1. مقدمه
ASTM A36 مشخصات استاندارد برای فولاد ساختاری کم کربن است که به طور گسترده برای صفحات استفاده می شود, اشکال, میلگردها و اجزای جوشکاری شده در ساختمان و کاربردهای کلی سازه ای.
برای قابل پیش بینی ارزش گذاری شده است, خواص مکانیکی شکل پذیر, جوش پذیری عالی و در دسترس بودن گسترده در بسیاری از اشکال محصول.
A36 فولاد آلیاژی با استحکام بالا نیست - جذابیت آن در اقتصاد نهفته است, چقرمگی قوی در دمای محیط, و سهولت ساخت.
طراحان باید قدرت تسلیم نسبتاً متوسط آن را در نظر بگیرند, رفتار خوردگی اساسی (فولاد ملایم محافظت نشده زنگ می زند) و سختی پذیری محدود هنگام تصمیم گیری در مورد اینکه آیا A36 ماده مناسب برای یک جزء یا ساختار است یا خیر.
2. فولاد کربنی ASTM A36 چیست؟?
ASTM A36 رایج ترین مشخصات برای یک کربن کم است, گرید فولاد سازه ای مورد استفاده در ساخت و ساز عمومی و ساخت.
نورد گرم است, فولاد ملایم برای ارائه قابل پیش بینی طراحی شده است, رفتار مکانیکی شکل پذیر, جوش پذیری آسان و در دسترس بودن گسترده در صفحات, اشکال, میله ها و سایر محصولات آسیاب مورد استفاده برای قاب های ساختمانی, پل, پایه های ماشین آلات و ساخت سازه های عمومی.
چرا نام مهم است
نام "A36" از مشخصات ASTM می آید که طبق آن مواد استاندارد شده است (ASTM A36/A36M).
عدد "36" به حداقل قدرت تسلیم اسمی در ksi اشاره دارد (36 ksi ≈ 250 MPA) که ماده باید در شرایط نورد شده خود مطابقت داشته باشد.
این معیار واحد یکی از دلایلی است که A36 اغلب به عنوان فولاد ساختاری پیش فرض در بسیاری از مناطق و صنایع در نظر گرفته می شود..
فرم های رایج محصول:
- صفحات نورد گرم (ضخامت از چند میلی متر تا 150+ میلی متر)
- اشکال ساختاری (من, سخنرانی, جف, بخش های U), زوایا و کانال ها
- میله: گرد, مربع و مسطح (برای ماشینکاری و آهنگری قطعات)
- کلاف و ورق نورد شده (محدوده ضخامت محدود)
3. ترکیب شیمیایی فولاد کربنی ASTM A36
| عنصر | دامنه معمولی (وزنی ٪) - نشان دهنده |
| کربن (جف) | ≤ ~0.25-0.29 (محتوای کربن کم) |
| منگنز (منگنه) | ~0.60-1.20 |
| فسفر (پ) | رده 0.04 (حداکثر) |
| گوگرد (حرف) | رده 0.05 (حداکثر) |
| سیلیکون (وت) | رده 0.40 - 0.50 (ردیابی) |
| مس, در, کلوچه, مس | سطوح ppm باقیمانده یا پایین |
4. خواص مکانیکی فولاد کربنی ASTM A36
مقادیر نشان داده شده هستند نماینده نورد گرم, به عنوان نورد ASTM A36. خواص واقعی به ضخامت بخش بستگی دارد, تمرین نورد و شیمی گرما.
| دارایی | معمولی / حداقل ارزش | یادداشت ها |
| حداقل قدرت تسلیم (RP0.2) | 36 ksi (± 250 MPA) | اساس نامگذاری A36; استفاده به عنوان حداقل بازده برای طراحی اولیه سازه مگر اینکه MTR مقدار بالاتری را نشان دهد. |
| استحکام کششی (RM) | 58 - 80 ksi (± 400 - 550 MPA) | محدوده بسته به شکل و ضخامت محصول متفاوت است; مقدار دقیق MTR را تأیید کنید. |
| کشیدگی | ≥ 20% (در 2 در / 50 طول سنج MM) | شکل پذیری خوب را نشان می دهد; ازدیاد طول با افزایش ضخامت کاهش می یابد. |
| مدول الاستیسیته (اشمیه) | ± 200 معدل (29,000 ksi) | مقدار استاندارد سازه فولادی مورد استفاده برای محاسبات سختی و انحراف. |
مدول برشی (جف) |
± 79 معدل (11,500 ksi) | برای محاسبات پیچشی و تغییر شکل برشی استفاده می شود. |
| نسبت پواسون (حرف) | ± 0.28 | ارزش معمولی برای فولادهای ساختاری کم کربن. |
| سختی برینل (HBW) | ~ 120 - 160 HBW | محدوده نشانگر برای شرایط نورد شده; با استحکام کششی ارتباط دارد. |
| چقرمگی ضربه شارپی | توسط ASTM A36 مشخص نشده است | چقرمگی ضربه اجباری نیست; تست CVN را مشخص کنید اگر دمای پایین یا سرویس بحرانی شکستگی مورد انتظار است. |
5. فیزیکی & خواص حرارتی فولاد کربنی ASTM A36
شماره های داده شده نماینده هستند معمولی مقادیر در دمای اتاق یا نزدیک به آن، مگر اینکه به طور دیگری ذکر شده باشد - مقادیر واقعی به شیمی بستگی دارد, تاریخچه نورد/همگن سازی و دما.
| دارایی | ارزش معمولی (نماینده) | نکته کاربردی |
| تراکم | ± 7.85 g · cm⁻³ (7850 kg·m³) | برای جرم استفاده کنید, اینرسی و محاسبات وزن سازه. |
| هدایت حرارتی, k | ≈ 50-60 W·m-1·K-1 (≈54 W·m-1·K-1 معمولاً در دمای 20-25 درجه سانتیگراد ذکر می شود) | رسانایی با افزایش دما کاهش می یابد; برای جریان گرما مهم است, طراحی خنک کننده و خاموش کننده. |
| ظرفیت حرارتی خاص, cp | ≈ 460-500 J·kg-1·K-1 (استفاده کنید ± 470 J·kg-1·K-1 به عنوان یک مقدار عملی در 20-25 درجه سانتیگراد) | cp با دما افزایش می یابد; انرژی مورد نیاز برای گرم کردن/خنک کردن بخش ها را کنترل می کند. |
| انتشار حرارتی, α = k/(ρ·cp) | ≈ 1.4-1.6 × 10-5 m²·s-1 (با استفاده از k = 54, ρ = 7850, cp = 470 → α ≈ 1.46×10-5) | سرعت نفوذ تغییرات دما به مواد را کنترل می کند (پاسخ حرارتی گذرا). |
| ضریب انبساط حرارتی خطی, αL | ≈ 11.7-12.5 × 10-6 K-1 (معمولی: 12× 10-6 K-1) | برای محاسبات رشد حرارتی و فاصله های مفصلی استفاده کنید. |
دامنه ذوب (تقریبا) |
سولیدوس ≈ 1425 درجه سانتیگراد; مایع ≈ 1540 درجه سانتیگراد | محدوده ذوب / جامد کمی با ترکیب متفاوت است. برای طراحی ساختاری معمولی استفاده نمی شود. |
| انتشار (وابسته به سطح) | 0.1 - 0.95 (فولاد اکسید شده معمولی ≈ 0.7–0.9; پولیش روشن ≈ 0.05–0.2) | برای مدل های انتقال حرارت تابشی استفاده کنید; همیشه تابش را مطابق با پرداخت سطح و حالت اکسیداسیون انتخاب کنید. |
| مقاومت الکتریکی (محکم) | ± 0.10 - 0.20 μΩ · m (± 1.0–2.0 × 10⁻7 Ω·m) | با شیمی و دما متفاوت است; بر گرمایش الکتریکی و تلفات جریان گردابی تأثیر می گذارد. |
| رفتار مغناطیسی | فرومغناطیسی زیر نقطه کوری (~770 درجه سانتیگراد برای آهن) | خواص مغناطیسی بر NDT تأثیر می گذارد (MPI) و رفتار گرمایش القایی. |
6. رفتار ساختگی: تشکیل دهنده, ماشینکاری و کار سرد
تشکیل دهنده (سرد & داغ):
- محصولات نورد گرم A36 با خم شدن به خوبی شکل می گیرند, نورد و نقاشی ساده.
- شکل گیری سرد (خم, مهر زنی) در محدوده طراحی عملی است - اطمینان حاصل کنید که شعاع خمش و محدودیت های کاهش با ضخامت و مزاج مواد مطابقت دارند تا از ترک خوردن جلوگیری شود..
حداقل شعاع خمشی معمولی در شکلدهی جداول توصیه میشود و به ضخامت و شرایط آسیاب بستگی دارد.
ماشینکاری:
- ماشین آلات A36 به راحتی با ابزار کربن و کاربید معمولی. قابلیت ماشینکاری با سایر فولادهای نرم قابل مقایسه است; سرعت و تغذیه استاندارد اعمال می شود.
بارهای سنگین تراشه, بریدگی های عمیق و خنک کننده ضعیف می تواند سطوح را سخت کند و عمر ابزار را کاهش دهد.
اثرات کار سرد:
- خمش یا کشش سرد با سخت شدن کرنش عملکرد را به صورت موضعی افزایش می دهد; در صورتی که شکلپذیری باید بازیابی شود، بازپخت تنشزدایی بعدی امکانپذیر است.
7. جوشکاری و پیوستن
قابلیت جوشکاری: عالی. محتوای کربن کم و آلیاژ محدود باعث می شود A36 به راحتی با تمام تکنیک های رایج همجوشی و حالت جامد قابل جوش باشد. (لقمه, gtaw, GMAW/MIG, فکا).
انتخاب فلز پرکننده:
- مواد مصرفی رایج: میله/سیم های پرکننده فولادی ملایم (به عنوان مثال, سری ER70S برای GMAW, E7018 یا E7016 برای SMAW) برای استحکام و شکل پذیری مطابقت دارد.
مواد مصرفی را انتخاب کنید که انعطاف پذیر هستند, فلز جوش مقاوم در برابر ترک.
از قبل گرم کنید و بین گذر کنید:
- برای ضخامت صفحه معمولی (<25 میلی متر) و محیط های خوش خیم, بدون پیش گرم معمولا مورد نیاز است. برای مقاطع ضخیم تر, مفاصل مهار شده, یا شرایط محیطی سرد, پیش گرمایش متوسط (به عنوان مثال, 50-150 درجه فارنهایت / 10-65 درجه سانتی گراد) خطر ترک هیدروژنی و تنش های پسماند را کاهش می دهد.
کنترل دمای بین پاسی برای جوش های چند پاس ضروری است.
عملیات حرارتی پس از جوشکاری (PWHT):
- برای اکثر مجموعه های جوش داده شده A36 مورد نیاز نیست. PWHT ممکن است برای کاهش تنش پسماند یا زمانی که صلاحیت فرآیند جوش آن را ایجاب می کند، استفاده شود (اجزای حیاتی فشار یا خستگی), اما A36 فاقد سخت شدن است;
PWHT به طور کلی شامل بازپخت کاهش استرس است (به عنوان مثال, ~600-650 درجه سانتیگراد) به جای سخت شدن.
8. عملیات حرارتی: قابلیت ها و محدودیت های A36
ASTM A36 یک آلیاژ قابل عملیات حرارتی به معنای کوئنچ نیست & سخت شدن مزاج (کربن کم و عدم وجود آلیاژ مانع از تبدیل مارتنزیتی می شود).
درمان های حرارتی معمولی:
- بازپخت / عادی سازی: امکان پالایش دانه و بازیابی شکل پذیری پس از کار سرد یا جوشکاری سنگین وجود دارد. دمای بازپخت معمولاً ~ 700-900 درجه سانتیگراد بسته به ضخامت و اثر مورد نظر است.
- آنیل کاهش استرس: دمای پایین (550-650 درجه سانتیگراد) برای کاهش تنش های پسماند جوش.
- خاموش کردن & خوی: به دلیل کربن/سختی پذیری کم برای افزایش مقاومت قابل توجه موثر نیست; خاموش کردن باعث سخت شدن محدود و اعوجاج قابل توجهی می شود.
مفهوم طراحی: برای افزایش استحکام تسلیم به عملیات حرارتی تکیه نکنید; در صورت نیاز به تنش های مجاز بیشتر، فولادی با مقاومت بالاتر انتخاب کنید.
9. رفتار خوردگی و استراتژی های حفاظت از سطح
خوردگی ذاتی: A36 فولاد کربنی بدون آلیاژ است و دچار خوردگی می شود (اکسید آهن را تشکیل می دهند) هنگامی که در معرض رطوبت و اکسیژن قرار می گیرند. نرخ بستگی به محیط دارد (رطوبت, نمک ها, آلاینده ها).
استراتژی های حفاظت:
- سیستم های رنگ آمیزی: آغازگر + گل (حکیم, پلی اورتان) برای حفاظت از اتمسفر مقرون به صرفه هستند.
آماده سازی سطح (انفجار ساینده به Sa 2½, SSPC SP10) چسبندگی و طول عمر را بهبود می بخشد. - گالوانیزه کننده: گالوانیزه گرم (HDG) حفاظت فداکاری می کند; معمولا برای اعضای سازه خارجی استفاده می شود, اتصال دهنده ها و قطعات در معرض آب و هوا.
- حفاظت کاتدی: برای سازه های زیر آب یا مدفون استفاده می شود (پوشش + آندهای قربانی).
- کمک هزینه خوردگی: ضخامت های مجاز و برنامه های بازرسی در محیط های تهاجمی را مشخص کنید.
نگهدار: بازرسی دوره ای و لمس کردن برای عمر طولانی بسیار مهم است - خرابی پوشش باعث خوردگی موضعی و سوراخ شدن می شود..
10. کاربردهای معمولی فولاد ASTM A36
A36 انتخاب پیشفرض برای اقتصاد است, در دسترس بودن و سادگی ساخت اولویت هستند. برنامه های معمولی شامل:
- سازه های ساختمانی: تیرها, ستون, صفحات و مهاربندی
- پل (اجزای غیر استحکام بالا), گذرگاه ها, پلت فرم ها
- ساخت عمومی: قاب, حمایت, تریلرها
- پایه های ماشین آلات, محوطه, اجزای بدون فشار
- اتصالات و مجموعه های جوش داده شده که در آنها شکل پذیری و جوش پذیری ضروری است
11. مزایا & محدودیت های فولاد کربنی ASTM A36
مزایای اصلی
- مقرون به صرفه: کمترین هزینه در بین فولادهای سازه ای (30-40% ارزان تر از فولادهای HSLA مانند A572 Gr.50, 70-80% ارزان تر از فولاد ضد زنگ 304).
- جوش پذیری برتر: پیش گرم شدن بخش های نازک را حذف می کند, کاهش زمان و هزینه تولید.
- پردازش پذیری عالی: به راحتی شکل می گیرد, ماشین, و جعل کنند, مناسب برای اجزای ساده و پیچیده.
- در دسترس بودن گسترده: زنجیره تامین جهانی, با فرم های متنوع محصول (صفحات, میله, اشکال, قذ) و اندازه ها.
- قدرت متعادل: اکثر الزامات ساختاری را برآورده می کند (بارهای استاتیک, بارهای دینامیکی کم) بدون مهندسی بیش از حد.
محدودیت های کلیدی
- مقاومت در برابر خوردگی ضعیف: برای محیط های بیرونی یا خورنده نیاز به محافظت از سطح دارد; برای کاربردهای دریایی/شیمیایی بدون پوشش مناسب نیست.
- چقرمگی محدود در دمای پایین: A36 اصلاح نشده زیر صفر درجه سانتیگراد شکننده است, برای کاربردهای برودتی توصیه نمی شود (به عنوان مثال, سازه های قطب شمال).
- غیر قابل درمان: نمی توان به طور قابل توجهی از طریق عملیات حرارتی تقویت کرد (حداکثر استحکام کششی ~ 550 مگاپاسکال); برای اجزای پر استرس کافی نیست.
- مقاومت در برابر خستگی کمتر: برای بارهای دینامیکی چرخه بالا ایده آل نیست (به عنوان مثال, قطعات موتور اتومبیل) - به جای آن از فولادهای HSLA یا آلیاژی استفاده کنید.
12. انطباق استاندارد & معادل های بین المللی
ASTM A36 در سطح جهانی شناخته شده است, با استانداردهای معادل در مناطق صنعتی عمده, اطمینان از سازگاری فرامرزی:
| منطقه | استاندارد معادل | تعیین درجه | تفاوت های کلیدی |
| اروپا | در 10025-2:2004 | S235JR | قدرت تسلیم کمتر (235 MPA در مقابل. 250 MPa برای A36 ≤19 میلی متر); شکل پذیری و جوش پذیری مشابه. |
| چین | GB/T 700-2006 | Q235B | قدرت عملکرد 235 MPA; محدودیت فسفر/گوگرد سخت تر است (≤0.045٪ در مقابل. A36 0.040% پ, 0.050% حرف). |
| ژاپن | HE G3101:2015 | SS400 | بدون قدرت تسلیم مشخص (کشنده 400-510 MPA); معادل برای کاربردهای ساختاری. |
| هندوستان | است ، 2062:2011 | E250A | قدرت عملکرد 250 MPA; سازگار با A36 در ساخت و ساز و ماشین آلات. |
13. تجزیه و تحلیل مقایسه ای - A36 در مقابل. فولادهای ساختاری با مقاومت بالاتر
| جنبه | A36 (پایه) | A572 Gr 50 (Hsla) | A992 (اشکال ساختاری) | A514 (سعدی&T صفحه با مقاومت بالا) |
| کلاس متالورژی | فولاد نرم کم کربن (نورد گرم) | با استحش, کم رنگ (Hsla) | HSLA ساختاری با شیمی کنترل شده برای اشکال | خاموش & دلپذیر, صفحه آلیاژی با مقاومت بالا |
| حداقل بازده معمولی | 36 ksi (≈250 مگاپاسکال) | 50 ksi (≈345 مگاپاسکال) | 50 ksi (≈345 مگاپاسکال) | 100 ksi (≈690 مگاپاسکال) |
| محدوده کششی معمولی | 58-80 KSI (≈400-550 مگاپاسکال) | 60-80 KSI (≈415-550 مگاپاسکال) | 60-80 KSI (≈415-550 مگاپاسکال) | ~110-140 ksi (≈760-965 مگاپاسکال) (بر اساس درجه متفاوت است) |
| کشیدگی | ≥ ~ 20٪ (بستگی به ضخامت دارد) | ~18-22٪ (وابسته به بخش) | ~18-22٪ | کمتر - اغلب ~ 10-18٪ (وابسته به بخش و حرارت) |
| قابلیت جوشکاری (فروشگاه) | عالی; مواد مصرفی رایج | خیلی خوب; تمرین مشابه A36 | خیلی خوب; برای ستون/تیرهای ساختمانی مشخص شده است | خواستارتر - جوشکاری باید کنترل شود; پیشگرم/اینترپس و WPS واجد شرایط اغلب مورد نیاز است |
قابلیت عملیات حرارتی |
برای استحکام قابل عملیات حرارتی نیست | برای خاموش کردن/مزاج در نظر گرفته نشده است; تقویت شده توسط شیمی / پردازش حرارتی مکانیکی | برای تقویت قابل عملیات حرارتی نیست | عملیات حرارتی (سعدی&حرف) - قدرت به دست آمده از طریق کوئنچ & خوی |
| سختی / رفتار در دمای پایین | برای سرویس عمومی خوبه; در صورت نیاز CVN را مشخص کنید | چقرمگی بهبود یافته نسبت به A36 (بسته به مشخصات) | خوب - شیمی مشخص برای مقاطع ساختاری و چقرمگی کنترل شده | Can have good toughness if specified, but requires control; risk of brittle behaviour if not properly supplied/treated |
| قابلیت تشکیل & کار سرد | Good forming characteristics | خوب, but greater springback; less ductile than A36 | Good for gross forming of shapes | Limited — formability poor compared with A36/A572; cold forming not recommended for full-strength use |
محدوده ضخامت صفحه/شکل قابل استفاده |
گسترده, standard mill stock | گسترده; commonly available in plate and shapes | Primarily wide-flange shapes and beams | Typically heavy plate (بخش های ضخیم تر) for high-stress components |
| برنامه های معمولی | General structural frames, براکت, non-critical members | پل, building members, structural sections where higher allowable stress reduces weight | Wide-flange beams/columns in buildings — industry standard for structural shapes | High-strength machine frames, excavation equipment, highly stressed structural members |
| هزینه مواد نسبی | کم (most economical) | معتاد | معتاد (similar to A572) | عالی (premium for high strength and Q&T processing) |
| مبادلات طراحی | کم هزینه, ساخت ساده اما مقاطع سنگین تر | صرفه جویی در وزن, استرس مجاز بالاتر, کنترل ساخت اضافی متوسط | بهینه شده برای فولادسازی ساختمان (تلورانس های بخش, هندسه فلنج) | کاهش وزن عمده امکان پذیر است اما نیاز به جوشکاری/ساخت دقیق و NDE دارد |
14. چرخه عمر, نگهداری و قابلیت بازیافت
عمر سرویس: با سیستم های رنگ و نگهداری استاندارد, اجزای ساختاری A36 معمولاً در اتمسفرهای معتدل چندین دهه دوام می آورند. محیط های خورنده یا دریایی نیاز به نگهداری یا گالوانیزه بالاتری دارند.
ترمیم کردن & نگهدار: تعمیر جوش ساده است. بازرسی های سازه ای, نظارت بر خوردگی و پوشش مجدد به موقع عمر را افزایش می دهد.
بازیافت: فولاد بسیار قابل بازیافت است (یکی از بازیافتی ترین مواد مهندسی). قراضه A36 به راحتی در کوره های قوس الکتریکی مصرف می شود (ایل) یا آسیاب های یکپارچه; مشخص کردن محتوای بازیافتی امکان پذیر است.
15. پایان
فولاد ملایم/کم کربن ASTM A36 به دلیل اینکه ترکیبی از صرفه اقتصادی است، به عنوان یک ماده سنگ بنای فولادسازی ساختمانی عمومی باقی می ماند, خواص شکل پذیری قابل پیش بینی و ساخت ساده.
زمانی که بارها و شرایط محیطی با پوشش طراحی آن مطابقت دارند و سادگی و هزینه ساخت محرک های غالب هستند، انتخاب درستی است..
هر چند, هنگامی که تنش های مجاز بالاتر است, دهانه های بزرگتر, کاهش وزن, بهبود چقرمگی در دمای پایین یا مقاومت در برابر خوردگی بالاتر مورد نیاز است, مهندسان باید فولادهای سازه ای با مقاومت بالاتر را ارزیابی کنند, آلیاژهای HSLA, فولادهای هوازدگی یا آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی در صورت لزوم.
