DDQ مقابل EDDQ – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

جودة السحب العميق (DDQ) وجودة السحب العميق الإضافية (EDDQ) هما عائلتان من الفولاذ منخفض الكربون المدلفن على البارد، وتستخدم على نطاق واسع حيث تكون القابلية للتشكيل هي متطلب التصميم الأساسي. غالبًا ما توازن فرق الشراء والتصنيع والتصميم بين المزايا والعيوب المتعلقة بالقابلية للتشكيل، القوة، جودة السطح، والتكلفة عند الاختيار بينهما. تشمل سياقات القرار النموذجية اختيار درجة لسحب ضحل كبير (مع إعطاء الأولوية للتكلفة والإنتاجية)، مقابل اختيار درجة لعمليات تشكيل شديدة جدًا ومتعددة المراحل أو حدود حيث يكون التحكم في الارتداد والتقعر المحلي أمرًا حاسمًا.

التمييز الرئيسي بين الاثنين هو مستوى الأداء القابل للتحقيق في التشكيل: يتم معالجة الفولاذ EDDQ والتحكم فيه للسماح بعمليات تشكيل أكثر شدة وتعقيدًا أو "حدود" مقارنةً بدرجات DDQ القياسية. نظرًا لأن كلاهما يهدف إلى التشكيل البارد، غالبًا ما يتم مقارنتهما لألواح هياكل السيارات، وأصداف الأجهزة، وأجزاء مصنعة أخرى حيث تؤثر قابلية السحب، حالة السطح، وأداء ما بعد التشكيل على خيارات التصميم والإنتاج.

1. المعايير والتسميات

تشمل المعايير والمواصفات الدولية الرئيسية التي تغطي الفولاذ منخفض الكربون المدلفن على البارد للسحب العميق (لكن لا تقتصر على): - EN (المعايير الأوروبية) — على سبيل المثال، عائلة EN 10130 للفولاذ المدلفن على البارد منخفض الكربون لجودة التشكيل البارد. - JIS (المعايير الصناعية اليابانية) — تسميات صفائح الفولاذ المدلفن على البارد للسحب العميق. - GB (المعايير الوطنية الصينية) — مواصفات لمنتجات الفولاذ المدلفن على البارد منخفض الكربون. - ASTM/ASME — تغطي عدة معايير ASTM الصفائح والشريط المدلفن على البارد على الرغم من أن التسمية المحددة "DDQ/EDDQ" أكثر شيوعًا في ممارسات EN/JIS/GB وفي تسميات التجارة التجارية.

التصنيف: DDQ و EDDQ هما فولاذان كربونيان (درجات منخفضة الكربون المدلفنة على البارد) مخصصان للتشكيل؛ ليسا من الفولاذ المقاوم للصدأ، ولا من الفولاذات الأدوات، وعادةً لا يكونان في تصنيف HSLA/درجة المنتج. يتم إنتاجهما من خلال طرق الدرفلة الباردة والتسخين لإستهداف مستويات منخفضة من الكربون والشوائب المتحكم فيها مع تجانس الميكروهيكل للتشكيل.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

الكيمياء المحددة لـ DDQ و EDDQ هي محتوى منخفض من الكربون والتحكم الدقيق في الشوائب والعناصر المتبقية. الحد من السبائك بعد ذلك هو الحد الأدنى لأن الأولوية التصميمية هي القابلية للانحناء والسحب بدلاً من القوة أو مقاومة التآكل.

جدول: الوجود/الاستراتيجية النوعية للعناصر المدرجة

العنصر	DDQ	EDDQ
C (الكربون)	منخفض (يتم الحفاظ عليه عند الحد الأدنى لتعظيم القابلية للانحناء)	منخفض جدًا (تحكم أكثر صرامة لتحسين القابلية للتشكيل)
Mn (المنغنيز)	معتدل (إزالة الأكسدة، التحكم في القوة)	معتدل (متحكم فيه لتجنب القابلية المفرطة للتصلب)
Si (السيليكون)	منخفض (متبقي؛ متحكم فيه لجودة السطح)	منخفض (متحكم فيه بدقة)
P (الفوسفور)	أثر / محدود (يتم الحفاظ عليه منخفضًا للقابلية للانحناء)	منخفض جدًا (حدود أكثر صرامة للقابلية للتشكيل)
S (الكبريت)	أثر (متحكم فيه؛ التحكم في شكل MnS)	منخفض جدًا (تحكم صارم لتقليل شذوذ العمل الصلب)
Cr (الكروم)	ليس شائعًا (ما لم تكن درجات محددة)	ليس شائعًا
Ni (النيكل)	ليس شائعًا	ليس شائعًا
Mo (الموليبدينوم)	ليس شائعًا	ليس شائعًا
V (الفاناديوم)	ليس شائعًا	ليس شائعًا
Nb (النيوبيوم)	ليس شائعًا	نادر (فقط إذا تم استخدام الميكروسبائك لخصائص محددة)
Ti (التيتانيوم)	أثر محتمل (لتحكم الحبوب في درجات خاصة)	أثر محتمل (يستخدم بحذر)
B (البورون)	ليس شائعًا	ليس شائعًا
N (النيتروجين)	متحكم فيه (يحافظ على سلوك الشوائب مستقرًا)	متحكم فيه بدقة (لتقليل الشيخوخة الناتجة عن الشد أثناء التشكيل)

شرح استراتيجية السبائك: - يقلل محتوى الكربون المنخفض من احتمال وجود مناطق تصلب مارتنسيتية، ويقلل من الزيادات في القوة أثناء التشكيل، ويعزز القابلية للانحناء. - التحكم الدقيق في الكبريت والفوسفور، والتحكم في شكل الشوائب (شكل وتوزيع MnS)، يحسن من الاستطالة الموحدة ويقلل من التقعر المبكر. - الإضافات المستخدمة في فئات الفولاذ الأخرى (Cr، Mo، V) يتم تجنبها عمومًا لأنها تزيد من القابلية للتصلب ويمكن أن تنتج هياكل ميكروية هشة محلية بعد اللحام أو التبريد، وهو ما يتعارض مع السحب العميق.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

الميكروهياكل النموذجية: - يتم معالجة كل من DDQ و EDDQ لإنتاج مصفوفة فيريتيك بشكل أساسي مع نسبة بيرلايت دقيقة وموزعة بشكل متساوٍ (إذا تم إنتاجها من مادة بدء غير منخفضة الكربون للغاية). بعد التسخين الكامل والتبريد المتحكم فيه، يكون الميكروهيكل عادةً فيريتيك متساوي المحاور مع الحد الأدنى من التموج وتوزيع دقيق للكربيد. - تتعرض الفولاذات EDDQ لجدول زمني أكثر صرامة للدرفلة الساخنة والباردة، والتحكم في التسخين والتبريد لتقليل التموج وإنتاج ميكروهيكل أكثر تجانسًا مع تحسين شكل الشوائب. هذا يحسن من الاستطالة الموحدة وتأخير التقعر المحلي.

آثار المعالجة الحرارية والمعالجة: - التسخين الكامل والجو المتحكم فيه هما معيار لاستعادة القابلية للانحناء بعد الدرفلة الباردة. يتم ضبط درجة حرارة التسخين ومعدل التبريد لتقليل نمو الحبوب والتموج. - لا يتم استخدام التطبيع عمومًا لهذه الدرجات لأنه يزيد من القوة على حساب القابلية للانحناء وعادة ما يكون نموذجيًا للفولاذ الهيكلي عالي القوة. - لا ينطبق التبريد والتسخين على DDQ/EDDQ؛ مثل هذه المعالجات تنتج مستويات قوة غير ضرورية وضارة للسحب العميق. - يتم استخدام التحكم الحراري الميكانيكي أثناء الدرفلة الساخنة (في المنبع) وجداول الدرفلة الباردة بعناية لـ EDDQ لتقليل حجم الحبوب وشكل الشوائب، مما يعزز سلوك التشكيل الحدودي.

4. الخصائص الميكانيكية

نظرًا لأن هذه الدرجات تُعرف أكثر من خلال المعالجة وخصائص السطح/القابلية للانحناء بدلاً من مستويات القوة المستهدفة، فإن اختلافات الخصائص تُعبر بشكل أفضل نوعيًا وبالنسبة لبعضها البعض.

جدول: مقارنة نوعية للخصائص الميكانيكية

الخاصية	DDQ	EDDQ
قوة الشد	معتدلة (كافية للتشكيل والأجزاء النهائية)	مماثلة أو أقل قليلاً (محسنة للقابلية للانحناء)
قوة الخضوع	منخفضة إلى معتدلة (للسماح بالتشكيل)	منخفضة (محسنة لتعظيم القابلية للتشكيل وتقليل الارتداد)
الاستطالة	جيدة	جيدة جدًا (استطالة موحدة محسنة)
صلابة التأثير	كافية في درجة حرارة الغرفة	مماثلة أو محسنة قليلاً بسبب التجانس
الصلابة	منخفضة (حالة مطبوخة ناعمة)	منخفضة (مطبوخة ناعمة؛ أحيانًا أقل قليلاً من DDQ)

أيها أقوى/أكثر صلابة/قابلية للانحناء ولماذا: - عادةً ما يتم تحسين EDDQ لاستطالة موحدة أعلى وتقليل معامل العمل الصلب في حالة التسخين، مما يجعلها أكثر قابلية للتشكيل للسحب الشديد. غالبًا ما تؤدي تلك التحسينات إلى قوة اسمية مماثلة أو أقل قليلاً ولكن مع قابلية انحناء أكبر قابلة للاستخدام. - يوفر DDQ قابلية تشكيل موثوقة للسحب العميق القياسي حيث تكون شدة التشوه معتدلة؛ قد يكون له قوة شد أعلى قليلاً مع الحفاظ على استطالة كافية. - عادةً ما تكون اختلافات الصلابة في درجة حرارة الغرفة طفيفة؛ تكمن الميزة العملية لـ EDDQ في منع التقعر المبكر والتخفيف المحلي في تسلسلات التشكيل الشديدة جدًا.

5. قابلية اللحام

تعتمد اعتبارات قابلية اللحام على المعادل الكربوني والقابلية للتصلب. يجعل الكربون المنخفض والسبائك المتحكم فيها كلا الدرجتين قابلتين للحام بسهولة، لكن الاختلافات الدقيقة في العناصر المتبقية والتحكم في الميكروهيكل يمكن أن تؤثر على القابلية للتشقق البارد وتصلب منطقة اللحام.

تشمل الصيغ التجريبية المفيدة لتقييم قابلية اللحام مؤشرات المعادل الكربوني: - المعادل الكربوني IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm الدولية: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - كلا من DDQ و EDDQ لهما كربون منخفض وسبائك منخفضة، وبالتالي قيم منخفضة من $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ مقارنة بالفولاذات عالية القوة أو السبيكة. وهذا يعني عمومًا لحام قوسي جيد ومقاومة للتشقق البارد عند تطبيق ممارسات التسخين المسبق وما بعد اللحام المناسبة. - قد يكون لدى EDDQ تحكم أكثر صرامة في عناصر مثل الكبريت والفوسفور وسكان الشوائب الأنظف؛ يمكن أن يحسن ذلك من جودة لحام الخيوط ويقلل من فرصة وجود مناطق هشة محلية، لكنه لا يغير إجراءات اللحام بشكل جذري. - إذا كانت درجة DDQ تحتوي على عناصر ميكروسبائكية (نادرة)، يمكن أن تقلل قابلية اللحام عبر زيادة القابلية للتصلب؛ يجب التحقق من مثل هذه التسميات حالة بحالة باستخدام الصيغ أعلاه وشهادات المواد.

6. التآكل وحماية السطح

• الفولاذ غير المقاوم للصدأ: DDQ و EDDQ هما فولاذان كربونيان عاديان ولا يوفران مقاومة للتآكل تتجاوز تلك الخاصة بالفولاذ العاري. تشمل التدابير الوقائية القياسية الجلفنة (الغمر الساخن أو الجلفنة الكهربائية)، وطلاءات التحويل، والدهانات، وطلاءات المسحوق، وطبقات التمرير المطبقة بعد التشكيل.
• تُحدد الجلفنة عادةً لأجزاء السيارات والأجهزة لتوفير حماية تضحوية. يجب تنسيق استراتيجيات الجلفنة قبل وبعد التشكيل مع عمليات السحب لتجنب تشقق الطلاء؛ قد يُفضل EDDQ عندما تكون مخاطر التشكيل الشديد تؤدي إلى انقطاع الطلاء، أو عند التخطيط للطلاءات بعد التشكيل.
• مؤشر الفولاذ المقاوم للصدأ (PREN) غير قابل للتطبيق على DDQ/EDDQ لأنها ليست سبائك مقاومة للصدأ. من أجل الاكتمال، يتم حساب مؤشرات مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ عبر: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ لكن هذا غير ذي صلة بالفولاذات العميقة المدلفنة منخفضة الكربون العادية.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، والقابلية للتشكيل

• القابلية للتشكيل: تم تصميم EDDQ لتحسين نسبة السحب الحدية، ومقاومة أفضل للتشقق والتخفيف المحلي، وارتداد أكثر توقعًا — مما يجعلها الخيار المفضل للسحب المعقد والمتعدد المراحل أو السحب عالي الشد. DDQ مناسب لعمليات السحب التقليدية وإنتاج كميات كبيرة حيث تكون شدة التشكيل معتدلة.
• القطع والتفريغ: كلا الدرجتين تؤديان بشكل جيد في التفريغ والقص في الحالة المطبوخة. يمكن أن يؤدي التحكم الأكثر صرامة في السطح والشوائب لـ EDDQ إلى حواف مقصوصة أنظف وتقليل تكوين البور في التطبيقات الصعبة.
• الانحناء والتجعيد: أداء مشابه، على الرغم من أن EDDQ قد تظهر ارتدادًا أقل قليلاً وعددًا أقل من الشقوق الحادة تحت الزوايا الضيقة.
• قابلية التشغيل والتشطيب السطحي: كفولاذات منخفضة الكربون ناعمة، كلاهما قابل للتشغيل بسهولة ويقبل التشطيبات السطحية النموذجية. يمكن أن يحسن حالة السطح المتحكم فيها لـ EDDQ والتسخين من قابلية الطلاء ويقلل من العيوب في الأسطح المرئية.

8. التطبيقات النموذجية

DDQ – الاستخدامات النموذجية	EDDQ – الاستخدامات النموذجية
الألواح الخارجية للسيارات، سحب بعمق معتدل	الألواح الداخلية للسيارات والألواح الخارجية المعقدة التي تتطلب سحبًا شديدًا أو زوايا ضيقة
أغطية وأصداف الأجهزة	مكونات الأجهزة عالية القابلية للتشكيل (أحواض عميقة، بطانات معقدة)
صناديق كهربائية وخزائن	مكونات تتطلب تخفيفًا موحدًا جدًا وتقليلًا للتموج
أجزاء الصفائح المعدنية العامة حيث تكون التكلفة والإنتاجية من الأولويات	أجزاء تُنتج عبر تشكيل متعدد المراحل أو تشكيل مدعوم بالسوائل حيث تكون أقصى قابلية للتشكيل مطلوبة

مبررات الاختيار: - اختر DDQ عندما تكون هندسة الجزء معتدلة في التعقيد، وحجم الإنتاج مرتفع، واحتواء التكلفة هو أولوية. - اختر EDDQ عندما تتعرض الأجزاء لتشكيل شديد، هندسة معقدة، أو عندما يكون تقليل الفاقد بسبب التقعر والفشل المحلي أمرًا حاسمًا على الرغم من وجود تكلفة إضافية طفيفة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادةً ما تحمل EDDQ تكلفة إضافية معتدلة مقارنةً بـ DDQ بسبب التحكم الأكثر صرامة في العمليات، وإدارة التسخين والشوائب الأكثر صرامة، وأحيانًا خطوات إنهاء إضافية. تختلف التكلفة الإضافية حسب السوق والمورد.
• التوافر: يتم إنتاج DDQ على نطاق واسع ومتاحة في العديد من المقاييس والتشطيبات السطحية؛ بينما تتوفر EDDQ عادةً ولكن قد تكون أكثر محدودية في المقاييس الكبيرة جدًا، أو المعالجات السطحية الخاصة، أو أحجام الملفات المتخصصة حسب قدرات مصانع الدرفلة الإقليمية.
• شكل المنتج: كلاهما متاح كملفات وشريط مقصوص وأطوال قطع صفائحية. يجب التحقق من أوقات التسليم والحد الأدنى من كميات الطلب مع الموردين لـ EDDQ إذا كانت هناك معايير سطحية أو قابلة للتشكيل محددة جدًا مطلوبة.

10. الملخص والتوصية

جدول: مقارنة سريعة

الجانب	DDQ	EDDQ
قابلية اللحام	جيدة (كربون منخفض)	جيدة (كربون منخفض، شوائب أنظف)
القوة–الصلابة	قوة معتدلة، صلابة جيدة	قوة مماثلة، قابلية انحناء موصى بها واستطالة موحدة محسنة
التكلفة	أقل (اقتصادية للعديد من التطبيقات)	أعلى (تكلفة إضافية للقابلية للتشكيل القصوى)

التوصيات: - اختر DDQ إذا كانت تطبيقاتك تتضمن سحبًا عميقًا قياسيًا حيث لا تكون الهندسة عند أقصى حدود القابلية للتشكيل، وتكون التكلفة والتوافر الواسع من القضايا الأساسية، وتكون عمليات الطلاء أو الجلفنة القياسية مقبولة. - اختر EDDQ إذا كان الجزء يتطلب تشكيلًا شديدًا أو متعدد المراحل، زوايا ضيقة، نسب سحب حدية عالية، أو تحتاج إلى تقليل التخفيف المحلي والتموج حتى على حساب تكلفة إضافية معتدلة وربما خيارات إمداد أكثر تقييدًا.

ملاحظة نهائية: يجب دائمًا التحقق من اختيار المواصفات من خلال تجارب التشكيل أو محاكاة التشكيل باستخدام شهادات المواد الفعلية من المورد (بيانات ميكانيكية للصفائح، تشطيب السطح، ومؤشرات القابلية للتشكيل المعبر عنها). حيث يتفاعل اللحام أو الطلاء مع عمليات التشكيل، يجب تنسيق اختيار المواد مع مهندسي العمليات لتحسين سلسلة القيمة الكاملة (شراء الملفات، التشكيل، التشطيب، والتجميع).