Q235A مقابل Q235B – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
تُعد Q235A و Q235B درجتان شائعتي التحديد من عائلة Q235 لفولاذ الهيكل الكربوني وفقًا للمعيار الصيني GB/T 700. غالبًا ما يختار المهندسون، ومدراء المشتريات، ومخططو التصنيع بينهما للمكونات الهيكلية، والألواح، والمقاطع المدلفنة حيث تكون القوة الأساسية، وقابلية اللحام، والتكلفة عوامل مهمة. توازن سيناريوهات الاختيار النموذجية بين سهولة اللحام والتشكيل مقابل صلابة الوصلة suitability للخدمة عند درجات حرارة منخفضة.
الاختلاف العملي الرئيسي بين هاتين الدرجة هو التحكم في الصلابة وممارسة صناعة الصلب المصاحبة: يتم إنتاج درجة واحدة وتوريدها دون شرط طاقة تأثير منخفضة مفروض، ولذلك يمكن تصنيعها بممارسات إزالة الأكسجين/التحكم بالأكسجين أقل صرامة؛ أما الأخرى فمحددة لتظهر طاقة تأثير دنيا عند درجة حرارة معرفة، مما يحفز التحكم في الذوبان/إزالة الأكسجين والتفتيش. وبسبب هذا الفرق، عادةً ما تُعالج Q235B لتحقيق صلابة أكثر اتساقًا من Q235A ويفضل استخدامها حيثما تكون مقاومة الصدمات مطلوبة.
1. المواصفات والتسميات
- المواصفات الرئيسية والمرجعيات المتقاطعة:
- GB/T 700 — المعيار الوطني الصيني لفولاذ الهيكل منخفض الكربون المدلفن على الساخن (يعرف سلسلة Q235).
- نظائر دولية شائعة للفهم العام: ASTM A36 (هيكلي)، EN S235 (فولاذات هيكلية)، JIS G3101 SS400 (اليابان). ملاحظة: هذه تعادل وظيفي تقريبي وليست مطابقات كيميائية/ميكانيكية مباشرة.
- تصنيف المواد:
- Q235A و Q235B هما فولاذات هيكلية منخفضة الكربون بسيطة (فولاذات كربونية غير سبائكية). ليست فولاذ مقاوم للصدأ ولا فولاذ عالي القوة منخفض السبائك بالمعنى الحديث، ولا فولاذ أدوات.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائكية
| العنصر | التحكم النموذجي (وفق توجيهات GB/T 700؛ راجع شهادة المصنع) |
|---|---|
| C (الكربون) | ≤ 0.22 (محتوى منخفض اسمي للكربون؛ المساهم الأساسي في القوة) |
| Mn (المنغنيز) | ≤ 1.40 (يساعد على القوة وإزالة الأكسجين؛ يحد من السلوك الهش) |
| Si (السيليكون) | كمية صغيرة (مزيل أكسجين؛ أثر نمطي إلى عدة أعشار في المئة) |
| P (الفوسفور) | ≤ 0.045 (شائبة - محفوظة منخفضة لتجنب التعرض للهشاشة) |
| S (الكبريت) | ≤ 0.045 (شائبة – مراقبة للحفاظ على الصلابة وسهولة التشغيل) |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B | غير مضافة عمدًا في درجات Q235 القياسية؛ عادةً ما تكون موجودة فقط كشوائب أثرية (خاصة بالمصنع) |
| N (النيتروجين) | مراقب بمستويات منخفضة؛ غير مضاف عمدًا كسبائك |
ملاحظات: - تم تصميم عائلة Q235 لتكون فولاذ هيكلي منخفض الكربون والسبائك. يتم تقليل السبائكية عمدًا للحفاظ على التكلفة منخفضة وللحفاظ على قابلية لحام وتشكيل جيدة. - وجود المنغنيز والسيليكون بمستويات مراقبة يدعم المقاومة الشد وخاصية إزالة الأكسجين. السبائكية الدقيقة (V, Nb, Ti) ليست من سمات Q235—وإن وُجدت في المواد التجارية عادةً بمستويات أثرية. - يجب التأكد من شهادة التحليل الكيميائي الفعلية للمصنع في كل مشروع لأن القيم تختلف حسب شكل المنتج والمنتج.
كيف تؤثر السبائكية على الخواص: - الكربون يزيد القوة ولكنه يقلل من قابلية اللحام والمطيلية مع زيادة المحتوى؛ نسبة الكربون المنخفضة في Q235 تحافظ على توازن جيد. - المنغنيز يزيد من قابلية التقسية وقوة الشد ولكن المنغنيز الزائد قد يزيد من قابلية التشقق. - مزيلات الأكسجين (Si, Al, Mn) وطريقة إزالة الأكسجين (rimmed, semi-killed, killed) تؤثر على المحتوى الشوائب والفراغات الداخلية؛ وهذه بدورها تؤثر على صلابة التأثير وأداء اللحام.
3. التركيب البنيوي والاستجابة للمعالجة الحرارية
- التركيب البنيوي النموذجي: فولاذ Q235 المدلفن على الساخن ينتج بنية مصفوفة طور الفريت الغالب مع فريت متعدد الأضلاع وبعض البيرلايت، ما يعكس محتوى الكربون المنخفض. التركيب البنيوي متسامح مع عمليات التشكيل واللحام الباردة الشائعة.
- تأثيرات المعالجة:
- التطبيع: ينتج بنية متجانسة أكثر من فريت-بيرلايت، مع تحسين متوسط لحجم الحبيبات وتحسين اتساق الصلابة. ليست مطلوبة عادةً لـ Q235 القياسي.
- التبريد والتلطيف: غير نمطي أو اقتصادي لـ Q235؛ هذه الفولاذات ليست مصممة للمعالجة الحرارية لزيادة القوة.
- المعالجة الحرارية-الميكانيكية: التدحرج المحكوم والتبريد المسرّع يمكن أن يكرر البنية الحبيبية ويزيد الصلابة؛ هذه الطرق تحوّل المادة إلى عائلات فولاذ هيكلي أعلى قوة، وليست ممارسة نمطية لـ Q235.
- تبعات تركيبية خاصة بكل درجة:
- Q235A: مع متطلبات صلابة أضعف وإزالة أكسجين أقل صرامة، قد يعرض تباينًا أكبر في محتوى الشوائب وصلابة موضعية.
- Q235B: مُنتج لتلبية متطلبات طاقة تأثير عند 0°C، لذا تستخدم المصانع عادة طرق معالجة low oxygen أو killed ومراقبة عملية لتحقيق تركيب ميكرو متناسق وعدد أقل من العيوب الضارة، مما ينتج صلابة وخواص مقاومة للقطع أفضل.
4. الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | Q235A (نموذجي) | Q235B (نموذجي) |
|---|---|---|
| مقاومة الخضوع (اسمية) | 235 MPa (الأساس الاسمي للدرجة) | 235 MPa |
| مقاومة الشد (نموذجي) | ~370–500 MPa (تعتمد على السماكة والعملية) | ~370–500 MPa (نطاق مماثل) |
| الاستطالة (A%) | ~20–26% (تختلف حسب السماكة) | ~20–26% (مماثلة أو أفضل قليلًا عند درجات حرارة منخفضة) |
| صلابة الصدمة | غير محددة بالمعيار للدرجة A؛ تختلف حسب المصنع | محددة عند 0°C (عادة بمؤشر Charpy V-notch، مثلًا ~27 جول) |
| الصلادة | ضمن نطاق فولاذ خفيف النموذجي؛ ليست مواصفة رئيسية | مماثلة لـ Q235A تحت نفس المعالجة |
التفسير: - كلا الدرجتين لهما هدف مقاومة خضوع اسمي متساوٍ (235 MPa). تؤثر مقاومة الشد والاستطالة بشكل كبير على السماكة وممارسات التدحرج أكثر من تأثير لاحقة A/B وحدها. - يُطلب من Q235B تلبية طاقة تأثير دنيا عند درجة حرارة محددة (عادة 0°C). هذا المتطلب يضع Q235B بشكل عام في مرتبة صلابة تقطيعية أكثر اتساقًا من Q235A. - قد تكون Q235A مكافئة ميكانيكيًا في التحميل الثابت لكنها أقل تحكمًا في مقاومة التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة.
5. قابلية اللحام
قابلية اللحام للفولاذات منخفضة الكربون عمومًا جيدة؛ يُعتبر كلا من Q235A و Q235B سهل اللحام بطرق المعادن الحشو القياسية وعمليات اللحام الشائعة. الاعتبارات الرئيسية:
- محتوى الكربون منخفض (C ≤ 0.22)، وهذا يعزز سهولة اللحام ومتطلبات تدفئة أولية منخفضة للسماكات النموذجية.
- قابلية التقسية منخفضة؛ لذا فإن خطر تكوّن مناطق متأثرة بالحرارة صلبة وهشة محدود مقارنة بالفولاذ الأعلى كربونًا.
- إزالة الأكسجين والشوائب تؤثر على امتصاص الهيدروجين ومحتوى الشوائب؛ تحكم إنتاج Q235B لتلبية اختبار التأثير يقلل حجم الشوائب والعيوب المتعلقة بالأكسجين، مما يحسّن قابلية اللحام من حيث مقاومة التشقق وصلابة منطقة التأثير الحراري (HAZ).
مؤشرات قابلية اللحام المفيدة (التفسير النوعي): - مكافئ الكربون وفق IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - قيمة $CE_{IIW}$ المنخفضة تعني سهولة اللحام مع تقليل الحاجة للتسخين المسبق/المتابع. - المعامل الدولي $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - يستخدم $P_{cm}$ لتقييم القابلية للتشقق البارد؛ تعطي درجات Q235 قيم منخفضة ولا تكون عرضة تشقق الهيدروجين المعتاد تحت الممارسات الطبيعية.
التفسير: كلا الدرجتين تعطيان عمومًا قيم منخفضة لـ $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ لأنهما منخفضا الكربون وقليلا السبائك. انخفاض الأكسجين المتبقي وصغر حجم الشوائب في Q235B يمكن أن يوفر صلابة أفضل لمنطقة التأثير الحراري ومقاومة أقل للهشاشة الناتجة عن اللحام، خصوصًا في الحالات المقيدة أو الخدمة عند درجات حرارة منخفضة.
6. مقاومة التآكل وحماية السطح
- Q235A و Q235B هما فولاذات كربونية عادية (غير مقاومة للصدأ). يعولان على الطلاءات وتدابير التصميم لحماية ضد التآكل.
- استراتيجيات الحماية النموذجية:
- الطلاء بالغمس في الزنك الساخن للتعرض طويل الأمد في الهواء الطلق.
- الدهانات والطبقات الأولية الواقية (إيبوكسي، يوريثان) في البيئات الصناعية.
- معالجات السطح (الدرفلة الباردة/الرمل النفاث) لتحسين التصاق الطلاء.
- مؤشرات مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم مثل PREN غير قابلة للتطبيق على درجات Q235 لأنها تحتوي على كميات ضئيلة من الكروم والموليبدنوم والنيتروجين لتكوين طبقة سلبية. $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- هذا المؤشر مخصص للسبائك المقاومة للصدأ ولذلك ليس ذا معنى لـ Q235.
7. التصنيع، سهولة التشغيل، وقابلية التشكيل
- قابلية التشكيل: المحتوى المنخفض من الكربون والمصفوفة الفريتية المرنة يجعل كلا الدرجتين سهلتي الانحناء والدرفلة والتشكيل للألواح والمقاطع. صلابة القطع الأفضل في Q235B يمكن أن تقلل خطر تشقق الحواف عند التشكيل بأشعة نصف قطر ضيقة أو عند العمل في درجات حرارة منخفضة.
- سهولة التشغيل: فولاذ Q235 يُشغل جيدًا بأدوات قياسية؛ درجات سهولة التشغيل تختلف قليلاً بين A و B ما لم تكن هناك عناصر متبقية محددة. يجب أن تتوافق سرعات القطع والتغذية مع ممارسات فولاذ خفيف.
8. التطبيقات النموذجية
| الاستخدامات النموذجية لـ Q235A | الاستخدامات النموذجية لـ Q235B |
|---|---|
| مكونات هياكل عامة حيث يكون خطر الصدمة منخفضًا: حوامل غير حرجة، إطارات، أقسام المباني، أجزاء آلات خفيفة | عناصر هيكلية تتطلب حدًا أدنى من الصلابة عند درجات حرارة منخفضة أو حيث يُشترط اختبار الصدمة: بعض مكونات الجسور، الحواجز، الإطارات الملحومة المعرضة لظروف مناخية باردة |
| ألواح وصفائح للتصنيع حيث يكون السعر عاملاً أساسيًا والتعرض للصدمات محدود | تجميعات هيكلية ملحومة حيث تُعد صلابة الشقوق المتوقعة مهمة (يقوم المهندسون عادة بطلب مواد مختبرة) |
| مقاطع ومقاطع ملفوفة منخفضة التكلفة للأغراض العامة | ألواح ومقاطع هيكلية حيث يطلب المشترِي قبول اختبار Charpy V-notch عند 0°C |
مبررات الاختيار: - اختر Q235A حيث يكون السعر والتوفر هما العاملان الأساسان ولا تتطلب ظروف الخدمة مقاومة الصدمات عند درجات حرارة منخفضة. - اختر Q235B حيث يتطلب الكود أو التطبيق مستوى معين من طاقة الصدمة المثبتة (عادة عند 0°C) أو حيث تُرغب في صلابة محسّنة بسبب احتمال التعرض للصدمات أو إجهاد الشقوق.
9. التكلفة والتوفر
- التكلفة: كلا الدرجتين لهما أسعار اقتصادية مقارنة بالصلب السبائكي. عادة ما تكون Q235A الأقل تكلفة لأنها تتجنب العمليات والاختبارات الإضافية اللازمة لضمان أداء الصدمة. بينما تحمل Q235B قسطًا بسيطًا يعكس التحكم في إزالة الأكسجين، والعمليات، واختبارات الصدمة.
- التوفر حسب شكل المنتج: الألواح، اللفات المدرفلة على الساخن، الصفائح، والمقاطع الهيكلية بدرجة Q235 متوفرة على نطاق واسع من الموردين المحليين والدوليين. قد تكون Q235B أقل انتشارًا قليلاً في بعض السماكات أو التشطيبات بسبب قيود الاختبار، لكنها تبقى متاحة بسهولة من الأكواع الرئيسية.
- أوقات التسليم: قد تضيف الاختبارات والشهادات الإضافية لـ Q235B وقتًا بسيطًا مقارنة بـ Q235A – ينبغي أخذ ذلك في الاعتبار في جداول الشراء عند الحاجة إلى شهادة الصدمة.
10. الملخص والتوصية
| الخاصية | Q235A | Q235B |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | ممتازة (فولاذ كربوني منخفض قياسي) | ممتازة؛ صلابة محيط منطقة التأثير أفضل قليلاً نتيجة لممارسة إزالة الأكسجين |
| توازن القوة – الصلابة | جيد للاستخدام العام؛ خصائص ثابتة | تحكم أفضل في صلابة الشقوق؛ نفس حد الخضوع الاسمي |
| التكلفة | أقل (عمليات واختبارات أقل) | قسط معتدل مقابل الاختبار والمعالجة |
التوصيات: - اختر Q235A إذا كان تطبيقك هو العمل الإنشائي العام الذي لا يتطلب مقاومة الصدمات عند درجات حرارة منخفضة، وتحتاج إلى مادة فعالة من حيث التكلفة، وقابلية اللحام والتشكيل القياسية كافية. - اختر Q235B إذا كان التصميم أو الكود يتطلب حدًا أدنى من طاقة الصدمة عند حوالي 0°C أو عندما ترغب في ضمان أكثر دقة لصلابة الشقوق وسلامة الداخلية (للهياكل الملحومة، المكونات المعرضة لصدمات معتدلة، أو الخدمة في مناخات أبرد).
ملاحظة نهائية: تشترك Q235A وQ235B في التركيب الكيميائي الأساسي ومستوى القوة الاسمي، لكنهما تختلفان في تأكيد الصلابة والضوابط المرتبطة بعمليات الصلب. حدد دائمًا درجة اختبار الصدمة المطلوبة وطاقتها (أو اقبل شهادة المورد) وتحقق من تقارير الاختبارات الكيميائية والميكانيكية من المصنع قبل الشراء أو التصنيع الحرج.