درجة الصلب EN: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ EN، أو الفولاذ بمعايير الأوروبية، يشمل فئة واسعة من درجات الفولاذ المحددة بواسطة المعايير الأوروبية. يتم تصنيف هذه الدرجات بناءً على تركيبها الكيميائي، خصائصها الميكانيكية، والتطبيقات المقصودة. يمكن أن تشمل درجات الفولاذ EN مجموعة متنوعة من الأنواع مثل الفولاذ الطري منخفض الكربون، الفولاذ سبائك متوسط الكربون، الفولاذ عالي القوة منخفض السبائك، والفولاذ المقاوم للصدأ، من بين أمور أخرى. وغالبًا ما تشمل العناصر الرئيسية في سبائك هذه الفولاذات الكربون (C)، المنغنيز (Mn)، الكروم (Cr)، النيكل (Ni)، والموليبدينوم (Mo)، كل منها يساهم في خصائص الفولاذ العامة.

نظرة شاملة

تُعرف درجات الفولاذ EN بتنوعها وقدرتها على التكيف عبر مجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية. تتأثر الخصائص الأساسية لهذه الفولاذات بشكل كبير بعناصر السبائك. على سبيل المثال، يؤثر محتوى الكربون على الصلابة والقوة، بينما يعزز المنغنيز المتانة وقابلية التصلب. يحسن الكروم والنيكل من مقاومة التآكل والمتانة، مما يجعل بعض الدرجات مناسبة للبيئات القاسية.

تشمل مزايا الفولاذ EN:

• التنوع: مناسب لمجموعة واسعة من التطبيقات من البناء إلى السيارات.
• التقييس: الامتثال للمعايير الأوروبية يضمن اتساقًا في الجودة والأداء.
• التوفر: يتم إنتاجه على نطاق واسع ومتوافر بأشكال متنوعة، بما في ذلك الصفائح، القضبان، والأنابيب.

ومع ذلك، هناك قيود:

• مقاومة التآكل: قد لا تؤدي بعض الدرجات بشكل جيد في البيئات شديدة التآكل ما لم يتم سبكها بشكل خاص لتلك الظروف.
• قابلية اللحام: قد تقدم بعض الدرجات عالية القوة تحديات في اللحام بسبب حساسيتها للتشقق.

تاريخيًا، لعبت درجات الفولاذ EN دورًا حيويًا في تطوير البنية التحتية الأوروبية والتصنيع، مع التقدم المستمر في تقنيات السبك وطرق المعالجة التي تعزز أدائها.

أسماء بديلة، معايير، ومعادلات

المنظمة المعيارية	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصل	ملاحظات/تعليقات
UNS	G10100	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب معادل لـ S235JR
AISI/SAE	1010	الولايات المتحدة الأمريكية	فولاذ منخفض الكربون، مشابه لـ S235
ASTM	A36	الولايات المتحدة الأمريكية	فولاذ إنشائي، قابل للمقارنة بـ S235
EN	S235JR	أوروبا	درجة فولاذ إنشائية شائعة
DIN	St37-2	ألمانيا	معادل لـ S235JR مع اختلافات طفيفة
JIS	SS400	اليابان	خصائص ميكانيكية مشابهة لـ S235
GB	Q235	الصين	قابل للمقارنة بـ S235، مستخدم على نطاق واسع في البناء
ISO	10025-2	دولي	معيار للفولاذ الإنشائي

ملاحظات/تعليقات: بينما تعتبر العديد من هذه الدرجات معادلة، فإن الفروق الطفيفة في التركيب الكيميائي والخصائص الميكانيكية يمكن أن تؤثر على الأداء في التطبيقات المحددة. على سبيل المثال، يتمتع S235JR بقوة تحمل أقل مقارنة بـ A36، مما قد يؤثر على اختياره للتطبيقات الهيكلية.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	النسبة المئوية المدى (%)
C (الكربون)	0.12 - 0.20
Mn (المنغنيز)	0.30 - 0.60
Si (السيليكون)	0.10 - 0.40
P (الفوسفور)	≤ 0.045
S (الكبريت)	≤ 0.045

الدور الرئيسي لعناصر السبائك الأساسية في الفولاذ EN يشمل:

• الكربون (C): يزيد من القوة والصلابة ولكنه قد يقلل من المرونة.
• المنغنيز (Mn): يعزز المتانة وقابلية التصلب، مما يحسن الأداء تحت الضغط.
• السيليكون (Si): يحسن القوة ومقاومة الأكسدة، خصوصًا في التطبيقات عالية الحرارة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة المعتادة/المدى (المترية - وحدات SI)	القيمة المعتادة/المدى (وحدات الإمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مُشَكَّل	370 - 510 ميغا باسكال	54 - 74 رطل/بوصة مربعة	ASTM E8
قوة التحمل (0.2% تعويض)	مُشَكَّل	235 ميغا باسكال	34 رطل/بوصة مربعة	ASTM E8
الاستطالة	مُشَكَّل	20%	20%	ASTM E8
تقليل المساحة	مُشَكَّل	40%	40%	ASTM E8
الصلابة (برينل)	مُشَكَّل	120 - 180 HB	120 - 180 HB	ASTM E10
قوة الصدمة (تشربي)	-20 درجة مئوية	27 جول	20 قدم-رطل	ASTM E23

يشكل تطبيق هذه الخصائص الميكانيكية الفولاذ EN مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات الهيكلية حيث تكون قوة الشد والمرونة حاسمة. يسمح تحمل قوة 235 ميغا باسكال بإمكانية تحميل فعالة، بينما تشير نسبة الاستطالة إلى قابلية جيدة للتشكيل.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (المترية - وحدات SI)	القيمة (وحدات الإمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7850 كغم/م³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار/المدى	-	1425 - 1540 درجة مئوية	2600 - 2800 درجة فهرنهايت
الموصلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	50 واط/م·ك	29 وحدة حرارية بريطانية·بوصة/(ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت)
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	490 جول/(كغم·ك)	0.117 وحدة حرارية بريطانية/(رطل·درجة فهرنهايت)
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0000017 أوم·م	0.0000017 أوم·بوصة
معامل التمدد الحراري	20 - 100 درجة مئوية	11.5 x 10⁻⁶ /ك	6.4 x 10⁻⁶ /درجة فهرنهايت

تعتبر الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة وموصلية الحرارة مهمة للتطبيقات التي تنطوي على معالجة حرارية وسلامة هيكلية. تضمن كثافة الفولاذ EN أنه يمكنه تحمل أعباء كبيرة، بينما تسمح موصلية حرارته بتبديد الحرارة بشكل فعال في التطبيقات عالية الحرارة.

مقاومة التآكل

العامل التآكلي	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
كلوريدات	3%	25 درجة مئوية / 77 درجة فهرنهايت	متوسط	خطر التآكل النقائري
حمض الكبريتيك	10%	20 درجة مئوية / 68 درجة فهرنهايت	ضعيف	غير موصى به
هيدروكسيد الصوديوم	5%	25 درجة مئوية / 77 درجة فهرنهايت	متوسط	عرضة للتشقق بسبب الضغط التآكلي

يظهر الفولاذ EN درجات متفاوتة من مقاومة التآكل اعتمادًا على البيئة. في الظروف الجوية، يؤدي عمومًا بشكل كافٍ، لكن في وجود الكلوريدات أو الأحماض، تنخفض مقاومته بشكل كبير. يُعتبر التآكل النقائري مصدر قلق ملحوظ في البيئات الغنية بالكلوريد، بينما يمكن أن يؤدي حمض الكبريتيك إلى تدهور سريع.

عند مقارنته بالفولاذ المقاوم للصدأ مثل AISI 304 أو 316، تكون مقاومة الفولاذ EN للتآكل أقل، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات البحرية أو عالية التآكل. ومع ذلك، فإن تكلفته الفعالة وخصائصه الميكانيكية تجعله غالبًا اختيارًا مفضلًا للتطبيقات الهيكلية حيث يكون التعرض للعناصر التآكلية محدودًا.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
درجة حرارة الخدمة القصوى المستمرة	400 درجة مئوية	752 درجة فهرنهايت	مناسب للتطبيقات الهيكلية
درجة حرارة الخدمة القصوى المتقطعة	500 درجة مئوية	932 درجة فهرنهايت	تعرض قصير الأمد دون تدهور كبير
درجة حرارة التدهور	600 درجة مئوية	1112 درجة فهرنهايت	خطر الأكسدة في درجات الحرارة المرتفعة

يحافظ الفولاذ EN على سلامته الهيكلية عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات مثل هياكل المباني والجسور. ومع ذلك، فإن التعرض المطول لدرجات الحرارة فوق 400 درجة مئوية يمكن أن يؤدي إلى التقلص والأكسدة، مما يستلزم استخدام الطلاءات أو المعالجات الوقائية في البيئات عالية الحرارة.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن المضاف الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلكس الدرع المعتاد	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون + CO2	اختراق جيد ومظهر جيد للخرز
TIG	ER70S-2	أرجون	تحكم ممتاز في إدخال الحرارة
لحام عصا	E7018	-	مناسب للتطبيقات الخارجية

يعتبر الفولاذ EN عمومًا لديه قابلية لحام جيدة، خاصة في درجات الكربون المنخفضة. قد يتطلب التسخين المسبق للأقسام السميكة لتقليل خطر التشقق. يمكن أن تعزز معالجة الحرارة بعد اللحام الخصائص الميكانيكية للملحومة.

قابلية المعالجة

معلمة المعالجة	الفولاذ EN (S235)	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية المعالجة النسبي	70	100	جيد للمعالجة العامة
سرعة القطع المعتادة (التدوير)	80 م/دقيقه	120 م/دقيقه	تعديل بناءً على الأدوات

يعرض الفولاذ EN قابلية معالجة متوسطة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من عمليات المعالجة. يجب اختيار سرعات القطع المثلى والأدوات لتعزيز الأداء وتقليل تآكل الأداة.

قابلية التشكيل

الفولاذ EN مناسب لعمليات التشكيل البارد والساخن. تسمح مرونته بالتشوه الكبير دون كسر، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب الانحناء والتشكيل. ومع ذلك، يجب أخذ الحذر لتجنب الشد الزائد، مما قد يؤدي إلى زيادة الصعوبة في عمليات التشكيل اللاحقة.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجات الحرارة (°C/°F)	الوقت المعتاد للنقع	طريقة التبريد	الهدف الأساسي / النتيجة المتوقعة
التطويع	600 - 700 درجة مئوية / 1112 - 1292 درجة فهرنهايت	1 - 2 ساعات	هواء أو ماء	تليين، تحسين المرونة
التطبيع	850 - 900 درجة مئوية / 1562 - 1652 درجة فهرنهايت	1 - 2 ساعات	هواء	تنقية هيكل الحبوب
التبريد السريع	800 - 900 درجة مئوية / 1472 - 1652 درجة فهرنهايت	30 دقيقة	ماء أو زيت	تصلب، زيادة القوة

تغير عمليات المعالجة الحرارية مثل التطويع والتطبيع بشكل كبير البنية الدقيقة للفولاذ EN، معززة خصائصه الميكانيكية. يقلل التطويع من الضغوط الداخلية ويزيد من المرونة، بينما يقوم التطبيع بتنقية هيكل الحبوب، مما يحسن المتانة والقوة.

التطبيقات النمطية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الأساسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (بإيجاز)
البناء	الأشعة الهيكلية	قوة تحمل عالية، مرونة	قدرات تحمل الحمولة
السيارات	مكونات الهيكل	قابلية لحام جيدة، قابلية تشكيل	سهولة التصنيع
التصنيع	إطارات الآلات	قوة، متانة	متانة تحت الضغط
بناء السفن	هياكل البدن	مقاومة التآكل، قوة	السلامة وطول العمر

تشمل التطبيقات الأخرى:

• الأنابيب: تستخدم لنقل السوائل بسبب قوتها ومرونتها.
• الجسور: مكونات هيكلية تتطلب قدرة تحمل عالية.
• مسارات السكك الحديدية: توفر المتانة ومقاومة التآكل.

الاختيار للفولاذ EN لهذه التطبيقات يعود أساسًا إلى توازنه بين القوة والمرونة وفعالية التكلفة، مما يجعله خيارًا موثوقًا لسلامة الهيكل.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار، وأفكار إضافية

الميزة/الخصائص	الفولاذ EN (S235)	AISI 1018	AISI 4140	ملاحظة إيجابية/سلبية أو تعويض موجز
الخاصية الميكانيكية الأساسية	قوة التحمل	370 ميغا باسكال	655 ميغا باسكال	قوة أعلى في AISI 4140 ولكن أقل مرونة
الجانب الرئيسي للتآكل	متوسط	ضعيف	جيد	توفر AISI 4140 مقاومة أفضل للتآكل
قابلية اللحام	جيدة	ممتازة	متوسطة	S235 أسهل في اللحام من AISI 4140
قابلية المعالجة	متوسطة	جيدة	متوسطة	AISI 1018 أسهل في المعالجة
قابلية التشكيل	جيدة	ممتازة	متوسطة	S235 يسمح بقدرات تشكيل أفضل
تكلفة تقريبية نسبية	متوسطة	منخفضة	مرتفعة	S235 فعّال من حيث التكلفة للتطبيقات الهيكلية
التوفر عادة	مرتفع	مرتفع	متوسط	S235 متاح على نطاق واسع بأشكال متنوعة

عند اختيار الفولاذ EN، تعتبر اعتبارات مثل التكلفة، التوفر، والخصائص الميكانيكية المحددة أمرًا حاسمًا. بينما يقدم توازنًا جيدًا بين القوة والمرونة، قد تكون الدرجات البديلة مناسبة أكثر لتطبيقات متخصصة تتطلب قوة أو مقاومة للتآكل أعلى. يجب أن يتماشى اختيار درجة الفولاذ مع المطالب المحددة للتطبيق، بما في ذلك العوامل البيئية، ومتطلبات الحمولة، وعمليات التصنيع.

في الختام، يمثل الفولاذ EN فئة متنوعة ومستخدمة على نطاق واسع من المواد في الهندسة والبناء، مع تاريخ غني وأهمية مستمرة في التطبيقات الحديثة. يمكن تعديل خصائصه من خلال الاختيار الدقيق لعناصر السبائك وطرق المعالجة، مما يجعله مادة أساسية في الصناعة.