L290 مقابل L360 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً الاختيار بين L290 و L360 عند تحديد الفولاذ الهيكلي للإطارات والجسور والهياكل البحرية والتصنيع الثقيل. غالبًا ما يوازن القرار بين القوة العالية مقابل القابلية للتشكيل واللحام: يمكن أن تقلل السبائك عالية القوة من حجم المقطع ووزنه ولكن قد تفرض ضوابط تصنيع أكثر صرامة وتكاليف أعلى.
التمييز الأساسي بين L290 و L360 هو زيادة في القوة الدنيا المضمونة: يوفر L360 فئة قوة عائد أعلى من L290. نظرًا لأن هذه الزيادة في القوة تتحقق عادةً من خلال تصميم السبائك والمعالجة الحرارية الميكانيكية، يتم مقارنة الدرجتين بشكل روتيني من حيث التوازن بين المتانة واللحام والتصنيع والتكلفة.
1. المعايير والتسميات
- المعايير والأنظمة الشائعة التي يشير إليها المهندسون:
- EN / ISO (معايير الفولاذ الهيكلي الأوروبية / الدولية)
- ASTM / ASME (مواصفات المواد الأمريكية؛ تسميات مختلفة)
- JIS (المعايير الصناعية اليابانية)
- GB (المعايير الوطنية الصينية)
-
مواصفات بناء السفن الوطنية أو أنابيب النفط التي تستخدم بادئات "L" لفئات العائد الخطي
-
التصنيف:
- تعتبر L290 و L360 فولاذًا هيكليًا منخفض السبيكة / عالي القوة بدلاً من الفولاذ المقاوم للصدأ أو الفولاذ عالي السبيكة.
- عادةً ما يتم تحديدها من خلال الحد الأدنى لقوة العائد (ميغاباسكال) ومن خلال شكل المنتج (لوح، ورقة، مقطع، أو مقطع مجوف).
- ملاحظة: تشير تسميات "L" إلى مستويات العائد الدنيا في بعض الأنظمة الوطنية / المواصفات بدلاً من مواصفة كيميائية موحدة؛ قد تختلف حدود التركيب الدقيقة حسب المورد والمعيار.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة
فيما يلي جدول تركيب تمثيلي للفولاذ في فئة قوة العائد 290–360 ميغاباسكال. هذه هي النطاقات النموذجية للفولاذ الهيكلي / HSLA الحديثة؛ توجد الحدود الدقيقة في المعايير المحددة أو شهادات المصنع.
| عنصر | النطاق النموذجي (نسبة الوزن، تمثيلي لـ L290–L360 HSLA) |
|---|---|
| C (الكربون) | 0.06 – 0.18 |
| Mn (المنغنيز) | 0.3 – 1.5 |
| Si (السيليكون) | 0.02 – 0.6 |
| P (الفوسفور) | ≤ 0.035 (مراقب لمستويات منخفضة من الأجزاء في المليون) |
| S (الكبريت) | ≤ 0.035 (غالبًا ≤ 0.010 في الدرجات منخفضة الكبريت) |
| Cr (الكروم) | 0 – 0.5 |
| Ni (النيكل) | 0 – 0.5 |
| Mo (الموليبدينوم) | 0 – 0.5 |
| V (الفاناديوم) | 0 – 0.12 |
| Nb (النيوبيوم) | 0 – 0.08 |
| Ti (التيتانيوم) | 0 – 0.02 |
| B (البورون) | 0 – 0.003 |
| N (النيتروجين) | 0.005 – 0.020 |
كيف تؤثر السبيكة على الخصائص - يتحكم الكربون والمنغنيز بشكل أساسي في القوة وقابلية التصلب؛ زيادة الكربون تزيد القوة ولكن تقلل من قابلية اللحام والليونة. - تنتج عناصر السبيكة الدقيقة (V، Nb، Ti) تقوية الترسيب وتصفية حجم الحبيبات، مما يمكّن من تحقيق قوة عائد أعلى عند مستويات كربون منخفضة وتحسين المتانة. - يمكن أن تؤدي الإضافات الصغيرة من Cr و Ni و Mo إلى زيادة قابلية التصلب والقوة دون زيادات كبيرة في الكربون؛ كما تؤثر على سلوك التخمير. - يحسن البورون في مستويات منخفضة جدًا من الأجزاء في المليون قابلية التصلب عن طريق الانفصال إلى حدود حبيبات الأوستينيت عند التحكم بعناية. - يعد التحكم في P و S و N أمرًا حيويًا للمتانة وقابلية اللحام.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
البنى المجهرية النموذجية - L290: تم إنتاجه لتحقيق توازن بين الليونة والقوة. البنية المجهرية النموذجية عند التدوير/التطبيع هي فيرّيت-بيرلايت أو فيرّيت ناعم مع باينيت متناثر حسب معدل التبريد ومحتوى السبيكة. - L360: للوصول إلى الحد الأدنى الأعلى من العائد، يتم استخدام السبيكة الدقيقة (Nb، V) والمعالجة الحرارية الميكانيكية أو التدوير المتحكم فيه بشكل شائع لإنتاج فيرّيت أدق، باينيت، أو بنية مجهرية مختلطة من فيرّيت وباينيت. يمكن أن تؤدي زيادة قابلية التصلب إلى نسبة أكبر من المكونات المجهرية الباينيتية.
استجابة لطرق المعالجة - التطبيع: يزيد من المتانة من خلال إنتاج بنية حبيبية دقيقة وموحدة؛ تستفيد كلتا الدرجتين، ولكن غالبًا ما يتطلب L360 تحكمًا أكثر صرامة في معدلات التبريد لتجنب الصلابة المفرطة. - التبريد والتخمير (Q&T): ليس شائعًا لأشكال المنتجات الهيكلية الأساسية، ولكن ممكن إذا كانت هناك حاجة لمجموعات من القوة العالية والمتانة - ينتج Q&T هياكل مقسية بالمارتيزيت وقوة أعلى على حساب المزيد من المعالجة. - معالجة التحكم الحراري الميكانيكي (TMCP): تستخدم على نطاق واسع لـ L360 للحصول على قوة عائد أعلى من خلال تصفية الحبيبات وتقوية الترسيب دون زيادات كبيرة في الكربون - تحسن المتانة وقابلية اللحام مقارنة بالفولاذ المقوى بالكربون.
4. الخصائص الميكانيكية
الفرق الميكانيكي الأساسي المضمون هو الحد الأدنى لقوة العائد. تعتمد الأرقام المطلقة على المعيار المحدد وسمك المنتج والمعالجة الحرارية.
| الخاصية | L290 (نموذجي / اسمي) | L360 (نموذجي / اسمي) |
|---|---|---|
| الحد الأدنى لقوة العائد (ميغاباسكال) | ~290 ميغاباسكال (فئة التصميم) | ~360 ميغاباسكال (فئة التصميم) |
| قوة الشد (ميغاباسكال) | تختلف حسب السمك / العملية؛ نطاق نموذجي من المنخفض إلى المتوسط للفولاذ الهيكلي | نطاق قوة الشد النموذجي أعلى من L290 لنفس شكل المنتج |
| التمدد (%) | عادةً ما يكون أعلى من L360 عند نفس السمك | عادةً ما يكون أقل من L290 بسبب القوة الأعلى |
| صلابة تأثير شاربى | جيدة عند درجات حرارة الغرفة وتحت الصفر عند تحديدها / التحكم فيها | يمكن أن تتطابق مع L290 إذا تم تحديدها؛ تتطلب كيمياء ومعالجة متحكم فيها |
| الصلابة (HB) | أقل في المتوسط | أعلى في المتوسط |
التفسير - L360 أقوى من حيث التصميم؛ غالبًا ما تتحقق هذه الزيادة في القوة من خلال السبيكة الدقيقة والمعالجة الحرارية الميكانيكية بدلاً من زيادات كبيرة في الكربون. لذلك، يمكن أن يوفر L360 قوة أعلى مع متانة معقولة، ولكن الليونة وقابلية التشكيل تكون عمومًا أقل مقارنة بـ L290. - للتطبيقات التي تكون فيها قدرة التشوه والتشكيل هي الشواغل الأساسية، غالبًا ما يُفضل L290. بالنسبة للتصاميم الحساسة للوزن أو القدرة على تحمل الأحمال العالية، يمكّن L360 من مقاطع أرق أو تقليل استخدام المواد.
5. قابلية اللحام
العوامل الرئيسية: محتوى الكربون، المعادل الكربوني، والسبيكة الدقيقة.
صيغة المعادل الكربوني الشائعة (مفيدة لتقييم قابلية اللحام النوعية): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
معامل أكثر شمولاً: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي - نظرًا لأن الشركات المصنعة تحتفظ عادةً بمستويات الكربون منخفضة في كلا الفئتين وتستخدم السبيكة الدقيقة لرفع قوة العائد، فإن كلا الدرجتين تكونان عمومًا قابلة للحام مع التسخين المسبق المناسب، والمرور، واختيار المواد المالئة. - L360، الذي يتمتع بقابلية تصلب أعلى (من Mn، السبيكة الدقيقة، أو الإضافات الصغيرة من السبيكة)، يكون أكثر حساسية للتصدع البارد المدعوم بالهيدروجين وقد يتطلب تسخينًا مسبقًا أعلى أو تبريدًا متحكمًا لتجنب تشكيل المارتينسيت في منطقة التأثير الحراري (HAZ). - استخدام مواد استهلاكية منخفضة الهيدروجين، ودرجات حرارة تسخين مسبق / مرور مناسبة، ومعالجة حرارية بعد اللحام (حسب ما يتطلبه العقد / المواصفة) يعالج خطر التصدع. - احسب دائمًا أو قدر $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$ لتركيب شهادة المصنع المحددة لتحديد إجراءات اللحام المسموح بها.
6. التآكل وحماية السطح
- هذه الدرجات ليست فولاذًا مقاومًا للصدأ؛ تعتمد أداء التآكل على البيئة وحماية السطح.
- استراتيجيات الحماية النموذجية:
- التغليف بالغمس الساخن لمقاومة التآكل الجوي.
- أنظمة الطلاء (مركبات الزنك، الإيبوكسيات، البولي يوريثين) للحماية على المدى الطويل.
- طلاءات معدنية (رش حراري) لمقاومة التآكل بالإضافة إلى التآكل.
- رقم مقاومة التآكل (PREN) غير قابل للتطبيق على الفولاذ الكربوني / HSLA، حيث يستخدم للسبائك المقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- بالنسبة لـ L290 و L360، تعتبر إضافة التآكل أو الطلاءات الواقية هي النهج القياسي؛ يعتمد الاختيار على بيئة الخدمة (بحرية، صناعية، تعرض كيميائي).
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- القطع: القطع بالبلازما، والغاز الأكسجيني، والقطع بالليزر هي روتينية لكلا الدرجتين، مع L360 الأكثر سمكًا يتطلب مزيدًا من الانتباه لتصلب الحواف عند القطع بسرعة.
- قابلية التشغيل: التركيب المنخفض الكربون والمركبات الدقيقة تعطي قابلية تشغيل معتدلة؛ عادةً ما يكون L360 (الأعلى قوة) أكثر صعوبة في التشغيل قليلاً من L290 - تزداد تآكل الأدوات وقوى القطع.
- قابلية التشكيل والانحناء: يظهر L290 قابلية انحناء أفضل وقدرة على التشكيل البارد عند نفس السمك. يتطلب L360 أشعة انحناء أكبر، وقوة انحناء، وأحيانًا معالجة متوسطة للتخفيف من التشكيل الشديد.
- إنهاء السطح والاستعدادات للحام متشابهة؛ قد يحتاج L360 إلى تحكم أكثر صرامة في التركيب لتجنب تركيزات الإجهاد المحلية.
8. التطبيقات النموذجية
| L290 — الاستخدامات النموذجية | L360 — الاستخدامات النموذجية |
|---|---|
| أعمال الفولاذ الهيكلي العامة (أحمال خفيفة إلى متوسطة) | أعضاء هيكلية أثقل حيث تكون سعة التحميل الأعلى أو تقليل سمك المقطع مطلوبًا |
| أعضاء بناء، إطارات فرعية، وأعمال فولاذية ثانوية | الجسور، الرافعات الثقيلة، العوارض الرئيسية، والأعضاء الهيكلية للمنصات البحرية |
| معدات زراعية، تصنيع عام | تغطية هياكل السفن، أقسام هيكلية تحت الضغط حيث تكون القوة إلى الوزن الأعلى مطلوبة |
| تطبيقات حيث تكون قابلية التشكيل والتصنيع منخفض التكلفة هي الأولوية | التصنيع حيث يكون توفير الوزن، والضغط المسموح به الأعلى، أو تحسين قدرة الامتداد أمرًا حاسمًا |
مبررات الاختيار - اختر L290 عندما تكون سرعة التصنيع، والتشكيل، وحساسية التكلفة تفوق فائدة المقاطع الأصغر. - اختر L360 عندما تكون الكفاءة الهيكلية، وتقليل الوزن، أو الضغوط المسموح بها الأعلى هي الأولوية ويمكن لفريق التصنيع إدارة ضوابط اللحام والتشكيل الأكثر صرامة.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة: L360 عمومًا أكثر تكلفة من L290 بسبب التحكم الإضافي في السبيكة، والمعالجة الحرارية الميكانيكية، وضوابط الجودة الأكثر صرامة. يختلف فرق السعر حسب ظروف السوق وشكل المنتج.
- التوافر: يتم إنتاج كلا الدرجتين على نطاق واسع في الألواح، واللفائف، والمقاطع، ولكن يعتمد العرض المحلي على قدرات المصنع. غالبًا ما يكون L290 أكثر شيوعًا في أسواق الفولاذ الهيكلي السلع؛ قد يكون L360 أكثر توافرًا من المصانع التي تستهدف البناء الثقيل، والجسور، والأسواق البحرية.
- يمكن أن تزيد أوقات التسليم لـ L360 في الطلبات الكبيرة أو الألواح السميكة، خاصةً عندما تكون هناك حاجة لمتطلبات محددة من المتانة أو التحكم الكيميائي.
10. الملخص والتوصية
| المعيار | L290 | L360 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة - أكثر تسامحًا بسبب قابلية التصلب المنخفضة | جيدة مع الضوابط - تتطلب قابلية التصلب الأعلى في منطقة التأثير الحراري إجراءات أكثر صرامة |
| توازن القوة - المتانة | قوة معتدلة مع ليونة نسبية أعلى | قوة أعلى مع متانة جيدة إذا تمت معالجتها بشكل صحيح |
| التكلفة | أقل (فئة هيكلية عامة) | أعلى (معالجة HSLA والضوابط) |
التوصية - اختر L290 إذا: كنت بحاجة إلى فولاذ هيكلي فعال من حيث التكلفة، سهل التشكيل واللحام للأعضاء الحاملة للأحمال المتوسطة حيث تكون الأولوية لتعظيم الليونة وسهولة التصنيع. - اختر L360 إذا: كنت بحاجة إلى قوة عائد مضمونة أعلى لتقليل حجم المقطع أو الوزن، ويمكنك تنفيذ ممارسات لحام وتشكيل متحكم فيها، وربما تكلفة مواد أعلى قليلاً لتحقيق الكفاءة الهيكلية.
ملاحظة نهائية: راجع دائمًا شهادة المصنع الخاصة بالمورد والمعيار أو المواصفة المعمول بها للحصول على الحدود الكيميائية الدقيقة، والضمانات الميكانيكية، والبيانات المعتمدة على السمك، وتوصيات اللحام. عند الشك، اطلب سجلات التركيب والمعالجة الحرارية المحددة وقم بإجراء تقييمات قابلة للحام والمتانة الخاصة بالتطبيق.