الفولاذ الطري الساطع: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ العادي اللامع هو فولاذ منخفض الكربون معروف بقدرته الممتازة على التشغيل واللحام، مما يجعله خيارًا شائعًا في مختلف التطبيقات الهندسية. يصنف كفولاذ منخفض الكربون، وعادة ما يحتوي على نسبة كربون تتراوح من 0.05% إلى 0.25%. تشمل العناصر السبائكية الأساسية في الفولاذ العادي اللامع المنغنيز، الذي يعزز من صلابة الفولاذ وقوته، والسيليكون، الذي يحسن من إزالة الأكسدة أثناء الإنتاج.

نظرة شاملة

يتميز الفولاذ العادي اللامع بلمسه الأملس واللامع، الذي يتم تحقيقه من خلال عملية السحب البارد أو التخمير اللامع. هذه الدرجة من الفولاذ معروفة بمرونتها الجيدة، وقابلية تشكيلها، وقدرتها على اللحام، مما يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك المكونات الهيكلية، والأجزاء السيارات، والآلات.

المزايا والقيود

المزايا	القيود
قدرة تشغيل ممتازة	مقاومة محدودة للتآكل
قدرة لحام جيدة	صلابة أقل مقارنة بالفولاذ العالي الكربون
فعال من حيث التكلفة	عرضة للتشوه تحت الأحمال العالية
تطبيقات متعددة الاستخدامات	غير مناسب للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية

يحظى الفولاذ العادي اللامع بمكانة هامة في السوق نظرًا لاستخدامه على نطاق واسع في التصنيع والبناء. تاريخيًا، كان مادة أساسية للمصنعين والمهندسين، لقيمته في تحقيق التوازن بين القوة والمرونة والتكلفة.

أسماء بديلة، ومعايير، ومعادلات

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	G10100	الولايات المتحدة الأمريكية	الأقرب إلى AISI 1018
AISI/SAE	1018	الولايات المتحدة الأمريكية	يستخدم بشكل شائع في التشغيل الآلي
ASTM	A108	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفات قياسية للصلب النهائي البارد
EN	S235JR	أوروبا	خصائص مشابهة، لكن صلابة أعلى
DIN	C45	ألمانيا	اختلافات طيفية طفيفة
JIS	S45C	اليابان	قابل للمقارنة، ولكن مع خصائص ميكانيكية مختلفة
ISO	1.0503	دولي	ما يعادل AISI 1018

توضح جدول المعادلة أنه بينما قد يعتبر العديد من الدرجات متساوية، إلا أن الاختلافات الطفيفة في التركيب والخصائص الميكانيكية يمكن أن تؤثر على الأداء في تطبيقات محددة. على سبيل المثال، تتمتع S235JR بصلابة أعلى، مما يجعلها أكثر ملاءمة للتطبيقات الهيكلية.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نسبة النطاق (%)
C (الكربون)	0.05 - 0.25
Mn (المنغنيز)	0.30 - 0.60
Si (السيليكون)	0.10 - 0.40
P (الفوسفور)	≤ 0.04
S (الكبريت)	≤ 0.05

يؤدي المنغنيز دورًا حاسمًا في تعزيز قوة الفولاذ العادي اللامع وصلابته، بينما يساهم السيليكون في تحسين إزالة الأكسدة خلال عملية صناعة الفولاذ. الكربون، رغم وجوده بكميات منخفضة، ضروري لتحقيق الخصائص الميكانيكية المطلوبة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة النمطية/النطاق (مترية)	القيمة النمطية/النطاق (إمبراطورية)	المعيار المرجعي لطرق الاختبار
قوة الشد	مخمرة	370 - 480 ميغاباسكال	54 - 70 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة العائد (0.2% انحراف)	مخمرة	230 - 300 ميغاباسكال	33 - 44 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
التطويل	مخمرة	15 - 25%	15 - 25%	ASTM E8
الصلابة (برينل)	مخمرة	120 - 160 HB	120 - 160 HB	ASTM E10
قوة الصدمة	تشيربي V-notch، -20°C	27 - 40 جول	20 - 30 قدم-رطل	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية للفولاذ العادي اللامع مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة معتدلة ومرونة جيدة. تحد الصلابة المنخفضة نسبيًا من استخدامه في التطبيقات ذات الأحمال العالية، ولكن قوته الممتازة في التطويل ومقاومة الصدمات تجعله مثاليًا للمكونات الهيكلية.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 غرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار/النطاق	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
التوصيل الحراري	درجة حرارة الغرفة	50 واط/م·ك	34.5 BTU·in/ساعة·قدم²·°F
الحرارة النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.49 كيلوجول/كجم·ك	0.12 BTU/رطل·°F
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0000017 أوم·م	0.0000017 أوم·بوصة

تشير الكثافة ونقطة الانصهار للفولاذ العادي اللامع إلى ملاءمته للتطبيقات التي تتطلب خصائص حرارية جيدة. يسمح التوصيل الحراري الفعال بتبديد الحرارة بشكل فعال، مما يفيد في عمليات التصنيع.

مقاومة التآكل

الوكيل التآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
جوي	متنوع	محلي	مقبول	عرضة للصدأ
كلوريدات	متنوع	محلي	ضعيف	خطر الحفر
الأحماض	متنوع	محلي	غير موصى به	مقومة بشدة
قلوي	متنوع	محلي	مقبول	مقاومة متوسطة

يعرض الفولاذ العادي اللامع مقاومة مقبولة للتآكل الجوي ولكنه عرضة للصدأ، خاصة في البيئات الرطبة. أداؤه في البيئات الغنية بالكلوريد ضعيف، مما يجعله غير مناسب للتطبيقات البحرية. بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ، مثل AISI 304، يفتقر الفولاذ العادي اللامع إلى مقاومة التآكل اللازمة للتعرض المطول لبيئات قاسية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400 °C	752 °F	ما وراء ذلك، تتدهور الخصائص
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	500 °C	932 °F	تعرض قصير الأجل فقط
درجة حرارة التسخين	600 °C	1112 °F	خطر الأكسدة عند هذه الدرجة

عند درجات حرارة مرتفعة، يمكن أن يتعرض الفولاذ العادي اللامع لانخفاض في الخصائص الميكانيكية، خاصة القوة والمرونة. تصبح الأكسدة مصدر قلق عند درجات حرارة أعلى من 400 °C، مما يتطلب تدابير وقائية في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملئ الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلكس الحماية النمطية	ملاحظات
MIG	ER70S-6	الأرجون + CO2	جيدة للأجزاء الرقيقة
TIG	ER70S-2	الأرجون	لحامات نظيفة، رش قليل
Stick	E7018	غير متوفر	مناسب للاستخدام الخارجي

الفولاذ العادي اللامع قابل للحام بشكل كبير، مما يجعله مناسبًا لمختلف عمليات اللحام. قد يكون التسخين المسبق ضروريًا للأجزاء السميكة لتجنب التشقق. يمكن أن يحسن العلاج الحراري بعد اللحام من الخصائص الميكانيكية للحام.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	الفولاذ العادي اللامع	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	100	130	معيار لقابلية التشغيل
سرعة القطع النمطية (التدوير)	60-80 م/دقيقة	90-120 م/دقيقة	يجب تعديلها بناءً على الأدوات

يوفر الفولاذ العادي اللامع قابلية تشغيل ممتازة، مما يجعله خيارًا مفضلًا لتطبيقات تشغيل الدقة. يمكن أن تعمل سرعات القطع المثلى والأدوات على تحسين الأداء وتقليل التآكل.

قابلية التشكيل

يعرض الفولاذ العادي اللامع قابلية تشكيل جيدة، مما يسمح بعمليات التشكيل البارد والساخن. يمكن ثنيه وتشكيله بسهولة دون مخاطر كبيرة من التشقق، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من تقنيات التصنيع.

علاج الحرارة

عملية العلاج	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	مدة النقع النموذجية	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
التخمير	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 ساعة	هواء أو ماء	تنعيم، تحسين المرونة
التطبيع	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 ساعة	هواء	تنقية هيكل الحبة
التبريد المفاجئ	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 ساعة	ماء أو زيت	زيادة الصلابة

يمكن أن تغير عمليات علاج الحرارة مثل التخمير والتطبيع بشكل كبير من البنية الدقيقة للفولاذ العادي اللامع، مما يعزز خصائصه الميكانيكية. يعمل التخمير على تحسين المرونة، بينما يعمل التطبيع على تنقية هيكل الحبة، مما يؤدي إلى تحسين الصلابة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال عن تطبيق محدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
السيارات	مكونات الهيكل	قوة ومرونة جيدة	فعال من حيث التكلفة، سهل التشكيل
البناء	العارضات الهيكلية	قدرة معالجة ولحام عالية	متعددة الاستخدامات ومتاحة بسهولة
التصنيع	أجزاء الآلة	قابلية تشغيل ممتازة	دقة وسهولة التصنيع

تشمل التطبيقات الأخرى:

• • المثبتات
• • المعدات الزراعية
• • إطارات الأثاث
• • الصناديق الكهربائية

يتم اختيار الفولاذ العادي اللامع لهذه التطبيقات بسبب توازنه بين القوة والمرونة وفعاليته من حيث التكلفة، مما يجعله مناسبًا لكل من المكونات الهيكلية وغير الهيكلية.

اعتبارات مهمة ومعايير الاختيار ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	الفولاذ العادي اللامع	AISI 1018	S235JR	ملاحظة موجزة حول المزايا/العيوب أو التوازن
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة معتدلة	قوة أعلى	عائد أعلى	يوفر 1018 قوة أفضل
الجانب الرئيسي للتآكل	مقبول	ضعيف	جيد	S235JR أفضل للاستخدام الخارجي
قابلية اللحام	ممتازة	جيدة	جيدة	جميعها قابلة للحام، لكن 1018 قد تتطلب مزيدًا من العناية
قابلية التشغيل	ممتازة	جيدة	مقبولة	الفولاذ العادي اللامع أسهل في التشغيل
قابلية التشكيل	جيدة	جيدة	جيدة	جميع الدرجات قابلة للتشكيل
التكلفة النسبية التقريبية	منخفضة	متوسطة	متوسطة	الفولاذ العادي اللامع فعال من حيث التكلفة
توفر نمطي	مرتفع	مرتفع	مرتفع	جميع الدرجات متاحة على نطاق واسع

عند اختيار الفولاذ العادي اللامع، تشمل الاعتبارات الفعالية من حيث التكلفة، والتوافر، والخصائص الميكانيكية المحددة المطلوبة للتطبيق. يجعل من قابليته الممتازة في التشغيل واللحام خيارًا مفضلًا للعديد من المشاريع الهندسية، في حين ينبغي تقييم قيوده في مقاومة التآكل وقوته مقارنة بالفولاذات العالية الكربون بعناية بناءً على الاستخدام المقصود.