HRB400 مقابل HRB500E – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

HRB400 و HRB500E هما من الفولاذ المدلفن على الساخن المستخدم على نطاق واسع كعناصر تسليح ذات أضلاع في البناء والهياكل الهندسية. غالبًا ما يوازن المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بين التكاليف وقابلية البناء والقدرة الميكانيكية والأداء الزلزالي عند الاختيار بين هذه الدرجات. تشمل سياقات القرار النموذجية تصميم الخرسانة المسلحة حيث يمكن أن يقلل القوة العالية من حجم المقطع، مقابل المشاريع التي تكون فيها اللدونة وتخفيف الطاقة في الزلازل أمرًا حاسمًا.

التمييز الفني الرئيسي هو أن HRB500E مصمم لتقديم قوة عائد أعلى بنسبة تقارب 25% من HRB400 مع تلبية معايير اللدونة المحسنة والأداء الزلزالي. نظرًا لأن كلاهما من الفولاذ الكربوني المنتج كأشرطة تسليح ذات أضلاع، يتم مقارنتهما عادةً من حيث التصميم الهيكلي والتصنيع واعتبارات اللحام.

1. المعايير والتسميات

المعايير والتسميات الرئيسية ذات الصلة بـ HRB400 و HRB500E: - GB/T 1499 (الصين) — تنشأ تسمية HRB هنا (أشرطة مدلفنة على الساخن ذات أضلاع). - EN 1992 / EN 10080 (أوروبا) — توجد فئات قابلة للمقارنة (سلسلة B500، B400). - ASTM/ASME — ترقيم مختلف (مثل ASTM A615/A706 لأشرطة التسليح) ولكن يمكن إجراء مقارنات قائمة على الأداء. - JIS (اليابان) — تغطي JIS G3112 والمعايير ذات الصلة مكافئات أشرطة التسليح.

تصنيف حسب نوع الفولاذ: - كلا من HRB400 و HRB500E هما فولاذ كربوني مع إضافة عناصر دقيقة حسب الحاجة — ليسا فولاذ مقاوم للصدأ أو فولاذ أدوات. - يقعان في فئة الفولاذ المدعم بأسلوب البناء/HSLA: فولاذ كربوني هيكلي بشكل أساسي مع كيمياء ومعالجة مضبوطة للحصول على قوة وعائد مطلوبين.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تلخص الجدول التالي وجود العناصر النموذجية والدور المعدني لكل درجة. تختلف الحدود الدقيقة حسب المعيار والمورد؛ يرجى استشارة شهادات المصنع للدفعات المحددة.

عنصر	HRB400 — الدور النموذجي	HRB500E — الدور النموذجي
C (الكربون)	كربون منخفض إلى معتدل لتحقيق توازن بين القوة وقابلية اللحام؛ المساهم الرئيسي في القوة.	محتوى كربون أعلى قليلاً أو مضبوط؛ متوازن لتحقيق عائد أعلى دون تقليل قابلية اللحام بشكل مفرط.
Mn (المنغنيز)	مزيل أكسدة رئيسي ومعزز للقوة في المحلول الصلب؛ يدعم الشد/العائد.	غالبًا ما يكون مشابهًا أو مرتفعًا قليلاً لزيادة القوة وقابلية التصلب.
Si (السيليكون)	مزيل أكسدة؛ كميات صغيرة من أجل القوة.	دور مشابه؛ يبقى محدودًا للحفاظ على اللدونة وخصائص اللحام.
P (الفوسفور)	يُحتفظ بمستويات منخفضة؛ يسبب الهشاشة وتقليل المتانة إذا كان مفرطًا.	مستويات منخفضة مضبوطة، خاصة للدرجات الزلزالية.
S (الكبريت)	يُحتفظ بمستويات منخفضة؛ يؤثر على قابلية التشغيل ولكن يقلل من المتانة/قابلية اللحام إذا كان مرتفعًا.	مستويات منخفضة محددة؛ تجنب الكبريت المفرط.
Cr, Ni, Mo	بشكل عام ضئيلة في أشرطة التسليح الشائعة؛ محدودة ما لم تكن أشرطة تسليح سبائكية خاصة.	قد يحتوي HRB500E على كميات ضئيلة من أجل قابلية التصلب أو السبائك الدقيقة، ولكنه ليس شريط تسليح مقاوم للصدأ/سبائك منخفضة حسب التركيب.
V, Nb, Ti (السبائك الدقيقة)	تضاف أحيانًا بكميات صغيرة لتحسين حجم الحبيبات وزيادة القوة/المتانة.	يستخدم HRB500E عادةً السبائك الدقيقة والمعالجة الحرارية الميكانيكية لتحقيق عائد أعلى وزيادة اللدونة.
B (البورون)	نادر في أشرطة التسليح؛ يستخدم بكميات دقيقة عند الحاجة إلى التحكم في قابلية التصلب.	مشابه — عادةً لا يوجد بكميات كبيرة.
N (النيتروجين)	مضبوط؛ يؤثر على سلوك ترسيب العائد والسبائك الدقيقة.	مضبوط لدعم الخصائص الميكانيكية المطلوبة.

ملخص استراتيجية السبائك: - يتم تحقيق HRB400 بشكل أساسي من خلال الكيمياء والدرفلة التقليدية، مع إعطاء الأولوية لقابلية اللحام واللدونة عند عائد اسمي يبلغ 400 ميجا باسكال. - يحصل HRB500E على عائد اسمي أعلى ولدونة زلزالية غالبًا من خلال مزيج من الكيمياء المعدلة قليلاً (مثل المنغنيز المضبوط والسبائك الدقيقة) والدرفلة الحرارية الميكانيكية/التبريد المضبوط بدلاً من الزيادات الكبيرة في الكربون.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية: - HRB400: بنية مجهرية مهيمنة من الفيريت والبرليت في أشرطة التسليح المعالجة تقليديًا؛ حجم حبيبات خشن إلى حد معقول حسب الدرفلة والتبريد. - HRB500E: مكونات أدق من الفيريت والبرليت أو مارتنسيت باينيت/مُعالج في بعض المنتجات المعالجة حراريًا وميكانيكيًا؛ يساعد تحسين حجم الحبيبات وتقوية الترسيب من السبائك الدقيقة في تحقيق قوة أعلى.

أثر المعالجة: - يعمل التهدئة أو التبريد المضبوط بعد الدرفلة على تحسين حجم الحبيبات وزيادة المتانة لكلا الدرجتين. - التبريد والتسخين غير شائع لأشرطة التسليح القياسية بسبب التكلفة، ولكن يتم استخدام المعالجة الحرارية الميكانيكية المضبوطة (TMCP) بشكل متكرر لـ HRB500E لإنتاج بنى مجهرية دقيقة الحبيبات مع تحسين العائد واللدونة. - استخدام عناصر السبائك الدقيقة (V، Nb، Ti) مع الدرفلة المضبوطة يعزز تقوية الترسيب وتحسين حجم الحبيبات، مما يحسن القوة دون عقوبة كبيرة من الكربون.

4. الخصائص الميكانيكية

الخصائص النوعية القياسية والنموذجية:

الخاصية	HRB400	HRB500E
قوة العائد الاسمية	~400 ميجا باسكال (التسمية)	~500 ميجا باسكال (التسمية)
قوة الشد	معتدلة؛ كافية لتصميمات الخرسانة المسلحة التقليدية	قوة نهائية أعلى لمطابقة العائد المرتفع؛ هامش أكبر ولكن يعتمد على المعالجة
التمدد (اللدونة)	جيدة؛ عادةً أعلى من القضبان عالية القوة غير الزلزالية	مصممة للاحتفاظ بتمدد جيد/لدونة على الرغم من القوة الأعلى (تشير "E" إلى اللدونة الزلزالية المحسنة)
صلابة التأثير	كافية للبيئات النموذجية؛ تعتمد على درجة الحرارة والإنتاج	محددة لتلبية متطلبات المتانة الزلزالية؛ عادةً ما تكون امتصاص الطاقة أفضل لكل وحدة كتلة
الصلابة	أقل من HRB500E في ظروف مماثلة	أعلى بسبب البنية المجهرية المقواة والعائد الأعلى

تفسير: - HRB500E أقوى في العائد وعادةً أيضًا في قوة الشد. يمكن أن تفقد الفولاذات عالية القوة التقليدية اللدونة، ولكن تم تصميم HRB500E للحفاظ على أو تحسين المتانة/اللدونة من خلال المعالجة والسبائك الدقيقة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الزلزالية حيث تتطلب كل من القوة وقدرة التشوه.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على المعادل الكربوني، وقابلية التصلب، ومحتوى السبائك الدقيقة. المؤشرات الشائعة:

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

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

التفسير (نوعي): - HRB400: المعادل الكربوني المنخفض وعدد أقل من المساهمين في قابلية التصلب عمومًا يؤديان إلى قابلية لحام أفضل ومتطلبات تسخين أقل. - HRB500E: القوة الأعلى وزيادة محتملة في المنغنيز أو السبائك الدقيقة يمكن أن ترفع $CE_{IIW}$ و$P_{cm}$، مما يزيد من القابلية للتصلب في منطقة اللحام والتشقق البارد إذا لم يتم التحكم في إجراءات اللحام. ومع ذلك، يتم إنتاج HRB500E عادةً مع التحكم الكيميائي وإجراءات اللحام المعتمدة للاستخدام في البناء؛ يجب أن تتبع تسخين مسبق، ودرجة حرارة بين الطبقات، واختيار المواد الاستهلاكية توصيات المورد. - في كلا الحالتين، تحقق من شهادات اختبار المصنع وأجرِ تأهيل الإجراءات للوصلات الملحومة الحرجة، خاصةً على HRB500E في المناطق الزلزالية.

6. التآكل وحماية السطح

• كلا من HRB400 و HRB500E هما فولاذ كربوني غير مقاوم للصدأ؛ مقاومة التآكل الذاتية محدودة.
• خيارات حماية السطح القياسية: الجلفنة (الغمر الساخن)، الطلاء الإيبوكسي، الطلاءات الميكانيكية، أو البدائل المقاومة للصدأ/المغلفة للبيئات شديدة التآكل.
• PREN (رقم مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على أشرطة الكربون العادية لأنه يتعلق بالسبائك المقاومة للصدأ:

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

• استخدام أشرطة التسليح المطلية أو المقاومة للتآكل، والحماية الكاثودية، أو تعديلات تصميم خليط الخرسانة والتغطية هي طرق تخفيف شائعة. عادةً ما يتم تحديد الاختيار بين HRB400 و HRB500E بناءً على النظام الحامي بدلاً من الاختلافات الذاتية في السبائك.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع: يمكن قطع كلا الدرجتين بسهولة بواسطة الأكسجين والوقود، أو وسائل كاشطة، أو ميكانيكية؛ قد يتطلب HRB500E طاقة/تآكل أدوات أعلى قليلاً بسبب القوة الأعلى.
• الانحناء/التشكيل: ينحني HRB400 بسهولة أكبر مع أنصاف أقطار انحناء أكبر مسموح بها لقطر قضيب معين؛ يتطلب HRB500E تحكمًا أكثر دقة في العملية وأنصاف أقطار انحناء صحيحة كما هو محدد بواسطة الرموز لتجنب التشقق.
• قابلية التشغيل: عمومًا ضعيفة لأشرطة التسليح بسبب تصلب العمل وهندسة الأضلاع — قد يظهر HRB500E تآكل أدوات أكبر.
• يجب على ورش التصنيع المسبق أن تأخذ في الاعتبار اختلافات الارتداد وتعديل تفاصيل الانحناء والتثبيت لـ HRB500E لضمان الأداء.

8. التطبيقات النموذجية

HRB400 — الاستخدامات النموذجية	HRB500E — الاستخدامات النموذجية
الخرسانة المسلحة السكنية والتجارية منخفضة الارتفاع حيث يتم إعطاء الأولوية لللدونة والاقتصاد	المناطق الزلزالية والعناصر الهيكلية الحرجة حيث تتطلب قوة أعلى ولدونة مضبوطة
الخرسانة الكتلية، العوارض غير الزلزالية، الألواح، والأعمدة	الهياكل عالية الارتفاع، الجسور، التعديلات المقاومة للزلازل، والأعضاء المصممة لتقليل المقطع العرضي باستخدام قضبان تسليح عالية القوة
التسليح العام في ظروف التعرض المعتدلة	التطبيقات التي تتطلب تقليل حجم/وزن القضبان مع تلبية متطلبات اللدونة وتخفيف الطاقة

مبررات الاختيار: - اختر HRB400 للخرسانة المسلحة الروتينية حيث تكون اللدونة وقابلية اللحام القياسية كافية وحساسية التكلفة أعلى. - اختر HRB500E حيث تكون هناك حاجة لتقليل تصميمات مساحة القضيب، أو تفاصيل زلزالية، أو قدرة تحميل أعلى لكل وحدة مساحة، شريطة تنفيذ ضوابط التصنيع واللحام.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادةً ما يكون HRB500E أكثر تكلفة لكل كيلوغرام من HRB400 بسبب التحكم الأكثر دقة في الكيمياء، والمعالجة (TMCP)، والتأهيل للأداء الزلزالي، على الرغم من أن التكلفة لكل قدرة هيكلية قد تكون مواتية.
• التوافر: يتم تخزين HRB400 بشكل أكثر شيوعًا في العديد من الأسواق؛ يعتمد توافر HRB500E على الطلب الإقليمي وقدرة المنتج. قد تنطبق أوقات تسليم طويلة للأحجام الخاصة أو الدفعات المعتمدة زلزاليًا.
• أشكال المنتج: يتم توفير كلاهما عادةً كأشرطة مستقيمة أو لفات وفي أطوال قطع قياسية؛ قد تكون الأقفاص أو الشبكات المصنعة مسبقًا متاحة في كل درجة.

10. الملخص والتوصية

المعيار	HRB400	HRB500E
قابلية اللحام	أفضل (CE أقل)	جيدة مع الضوابط (احتمال CE أعلى)
توازن القوة–المتانة	قوة معتدلة مع لدونة موثوقة	قوة عائد أعلى مع لدونة/متانة مصممة
التكلفة	سعر وحدة أقل	سعر وحدة أعلى، توفير محتمل في التكلفة الإجمالية عبر تقليل كمية المواد

اختر HRB400 إذا: - كانت المشاريع تعطي الأولوية لأقل تكلفة للمواد وطرق البناء التقليدية. - كانت التطبيقات غير زلزالية أو حيث تكون اللدونة القياسية واللحام الأسهل مفضلين. - كانت التوافر المحلي وتدفقات التصنيع القياسية تفضل HRB400.

اختر HRB500E إذا: - كانت التصاميم تتطلب قوة عائد أعلى لتقليل أحجام الأعضاء أو تلبية حدود الرموز. - كانت الهياكل في مناطق زلزالية أو تتطلب تخفيف الطاقة المعتمد واللدونة المضبوطة. - كانت المشتريات يمكن أن تستوعب تكاليف وحدة أعلى قليلاً وتم تعديل إجراءات التصنيع/اللحام لتناسب الدرجة.

ملاحظة نهائية: تأكد دائمًا من شهادات اختبار المصنع، وتوصيات المورد بشأن اللحام والمناولة، ومتطلبات رموز المشروع. بالنسبة للهياكل الحرجة، قم بإجراء تأهيل التوافق والإجراءات (اللحام، الانحناء، التثبيت) وتنسيق مع المهندسين الهيكليين لضمان توافق الدرجة المختارة مع التفاصيل، والمتانة، وأهداف السلامة.