HRB400 مقابل HRB400E – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

HRB400 و HRB400E هما درجتان محددتان على نطاق واسع من القضبان الفولاذية المدرفلة على الساخن والمشوهة المستخدمة في البناء الخرساني والتطبيقات الهيكلية. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً خيارًا بينهما عند تحديد التعزيز الذي يجب أن يوازن بين القوة والمرونة وقابلية اللحام والتكلفة والأداء الزلزالي. تشمل سياقات القرار النموذجية الأعضاء العادية من الخرسانة المسلحة حيث تكون القوة والتكلفة القياسية هي المحركات الأساسية، مقابل تصميمات الأحمال الزلزالية أو الديناميكية حيث تكون المرونة المحسنة وتخفيف الطاقة أمرًا حاسمًا.

التمييز الأساسي هو أن HRB400E هو النسخة المعززة زلزاليًا من HRB400: كلاهما يوفر مستوى عائد اسمي يبلغ 400 ميجا باسكال، ولكن يتم إنتاج HRB400E واختباره لتقديم مرونة متفوقة وأداء انحناء وسلوك كسر محكوم تحت الحمل الزلزالي. بسبب هذه الاختلافات في التحكم المعدني ومعايير القبول الميكانيكية، يتم مقارنة الدرجتين عادةً عندما تتطلب المشاريع إما أداءً أساسيًا أو قدرة مضادة للزلازل مرتفعة.

1. المعايير والتسميات

• GB (جمهورية الصين الشعبية): GB/T 1499.2 — "قضبان الفولاذ المدرفلة على الساخن ذات الأضلاع لتعزيز الخرسانة" هو المعيار الرئيسي الذي يحدد درجات HRB؛ HRB400 و HRB400E هما تسميات صينية. HRB تعني "قضبان مدرفلة على الساخن ذات أضلاع."
• ASTM / ASME: ليست معادلات مباشرة، ولكن HRB400 قابل للمقارنة تقريبًا مع ASTM A615 الدرجة 60 (حوالي 420 ميجا باسكال في بعض التحويلات) من حيث الوظيفة؛ تأكد دائمًا من الاختبارات الميكانيكية والكيميائية عند الاستبدال.
• EN (أوروبا): تستخدم درجات القضبان في EN 1992/EN 10080 تسميات مختلفة (مثل B500B/B500C). يتطلب التوافق المباشر مطابقة متطلبات العائد والمرونة والاختبار.
• JIS (اليابان): تغطي JIS G 3112 القضبان الفولاذية المشوهة للخرسانة؛ مرة أخرى، يتطلب التوافق التحقق من الخصائص والاختبارات.

التصنيف: كل من HRB400 و HRB400E هما قضبان مشوهة من الكربون والمنغنيز مصنفة كصلب كربوني غير سبائكي، وغالبًا ما يتم إنتاج النسخة HRB400E مع ضوابط أكثر صرامة أو إضافات ميكروسبائكية لتلبية أهداف الأداء الزلزالي. إنها ليست فولاذًا مقاومًا للصدأ أو فولاذ أدوات أو فولاذ عالي السبائك؛ إنها تقع ضمن عائلة قضبان الكربون/السبائك المنخفضة (الفولاذ المسلح التقليدي).

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تركز الاستراتيجية الكيميائية لـ HRB400 مقابل HRB400E على الكربون المنخفض إلى المعتدل، والمنغنيز كمساهم رئيسي في القوة، والسيليكون كعامل إزالة الأكسدة، والفوسفور والكبريت بكميات ضئيلة. يتم تصنيع HRB400E مع تحكم أكثر دقة في مكافئ الكربون وقد تشمل عناصر ميكروسبائكية أو تغييرات في العملية لتحسين المرونة والصلابة. يتم تحديد الحدود الكيميائية الدقيقة في المعايير ومن قبل المصانع؛ يتم تقديم مقارنة نوعية أدناه.

عنصر	HRB400 (نهج التحكم النموذجي)	HRB400E (نهج التحكم النموذجي)
C (الكربون)	منخفض إلى معتدل؛ يتم التحكم فيه للسماح بالعائد المطلوب وقابلية اللحام	أقل أو يتم التحكم فيه بدقة لتقليل القابلية للتصلب وتحسين المرونة
Mn (المنغنيز)	سبائك القوة الرئيسية؛ مستويات معتدلة	Mn مشابه ولكن يتم التحكم فيه بدقة لإدارة $CE$ ونسبة العائد
Si (السيليكون)	عامل إزالة الأكسدة؛ مستويات معتدلة	مشابه؛ يتم التحكم فيه للحد من المراحل الهشة
P (الفوسفور)	يتم الاحتفاظ به منخفضًا (تحكم في الشوائب)	يتم الاحتفاظ به منخفضًا؛ غالبًا ما يتم فرض حدود أكثر صرامة
S (الكبريت)	يتم الاحتفاظ به منخفضًا؛ ممارسة قياسية لإزالة الكبريت	منخفض؛ تحكم صارم لتجنب التشقق المرتبط بالكبريتيد
Cr, Ni, Mo	عادةً ما تكون غائبة أو بكميات ضئيلة	قد تكون غائبة أو موجودة فقط بكميات ضئيلة ما لم يتم تحديدها لقضبان خاصة
V, Nb, Ti (ميكروسبائك)	عادةً لا تتطلب	قد تضاف بكميات صغيرة أو تُدخل عبر مسار الإنتاج لتحسين الحبيبات وتحسين الصلابة (اعتمادًا على ممارسة المصنع)
B, N	بصمة؛ يتم التحكم فيها	بصمة؛ يتم التحكم في النيتروجين لدعم المرونة

كيف تؤثر السبائك على الأداء: - يتحكم الكربون والمنغنيز بشكل رئيسي في القوة؛ يزيد الكربون العالي من القوة ولكنه يقلل من قابلية اللحام والمرونة. - يمكن أن تعمل عناصر الميكروسبائك (V، Nb، Ti) بتركيزات منخفضة على تحسين الحبيبات، وزيادة الصلابة، والسماح بقوة أعلى دون زيادة الكربون. - تقلل الحدود الضيقة على P و S من الهشاشة وتحسن المرونة عند درجات الحرارة المنخفضة وأداء الانحناء - وهو أمر مهم للدرجات الزلزالية.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

يتم إنتاج كل من HRB400 و HRB400E عادةً عن طريق الدرفلة الساخنة والتبريد المنضبط بدلاً من التبريد والتقسية. البنى المجهرية النموذجية هي مزيج من الفيريت والبيرلايت، مع التأثير على النسبة والدقة من خلال معدل التبريد والتركيب.

• HRB400: يتم إنتاجه لتحقيق الخصائص الميكانيكية المطلوبة مع الدرفلة الساخنة والتبريد القياسي. البنية المجهرية هي فيريت-بيرلايت مع أحجام حبيبات كافية لتصميم المرونة.
• HRB400E: قد تتضمن عملية الإنتاج تحكمًا أكثر دقة في منحنيات التبريد، أو الدرفلة الحرارية الميكانيكية، أو الميكروسبائك لإنتاج حبيبات أدق وبنية فيريت-بيرلايت أكثر تجانسًا مع عدد أقل من الجزر البيرلايتية الخشنة. النتيجة هي تحسين في الإطالة وأداء الانحناء.

استجابة المعالجة الحرارية: - يمكن أن يزيد التعديل أو التبريد المعجل بعد الدرفلة من القوة ويصقل البنية المجهرية؛ ومع ذلك، تعتمد إنتاجية القضبان النموذجية على الدرفلة المنضبطة بدلاً من المعالجة الحرارية بعد الدرفلة. - التبريد والتقسية ليست معيارًا لقضبان HRB لأن هذه الطرق تزيد من التكلفة وتغير السلوك البعدي/المرن؛ عند تحديدها، تنتج قضبانًا أعلى قوة وأقل مرونة - غير مناسبة للتعزيز القياسي ما لم يُطلب ذلك بشكل محدد. - تعزز المعالجة الحرارية الميكانيكية أو إضافات الميكروسبائك المستخدمة في HRB400E الصلابة وتقلل من خطر الكسر الهش تحت الحمل الدوري.

4. الخصائص الميكانيكية

يتم تحديد كلا الدرجتين لتوفير حد أدنى من العائد يبلغ 400 ميجا باسكال، ولكن معايير القبول تختلف بالنسبة للمرونة واختبارات مقاومة الزلازل. تستخدم الجدول أدناه أوصاف نوعية وحدود دنيا محددة قياسيًا حيثما كان ذلك ممكنًا.

الخاصية	HRB400	HRB400E
قوة العائد الدنيا المحددة	400 ميجا باسكال (حسب التسمية)	400 ميجا باسكال (حسب التسمية)
قوة الشد	نطاق نموذجي يكفي لتلبية التصميم الهيكلي؛ يتطلب المعيار نسبة الشد إلى العائد ضمن الحدود	نطاق شد مشابه؛ قد يتطلب تحكمًا أكثر دقة في نسبة العائد إلى الشد
الإطالة (المرونة)	تفي بالحد الأدنى القياسي للإطالة لـ HRB400	متطلبات إطالة ومرونة محسنة؛ حدود دنيا أعلى أو اختبارات انحناء/مرونة إضافية
صلابة التأثير / سلوك الانحناء	مقبول للاستخدام العام؛ يتم تطبيق اختبارات الانحناء القياسية	تحكم متفوق في الانحناء والكسر؛ غالبًا ما تتطلب اختبارات انحناء زلزالية إضافية واختبارات إعادة الانحناء
الصلابة	نموذجية لقضبان الكربون المنخفض؛ صلابة معتدلة	مشابهة أو أقل قليلاً من الصلابة الموضعية بسبب التحكم في التركيب لتجنب الهياكل الهشة

أيها أقوى، أو أكثر صلابة، أو أكثر مرونة: - القوة (العائد) متساوية اسميًا حسب اسم الدرجة. - الصلابة والمرونة: تم تصميم HRB400E واختباره لتقديم مرونة محسنة وأداء انحناء مقارنةً بـ HRB400 القياسي، مما يقلل من خطر الفشل الهش تحت الأحمال الزلزالية أو الديناميكية.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام بشكل أساسي على محتوى الكربون، مكافئ الكربون (قابلية التصلب)، ووجود عناصر الميكروسبائك. هناك صيغتان تجريبيتان شائعتان لتقييم قابلية اللحام هما مكافئ الكربون IIW و $P_{cm}$ الأكثر شمولاً:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير (نوعي): - HRB400: مصمم بمحتوى كربون ومنغنيز منخفض إلى معتدل بحيث يكون اللحام عمومًا عمليًا مع الاحتياطات القياسية (تسخين مسبق أو إدخال حرارة منضبط حيثما كان ذلك ضروريًا). - HRB400E: بسبب التحكم الأكثر صرامة في مكافئ الكربون وغالبًا ما يكون محتوى الكربون أقل أو محتوى الميكروسبائك تحت السيطرة، يمكن أن تكون قابلية اللحام متساوية أو محسنة مقارنةً بـ HRB400. ومع ذلك، قد تقدم المصانع عناصر الميكروسبائك لتحسين الصلابة؛ يمكن أن تزيد هذه العناصر قليلاً من قابلية التصلب، مما يتطلب الانتباه إلى التسخين المسبق ودرجة حرارة التداخل في اللحامات السميكة. - في الممارسة العملية: تحقق من تقارير اختبارات المصنع، احسب $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$ للملف/الدفعة المحددة، واستشر مواصفات إجراءات اللحام لتحديد التسخين المسبق والمواد الاستهلاكية ومتطلبات التأهيل.

6. التآكل وحماية السطح

HRB400 و HRB400E ليست فولاذًا مقاومًا للصدأ؛ لذلك فإن استراتيجيات حماية التآكل تتعلق بالطلاءات وغطاء الخرسانة.

• حمايات نموذجية: غطاء خرسانة كافٍ وفقًا للمعايير، إضافات مثبطة للتآكل، طلاء الإيبوكسي للقضبان، الجلفنة (قضبان مدرفلة على الساخن مجلفنة)، أو استخدام قضبان مكسوة بالفولاذ المقاوم للصدأ أو مركبة حيث يكون التعرض شديدًا.
• PREN (رقم مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على القضبان الكربونية العادية؛ إنه ذو صلة فقط للسبائك المقاومة للصدأ:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• إرشادات عملية: اختر HRB400E للأعضاء الحرجة زلزاليًا، وحدد بشكل منفصل تخفيف التآكل (طلاء/غطاء) اعتمادًا على شدة البيئة؛ لا تعزز التحسينات الزلزالية مقاومة التآكل الجوي بشكل جوهري.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع: يتم قطع كلا الدرجتين باستخدام الأكسجين والوقود، أو القص الكاشط، أو القص الميكانيكي. يضمن محتوى الكربون المنخفض أن يكون القطع التقليدي مباشرًا.
• الانحناء وتشكيل القضبان: عادةً ما تقدم HRB400E أداءً متفوقًا في الانحناء وديكورات أكبر مسموح بها قبل الكسر، مما يبسط التصنيع للخطاطيف، والدعائم، والتفاصيل الزلزالية. تلبي HRB400 متطلبات التشكيل العامة ولكن قد يكون لديها هامش أقل في الانحناءات ذات القطر الكبير أو الزوايا الضيقة.
• قابلية التشغيل: لا يتم عادةً تشغيل القضبان؛ إذا كانت المعالجة مطلوبة، فإن كلاهما متشابه - تعتمد سرعات القطع والأدوات على الصلابة.
• التشطيب: أنماط السطح المشوهة متشابهة؛ تأكد من تنظيف قشور المصنع والطلاءات قبل اللحام أو الربط.

8. التطبيقات النموذجية

HRB400 (الاستخدامات النموذجية)	HRB400E (الاستخدامات النموذجية)
أشعة خرسانية مسلحة عامة، ألواح، أعمدة في مناطق غير زلزالية أو ذات زلازل منخفضة	أعضاء إطار زلزالي، تفاصيل مرنة في مناطق زلزالية عالية، مناطق المفاصل البلاستيكية
خرسانة ضخمة وأساسات حيث لا تكون المرونة العالية هي الشاغل الرئيسي	هياكل تتطلب مرونة محسنة، وتخفيف الطاقة، وسلوك كسر محكوم تحت الأحمال الدورية
عناصر مسبقة الصنع وأعمال مدنية عامة حيث تكون الكفاءة من حيث التكلفة هي الأولوية	وصلات حرجة، وصلات تداخل وتعزيز محصور في تصميم مقاوم للزلازل

منطق الاختيار: - اختر HRB400 حيث تكون القوة القياسية والكفاءة من حيث التكلفة هي الأولوية ولا تكون متطلبات الزلازل أو المرونة الخاصة بالمشروع صارمة. - اختر HRB400E حيث تتطلب متطلبات الكود أو العميل مرونة أعلى، وأداء انحناء أكثر صرامة، وقدرة مؤكدة على مقاومة الزلازل - خاصة لمناطق المفاصل البلاستيكية والتفاصيل الحرجة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: تعتبر HRB400 عمومًا قضبانًا أساسية ذات تكلفة أقل لأن معايير الإنتاج والقبول أقل صرامة من المتغيرات الزلزالية. عادةً ما تتطلب HRB400E سعرًا أعلى بسبب التحكم الأكثر دقة في العملية، والاختبارات الإضافية، أو متطلبات الميكروسبائك والتتبع.
• التوافر: كلاهما متاحان عادةً في الأسواق حيث يتم إنتاج معايير GB/T. يتم تخزين HRB400 بشكل أوسع؛ يعتمد توافر HRB400E على الطلب الإقليمي على التعزيزات الزلزالية وقدرات المصنع. قد تتطلب المشتريات ذات المواعيد الطويلة أو مواصفات المشروع التنسيق مع المصانع لضمان توافر HRB400E والشهادات.

10. الملخص والتوصية

المعيار	HRB400	HRB400E
قابلية اللحام	جيدة مع الاحتياطات القياسية	جيدة إلى محسنة؛ تحقق من $CE_{IIW}$/$P_{cm}$ للدفعة
توازن القوة والصلابة	تفي بعائد 400 ميجا باسكال؛ مرونة قياسية	نفس هدف العائد؛ مرونة محسنة وانحناء/صلابة
التكلفة	أقل (قضبان أساسية)	أعلى (معززة زلزاليًا)

اختر HRB400 إذا... - كان مشروعك في منطقة ذات زلازل منخفضة إلى معتدلة وكانت المرونة القياسية والكفاءة من حيث التكلفة هي الأولوية. - كان التعزيز لأعضاء غير حرجة حيث يكون سلوك الانحناء والمرونة القياسية مقبولًا. - كنت بحاجة إلى توافر واسع وتكلفة شراء أقل.

اختر HRB400E إذا... - كان المشروع لديه متطلبات تصميم زلزالي، أو كانت المواصفة تفرض صراحةً تعزيزًا من الدرجة الزلزالية للمناطق المحصورة، أو المفاصل البلاستيكية، أو الوصلات الحرجة. - كنت بحاجة إلى مرونة محسنة، وسلوك كسر محكوم في الانحناء، وثقة أعلى في تخفيف الطاقة تحت الأحمال الدورية. - كانت الميزانية ولوجستيات الإمداد تسمح بزيادة معتدلة مقابل تحسين هوامش الأمان في الأداء الزلزالي.

ملاحظات ختامية: راجع دائمًا أكواد المشروع ومتطلبات التصميم الهيكلي وشهادات اختبار المصنع. عند الاستبدال أو تحديد المعادلات عبر المعايير (ASTM/EN/GB/JIS)، تحقق من معايير قبول الميكانيكا والمرونة بدلاً من الاعتماد فقط على أسماء الدرجات الاسمية. بالنسبة للتجمعات الحرجة للحام، احسب $CE_{IIW}$ و/أو $P_{cm}$ من التحليل الكيميائي الفعلي وقم بتأهيل إجراءات اللحام وفقًا لذلك.