ST37 مقابل ST52 - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

المقدمة

ST37 و ST52 هما درجات فولاذ هيكلي ألمانية قديمة تُستخدم على نطاق واسع في الممارسات الأوروبية وفي العديد من سلاسل الإمداد الصناعية. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً الاختيار بين هذين الخيارين عند الموازنة بين التكلفة، وقابلية التشكيل، وقابلية اللحام، والأداء الميكانيكي المطلوب للمكونات الهيكلية والمصنعة. تشمل سياقات القرار النموذجية ما إذا كان يجب إعطاء الأولوية للتكلفة المنخفضة والمرونة العالية للبناء العام (مفضلًا الفولاذات ذات القوة المنخفضة) أو تقليل أحجام المقطع والوزن عن طريق تحديد الفولاذات ذات القوة العالية (مفضلًا الدرجات ذات القوة العالية).

الفرق العملي الرئيسي بين ST37 و ST52 هو مستوى القوة المستهدف واستراتيجيات السبائك/السبائك الدقيقة المستخدمة لتحقيق تلك القوة: يتم إنتاج ST52 ومعالجته لتحقيق قوة عائد وقوة شد أعلى من ST37، مما يؤثر بدوره على المتانة، والمرونة، وقابلية اللحام، وسلوك التشكيل. نظرًا لأن كلاهما فولاذ هيكلي غير مقاوم للصدأ، يتم مقارنتهما بشكل متكرر للتطبيقات مثل العوارض، والألواح، وأنابيب النقل، والتصنيع الملحوم.

1. المعايير والتسميات

• DIN (تاريخي): ST37 (غالبًا ما يُكتب St37-2) و ST52 (St52-3) ينحدران من سلسلة DIN 17100 القديمة من الفولاذ الهيكلي.
• المكافئات EN: ST37 قابل للمقارنة بشكل عام مع درجة EN 10025 S235 (مثل S235JR/S235J0)، بينما يحتل ST52 فئة قوة أعلى وغالبًا ما يُعتبر قابلًا للمقارنة مع الفولاذات الهيكلية ذات القوة العالية (توجد بعض التداخلات مع EN S355 أو غيرها من الفولاذات ذات القوة العالية اعتمادًا على الدرجة الفرعية والمعالجة).
• معايير أخرى: تستخدم ASTM/ASME تسميات مختلفة (مثل A36 ~ S235 في بعض السياقات)، وتستخدم JIS و GB (الصينية) أنظمة درجات خاصة بها؛ تتطلب الخرائط المباشرة من واحد إلى واحد التحقق من معايير الخصائص والكيمياء.
• التصنيف: كل من ST37 و ST52 هما فولاذان هيكليان عاديان/منخفضا السبيكة (غير مقاومين للصدأ). يتصرف ST37 كفولاذ هيكلي منخفض الكربون تقليدي؛ غالبًا ما يتضمن ST52 عناصر سبائك دقيقة (Nb، V، Ti) أو معالجة حرارية ميكانيكية مسيطر عليها للوصول إلى قوة أعلى دون إضافة سبيكة ثقيلة مثل Cr/Mo/Ni.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

تعكس كيمياء ST37 و ST52 الهدف من الأداء: يستخدم ST37 الحد الأدنى من السبيكة للحفاظ على قابلية التشكيل وقابلية اللحام، بينما يستخدم ST52 سبيكة أعلى قليلاً و/أو سبائك دقيقة بالإضافة إلى معالجة مسيطر عليها لرفع قوة العائد.

جدول: النطاقات التركيبية النموذجية (إرشادية؛ استشر المعيار المعمول به أو شهادة المصنع للحصول على الأرقام الدقيقة)

العنصر	ST37 (نموذجي، DIN 17100 / مشابه S235)	ST52 (نموذجي، DIN 17100 عالي القوة)
C (wt%)	حتى ~0.17–0.22 (منخفض)	حتى ~0.20–0.25 (منخفض إلى معتدل)
Mn (wt%)	~0.50–1.40	~0.60–1.60
Si (wt%)	حتى ~0.30–0.40	حتى ~0.30–0.50
P (wt%)	≤ ~0.035–0.045	≤ ~0.035–0.045
S (wt%)	≤ ~0.035–0.045	≤ ~0.035–0.045
Cr (wt%)	عادةً ما تكون آثار	عادةً ما تكون آثار (ليست مادة صلابة أساسية)
Ni (wt%)	عادةً ما تكون آثار	عادةً ما تكون آثار
Mo (wt%)	عادةً ما تكون آثار	آثار ممكنة إذا لزم الأمر
V (wt%)	عادةً ما تكون غائبة	سبائك دقيقة ممكنة (~0.01–0.10)
Nb (wt%)	عادةً ما تكون غائبة	سبائك دقيقة ممكنة (~0.01–0.06)
Ti (wt%)	عادةً ما تكون غائبة	سبائك دقيقة ممكنة (~0.01–0.05)
B (wt%)	ليس نموذجيًا	نادرًا ما يُستخدم
N (wt%)	آثار	آثار

ملاحظات: - القيم أعلاه هي نطاقات إرشادية؛ سمحت سلسلة DIN 17100 بعدد من الدرجات الفرعية وطرق الإنتاج. للمشتريات، حدد دائمًا المراجعة القياسية الدقيقة، والدرجة الفرعية، واطلب شهادات اختبار المصنع. - عادةً ما يتم تحقيق قوة ST52 من خلال مزيج من الكربون والمغنيسيوم الأعلى قليلاً ومن خلال السبيكة الدقيقة (Nb، V، Ti) و/أو الدرفلة الحرارية الميكانيكية بدلاً من الإضافات الثقيلة مثل Cr/Mo/Ni. - تأثيرات السبيكة: يزيد C و Mn من القوة وقابلية الصلابة ولكن يقلل من قابلية اللحام والمرونة إذا كانت مرتفعة. تعزز السبيكة الدقيقة (Nb، V، Ti) من تقوية الترسيب وحجم الحبيبات الدقيقة، مما يمكّن من تحقيق قوة أعلى عند مستويات كربون أقل.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

• البنية المجهرية لـ ST37: عادةً ما يظهر ST37 المدرفل بنية مجهرية من الفريت والبرليت مع حبيبات فريت خشنة مقارنة بالفولاذات المسبوكة الدقيقة. تعطي هذه البنية مرونة جيدة وامتصاص للطاقة.
• البنية المجهرية لـ ST52: اعتمادًا على الإنتاج، سيظهر ST52 عادةً مصفوفة فريت-برليت ذات حبيبات أدق مع ترسبات سبيكة دقيقة محتملة (NbC، VC، TiN) التي تقيد نمو الحبيبات وتوفر تقوية الترسيب. غالبًا ما تُستخدم المعالجة الحرارية الميكانيكية المسيطر عليها (TMCP) لتنقيح بنية الحبيبات وتعزيز العائد.
• استجابة المعالجة الحرارية:
• التطبيع: تستجيب كلتا الدرجتين للتطبيع مع حجم حبيبات منقح وزيادة معتدلة في القوة؛ يستفيد ST52 أكثر من TMCP مقارنة بالتطبيع البسيط.
• التبريد والتخمير: ليس نموذجيًا لهذه الفولاذات في التطبيقات الهيكلية القياسية؛ تنتج دورات التبريد والتخمير قوى أعلى بكثير ولكن تُستخدم فقط عند تحديدها ومع كيمياء مناسبة لقابلية الصلابة.
• المعالجة الحرارية الميكانيكية: يتم إنتاج ST52 عادةً باستخدام TMCP لتحقيق قوة عالية مع متانة وقابلية لحام مقبولة؛ عادةً لا يتطلب ST37 TMCP.
• الآثار العملية: يمكن أن يحقق ST52 قوة أعلى مع الحفاظ على متانة مقبولة بسبب السبيكة الدقيقة والمعالجة، بينما يحصل ST37 على المتانة والمرونة من كيمياء منخفضة الكربون وبنية مجهرية خشنة.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: النطاقات النموذجية للخصائص الميكانيكية (مدرفلة / بيانات المورد؛ استشر شهادات المصنع)

الخاصية	ST37 (نموذجي)	ST52 (نموذجي)
قوة العائد (Rp0.2، ميجا باسكال)	≈ 235 (الحد الأدنى الشائع للفولاذات المشابهة S235)	فئة أعلى - عادةً في منطقة 355–520 ميجا باسكال اعتمادًا على الدرجة الفرعية والمعالجة
قوة الشد (ميجا باسكال)	≈ 360–510	≈ 500–700 (تختلف مع الدرجة الفرعية والمعالجة)
التمدد (%)	≈ 20–30 (مرونة جيدة)	≈ 10–20 (مرونة أقل مقارنة بـ ST37)
متانة الصدمة	غالبًا ≥ 27 جول عند درجة حرارة الغرفة (JR) أو درجة الحرارة المحددة	يمكن تصميمها لتلبية متطلبات الصدمة؛ يمكن أن تقلل المرونة الأقل من المتانة ما لم يتم استخدام TMCP/السبيكة الدقيقة
الصلابة (HB)	منخفضة إلى معتدلة (سهل التشغيل/التشكيل)	أعلى (أصعب في التشغيل/التشكيل)

تفسير: - ST52 هو الدرجة الأقوى؛ يحقق قوة عائد وقوة شد أعلى. تأتي تلك القوة الأعلى عادةً على حساب المرونة (انخفاض التمدد) ما لم يتم استخدام معالجة دقيقة وسبيكة دقيقة للحفاظ على المتانة. - تعتمد متانة الصدمة بشكل كبير على الدرجة الفرعية المحددة وحالة التسليم (درجة الحرارة، وجود لاحقات J أو JR). يمكن إنتاج كلتا الدرجتين لتلبية متطلبات طاقة الصدمة المحددة، ولكن غالبًا ما تتطلب المتغيرات ذات القوة الأعلى اهتمامًا خاصًا بمتانة الشقوق.

5. قابلية اللحام

تتأثر قابلية اللحام بشكل أساسي بمحتوى الكربون، والمعادل الكربوني، ووجود عناصر السبيكة الدقيقة التي تؤثر على قابلية الصلابة والقدرة على التعرض للتشقق الهيدروجيني.

مؤشرات قابلية اللحام الشائعة: - المعادل الكربوني IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - صيغة Pcm (لتقييم قابلية التعرض للتشقق البارد): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي (لا توجد مدخلات رقمية هنا): - ST37: ينتج عن الكربون المنخفض والكيمياء المبسطة قيم معادلة كربونية منخفضة، مما يعطي قابلية لحام ممتازة مع الحد الأدنى من التسخين المسبق وخيارات معدنية بسيطة. خطر التشقق المدعوم بالهيدروجين منخفض للأبعاد النموذجية. - ST52: تزيد القوة الأعلى والوجود المحتمل لعناصر السبيكة الدقيقة من قابلية الصلابة الفعالة وترفع مؤشرات المعادل الكربوني. نتيجة لذلك، قد يتطلب ST52 تسخينًا مسبقًا مسيطرًا، ودرجات حرارة بين الطبقات، واختيار معدني مناسب لتجنب مناطق متأثرة بالحرارة صلبة وهشة والتشقق البارد في الأقسام الأكثر سمكًا. - إرشادات عملية: بالنسبة لـ ST52، اتبع توصيات المورد للتسخين المسبق، استخدم مواد ملء متطابقة أو متطابقة قليلاً حيثما تم تحديدها، تحكم في مصادر الهيدروجين، وطبق معالجة حرارية بعد اللحام (PWHT) عند الحاجة للتطبيقات الحرجة.

6. التآكل وحماية السطح

• كل من ST37 و ST52 هما فولاذان منخفضا السبيكة؛ لا أحد منهما مقاوم للصدأ. يعتمدون على حماية السطح لمقاومة التآكل.
• استراتيجيات الحماية النموذجية: الغلفنة بالغمس الساخن، وتغليف الزنك، وطلاءات الإيبوكسي/البولي يوريثان، والطلاءات التضحية، أو السماح بالتآكل في التصميم.
• PREN (عدد مقاومة التآكل) ذو صلة فقط بالفولاذات المقاومة للصدأ والفولاذات المزدوجة المقاومة للصدأ. بالنسبة لـ ST37 و ST52، لا ينطبق PREN: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• أداء التآكل مستقل إلى حد كبير عن الاختلافات التركيبية الطفيفة بين ST37 و ST52؛ كلاهما يتطلب طلاءات في البيئات المكشوفة. تحدد إعداد السطح، ونظام الطلاء، والبيئة عمر الخدمة أكثر من الاختلافات الصغيرة في السبيكة.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع والتشغيل:
• ST37: أسهل في التشغيل والقطع بسبب الصلابة المنخفضة؛ عمر الأدوات وقوى القطع أقل.
• ST52: قوى قطع أعلى وتآكل الأدوات بسبب القوة والصلابة الأعلى؛ يجب تعديل معلمات التشغيل، وقد تحتاج الأدوات إلى ترقيات.
• الانحناء والتشكيل:
• ST37: قابلية تشكيل أفضل وأشعة انحناء أكبر مسموح بها لسمك معين؛ مناسب للتشكيل البارد وعمليات الدرفلة.
• ST52: تعني المرونة المنخفضة أن التشكيل الأكثر دقة يتطلب مزيدًا من العناية؛ الارتداد أعلى وأشعة الانحناء الدنيا أكبر ما لم تتم معالجة المادة بشكل خاص.
• إنهاء السطح:
• كلاهما يقبل ممارسات إنهاء قياسية (طحن، تفجير بالرصاص، طلاء). قد تتطلب الأسطح الأكثر صلابة لـ ST52 طرق إنهاء أكثر قوة.

8. التطبيقات النموذجية

جدول: الاستخدامات النموذجية

ST37 (الاستخدامات النموذجية)	ST52 (الاستخدامات النموذجية)
أعمال الفولاذ الهيكلي العامة (العوارض، الأعمدة) حيث تكون المرونة العالية وقابلية اللحام هي الأولويات	الأعضاء الهيكلية حيث تكون نسبة القوة إلى الوزن الأعلى مطلوبة (تقليل سمك المقطع)
إطارات مصنعة، دعامات، هياكل خفيفة إلى متوسطة الحمل	إطارات آلات ثقيلة، رافعات، أعضاء تحمل الأحمال ذات الضغط العالي
أنابيب وأنابيب للاستخدامات غير الضغط، أقسام ملحومة	أنابيب عالية القوة، مكونات ضغط عند تحديدها للقوة (مع ضوابط اللحام)
ألواح وأقسام عامة للبناء المدني	التطبيقات التي تتطلب تقليل الوزن وزيادة العائد (إطارات المركبات، مكونات هيكلية بحرية عند معالجتها بشكل مناسب)

مبررات الاختيار: - اختر ST37 عندما تكون التكلفة، وسهولة التشكيل واللحام، والمرونة العالية/المتانة هي المحركات الأساسية. - اختر ST52 عندما يتطلب التصميم قوة عائد أعلى لتقليل سمك المقطع أو لتحمل أحمال ثابتة أعلى، شريطة وضع ضوابط التصنيع للحام والتشكيل.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: ST37 عمومًا أقل تكلفة لكل طن من ST52 لأنه يحتوي على إضافات سبيكة دقيقة أقل ويتطلب معالجة أقل. غالبًا ما يطلب ST52 سعرًا أعلى بسبب السبيكة الدقيقة وTMCP.
• التوافر: كلا الدرجتين متاحة على نطاق واسع في أشكال المنتجات القياسية (ألواح، صفائح، لفائف مدرفلة على الساخن، أقسام هيكلية). قد تكون المواد المشابهة لـ ST37 (S235) أكثر انتشارًا للفولاذ الهيكلي البسيط، بينما قد يتم تحديد وتخزين مكافئات ST52 للتطبيقات التي تتطلب قوة أعلى؛ قد تكون أوقات التسليم للدرجات الفرعية المعتمدة عالية القوة أطول قليلاً.

10. الملخص والتوصية

جدول: مقارنة سريعة

المعيار	ST37 (قوة أقل)	ST52 (قوة أعلى)
قابلية اللحام	ممتازة	جيدة إلى معتدلة (تتطلب ضوابط)
توازن القوة–المتانة	قوة أقل، مرونة/متانة أعلى	قوة أعلى، مرونة أقل محتملة ما لم يتم استخدام TMCP/السبيكة الدقيقة
التكلفة	أقل	أعلى

الخلاصة وإرشادات الاختيار: - اختر ST37 إذا: - كانت التطبيقية تعطي الأولوية لقابلية اللحام، وسهولة التشكيل، والمرونة العالية (مثل الأعمال الهيكلية العامة، الإطارات الملحومة البسيطة). - كانت حساسية التكلفة والإمدادات الوفيرة مهمة. - كانت المتانة عند درجات حرارة محيطية وسهولة التصنيع مطلوبة دون معالجة متقدمة.

• اختر ST52 إذا:
• كان التصميم يتطلب قوة عائد وشد أعلى لتقليل أحجام المقطع أو دعم أحمال ثابتة أعلى.
• كان تقليل الوزن أو زيادة سعة التحميل هدفًا تصميميًا وكان المشروع يمكنه قبول تكلفة المواد المرتفعة بشكل معتدل وضوابط التصنيع.
• حدد المشتري درجات فرعية TMCP أو سبيكة دقيقة وتم تنفيذ إجراءات اللحام/التصنيع المناسبة.

ملاحظة نهائية: تغطي ST37 و ST52 طيفًا من الكيمياء وحالات المعالجة. حدد دائمًا المراجعة القياسية الدقيقة، وحالة التسليم (مثل، مطابقة، TMCP)، والخصائص الميكانيكية والصدمة المطلوبة في مستندات الشراء. اطلب شهادات اختبار المصنع، وعند الاقتضاء، مؤهلات إجراءات اللحام وتعليمات التسخين المسبق/PWHT لضمان أداء الخدمة يتماشى مع نية التصميم.