الفرق بين الفولاذ ذو الكربون المنخفض والمتوسط والمرتفع

الصلب الكربوني يمكن تقسيمه إلى ثلاثة أنواع رئيسية وفقًا لمحتوى الكربون فيه: الفولاذ منخفض الكربون، الفولاذ متوسط الكربون والفولاذ عالي الكربون. بسبب الاختلاف في محتوى الكربون، يظهر كل نوع من الفولاذ الكربوني اختلافات كبيرة في هيكله التنظيمي، الخصائص الميكانيكية، التكنولوجيا المعالجة، وما إلى ذلك. ومع ذلك، من الضروري بالنسبة لنا لاختيار المادة المناسبة فهم الفروق بين الفولاذ منخفض الكربون، الفولاذ متوسط الكربون والفولاذ عالي الكربون.

ماذا يعني الفولاذ الكربوني؟

الحديد الكربوني، والمعروف أيضًا بالحديد الكربوني، هو مادة حديدية تحتوي على الحديد كعنصر رئيسي، وكمية معينة من الكربون (عادةً أقل من 2.11%) ولكن دون إضافة كميات كبيرة من العناصر السبائكية الأخرى. الحديد الكربوني هو النوع الأساسي والأكثر شيوعًا من مواد الصلب. بناءً على محتوى الكربون المختلف، يمكن تقسيم الحديد الكربوني إلى الحديد الكربوني منخفض الكربون، والمتوسط الكربون، والعالي الكربون. كلما زاد محتوى الكربون، زادت قوة وصلابة الحديد، لكن المرونة والمرونة تتناقص بشكل متزامن. وكلما انخفض محتوى الكربون، كانت المرونة وأداء اللحام أفضل.

تصنيف الحديد الكربوني:

يعتمد تصنيف الحديد الكربوني بشكل أساسي على محتواه من الكربون. وفقًا للمعايير الدولية والداخلية الشائعة الاستخدام، يتم تصنيف الحديد الكربوني كما يلي:

• الحديد الكربوني منخفض الكربون: يبلغ محتوى الكربون عادة بين 0.04% و 0.25%;
• الحديد الكربوني المتوسط الكربون: يتراوح محتوى الكربون بين 0.25% و 0.60%;
• الفولاذ عالي الكربون: نسبة الكربون تتراوح بين 0.60% و 1.00%.

على الرغم من أن التصنيف يعتمد بشكل أساسي على محتوى الكربون، إلا أنه في التطبيقات الخاصة، يتم أخذ محتوى العناصر الأخرى (مثل المنغنيز، السيليكون، الكبريت، الفوسفور، إلخ) واستخدام الفولاذ وخواصه الميكانيكية في الاعتبار أيضًا.

ما هو الفرق بين الفولاذ منخفض الكربون، الفولاذ المتوسط الكربون والفولاذ عالي الكربون؟

تتمثل فروقهم الرئيسية في الجوانب الخمسة التالية كما هو موضح أدناه:

1. التركيب الكيميائي:

الفرق الأكثر مباشرة بين الفولاذ منخفض الكربون، الفولاذ المتوسط الكربون والفولاذ عالي الكربون يظهر في التركيب الكيميائي. مع زيادة نسبة الكربون تدريجيًا، تزداد صلابة الفولاذ وقوته، لكن قابليته للتمدد واللحام تنخفض.

• الفولاذ منخفض الكربون: بالإضافة إلى احتوائه على نسبة منخفضة من الكربون، فإنه يحتوي غالبًا على كمية صغيرة من السيليكون (0.17 ~ 0.37%)، والمanganese (0.35 ~ 0.65%)، وما إلى ذلك، وذلك بهدف تحسين قوته وقابلية التصنيع. بسبب احتوائه على نسبة منخفضة من الكربون، فإنه يتمتع بمرونة ومتانة جيدة وقدرة جيدة على اللحام.
• الفولاذ المتوسط الكربون: تكون نسبة الكربون عادة بين 0.25% و 0.60%， كما أنه يحتوي أيضًا على عناصر تعزيز مثل المنغنيز (0.50% ~ 1.65%). خصائصه الميكانيكية جيدة نسبيًا ومناسبة للمعالجة الحرارية. مقارنةً بالفولاذ منخفض الكربون، فإنه يتمتع بقوة وصلابة أعلى، لكن متانته أقل.
• الفولاذ عالي الكربون: نسبة الكربون تتراوح بين 0.60% و 1.00%. بسبب ارتفاع نسبة الكربون، فإن صلابته عند التعشيق ومقاومته للتآكل تتحسن بشكل كبير، لكن قابلية اللحام والتصنيع لديه ليست جيدة.

2. الخصائص الميكانيكية:

من حيث الخصائص الميكانيكية، فإن الفروق بين هذه الأنواع الثلاثة من الصلب تكون واضحة بشكل خاص. تشمل الخصائص الميكانيكية القوة الشدية، قوة التسليم، الإطالة، المتانة ضد الصدمات، الصلادة، وما إلى ذلك.

• الصلب منخفض الكربون: تكون القوة الشدية عادة بين 370-500 ميجا باسكال، وقوة التسليم بين 200-300 ميجا باسكال، والإطالة تصل إلى أكثر من 25%. ميزاته البارزة هي المرونة الجيدة والقابلية للتشوه العالي، وهو مناسب لعمليات الطوابق والتثني وغيرها.
• الصلب متوسط الكربون: بعد المعالجة بالتسخين والتصليب، يمكن أن تصل القوة الشدية إلى 600-800 ميجا باسكال، وقوة التسليم بين 400-600 ميجا باسكال، والإطالة بين 15% - 20%. لديه خصائص ميكانيكية شاملة جيدة، وهو خاصة مناسب لتصنيع الأجزاء الهيكلية.
• الفولاذ عالي الكربون: يمكن أن تصل قوة الشد إلى أكثر من 900-1300 ميجا باسكال، لكن تمدد المادة يكون عادة أقل من 10٪، ومقاومة الصدمة ضعيفة. بعد التسخين والتبريد، يمكن الحصول على صلابة عالية جدًا، وهو ما يجعله مادة مثالية لأدوات القطع والقوالب.

3. أداء المعالجة الحرارية:

المعالجة الحرارية هي وسيلة مهمة لتحسين أداء الفولاذ. يستجيب الفولاذ منخفض الكربون، والفولاذ المتوسط الكربون، والفولاذ عالي الكربون بشكل مختلف للمعالجة الحرارية.

• الفولاذ منخفض الكربون: بسبب احتوائه على نسبة منخفضة من الكربون، لا يمكن تحسين صلابته بشكل كبير بواسطة المعالجة الحرارية. يتم استخدام التشكيل البارد ومعالجة التنظيم لتحسين صلابة السطح. بعد إعادة التبلور، يمكن تليين المادة للمعالجة اللاحقة.
• الفولاذ الصلب المتوسط: مناسب للتحميص والتبريد، أي التحميص والتبريد، حيث يتم التحكم في التنظيم للحصول على التوازن المطلوب بين القوة والمرونة، وهو المادة المفضلة لتصنيع أجزاء السيارات وسكة الحديد.
• الفولاذ الصلب العالي: تأثير المعالجة الحرارية هو الأكثر أهمية. يمكن للفولاذ الصلب العالي الحصول على صلابة عالية من خلال التحميص، وضبط مرونته من خلال التبريد. يستخدم لتصنيع الأجزاء عالية الشدة والمقاومة للتآكل مثل المكابس، والسكاكين، وأدوات القياس.

4. قابلية اللحام والمعالجة:

قابلية اللحام والمعالجة تؤثر مباشرة على تكلفة تصنيع الفولاذ وسهولة استخدامه.

• الفولاذ الصلب المنخفض: يتمتع بجودة لحام ممتازة وخواص تشكيل بارد، ويمكن لحامه باستخدام مجموعة متنوعة من الطرق. يستخدم على نطاق واسع في البناء وتصنيع الآلات.
• الفولاذ الصلب المتوسط: يتمتع بقابلية لحام متوسطة وهو عرضة للتشققات أثناء اللحام. عادة ما يتطلب تسخينًا مسبقًا ومعالجة حرارية بعد اللحام لتحسين جودة اللحام. كما أن قابليته للتصنيع أسوأ قليلاً من الفولاذ الصلب المنخفض.
• الفولاذ الصلب العالي: قابلية لحام ضعيفة، عرضة للتشققات نتيجة التصلد، عادة لا يناسب اللحام. كما أنه عرضة للتشقق والتكسير أثناء التصنيع، مما يتطلب استخدام أدوات خاصة وطرق تبريد.

5. التطبيقات:

بسبب الاختلافات في الأداء، تختلف الاستخدامات أيضًا بشكل كبير بين أنواع الفولاذ الثلاثة.

• الفولاذ الصلب المنخفض: يستخدم بشكل أساسي في الهياكل المعمارية (مثل التسليح والمقاطع الفولاذية)، والأجزاء الميكانيكية (مثل البراغي والمكسرات)، وأجسام السيارات وما إلى ذلك.
• الفولاذ الصلب المتوسط: يستخدم بشكل رئيسي في تصنيع الأجزاء الهيكلية التي تحمل الأحمال، مثل العجلات، المحاور، العوارض المتصلة، ذراع الجرافة وما إلى ذلك.
• الفولاذ عالي الكربون: يُستخدم بشكل أساسي لتصنيع الأدوات المقاومة للارتداء والقوية مثل السكاكين، أدوات القياس، الSprings، وكرات الدعم وغيرها.

الفئات الشائعة:

في المعيار الصيني GB والمعيار الأمريكي ASTM، تمتلك الفولاذ بدرجات مختلفة من الكربون ممثلين نموذجيين:

• الفولاذ الكربوني المنخفض: Q235 (الصين), A36 (الولايات المتحدة)، SS400 (اليابان)
• الفولاذ الكربوني المتوسط: فولاذ 45# (الصين)، فولاذ 1045 (الولايات المتحدة)، S45C (اليابان)
• الفولاذ عالي الكربون: T8، T10 فولاذ (الصين)، 1095 فولاذ (الولايات المتحدة الأمريكية)، SK85 (اليابان)

مقاومة للتآكل وعلاج السطح:

لا يمتلك الفولاذ الكربوني بحد ذاته مقاومة جيدة للتآكل، لذلك عادة ما يحتاج إلى تنسيق مع معالجة سطحية عند الاستخدام.

• الفولاذ منخفض الكربون: يتم استخدام عمليات مثل الطلاء بالمعدن الساخن، والطلاء الكهروكيميائي، والرش البلاستيكي وغيرها لتعزيز مقاومة التآكل، ويُستخدم على نطاق واسع في البيئات الخارجية أو الرطبة.
• الفولاذ الكربوني المتوسط والفولاذ الكربوني العالي: بسبب قوتهم العالية، يتم استخدامهما غالبًا في المعدات الصناعية، مع التركيز أكثر على خواتم الزيت، أو طلاءات مقاومة للصدأ أو المعالجة الفوسفاتية، بدلاً من البيئات المكشوفة اليومية.

يجب ملاحظة أن الفولاذ ذي المحتوى الكربوني العالي يكون أكثر عرضة للأكسدة، خاصة أثناء اللحام والمعالجة الحرارية. لذلك، يتم عادة طلاء الفولاذ ذي الكربون العالي بطبقة واقية أو معالجته حراريًا قبل وبعد الاستخدام لمنع التآكل.

الخاتمة:

على الرغم من أن الفولاذ ذي الكربون المنخفض، والفولاذ ذي الكربون المتوسط، والفولاذ ذي الكربون العالي ينتمون إلى سلسلة الفولاذ الكربوني، إلا أنه بسبب الاختلاف في محتوى الكربون، لكل من الثلاثة خصائص مميزة في الخواص الميكانيكية، والقابلية للتصنيع، واللحام، وخواص المعالجة الحرارية والحقول المناسبة. يحمل اختيار ومعاملة هذه الأنواع الثلاثة من الفولاذ أهمية كبيرة لتحسين جودة المنتجات الهندسية، وضبط تكاليف التصنيع وزيادة العمر الافتراضي.

  +86 17611015797 (WhatsApp )        

  [email protected]