Q235B مقابل Q235C – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

Q235 هو عائلة من الفولاذ الكربوني الهيكلي الصيني المستخدم على نطاق واسع. تشير اللواحق B و C إلى متغيرات من نفس الدرجة الأساسية التي يتم مقارنتها عادةً عندما يختار المهندسون والمتخصصون في الشراء المواد للألواح والشرائط والأقسام الهيكلية. تشمل سياقات القرار النموذجية موازنة التكلفة مقابل المتانة عند درجات الحرارة المنخفضة، وإعطاء الأولوية لقابلية اللحام وسهولة التصنيع مقابل الحاجة إلى أداء تأثير موثق عند درجات حرارة منخفضة.

التمييز الرئيسي بين Q235B و Q235C هو المتانة المؤكدة عند درجة اختبار أقل لـ Q235C. تشترك كلا الدرجتين في نفس المواصفات الكيميائية الأساسية والسلوك الميكانيكي العام، لكن معايير القبول لاختبار التأثير تختلف - مما يؤثر على خيارات التطبيق في البيئات الباردة أو حيث يكون التحكم في متانة الكسر أمرًا حاسمًا.

1. المعايير والتسميات

• GB/T 700 — المعيار الوطني الصيني للفولاذ الهيكلي الكربوني (عائلة Q235).
• التسميات الدولية المقارنة (للمرجع العام):
• EN: سلسلة S235 (تقريبًا قابلة للمقارنة في الاستخدام، ليست متطابقة في الكيمياء أو الاختبار).
• ASTM/ASME: A36 (تؤدي وظائف هيكلية مماثلة؛ ليست مطابقة مباشرة).
• JIS: تختلف التسميات المعادلة (لا يوجد تطابق دقيق واحد).

التصنيف: - Q235B و Q235C هما فولاذان هيكليان منخفضا الكربون (فولاذ كربوني)، وليس سبائك أو أدوات أو فولاذ مقاوم للصدأ أو درجات HSLA. وهما مخصصان للاستخدام الهيكلي العام مع طرق إنتاج بسيطة وقابلية تشكيل عالية.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

كلا من Q235B و Q235C لهما نفس المواصفات الكيميائية الاسمية بموجب GB/T 700؛ الفرق بين اللواحق هو في درجة حرارة اختبار التأثير والقبول، وليس في الكيمياء. قد توجد اختلافات طفيفة بين المصانع، لكن الإضافات السبيكية المتعمدة تكون ضئيلة - الدرجة مصممة كفولاذ هيكلي منخفض الكربون ومنخفض السبيكة.

جدول: حدود التركيب النموذجية (wt%) بموجب GB/T 700 لـ Q235 (B/C)

عنصر	حد أو نطاق نموذجي (wt%)
C (كربون)	≤ 0.22
Mn (منغنيز)	≤ 1.40
Si (سيليكون)	≤ 0.35
P (فوسفور)	≤ 0.045
S (كبريت)	≤ 0.045
Cr (كروم)	لم يضاف عمدًا؛ عادة ≤ 0.30 (شوائب)
Ni (نيكل)	لم يضاف عمدًا؛ عادة ≤ 0.30 (شوائب)
Mo (موليبدينوم)	لم يضاف عمدًا؛ عادة ≤ 0.10–0.30 آثار
V, Nb, Ti, B	لم يضاف عمدًا (السبائك الدقيقة ليست ميزة محددة)
N (نيتروجين)	يتم التحكم فيه كجزء من صناعة الفولاذ؛ ليس إضافة سبيكية محددة

كيف تؤثر استراتيجية السبائك على الخصائص: - الكربون المنخفض (≤0.22%) يحافظ على قابلية اللحام والليونة للفولاذ. - يوفر المنغنيز إزالة الأكسدة وتأثير تقوية معتدل، كما يحسن القابلية للتصلب قليلاً. - السيليكون هو مزيل أكسدة ويساهم في القوة عند وجوده بمستويات معتدلة. - يتم التحكم في الفوسفور والكبريت بمستويات منخفضة لأنه يضعف حدود الحبيبات ويقلل من المتانة. - غياب السبائك الدقيقة المتعمدة (V, Nb, Ti) يعني تقوية محدودة عبر الترسيب وقابلية تصلب معتدلة؛ يتصرف Q235 مثل فولاذ هيكلي خفيف تقليدي.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

الميكروهيكل تحت المعالجة النموذجية: - Q235 المدلفن على الساخن أو المدلفن على الساخن (كلاهما B و C) يتكون أساسًا من الفريت مع فريت متعدد الأضلاع وبعض جزر البيرلايت. يعتمد حجم الحبيبات والتخطيط على جدول الدرفلة ومعدل التبريد. - لا توجد كسور حجمية كبيرة من الباينيت أو المارتنسيت مقصودة تحت المعالجة القياسية.

استجابة المعالجة الحرارية: - Q235 ليس درجة قابلة للمعالجة الحرارية بمعنى تحقيق قوة عالية عبر التبريد والتصلب لأن كربونه المنخفض وغياب السبائك يحدان من القابلية للتصلب. يمكن أن يؤدي التطبيع إلى تحسين حجم الحبيبات وزيادة القوة والمتانة قليلاً. - طرق الإنتاج النموذجية: - المدلفن على الساخن + التبريد المتحكم فيه → ميكروهيكل نموذجي مع ليونة جيدة. - التطبيع (إذا تم تطبيقه) → فريت-بيرلايت أدق قليلاً، وتحسين معتدل في المتانة. - التبريد والتصلب لا يستخدم عادة لأن التصلب العميق يتطلب كربونًا أعلى ومحتوى سبيكي؛ المحاولات تؤدي فقط إلى فوائد معتدلة وتعرض لخطر التشوه. - المعالجة الحرارية الميكانيكية المتحكم فيها (TMCP) المستخدمة من قبل المصانع الحديثة يمكن أن تحسن توازن القوة والمتانة من خلال تحسين الحبيبات والتحول المتحكم فيه، لكن الدرجة تبقى فولاذ هيكلي منخفض الكربون.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: الخصائص الميكانيكية النموذجية (نطاقات تمثيلية)

خاصية	Q235B (نموذجي)	Q235C (نموذجي)
قوة الخضوع (Rp0.2)	≈ 235 ميجا باسكال (قيمة التصميم الاسمية)	≈ 235 ميجا باسكال (قيمة التصميم الاسمية)
قوة الشد (Rm)	≈ 370–500 ميجا باسكال (تعتمد على السماكة/المعالجة)	≈ 370–500 ميجا باسكال (مماثلة)
التمدد (A)	≥ 20–26% (تعتمد على السماكة)	≥ 20–26% (مماثلة)
متانة التأثير (Charpy V-notch)	≥ 27 جول عند +20°C (قبول نموذجي لـ "B")	≥ 27 جول عند 0°C (قبول نموذجي لـ "C")
الصلابة (HB)	~120–170 HB (تعتمد على المعالجة)	~120–170 HB (مماثلة)

التفسير: - القوة: تم تحديد كلا الدرجتين لتكون لهما نفس سلوك الخضوع الاسمي (المحدد "235"). تختلف قيم الشد والخضوع الفعلية مع حجم القسم وعملية المصنع، لكن لا توجد ميزة قوة جوهرية بين B و C. - المتانة: الفرق المحدد هو الأداء المؤكد للتأثير عند درجة حرارة أقل لـ Q235C. هذا يعني أن Q235C يجب أن يظهر امتصاص طاقة مقبول عند درجة حرارة منخفضة، مما يقلل من خطر الكسر الهش في الخدمة الباردة. - الليونة: تحتفظ كلا الدرجتين بليونة عالية تتماشى مع الفولاذات منخفضة الكربون.

5. قابلية اللحام

قابلية اللحام لـ Q235B و Q235C جيدة عمومًا بسبب محتوى الكربون المنخفض وغياب عناصر السبائك القوية التي تعزز القابلية للتصلب. تساعد عدة تدابير وصيغ المهندسين في تقييم قابلية اللحام نوعيًا.

مؤشرات مكافئة الكربون الشائعة: - مكافئ الكربون IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (مشتق من IIW أكثر تحفظًا): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - عادةً ما تكون لكلا الدرجتين قيم منخفضة من $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ مقارنة بالفولاذات عالية القوة وعالية السبيكة، مما يعني ممارسة لحام بسيطة مع القليل من التسخين المسبق للسماكات الشائعة. - الاعتبار العملي الرئيسي في اللحام هو أن Q235C لديه متانة موثقة عند درجة حرارة أقل؛ يجب على اللحامين والمهندسين التأكد من أن منطقة اللحام ومنطقة التأثير الحراري تلبي أي متطلبات اختبار تأثير للمكون ككل، خاصة في المناخات الباردة. - بالنسبة للأقسام الأكثر سمكًا أو التجميعات الملحومة المعقدة، يجب تنفيذ ضوابط قياسية: التسخين المسبق، درجة حرارة بين الطبقات، المعالجة الحرارية بعد اللحام (إذا كانت مطلوبة للهندسة)، وإجراءات اللحام المؤهلة.

6. التآكل وحماية السطح

• Q235B و Q235C هما فولاذان كربونيان عاديان غير مقاومين للصدأ؛ مقاومة التآكل محدودة بتلك الموجودة في الفولاذ الخفيف.
• استراتيجيات الحماية النموذجية:
• التغليف بالغمس الساخن لحماية من التآكل الجوي.
• البرايمرات الغنية بالزنك، الطلاء، الطلاء المسحوق لطبقات جمالية وحامية.
• مخصصات التآكل في التصميم أو استخدام الطلاءات التضحية.
• PREN (رقم مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• استخدام PREN ذو صلة فقط بالفولاذات المقاومة للصدأ؛ بالنسبة لمتغيرات Q235، فإن اختيار أنظمة الحماية والطلاءات هو النهج الصحيح للتحكم في التآكل.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشكيل: قابلية تشكيل ممتازة لكلا الدرجتين بسبب محتوى الكربون المنخفض وميكروهيكل الفريت اللين. مناسب للثني، والضغط، والتشكيل البارد المعتدل. لا تغير المتانة المؤكدة لـ Q235C عند درجات حرارة منخفضة سلوك التشكيل عند درجات حرارة محيطية بشكل مادي.
• قابلية التشغيل: نموذجية للفولاذات الكربونية الخفيفة. يمكن تحسين قابلية التشغيل بشكل أكبر باستخدام أدوات مناسبة، وتغذية، ومواد تبريد؛ محتوى السبيكة المنخفض يبسط القطع؛ المتغيرات سهلة التشغيل مختلفة وليست جزءًا من Q235 B/C.
• القطع والحفر: لا توجد متطلبات خاصة تتجاوز الممارسات القياسية للفولاذات الخفيفة. يتم استخدام القطع الحراري، والبلازما، وقطع الأكسجين والوقود بشكل شائع للألواح.
• التشطيب: إزالة بقع اللحام، الطحن، ومعالجات السطح تتبع الإجراءات العادية. إذا كان اللحام لتلبية متطلبات التأثير، قد يكون من الضروري التحكم في منطقة التأثير الحراري والتفتيش بعد اللحام.

8. التطبيقات النموذجية

Q235B (الاستخدامات الشائعة)	Q235C (الاستخدامات الشائعة)
أقسام هيكلية عامة (عوارض I، قنوات)، إطارات المباني، هياكل فولاذية ملحومة في البيئات المعتدلة	مكونات هيكلية وألواح لمعدات خارجية في المناخات الباردة أو حيث يتطلب الأداء عند درجات حرارة منخفضة
قطع مصنعة حيث تكون قابلية اللحام والتكلفة هي المحركات الرئيسية (دعامات، حوامل، تصنيع عام)	دعامات أوعية الضغط، هياكل بحرية أو مرتفعة حيث تكون المتانة عند درجات حرارة منخفضة متطلبًا محددًا
قطع الآلات، ألواح وشرائط للاستخدام العام	إطارات معدات التخزين البارد، معدات النقل المعرضة لدرجات حرارة منخفضة موسمية

مبررات الاختيار: - اختر المتغير الذي يوفر متانة موثقة كافية عند أدنى درجة حرارة خدمة متوقعة مع موازنة التكلفة. Q235B مناسب حيث لا تقترب درجات الحرارة المحيطة وظروف الخدمة من العتبة الدنيا؛ يتم اختيار Q235C عندما يتطلب التصميم أو التنظيم مقاومة تأثير موثقة عند درجات حرارة منخفضة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: يتم تصنيع Q235B و Q235C من نفس الكيمياء الأساسية وعمليات مشابهة؛ عادةً ما يكون الفرق في التكلفة صغيرًا. قد تحمل Q235C علاوة معتدلة بسبب الاختبارات الإضافية والتفتيش المطلوب للتحقق من أداء التأثير عند درجة الحرارة المنخفضة.
• التوافر: كلا الدرجتين متاحتان على نطاق واسع في الصين وفي سلاسل الإمداد العالمية التي تستورد الفولاذ الهيكلي الصيني. يعتمد التوافر في أشكال المنتجات المحددة (ألواح، لفات، شرائط، أقسام ملحومة) على إنتاج المصنع المحلي والمخزون. بالنسبة للأحجام المتخصصة، يمكن أن تزيد أوقات التسليم.

10. الملخص والتوصية

جدول: مقارنة سريعة

السمة	Q235B	Q235C
قابلية اللحام	ممتازة	ممتازة
توازن القوة–المتانة	توازن هيكلي قياسي عند درجات حرارة محيطية	تحسين موثق في المتانة عند درجات حرارة منخفضة
التكلفة	أقل قليلاً (اختبارات أقل عند درجات حرارة منخفضة)	أعلى قليلاً (اختبارات/شهادات إضافية)

التوصيات الختامية: - اختر Q235B إذا: كان المكون سيعمل في بيئات معتدلة طبيعية، وكانت قابلية اللحام وأقل تكلفة مادية هي الأولويات، ولم يكن هناك متطلب تنظيمي أو مشروع لمتانة تأثير موثقة عند درجات حرارة دون المحيط. - اختر Q235C إذا: كانت القطعة ستتعرض لدرجات حرارة خدمة أقل (برودة موسمية، بيئات مبردة، أو مناخات باردة)، أو كانت مواصفات المشروع تتطلب اختبار تأثير عند درجة حرارة منخفضة، أو كان هناك حاجة لهامش أعلى ضد الكسر الهش.

تعمل كلا الدرجتين كفولاذات هيكلية عملية واقتصادية. يتم تحديد القرار بين Q235B و Q235C بشكل أساسي من خلال المتانة المطلوبة عند درجات حرارة منخفضة موثقة بدلاً من الاختلافات في الكيمياء أو القوة الميكانيكية الأساسية. في الممارسة العملية، يجب أن تتماشى اختيار المواد مع درجة حرارة الخدمة، والرموز/المواصفات المعمول بها، ومتطلبات التأهيل للتجميعات الملحومة.