صلب St 50: الخصائص والتطبيقات الرئيسية نظرة عامة

فولاذ St 50، المصنف كفولاذ هيكلي منخفض الكربون، يُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الهندسة المختلفة نظرًا لخصائصه الميكانيكية المواتية وتعدديته. يتكون هذا الدرجة المعدنية بشكل أساسي من الحديد، مع محتوى كربون يتراوح عادة بين 0.10% إلى 0.20%. يزيد محتوى الكربون المنخفض من قابليتها لللحام واللدونة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الهيكلية حيث تكون القوة والصلابة أساسية.

نظرة شاملة

يمتاز فولاذ St 50 بتوازنه الممتاز بين القوة واللدونة وقابلية اللحام. يُستخدم بشكل أساسي في البناء والتصنيع، حيث تكون السلامة الهيكلية ضرورية. يساهم محتوى الكربون المنخفض في قابليته الجيدة للتشكيل والقدرة على اللحام بسهولة، بينما تعزز عناصر السبائك، مثل المنغنيز والسيليكون، خصائصه الميكانيكية.

الخصائص الرئيسية:
- القوة: يظهر فولاذ St 50 قوة سحب وقوة عائد جيدة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الحاملة للحمل.
- اللدونة: قدرة الفولاذ على التشوه دون تكسر تسمح بعمليات تشكيل فعالة.
- قابلية اللحام: يسهل محتواه المنخفض من الكربون عملية اللحام، مما يقلل من خطر التشقق أثناء التصنيع.

المزايا:
- نسبة عالية من القوة إلى الوزن
- قابلية لحام وتشكيل ممتازة
- فعال من حيث التكلفة للتطبيقات على نطاق واسع

القيود:
- مقاومة للتآكل أقل مقارنة بالفولاذات السبيكة الأعلى
- أداء محدود في درجات الحرارة المرتفعة

تاريخيًا، كانت درجة St 50 خيارًا شائعًا في البناء الأوروبي، خاصة في تصنيع العوارض والأعمدة ومكونات هيكلية أخرى. يُنسب استخدامها الواسع إلى خصائصها الميكانيكية المواتية وفعاليتها من حيث التكلفة.

أسماء بديلة، معايير، ومعادلات

الجهة المعايير	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصل	ملاحظات/تعليقات
DIN	St 50	ألمانيا	درجة فولاذ هيكلية شائعة
EN	S235JR	أوروبا	أقرب معادل، خصائص مماثلة
ASTM	A36	الولايات المتحدة	اختلافات تركيبية طفيفة
JIS	SS400	اليابان	مقارنة، ولكن مع قوة عائد مختلفة
ISO	S235	دولي	معادل عام مع تطبيقات مماثلة

تسلط الجدول أعلاه الضوء على معايير مختلفة ودرجات معادلة لـ St 50. بينما يُعتبر S235JR غالبًا معادلًا قريبًا، قد تكون له قوة عائد وتأثير مختلفة قليلاً، مما قد يؤثر على الأداء في تطبيقات معينة.

الخصائص الرئيسية

تركيب كيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نسبة التركيب (%)
C (الكربون)	0.10 - 0.20
Mn (المنغنيز)	0.60 - 1.20
Si (السيليكون)	0.10 - 0.40
P (الفوسفور)	≤ 0.045
S (الكبريت)	≤ 0.045

تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ St 50 المنغنيز، الذي يعزز من صلابة المعدن وقوته، والسيليكون، الذي يحسن من إزالة الأكسدة أثناء تصنيع الفولاذ. يضمن محتوى الكربون المنخفض قابلية جيدة لللدونة واللحام، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الهيكلية.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/التخمير	قيمة نموذجية/نطاق (مقياس متري)	قيمة نموذجية/نطاق (مقياس إمبراطوري)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مخمّر	360 - 510 MPa	52 - 74 ksi	ASTM E8
قوة العائد (0.2% عائد)	مخمّر	235 - 355 MPa	34 - 51 ksi	ASTM E8
التمدد	مخمّر	20 - 25%	20 - 25%	ASTM E8
الصلابة (برينيل)	مخمّر	120 - 160 HB	120 - 160 HB	ASTM E10
قوة التأثير	-40°C	27 J	20 ft-lbf	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ St 50 مناسبة للعديد من التطبيقات الهيكلية، خاصة حيث تكون قوة الشد والعائد حرجة. تسمح لدونته بتحمل تشوه كبير قبل الفشل، مما يجعلها مثالية لظروف التحميل الديناميكية.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (المقياس المتري)	القيمة (المقياس الإمبراطوري)
الكثافة	-	7.85 g/cm³	0.284 lb/in³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
النقل الحراري	20°C	50 W/m·K	34.5 BTU·in/h·ft²·°F
السعة الحرارية النوعية	-	0.49 kJ/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
معامل التمدد الحراري	20 - 100 °C	11.5 x 10⁻⁶ /°C	6.4 x 10⁻⁶ /°F

تشير الكثافة ونقطة الانصهار لفولاذ St 50 إلى ملاءمته للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، بينما تشير نقله الحراري وسعته الحرارية النوعية إلى قدرة فعالة على تبديد الحرارة في المكونات الهيكلية.

مقاومة التآكل

العميل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C)	تقييم المقاومة	ملاحظات
الجو	-	-	مقبول	عرضة للصدأ
الكلوريدات	-	20 - 60	ضعيف	خطر تآكل النقر
الأحماض	-	20 - 60	غير موصى به	قابلية عالية
القلويات	-	20 - 60	مقبول	مقاومة معتدلة

يعرض فولاذ St 50 مقاومة مقبولة للتآكل الجوي ولكنه عرضة للنقر في بيئات الكلوريد وله أداء ضعيف في الظروف الحمضية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، مثل AISI 304، الذي يقدم مقاومة ممتازة للتآكل، فإن St 50 أقل ملاءمة للتطبيقات المعرضة للبيئات القاسية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	300 °C	572 °F	مقاومة أكسدة محدودة
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	400 °C	752 °F	خطر التقشير فوق هذه الدرجة
تبدأ الاعتبارات المتعلقة بقوة الزحف حوالي	200 °C	392 °F	من المتوقع تدهور الأداء

يحافظ فولاذ St 50 على خصائصه الميكانيكية حتى حوالي 300 °C، وعندما تتجاوز هذه الدرجة، يمكن أن يحدث الأكسدة والتقشير. هذا يحد من استخدامه في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، حيث قد تُفضل مواد أخرى.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملئ الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فوس شيلد نموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون + CO2	جيد للأقسام الرفيعة
TIG	ER70S-2	أرجون	لحام نظيف، تشوه منخفض
SMAW	E7018	-	مناسب للحام في الميدان

فولاذ St 50 قابل للحام بشكل كبير، مع عمليات متنوعة مناسبة للانضمام. قد يتطلب التسخين المسبق للأجزاء الأكثر سمكًا لتجنب التشقق. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية بعد اللحام الخصائص الميكانيكية للحام.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	[فولاذ St 50]	[AISI 1212]	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	70%	100%	جيد للتشغيل العام
سرعة القطع النموذجية (تدوير)	40 m/min	60 m/min	تعديل حسب تآكل الأداة

يمتلك فولاذ St 50 قابلية تشغيل معتدلة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من عمليات التشغيل. يمكن أن يعزز استخدام أدوات حادة وسرعات قطع مناسبة الأداء.

قابلية التشكيل

يعرض فولاذ St 50 قابلية تشكيل ممتازة، مما يسمح بعمليات التشكيل الباردة والساخنة. يسهل محتواه المنخفض من الكربون الانحناء والتشكيل دون خطر كبير من التشقق. عادة ما يكون الحد الأدنى من نصف قطر الانحناء الموصى به 1.5 مرة من سمك المادة.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C)	الوقت النموذجي للنقع	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
التخمير	600 - 700	1 - 2 ساعة	هواء	تنعيم، وزيادة اللدونة
التطبيع	850 - 900	1 - 2 ساعة	هواء	هيكل حبيبي مصقول
التبريد السريع	800 - 850	30 دقيقة	ماء/زيت	زيادة الصلابة

يمكن أن تؤدي عمليات المعالجة الحرارية مثل التخمير والتطبيع إلى تغيير كبير في التركيب المجهري لفولاذ St 50، مما يعزز خصائصه الميكانيكية. يحسن التخمير من اللدونة، بينما يكرُب التطبيع الهيكل الحبيبي، مما يؤدي إلى زيادة القوة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال محدد على التطبيق	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
البناء	البراغي الهيكلية	قوة شد عالية، قابلية لحام	فعالة من حيث التكلفة، قوية
السيارات	مكونات الهيكل	لدونة، قابلية تشكيل	خفيفة الوزن، قوية
الآلات	الإطارات والدعائم	نسبة جيدة من القوة إلى الوزن	السلامة الهيكلية

تشمل التطبيقات الأخرى:
- الجسور والعبارات
- المعدات الصناعية
- الآلات الزراعية

يُختار فولاذ St 50 لهذه التطبيقات بسبب خصائصه الميكانيكية المواتية، التي توفر القوة والمتانة المطلوبة مع البقاء فعالًا من حيث التكلفة.

ملاحظات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ St 50	S235JR	A36	ملاحظة مختصرة حول المزايا/العيوب أو المقايضة
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	جيدة	مماثلة	مماثلة	قوة قابلة للمقارنة
الجوانب الأساسية للتآكل	مقبولة	مقبولة	ضعيفة	لـ St 50 أداء أفضل
قابلية اللحام	ممتازة	ممتازة	جيدة	الجميع مناسبون للحام
قابلية التشغيل	معتدلة	معتدلة	جيدة	A36 أسهل في التشغيل
قابلية التشكيل	ممتازة	ممتازة	جيدة	الجميع مناسبون للتشكيل
التكاليف النسبية المقدرة	معتدلة	معتدلة	منخفضة	A36 عمومًا أرخص
التوفر النموذجي	جيدة	جيدة	ممتازة	A36 متاحة على نطاق واسع

عند اختيار فولاذ St 50، تشمل الاعتبارات الفعالية من حيث التكلفة والتوفر ومتطلبات التطبيق المحددة. تجعل توازن خصائصه منه مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات الهيكلية، على الرغم من أن البدائل قد تُفضل في البيئات التي تتطلب مقاومة أعلى للتآكل أو خصائص ميكانيكية معينة.

باختصار، يعد فولاذ St 50 مادة فولاذية هيكلية متعددة الاستخدامات ومستخدمة على نطاق واسع، حيث يوفر توازنًا جيدًا بين القوة واللدونة وقابلية اللحام. تشمل تطبيقاته مجموعة متنوعة من الصناعات، مما يجعله خيارًا موثوقًا للمهندسين والمصنعين على حد سواء.