09CuPCrNi مقابل Q355GNH – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

يواجه المهندسون وفرق الشراء عادةً خيارًا بين الفولاذات منخفضة الكربون المقاومة للتآكل القديمة والفولاذات الهيكلية الحديثة عالية القوة عند تحديد المكونات للهياكل الخارجية أو معدات الضغط أو أجزاء السفن والجسور. تتركز المقايضات عادةً حول مقاومة التآكل مقابل القوة الهيكلية، وقابلية اللحام مقابل قابلية التصلب، والتكلفة مقابل التوافر.

09CuPCrNi هو سبيكة فولاذية منخفضة الكربون على الطراز الصيني القديم تم تحسينها لتحسين مقاومة التآكل الجوي، بينما Q355GNH هو درجة فولاذ هيكلي حديثة عالية القوة من عائلة Q355 تجمع بين القوة والصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة ومقاومة التآكل الجوي من خلال الكيمياء المعتمدة والمعالجة. غالبًا ما يتم مقارنة هذه الفولاذات عندما يتم تحديث المعايير الوطنية أو تحديث المنتجات لاستبدال الدرجات القديمة بنظائر من سلسلة Q355 محسّنة للأداء الهيكلي والتوريد القياسي.

1. المعايير والتسميات

• 09CuPCrNi: تم تحديده تاريخيًا بموجب معايير GB الصينية القديمة للفولاذات المقاومة للتآكل منخفضة الكربون. إنه فولاذ منخفض الكربون، مخلوط (من نوع مقاومة التآكل) بدلاً من أن يكون فولاذًا مقاومًا للصدأ.
• Q355GNH: تم تحديده ضمن عائلة GB/T للفولاذات الهيكلية (سلسلة Q355). تتوافق عائلة Q355 مع مستوى قوة الخضوع (355 ميجا باسكال) وتغطي مجموعة من طرق الإنتاج (مُعَدل، مدلفن حراريًا، إلخ). تشير الحروف اللاحقة (مثل G، N، H) إلى خصائص/عمليات إضافية: غالبًا ما تشير G إلى مقاومة التآكل الجوي (إضافة Cu/P)، وN تشير إلى التعديل أو الدرفلة المعدلة، وH تشير إلى خصائص التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة المضمونة. Q355GNH هو فولاذ HSLA/هيكلي مع مقاومة محسّنة للتآكل الجوي والصلابة.

معايير شائعة أخرى لفئات مماثلة في الممارسة الدولية: - ASTM/ASME: (فولاذات كربونية هيكلية مثل A36، A572 لحالات استخدام مماثلة) - EN: S355 ودرجات مقاومة التآكل (مثل عائلات Corten/COR‑TEN) هي معادلات وظيفية في أوروبا - JIS: JIS G3110 والفولاذات الهيكلية ذات الصلة

ملخص التصنيف: - 09CuPCrNi — فولاذ منخفض الكربون مخلوط بعناصر من نوع مقاومة التآكل (ليس مقاومًا للصدأ). - Q355GNH — فولاذ هيكلي منخفض السبيكة عالي القوة (HSLA) مع مقاومة للتآكل الجوي وصلابة.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

جدول: وجود وأدوار السبيكة النموذجية (القيم تشير إلى النطاقات النموذجية المستخدمة في الممارسة؛ تحقق من تحليل المصنع المعتمد للشراء)

عنصر	09CuPCrNi (دور نموذجي)	Q355GNH (دور نموذجي)
C	منخفض (مشار إليه بـ "09" ≈ 0.09% C) — يحافظ على قابلية اللحام والليونة عالية	منخفض إلى متوسط (عادةً ما تحد عائلة Q355 من C للحفاظ على قابلية اللحام؛ هدف قوة الدرجة ≈355 ميجا باسكال)
Mn	متوسط — يساعد في القوة وإزالة الأكسدة	متوسط إلى مرتفع نسبيًا (1.0–1.6%) — التحكم في القوة وقابلية التصلب
Si	مزيل للأكسدة؛ كميات صغيرة شائعة	مزيل للأكسدة؛ يتم التحكم فيه لتحسين القوة وجودة السطح
P	مستويات منخفضة محكومة؛ قد تساعد كميات صغيرة من P في مقاومة التآكل	محفوظة منخفضة (≤0.035 نموذجية) لتجنب الهشاشة
S	محفوظة منخفضة من أجل الليونة وقابلية اللحام	محفوظة منخفضة (≤0.035 نموذجية)
Cr	موجود كإضافة دقيقة لمقاومة التآكل والتخميل	قد يكون موجودًا بكميات صغيرة من أجل القوة/مقاومة التآكل في المتغيرات المقاومة للتآكل
Ni	يضاف بكميات صغيرة في 09CuPCrNi من أجل الصلابة/مقاومة التآكل	عادةً ما يكون منخفضًا أو غائبًا ما لم يتطلب المتغير المحدد ذلك
Mo	ليس نموذجيًا في 09CuPCrNi	ليس نموذجيًا في Q355 القياسي؛ قد يظهر في المتغيرات الخاصة
V، Nb، Ti	ليس أساسيًا في 09CuPCrNi	موجود كإضافة دقيقة في Q355GNH (Nb، V، Ti) لتحسين الحبيبات وتحسين القوة/الصلابة في TMCP
B	ليس نموذجيًا	قد يتم استخدام B بكميات ضئيلة في بعض المتغيرات HSLA لتحسين قابلية التصلب
N	محكوم؛ ذو صلة إذا تم استخدام التحكم في الترسيب أو القوة عبر نيتريدات Nb/Ti	محكوم؛ يمكن استخدامه للتحكم في القوة عبر ترسيبات السبيكة الدقيقة

شرح الاستراتيجية: - يعتمد 09CuPCrNi على كربون منخفض بالإضافة إلى إضافات Cu/P/Cr/Ni لتعزيز طبقة صدأ واقية وتحسين مقاومة التآكل الجوي دون اللجوء إلى مستويات سبيكة مقاومة للصدأ. - يستخدم Q355GNH كيمياء محكومة (كربون منخفض، مانغنيز مرتفع نسبيًا، وعناصر سبيكة دقيقة مثل Nb، V أو Ti) مع معالجة حرارية محددة لتحقيق هدف قوة خضوع 355 ميجا باسكال، وصلابة محسّنة (خصوصًا عند درجات الحرارة المنخفضة)، ومقاومة محسّنة للتآكل الجوي عند تحديده بـ "G".

استخدم دائمًا تحليل كيميائي معتمد من المصنع للتصاميم الحرجة؛ الجدول أعلاه يهدف إلى توصيل نية السبيكة بدلاً من حدود التركيب التعاقدية.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية: - 09CuPCrNi: المنتج المدلفن أو المعالج حراريًا سيظهر بنية مجهرية من الفريت والبرليت مع نسبة برليت منخفضة بسبب الكربون المنخفض. التعديلات السبيكية (Cr، Ni) تغير قليلاً من استقرار الطور وسلوك الصدأ ولكن لا تخلق مارتنسيت كبير في ظروف التصنيع العادية. - Q355GNH: تعتمد البنية المجهرية على مسار الإنتاج المحدد: - مُعدل/مدلفن مُعدل (N): فريت-برليت ناعم مع حجم حبيبات مُحسن وصلابة محسّنة. - معالجة حرارية مُتحكم بها (TMCP) Q355: مكونات فريت/باينيت رفيعة مع ترسيبات سبيكية دقيقة (Nb، V، Ti) من أجل القوة؛ يحسن الكربون المنخفض المكافئ من قابلية اللحام مع تلبية متطلبات القوة.

أثر المعالجات الحرارية: - التعديل: يُحسن حجم الحبيبات ويُحسن الصلابة التأثيرية في كلا الدرجتين؛ يستفيد Q355GNH أكثر حيث يعتمد نطاق التقوية على الحبيبات الدقيقة. - التبريد والتخمير: ليس نموذجيًا لهذه الدرجات — يُستخدم Q&T عندما تكون القوة أعلى بكثير أو عندما تكون صلابة محددة مطلوبة ولكن ستخرج المادة من تصنيف الدرجة الهيكلية النموذجية. - الدرفلة الحرارية الميكانيكية: ضرورية لمتغيرات Q355GNH لتحقيق قوة عالية مع صلابة جيدة وتحكم في الصلابة عند السماكات المنخفضة.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: النطاقات النوعية والنموذجية (السماكة، المعالجة والتفاوتات القياسية تؤثر على القيم)

خاصية	09CuPCrNi (نموذجي)	Q355GNH (نموذجي / مضمون)
قوة الخضوع	متوسطة — أقل من Q355 (على سبيل المثال، الحد الأدنى للفولاذات الهيكلية)	مضمون ≈ 355 ميجا باسكال (نية التصميم لعائلة Q355)
قوة الشد	متوسطة (تعتمد على المعالجة؛ عمومًا أقل من Q355)	عادةً في النطاق ~470–630 ميجا باسكال حسب السماكة والمعالجة
التمدد	ليونة جيدة (أعلى من الفولاذات عالية القوة)	ليونة جيدة؛ عادةً ≥20% حسب السماكة
صلابة التأثير	متوسطة؛ محسّنة بواسطة Ni/Cr ولكن تعتمد على المعالجة	مصممة لصلابة أعلى عند درجات الحرارة المنخفضة المحددة (لاحقة H)
الصلابة	أقل	أعلى من 09CuPCrNi بسبب البنية المجهرية المقواة

أيها أقوى/أكثر صلابة/ليونة: - القوة: Q355GNH هو المادة الأقوى حسب التصميم (هدف الخضوع ≈355 ميجا باسكال). - الصلابة: تم تصميم متغيرات Q355GNH مع "H" ومعالجة مُعدلة/TMCP لتكون مخصصة لصلابة تأثير متفوقة، خصوصًا عند درجات الحرارة المنخفضة. - الليونة: قد يظهر 09CuPCrNi تمددًا موحدًا أعلى في بعض الظروف بسبب قوته المنخفضة وبنيته المجهرية الأبسط.

ملاحظة: يجب أخذ المتطلبات الميكانيكية الدقيقة من المعيار المعمول به أو شهادة المصنع.

5. قابلية اللحام

تعتمد اعتبارات قابلية اللحام على محتوى الكربون، المكافئ الكربوني (قابلية التصلب)، والإضافات الدقيقة.

مؤشرات تجريبية مفيدة: - المكافئ الكربوني (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (مؤشر عام لقابلية اللحام): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير (نوعي): - 09CuPCrNi: قاعدة الكربون المنخفض تعطي قابلية لحام جيدة بطبيعتها؛ تزيد إضافات Cu/P/Cr/Ni قليلاً من CE ولكن عادةً تبقى ضمن الحدود القابلة للحام بسهولة. يُنصح بالتسخين المسبق والتحكم في إدخال الحرارة عند وجود أقسام أكثر سمكًا أو لحامات متعددة لأن العناصر الضئيلة والكبريت/الفوسفور يمكن أن تؤثر على صلابة HAZ. - Q355GNH: مصمم لقابلية اللحام مع كربون منخفض ومانغنيز محكوم، ولكن الإضافات الدقيقة (Nb، V، Ti) والقوة الأعلى تتطلب الانتباه. يتم التحكم في قيم CE بواسطة المعايير؛ قد يكون التسخين المسبق والتحكم في درجة حرارة التداخل مطلوبين للأقسام السميكة لتجنب تصلب HAZ والتشقق البارد. نظرًا لأن Q355GNH عادةً ما يكون له صلابة مضمونة، يتم تحديد إجراءات اللحام ومتطلبات المعالجة الحرارية بعد اللحام في المعايير أو وثائق المشروع.

نصائح عملية: - تأكد دائمًا من تأهيل إجراءات اللحام (WPS/PQR) لجغرافيا الوصلات والسماكة. - استخدم مواد استهلاكية منخفضة الهيدروجين وتحكم في التسخين المسبق/التداخل للأقسام السميكة أو تصاميم الوصلات التي تركز الضغط.

6. التآكل وحماية السطح

• لا 09CuPCrNi ولا Q355GNH هما فولاذات مقاومة للصدأ؛ كلاهما يعتمد على طبقات صدأ واقية أو طلاءات لحماية طويلة الأمد من التآكل.
• 09CuPCrNi: مخلوط مع Cu وP (وأحيانًا Cr/Ni) لتشكيل باتينا أكثر التصاقًا في البيئات الجوية — يتصرف بشكل مشابه للفولاذات المقاومة للتآكل الكلاسيكية في بعض الظروف ولكنه ليس مقاومًا للصدأ. تشمل توصيات معالجة السطح أنظمة الطلاء، الغلفنة بالغمس الساخن، أو التلوين المحكوم حيثما كان ذلك مناسبًا.
• Q355GNH: عند تحديده بـ "G" (مقاومة التآكل) يحتوي على Cu وتعديلات سبيكية أخرى لتعزيز مقاومة التآكل الجوي. بالنسبة للبيئات البحرية أو الكيميائية العدوانية، لا تزال الطلاءات أو الغلفنة موصى بها.

عند مناقشة مؤشرات تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ، فإن PREN غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ. بالنسبة للسبيكات المقاومة للصدأ، فإن PREN هو: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• 09CuPCrNi: قابلية تشكيل جيدة وأداء انحناء بسبب القوة المنخفضة والكربون المنخفض. قابلية التشغيل نموذجية للفولاذات اللينة — جيدة للتصنيع العام. تجنب معدلات التشوه المفرطة التي قد تعطل كيمياء السطح السبيكية الواقية إذا كانت مقاومة التآكل الجوية مطلوبة.
• Q355GNH: قابلية تشكيل جيدة لفولاذات HSLA عند تصميمها بشكل صحيح، ولكن القوة الأعلى تتطلب مزيدًا من القوة لعمليات القطع/الانحناء. قابلية التشغيل متوسطة؛ قد تقلل بعض الإضافات الدقيقة من قابلية التشغيل قليلاً مقارنة بالفولاذات الكربونية العادية. يجب أن تعكس نسبة الارتداد والتشكيل قوة الخضوع الأعلى.

نصائح عملية: - استخدم أدوات ومعلمات عملية مصنفة للفولاذات عالية القوة عند العمل مع Q355GNH. - بالنسبة للتطبيقات الحساسة للطلاءات، اتبع إجراءات التحضير السطحي والتعامل لتجنب تلف طبقات السبيكة المقاومة للتآكل أو الطلاءات المطبقة.

8. التطبيقات النموذجية

09CuPCrNi (الاستخدامات النموذجية)	Q355GNH (الاستخدامات النموذجية)
أجزاء هيكلية خارجية حيث تكون مقاومة التآكل الجوية المتوسطة والليونة العالية مطلوبة (مكونات جسور قديمة، عناصر معمارية صغيرة)	أعضاء هيكلية للجسور والمباني والمنصات البحرية والحاويات حيث تكون قوة الخضوع 355 ميجا باسكال والصلابة المحسّنة عند درجات الحرارة المنخفضة مطلوبة
مكونات حيث تكون سهولة التصنيع والطلاء/الغلفنة هي الأولوية ولا تكون القوة العالية ضرورية	هياكل ملحومة ثقيلة، رافعات، دعائم معدات الضغط، وعناصر هيكلية أخرى عالية الحمل
تطبيقات تعطي الأولوية لسلوك مقاومة التآكل الاقتصادي على القوة العالية	استبدالات للفولاذات المقاومة للتآكل القديمة حيث تكون طرق التصنيع القياسية وخصائص الميكانيكية المضمونة مطلوبة

مبررات الاختيار: - اختر 09CuPCrNi عندما تعطي التصميم الأولوية لليونة، وسهولة التشكيل، ومقاومة التآكل الجوية المتوسطة مع متطلبات قوة أقل وعندما يفرض استخدام مخزون موجود أو مواصفة قديمة ذلك. - اختر Q355GNH عندما تكون قوة الخضوع المضمونة الأعلى، والصلابة القياسية (بما في ذلك درجات الحرارة المنخفضة)، وتناسق سلسلة التوريد الحديثة ضرورية.

9. التكلفة والتوافر

• 09CuPCrNi: قد يكون أقل إنتاجًا على نطاق واسع اليوم مع تطور المعايير؛ قد يكون التوافر محدودًا على المخزونات القديمة أو المصانع المحددة. قد تكون التكلفة تنافسية لكميات صغيرة ولكن قد تكون مصادرها مشكلة.
• Q355GNH: كمتغير قياسي من Q355، فإنه عمومًا متاح بسهولة أكبر في الألواح واللفائف والأقسام الهيكلية من عدة مصانع وموردين. عادةً ما تجعل اقتصادات الحجم Q355GNH فعّالًا من حيث التكلفة للمشاريع الكبيرة.

اعتبارات شكل المنتج: - يتوفر Q355GNH عادةً كألواح هيكلية ولفائف مدلفنة على الساخن ومن الأسهل الحصول عليها مع تقارير اختبار المصنع المعتمدة (MTRs). - بالنسبة للشراء الحرج، تطلب MTR وشهادات الاختبار لتأكيد الامتثال الكيميائي والميكانيكي.

10. الملخص والتوصية

جدول: مقارنة سريعة

الخاصية	09CuPCrNi	Q355GNH
قابلية اللحام	جيدة (كربون منخفض)	جيدة مع التحكم (كربون منخفض، إضافات دقيقة)
القوة–الصلابة	قوة متوسطة، ليونة جيدة	قوة أعلى (≈355 ميجا باسكال قوة خضوع)، صلابة مصممة
التكلفة والتوافر	قد تكون محدودة؛ مخزون قديم	توافر واسع؛ توريد قياسي

التوصية: - اختر 09CuPCrNi إذا كنت بحاجة إلى سبيكة منخفضة الكربون، سهلة التشكيل مع بعض مقاومة التآكل الجوية المدمجة للتطبيقات ذات الحمل المنخفض، خصوصًا عند مطابقة المكونات القديمة أو عندما تكون القوة المنخفضة والليونة العالية مقبولة. - اختر Q355GNH إذا كنت بحاجة إلى فولاذ هيكلي حديث ومتوافر بسهولة مع قوة خضوع مضمونة تبلغ حوالي 355 ميجا باسكال، وصلابة محسّنة عند درجات الحرارة المنخفضة، وإنتاج قياسي (خيارات تعديل/TMCP). Q355GNH هو الخيار الأكثر ملاءمة للهياكل الحاملة، والتجمعات الملحومة التي تتطلب صلابة معتمدة، وعندما يكون الامتثال لممارسات الفولاذ الهيكلي GB/T الحالية مطلوبًا.

ملاحظة نهائية: يجب أن يكون الاختيار الدقيق مدفوعًا بمواصفات المشروع (الأهداف الميكانيكية، فئة التعرض للتآكل المطلوبة، تأهيل إجراءات اللحام، والتوافر). تطلب دائمًا شهادة المصنع وتحقق من البيانات الكيميائية والميكانيكية الفعلية للمكونات الحرجة.