتم التحكم فيه لتحسين قابلية التشغيل في بعض الدفعات |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N | غير سبائكي عمداً؛ إذا كانت موجودة، بتركيزات أثرية أو ميكروسبائكية حسب المنتج/المنتج | نفس الشيء - عمومًا غير سبائكي، على الرغم من أن الميكروسبائك قد تكون موجودة في لفات خاصة أو لتلبية الأهداف الميكانيكية |
كيف تؤثر استراتيجية السبائك على الخصائص: - يحافظ محتوى الكربون المنخفض على القابلية للتشكيل، ويحسن قابلية التشكيل على البارد، ويقلل من خطر تشقق منطقة التأثير الحراري (HAZ) الناتج عن اللحام. - يعني انخفاض المنغنيز وغياب العناصر السبائكية القوية وجود قابلية تصلب محدودة؛ يتم تحقيق زيادات القوة من خلال العمل البارد والدرفلة بدلاً من محتوى السبيكة. - يمكن أن يؤدي وجود الميكروسبائك في بعض طرق الإنتاج إلى تحسين حجم الحبيبات وتحسين قوة العائد قليلاً دون التضحية بالقابلية للتشكيل.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
البنى المجهرية النموذجية: - ستظهر كلتا الدرجتين مصفوفة حديدية مع إمكانية وجود حديد متعدد الأضلاع وكميات صغيرة من البيرلايت حسب الكربون الدقيق وتاريخ التبريد. بالنسبة للمنتجات المدلفنة على البارد والمخمرة، تكون البنية حديدية دقيقة مع كربيدات متناثرة في الفولاذات ذات الكربون الأعلى قليلاً. - تميل St12 (الموجهة نحو القابلية للتشكيل) إلى أن تكون مخمرة لإنتاج بنية حديدية أكثر نعومة وانتظامًا مع الحد الأدنى من البيرلايت. - قد تحتوي St13 (الأعلى قليلاً في القوة) على نسبة أعلى قليلاً من البيرلايت أو حجم حبيبات حديدية أدق إذا تم إنتاجها مع تبريد محكم أو إضافات ميكروسبائكية.
استجابة لطرق المعالجة الشائعة: - التخمير (تخمير إعادة التبلور لللفات المدلفنة على البارد): تستعيد كلتا الدرجتين القابلية للتشكيل؛ تستعيد St12 إلى قيم استطالة عالية جداً، بينما تستعيد St13 القابلية للتشكيل ولكن قد تحتفظ بقوة عائد أعلى قليلاً. - التطبيع: ليس شائعًا لتطبيقات المدلفن على البارد ولكنه سينتج بنية حديدية-بيرلايتية نسبياً موحدة؛ فائدة محدودة لأن هذه فولاذات منخفضة الكربون. - التبريد والتخمير: غير قابلة للتطبيق إلى حد كبير لهذه الدرجات منخفضة الكربون لأن محتوى الكربون غير كافٍ لتشكيل المارتنسيت بشكل كبير؛ زيادة القوة من خلال هذا الطريق ضئيلة. - المعالجة الحرارية الميكانيكية: إذا تم تطبيقها في المراحل السابقة (فولاذات مدلفنة على الساخن أو ميكروسبائكية)، يمكن أن يؤدي تحسين الحبيبات إلى رفع قوة العائد مع الحفاظ على القابلية للتشكيل؛ ومع ذلك، فإن الكيمياء الاسمية تحد من قابلية التصلب الممكنة.
4. الخصائص الميكانيكية
فيما يلي مقارنة نوعية. يجب الحصول على القيم العددية المحددة من شهادات اختبار المصنع أو مواصفات الشراء.
| الخاصية الميكانيكية | St12 | St13 |
|---|---|---|
| قوة الشد | أقل إلى معتدل (محسن للتشكيل) | أعلى قليلاً من St12 |
| قوة العائد | أقل (أفضل للسحب العميق) | أعلى بشكل معتدل (تحسين الاستقرار الأبعاد) |
| الاستطالة (القابلية للتشكيل) | أعلى (أفضل قابلية للتشكيل) | أقل قليلاً ولكن لا تزال جيدة للتشكيل |
| صلابة التأثير | جيدة عند درجات حرارة الغرفة؛ كلاهما كافٍ للاستخدام العام | مماثلة لـ St12؛ الاختلافات الصغيرة تعتمد على المعالجة |
| الصلابة | أقل (أكثر نعومة، أسهل في التشغيل/التشكيل) | أعلى قليلاً ولكن لا تزال ضمن نطاق الفولاذ الخفيف |
لماذا تنشأ هذه الاختلافات: - تؤدي التعديلات الصغيرة في الكربون والمنغنيز وحجم الحبيبات الناتج عن العملية إلى التغييرات الملحوظة. نظرًا لأن الاختلافات في السبيكة طفيفة، فإن معظم اختلافات الخصائص تعود إلى التاريخ الحراري الميكانيكي والعمل البارد بدلاً من الكيمياء.
5. قابلية اللحام
قابلية اللحام لكلتا الدرجتين ممتازة بشكل عام بسبب مكافئات الكربون المنخفضة. يتم تقديم صيغتين شائعتين لمكافئ الكربون تساعد في تقييم قابلية اللحام أدناه؛ حيث تقيس الميل إلى تصلب HAZ والتشقق البارد.
-
مكافئ الكربون IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Pcm الدولية: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير: - تشير القيم المنخفضة لـ $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ إلى انخفاض القابلية لتصلب HAZ والتشقق البارد؛ عادةً ما تعطي كل من St12 و St13 قيمًا مواتية (منخفضة) لأنها فولاذات منخفضة الكربون وغير سبائكية. - قد تظهر St13، بقوتها الأعلى قليلاً، مكافئ كربون أعلى قليلاً اعتمادًا على كيميائها الدقيقة، ولكن في معظم الدفعات العملية، يمكن لكلتا الدرجتين اللحام بسهولة مع المعادن المالئة الشائعة وعادةً ما تكون ضوابط التسخين المسبق/بين الطبقات غير ضرورية للأقسام الرقيقة. - بالنسبة للهياكل الملحومة الحرجة، تحقق من $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$ من الكيمياء الفعلية، واتبع تأهيل إجراء اللحام إذا كانت ظروف الخدمة تتطلب ذلك.
6. التآكل وحماية السطح
- كل من St12 و St13 هما فولاذان منخفضا الكربون غير مقاومين للصدأ وبالتالي يعتمدون على حماية السطح لمقاومة التآكل.
- استراتيجيات الحماية النموذجية:
- التغليف بالغمس الساخن للتعرض الخارجي والأجزاء التي تتطلب حماية تآكل تضحية.
- التغليف الكهربائي لمظهر السطح المتحكم فيه والطلاء اللاحق.
- الطلاءات العضوية (طلاءات اللف، الطلاء المسحوق، أو أنظمة الطلاء) للحماية الجمالية والحاجزية.
- طلاءات التحويل (طبقات الفوسفات، طبقات التمرير) لتحسين التصاق الطلاء.
- PREN (عدد مقاومة التآكل) يستخدم للسبائك المقاومة للصدأ؛ لا ينطبق على هذه الدرجات غير المقاومة للصدأ. للمرجع، PREN هو: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- عند تحديد معالجة السطح، ضع في اعتبارك تسلسلات التشكيل واللحام (التغليف بعد التشكيل أو إعادة التغليف المحلية بعد اللحام) وتأثير الطلاءات على المعالجة اللاحقة.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، والقابلية للتشكيل
- القابلية للتشكيل:
- تم تحسين St12 للسحب العميق وعمليات التشكيل العدوانية (استطالة عالية، قوة عائد منخفضة).
- تحتفظ St13 بقابلية تشكيل جيدة ولكنها أقل تساهلاً قليلاً للسحب الشديد؛ قد تحتاج تصميمات الأدوات إلى تعديلات طفيفة.
- قابلية التشغيل:
- تعمل كلتا الدرجتين بشكل جيد؛ تقدم St12 الأكثر نعومة عمومًا عمر أداة أفضل قليلاً وقوى قطع أقل.
- تسيطر التزييت، هندسة الأداة، وسرعات التغذية/القطع على سلوك التشغيل أكثر من الاختلافات الكيميائية الطفيفة.
- الانحناء والضغط:
- الارتداد أعلى قليلاً بالنسبة لـ St13 الأعلى قوة؛ قد يتطلب التعويض في الأدوات أو تسهيلات الانحناء.
- تشطيب السطح وجودة الضغط:
- توفر لفات المدلفن على البارد والمخمرة من كلا الدرجتين جودة سطح عالية؛ غالبًا ما يتم تحديد St12 حيث تتطلب الاستمرارية السطحية الممتازة والحد الأدنى من التشقق المجهري.
8. التطبيقات النموذجية
| St12 - الاستخدامات النموذجية | St13 - الاستخدامات النموذجية |
|---|---|
| الألواح الداخلية للسيارات المدلفنة عميقًا، أغلفة الأجهزة المنزلية، مكونات الأثاث المشكّلة | الألواح الهيكلية الخفيفة، أعضاء الشاسيه التي تتطلب أحمالًا أعلى قليلاً، الأجزاء المضغوطة التي تتطلب تحسين الاستقرار الأبعاد |
| الألواح الزخرفية أو المرئية التي تتطلب تشطيب سطح ممتاز وقابلية للطلاء | الأجزاء المصنعة حيث يقلل ارتفاع القوة الطفيف من سمك الجزء/التكلفة |
| المكونات العامة المدلفنة على البارد، الأقواس الخفيفة، والأغلفة | الأقسام الهيكلية الخفيفة، التجميعات الملحومة حيث تكون القوة الأعلى قليلاً مفيدة |
مبررات الاختيار: - اختر St12 حيث تكون القابلية للتشكيل، وتشطيب السطح، والارتداد الأدنى هي المتطلبات السائدة. - اختر St13 حيث يؤدي الارتفاع المعتدل في القوة أو التحكم الأبعاد إلى فوائد في التصنيع أو الخدمة دون التضحية الكبيرة بالقابلية للتشكيل.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة:
- كلتا الدرجتين هما فولاذان منخفضا الكربون وعادة ما يكونان من بين أقل الفولاذات تكلفة من حيث المواد.
- الاختلافات في الأسعار بينهما عادة ما تكون ضئيلة؛ ومع ذلك، يؤثر حجم الإنتاج، ومعالجة السطح (مغلف/مطلي)، ومخزون المورد على تكلفة الوحدة أكثر من اسم الدرجة.
- التوافر:
- لفات وصفائح St12 و St13 المدلفنة على البارد متاحة على نطاق واسع من مصانع الفولاذ ومراكز الخدمة في المناطق التي لا تزال تستخدم فيها التسميات التقليدية DIN/EN.
- التوافر حسب شكل المنتج (لفة، قطع حسب الطول، قوالب) قوي عمومًا لكليهما، ولكن تحقق من أوقات التسليم للمعالجات السطحية الخاصة.
10. الملخص والتوصية
| المعيار | St12 | St13 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | ممتازة (جيدة جداً) | ممتازة (جيدة جداً) |
| توازن القوة–الصلابة | قابلية تشكيل أعلى / قوة أقل | قوة أعلى قليلاً مع صلابة قابلة للمقارنة |
| التكلفة | منخفضة جداً / اقتصادية | منخفضة جداً / اقتصادية (قابلة للمقارنة) |
التوصية: - اختر St12 إذا كانت احتياجاتك الأساسية هي أقصى قابلية للتشكيل على البارد، الحد الأدنى من الارتداد، تشطيب سطح ممتاز للطلاء أو الألواح المرئية، وأقل قوى معالجة ممكنة. - اختر St13 إذا كنت بحاجة إلى زيادة صغيرة ولكن مفيدة في قوة العائد أو الشد واستقرار الأبعاد مع الاحتفاظ بقابلية تشكيل جيدة وقابلية للحام - على سبيل المثال، عندما تكون هناك حاجة لأداء هيكلي خفيف أو حيث يكون تقليل السمك المعتدل مرغوبًا لتوفير الوزن/التكلفة.
ملاحظة نهائية: St12 و St13 هما درجتان متجاورتان في طيف الكربون المنخفض؛ غالبًا ما تكون اختلافاتهما العملية مدفوعة بقدر كبير من تاريخ المعالجة (التخمير، الدرفلة، معالجة السطح) وممارسات المورد كما هي مدفوعة بالكيمياء. اطلب دائمًا شهادات المصنع، وقم بتجربة عملية على مادة تمثيلية، وحدد المعايير الميكانيكية والسطحية المطلوبة في وثائق الشراء بدلاً من الاعتماد فقط على اسم الدرجة.