×
عند اختيار ألواح الفولاذ الكربوني، فإن الخطوة الأولى هي مطابقة قدرة المادة على الأداء مع احتياجات العمل الفعلية. بالنسبة للأعمال الإنشائية الكبيرة مثل بناء الجسور، يفضل معظم المهندسين استخدام فولاذ ASTM A36 لما يتمتع به من قوة خضوع لا تقل عن 250 ميجا باسكال، كما أنه يتميز بلحام ممتاز. أما أوعية الضغط، فلها وضع مختلف، إذ تحتاج إلى مادة أكثر صلابة، لذا تُحدد درجات A516 عادةً لأن هذه المواد تتحمل درجات حرارة تتراوح من -29 درجة مئوية إلى 343 درجة مئوية دون أن تنهار. أما بالنسبة للتطبيقات البحرية حيث تهاجم المياه المالحة الأسطح المعدنية باستمرار، فإن الفولاذ الحامل للنحاس مثل ASTM A588 هو الخيار الأمثل. فهذه السبائك الخاصة تقاوم التآكل بشكل أفضل بكثير من الفولاذ العادي، مما يعني أن المعدات تدوم لفترة أطول بكثير في تلك الظروف القاسية، ربما بنسبة تتراوح بين 25 و40 في المائة أطول وفقًا للاختبارات الميدانية التي أجريت على مدى عدة سنوات.
هناك ثلاث خصائص ميكانيكية تحكم اختيار المواد:
يمكن للعوامل البيئية مثل التعرض للأشعة فوق البنفسجية والاتصال بالمواد الكيميائية أن تتسبب في تدهور الفولاذ الكربوني غير المحمي بمعدل يتراوح بين 0.5 إلى 1.2 ملم/سنة، مما يؤكد الحاجة إلى المعالجات الوقائية في التركيبات طويلة الأمد.
يُعدّ فولاذ ASTM A36 أرخص بالتأكيد من فولاذ A572 عالي القوة، بل ربما أرخص بنسبة 15 إلى 20%. ولكن عند النظر إليه من منظور آخر، نجد أن فولاذ A572 يتمتع بضعف مقاومة الخضوع مقارنةً بفولاذ A36 العادي. هذا يعني أن المهندسين يمكنهم استخدام مواد أرق دون المساس بسلامة الهيكل، مما يوفر الوزن وتكاليف المواد على المدى الطويل. كما أن النظر إلى تكاليف الصيانة على مر الزمن يُظهر نتائج مختلفة. تشير الدراسات إلى أن استخدام أنواع فولاذ مقاومة للتآكل أو استخدام طلاءات واقية مناسبة يُقلل تكاليف الاستبدال بنسبة 60% تقريبًا بعد حوالي خمسة عشر عامًا. بالنسبة للهياكل المُصممة لعقود من الزمن، يُعدّ هذا منطقيًا من الناحية المالية، على الرغم من أن الاستثمار الأولي يبدو أعلى للوهلة الأولى.
عند الحديث عن صفائح الفولاذ الكربوني، تُشير قوة الشد إلى مقدار الإجهاد الذي تتحمله المادة قبل أن تتفكك تمامًا. تُعد قوة الخضوع مقياسًا مهمًا آخر يُظهر متى يبدأ المعدن بالتشوه الدائم تحت الضغط. ثم هناك الاستطالة، التي تقيس المدة التي تبقى فيها المادة قبل أن تنهار، معبرًا عنها كنسبة مئوية. هذا يُعطينا فكرة عن مدى ليونة أو مرونة الفولاذ. لنأخذ ASTM A36 على سبيل المثال. تتراوح قوة الشد لهذه الدرجة تحديدًا بين حوالي 36 ksi و80 ksi. تجعل هذه الخصائص ASTM A36 خيارًا جيدًا للهياكل التي تحتاج إلى تحمل أحمال ثقيلة مثل مكونات الجسور والهياكل الهيكلية في المباني التي تتطلب كلًا من القوة ودرجة معينة من المرونة.
يؤثر محتوى الكربون بشكل مباشر على الصلابة ومقاومة الصدمات:
| محتوى الكربون | صلابة (روكويل ب) | مقاومة الصدمات | تطبيقات نموذجية |
|---|---|---|---|
| منخفض (0.05–0.25%) | 50–70 ساعة | 80–100 جول | البناء العام وقواعد الآلات |
| متوسط (0.30–0.60%) | 75–100 ساعة | معتدلة | الآلات الصناعية والجسور |
| مرتفع (0.61–1.50%) | 92+ ساعة | قوة أعلى، صلابة أقل | الأدوات والينابيع |
تستفيد الفولاذات متوسطة الكربون مثل ASTM A572 من المعالجة الحرارية لتحقيق التوازن بين الصلابة ومقاومة الكسر، وخاصة في البيئات الباردة.
وفقًا لبحث حديث أجرته شركة ASM International عام ٢٠٢٢، يمكن لبعض أنواع الفولاذ المُعالج حراريًا تحمّل أكثر من مليون دورة تحميل بنصف طاقتها القصوى. تعتمد هذه المتانة بشكل كبير على عوامل مثل حالة السطح، حيث تؤثر التشطيبات السطحية المُشَكَّلة مقارنةً بالتشطيبات المُدرفلة على أداء التعب الكلي بشكل كبير بسبب نقاط تركيز الإجهاد الناتجة عن الزوايا الحادة أو انقطاعات السطح. يُطيل التحكم الفعال في التآكل من عمر هذه المواد، مما يجعل الطلاءات الواقية ضرورية للتركيبات طويلة الأمد في البيئات القاسية.
زيادة محتوى الكربون (0.30-0.60%) تُعزز المتانة، لكنها تُقلل من قابلية اللحام. تُساعد المعالجات الحرارية المناسبة، مثل التسخين المسبق إلى 150-200 درجة مئوية، على تجنب مشاكل التشقق الناتجة عن الهيدروجين. بالنسبة لمادة ASTM A516 Grade 70 بسمك 25 مم، من الضروري تطبيق إجراءات التسخين المسبق عند حوالي 95 درجة مئوية، إلى جانب إجراءات التسخين بعد اللحام، لتحقيق أفضل النتائج خلال مهام التصنيع المعقدة.
عادةً ما تبلغ مقاومة الخضوع الدنيا لهذا الفولاذ حوالي 36 كيلوباسكال، بينما تتراوح مقاومة الشد لديه بين 58 و80 كيلوباسكال. وباعتباره فولاذًا إنشائيًا منخفض الكربون واسع الاستخدام، يتميز ASTM A36 بخصائص ميكانيكية متوازنة، مثالية لتطبيقات الإنشاءات العامة، مثل هياكل المباني أو مكونات الجسور. كما أن قدرته على الحفاظ على ليونته تحت الضغط تجعله متعدد الاستخدامات بما يكفي لمختلف المهام الهندسية التي تُعد فيها القوة والمرونة من خصائص الأداء الأساسية.
على الرغم من أنها مناسبة لمشاريع البناء العامة، فإن ASTM A36 أقل ملاءمة من A572 الدرجة 50 في السيناريوهات حيث تكون هناك حاجة إلى قوة إضافية دون التضحية بالمرونة - على سبيل المثال، عوارض الجسور الطويلة التي تتطلب نسبة قوة إلى وزن تبلغ 1.5:1 أو أنظمة مدرجات الرافعات المرنة المعرضة لقوى تطبيق الأحمال الديناميكية المتكررة.
يوفر الفولاذ الكربوني ASTM A516 صلابة ممتازة حتى نطاقات درجات الحرارة تحت الصفر مما يجعله قيماً بشكل خاص عند التعامل مع المواد الهشة المعرضة للكسر الشائعة في خزانات تخزين الغاز البترولي السائل (LPG) بالإضافة إلى التسامح مع درجات الحرارة العالية على المدى القصير حول حوالي ثمانمائة درجة فهرنهايت، وهو أمر حيوي عند تصنيع المنتجات المصممة خصيصًا لتحمل الظروف الباردة أو الساخنة للغاية.
| الدرجة | محتوى الكربون (%) | محتوى المنغنيز (%) | الحد الأقصى لمحتوى الفوسفور (%) |
|---|---|---|---|
| أيه إس تي إم أيه 36 | 0.26 | 0.60–0.90 | 0.040 |
| Astm a572 | 0.23 | 1.15–1.65 | 0.035 |
| Astm a516 | 0.24–0.3 | 0.85–1.20 | 0.035 أو أقل |
تُعدّ المواد منخفضة الكربون مُلائمة بشكل خاص لعمليات التشغيل الآلي التي تتطلب جهدًا أقل من نظيراتها عالية الجودة. وبناءً على ذلك، تُحقق المطاحن التي تُعالج A36 وفورات بنسبة 15% تقريبًا في متطلبات تشغيل أدوات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) مقارنةً بتلك المُستخدمة في تطوير منتجات مُدعّمة بالمنجنيز، مثل تلك المُستخدمة في السبائك المُتقدمة (AISI).
وتشمل العوامل الرئيسية مطابقة خصائص المواد لمتطلبات المشروع، وتقييم الخصائص الميكانيكية مثل قوة الشد، وصلابة التأثير، ومقاومة التآكل، وموازنة الفعالية من حيث التكلفة مع الأداء على المدى الطويل.
يستخدم الفولاذ ASTM A36 بشكل أساسي في البناء والتصنيع لتوازنه بين القوة والمرونة، مما يجعله مناسبًا لمكونات الجسور والهياكل الهيكلية وأساسات الآلات الثقيلة.
يزيد محتوى الكربون العالي من الصلابة والقوة، ولكنه يقلل من قابلية اللحام. غالبًا ما تُعالَج الفولاذ متوسط الكربون، مثل ASTM A572، بالحرارة لموازنة صلابته ومقاومة الكسر.
يتم استخدام ASTM A516 في أوعية الضغط بسبب متانته الفائقة حتى درجات الحرارة تحت الصفر وقدرته على منع انتشار الشقوق، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الحرجة مثل خزانات تخزين غاز البترول المسال.
أخبار ساخنة
EN
