סוגי פלדה: דרגות, סימונים ואיך בוחרים

המשפחות העיקריות של פלדה

ברוב העבודות של מסגרות, בנייה וקונסטרוקציה, העבודה כולה היא בשורה הראשונה: פלדה מבנית, בשלוש דרגות עיקריות בלבד. שאר המשפחות מופיעות בעיקר בתעשייה, במכונות, בכלים ובשימושים מיוחדים שבהם יש דרישה ברורה לתכונה מסוימת.

פלדה מבנית: S235, S275 ו S355

פלדה מבנית היא פלדת פחמן נמוך, עם כמות קטנה של מנגן ויסודות נוספים. היא חזקה, גמישה, נוחה לריתוך, לחיתוך ולכיפוף, וזולה יחסית. מכאן עשויים כמעט כל הפרופילים, הקורות, הפלטות והפחים שבשימוש בבנייה ובמסגרות.

בתקן האירופי EN 10025, הדרגות מסומנות באות S, שמציינת פלדה מבנית, ובמספר, שמציין את חוזק הכניעה המינימלי במגה פסקל, בעובי של עד 16 מילימטר. חוזק הכניעה הוא המאמץ שבו הפלדה מתחילה להתעוות באופן קבוע. לפי EN 10025-2:

פרופילים חלולים: EN 10219 ו EN 10210

בפרופילים חלולים, יש שני תקנים אירופיים עיקריים. EN 10219 מכסה פרופילים שנוצרים בעיבוד קר: פח שמכופף לצורה ומרותך. אלה רוב הפרופילים המרובעים והמלבניים בשוק. EN 10210 מכסה פרופילים שנוצרים או מטופלים בחום, עם תכונות אחידות יותר בכל החתך ופינות חדות יותר.

שני התקנים משתמשים באותן דרגות, S235, S275 ו S355, עם האות H בסוף. בעבודות מסגרות, ההבדל כמעט לא מורגש. בקונסטרוקציה, המהנדס מגדיר איזה תקן נדרש, בעיקר בעמודים עמוסים ובחיבורים מרותכים חשובים. למידות ולמשקל לפי EN 10219, ראו את טבלת פרופילים מרובעים לפי התקן.

איך קוראים סימון כמו S355J2H

הסימון המלא של פלדה מבנית אומר הרבה. נפרק את S355J2H לדוגמה.

דרגות מקבילות בתקנים אחרים

בתוכניות ובמפרטים מופיעים לפעמים סימונים אמריקאיים או ישנים. ההקבלה בין התקנים אינה מדויקת, כי כל תקן מגדיר את הבדיקות והגבולות קצת אחרת, אבל כקירוב: הדרגה האמריקאית A36 קרובה ל S235 ו S275, והדרגה A572 Grade 50 קרובה ל S355. בתקנים אירופיים ישנים יותר, S235 סומנה בעבר כ Fe 360 או St 37, ו S355 כ Fe 510 או St 52.

כשבמפרט מופיעה דרגה מתקן אחר, השאלה החשובה היא אם הדרגה האירופית המוצעת עומדת בדרישות של המפרט. במבנים, ההחלטה היא של המהנדס.

מתי S355 משתלמת

נניח קורה שנושאת עומס מסוים, ושהחישוב מראה שבפלדה S235 נדרשת קורה כבדה, ובפלדה S355, שחזקה בכחצי, קורה קלה בהרבה. ההפרש במחיר לטון בין הדרגות קטן יחסית להפרש במשקל, ולכן הקורה מ S355 יוצאת זולה יותר בסך הכל, וגם קלה יותר להובלה ולהרכבה.

אבל זה לא תמיד עובד כך. כשהחלק מוגבל על ידי הקשיחות, כלומר כמה הוא מתכופף, ולא על ידי החוזק, הדרגה לא עוזרת: כל הפלדות המבניות קשיחות באותה מידה. בקורות ארוכות, שבהן הכיפוף הוא הבעיה, צריך פרופיל גדול יותר, לא פלדה חזקה יותר. זו החלטה של המהנדס, לפי החישוב.

פלדת פחמן: נמוך, בינוני וגבוה

הכמות של הפחמן בפלדה היא אחד הדברים שהכי משפיעים על התכונות שלה. ככל שיש יותר פחמן, הפלדה קשה וחזקה יותר, אבל גם שבירה יותר וקשה יותר לריתוך.

היסודות בפלדה ומה כל אחד עושה

מעבר לברזל ולפחמן, כל פלדה מכילה כמויות קטנות של יסודות נוספים. חלקם מוספים בכוונה כדי לשפר תכונות, וחלקם שאריות מהייצור שמגבילים את הכמות שלהן.

טיפול תרמי: איך אותה פלדה מקבלת תכונות שונות

בפלדות עם מספיק פחמן או יסודות סגסוגת, אפשר לשנות את התכונות בחימום ובקירור מבוקרים. חישול רך מרכך את הפלדה ומקל על העיבוד. נרמול מאחיד את המבנה הפנימי אחרי עיבוד חם. הקשיה בקירור מהיר, במים או בשמן, הופכת את הפלדה לקשה מאוד, אבל שבירה. הרפיה אחרי ההקשיה מחזירה חלק מהגמישות, ומאזנת בין קשיות לחוזק.

בפלדות מבניות עם פחמן נמוך, ההקשיה כמעט לא משפיעה, ולכן הן לא עוברות טיפול כזה. בפלדות כמו 1045 ו 4140, הטיפול התרמי הוא חלק עיקרי מההכנה של החלק, והוא נעשה אחרי העיבוד או לפני העיבוד הסופי.

פלדות סגסוגת: 4130 ו 4140

פלדות סגסוגת מכילות, מעבר לפחמן, יסודות כמו כרום, מוליבדן וניקל, שמשפרים את החוזק, את הקשיחות ואת התגובה לטיפול תרמי.

4130 (25CrMo4) היא פלדת כרום מוליבדן עם פחמן נמוך יחסית. היא חזקה מאוד ביחס למשקל, ונוחה יחסית לריתוך, ולכן נפוצה בצינורות לשלדות של אופניים, כלי רכב לשטח, כלוב בטיחות ותעופה קלה.

4140 (42CrMo4) מכילה יותר פחמן, ומשמשת לחלקים עמוסים מאוד, כמו צירים, ברגים חזקים וחלקי מכונות, בדרך כלל אחרי חישול.

הפלדות האלה נמכרות בעיקר כמוטות, צינורות ופלטות לתעשייה, ולא כפרופילים לבנייה. בקונסטרוקציה ובמסגרות, פלדה מבנית היא הבחירה.

משפחות הנירוסטה

נירוסטה היא פלדה עם לפחות כ 10.5% כרום. הכרום יוצר על הפנים שכבה דקה של תחמוצת, שמגינה מפני חלודה ומתחדשת מעצמה. יש כמה משפחות, שנבדלות במבנה הפנימי ובתכונות.

דרגות של פחים

בפחים, יש שתי משפחות עיקריות. פחים מבניים, בדרגות S235, S275 ו S355, משמשים לפלטות ולחלקים נושאי עומס, בעיקר בעוביים בינוניים ועבים. פחים לעיבוד ולכיפוף, כמו DC01 בפח שעבר ערגול קר, ו DX51D בפח מגולוון, הם פלדות רכות, שנועדו לכיפוף, לכבישה ולעיבוד, ולא לנשיאת עומס מחושב.

בפחים דקים לשימוש כללי, כמו ארונות, מכסים ותעלות, הפלדה היא כמעט תמיד מהמשפחה השנייה. בפלטות לקונסטרוקציה, מהראשונה. לפרטים על פחים שחורים, ראו את פח שחור בכל העוביים.

פלדה מגולוונת: ציפוי, לא דרגה

פלדה מגולוונת היא לא סוג נפרד של פלדה, אלא פלדה רגילה עם ציפוי אבץ. בפח מגולוון בתהליך רציף, הסימון לפי EN 10346 כולל גם את הפלדה וגם את הציפוי, למשל DX51D+Z275: DX51D היא פלדה רכה לעיבוד ולכיפוף, ו Z275 מציין 275 גרם אבץ למטר מרובע, בסך שני הצדדים.

בפרופילים ובחלקים שמגולוונים בחם אחרי הייצור, הדרגה היא של הפלדה המקורית, למשל S235 או S355, והגילוון מתואר בנפרד, לפי ISO 1461. לפרטים, ראו את גילוון חם לפי ISO 1461.

פלדה עמידה באטמוספרה (קורטן)

פלדה עמידה באטמוספרה, שמוכרת בשם המסחרי קורטן, מכילה תוספות של נחושת, כרום וניקל. כשהיא חשופה לאוויר, היא מחלידה, אבל שכבת החלודה שנוצרת צפופה ומגינה, ומאטה מאוד את המשך הקורוזיה. התוצאה היא גוון חום כתום אופייני, שאדריכלים אוהבים בחזיתות, בגדרות ובפסלים.

פלדה כזו מתוכננת בדרך כלל עם עובי מעט גדול יותר, כדי לפצות על השכבה שהופכת לחלודה, והפרטים שלה מתוכננים כך שמים לא יעמדו עליה. היא לא מתאימה לכל סביבה. ליד הים, או במקומות שבהם הפלדה רטובה כל הזמן, השכבה המגינה לא מתייצבת. וחלודה שנשטפת ממנה בתחילת הדרך מכתימה משטחים שמתחתיה, כמו מדרכות וקירות בהירים.

איך בוחרים דרגה לעבודה

במבנים ובקונסטרוקציה, הדרגה נקבעת בתכנון, והיא מופיעה בתוכניות. הזמינו בדיוק את מה שכתוב, ואם רוצים להחליף, שאלו את המהנדס.

בעבודות מסגרות כמו שערים, גדרות, מעקות וריהוט, הפרופילים בשוק הם בדרך כלל S235 או S275, וזה מספיק. העובי והמידה חשובים יותר מהדרגה.

בחלקי מכונות, הבחירה תלויה בעומס, בשחיקה ובעיבוד: פלדה מבנית לבסיסים ולמסגרות, 1045 לצירים ולחלקים מעובדים, ופלדות סגסוגת לחלקים עמוסים במיוחד.

בסביבה רטובה או ימית, השאלה היא לא רק דרגה אלא הגנה: פלדה מבנית עם גילוון חם, נירוסטה 316, או אלומיניום ימי.

כשלא בטוחים, תארו לנו את השימוש: מה החלק עושה, איפה הוא יעמוד, ואם הוא ירותך, יכופף או יגולוון. ברוב המקרים, התשובה היא אחת משלוש הדרגות המבניות, והשאלה האמיתית היא העובי, המידה וההגנה מקורוזיה. כשהחלק נושא עומס במבנה, ההחלטה על הדרגה היא של המהנדס, ואנחנו נספק את מה שמופיע בתוכנית.

איך הדרגה משפיעה על העיבוד

חיתוך בלייזר: כל הדרגות המבניות נחתכות באותה קלות, והחיתוך לא משנה את הדרגה. בפלדות עם יותר פחמן, הקצה החתוך יכול להתקשות מעט, וזה חשוב אם הוא יעובד אחר כך. ראו את חיתוך לייזר לפלדה בכל הדרגות.

כיפוף: פלדה חזקה יותר דורשת כוח רב יותר, רדיוס גדול יותר, וחוזרת יותר אחרי הכיפוף. בפלטות עבות מ S355, הרדיוס המינימלי גדול מזה של S235 באותו עובי. ראו את כיפוף פלדה לפי דרגה ועובי.

ריתוך: הפלדות המבניות נוחות לריתוך. בדרגות חזקות ובעוביים גדולים, לפעמים נדרש חימום מוקדם. ובפלדות עם יותר פחמן או סגסוגת, הריתוך דורש הליך מוגדר.

תעודות חומר

בקונסטרוקציה, המפרט דורש לעיתים תעודה שמאשרת את הדרגה ואת התכונות של הפלדה. התעודה הנפוצה היא לפי EN 10204 מסוג 3.1: תעודת בדיקה של היצרן, שמפרטת את ההרכב הכימי ואת תוצאות הבדיקות המכניות של המנה שממנה הפלדה יוצרה.

אם התעודה נדרשת, ציינו את זה בהזמנה, כדי שנבדוק את הזמינות לכל פריט. ובשמירה על התעודה, כדאי לסמן את החלקים כך שאפשר לדעת מאיזו מנה הם, במיוחד כשיש באותו מבנה כמה דרגות.

קשיות ואיך מודדים אותה

קשיות היא העמידות של הפלדה בפני חדירה ושחיקה. היא נמדדת בכמה שיטות, שכל אחת מהן לוחצת גוף קשה לתוך הפלדה ומודדת את העקבה: ברינל (HB), רוקוול (HRC) וויקרס (HV). פלדה מבנית רכה יחסית, ופלדות שעברו הקשיה, כמו להבים וכלים, קשות פי כמה.

בעבודות בנייה ומסגרות, הקשיות כמעט לא מופיעה במפרט. היא חשובה בחלקים שנשחקים, כמו פלטות שחיקה, שיניים של כלי עבודה וחלקי מכונות שזזים זה על זה. לשם כך יש פלדות ייעודיות, עמידות בשחיקה, שמסומנות לפי הקשיות שלהן.

פלדה בחום ובאש

פלדה לא נשרפת, אבל היא מאבדת חוזק וקשיחות כשהיא מתחממת. בטמפרטורות של כמה מאות מעלות, שמגיעים אליהן בשריפה של מבנה תוך זמן קצר, פלדה מבנית מאבדת חלק ניכר מהחוזק שלה, וקורה שנשאה את העומס בקלות יכולה להתכופף ולקרוס. לכן במבנים שבהם נדרשת עמידות אש, הקונסטרוקציה מוגנת: בצבע מתנפח שתופח בחום ויוצר שכבת בידוד, בלוחות חסיני אש, או בבטון.

סוג ההגנה והעובי שלה נקבעים לפי הדרישות של המבנה ושל רשויות הכבאות, ולפי הגודל של הפרופילים: פרופיל עבה מתחמם לאט יותר מפרופיל דק. הדרגה של הפלדה כמעט לא משנה את התמונה; כל הפלדות המבניות מתנהגות באופן דומה בחום.

פלדות כלים

פלדות כלים הן משפחה של פלדות עם הרבה פחמן ויסודות סגסוגת, שנועדו להיות קשות מאוד ולשמור על הקצה שלהן: תבניות ליציקה ולכבישה, להבים, מקדחים וכלי חיתוך. הן עוברות טיפול תרמי מדויק, ומעובדות בדרך כלל בעיבוד שבבי ובהשחזה. הן לא חלק מעבודות הבנייה והמסגרות, ומופיעות בעיקר בתעשייה ובייצור כלים.

איך מייצרים פלדה, ולמה זה חשוב

פלדה מיוצרת בשתי דרכים עיקריות. בדרך הראשונה, עפרת ברזל מותכת בכבשן גבוה עם פחם, והברזל שמתקבל הופך לפלדה בממיר חמצן. בדרך השנייה, גרוטאות פלדה מותכות בתנור קשת חשמלי, ומתקבלת פלדה חדשה. היום, חלק גדול מהפלדה בעולם מיוצר מגרוטאות, ופלדה היא אחד החומרים הממוחזרים ביותר בעולם.

לגבי הדרגה, שתי הדרכים מייצרות את אותן דרגות, לפי אותם תקנים. ההבדל הוא בעיקר בכמות האנרגיה ובפליטות, ולפעמים בכמויות קטנות של יסודות שנשארים מהגרוטאות, כמו נחושת. בפלדות מבניות, התקן מגביל את היסודות האלה, כך שהפלדה עומדת בדרישות בכל מקרה.

פלדה מול ברזל יצוק

ברזל יצוק מכיל הרבה יותר פחמן מפלדה, בדרך כלל יותר מ 2%. הוא נוזלי מאוד כשהוא מותך, ולכן מתאים ליציקה של צורות מורכבות: מכסי ביוב, גופי משאבות, תנורים ישנים ובסיסים של מכונות. אבל הוא שביר, ולא מתכופף לפני שהוא נשבר, ולכן לא משמש לפרופילים ולקונסטרוקציה.

הבלבול נובע מהשם: בעברית אומרים "ברזל" גם על פלדה וגם על ברזל יצוק. בפועל, כל פרופיל, צינור, פח ופלטה שנמכרים לבנייה ולמסגרות הם פלדה.

טעויות נפוצות בבחירת דרגה

להחליף דרגה בלי לשאול. במבנה, החלפה של S355 ב S235 מורידה את החוזק בכשליש.

לבחור 1045 לחלק שירותך. בלי הליך מתאים, הריתוך עלול להיסדק.

לחשוב שנירוסטה לא מחלידה בכלל. 430 ואפילו 304 מכתימות ליד הים.

לבחור קורטן לבניין ליד הים. השכבה המגינה לא מתייצבת במלח.

להזמין פח לכיפוף בדרגה מבנית חזקה. הרדיוס המינימלי גדול, והכיפוף קשה יותר.

משקל סגולי של פלדה

הצפיפות של פלדה מבנית היא כ 7.85 גרם לסמ"ק, כלומר 7,850 ק"ג למטר מעוקב. כל טבלאות המשקל של פרופילים ופחים מחושבות לפי המספר הזה. בנירוסטה, הצפיפות מעט גבוהה יותר, כ 7.9 עד 8.0, ובאלומיניום, כ 2.7, כשליש מפלדה.

מכאן נובע חישוב פשוט: פח פלדה בעובי מילימטר אחד שוקל כ 7.85 ק"ג למטר מרובע, ופח בעובי 10 מילימטר כ 78.5. לטבלאות משקל של כל סוגי הפרופילים, ראו את משקל פלדה לפי סוג ומידה.

מה אנחנו מספקים

אנחנו מספקים ומעבדים פלדות מבניות בדרגות הנפוצות: פרופילים חלולים, זוויתנים, ערוצים, קורות, פלטות ופחים, בשחור ובמגולוון, במוטות ובגיליונות או חתוכים לפי שרטוט. בנוסף, אנחנו חותכים בלייזר נירוסטה, אלומיניום ופליז. לפרופילים, ראו את פרופילים שחורים בכל הסוגים, ולפחים ולפלטות את פחים ופלטות לפי עובי ודרגה.

לדרגות מיוחדות, כמו פלדות סגסוגת ופלדות כלים, פנו עם המפרט, ונבדוק מה אפשר. רקע כללי על פלדה מבנית יש בערך Structural steel בוויקיפדיה האנגלית.