Q345B مقابل Q345C – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
Q345 هو سلسلة من الفولاذ الهيكلي عالي القوة ومنخفض السبيكة (HSLA) ذات التصميم الصيني والتي تُستخدم على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم في الجسور، والأوعية الضغط، والآلات الثقيلة، والمكونات الهيكلية. ضمن عائلة Q345، تشير الحروف اللاحقة B وC وD وE إلى متغيرات تلبي نفس الأهداف الكيميائية والميكانيكية الأساسية ولكن يتم اختبارها عند درجات حرارة تأثير أقل بشكل تدريجي. غالبًا ما يتعين على المهندسين ومديري المشتريات ومخططي التصنيع الاختيار بين Q345B وQ345C عند تحديد المواد للهياكل التي تواجه درجات حرارة محيطة أو خدمة مختلفة، وقيود التصنيع، وأهداف التكلفة.
الفرق الفني الرئيسي بين Q345B وQ345C هو درجة حرارة الصلابة المضمونة: يتم تحديد Q345C لظروف اختبار تأثير أكثر برودة من Q345B، مما يؤثر على الاختيار للخدمة في درجات الحرارة المنخفضة. نظرًا لأن كيميائياتها الاسمية وقوة العائد متشابهة، فإن القرار يعتمد عادةً على الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة، واعتبارات القابلية للحام، وتوازن التكلفة/التوافر.
1. المعايير والتسميات
- المعيار الأساسي: GB/T 1591 — "الفولاذ المدلفن على الساخن للهياكل الملحومة" (الصين). يتم تعريف سلسلة Q345 في هذا المعيار.
- معايير أخرى ذات صلة ومعادلات (سياقية):
- ASTM/ASME: لا يوجد تطابق مباشر؛ تشمل الفولاذات الهيكلية القابلة للمقارنة ASTM A572 الدرجة 50، S355 (EN)، ولكن متطلبات الكيمياء والصلابة تختلف.
- EN: عائلة S355 (الفولاذ الهيكلي) — نية مشابهة، مصفوفة خصائص مختلفة وتصنيفات درجات حرارة التأثير.
- JIS: JIS G3106 (الفولاذ الهيكلي عالي الشد) — نهج تصنيف مختلف.
- تصنيف المواد: سلسلة Q345 = HSLA (فولاذ كربوني عالي القوة ومنخفض السبيكة مناسب للتطبيقات الهيكلية الملحومة، وليس الفولاذ المقاوم للصدأ أو الفولاذ الأدوات.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة
جدول: النطاقات العنصرية النموذجية لسلسلة Q345 (تمثيلية لعائلة GB/T 1591). هذه هي النطاقات الإرشادية المستخدمة في الممارسة الصناعية؛ تحقق دائمًا من شهادة المصنع للقيم الدقيقة عند تحديد المادة.
| عنصر | النطاق / الحد النموذجي (سلسلة Q345، تمثيلية) |
|---|---|
| C (الكربون) | ≤ 0.20 (كربون منخفض للحفاظ على قابلية اللحام) |
| Mn (المنغنيز) | 0.50 – 1.60 (القوة والصلابة) |
| Si (السيليكون) | 0.10 – 0.50 (إزالة الأكسدة؛ القوة) |
| P (الفوسفور) | ≤ 0.035 (حد الشوائب) |
| S (الكبريت) | ≤ 0.035 (حد الشوائب) |
| Cr (الكروم) | ≤ ~0.30 (إذا كان موجودًا، صلابة/مقاومة للتآكل متواضعة) |
| Ni (النيكل) | ≤ ~0.30 (أحيانًا موجود لزيادة الصلابة) |
| Mo (الموليبدينوم) | ≤ ~0.08 (إذا كان مضافًا بشكل دقيق، تأثير صغير على الصلابة) |
| V (الفاناديوم) | أثر إلى ≤ ~0.08 (إضافة دقيقة لتحسين بنية الحبوب) |
| Nb (النيوبيوم) | أثر إلى ≤ ~0.05 (إضافة دقيقة لتعزيز الترسيب) |
| Ti (التيتانيوم) | أثر (إزالة الأكسدة، التحكم في الحبوب) |
| B (البورون) | أثر (منخفض جدًا، إذا كان موجودًا) |
| N (النيتروجين) | متحكم، منخفض (يؤثر على الصلابة) |
تفسير: - تم تصميم درجات Q345 كفولاذات HSLA منخفضة الكربون. يوفر الكربون والمنغنيز القوة الأساسية. يُستخدم السيليكون لإزالة الأكسدة وزيادة طفيفة في القوة. - تُستخدم عناصر الإضافة الدقيقة (Nb، V، Ti) بكميات متحكم بها لتحسين بنية الحبوب وتوفير تعزيز الترسيب، مما يساعد على الحفاظ على الصلابة دون زيادة مكافئات الكربون بشكل مفرط. - تُبقى السبائك بسيطة للحفاظ على قابلية اللحام؛ يتم تجنب الإضافات المعقدة أو الثقيلة التي تزيد من الصلابة بشكل عام.
3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية
- الميكروهيكل النموذجي المدلفن: الفريت–البرليت مع ترسبات دقيقة مضافة محتملة (NbC، VC، TiN) مسؤولة عن تحسين الحبوب وتعزيز الترسيب.
- الميكروهيكل Q345B مقابل Q345C: تحت نفس جدول الدرفلة والتبريد، تكون الميتالوجرافيا الأساسية متشابهة أساسًا. يتم تحقيق متطلبات الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة لـ Q345C من خلال التحكم الأكثر دقة في الكيمياء (خاصة الشوائب المنخفضة جدًا)، وجداول الدرفلة/التبريد المتحكم بها، وأحيانًا زيادة محتوى الإضافات الدقيقة أو المعالجة الحرارية الميكانيكية لتحسين حجم الحبوب.
- استجابة المعالجة الحرارية:
- التطبيع: يحسن حجم الحبوب ويمكن أن يحسن الصلابة بشكل معتدل؛ مفيد عندما تكون الخصائص عبر السماكة مطلوبة.
- التبريد والتخمير: ليس شائعًا لـ Q345؛ يتم إنتاج هذه الفولاذات لتلبية القوة/الصلابة في الحالة المدلفنة/المتحكم بها. سيغير التبريد والتخمير الخصائص بشكل كبير وليس تسليمًا قياسيًا لدرجات Q345.
- المعالجة الحرارية الميكانيكية (الدرفلة المتحكم بها والتبريد المسرع) تُستخدم عادةً من قبل المصانع لتطوير الهيكل الفريت-البرليتي ذو الحبوب الدقيقة المطلوب لأداء تأثير درجات الحرارة المنخفضة، خاصة لـ Q345C والمتغيرات ذات درجات الحرارة المنخفضة.
4. الخصائص الميكانيكية
جدول: النطاقات النموذجية للخصائص الميكانيكية لعائلة Q345. القيم تمثيلية؛ تحقق من شهادات المصنع المحددة والقيم المعتمدة على السماكة.
| الخاصية | Q345 النموذجي (عام) | Q345B | Q345C |
|---|---|---|---|
| قوة العائد (ReL) | ~345 ميغاباسكال (أساس التسمية) | ≥ 345 ميغاباسكال | ≥ 345 ميغاباسكال |
| قوة الشد (Rm) | ~470 – 630 ميغاباسكال (تعتمد على السماكة والمعالجة) | نطاق نموذجي أعلاه | نطاق نموذجي أعلاه |
| التمدد (A) | ≥ ~20% (تختلف مع السماكة) | قابل للمقارنة | قابل للمقارنة |
| صلابة التأثير (Charpy V-notch) | الطاقة المحددة مع فئة درجة الحرارة | 27 جول عند −20 °م (متطلب نموذجي) | 27 جول عند −40 °م (متطلب نموذجي) |
| الصلابة (HB) | نموذجي 120 – 190 HB (تعتمد على العملية) | قابل للمقارنة | قابل للمقارنة |
تفسير: - القوة: يتم تحديد كلا الدرجتين بنفس قوة العائد الاسمية (345 ميغاباسكال) ونطاقات الشد المماثلة؛ لا تكون أي من الدرجتين أقوى بطبيعتها في الحالة الموردة. - الصلابة: يضمن Q345C صلابة تأثير أعلى عند درجات حرارة أقل من Q345B. وهذا يجعل Q345C مفضلًا حيث تكون مخاطر الكسر الهش عند درجات حرارة الخدمة تحت الصفر مصدر قلق. - القابلية للتمدد: التمدد والقابلية للتمدد متشابهة بين الاثنين، بافتراض نفس السماكة والمعالجة.
5. قابلية اللحام
- تم تصميم فولاذ Q345 لقابلية لحام جيدة: يقلل محتوى الكربون المنخفض والإضافات المتحكم بها من قابلية التشقق البارد. ومع ذلك، يجب تقييم قابلية اللحام بناءً على مكافئ الكربون وPcm لتقييم أكثر دقة.
- الصيغ الشائعة لمكافئ الكربون والمعلمات المستخدمة لتقدير سلوك اللحام: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- التفسير النوعي:
- عادةً ما يكون لكل من Q345B وQ345C قيم منخفضة من $CE_{IIW}$ و$P_{cm}$ مقارنة بالفولاذات عالية الكربون، مما يشير إلى متطلبات تسخين مسبق منخفضة وقابلية لحام جيدة بشكل عام.
- يمكن أن يؤدي التحكم الأكثر دقة في الشوائب في Q345C والتعديلات المحتملة للإضافات الدقيقة لزيادة الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة إلى زيادة أو تقليل مكافئ الكربون المحسوب اعتمادًا على كيمياء المصنع؛ لذلك، يجب أن تستند مؤهلات إجراءات اللحام إلى القيم الفعلية لشهادة المواد والسماكة.
- بالنسبة للأقسام الثقيلة، يجب أن تتبع درجات الحرارة المنخفضة بين الطبقات وتوصيات التسخين المسبق/المعالجة الحرارية بعد اللحام رموز اللحام وCE/Pcm المحسوب.
6. التآكل وحماية السطح
- Q345B وQ345C هما فولاذان هيكليان غير مقاومين للصدأ؛ مقاومة التآكل الفطرية متشابهة ومتوسطة. عادةً ما تكون حماية السطح مطلوبة للتطبيقات المكشوفة.
- استراتيجيات الحماية النموذجية:
- التغليف بالغمس الساخن لمقاومة التآكل الجوي.
- الطلاء في المصنع أو في الموقع مع البرايمرات وطلاءات السطح المناسبة (أنظمة الإيبوكسي، البولي يوريثان).
- طلاءات الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية هي نهج تصميم مختلف وليست جوهرية لـ Q345.
- PREN (عدد مقاومة التآكل) ينطبق على السبائك المقاومة للصدأ، وليس على فولاذ Q345. للرجوع: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ هذه المؤشر ليس له معنى بالنسبة للفولاذات الكربونية/HSLA لأنها تفتقر إلى ما يكفي من Cr/Mo/N لمقاومة التآكل المحلي بطبيعتها.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- القطع: القطع بالبلازما، والغاز الأكسجيني، والقطع بالليزر كلها مستخدمة بشكل شائع؛ تعتمد معلمات القطع على السماكة والميكروهيكل ولكنها متشابهة لكلا الدرجتين.
- الانحناء/التشكيل: يمكن تشكيل درجات Q345 بسهولة عند استخدام أشعة الانحناء المناسبة المتعلقة بالسماكة؛ يتطلب الانحناءات الضيقة على الأقسام الأكثر سمكًا الانتباه إلى الارتداد واحتمال الكسر للخدمة شديدة البرودة (Q345C) حيث تصبح صلابة الكسر حرجة.
- قابلية التشغيل: قابلية التشغيل النموذجية للفولاذ الكربوني؛ يمكن أن تقلل عناصر الإضافة الدقيقة من قابلية التشغيل قليلاً مقارنة بالفولاذات منخفضة الكربون العادية ولكن ليس بشكل كبير. يجب اختيار الأدوات وسرعات القطع وفقًا للصلابة الفعلية.
- تشطيب السطح والمعالجة اللاحقة: تستجيب كلا الدرجتين بشكل جيد لعمليات التحضير والتشطيب القياسية للسطح (الطحن، التفجير بالرصاص، الطلاء).
8. التطبيقات النموذجية
| Q345B — الاستخدامات النموذجية | Q345C — الاستخدامات النموذجية |
|---|---|
| أقسام هيكلية عامة: عوارض، قنوات، ألواح للمباني والرافعات حيث تكون الظروف المحيطة معتدلة | مكونات هيكلية في المناخات الباردة أو الخدمة المبردة (مثل الهياكل البحرية في القطب الشمالي، دعائم التخزين المبرد) |
| الجسور، الهندسة المدنية العامة حيث تكون صلابة -20 °م كافية | أوعية الضغط والإطارات التي تتطلب صلابة مؤكدة عند درجات حرارة أقل (مثل −40 °م) |
| أسس الآلات والإطارات الملحومة حيث تكون قابلية اللحام والتكلفة مهمة | دعائم أنابيب البتروكيماويات، البنية التحتية في المناطق الباردة حيث تكون مخاطر الكسر الهش عند درجات الحرارة المنخفضة أعلى |
| تصنيع حساس للتكلفة حيث يكفي أداء Q345 القياسي | التطبيقات التي تُعطى فيها الأولوية لهوامش الأمان ضد الكسر الهش عند درجات الحرارة المنخفضة |
مبررات الاختيار: - إذا كانت درجة حرارة الخدمة، أو رموز السلامة، أو تقييمات المخاطر تتوقع التعرض لأقل من حوالي −20 °م، يصبح Q345C (أو الدرجات الأكثر برودة) جذابًا. إذا ظلت درجات الحرارة المحيطة/الخدمة فوق هذا العتبة، فإن Q345B غالبًا ما يكون كافيًا وأكثر اقتصادية.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة النسبية: عادةً ما يكون Q345C أغلى قليلاً من Q345B بسبب التحكم الأكثر دقة في العملية، والاختبار، والتعديلات المحتملة في كيمياء المعالجة لضمان أداء تأثير درجات الحرارة المنخفضة.
- التوافر: كلا الدرجتين متاحتان على نطاق واسع في المناطق التي لديها سلاسل إمداد راسخة للفولاذات ذات المعايير الصينية. تؤثر سماكة الألواح/اللفائف، والأبعاد الخاصة، والشهادات (مثل تتبع حرارة المصنع للخدمة في درجات الحرارة المنخفضة) على أوقات التسليم والتكلفة.
- أشكال المنتجات: ألواح، لفائف مدلفنة على الساخن، أشكال هيكلية؛ يختلف التوافر حسب المصنع والمخزون الإقليمي.
10. الملخص والتوصية
جدول: مقارنة سريعة
| السمة | Q345B | Q345C |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة جدًا (كربون منخفض، إضافة متحكم بها) | جيدة جدًا (مماثلة)، تحقق من CE/Pcm من الشهادة |
| توازن القوة–الصلابة | توازن Q345 القياسي | تحسين ضمان الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة |
| التكلفة | أقل (نموذجي) | أعلى (نموذجي، بسبب الاختبار/المعالجة) |
التوصية: - اختر Q345B إذا: كانت تطبيقاتك تعمل في بيئات حيث تكون صلابة التأثير عند حوالي −20 °م (أو أعلى) كافية، وتعطي الأولوية للتكلفة الفعالة، ويكفي الأداء الهيكلي القياسي وقابلية اللحام. - اختر Q345C إذا: كانت الهيكل أو المكون سيتعرض لدرجات حرارة محيطة أو خدمة تحت الصفر بشكل كبير (تتطلب صلابة مؤكدة عند حوالي −40 °م)، أو كانت رموز المشروع وتقييمات المخاطر تفرض تصنيف تأثير درجات الحرارة المنخفضة.
ملاحظة نهائية: بينما يعتمد قرار Q345B مقابل Q345C بشكل أساسي على أداء تأثير درجات الحرارة المنخفضة، يتطلب التحديد المسؤول مراجعة شهادة المصنع للتركيب الكيميائي الفعلي، مكافئ الكربون (أو $P_{cm}$ المحسوب)، الخصائص الميكانيكية المعتمدة على السماكة، وأي تحسينات إضافية (المعالجة الحرارية الميكانيكية، الدرفلة المتحكم بها) التي تؤثر على الصلابة وقابلية اللحام.