Q195 مقابل Q215 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
Q195 و Q215 هما نوعان شائعان من الفولاذ الكربوني بتصميم صيني يستخدمان في التطبيقات الهيكلية العامة والهندسة الخفيفة. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً الاختيار بينهما عند الموازنة بين التكلفة، وقابلية التشكيل، وقابلية اللحام، والقدرة المطلوبة على تحمل الأحمال. تشمل سياقات القرار النموذجية اختيار المواد للأجزاء المشكّلة على البارد حيث تكون اللدونة وتشطيب السطح في المقدمة، مقابل العناصر الهيكلية الملحومة حيث تكون القوة المحورية العالية والخصائص الشدّية الأعلى قليلاً مطلوبة.
التمييز العملي الرئيسي بين هذين الصنفين هو أن Q215 محدد لتقديم قوة عائد دنيا أعلى من Q195، وهو ما يتحقق من خلال التحكم الكيميائي والمعالجة بشكل مختلف قليلاً. يؤثر هذا الاختلاف على الأداء الميكانيكي، وحدود التشكيل، وحساسية قابلية اللحام، والتطبيقات المناسبة؛ ومن ثم يتم مقارنة هذين الصنفين غالبًا في مرحلة المواصفات والمشتريات.
1. المعايير والتسميات
- المعايير الوطنية والدولية الشائعة حيث يمكن العثور على مكافئات أو درجات مشابهة:
- GB/T (الصين): Q195، Q215 (فولاذ كربوني هيكلي شائع تحت GB/T 700 إلخ)
- ASTM/ASME: لا توجد مكافئات مباشرة 1:1؛ الفئات القابلة للمقارنة هي الفولاذ الهيكلي منخفض الكربون (مثل ASTM A36 للاستخدام الهيكلي العام، على الرغم من اختلاف الخصائص الكيميائية والميكانيكية).
- EN (أوروبا): فولاذ كربوني منخفض القوة قابل للمقارنة للاستخدام الهيكلي (مثل S235 في بعض السياقات، لكن التوافق المباشر ليس دقيقًا).
- JIS (اليابان): فولاذ هيكلي منخفض الكربون بأدوار مشابهة (لا يوجد تطابق مباشر واحد).
- التصنيف: كل من Q195 و Q215 هما فولاذان هيكليان منخفضا الكربون (فولاذ كربوني غير سبيكي)، وليس فولاذ مقاوم للصدأ، أو فولاذ أدوات، أو فولاذ منخفض السبيكة عالي القوة (HSLA). يتم تصنيفهما بشكل عام كفولاذ هيكلي كربوني مخصص للتشكيل، واللحام، والتصنيع العام.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة
الصنفين هما فولاذان كربونيان عاديان مع سبيكة محدودة. بدلاً من اقتباس حدود عددية دقيقة (التي يتم التحكم فيها بواسطة المعيار الصادر وشكل المنتج)، يتم التعبير عن المقارنة بشكل أفضل من حيث النسب:
| عنصر | Q195 (ميل نموذجي) | Q215 (ميل نموذجي) |
|---|---|---|
| C (كربون) | محتوى كربون أقل → مُحسّن لزيادة اللدونة وقابلية التشكيل | كربون أعلى قليلاً من Q195 → يساهم في زيادة قوة العائد |
| Mn (منغنيز) | منخفض إلى معتدل؛ مُزيل للأكسدة ومساهم في القوة | مشابه أو أعلى قليلاً؛ يدعم القوة والقدرة على التصلب بشكل معتدل |
| Si (سيليكون) | كميات صغيرة كمزيل للأكسدة | كميات صغيرة مشابهة |
| P (فوسفور) | مستوى منخفض مُتحكم فيه (شوائب) | مستوى منخفض مُتحكم فيه |
| S (كبريت) | مستوى منخفض مُتحكم فيه (شوائب) | مستوى منخفض مُتحكم فيه |
| Cr، Ni، Mo، V، Nb، Ti، B | بشكل عام لا تُضاف بكميات ذات مغزى (أثر أو لا شيء) | بشكل عام لا تُضاف؛ في بعض متغيرات المنتج قد تكون السبيكة الدقيقة موجودة للتحكم في الخصائص |
| N (نيتروجين) | أثر؛ مُتحكم فيه حيثما تم تحديده | أثر؛ مُتحكم فيه حيثما تم تحديده |
تفسير: - يعتمد كلا الصنفين على الكربون والمنغنيز كمساهمين رئيسيين في القوة. الكربون الأعلى قليلاً (وأحيانًا المنغنيز الأعلى قليلاً) في Q215 يزيد من قوة العائد والشد مقارنةً بـ Q195. - لا يستخدم أي من الصنفين سبيكة دقيقة بشكل كبير كاستراتيجية للتقوية؛ إذا كانت عناصر السبيكة الدقيقة (V، Nb، Ti) موجودة، فهي عادةً بكميات أثرية وتمثل متغيرات منتج متخصصة بدلاً من الدرجات القياسية.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
- البنية المجهرية النموذجية: عادةً ما تظهر كلا الفولاذين بنية مجهرية من الفريت والبرليت بعد الدرفلة الساخنة التقليدية والتبريد في الهواء. يوفر الفريت اللدونة؛ بينما يتحكم البرليت في القوة.
- Q195: مع كربون أقل، تحتوي البنية المجهرية على نسبة أكبر من الفريت وأقل من البرليت، مما يؤدي إلى تحسين اللدونة وقابلية التشكيل. يمكن أن يؤدي التحكم في حجم الحبيبات من خلال الدرفلة والمعالجة الحرارية إلى تعزيز المتانة بشكل أكبر.
- Q215: يشجع الكربون الأعلى قليلاً على نسبة أعلى من البرليت أو هياكل برليتية أدق بعد التبريد، مما يساهم في زيادة قوة العائد والشد.
- استجابة المعالجة الحرارية:
- التسخين: كلاهما يستجيب جيدًا للتسخين الكامل لتحسين اللدونة وتخفيف الضغوط؛ سيؤدي التسخين إلى إنتاج المزيد من الفريت المتساوي الشكل وكربيدات كروية حيثما كان ذلك مناسبًا.
- التطبيع: يحسن القوة والمتانة قليلاً من خلال تحسين حجم الحبيبات؛ كلا الصنفين يستفيدان، قد يظهر Q215 زيادة نسبية أكبر في القوة.
- التبريد والتقسية: هذه ليست طرقًا قياسية للصنفين منخفضي الكربون العاديين لأن القدرة على التصلب محدودة؛ يتطلب التصلب الكبير عبر السماكة محتوى سبيكة أعلى. سيتصلب Q215 قليلاً أكثر من Q195 لكن لا يحقق أي منهما القدرة على التصلب للفولاذ السبيكي أو HSLA دون إضافة سبيكة.
- المعالجة الحرارية الميكانيكية: يمكن أن يؤدي الدرفلة المُتحكم فيها والتبريد المُعجل إلى تحسين البنية المجهرية؛ تُطبق مثل هذه الطرق بشكل أكثر شيوعًا على فولاذ HSLA والفولاذات عالية القوة، لكنها يمكن أن تؤثر بشكل معتدل على خصائص هذه الدرجات إذا تم تطبيقها.
4. الخصائص الميكانيكية
تقديم السلوك الميكانيكي النسبي يتجنب اقتباس القيم القياسية الدقيقة بينما يجعل الفروق العملية واضحة.
| الخاصية | Q195 | Q215 |
|---|---|---|
| قوة العائد الدنيا | أقل (حسب التعريف حول اسم الصنف) | أعلى (اسم الصنف يشير إلى الحد الأدنى الأعلى) |
| قوة الشد | أقل إلى معتدل | معتدل إلى أعلى |
| التمدد (اللدونة) | لدونة أعلى (حدود تشكيل أفضل) | تمدد أقل قليلاً مقارنةً بـ Q195 |
| متانة الصدمة | جيدة بشكل عام في درجة حرارة الغرفة؛ تعتمد على السماكة والمعالجة | قابلة للمقارنة أو أقل قليلاً عند نفس السماكة/المعالجة إذا زادت القوة |
| الصلابة | صلابة أقل (أسهل في التشغيل/التشكيل) | صلابة أعلى قليلاً |
تفسير: - يتوافق ترقيم الصنف مع نية تصميم قوة العائد الدنيا (مثل Q195 ~195 ميغاباسكال الحد الأدنى للعائد مقابل Q215 ~215 ميغاباسكال الحد الأدنى للعائد). لذلك، يعتبر Q215 هو الأقوى من الاثنين حسب المواصفات. - يزيد الكربون الأعلى وزيادة محتوى البرليت (في Q215) من قوة الشد والعائد ولكن يمكن أن يقلل من التمدد وقابلية التشكيل على البارد بشكل طفيف. - تتأثر متانة الصدمة بشكل كبير بالمعالجة والسماكة؛ يمكن تحديد ومعالجة كلا الصنفين لتحقيق متانة مقبولة للاستخدام الهيكلي العام.
5. قابلية اللحام
قابلية اللحام للفولاذات منخفضة الكربون العادية جيدة بشكل عام، لكنها تعتمد على المكافئ الكربوني ومحتوى السبيكة الدقيقة. تشمل الصيغ الشائعة للتقييم:
-
المكافئ الكربوني لمعهد اللحام الدولي: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
صيغة الكربون-المنغنيز التنبؤية الأكثر 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 (نوعي): - Q195: الكربون الأقل يعطي قيم $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ أقل — قابلية لحام أفضل، أقل حاجة للتسخين المسبق، خطر أقل من التشققات الباردة المعززة بالهيدروجين. - Q215: الكربون والمنغنيز الأعلى قليلاً يمكن أن يرفع مقاييس المكافئ الكربوني، مما يجعل اللحام أكثر حساسية قليلاً. في الممارسة العملية، الفروق صغيرة وإجراءات اللحام العادية مع المواد الاستهلاكية المناسبة، وتصميم الوصلات، وممارسات التسخين المسبق/ما بعد اللحام تضمن لحامات سليمة. - يمكن أن تزيد السبيكة الدقيقة (إذا كانت موجودة) من القدرة على التصلب وحساسية التشقق؛ لذلك، اتبع تأهيل إجراءات اللحام واعتبر التسخين المسبق/المعالجة الحرارية بعد اللحام للأقسام الأكثر سمكًا أو الوصلات المقيدة.
6. التآكل وحماية السطح
- لا Q195 ولا Q215 مقاومان للصدأ؛ مقاومة التآكل مشابهة ومتواضعة. استراتيجيات الحماية نموذجية للفولاذ الكربوني:
- التغليف بالغمس الساخن (طلاء الزنك) للهياكل الخارجية أو المكشوفة.
- الطلاء، أو الطلاءات المسحوقة، أو الطلاءات التحويلية للحماية الجوية.
- طلاءات متخصصة (إيبوكسي، بولي يوريثان) للبيئات العدوانية.
- PREN (رقم مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على الفولاذ الكربوني العادي، ولكن للرجوع عند وجود درجات مقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- استخدم اختيار حماية التآكل وفقًا للبيئة، وعمر التصميم، وخطة الفحص/الصيانة.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- التشكيل والانحناء:
- Q195: أفضل للتشكيل على البارد، والسحب العميق، والانحناء بزاوية ضيقة بسبب اللدونة الأعلى.
- Q215: لا يزال قابلًا للتشكيل ولكن لديه حدود تشكيل مخفضة قليلاً؛ قد تكون هناك حاجة لزوايا انحناء أكبر أو تسهيلات تشكيل.
- القطع والتشغيل:
- الفولاذات منخفضة الكربون عمومًا أسهل في التشغيل؛ قد ينتج Q195 رقائق أكثر لدونة ويكون أقل تآكلًا للأدوات.
- قد تؤدي القوة/الصلابة الأعلى قليلاً لـ Q215 إلى تقليل عمر الأداة وتتطلب تغذيات/سرعات معدلة.
- التشطيب: كلاهما يستجيب جيدًا للتشطيب السطحي القياسي (الطحن، التفجير بالرصاص، الطلاء).
8. التطبيقات النموذجية
| Q195 — الاستخدامات النموذجية | Q215 — الاستخدامات النموذجية |
|---|---|
| مكونات مشكّلة على البارد، تصنيع خفيف، مشابك، دعامات، إطارات أثاث، ملفات زخرفية | أقسام هيكلية للبناء الخفيف إلى المتوسط، إطارات ملحومة، مكونات هيكلية، حواجز حماية |
| أجزاء مطبوعة بتحميل منخفض ومنتجات صفائح معدنية اقتصادية | أجزاء تتطلب هامش عائد أعلى أو قوة شد أعلى قليلاً (دعامات متوسطة التحمل) |
| منتجات صفائح وشريط فولاذ كربوني منخفض التكلفة للاستخدام العام | عناصر مصنعة حيث يبرر الزيادة المتواضعة في القوة زيادة صغيرة في التكلفة |
مبررات الاختيار: - اختر Q195 حيث تكون أقصى قابلية للتشكيل، وسهولة اللحام، وأقل تكلفة للمواد هي الأولويات. - اختر Q215 حيث يتطلب الأمر زيادة معتدلة في قوة العائد/الشد دون الانتقال إلى فولاذ HSLA أو سبيكة.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة النسبية: Q195 عمومًا أقل تكلفة قليلاً من Q215 على أساس لكل كيلوغرام بسبب انخفاض التحكم المطلوب في الخصائص الميكانيكية ومتطلبات السبيكة والمعالجة المنخفضة قليلاً. عادةً ما تكون الفروق السعرية متواضعة.
- التوافر: كلا الصنفين متاحان عادةً في صفائح، وألواح، ولفائف، وأشكال هيكلية في الأسواق التي يتم تخزين درجات GB/T فيها. تتحكم أشكال المنتجات المحددة (السماكات، المدرفلة على البارد مقابل المدرفلة على الساخن) ومخزونات الموردين في أوقات التسليم.
- نصيحة الشراء: إذا كانت هناك حاجة إلى كميات كبيرة أو تسامح ضيق، قم بتوريد من عدة موردين وتأكيد شهادات المصنع وتقارير الاختبار لضمان الامتثال للخصائص المطلوبة من حيث العائد والشد.
10. الملخص والتوصية
| المعيار | Q195 | Q215 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة جدًا (CE أقل) | جيدة جدًا إلى جيدة (CE أعلى قليلاً) |
| توازن القوة–المتانة | لدونة/تمدد أفضل؛ قوة كافية | قوة عائد/شد أعلى مع انخفاض طفيف في اللدونة |
| التكلفة | أقل | أعلى قليلاً |
الخاتمة والإرشادات: - اختر Q195 إذا: - كانت التصميمات تعطي الأولوية لقابلية التشكيل، والسحب العميق، أو زوايا الانحناء الضيقة. - كانت قابلية اللحام مع الحد الأدنى من التسخين المسبق والحد الأقصى من اللدونة مهمة. - كانت هناك حاجة لتقليل التكلفة للأحمال الهيكلية غير الحرجة. - اختر Q215 إذا: - كانت المكونات تتطلب هامش قوة عائد دنيا أعلى دون الانتقال إلى فولاذ HSLA أو سبيكة. - كانت هناك حاجة إلى قوة شد أعلى قليلاً للهياكل الملحومة الحاملة للأحمال حيث تكون تخفيضات القابلية للتشكيل مقبولة. - أراد المصممون زيادة صغيرة في القوة مع الاحتفاظ بممارسات تصنيع الفولاذ الكربوني التقليدية.
ملاحظة نهائية: كل من Q195 و Q215 هما فولاذان هيكليان منخفضا الكربون مخصصان للاستخدام الهندسي العام. يتركز الفرق العملي على زيادة متواضعة في القوة (تحققت من خلال التحكم الكيميائي والمعالجة) في Q215 مقابل زيادة أكبر في اللدونة وسهولة التشكيل في Q195. بالنسبة للتطبيقات الحرجة، تحقق دائمًا من شهادات اختبار المصنع للتركيب الكيميائي ونتائج الاختبار الميكانيكي واعتبر تصميم الوصلات، وطريق التصنيع، والطلاءات الواقية عند تحديد أي من الصنفين.