Q235NH مقابل Q295NH – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
Q235NH و Q295NH هما درجات فولاذية صينية تستخدم على نطاق واسع في أوعية الضغط، والغلايات، والتطبيقات الهيكلية حيث يتطلب الأمر حالة مادة موحدة وموثوقية في الصلابة. يقوم المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً بوزن التنازلات بين التكلفة وقابلية اللحام والقوة عند الاختيار بين هاتين الدرجتين. تشمل سياقات القرار النموذجية أجزاء تحتفظ بالضغط تتطلب ضمان حد أدنى من العائد والصلابة التأثيرية مقابل الهياكل التي تبرر فيها القدرة على التحميل الأعلى زيادة صغيرة في محتوى السبائك أو المعالجة.
التمييز الفني الرئيسي بين الدرجتين هو درجة وهدف السبائك والتحكم في المعالجة: يتم تحديد Q295NH لتقديم حد أدنى أعلى من العائد وعادة ما يتم إنتاجه مع تحكم أكثر دقة في إضافات السبائك والميكروسبائك لتحقيق قوة أكبر وصلابة متسقة، بينما Q235NH هو فولاذ كربوني منخفض القوة ومنخفض السبيكة تم تحسينه من أجل الاقتصاد والتصنيع العام. نظرًا لأن كلاهما موحد ("NH")، يتم مقارنتهما بشكل متكرر للمكونات التي تتطلب توازنًا بين الصلابة وقابلية التشكيل وقابلية اللحام.
1. المعايير والتسميات
- المعيار الأساسي: نظام GB/T الصيني (على سبيل المثال، سلسلة GB/T 3274/1591 لفولاذ أوعية الضغط). المعادلات الدولية المكافئة ليست واحدة لواحدة ولكن غالبًا ما يتم إجراء مقارنات تقريبية مع EN S235 (لـ Q235) والفولاذ الهيكلي عالي القوة.
- معايير أخرى قد تشير إلى مواد مشابهة: ASTM/ASME (لفولاذ أوعية الضغط)، JIS (المعايير اليابانية)، ومعايير EN للفولاذ الهيكلي.
- تصنيف حسب عائلة الفولاذ:
- Q235NH: فولاذ هيكلي/فولاذ أوعية ضغط كربوني (فولاذ كربوني منخفض السبيكة في حالة موحدة).
- Q295NH: فولاذ هيكلي/فولاذ أوعية ضغط كربوني منخفض السبيكة/عالي القوة (لا يزال قائمًا على الكربون ولكن مع مزيد من السبائك أو الميكروسبائك لتحقيق عائد أعلى).
- هذه ليست فولاذ مقاوم للصدأ أو فولاذ أدوات أو فولاذ عالي السبيكة؛ إنها تقع تحت الفولاذ الكربوني/الخفيف والفولاذ الهيكلي منخفض السبيكة (تستخدم بشكل ملحوظ لأوعية الضغط عند توفيرها كنوع موحد NH).
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
يوضح الجدول أدناه النسبة النسبية الشائعة للعناصر السبائكية في Q235NH و Q295NH. يتم تحديد الحدود العددية الدقيقة في المعايير GB/T المعمول بها ومن قبل الشركات المصنعة؛ يشير الجدول إلى المستويات النسبية بدلاً من الكتل الدقيقة.
| العنصر | Q235NH (مستوى نسبي) | Q295NH (مستوى نسبي) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| C (الكربون) | منخفض إلى معتدل | منخفض إلى معتدل (قابل للمقارنة) | كلاهما فولاذ كربوني منخفض؛ الأسماء تشير إلى الحد الأدنى من العائد بدلاً من الكربون العالي. |
| Mn (المنغنيز) | معتدل | معتدل إلى أعلى قليلاً | يعزز المنغنيز القوة وقابلية التصلب؛ غالبًا ما يكون لدى Q295NH تحكم أعلى قليلاً في المنغنيز. |
| Si (السيليكون) | منخفض (إزالة الأكسدة) | منخفض | عامل إزالة الأكسدة؛ مستويات مشابهة. |
| P (الفوسفور) | منخفض (مراقب) | منخفض (مراقب) | يتم الحفاظ عليه منخفضًا من أجل الصلابة. |
| S (الكبريت) | منخفض (مراقب) | منخفض (مراقب) | يتم الحفاظ عليه منخفضًا من أجل قابلية اللحام والصلابة. |
| Cr (الكروم) | أثر / ليس عنصر تصميم | أثر إلى منخفض | ليس سبيكة أساسية؛ موجود أحيانًا بكميات ضئيلة. |
| Ni (النيكل) | أثر | أثر | ليس عنصر سبيكة رئيسي مقصود لهذه الدرجات. |
| Mo (الموليبدينوم) | أثر | أثر | ليس شائعًا كعنصر رئيسي. |
| V (الفاناديوم) | أثر / غائب عادةً | أثر محتمل / ميكروسبائك | قد تستخدم متغيرات Q295NH الميكروسبائك (V، Nb) لزيادة العائد عبر تقوية الترسيب. |
| Nb (النيوبيوم) | أثر | أثر محتمل | يستخدم في الفولاذ الميكروسبائك لتكرير الحبوب والقوة. |
| Ti (التيتانيوم) | أثر | أثر | نادر؛ يستخدم بشكل أساسي لإزالة الأكسدة أو التحكم في الفصل إذا كان موجودًا. |
| B (البورون) | ليس شائعًا | ليس شائعًا | ليس ميزة تصميم هنا. |
| N (النيتروجين) | أثر | أثر | مراقب لإدارة الخصائص؛ يتفاعل مع عناصر الميكروسبائك. |
كيف تؤثر استراتيجية السبائك على الخصائص: - الكربون والمنغنيز هما العنصران الرئيسيان المساهمان في القوة في كلا الدرجتين. تسمح إضافات المنغنيز والميكروسبائك الأكثر دقة في Q295NH بتحقيق عائد أعلى دون زيادات كبيرة في الكربون التي قد تؤثر على قابلية اللحام. - تعمل الميكروسبائك الضئيلة على تحسين حجم الحبوب وزيادة العائد عبر آليات الترسيب والشيخوخة الناتجة عن الإجهاد، مما يحسن توازن القوة والصلابة. - يعتبر انخفاض الفوسفور والكبريت مهمًا للصلابة التأثيرية وقابلية اللحام في كلا الدرجتين.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
البنى المجهرية النموذجية: - الحالة الموحدة (NH): يتم تزويد كلا الدرجتين بتركيب مجهرية من الفريت والبرلايت مع حجم حبوب مصفى بسبب معالجة الحرارة الموحدة. تزيد المعالجة الموحدة من الصلابة مقارنة بالمنتجات المدرفلة عن طريق إنتاج بنية مجهرية أكثر تجانسًا. - Q235NH: فريت-برلايت مع نسبة برلايت خشنة نسبيًا مقارنة بالفولاذات عالية القوة؛ تم تحسين البنية المجهرية من أجل اللدونة وقابلية التشكيل. - Q295NH: فريت-برلايت مع حجم حبوب أدق واحتمالية وجود ترسيبات ميكروسبائكية (NbC، VC) إذا كانت ميكروسبائكية، مما يعطي قوة عائد أعلى وتحكم أفضل في الصلابة.
استجابة المعالجة: - المعالجة الموحدة: تستفيد كلا الدرجتين في الصلابة والثبات الأبعاد؛ قد تتطلب Q295NH تبريدًا محكومًا للحفاظ على أهداف القوة والصلابة. - التبريد والتخمير: ليس شائعًا للدرجات المعينة بـ NH؛ يمكن أن ينتج التبريد والتخمير قوة أعلى بكثير ولكنه خارج الاستخدام المقصود لهذه الفولاذات الخاصة بأوعية الضغط. - المعالجة الحرارية الميكانيكية: يمكن أن تحصل متغيرات Q295NH الميكروسبائكية على قوة معززة من خلال الدرفلة المحكومة والتبريد المعجل (الدرفلة الحرارية الميكانيكية)، مما ينتج فريتًا دقيق الحبوب وترسيبات موزعة تعزز العائد دون كربون مفرط.
4. الخصائص الميكانيكية
المعلمة الميكانيكية الرئيسية المضمونة في أسماء الدرجات هي الحد الأدنى من قوة العائد. تعتمد الخصائص الفيزيائية على السماكة، والكيمياء الدقيقة، والمعالجة؛ تقوم الشركات المصنعة بشهادة خصائص المنتج وفقًا للمعايير المعمول بها.
| الخاصية | Q235NH (نموذجي) | Q295NH (نموذجي) |
|---|---|---|
| قوة العائد (الحد الأدنى) | ~235 ميغاباسكال (أساس التصميم) | ~295 ميغاباسكال (أساس التصميم) |
| قوة الشد | أقل من Q295NH (النطاق النموذجي يعتمد على شكل المنتج) | أعلى من Q235NH (النطاق النموذجي يعتمد على شكل المنتج) |
| التمدد (اللدونة) | أعلى / أفضل قابلية للتشكيل | أقل قليلاً من Q235NH ولكن لا تزال جيدة اللدونة |
| صلابة التأثير | مصممة لصلابة جيدة عند درجة الحرارة المحددة؛ عمومًا جيدة | مصممة لصلابة متساوية أو أفضل عند نفس درجة الحرارة، وغالبًا ما يتم ضمانها من خلال تحكم أكثر صرامة |
| الصلابة | أقل (أسهل في التشغيل) | معتدلة (أعلى بسبب القوة) |
التفسير: - Q295NH أقوى بسبب الكيمياء الأكثر دقة والميكروسبائك المحتملة/تكرير الحبوب؛ العائد والقوة النهائية أعلى. - Q235NH عمومًا أكثر لدونة وأسهل في التشكيل؛ غالبًا ما يتم اختياره عندما يتطلب الأمر تشكيلًا واسعًا أو عملًا باردًا. - يتم تحديد كلا الدرجتين في حالة NH لتقديم صلابة تأثير كافية عند درجات الحرارة التصميمية المطلوبة؛ قد تتطلب Q295NH تحكمًا أكثر صرامة في العملية لتلبية كل من القوة والصلابة في نفس الوقت.
5. قابلية اللحام
تعتمد قابلية اللحام بشكل أساسي على المعادل الكربوني وإضافات الميكروسبائك التي تزيد من قابلية التصلب. يساعد استخدام المعادلات الكربونية في توقع القابلية للتصدع البارد والحاجة إلى التحكم في التسخين المسبق/التحكم بين الطبقات.
الصيغ التجريبية المفيدة: - المعادل الكربوني IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Dearden–O'Neill أو Pcm لتقييم 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: - تعتبر كلا الدرجتين عمومًا قابلة للحام مع عمليات اللحام الشائعة (SMAW، GMAW، FCAW) عند اتباع الإجراءات العادية وإرشادات درجة حرارة التسخين المسبق/بين الطبقات. - عادةً ما تكون Q235NH ذات قيم CE أقل وتكون أكثر تسامحًا - أقل تسخين مسبق ومتطلبات تحكم هيدروجيني أقل. - قد تظهر Q295NH، مع وجود منغنيز أعلى قليلاً وميكروسبائك محتملة، قيم CE أو Pcm أعلى؛ وبالتالي، قد تتطلب معلمات لحام أكثر تحفظًا (تسخين مسبق محكوم، مواد استهلاكية هيدروجينية أقل) لتجنب التصدع البارد الناتج عن الهيدروجين. - بالنسبة للمكونات الحيوية الملحومة لأوعية الضغط، اتبع إجراءات اللحام وPWHT (إذا تم تحديدها) المطلوبة من قبل الكود الحاكم وورقة بيانات المادة؛ استخدم دائمًا توصيات اللحام المقدمة من الشركة المصنعة.
6. التآكل وحماية السطح
- هذه الدرجات هي فولاذ كربوني/منخفض السبيكة غير مقاوم للصدأ؛ لا توفر مقاومة تآكل ذاتية.
- استراتيجيات الحماية القياسية: الغلفنة بالغمس الساخن، الغلفنة الكهربائية، الطلاء القائم على المذيبات أو المساحيق، الطلاءات الزنك غير العضوية، أو أنظمة التبطين المطبقة للبيئات العدوانية. يعتمد الاختيار على ظروف التعرض، ومتوسط العمر المتوقع، ومتطلبات الكود.
- PREN (عدد مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ؛ ومع ذلك، بالنسبة للسبائك المقاومة للصدأ، تكون الصيغة هي: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- باختصار: سلوك التآكل لـ Q235NH و Q295NH مشابه ويعتمد على المعالجات السطحية؛ لا تقدم Q295NH زيادات ذات مغزى في مقاومة التآكل الذاتية مقارنة بـ Q235NH.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- القطع: كل من القطع بالآلة وقطع البلازما روتينية. غالبًا ما يكون Q235NH أسهل قليلاً في التشغيل بسبب انخفاض الصلابة.
- التشكيل/الانحناء: يتمتع Q235NH بلدونة أفضل وقوة عائد أقل، مما يجعله مفضلًا للانحناءات الضيقة أو السحب العميق. ستتطلب Q295NH أشعة انحناء أكبر وقد تحتاج إلى تشكيل عند درجات حرارة مرتفعة للانحناءات الضيقة.
- قابلية التشغيل: عادةً ما يقدم Q235NH قابلية تشغيل أفضل؛ يمكن أن تزيد قوة Q295NH الأعلى والترسيبات الميكروسبائكية المحتملة من تآكل الأدوات وتتطلب تغذيات/سرعات معدلة.
- مدخل الحرارة أثناء التصنيع: التحكم في الحرارة لمنع التصلب المحلي؛ قد يتم تطبيق التسخين المسبق بشكل أكثر تكرارًا على Q295NH في الأقسام السميكة أو في الخدمة عند درجات حرارة منخفضة.
8. التطبيقات النموذجية
| Q235NH – الاستخدامات الشائعة | Q295NH – الاستخدامات الشائعة |
|---|---|
| مكونات أوعية الضغط منخفضة الضغط، أعضاء هيكلية عامة، دعم الأنابيب، تصنيعات تركز على الاقتصاد | أجزاء أوعية الضغط ذات الإجهاد العالي، عناصر هيكلية تحمل الأحمال مع مساحة محدودة لمقاطع أكبر، أجزاء تتطلب هوامش تصميم أعلى |
| أجزاء مصنعة حيث يحدث تشكيل ولحام واسع وتكون التكلفة هي الشاغل الرئيسي | مكونات حيث يتطلب الأمر تقليل حجم المقطع أو الوزن من خلال زيادة الإجهاد المسموح به |
| الداخلية الثانوية للأوعية، التركيبات غير الحرجة | أصداف أوعية الضغط أو الرؤوس حيث يوفر العائد الأعلى ميزة أمان أو تصميم |
مبررات الاختيار: - اختر Q235NH عندما تكون التكلفة وقابلية التشكيل وقابلية اللحام العامة هي الأولوية وتكون الضغوط التصميمية المطلوبة ضمن قدرة العائد الأدنى.
- اختر Q295NH عندما تكون الضغوط المسموح بها أعلى أو يتطلب الأمر تقليل حجم المقطع وعندما يمكن لبيئة التصنيع إدارة متطلبات اللحام/التشكيل الأكثر تطلبًا قليلاً.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة النسبية: عادةً ما يكون Q235NH أقل تكلفة لكل وحدة كتلة بسبب التحكم الأقل في السبيكة والاستخدام الأكثر شيوعًا. يطلب Q295NH علاوة معتدلة بسبب التحكم الأكثر دقة في التركيب والميكروسبائك المحتملة.
- التوافر حسب شكل المنتج: كلا الدرجتين متاحة عادةً في أشكال الألواح، والشريط، والأشكال الهيكلية في المناطق التي يتم تسويق الفولاذات وفقًا للمعايير الصينية؛ يختلف التوافر حسب المنطقة وقدرات المصنع. يمكن أن تؤثر أوقات التسليم على السماكة، والمعالجة الحرارية (تزويد NH)، والشهادات المطلوبة لاستخدام أوعية الضغط.
10. الملخص والتوصية
| المقياس | Q235NH | Q295NH |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة جدًا / أكثر تسامحًا | جيدة، ولكن قد تحتاج إلى تحكم أكثر صرامة في التسخين المسبق/H |
| توازن القوة والصلابة | عائد أقل، لدونة ممتازة | عائد أعلى، صلابة مصممة مع سبائك محكومة |
| التكلفة | أقل | علاوة معتدلة |
التوصيات: - اختر Q235NH إذا: كانت التطبيقية تعطي الأولوية للكفاءة من حيث التكلفة، أو يتطلب الأمر تشكيلًا كبيرًا أو عملًا باردًا، أو كانت الضغوط التصميمية متوافقة مع حد أدنى للعائد يبلغ ~235 ميغاباسكال؛ كما أنها مناسبة عندما تكون أقصى قابلية للحام مطلوبة.
- اختر Q295NH إذا: كان التصميم يتطلب ضغوطًا أعلى مسموح بها أو مقطعًا أصغر لنفس الحمل، عندما يمكن للمشروع استيعاب إجراءات لحام وتشكيل أكثر صرامة قليلاً، أو عندما يفضل المشتري التحكم الأكثر دقة في العملية وثبات القوة التي يوفرها Q295NH عادةً.
ملاحظة نهائية: استشر دائمًا المعيار المطبق لشهادة المواد وشهادات اختبار المصنع للحصول على بيانات كيميائية وميكانيكية دقيقة للحرارة وشكل المنتج المحدد. يجب أن توجه إجراءات اللحام، ودرجات الحرارة المطلوبة للصلابة، ومتطلبات الكود لاختيار المادة النهائية.