محتوى الكربون وخواص الصلب: سلم الكربون

السلم في لمحة

نطاق الكربون	الطابع	الاستخدامات النموذجية
منخفض جدًا — تحت 0.10%	لين، قابل للتشكيل للغاية، يُلحم دون احتياطات	صفائح السحب العميق، الشرائط، الأسلاك، البراشيم؛ أنواع الصلب الخالية من الخلالي (IF) تقع في قاع هذا النطاق
منخفض — 0.10–0.25%	حصان العمل الإنشائي القابل للحام: مطيلية جيدة، مقاومة متواضعة، استجابة تصليد محدودة	المقاطع والألواح الإنشائية (نطاق S235–S355)، الأنابيب، التصنيع العام
متوسط — 0.25–0.60%	يستجيب بشدة للتبريد الفجائي والمراجعة؛ نطاق الآلات	الأعمدة والتروس والمحاور: C45/1045 عند نحو 0.45%، و4140 عند نحو 0.40%
عالٍ — 0.60–1.00%	نوابض وأجزاء اهتراء وحواف قطع؛ يصبح اللحام إجراء أخصائي	أنواع صلب النوابض (نحو 0.5–0.8% تقريبًا)، أنواع صلب السكك، حبال الأسلاك، السكاكين
عالٍ جدًا — فوق 1.00%	أقصى حجم كربيدات وصلادة كما بُرّد فجائيًا؛ هش دون مراجعة دقيقة	أنواع صلب العدد والقوالب (يحمل D2 نحو 1.5% تقريبًا)، المبارد، مجاري المحامل عند نحو 1.0%

ما يتحكم فيه الكربون

سقف الصلادة. يحدد الكربون أقصى صلادة يمكن أن يصل إليها صلب عند تبريده فجائيًا بالكامل. والعلاقة شديدة في البداية، ثم تتشبع: صلب بنحو 0.20% كربون يصل إلى نحو 45 HRC كحد أقصى، بينما ذو نحو 0.60% كربون يمكن أن يصل إلى منتصف 60s HRC. وخلف نحو 0.6–0.8% تقريبًا، يضيف الكربون الإضافي كربيدات مقاومة للاهتراء بدلًا من صلادة أعلى.

عمق التصليد سؤال مختلف. مدى عمق اختراق تلك الصلادة — قابلية التصليد — يُشترى بالمنغنيز أو الكروم أو الموليبدينوم أو آثار البورون، لا بالكربون. والخلط بين الاثنين هو خطأ مواصفة كلاسيكي: صلب عادي عالي الكربون قد يلين بعد مليمترات قليلة تحت سطح مقطع سميك.

قابلية اللحام تسير في الاتجاه المعاكس. مع ارتفاع الكربون، تتصلب المنطقة المتأثرة بالحرارة أكثر وتتشقق بسهولة أكبر. وتعبر الصناعة عن ذلك بـ مكافئ الكربون، وأكثر صيغه شيوعًا صيغة IIW وهي CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15. وأنواع الصلب ذات CE المنخفض تُلحم بحرية؛ ومع صعود CE فوق نحو 0.40–0.45 تقريبًا، تصبح التسخين المسبق ومدخل الحرارة المتحكم فيه وممارسة الهيدروجين المنخفض ضرورية — ولهذا تحد الدرجات الإنشائية الكربون جيدًا داخل النطاق المنخفض.

المتانة والمطيلية تنخفضان بثبات صعودًا في السلم: الاستطالة وطاقة الصدم عند مقاومة معينة تكونان أعلى في نطاقات الكربون المنخفض، وأنواع الصلب عالية الكربون تكسب صلادتها بهشاشة يجب على المراجعة بعد ذلك شراؤها مرة أخرى.

اختيار درجة

القاعدة العملية هي شراء كربون لا يزيد عن ما ينفقه التطبيق. فالمنشآت الملحومة تبقى منخفضة؛ والأجزاء التي ستُصلّد عبرًا وتُراجع تعيش في النطاق المتوسط؛ وفقط الأجزاء المدفوعة بالاهتراء أو عمر الحافة — النوابض والسكك والعدد — تبرر الدرجات العالية وتكاليف تصنيعها. وغالبًا ما تهرّب أسماء الدرجات الإجابة: في تسميات مثل C45 أو 1045 أو S45C، الرقم هو الكربون الاسمي بأجزاء من مئة في المئة.