1. مقدمة
ASTM A36 هي المواصفات القياسية للفولاذ الهيكلي منخفض الكربون المستخدم على نطاق واسع للألواح, الأشكال, القضبان والمكونات الملحومة في البناء والتطبيقات الهيكلية العامة.
يتم تقديره لأنه يمكن التنبؤ به, الخواص الميكانيكية اللدنة, قابلية لحام ممتازة وتوافر واسع النطاق في العديد من أشكال المنتجات.
A36 الصلب الكربوني ليست سبيكة عالية القوة - جاذبيتها تكمن في الاقتصاد, صلابة قوية في درجات الحرارة المحيطة, وسهولة التصنيع.
يجب على المصممين أن يأخذوا في الاعتبار قوة الإنتاج المتواضعة نسبيًا, سلوك التآكل الأساسي (سوف يصدأ الفولاذ الطري غير المحمي) والصلابة المحدودة عند تحديد ما إذا كانت A36 هي المادة المناسبة لمكون أو هيكل.
2. ما هو ASTM A36 الكربون الصلب?
ASTM A36 هي المواصفات الأكثر شيوعًا للكربون المنخفض, درجة الفولاذ الهيكلي المستخدمة في البناء والتصنيع العام.
وهو المدرفلة على الساخن, الفولاذ الطري مصمم لتوفير ما يمكن التنبؤ به, السلوك الميكانيكي اللدن, سهولة اللحام وتوافرها على نطاق واسع في اللوحات, الأشكال, القضبان ومنتجات المطاحن الأخرى المستخدمة في بناء الإطارات, الجسور, قواعد الآلات والتصنيع الهيكلي العام.
لماذا يهم الاسم
يأتي التصنيف "A36" من مواصفات ASTM التي يتم بموجبها توحيد المادة (أستم A36/A36M).
يشير الرقم "36" إلى الحد الأدنى لقوة الخضوع الاسمية بـ ksi (36 كسي ≈ 250 MPA) أن المادة يجب أن تستوفي حالتها المدرفلة.
هذا المقياس الفردي هو أحد الأسباب التي تجعل A36 يُعامل غالبًا على أنه الفولاذ الهيكلي الافتراضي في العديد من المناطق والصناعات.
أشكال المنتجات المشتركة:
- ألواح مدرفلة على الساخن (سمك من بضعة ملليمترات إلى 150+ مم)
- الأشكال الهيكلية (أنا, ح, ج, أقسام يو), الزوايا والقنوات
- الحانات: دائري, مربعة ومسطحة (لتصنيع وتزوير الفراغات)
- لفائف وصفائح ملفوفة (نطاق سمك محدود)
3. التركيب الكيميائي للصلب الكربوني ASTM A36
| عنصر | النطاق النموذجي (بالوزن ٪) - إرشادية |
| الكربون (ج) | ≥ ~0.25–0.29 (محتوى الكربون المنخفض) |
| المنغنيز (MN) | ~0.60-1.20 |
| الفسفور (ص) | ≤ 0.04 (الأعلى) |
| الكبريت (ق) | ≤ 0.05 (الأعلى) |
| السيليكون (و) | ≤ 0.40 - 0.50 (يتعقب) |
| نحاس, في, كر, شهر | مستويات جزء في المليون المتبقية أو المنخفضة |
4. الخواص الميكانيكية للفولاذ الكربوني ASTM A36
القيم المعروضة هي ممثل المدرفلة على الساخن, المدرفلة ASTM A36. الخصائص الفعلية تعتمد على سمك القسم, ممارسة المتداول والكيمياء الحرارية.
| ملكية | عادي / الحد الأدنى للقيمة | ملحوظات |
| الحد الأدنى من قوة الخضوع (RP0.2) | 36 KSI (≈ 250 MPA) | أساس تسمية A36; استخدم كحد أدنى من العائد للتصميم الهيكلي الأولي ما لم يُظهر استعراض منتصف المدة قيمة أعلى. |
| قوة الشد (RM) | 58 - 80 KSI (≈ 400 - 550 MPA) | يختلف النطاق باختلاف شكل المنتج وسمكه; تأكيد القيمة الدقيقة على MTR. |
| استطالة | ≥ 20% (في 2 في / 50 طول المقياس) | يشير إلى ليونة جيدة; الاستطالة تتناقص مع زيادة سمك. |
| معامل المرونة (ه) | ≈ 200 GPA (29,000 KSI) | القيمة الفولاذية الهيكلية القياسية المستخدمة في حسابات الصلابة والانحراف. |
معامل القص (ز) |
≈ 79 GPA (11,500 KSI) | تستخدم لحسابات الالتواء وتشوه القص. |
| نسبة بواسون (ن) | ≈ 0.28 | القيمة النموذجية للفولاذ الهيكلي منخفض الكربون. |
| صلابة برينل (HBW) | ~120 – 160 HBW | النطاق الإرشادي للحالة المدرفلة; يرتبط بقوة الشد. |
| صلابة تأثير شاربي | غير محدد بواسطة ASTM A36 | قوة التأثير ليست إلزامية; حدد اختبار CVN في حالة توقع خدمة درجات الحرارة المنخفضة أو حالات الكسر الحرجة. |
5. بدني & الخواص الحرارية للفولاذ الكربوني ASTM A36
الأرقام المقدمة تمثيلية عادي القيم عند درجة حرارة الغرفة أو بالقرب منها ما لم يُذكر خلاف ذلك — القيم الفعلية تعتمد على الكيمياء, تاريخ المتداول/التجانس ودرجة الحرارة.
| ملكية | قيمة نموذجية (ممثل) | ملاحظة عملية |
| كثافة | ≈ 7.85 G · cm⁻⁻ (7850 كجم·م⁻³) | استخدم للكتلة, حسابات القصور الذاتي والوزن الهيكلي. |
| الموصلية الحرارية, ك | ≈ 50–60 وات·م⁻¹·ك⁻¹ (≈54 W·m⁻¹·K⁻¹ مقتبس بشكل شائع عند 20-25 درجة مئوية) | الموصلية تنخفض مع ارتفاع درجة الحرارة; مهم لتدفق الحرارة, تصميم التبريد والإخماد. |
| سعة حرارية محددة, cp | ≈ 460–500 جول·كجم⁻¹·ك⁻¹ (يستخدم ≈ 470 J·kg⁻¹·K⁻¹ كقيمة عملية عند 20-25 درجة مئوية) | cp يزداد مع درجة الحرارة; ينظم الطاقة اللازمة لتسخين/تبريد الأقسام. |
| الانتشار الحراري, α = ك/(ρ·CP) | ≈ 1.4–1.6 × 10⁻⁵ م²·ث⁻¹ (باستخدام ك = 54, ρ = 7850, حزب المحافظين = 470 → α ≈ 1.46×10⁻⁵) | يتحكم في مدى سرعة تغيرات درجة الحرارة في اختراق المادة (الاستجابة الحرارية العابرة). |
| معامل التمدد الحراري الخطي, ألفا | ≈ 11.7–12.5 × 10⁻⁶ ك⁻¹ (عادي: 12×10⁻⁶ ك⁻¹) | يستخدم لحسابات النمو الحراري والتخليص المشترك. |
نطاق ذوبان (تقريبا.) |
سوليدوس ≈ 1425 درجة مئوية; السائل ≈ 1540 درجة مئوية | تختلف نطاقات الذوبان/الصلابة قليلاً باختلاف التركيب. لا يستخدم للتصميم الهيكلي العادي. |
| الابتعاثية (تعتمد على السطح) | 0.1 - 0.95 (الصلب المؤكسد النموذجي ≈ 0.7-0.9; طلاء مشرق ≈ 0.05-0.2) | تستخدم لنماذج نقل الحرارة الإشعاعية; اختر دائمًا انبعاثًا يتوافق مع تشطيب السطح وحالة الأكسدة. |
| المقاومة الكهربائية (صلب) | ≈ 0.10 - 0.20 μΩ · م (≈ 1.0–2.0 ×10⁻⁷ أوم·م) | يختلف مع الكيمياء ودرجة الحرارة; يؤثر على التدفئة الكهربائية وفقدان التيار الدوامي. |
| السلوك المغناطيسي | المغناطيسية تحت نقطة كوري (~770 درجة مئوية للحديد) | تؤثر الخصائص المغناطيسية على NDT (MPI) وسلوك التدفئة التعريفي. |
6. سلوك التصنيع: تشكيل, الآلات والعمل البارد
تشكيل (بارد & حار):
- يتم تشكيل المنتجات المدرفلة على الساخن A36 بشكل جيد عن طريق الانحناء, رسم متداول وبسيط.
- تشكيل بارد (الانحناء, ختم) إنه عملي ضمن حدود التصميم - تأكد من أن نصف قطر الانحناء وحدود التخفيض تتوافق مع سمك المادة وطبيعتها لتجنب التشقق.
يوصى باستخدام الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء النموذجي في تشكيل الجداول ويعتمد على السمك وحالة المطحنة.
الآلات:
- آلات A36 بسهولة باستخدام أدوات الكربون والكربيد التقليدية. قابلية التصنيع قابلة للمقارنة بالفولاذ الطري الآخر; تنطبق السرعات والأعلاف القياسية.
أحمال رقاقة ثقيلة, يمكن أن تؤدي التخفيضات العميقة المتقطعة وضعف سائل التبريد إلى تصلب الأسطح وتقليل عمر الأداة.
آثار العمل البارد:
- يؤدي الثني أو السحب على البارد إلى زيادة الإنتاج محليًا عن طريق تصلب الانفعال; من الممكن التلدين اللاحق لتخفيف الضغط إذا كان لا بد من استعادة الليونة.
7. اللحام والانضمام
قابلية اللحام: ممتاز. المحتوى المنخفض من الكربون والسبائك المحدودة تجعل A36 قابلاً للحام بسهولة مع جميع تقنيات الاندماج والحالة الصلبة الشائعة (SMAW, GTAW, GMAW/ميج, فكاو).
اختيار حشو المعادن:
- المواد الاستهلاكية المشتركة: قضبان/أسلاك حشو من الفولاذ الطري (على سبيل المثال, سلسلة ER70S لـ GMAW, E7018 أو E7016 لـ SMAW) مطابقة للقوة والليونة.
اختر المواد الاستهلاكية التي توفر اللدنة, معدن لحام مقاوم للكسر.
التسخين المسبق والتداخل:
- لسماكة اللوحة النموذجية (<25 مم) والبيئات الحميدة, لا سخن مطلوب عادة. لأقسام أكثر سمكا, المفاصل المقيدة, أو الظروف المحيطة الباردة, تسخين متواضع (على سبيل المثال, 50-150 درجة فهرنهايت / 10-65 درجة مئوية) يقلل من خطر تكسير الهيدروجين والضغوط المتبقية.
تعد أدوات التحكم في درجة الحرارة البينية ضرورية لعمليات اللحام متعددة التمريرات.
معالجة حرارة ما بعد الدفعة (PWHT):
- غير مطلوب لمعظم التجميعات الملحومة A36. يمكن استخدام PWHT لتقليل الإجهاد المتبقي أو عندما يتطلب تأهيل إجراء اللحام ذلك (الضغط أو التعب المكونات الحرجة), لكن A36 يفتقر إلى الصلابة;
يتضمن PWHT عمومًا التلدين لتخفيف الضغط (على سبيل المثال, ~600-650 درجة مئوية) بدلا من تصلب.
8. المعالجة الحرارية: القدرات والحدود لـ A36
ASTM A36 ليست سبيكة قابلة للمعالجة بالحرارة بمعنى الإخماد & تصلب المزاج (انخفاض الكربون ونقص السبائك يعيق التحول المارتنسيتي).
العلاجات الحرارية النموذجية:
- الصلب / التطبيع: من الممكن تحسين الحبوب واستعادة الليونة بعد العمل البارد الثقيل أو اللحام. درجات حرارة التلدين عادة ~ 700-900 درجة مئوية حسب السُمك والتأثير المطلوب.
- يصلب تخفيف التوتر: درجة حرارة منخفضة (~ 550-650 درجة مئوية) لتقليل ضغوط اللحام المتبقية.
- إخماد & حِدّة: ليست فعالة لزيادة القوة بشكل كبير بسبب انخفاض الكربون / قابلية التصلب; يؤدي التبريد إلى تصلب محدود وتشويه كبير.
الآثار المترتبة على التصميم: لا تعتمد على المعالجة الحرارية لزيادة قوة الخضوع; اختر فولاذًا عالي القوة إذا كانت هناك حاجة إلى ضغوط أكبر مسموح بها.
9. سلوك التآكل واستراتيجيات حماية السطح
التآكل الداخلي: A36 عبارة عن فولاذ كربوني غير مخلوط وسوف يتآكل (تشكيل أكسيد الحديد) عندما تتعرض للرطوبة والأكسجين. معدل يعتمد على البيئة (رطوبة, أملاح, الملوثات).
استراتيجيات الحماية:
- أنظمة الطلاء: التمهيدي + المعاطف (الايبوكسي, البولي يوريثان) اقتصادية لحماية الغلاف الجوي.
إعداد السطح (انفجار جلخ إلى Sa 2½, إس إس بي سي SP10) يحسن الالتصاق وطول العمر. - الجلفنة: الجلفنة بالغمس الساخن (HDG) يعطي الحماية التضحية; تستخدم عادة للأعضاء الهيكلية الخارجية, السحابات والمكونات المعرضة للطقس.
- الحماية الكاثودية: تستخدم للهياكل المغمورة أو المدفونة (الطلاء + الأنودات القربانية).
- بدلات التآكل: تحديد بدلات السُمك وجداول الفحص في البيئات العدوانية.
صيانة: يعد الفحص الدوري والتهذيب أمرًا بالغ الأهمية لعمر الخدمة الطويل - حيث يسمح فشل الطلاء بالتآكل الموضعي والتنقر.
10. التطبيقات النموذجية للصلب ASTM A36
A36 هو الخيار الافتراضي حيث الاقتصاد, التوافر وبساطة التصنيع هي الأولويات. وتشمل التطبيقات النموذجية:
- هياكل البناء: عوارض, الأعمدة, لوحات واستعداد
- الجسور (مكونات غير عالية القوة), الممرات, المنصات
- تصنيع عام: إطارات, يدعم, مقطورات
- قواعد الآلات, العلب, مكونات غير الضغط
- التركيبات والتجمعات الملحومة حيث تكون الليونة وقابلية اللحام ضرورية
11. المزايا & حدود ASTM A36 الكربون الصلب
المزايا الأساسية
- فعالية التكلفة: أقل تكلفة بين الفولاذ الإنشائي (30-40% أرخص من الفولاذ HSLA مثل A572 Gr.50, 70-80% أرخص من الفولاذ المقاوم للصدأ 304).
- قابلية اللحام متفوقة: يزيل التسخين المسبق للأقسام الرقيقة, تقليل وقت التصنيع والتكلفة.
- قابلية معالجة ممتازة: سهل التشكيل, آلة, وتزوير, مناسبة لكل من المكونات البسيطة والمعقدة.
- توافر واسع النطاق: سلسلة التوريد العالمية, مع أشكال المنتجات المتنوعة (لوحات, الحانات, الأشكال, المطروق) والأحجام.
- قوة متوازنة: يلبي معظم المتطلبات الهيكلية (أحمال ثابتة, الأحمال الديناميكية المنخفضة) دون الإفراط في الهندسة.
القيود الرئيسية
- مقاومة ضعيفة للتآكل: يتطلب حماية السطح للبيئات الخارجية أو المسببة للتآكل; غير مناسب للتطبيقات البحرية/الكيميائية بدون طلاء.
- محدودية صلابة درجات الحرارة المنخفضة: A36 غير المعدل هش أقل من 0 درجة مئوية, لا ينصح به للتطبيقات المبردة (على سبيل المثال, هياكل القطب الشمالي).
- غير قابلة للعلاج: لا يمكن تقويتها بشكل كبير عن طريق المعالجة الحرارية (قوة الشد القصوى ~ 550 ميجا باسكال); غير كافية للمكونات عالية الضغط.
- انخفاض مقاومة التعب: ليست مثالية للأحمال الديناميكية عالية الدورة (على سبيل المثال, أجزاء محرك السيارات) - استخدم HSLA أو سبائك الفولاذ بدلاً من ذلك.
12. الامتثال للمعايير & المعادل الدولي
ASTM A36 معترف به عالميًا, مع معايير مماثلة في المناطق الصناعية الكبرى, ضمان التوافق عبر الحدود:
| منطقة | المعيار المعادل | تعيين الصف | الاختلافات الرئيسية |
| أوروبا | في 10025-2:2004 | S235JR | انخفاض قوة العائد (235 MPA مقابل. 250 MPa لـ A36 ≥19 ملم); ليونة مماثلة وقابلية اللحام. |
| الصين | GB/T. 700-2006 | Q235B | قوة العائد 235 MPA; حدود الفوسفور/الكبريت أكثر صرامة (.0.045% مقابل. A36 0.040% ص, 0.050% ق). |
| اليابان | سعادة G3101:2015 | SS400 | لا توجد قوة الخضوع المحددة (الشد 400-510 MPA); يعادل للتطبيقات الهيكلية. |
| الهند | يكون 2062:2011 | E250A | قوة العائد 250 MPA; متوافق مع A36 في البناء والآلات. |
13. التحليل المقارن - A36 مقابل. الفولاذ الهيكلي عالي القوة
| وجه | A36 (خط الأساس) | A572 غرام 50 (HSLA) | A992 (الأشكال الهيكلية) | أ514 (س&لوحة T عالية القوة) |
| الطبقة المعدنية | الفولاذ الطري منخفض الكربون (المدرفلة على الساخن) | قوة عالية, سبائك منخفضة (HSLA) | HSLA الهيكلية مع الكيمياء الخاضعة للرقابة للأشكال | مغوّل & خفف, لوحة سبائك عالية القوة |
| الحد الأدنى النموذجي للعائد | 36 KSI (≈250 ميجا باسكال) | 50 KSI (≈345 ميجا باسكال) | 50 KSI (≈345 ميجا باسكال) | 100 KSI (≈690 ميجا باسكال) |
| نطاق الشد النموذجي | 58-80 KSI (≈400-550 ميجا باسكال) | 60-80 KSI (≈415-550 ميجا باسكال) | 60-80 KSI (≈415-550 ميجا باسكال) | ~110-140 كيلو لكل بوصة مربعة (≈760–965 ميجا باسكال) (يختلف حسب الصف) |
| استطالة | ≥ ~ 20% (يعتمد على سمك) | ~18-22% (يعتمد القسم) | ~18-22% | أقل — غالبًا ~10-18% (القسم ويعتمد على الحرارة) |
| قابلية اللحام (محل) | ممتاز; المواد الاستهلاكية المشتركة | جيد جدًا; ممارسة مماثلة لA36 | جيد جدًا; المخصصة لبناء الأعمدة / الحزم | أكثر تطلبا - يجب التحكم في اللحام; غالبًا ما يكون التسخين المسبق/التداخل وWPS المؤهل مطلوبًا |
القدرة على المعالجة الحرارية |
لا يمكن علاجه بالحرارة من أجل القوة | غير مخصص للإرواء/المزاج; معززة بالكيمياء/المعالجة الميكانيكية الحرارية | غير قابلة للعلاج بالحرارة لتقويتها | معالج بالحرارة (س&ر) - القوة التي يتم الحصول عليها عن طريق الإخماد & حِدّة |
| صلابة / سلوك درجات الحرارة المنخفضة | جيد للخدمة العامة; حدد CVN إذا لزم الأمر | تحسين المتانة على A36 (اعتمادا على المواصفات) | جيد - كيمياء محددة للأقسام الهيكلية وصلابة يمكن التحكم فيها | يمكن أن يكون لها صلابة جيدة إذا تم تحديدها, ولكن يتطلب السيطرة; خطر السلوك الهش إذا لم يتم توفيره / علاجه بشكل صحيح |
| قابلية التشكيل & العمل البارد | خصائص تشكيل جيدة | جيد, لكن سبرينغباك أكبر; أقل ليونة من A36 | جيد للتشكيل الإجمالي للأشكال | محدودة - قابلية التشكيل ضعيفة مقارنة بـ A36/A572; لا يُنصح بالتشكيل البارد للاستخدام الكامل القوة |
يتراوح سمك اللوحة / الشكل القابل للاستخدام |
واسع, مخزون المطحنة القياسية | واسع; متوفرة عادة في لوحة والأشكال | الأشكال والعوارض ذات الحواف العريضة في المقام الأول | لوحة ثقيلة عادة (أقسام أكثر سمكا) للمكونات عالية الضغط |
| التطبيقات النموذجية | الإطارات الهيكلية العامة, قوسين, الأعضاء غير الناقدين | الجسور, أعضاء البناء, الأقسام الهيكلية حيث يؤدي الضغط العالي المسموح به إلى تقليل الوزن | الحزم/الأعمدة ذات الحواف العريضة في المباني - معيار الصناعة للأشكال الهيكلية | إطارات آلة عالية القوة, معدات الحفر, أعضاء هيكلية شديدة الضغط |
| تكلفة المواد النسبية | قليل (الأكثر اقتصادا) | معتدل | معتدل (على غرار A572) | عالي (قسط للقوة العالية و Q&معالجة تي) |
| مقايضات التصميم | تكلفة منخفضة, تصنيع بسيط ولكن أقسام أثقل | توفير الوزن, ارتفاع الضغط المسموح به, تحكم إضافي متواضع في التصنيع | الأمثل لبناء الأعمال الفولاذية (التسامح القسم, هندسة شفة) | من الممكن تقليل الوزن بشكل كبير ولكنه يتطلب اللحام/التصنيع الدقيق وتجربة الاقتراب من الموت |
14. دورة الحياة, الصيانة وإعادة التدوير
خدمة الحياة: مع أنظمة الطلاء القياسية والصيانة, عادة ما تستمر المكونات الهيكلية A36 لعقود من الزمن في الأجواء المعتدلة. تتطلب البيئات المسببة للتآكل أو البحرية صيانة أو جلفنة أعلى.
بصلح & صيانة: إصلاح اللحام بسيط ومباشر. التفتيش الهيكلي, تعمل مراقبة التآكل وإعادة الطلاء في الوقت المناسب على إطالة عمر الخدمة.
Recyclabality: الفولاذ قابل لإعادة التدوير بدرجة كبيرة (واحدة من أكثر المواد الهندسية المعاد تدويرها). يتم استهلاك خردة A36 بسهولة في أفران القوس الكهربائي (EAF) أو المطاحن المتكاملة; من الممكن تحديد المحتوى المعاد تدويره.
15. خاتمة
ASTM A36 فولاذ خفيف/منخفض الكربون تظل مادة أساسية للأعمال الفولاذية الهيكلية العامة لأنها تجمع بين الاقتصاد, خصائص ليونة يمكن التنبؤ بها وتصنيع مباشر.
إنه الاختيار الصحيح عندما تتوافق الأحمال والظروف البيئية مع غلاف التصميم الخاص به وعندما تكون بساطة التصنيع والتكلفة هي الدوافع المهيمنة.
لكن, عند ارتفاع الضغوط المسموح بها, مساحات أكبر, الحد من الوزن, مطلوب تحسين صلابة درجات الحرارة المنخفضة أو المقاومة الفائقة للتآكل, يجب على المهندسين تقييم الفولاذ الهيكلي عالي القوة, سبائك HSLA, التجوية الفولاذ أو السبائك المقاومة للتآكل حسب الاقتضاء.
