تحليل كثافة الفولاذ: الاختلافات الأساسية بين الفولاذ الكربوني الطري والمتوسط والتطبيقات الصناعية

تُعد كثافة الفولاذ أحد المعايير الرئيسية التي تحدد خصائصه الفيزيائية وتطبيقاته الصناعية. تبلغ الحالة النظرية لكثافة الفولاذ 7.85 جم/سم³، ولكن الكثافة الفعلية مع تغير محتوى الكربون: فالفولاذ منخفض الكربون حوالي 7.85 جم/سم³، والفولاذ متوسط الكربون إلى 7.82 جم/سم³، والفولاذ عالي الكربون إلى 7.81 جم/سم³. كلما زاد محتوى الكربون، زادت الفجوات في البنية البلورية، مما يؤدي إلى انخفاض الكثافة بدلاً من ذلك.  

الفولاذ منخفض الكربون مقابل الفولاذ متوسط الكربون: العلاقة بين محتوى الكربون والخصائص  

يكمن الفرق الأساسي بين النوعين من الفولاذ في محتوى الكربون والخصائص الميكانيكية المستمدة منه:  

1. نطاق محتوى الكربون:  

   - فولاذ منخفض الكربون: محتوى كربون 0.05%-0.25%، بنية بلورية يهيمن عليها الفريت، مرونة جيدة.  

   - فولاذ متوسط الكربون: محتوى الكربون من 0.25%-0.60%، وتكوين المزيد من البرليت، وزيادة الصلابة بشكل ملحوظ.  

2. مقارنة الخواص الميكانيكية:  

الفولاذ متوسط الكربون مناسب للمكونات الحاملة بسبب قوته العالية، ولكنه أقل قابلية للسحب من الفولاذ منخفض الكربون وعرضة للتشقق عند اللحام.  

الأنابيب الملحومة بالقوس المغمور المستقيم (أنابيب فولاذ المنشار): اختيار المواد والتطبيقات الصناعية  

أنابيب LSAW يتم لفها من صفيحة واحدة من صفيحة متوسطة السماكة ثم يتم لحامها باللحام بالقوس المغمور على الوجهين. وتكمن مزاياها الأساسية في القدرة العالية على تحمل الضغط، والتحكم الدقيق في الأبعاد (على سبيل المثال، القطر 457-1450 مم، وسمك الجدار 8-45 مم)، ومقاومة ممتازة للتآكل في درجات الحرارة المنخفضة.  

ملاءمة المواد:  

- استخدامات الفولاذ الطري: أكثر من 60%، يستخدم بشكل أساسي لنقل السوائل منخفضة الضغط (مثل أنابيب المياه وأنابيب البناء الإنشائية) نظرًا لقابليته الممتازة للتشكيل وقابلية اللحام.  

- تطبيقات الفولاذ الكربوني المتوسط: يُستخدم في أنابيب النفط والغاز ذات الضغط العالي (على سبيل المثال، الدرجات X70 وما فوق)، بسماكة جدار تصل إلى 26.4 مم، لتلبية احتياجات البيئات القاسية، مثل البيئات الألبية وبيئات أعماق البحار.  

اتجاهات بيانات السوق والتكنولوجيا:  

بلغ حجم سوق أنابيب LSAW العالمية 8,792 مليون دولار أمريكي في عام 2023، حيث بلغت حصة الصين 20.82% (1,830 مليون دولار أمريكي). يهيمن على عملية الإنتاج صب JCOE (حصة 88.36% في عام 2022) بسبب انخفاض تكلفة الأدوات والقدرة على التكيف، في حين أن عملية UOE مناسبة للأنابيب ذات الجدران السميكة عالية الجودة ولكن باستثمارات أعلى.  

توزيع أنابيب LSAW حسب مجالات الاستخدام في عام 2023

 في المستقبل، ستتجه الصناعة في المستقبل نحو التصنيع الأخضر (الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون) والذكي (نظام تتبع اللحام بالليزر لزيادة سرعة اللحام بمقدار 10 أمتار/الدقيقة).  

 ثالثًا. التطور التآزري لاختيار المواد والاحتياجات الصناعية  

في مجال الطاقة والبنية التحتية، يجب أن يتطابق اختيار المواد بدقة مع ظروف العمل:  

- أنابيب الصلب الكربوني الطري: السيطرة على شبكة غاز المدينة، وبناء السقالات، والاعتماد على اقتصادها وسهولة لحامها.  

- أنابيب فولاذية متوسطة الكربون متوسطة الجدران سميكة الجدران: المستخدمة في خطوط الأنابيب المغمورة (على سبيل المثال. API 5L أنابيب الصلب L450N PSL2)، والتي يتم تخفيف إجهادها من خلال عملية التمدد البارد، مما يضمن 50 عامًا من السلامة في الخدمة.  

الشركات الرائدة مثل أنابيب الصلب أللاند (عائدات بقيمة 1.5 مليار يوان في عام 2023) حققت طاقة إنتاجية سنوية تبلغ 150,000 طن من الأنابيب سميكة الجدران من خلال تحسين عملية JCOE، مما يؤكد عدم إمكانية الاستغناء عن سبائك الصلب متوسطة الكربون في الأنابيب عالية الأداء.  

 الخلاصة: المنطق المادي وراء الكثافة  

من فرق الكثافة (7.85 → 7.82 جم/سم مكعب) إلى تدرج محتوى الكربون، تحدد البنية المجهرية للصلب تقسيم التطبيقات الكلية. تعكس أنابيب LSAW، باعتبارها الناقل الرئيسي، حيث يمثل الفولاذ منخفض الكربون أكثر من 60% من الوضع الحالي، والنمو المرتفع للصلب الكربوني المتوسط في قطاع الطاقة (معدل النمو السنوي المركب 1.51%)، يعكسان معًا المشهد الصناعي للطلب الدقيق على أداء المواد. في المستقبل، مع تعميم علم المعادن الخضراء وتكنولوجيا اللحام الذكية، سيعزز هذان النوعان من الفولاذ ابتكار صناعة خطوط الأنابيب في بُعد أدق.