فولاذ S235JR: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

1.0037 الصلب (S235JR) هو درجة من الصلب الهيكلي منخفض الكربون ويستخدم على نطاق واسع في تطبيقات البناء والهندسة. مصنفة تحت المعيار الأوروبي EN 10025، يُعرف S235JR بجودته في القابلية للحام، وقابلية التصنيع، وسلامته الهيكلية بشكل عام. العنصر السبائكي الأساسي في S235JR هو الكربون، مع نسبة كربون أقصى تبلغ 0.20%، مما يساهم في قوته ومرونته. غالبًا ما يُستخدم هذا النوع من الصلب في تصنيع المكونات الهيكلية مثل العوارض والأعمدة والألواح.

نظرة شاملة

S235JR يصنف كصلب منخفض الكربون، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهيكلية. يتكون تركيبه الكيميائي بشكل أساسي من الحديد (Fe) مع نسبة صغيرة من الكربون وعناصر سبائكية أخرى مثل المنغنيز (Mn) والسيليكون (Si). وجود هذه العناصر يعزز من خصائصه الميكانيكية، مما يجعله خيارًا متعدد الاستخدامات للمهندسين والمصنعين.

الخصائص الرئيسية:
- القوة: يظهر S235JR قوة انفعالية دنيا تبلغ 235 ميجا باسكال، وهي كافية للعديد من التطبيقات الهيكلية.
- المرونة: يسمح محتوى الكربون المنخفض في الصلب بتمدد جيد وتقليل المساحة، مما يسهل تشكيله وتشكيله.
- القابلية للحام: يُعرف S235JR بقابليته الممتازة للحام، مما يسمح بعمليات انضمام سهلة دون الحاجة إلى تسخين مسبق.

المزايا:
- تكلفة فعالة لمشاريع البناء الكبيرة.
- متوفر بسهولة بأشكال وأحجام متنوعة.
- خصائص ميكانيكية جيدة لصلاحية الهيكل.

القيود:
- مقاومة محدودة للتآكل مقارنة بالصلب السبائكي العالي.
- غير مناسب للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية نظرًا لضعف القوة عند درجات الحرارة المرتفعة.

تاريخيًا، كان S235JR عنصرًا أساسيًا في صناعة البناء، وغالبًا ما يُستخدم في تصنيع الجسور والمباني ومشاريع البنية التحتية الأخرى بسبب توازنه المفضل بين القوة والمرونة والتكلفة.

أسماء بديلة ومعايير ومعادلات

المنظمة القياسية	التسمية / الدرجة	البلد / المنطقة الأصلية	ملاحظات / تعليقات
UNS	K02401	الولايات المتحدة الأمريكية	تشابه قريب مع S235JR
AISI/SAE	-	الولايات المتحدة الأمريكية	-
ASTM	A36	الولايات المتحدة الأمريكية	خصائص مماثلة، ولكن مع تركيبة كيميائية مختلفة
EN	S235JR	أوروبا	تسمية معيارية
DIN	St37-2	ألمانيا	خصائص مماثلة، اختلافات تركيبية طفيفة
JIS	SS400	اليابان	قابل للمقارنة، ولكن مع قوة انفعالية مختلفة
GB	Q235	الصين	درجة معادلة مع تطبيقات مماثلة
ISO	S235JR	دولي	تسمية معيارية

يبرز الجدول أعلاه معايير ودرجات معادلة متنوعة لـ S235JR. يُعتبر درجات مثل ASTM A36 وDIN St37-2 غالبًا معادلة، ولكن قد تحتوي على اختلافات دقيقة في التركيب الكيميائي والخصائص الميكانيكية التي يمكن أن تؤثر على الأداء في تطبيقات محددة.

الخصائص الرئيسية

تركيبة كيميائية

عنصر (رمز واسم)	نسبة النطاق (%)
C (كربون)	0.12 - 0.20
Mn (منغنيز)	0.30 - 0.60
Si (سيليكون)	0.10 - 0.40
P (فوسفور)	≤ 0.045
S (كبريت)	≤ 0.045

الدور الرئيسي للكربون في S235JR هو تعزيز قوته وصلابته. يساهم المنغنيز في تحسين القدرة على التصلب والقوة الشد، بينما يساعد السيليكون في إزالة الأكسدة أثناء صناعة الفولاذ ويعزز القوة. تعتبر مستويات الفوسفور والكبريت المنخفضة أساسية لضمان مرونة جيدة وقابلية للحام.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة / الحرارة	درجة حرارة الاختبار	القيمة النموذجية / النطاق (مترية)	القيمة النموذجية / النطاق (إمبريالية)	معيار المرجع لطريقة الاختبار
قوة الانفعال (0.2% زيادة)	ملفوف ساخن	درجة حرارة الغرفة	235 ميجا باسكال	34.1 ksi	EN 10002-1
قوة الشد	ملفوف ساخن	درجة حرارة الغرفة	360 - 510 ميجا باسكال	52.2 - 73.8 ksi	EN 10002-1
التمدد	ملفوف ساخن	درجة حرارة الغرفة	≥ 20%	≥ 20%	EN 10002-1
تقليل المساحة	ملفوف ساخن	درجة حرارة الغرفة	≥ 40%	≥ 40%	EN 10002-1
الصلابة (برينيل)	ملفوف ساخن	درجة حرارة الغرفة	≤ 160 HB	≤ 160 HB	EN 10003-1
قوة الصدمات	تشيربي V-notch	-20 درجة مئوية (-4 درجة فهرنهايت)	≥ 27 J	≥ 20 ft-lbf	EN 10045-1

تجعل الخصائص الميكانيكية لـ S235JR مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهيكلية. تسمح قوة الانفعال له بتحمل أحمال كبيرة، بينما تشير مرونة و تقليل المساحة إلى مرونة جيدة، مما يجعله مثاليًا لعمليات التشكيل واللحام. تضمن قوة الصدمات عند درجات الحرارة المنخفضة أنه يمكنه الأداء بشكل جيد في البيئات الأكثر برودة.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة / درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبريالية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 جرام/سم³	0.284 رطل/إنش³
نقطة الانصهار	-	1420 - 1540 درجة مئوية	2590 - 2810 درجة فهرنهايت
التوصيل الحراري	درجة حرارة الغرفة	50 واط/م·ك	34.5 BTU·إنش/ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.49 كيلوجول/كجم·ك	0.12 BTU/رطل·درجة فهرنهايت
مقاومة كهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0000175 أوم·م	0.000011 أوم·إنش
معامل التمدد الحراري	درجة حرارة الغرفة	11.0 x 10⁻⁶/ك	6.1 x 10⁻⁶/درجة فهرنهايت

تشير كثافة S235JR إلى أنه مادة ثقيلة نسبيًا، وهو أمر شائع بالنسبة للصلب الهيكلي. يظهر نطاق نقطة الانصهار أنه يمكنه تحمل درجات حرارة عالية قبل الانتقال إلى حالة سائلة. تشير التوصيل الحراري والسعة الحرارية النوعية إلى أن S235JR يمكنه تشتيت الحرارة بشكل فعال، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إدارة حرارية دقيقة.

مقاومة التآكل

العنصر المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°م/°ف)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الجو	-	-	عادلة	عرضة للصدأ بدون طلاءات واقية
الكلوريدات	-	-	ضعيفة	خطر تآكل النقاط
الأحماض	-	-	ضعيفة	غير موصى به للبيئات الحمضية
القلويات	-	-	عادلة	مقاومة متوسطة، ولكن يُوصى باتخاذ تدابير وقائية
العضويات	-	-	جيدة	مقاومة عمومًا للمذيبات العضوية

يظهر S235JR مقاومة متوسطة للتآكل، مما يجعله مناسبًا للعديد من التطبيقات لكنه يتطلب تدابير وقائية في البيئات القاسية. تجعل تعرضه للصدأ في الظروف الجوية الحاجة لاستخدام الطلاءات أو الجلفنة للتطبيقات الخارجية. مقارنة بالفولاذات السبائكية العالية مثل S355 أو الفولاذ المقاوم للصدأ، فإن مقاومة S235JR للتآكل محدودة، خاصة في البيئات الغنية بالكلوريدات حيث يمكن أن يحدث التآكل.

مقاومة الحرارة

الخاصية / الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400 °م	752 °ف	ملائمة للتطبيقات الهيكلية
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	500 °م	932 °ف	استخدام محدود عند درجات حرارة مرتفعة
درجة حرارة التقشير	600 °م	1112 °ف	خطر الأكسدة عند درجات الحرارة العالية
اعتبارات قوة الزحف	300 °م	572 °ف	قد يصبح الزحف مصدر قلق عند درجات الحرارة المرتفعة

يؤدي S235JR أداءً كافيًا عند درجات الحرارة المرتفعة، لكن خصائصه الميكانيكية قد تتدهور بشكل كبير فوق 400 °م (752 °ف). يجعل هذا القيد منه أقل ملائمة للتطبيقات التي تتضمن أحمال حرارية عالية أو تعرض مطول لدرجات حرارة مرتفعة. تتطلب مخاوف الأكسدة والتقشير عند درجات الحرارة العالية اعتبارًا دقيقًا في التصميم واختيار المواد.

خصائص التصنيع

القابلية للحام

عملية اللحام	المعدن الملائم الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلوكس الحماية النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	خلط الأرجون + CO2	جيدة للأجزاء الرقيقة
TIG	ER70S-2	الأرجون	ممتازة للحام الدقيق
SMAW	E7018	-	تناسب الأجزاء الأكثر سمكًا

يعرف S235JR بقابليته الممتازة للحام، مما يجعله خيارًا مفضلًا لمجموعة متنوعة من عمليات اللحام. عادةً ما لا يلزم تسخين مسبق، ولكن قد يكون من المفيد إجراء معالجة حرارية بعد اللحام لتخفيف الإجهاد. تشمل العيوب الشائعة المسامية والقطع، والتي يمكن تقليلها باستخدام التقنية المناسبة واختيار المعدن الملائم.

قابلية التصنيع

معامل التصنيع	S235JR	AISI 1212	ملاحظات / نصائح
مؤشر قابلية التصنيع النسبي	70%	100%	قابلية تصنيع جيدة للتطبيقات الهيكلية
سرعة القطع النموذجية (الخراطة)	80 م/دقيقة	120 م/دقيقة	يجب التعديل بناءً على أدوات العمل والإعداد

يعرض S235JR قابلية تصنيع جيدة، مما يسمح بعمليات معالجة فعالة في عمليات تصنيع متنوعة. تشمل الظروف المثلى استخدام أدوات حادة وسرعات قطع مناسبة لتقليل التآكل وتحقيق التشطيبات السطحية المطلوبة.

قابلية التشكيل

S235JR قابل للتشكيل بشكل كبير، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشكيل الساخن والبارد. يسمح محتوى الكربون المنخفض فيه بتشوه كبير دون تشقق. يمكن ثني الصلب، لفه، وتشكيله إلى أشكال متنوعة، حيث تكون أنصاف القطر الموصى بها عادة 2-3 أضعاف سمك المادة.

معالجة حرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°م/°ف)	الوقت النموذجي للنقع	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
عملية التلدين	600 - 700 °م / 1112 - 1292 °ف	1 - 2 ساعة	هواء أو ماء	تحسين المرونة وتقليل الصلابة
عملية التطبيع	850 - 900 °م / 1562 - 1652 °ف	1 - 2 ساعة	هواء	تنقيح بنية الحبوب وتعزيز القوة
عملية التبريد والتمسيح	850 - 900 °م / 1562 - 1652 °ف	1 ساعة	زيت أو ماء	زيادة الصلابة والقوة

يمكن أن تؤدي عمليات المعالجة الحرارية مثل التلدين والتطبيع إلى تغيير هيكل S235JR الميكرووي، مما يعزز خصائصه الميكانيكية. يحسن التلدين من المرونة، بينما يقوم التطبيع بتنقيح بنية الحبوب، مما يؤدي إلى تحسين القوة والمتانة.

التطبيقات والاحتياجات النهائية النموذجية

الصناعة / القطاع	مثال على تطبيق محدد	خصائص الفولاذ الأساسية المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
البناء	العوارض الهيكلية	قوة انفعالية عالية، قابلية للحام جيدة	أساسية للهياكل الحاملة للحمولات
السيارات	مكونات الهيكل	مرونة، قابلية للتصنيع	مطلوب مواد خفيفة وقوية
التصنيع	إطارات الآلات	قوة، قابلية التشكيل	الأشكال المخصصة وقوة عالية مطلوبة
بناء السفن	هياكل البدن	مقاومة للتآكل، قابلية للحام	متينة وقوية في البيئات البحرية

في البناء، غالبًا ما يُختار S235JR لتوازنه بين القوة والمرونة، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الهيكلية. في صناعة السيارات، تسمح قابليته للتصنيع والتشكيل بإنتاج أشكال معقدة مع الحفاظ على القوة.

اعتبارات مهمة ومعايير الاختيار ورؤى إضافية

ميزة / خاصية	S235JR	S355	A36	ملاحظة موجزة للميزات / العيوب أو الموازنة
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة الانفعال: 235 ميجا باسكال	قوة الانفعال: 355 ميجا باسكال	قوة الانفعال: 250 ميجا باسكال	يوفر S355 قوة أعلى ولكن بتكلفة أعلى
الجانب الرئيسي المتعلق بالتآكل	عادلة	جيدة	عادلة	يوفر S355 مقاومة أفضل للتآكل بسبب محتوى السبائك الأعلى
القابلية للحام	ممتازة	جيدة	جيدة	جميع الدرجات قابلة للحام، لكن S235JR هو الأسهل
قابلية التصنيع	جيدة	عادلة	جيدة	أكثر سهولة في التصنيع من S355
قابلية التشكيل	ممتازة	جيدة	جيدة	أكثر قابلية للتشكيل بسبب محتوى الكربون المنخفض
التكلفة التقريبية النسبية	منخفضة	متوسطة	منخفضة	فعالة من حيث التكلفة لمشاريع كبيرة
التوافر النموذجي	مرتفع	متوسط	مرتفع	متاح على نطاق واسع بأشكال متنوعة

عند اختيار S235JR، تشمل الاعتبارات فعالية التكلفة، والتوافر، والخصائص الميكانيكية المحددة المطلوبة للتطبيق. بينما يوفر S355 قوة أعلى، يبقى S235JR خيارًا شائعًا للعديد من التطبيقات الهيكلية بفضل توازنه بين الخصائص وانخفاض التكلفة. إن قابليته الممتازة للحام وقابلية التصنيع تجعله خيارًا متعدد الاستخدامات للمهندسين والمصنعين على حد سواء.

باختصار، S235JR هو فولاذ هيكلي منخفض الكربون يُستخدم على نطاق واسع يقدم مجموعة من القوة والمرونة والفعالية من حيث التكلفة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات في البناء، التصنيع، وصناعة السيارات.