الفولاذ المجلفن (المطلي): الخصائص والاستخدامات الرئيسية

الفولاذ المجلفن، المعروف عادةً بالفولاذ المطلي، هو نوع من الفولاذ الذي تم تغطيته بطبقة من الزنك لتعزيز مقاومته للتآكل. يتم تصنيف هذا النوع من الفولاذ بشكل أساسي كفولاذ منخفض الكربون، الذي يُعرف بمرونته وقابلية لحامه. تتضمن عملية الجلفنة إما التغطيس الساخن أو الجلفنة الكهربائية، والتي توفر كل منها طبقة حماية من الزنك تمنع الصدأ وتطيل عمر الفولاذ.

نظرة شاملة

يتميز الفولاذ المجلفن بمقاومته الممتازة للتآكل، والتي ترجع في الأساس إلى الطلاء الواقي من الزنك الذي يعمل كحاجز ضد العوامل البيئية. العنصر الأساسي في سبائك الفولاذ المجلفن هو الزنك، الذي، عند تعرضه للرطوبة، يشكل طبقة واقية من أكسيد الزنك تمنع المزيد من التآكل للفولاذ الأساسي.

الخصائص الرئيسية:
- مقاومة التآكل: يوفر الطلاء الزنكي طبقة تضحية تحمي الفولاذ من الصدأ.
- المرونة وقابلية اللحام: يسمح محتوى الكربون المنخفض بتصنيع ولحام سهل.
- تشطيب السطح: للفولاذ المجلفن لمعة تشطيب جذابة من الناحية الجمالية وغالبًا ما تكون مرغوبة في التطبيقات المعمارية.

المزايا:
- عمر طويل: يمكن أن يستمر الفولاذ المجلفن لعقود دون تآكل كبير.
- توفير التكاليف: يمكن تعويض الاستثمار الأولي في الفولاذ المجلفن بعمره الطويل وتكاليف الصيانة المنخفضة.
- تعدد الاستخدامات: مناسب لمجموعة واسعة من التطبيقات، من البناء إلى السيارات.

القيود:
- حساسية درجة الحرارة: يمكن أن يتدهور الطلاء الزنكي عند درجات حرارة عالية، مما يحد من استخدامه في التطبيقات ذات الحرارة العالية.
- تلف السطح: يمكن أن يؤدي الخدوش أو الاحتكاك إلى كشف الفولاذ الأساسي، مما يؤدي إلى تآكل محلي.
- الوزن: تزيد الطبقة الزنكية من وزن الفولاذ، وهو ما قد يكون اعتبارًا في بعض التطبيقات.

تاريخيًا، لعب الفولاذ المجلفن دورًا كبيرًا في صناعات مختلفة، وخاصة في قطاعات البناء والسيارات، حيث تكون متانته ومقاومته للعوامل البيئية ذات أهمية قصوى.

أسماء بديلة، معايير، ونظائر

المنظمة القياسية	التعيين/الدرجة	البلد/المنطقة الأصل	ملاحظات/تعليقات
UNS	G90	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب نظير لمقاومة التآكل
ASTM	A653/A653M	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة للفولاذ المجلفن بالتغطيس الساخن
EN	10346	أوروبا	المعيار الأوروبي للفولاذ المجلفن بشكل مستمر
JIS	G3302	اليابان	المعيار الياباني للفولاذ المجلفن بالتغطيس الساخن
ISO	1461	دولي	معيار للطلاءات المجلفنة بالتغطيس الساخن

يمكن أن تؤثر الفروقات بين الدرجات المكافئة على الأداء، وخاصة من حيث مقاومة التآكل وخصائصها الميكانيكية. على سبيل المثال، يوفر G90 طبقة زنك أكثر سماكة مقارنةً بـ G60، وهو ما قد يكون حاسمًا في البيئات ذات الإمكانيات عالية التآكل.

الخصائص الرئيسية

التكوين الكيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (الكربون)	0.05 - 0.25
Mn (المنغنيز)	0.30 - 0.60
P (الفوسفور)	≤ 0.04
S (الكبريت)	≤ 0.05
Zn (الزنک)	90 - 98 (طلاء)

الدور الأساسي للزنك في الفولاذ المجلفن هو توفير مقاومة للتآكل. يُساهم الكربون والمنغنيز في قوة الفولاذ ومرونته، في حين يتم التحكم في الفوسفور والكبريت للحفاظ على قابلية اللحام وتقليل الهشاشة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات المترية - SI)	القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات الإمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مُسَتَرخَة	270 - 450 ميغاباسكال	39 - 65 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة العائد (تحويل 0.2%)	مُسَتَرخَة	200 - 350 ميغاباسكال	29 - 51 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
التمدد	مُسَتَرخَة	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
الصلابة (بريينل)	مُسَتَرخَة	120 - 180 هاردي	120 - 180 هاردي	ASTM E10
قوة الصدمة (شاربي)	-20°م	30 - 50 جول	22 - 37 قدم-باوند	ASTM E23

يجعل الجمع بين هذه الخصائص الميكانيكية الفولاذ المجلفن مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة جيدة ومرونة، مثل المكونات الهيكلية وأجزاء السيارات.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (الوحدات المترية - SI)	القيمة (الوحدات الإمبراطورية)
الكثافة	-	7.85 جرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °م	2600 - 2800 °ف
الموصلية الحرارية	20 °م	50 واط/م·ك	34.5 BTU·in/(hr·ft²·°ف)
السعة الحرارية النوعية	-	0.49 كيلوجول/كغ·ك	0.12 BTU/رطل·°ف
المقاومة الكهربائية	-	0.0000017 أوم·م	0.0000017 أوم·بوصة

تعتبر الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة والموصلية الحرارية حاسمة في التطبيقات التي تكون فيها الوزن وتبديد الحرارة عوامل، مثل أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ومكونات السيارات.

مقاومة التآكل

المادة المسببة للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°م/°ف)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
المياه المالحة	3.5	25/77	عادل	خطر التآكل الموضعي
حمض الخل	5	20/68	سيء	عرضة للتآكل المائي
حمض الكبريتيك	10	25/77	غير موصى به	تآكل سريع

يظهر الفولاذ المجلفن مقاومة ممتازة للتآكل الجوي والمياه المالحة، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الخارجية. ومع ذلك، فإنه عرضة للتآكل في البيئات الحمضية، مما قد يؤدي إلى تدهور سريع. مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ، يكون الفولاذ المجلفن أقل مقاومة للمواد المسببة للتآكل، خاصةً في البيئات العدائية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	200	392	بعد ذلك، يبدأ الزنك في الأكسدة
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	300	572	التعرض القصير مقبول
درجة حرارة التقشر	400	752	خطر فقدان الزنك عند درجات حرارة أعلى

عند درجات الحرارة المرتفعة، يمكن أن يفقد الفولاذ المجلفن طلاءه الواقي من الزنك، مما يعرض مقاومته للتآكل للخطر. وهذا يجعله غير مناسب للتطبيقات ذات الحرارة العالية دون تدابير وقائية إضافية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS)	الغاز/المادة الحامية النموذجية	ملاحظات
MIG	ER70S-6	الأرجون/CO2	جيد للأجزاء الرقيقة
TIG	ER70S-2	الأرجون	يوفر لحامات نظيفة
Stick	E7018	-	يتطلب تسخين مسبق للأجزاء السميكة

يمكن لحام الفولاذ المجلفن باستخدام طرق متنوعة، ولكن يجب توخي الحذر لتجنب overheating، مما قد يؤدي إلى تبخر الزنك وعيوب اللحام. قد يكون التسخين المسبق ضروريًا للأجزاء السميكة لضمان الانصهار المناسب.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	الفولاذ المجلفن	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60	100	أكثر صعوبة بسبب الطلاء
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	قم بضبطها بناءً على سماكة الطلاء

يمكن أن تكون عملية تشغيل الفولاذ المجلفن تحديًا بسبب طبقة الزنك، التي يمكن أن تضعف أدوات القطع بشكل أسرع من الفولاذ غير المطلي. يمكن أن تساعد الأدوات الحادة وسرعات القطع المناسبة في التخفيف من هذه المشكلات.

قابلية التشكيل

يتميز الفولاذ المجلفن بقابلية تشكيل جيدة، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشكيل الباردة والساخنة. ومع ذلك، يمكن أن تؤثر طبقة الزنك على نصف قطر الانحناء، ويجب توخي الحذر لتجنب التصدع أثناء عمليات التشكيل.

معالجة الحرارة

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°م/°ف)	المدة النموذجية لنقع	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
التسخين	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 ساعة	الهواء	تحسين المرونة وتقليل الصلابة
التسوية	800 - 900 / 1472 - 1652	1 - 2 ساعة	الهواء	تنقيح بنية الحبوب

يمكن أن تؤثر عمليات معالجة الحرارة بشكل كبير على التركيب المجهري للفولاذ المجلفن، مما يعزز خصائصه الميكانيكية. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي التسخين إلى تحسين المرونة، مما يسهل التعامل معه في التصنيع.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
البناء	ألواح السقف	مقاومة التآكل، المرونة	استخدام خارجي طويل الأمد
السيارات	ألواح الجسم	القوة، قابلية التشكيل	خفيفة الوزن ودائمة
الزراعة	السياج	مقاومة التآكل، قابلية اللحام	التعرض لبيئات قاسية
HVAC	قنوات الهواء	الموصلية الحرارية، مقاومة التآكل	نقل حراري فعال

تتضمن التطبيقات الأخرى:
- الأغلفة الكهربائية: حماية ضد الرطوبة والتآكل.
- الأثاث: جاذبية جمالية ودائمة.
- الأنابيب والتجهيزات: مقاومة للصدأ في تطبيقات السباكة.

يتم اختيار الفولاذ المجلفن لهذه التطبيقات بسبب توازنه بين القوة ومقاومة التآكل وفعاليته من حيث التكلفة، مما يجعله مثاليًا للبيئات التي يكون فيها التعرض للرطوبة مصدر قلق.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤية إضافية

الميزة/الخاصية	الفولاذ المجلفن	الفولاذ المقاوم للصدأ	الفولاذ الكربوني	ملاحظة موجزة عن المزايا/العيوب أو التوازن
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة معتدلة	قوة عالية	متغيرة	الفولاذ المجلفن أقل قوة من الفولاذ المقاوم للصدأ
المسألة الرئيسية للتآكل	جيدة	ممتازة	سيئة	الفولاذ المجلفن مناسب للتعرض المعتدل
قابلية اللحام	جيدة	ممتازة	جيدة	يتطلب الفولاذ المجلفن الحرص لتجنب العيوب
قابلية التشغيل	معتدلة	جيدة	عالية	يمكن أن تؤدي الطبقة إلى تآكل الأدوات بشكل أسرع
قابلية التشكيل	جيدة	معتدلة	جيدة	تؤثر طبقة الزنك على الانحناء
التكلفة النسبية التقريبية	منخفضة	مرتفعة	منخفضة	الفولاذ المجلفن فعّال من حيث التكلفة
التوفر النموذجي	مرتفع	معتدل	مرتفع	متوفر على نطاق واسع بأشكال متنوعة

عند اختيار الفولاذ المجلفن، تشمل الاعتبارات الفعالية من حيث التكلفة والتوفر ومتطلبات التطبيق المحددة. يجعل توازنه بين الخصائص منه خيارًا متعدد الاستخدامات للعديد من الصناعات، على الرغم من أنه يجب الاعتراف بقيوده في البيئات ذات الحرارة العالية والحمضية. بالإضافة إلى ذلك، يجب أخذ اعتبارات السلامة المتعلقة بالتعامل مع المواد المجلفنة، وخاصة أثناء اللحام، في الاعتبار لتجنب التعرض لأبخرة الزنك.

باختصار، الفولاذ المجلفن هو مادة قيمة للغاية في الهندسة الحديثة والبناء، حيث يقدم مجموعة فريدة من الخصائص التي تجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات. تؤكد أهميته التاريخية واستمرارها في قطاعات مختلفة على أهميته في علم المواد والهندسة.