L390 مقابل L415 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع غالبًا مفاضلات عند اختيار درجة الفولاذ: القوة الأعلى غالبًا ما تتعارض مع سهولة التصنيع واللحام، بينما يمكن أن تحد قابلية اللحام الأفضل من القوة القصوى أو مقاومة التآكل الممكن تحقيقها. يتم ذكر L390 و L415 في العديد من محادثات الاختيار لأنهما يحتلان مواقع متجاورة في طيف الفولاذ الهيكلي منخفض السبيكة والفولاذات من نوع الأدوات حيث يوازن المصممون بين القوة المقدمة وراحة التصنيع.
التمييز العملي الرئيسي بين هاتين الدرجتين هو المفاضلة بين القوة القصوى الممكنة / القابلية للتصلب وسهولة اللحام / التصنيع. يتم تحديد L415 عمومًا عندما تكون القوة من خلال السماكة والقابلية للتصلب الأعلى مطلوبة، بينما يفضل غالبًا L390 حيث تكون قابلية اللحام والصلابة وعلاج الحرارة الأبسط هي الأولوية. نظرًا لأن تسميات الأسماء والتركيبات الكيميائية الدقيقة يمكن أن تختلف حسب المعيار أو المورد، يجب على المستخدمين تأكيد شهادات المصنع والمعايير المعمول بها لأي عملية شراء محددة.
1. المعايير والتسميات
- المعايير الشائعة للتحقق من كلا الدرجتين: EN (المعايير الأوروبية)، ASTM/ASME (الأمريكية)، JIS (اليابانية)، والمعايير الوطنية مثل GB (الصين). لا تستخدم جميع المعايير تسميات L390/L415 بالضبط؛ قد تكون هذه أسماء تجارية أو أسماء تجارية مرتبطة بأرقام معايير مكافئة.
- التصنيف:
- L390 — يُعتبر عادةً فولاذًا هيكليًا منخفض السبيكة أو فولاذ هندسي؛ يُستخدم أحيانًا في تطبيقات السكاكين / الأدوات / التشكيل حيث تكون الصلابة المتوازنة والقوة المتوسطة مطلوبة.
- L415 — عادةً ما يكون فولاذًا منخفض السبيكة عالي القوة أو نوعًا أعلى من القابلية للتصلب يُستخدم حيث تكون القوة الشد / القوة الناتجة الأكبر أو التصلب الأعمق مطلوبين.
- النوع: لا يُعتبر أي منهما درجة مقاومة للصدأ (ما لم يتم تحديد ذلك صراحة في مواصفات المورد)؛ كلاهما فولاذات منخفضة السبيكة أو فولاذات ميكرو سبيكة بدلاً من فولاذات الأدوات التقليدية أو الفولاذ المقاوم للصدأ. تأكد مما إذا كانت الدرجة المعنية فولاذًا هيكليًا سبيكيًا، أو نوع فولاذ أدوات، أو منتج خاص من مصنع معين.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة
تلخص الجدول التالي استراتيجية السبيكة النموذجية نوعيًا. تختلف التركيبات الدقيقة حسب المواصفات والشركة المصنعة؛ استشر المواصفات المادية الفعلية وشهادة اختبار المصنع للشراء أو التصميم.
| العنصر | المستوى النموذجي (نسبي) | الدور الوظيفي والتأثير |
|---|---|---|
| C (الكربون) | L390: منخفض–متوسط | يوفر القوة والقابلية للتصلب؛ يزيد الكربون الأعلى من القوة والصلابة ولكنه يقلل من قابلية اللحام والصلابة. |
| C (الكربون) | L415: متوسط–مرتفع | يدعم الكربون المتزايد القوة والصلابة المائية الأعلى؛ يتطلب تحكمًا أكثر دقة للحام. |
| Mn (المنغنيز) | L390: متوسط | يحسن القوة والقابلية للتصلب؛ يساهم في إزالة الأكسدة وخصائص الشد. |
| Mn | L415: متوسط–مرتفع | يدعم المنغنيز الأعلى القابلية للتصلب وقوة الشد؛ يمكن أن يزيد من خطر التشقق البارد إذا لم يتم تسخينه مسبقًا. |
| Si (السيليكون) | كلاهما: منخفض–متوسط | مزيل للأكسدة؛ يساهم بشكل معتدل في القوة؛ يمكن أن يقلل السيليكون الزائد من قابلية اللحام لبعض المعادن المالئة. |
| P (الفوسفور) | كلاهما: منخفض تحت السيطرة | شوائب — تُبقى منخفضة لتجنب الهشاشة. |
| S (الكبريت) | كلاهما: منخفض جدًا تحت السيطرة | شوائب — تُبقى منخفضة؛ قد تحتوي درجات التشغيل الحر على كبريت أعلى (ليس شائعًا هنا). |
| Cr (الكروم) | L390: منخفض–متوسط | يزيد من القابلية للتصلب والقوة ومقاومة التآكل؛ التحسينات الصغيرة تحسن استجابة التصلب. |
| Cr (الكروم) | L415: متوسط–مرتفع | يعزز القابلية للتصلب وقوة التصلب الأعلى؛ يساهم في تقليل قابلية اللحام بكميات أكبر. |
| Ni (النيكل) | L390: ممكن منخفض | يحسن الصلابة والليونة عند وجوده. |
| Ni (النيكل) | L415: منخفض–متوسط | يستخدم عندما تكون الصلابة عند قوة أعلى مطلوبة. |
| Mo (الموليبدينوم) | L390: منخفض | يزيد من القابلية للتصلب والاحتفاظ بالقوة عند درجات حرارة مرتفعة. |
| Mo (الموليبدينوم) | L415: متوسط | يعزز القابلية للتصلب ويسمح بقوة مائية أعلى؛ يمكن أن يقلل من قابلية اللحام دون تسخين مسبق مناسب. |
| V/Nb/Ti (الميكرو سبيكة) | L390: ممكن ميكرو سبيكة | تحسين الحبوب وتقوية الترسيب؛ يحسن الصلابة والقوة دون كربون مفرط. |
| V/Nb/Ti | L415: ممكن ميكرو سبيكة | يستخدم لزيادة قوة العائد والتحكم في حجم الحبوب؛ يساعد في تحقيق قوة أعلى مع صلابة تحت السيطرة. |
| B (البورون) | كلاهما: آثار، إذا كانت موجودة | تزيد الإضافات الصغيرة جدًا بشكل كبير من القابلية للتصلب؛ يمكن أن تؤثر بشكل ملحوظ على قابلية اللحام إذا كانت موجودة. |
| N (النيتروجين) | كلاهما: تحت السيطرة | عنصر سبيكة / عنصر عابر — تحت السيطرة من أجل الصلابة وسلوك مكون النيتريد. |
كيف تؤثر السبيكة على الخصائص: العناصر التي ترفع القابلية للتصلب (Cr و Mo و Mn و B وأحيانًا Ni) تسمح بتحول مارتنسيت أعمق أثناء التبريد وبالتالي قوة أكبر من خلال السماكة في الأقسام الأكثر سمكًا. تمكّن عناصر الميكرو سبيكة (V و Nb و Ti) من تقوية الحبوب الدقيقة والصلابة الجيدة دون كربون مرتفع جدًا، مما يحسن نسبة القوة إلى الصلابة. ومع ذلك، فإن القابلية للتصلب الأعلى ومعادلات الكربون عمومًا تقلل من قابلية اللحام وتزيد من متطلبات التسخين المسبق / بين العمليات لتجنب التشقق.
3. البنية المجهرية واستجابة معالجة الحرارة
- البنى المجهرية النموذجية:
- L390: بعد دورات التعديل أو التبريد والتصلب، يميل L390 إلى إظهار مصفوفة مارتنسيتية أو باينيتية متصلبة مع حبوب سابقة للأوستينيت ناعمة نسبيًا عند استخدام الميكرو سبيكة. وهذا يؤدي إلى توازن جيد بين الصلابة والقوة المتوسطة.
- L415: يميل إلى تشكيل نسبة أعلى من المارتنسيت أو الباينيت عند درجات حرارة منخفضة بعد التبريد، خاصة في الأقسام الأكثر سمكًا أو عند التبريد لزيادة الصلابة. يعد التحكم في حجم حبوب الأوستينيت السابقة والتصلب أمرًا حاسمًا للحصول على صلابة مقبولة.
- طرق معالجة الحرارة وتأثيراتها:
- التعديل: تستفيد كلا الدرجتين من التعديل لتحسين حجم حبوب الأوستينيت السابقة؛ يستجيب L390 بشكل جيد مع تحسين الصلابة. سيظهر L415 المعدل قوة أعلى بعد التصلب اللاحق.
- التبريد والتصلب: الطريق الرئيسي للحصول على قوة عالية. يتطلب L415 عادةً وسائل تبريد أكثر عدوانية أو تصلب أبطأ للوصول إلى قوى التصميم؛ التصلب ضروري لاستعادة الصلابة.
- المعالجة الحرارية الميكانيكية: يمكن أن ينتج عن الدرفلة تحت السيطرة بالإضافة إلى التبريد المعجل بنى مجهرية باينيتية أو مارتنسيتية-باينيتية ناعمة مع قوة عالية وصلابة جيدة، مما يمكّن غالبًا من قابلية لحام أفضل من دورات التبريد / التصلب الثقيلة.
- ملاحظة عملية: مع زيادة القابلية للتصلب، تصبح متطلبات معالجة الحرارة بعد اللحام (PWHT) والتسخين المسبق أكثر أهمية لتجنب التشقق البارد المدعوم بالهيدروجين.
4. الخصائص الميكانيكية
يقارن الجدول أدناه الاتجاهات المتوقعة للخصائص. تعتمد القيم الفعلية على معالجة الحرارة، شكل المنتج، والمورد. استخدم تقارير اختبار المصنع للتحقق من التصميم.
| الخاصية | L390 (الاتجاه النموذجي) | L415 (الاتجاه النموذجي) |
|---|---|---|
| قوة الشد | متوسطة إلى عالية | أعلى (أقصى ممكن أعلى) |
| قوة العائد | متوسطة | أعلى |
| التمدد (الليونة) | جيدة إلى متوسطة | أقل (انخفاض الليونة عند القوة القصوى) |
| صلابة التأثير | جيدة (خاصة بعد التصلب) | جيدة إلى متوسطة؛ يمكن أن تكون أقل عند مستويات صلابة أعلى |
| الصلابة (HRC أو HB) | نطاق متوسط بعد التصلب | صلابة أعلى ممكنة بعد التبريد والتصلب |
التفسير: يسمح محتوى السبيكة الأعلى و / أو معادلة الكربون لـ L415 للمصممين بالوصول إلى قوى شد وعائد أعلى، ولكن غالبًا ما تأتي هذه المكاسب على حساب الليونة وقابلية اللحام. يركز L390 على تحقيق توازن — قوة معقولة مع الحفاظ على صلابة أفضل وقابلية للتشوه.
5. قابلية اللحام
تتأثر قابلية اللحام بمحتوى الكربون، معادلة الكربون (القابلية للتصلب)، وعناصر الميكرو سبيكة. هناك صيغتين شائعتين للتنبؤ مفيدة لتفسير السلوك النسبي:
-
معادلة معادلة الكربون IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Pcm لعرض التشقق البارد: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير (نوعي): - L390: تشير القيم المنخفضة إلى المتوسطة لـ $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ عمومًا إلى سهولة اللحام مع المواد الاستهلاكية القياسية ومتطلبات تسخين مسبق أقل. يقلل الكربون المنخفض والسبيكة المقيدة من تعقيد تصميم الوصلات ويقلل من PWHT المطلوبة. - L415: ترفع السبيكة الأعلى والكربون $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$، مما يزيد من القابلية للتشقق المدعوم بالهيدروجين والمتعلق بالتصلب. غالبًا ما يتطلب لحام L415 تسخينًا مسبقًا تحت السيطرة، ومواد استهلاكية منخفضة الهيدروجين، والتحكم بين العمليات، وأحيانًا PWHT.
إرشادات عملية: بالنسبة لكلا الدرجتين، اتبع إجراءات اللحام الخاصة بالمورد؛ قم بإجراء PWHT إذا تم تحديده. استخدم أقطاب كهربائية أو معادن مالئة تحت السيطرة الهيدروجينية تتناسب مع القوة والليونة المطلوبة. حيث يجب إجراء اللحامات وفقًا لممارسات الورشة المعتادة مع قدرة تسخين مسبق محدودة، سيكون L390 عادةً الخيار الأكثر أمانًا.
6. التآكل وحماية السطح
- لا يعتبر L390 ولا L415 مقاومًا للصدأ بطبيعته؛ مقاومة التآكل نموذجية للفولاذات الكربونية / منخفضة السبيكة وتتطلب حماية السطح في البيئات المكشوفة.
- الحمايات الشائعة:
- التغليف بالغمس الساخن، رش الزنك، أو التغطية المعدنية لحماية التآكل الجوي.
- الدهانات، الطلاءات الإيبوكسية، أو أنظمة الطلاء المسحوق للتعرضات المعمارية أو الخفيفة.
- الحماية الكاثودية والطلاءات المتخصصة للبيئات البحرية أو شديدة التآكل.
- رقم مقاومة التآكل (PREN) غير قابل للتطبيق ما لم تكن الدرجة مقاومة للصدأ صراحة. للرجوع، PREN هو: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ لكن هذا المؤشر ينطبق فقط على السبائك المقاومة للصدأ؛ يجب معالجة L390/L415 باستراتيجيات حماية الفولاذ الكربوني التقليدية.
7. التصنيع، القابلية للتشغيل، وقابلية التشكيل
- القطع والتشغيل:
- L390: عادةً ما يكون أسهل في التشغيل في حالة التعديل / التصلب؛ تساعد الصلابة المنخفضة والكربون في عمر الأداة والإنتاجية.
- L415: يمكن أن يكون التشغيل أكثر تحديًا إذا تم توفيره في حالة صلابة عالية أو تم تبريده؛ يُوصى بالتشغيل المسبق في حالة أكثر ليونة أو باستخدام أدوات كربيد وتغذيات مناسبة.
- التشكيل والانحناء:
- L390: قابلية تشكيل أفضل، وانخفاضات انحناء أعلى مسموح بها قبل التشقق في حالات التعديل أو التصلب.
- L415: يكون التشكيل أكثر محدودية عندما تكون حالة التصلب عالية؛ قد يتطلب التشكيل البارد معالجة حرارية أو أدوات متخصصة.
- اللحام والتشطيب بعد اللحام:
- L390: أسهل في الطحن والتشطيب بعد اللحام.
- L415: قد يتطلب PWHT إضافية وطحنًا دقيقًا لتجنب تأثيرات التصلب والحفاظ على الخصائص.
8. التطبيقات النموذجية
| L390 — الاستخدامات النموذجية | L415 — الاستخدامات النموذجية |
|---|---|
| مكونات هيكلية حيث تكون القوة والصلابة المتوازنة مطلوبة (محاور متوسطة، دعامات، إطارات) | أجزاء هيكلية عالية القوة (محاور ثقيلة، مكونات عرضة للتآكل، تركيبات عالية الحمل) |
| تجمعات ملحومة مصنعة حيث تكون سهولة اللحام والصلابة هي الأولوية | أجزاء تتطلب قوة شد / قوة عائد أعلى أو اختراق معالجة حرارية أعمق (أقسام أكثر سمكًا) |
| مكونات الآلات التي تتطلب قابلية تشغيل جيدة ومقاومة تآكل معقولة | مكونات حيث تكون الصلابة الأعلى أو مقاومة التآكل مطلوبة بعد التبريد والتصلب |
| تطبيقات حيث يتم التخطيط لتغطية أو تغليف بعد التصنيع | تطبيقات حيث يقبل المصممون ضوابط لحام أكثر صرامة من أجل قوة أعلى |
مبررات الاختيار: اختر L390 للوظائف التي تعطي الأولوية للتصنيع، والصلابة، أو حيث يكون اللحام المعقد لا مفر منه. اختر L415 للتصميمات التي تتطلب قوة ثابتة أعلى، مقاومة للتآكل، أو قدرة تحمل أكبر، وحيث يمكن لبيئة التصنيع استيعاب ضوابط لحام ومعالجة حرارية أكثر صرامة.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة النسبية: عادةً ما يكون L415 أكثر تكلفة على أساس كل طن عندما يكون محتوى السبيكة والمعالجة (مثل معالجة الحرارة المتخصصة) أعلى. يميل L390 إلى أن يكون أكثر فعالية من حيث التكلفة للتطبيقات التي لا تتطلب قوة عالية جدًا.
- التوافر حسب شكل المنتج: كلا الدرجتين متاحة عادةً في أشكال الألواح، القضبان، والأشكال المطروقة من المصانع المتخصصة ومراكز الخدمة، ولكن أوقات التسليم تختلف حسب الطلب الإقليمي وما إذا كانت معالجة حرارية أو شهادة محددة مطلوبة. تميل المخزونات القياسية نحو السبائك الهيكلية الأكثر شيوعًا؛ قد تتطلب الأنواع عالية القوة المتخصصة تشغيل المصانع أو تأخيرات في معالجة الحرارة.
- نصيحة الشراء: حدد متطلبات معالجة الحرارة، الصلابة أو الأهداف الميكانيكية، والاختبارات المادية المطلوبة (UT، MT، PMI، MTC) مقدمًا لتجنب المفاجآت في الأسعار وأوقات التسليم.
10. الملخص والتوصية
جدول الملخص (نوعي):
| المعيار | L390 | L415 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | أفضل (أسهل، تسخين مسبق أقل) | أكثر تطلبًا (تسخين مسبق / PWHT أعلى) |
| توازن القوة–الصلابة | متوازن؛ صلابة جيدة مع قوة متوسطة | قوة أعلى ممكنة؛ يمكن أن تقل الصلابة عند أقصى صلابة |
| التكلفة | عمومًا أقل | عمومًا أعلى |
| قابلية التشغيل / التشكيل | أفضل | أكثر محدودية عند وجود حالة عالية القوة |
| تعقيد التصنيع النموذجي | أقل | أعلى (يتطلب ضوابط أكثر صرامة) |
التوصية: - اختر L390 إذا كنت بحاجة إلى فولاذ هندسي متوازن مع قابلية لحام جيدة نسبيًا، وتشغيل وتشكيل أسهل، وصلابة جيدة للهياكل أو المكونات الملحومة المنتجة في بيئات الورشة مع إجراءات لحام قياسية. - اختر L415 إذا كانت متطلباتك الأساسية هي قوة الشد أو قوة العائد الأعلى، أو تصلب أعمق في الأقسام الأكثر سمكًا، أو مقاومة تآكل أكبر، ويمكن أن تستوعب خطة التصنيع إجراءات لحام أكثر تقييدًا، وتسخين مسبق / PWHT، وتكاليف مواد محتملة أعلى.
ملاحظة نهائية: يمكن استخدام مصطلحات L390 و L415 بشكل مختلف عبر الموردين والمعايير. تأكد دائمًا من التركيب الكيميائي الدقيق، ومتطلبات الخصائص الميكانيكية، وطريق معالجة الحرارة المحددة في مواصفات المواد وشهادة اختبار المصنع قبل التصميم النهائي أو الشراء.