Q235NH مقابل Q355GNH – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

Q235NH و Q355GNH هما نوعان من الفولاذ الهيكلي الصيني المحدد بشكل شائع والذي يقارن المهندسون بينهما بشكل متكرر عند تصميم المكونات الحاملة للأحمال أو الملحومة أو التي تحتوي على ضغط. تشمل سياقات القرار النموذجية موازنة التكلفة مقابل القوة المطلوبة، واختيار المواد لمتطلبات التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة، وتحديد ما إذا كان من المبرر إضافة سبائك دقيقة لتحقيق صلابة وقوة أعلى.

التمييز الفني الرئيسي هو أن Q355GNH يتم تحديده ومعالجته لتقديم قوة عائد دنيا أعلى ويحتوي عمومًا على سبائك دقيقة أو ضوابط معالجة أكثر صرامة لتحسين الصلابة والقوة مقارنةً بـ Q235NH. نظرًا لأن كلاهما من الفولاذ الهيكلي غير المقاوم للصدأ وغالبًا ما يتم تسليمه في حالات معالجة عادية أو معالجة حرارية ميكانيكية، يتم مقارنتهما مباشرة عندما يتعين على المهندسين الموازنة بين قابلية اللحام والصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة وقابلية التشكيل وتكلفة المواد.

1. المعايير والتسميات

• المعايير المرجعية الشائعة:
• الصين: GB/T 700 (الفولاذ الهيكلي الكربوني العام)؛ GB/T 1591 (الفولاذ الهيكلي عالي القوة منخفض السبيكة)؛ GB/T 232 (الألواح/الصفائح المدرفلة على الساخن)، والمعايير الوطنية ذات الصلة التي تغطي المتغيرات المعالجة عاديًا والمختبرة للتأثير.
• المعادلة الدولية: لا يوجد معادل دقيق 1:1 ASTM/EN، لكن Q235 ≈ الفولاذات اللينة منخفضة الكربون (مثل عائلة A36/A283)، و Q355 ≈ الفولاذات عالية القوة في النطاق الأدنى في EN (عائلة S355) و ASTM.
• يمكن استخدام معايير JIS و EN للتصميم المقارن ولكن لا تعيد تسمية درجات Q.
• التصنيف:
• Q235NH: فولاذ هيكلي كربوني (متغير عادي، مختبر للتأثير).
• Q355GNH: فولاذ هيكلي عالي القوة منخفض السبيكة (درجة قوة أعلى، معالجة دقيقة أو معالجة مضبوطة تشير إلى "G"، متغير عادي، مختبر للتأثير).

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

يوضح الجدول أدناه نطاقات التركيب النموذجية التي يتم الإشارة إليها بشكل شائع في أوراق بيانات الموردين والمعايير الوطنية. هذه القيم إرشادية؛ تأكد دائمًا من شهادات المصنع أو النسخة المحددة من المعيار.

عنصر	Q235NH النموذجي (wt%)	Q355GNH النموذجي (wt%)
C (الكربون)	~0.12–0.20	~0.12–0.22
Mn (المنغنيز)	~0.30–1.40	~0.50–1.60
Si (السيليكون)	≤0.35 (نموذجي)	≤0.50 (نموذجي)
P (الفوسفور)	≤0.045 (أقصى)	≤0.035–0.045 (أقصى)
S (الكبريت)	≤0.045 (أقصى)	≤0.045 (أقصى)
Cr (الكروم)	≤0.30 (إذا كان موجودًا)	غالبًا ≤0.30؛ قد تكون أعلى قليلاً في بعض المواصفات
Ni (النيكل)	أثر إلى لا شيء	أثر إلى منخفض (موجود أحيانًا)
Mo (الموليبدينوم)	ليس نموذجيًا	أثر (ممكن في متغيرات محددة)
V، Nb، Ti (السبائك الدقيقة)	عمومًا لا شيء	قد تحتوي على سبائك دقيقة (V، Nb، Ti) في متغيرات Q355 لتحسين الحبيبات وزيادة القوة
N (النيتروجين)	مراقب (لتحسين الصلابة)	مراقب (لتحسين الصلابة)

ملاحظات: - Q235NH هو في الأساس فولاذ منخفض الكربون ومنخفض السبيكة يتم توفيره في حالة معالجة عادية ومختبرة للتأثير؛ يتم الحفاظ على التركيب بسيطًا لتعظيم القابلية للطرق وقابلية اللحام. - يستهدف Q355GNH عادةً قوة عائد أعلى من خلال زيادات طفيفة في الكربون والمنغنيز و/أو إضافات سبائك دقيقة مضبوطة (V، Nb، Ti) ومعالجة حرارية ميكانيكية لتحسين حجم الحبيبات وتحسين الصلابة دون اللجوء إلى محتوى سبيكة مرتفع.

كيف تؤثر السبيكة على الأداء: - يزيد الكربون من القوة والصلابة ولكنه يقلل من قابلية اللحام والمرونة عند رفعه بشكل كبير. - يزيد المنغنيز من القدرة على التصلب والقوة الشد ويساعد في إزالة الأكسدة. - تنتج عناصر السبيكة الدقيقة (Nb، V، Ti) ترسبات دقيقة تثبت حدود الحبيبات، وتزيد من قوة العائد من خلال تقوية الترسبات، وتحسن الصلابة عند المعالجة بشكل صحيح. - يتم الحفاظ على الكبريت والفوسفور عند مستويات منخفضة لتجنب الهشاشة والأداء الضعيف في التعب واللحام.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية: - Q235NH: بنية مجهرية من الفريت والبيرلايت بعد المعالجة العادية. تعمل المعالجة العادية على تحسين حجم الحبيبات مقارنةً بالمادة المدرفلة على الساخن وتحسن الصلابة المتساوية مقارنةً بالفولاذات المدرفلة على الساخن غير المعالجة. - Q355GNH: فريت ذو حبيبات دقيقة مع نسبة أعلى من الباينيت المعالج أو البيرلايت عند درجات حرارة منخفضة حسب المعالجة. إذا كانت معالجة دقيقة ومراقبة حرارية ميكانيكية، يمكن أن يظهر Q355GNH حجم حبيبات فريت أكثر دقة وانتظامًا مع ترسبات كربيد أو كاربونيتريد دقيقة.

آثار المعالجة الحرارية والمعالجة: - المعالجة العادية (التبريد في الهواء من الأوستينيت): تستفيد كلا الدرجتين من المعالجة العادية لتوحيد البنية المجهرية وتحسين الصلابة — يتم تحديدها بواسطة "N" في الدرجة. - الدرفلة الحرارية الميكانيكية (الدرفلة المضبوطة): تستخدم بشكل متكرر لمتغيرات Q355 لتحقيق قوة وصلابة أعلى من خلال تحسين الحبيبات وتقوية الترسبات دون زيادة كبيرة في محتوى الكربون. - التبريد والمعالجة: لا يتم تطبيقها عادةً على Q235NH؛ قد تتوفر متغيرات Q355 المخصصة لقوة أعلى في حالات معالجة بالتبريد والمعالجة في خطوط منتجات أخرى، لكن ذلك يغير تسمية الدرجة وتوقعات سلسلة التوريد.

الآثار العملية: - من السهل معالجة Q235NH حراريًا (عادي) وتوقع البنية المجهرية (فريت-بيرلايت). - يستجيب Q355GNH لمراقبة عملية أكثر دقة وإضافة سبائك دقيقة؛ يمكن أن تنتج نفس المعالجة الحرارية قوة عائد أعلى وصلابة أفضل عند درجات الحرارة المنخفضة بسبب الحبيبات والترسبات المحسنة.

4. الخصائص الميكانيكية

يلخص الجدول التالي نطاقات الخصائص الميكانيكية النموذجية المرتبطة عادةً بالدرجتين؛ تأكد من المواد المتعاقد عليها بواسطة الشهادة.

الخاصية	Q235NH (نموذجي)	Q355GNH (نموذجي)
قوة العائد الدنيا (Rp0.2)	~235 ميجا باسكال (أساس التسمية)	~355 ميجا باسكال (أساس التسمية)
قوة الشد (Rm)	~370–500 ميجا باسكال	~490–630 ميجا باسكال
التمدد (A)	مرونة أعلى؛ على سبيل المثال، ≥20–26% (تختلف حسب السماكة)	تمدد أقل من Q235NH؛ على سبيل المثال، ≥18–22% (تختلف حسب السماكة)
صلابة التأثير	محدد كـ Charpy V-notch عند درجة حرارة معينة؛ عادي لصلابة جيدة	غالبًا ما يتم تحديده لدرجات حرارة أقل؛ صلابة محسنة عبر السبيكة الدقيقة/مراقبة العملية
الصلابة	أقل (أسهل في التشغيل/التشكيل)	أعلى (زيادة القوة؛ زيادة معتدلة في الصلابة)

التفسير: - القوة: Q355GNH هو المادة الأقوى من حيث التصميم، مع قوة عائد دنيا أعلى بكثير ونطاق شد أعلى. - الصلابة: مع المعالجة المناسبة واختبار التأثير، يمكن أن تلبي كلا الدرجتين متطلبات الصلابة؛ غالبًا ما يتطلب Q355GNH معالجة أكثر دقة لضمان عدم التأثير على الصلابة بسبب القوة الأعلى. - المرونة/قابلية التشكيل: Q235NH عمومًا أكثر مرونة وأسهل في عمليات التشكيل.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على المعادل الكربوني والقدرة على التصلب، بالإضافة إلى السبيكة والسماكة.

الصيغ التجريبية المفيدة: - المعادل الكربوني (IIW) المستخدم عادةً في تقييم قابلية اللحام: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - مؤشر التصدع البارد المتوقع $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - Q235NH: كربون منخفض، سبيكة محدودة — عمومًا قابلية لحام ممتازة مع متطلبات تسخين مسبق منخفضة للسماكات الشائعة وانخفاض خطر التصدع البارد الناتج عن الهيدروجين. - Q355GNH: زيادة في المنغنيز وإمكانية إضافة سبائك دقيقة تزيد من القدرة على التصلب؛ يمكن أن يؤدي ذلك إلى رفع $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ مقارنةً بـ Q235NH، مما يشير إلى حاجة أكبر للاهتمام بالتسخين المسبق ودرجة حرارة التداخل والتحكم في الهيدروجين عند لحام الأقسام السميكة. يُوصى بمواصفات وإجراءات لحام مناسبة. - تزيد السبيكة الدقيقة من القوة ولكن يمكن أن تزيد أيضًا من الميل إلى مناطق صلبة محلية في منطقة تأثير اللحام إذا لم يتم التحكم في الدورات الحرارية.

6. التآكل وحماية السطح

• كلا من Q235NH و Q355GNH هما فولاذ كربوني (أو منخفض السبيكة)؛ هما ليسا مقاومين للصدأ وبالتالي يتطلبان تدابير حماية للبيئات المكشوفة.
• استراتيجيات الحماية الشائعة: الغلفنة بالغمس الساخن، البرايمرات الغنية بالزنك، الطلاءات الإيبوكسية أو البولي يوريثان، الحماية الكاثودية للهياكل المغمورة، والتحضير المناسب للسطح.
• PREN (عدد مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ. بالنسبة للسبائك المقاومة للصدأ، فإن المؤشر، $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ ذو معنى؛ غير ذي صلة لدرجات Q بدون محتوى كبير من Cr/Mo/N.

ملاحظات اختيار التآكل: - تضيف المعالجات السطحية تكلفة ولكن يمكن أن تطيل عمر الخدمة بشكل كبير؛ الطلاءات الأكثر سمكًا أو الغلفنة شائعة للأعضاء الهيكلية المعرضة للطقس. - بالنسبة للمناطق الجوية أو المناطق المتناثرة، ضع في اعتبارك الغلفنة أو الأنظمة المزدوجة (زنك + طلاء).

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع: يمكن قطع كلا الدرجتين بسهولة بواسطة اللهب أو البلازما؛ القطع بالأكسجين والوقود شائع للألواح الأكثر سمكًا. قد يتطلب Q355GNH طاقة أعلى قليلاً أو معلمات قطع أبطأ بسبب الصلابة الأعلى.
• التشكيل والانحناء: يتمتع Q235NH بخصائص تشكيل وارتداد متفوقة؛ يمكن تشكيل Q355GNH ولكن يتطلب قواعد انحناء أكثر دقة ومعلمات عملية أكثر تحكمًا لتجنب التصدع.
• قابلية التشغيل: محتوى الكربون المنخفض في Q235NH يوفر قابلية تشغيل جيدة. قد يكون Q355GNH، كونه أعلى قوة وربما يحتوي على سبائك دقيقة، أكثر خشونة قليلاً على الأدوات ويتطلب سرعات تغذية/قطع أبطأ.
• إنهاء السطح: كلاهما يقبل المعالجات السطحية النموذجية؛ ممارسات الطحن والتشطيب قبل وبعد اللحام متشابهة، لكن Q355GNH قد يظهر صلابة أعلى في المناطق المتأثرة بالحرارة.

8. التطبيقات النموذجية

Q235NH (الاستخدامات الشائعة)	Q355GNH (الاستخدامات الشائعة)
عناصر هيكلية عامة (عوارض، قنوات) حيث تهم الاقتصاد وقابلية التشكيل	أعضاء هيكلية تتطلب قدرة تحميل أعلى أو تقليل سمك القسم (الجسور، الرافعات، الإطارات الثقيلة)
دعامات الأنابيب، أجزاء الضغط غير الحرجة حيث تكون الحالة العادية والصلابة مطلوبة	الهياكل الملحومة المعرضة للأحمال الديناميكية أو حيث تكون وفورات الوزن مطلوبة (المنصات البحرية، إطارات الآلات الثقيلة)
المكونات المصنعة مع تشكيل/لحام واسع النطاق	المكونات المحددة لضمان حد أدنى من العائد يبلغ ~355 ميجا باسكال وخصائص التأثير عند درجات حرارة أقل

مبررات الاختيار: - اختر Q235NH عندما تكون الأولوية في التصنيع هي التشكيل، وكفاءة التكلفة، وقابلية اللحام الجيدة. - اختر Q355GNH عندما يتطلب التصميم تقليل وزن الهيكل، أو ضغوط تصميم أعلى، أو عامل أمان أعلى على العائد، وعندما يمكن أن تضمن ضوابط الإنتاج الصلابة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: Q235NH عمومًا أقل تكلفة لكل طن من Q355GNH بسبب الكيمياء الأبسط ومتطلبات المعالجة الأقل. عادةً ما يكون Q355GNH أكثر تكلفة بسبب ضوابط العملية الأكثر صرامة، ومستوى القوة الأعلى، وإمكانية إضافة سبائك دقيقة.
• التوافر: كلا الدرجتين متاحتان على نطاق واسع في الألواح، واللفائف، والأقسام الهيكلية في الأسواق التي يتم تخزين الدرجات الصينية فيها. يعتمد التوافر حسب السماكة والعرض ومستويات اختبار التأثير المعتمدة على البائع — عادةً ما تكون متغيرات Q235 أكثر تخزينًا.

نصيحة الشراء: - حدد الاختبارات الميكانيكية المطلوبة، ودرجات حرارة التأثير، وشهادات اختبار المصنع بشكل صريح؛ يمكن تعويض الفروق السعرية من خلال تقليل تكاليف التصنيع (الأقسام الأكثر رقة) عند اختيار الدرجة الأعلى قوة.

10. الملخص والتوصية

الفئة	Q235NH	Q355GNH
قابلية اللحام	جيدة جدًا (CE أقل)	جيدة إلى معتدلة (CE أعلى؛ قد تكون هناك حاجة إلى مزيد من ضوابط اللحام)
توازن القوة – الصلابة	قوة معتدلة، مرونة/صلابة عالية	قوة أعلى مع صلابة مصممة عبر المعالجة
التكلفة	أقل	أعلى

التوصيات: - اختر Q235NH إذا كنت بحاجة إلى قابلية تشكيل ولحام ممتازة، وتكلفة مواد أقل، ويمكن أن تلبي أحمال التصميم باستخدام مادة بعائد ~235 ميجا باسكال. - اختر Q355GNH إذا كان تصميمك يتطلب قوة عائد دنيا أعلى (≈355 ميجا باسكال)، ويسمح بتقليل سماكة الأقسام لتوفير الوزن، ويمكن أن تستوعب عمليات التصنيع لديك ضوابط لحام وتشكيل أكثر دقة للحفاظ على الصلابة.

ملاحظة أخيرة: احصل دائمًا على شهادة اختبار المصنع وراجعها للألواح أو الأقسام الموردة. حدد درجات حرارة اختبار التأثير المطلوبة ومستويات القبول في مستندات الشراء، وتحقق من مؤهلات إجراءات اللحام عند الانتقال من Q235NH إلى Q355GNH في الإنتاج.