Q355 مقابل Q390 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
Q355 و Q390 هما فولاذان هيكليان عاليان القوة يُستخدمان على نطاق واسع في البناء والمعدات الثقيلة والتصنيع العام. غالبًا ما يوازن المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بين تكاليف المواد وقابلية اللحام والصلابة والعائد التصميمي الأدنى عند الاختيار بينهما. تشمل سياقات القرار النموذجية اختيار درجة أقل تكلفة للإطارات الهيكلية الملحومة مقابل اختيار درجة أعلى قوة لتقليل حجم المقطع أو الوزن تحت نفس الحمل.
التمييز الرئيسي بين الاثنين هو تصنيف قوتهما: يتم تحديد Q390 بعائد أدنى أعلى من Q355، مما يؤدي إلى اختلافات في المعالجة واستراتيجية الميكروسبائك والتحكم في الصلابة وممارسات التصنيع. يتم مقارنة هذه الفولاذات بشكل شائع لأنها تحتل مستويات قوة متجاورة في خطوط إنتاج الفولاذ الهيكلي وغالبًا ما تتنافس من حيث الأداء مقابل التكلفة للهياكل الملحومة والمشكلة.
1. المعايير والتصنيفات
- المعايير الرئيسية حيث تظهر هذه الدرجات أو لديها مكافئات قريبة:
- GB/T (الصين): Q355، Q390 (فولاذ هيكلي).
- EN (أوروبا): توجد قوى قابلة للمقارنة في سلسلة S355 و S420، لكن المتطلبات الكيميائية والميكانيكية تختلف.
- ASTM/ASME (الولايات المتحدة الأمريكية): لا توجد مكافئات مباشرة دقيقة؛ تشمل الدرجات الشائعة الأقرب ASTM A572 (درجات 50/60) و A656 (مُعالج حراريًا)، لكن يجب التحقق من المعادلة من خلال البيانات الكيميائية والميكانيكية.
-
JIS (اليابان): توجد فولاذات هيكلية عالية القوة مشابهة، لكن مرة أخرى يتطلب التحقق المباشر.
-
التصنيف:
- كلا من Q355 و Q390 هما فولاذان هيكليان عاليان القوة ومنخفضا السبيكة (عائلة HSLA). هما ليسا فولاذين مقاومين للصدأ أو فولاذ أدوات. يعتمد كلاهما عادةً على محتوى كربون مضبوط بالإضافة إلى الميكروسبائك (Nb، V، Ti) والمعالجة الحرارية الميكانيكية لتحقيق توازن بين القوة والصلابة.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة
ملاحظة: يختلف التركيب الكيميائي حسب المورد وشكل المنتج والدرجة الفرعية المحددة (مثل Q355A/B/C/D/E). الجدول أدناه يعطي وجودًا مؤشريًا ونطاقات نموذجية شائعة في الفولاذات التجارية Q355 و Q390؛ تحقق من القيم الفعلية من شهادة اختبار المصنع (MTC) والمعيار المعمول به قبل التصميم أو اللحام.
| عنصر | Q355 (نموذجي، مؤشري) | Q390 (نموذجي، مؤشري) | الدور / التأثير |
|---|---|---|---|
| C (كربون) | منخفض إلى معتدل (حوالي 0.05–0.22%) | منخفض إلى معتدل (حوالي 0.06–0.22%) | يزيد القوة والصلابة، يقلل من قابلية اللحام والصلابة مع زيادة المحتوى. |
| Mn (منغنيز) | 0.6–1.6% | 0.6–1.6% (غالبًا ما تكون أعلى قليلاً من أجل القابلية للتصلب) | معزز، مزيل للأكسدة؛ يزيد من القابلية للتصلب وقوة الشد. |
| Si (سيليكون) | 0.02–0.5% | 0.02–0.5% | مزيل للأكسدة؛ تأثير صغير على القوة. |
| P (فوسفور) | ≤0.035% (مضبوط) | ≤0.035% | شوائب؛ يقلل الفوسفور العالي من الصلابة - يُحافظ عليه منخفضًا. |
| S (كبريت) | ≤0.035% (مضبوط) | ≤0.035% | شوائب؛ يقلل من اللدونة وقابلية التشغيل إذا كانت عالية. |
| Cr (كروم) | أثر – منخفض (إذا كان موجودًا) | أثر – منخفض (إذا كان موجودًا) | يحسن القابلية للتصلب والقوة عند وجوده. |
| Ni (نيكل) | أثر – منخفض | أثر – منخفض | صلابة وقوة عند درجات حرارة منخفضة عند إضافته. |
| Mo (موليبدينوم) | ≤0.1% (يضاف أحيانًا) | ≤0.1% (يضاف أحيانًا) | يحسن القابلية للتصلب ومقاومة الزحف. |
| V (فاناديوم) | ميكروسبيكة (ppm–0.1%) | ميكروسبيكة (ppm–0.1%) | يترسب الكربيدات/النترات من أجل التعزيز؛ يحسن تنقية الحبوب. |
| Nb (نيوبوم) | ميكروسبيكة (ppm–0.05%) | ميكروسبيكة (ppm–0.05%) | يتحكم في إعادة التبلور في TMCP، يزيد من العائد من خلال تعزيز الترسيب. |
| Ti (تيتانيوم) | إمكانية الميكروسبيكة (ppm) | إمكانية الميكروسبيكة (ppm) | يتحكم في النيتروجين، ينقي الحبوب. |
| B (بورون) | أثر (إذا تم استخدامه) | أثر (إذا تم استخدامه) | تزيد الإضافات الصغيرة جدًا من القابلية للتصلب. |
| N (نيتروجين) | مضبوط (ppm) | مضبوط (ppm) | يؤثر على الترسيب؛ يُجمع مع Ti/Nb لتشكيل النترات من أجل القوة. |
ملخص استراتيجية السبيكة: - يتم إنتاج Q355 عادةً بمحتوى كربون ومنغنيز معتدل ويعتمد على الدرفلة المضبوطة و/أو التطبيع لتحقيق توازن بين العائد واللدونة والصلابة. - غالبًا ما يستخدم Q390 كيمياء أساسية مشابهة ولكن قد يتضمن ميكروسبيكة أعلى أو تعديل طفيف في المنغنيز/القابلية للتصلب للوصول إلى العائد الأدنى الأعلى مع الحفاظ على الصلابة - يتم تحقيق ذلك عادةً من خلال المعالجة الحرارية الميكانيكية المضبوطة (TMCP) وترسيب الميكروسبيكة بدلاً من الزيادات الكبيرة في الكربون.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
- البنى المجهرية النموذجية:
- Q355: مصفوفة من الفريت والبرلايت للمنتجات المدرفلة على الساخن التقليدية أو المعالجة حراريًا؛ فريت أدق وتشتت من ترسبات الميكروسبيكة عند استخدام TMCP.
-
Q390: فريت أدق مع نسبة مضبوطة من الباينيت في بعض منتجات TMCP؛ من الشائع وجود تقوية ترسيب أكثر تحكمًا من Nb/V/Ti لرفع العائد دون التضحية بالصلابة.
-
تأثيرات المعالجة الحرارية والمعالجة:
- التطبيع ينقي حجم الحبوب، يحسن الصلابة، وي homogenizes الهيكل - يُستخدم عندما تكون الخصائص التأثيرية المحسنة مطلوبة.
- التبريد والتلطيف ليس شائعًا لأشكال المنتجات الهيكلية القياسية Q355/Q390 ولكن قد يُستخدم للألواح أو المكونات المخصصة لتحقيق قوة أعلى وصلابة مصممة.
-
TMCP (المعالجة الحرارية الميكانيكية المضبوطة) شائعة لكلا الدرجتين لتحقيق قوة عالية وصلابة جيدة عند درجات حرارة منخفضة من خلال الدرفلة المضبوطة، والتبريد المعجل، وترسيب الميكروسبيكة - فعالة بشكل خاص لـ Q390 لتلبية أهداف العائد الأعلى دون زيادة كبيرة في الكربون.
-
ملاحظة عملية: تم تصميم كلا الدرجتين لظروف المدرفلة أو المعالجة حراريًا؛ عادةً ما تكون المعالجات الحرارية الكاملة غير ضرورية وقد تؤثر سلبًا على قابلية اللحام واللدونة دون التحكم الدقيق في العملية.
4. الخصائص الميكانيكية
يقدم الجدول التالي نطاقات الخصائص الميكانيكية التمثيلية الشائعة في منتجات الألواح واللفائف التجارية. تعتمد القيم على السماكة والدرجة الفرعية (A/B/C/D/E) والمعالجة - تحقق دائمًا مع شهادات اختبار المورد.
| الخاصية | Q355 (نموذجي، مؤشري) | Q390 (نموذجي، مؤشري) |
|---|---|---|
| قوة العائد الدنيا (ميغاباسكال) | ~355 ميغاباسكال | ~390 ميغاباسكال |
| قوة الشد (ميغاباسكال) | ~470–630 ميغاباسكال (تختلف حسب الحالة والسماكة) | ~490–650+ ميغاباسكال (تختلف حسب الحالة والسماكة) |
| التمدد (A%) | نطاق لدونة أعلى؛ على سبيل المثال، 20%+ النموذجية للألواح الرقيقة | مخفضة قليلاً مقارنة بـ Q355؛ على سبيل المثال، غالبًا ما تكون في العشرات المنخفضة إلى المتوسطة حتى 20% حسب المنتج |
| صلابة تأثير شارب | جيدة (إذا تم تحديدها وإنتاجها مع TMCP/التطبيع المناسب) | تتطلب مزيدًا من الاهتمام بالمعالجة لتلبية نفس المواصفات التأثيرية - ممكنة ولكن يجب التحقق منها |
| صلابة (HB/HRB) | معتدلة | عادةً ما تكون أعلى قليلاً لتلبية القوة |
التفسير: - Q390 هو الدرجة الأقوى (عائد أعلى وغالبًا ما يكون أعلى في الشد) حسب المواصفات. يتطلب تحقيق ذلك التحكم في البنية المجهرية الذي يمكن أن يقلل قليلاً من اللدونة، وإذا لم يتم التحكم فيه، يمكن أن يؤثر على صلابة التأثير - خاصةً للأقسام الأكثر سمكًا أو درجات حرارة الخدمة الباردة. - Q355 عمومًا أكثر لدونة وسماحًا في التصنيع، مع سهولة تحقيق الصلابة المحددة للأقسام الأكثر سمكًا.
5. قابلية اللحام
العوامل الرئيسية: محتوى الكربون، المعادل الكربوني، السماكة، ووجود عناصر الميكروسبيكة.
مؤشرات تجريبية مفيدة (تفسير واستخدام نوعيًا؛ حساب مع الكيمياء الفعلية لتأهيل إجراء اللحام): - المعادل الكربوني لمعهد اللحام الدولي: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm لتقييم قابلية اللحام: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي: - تم تصميم كل من Q355 و Q390 لقابلية لحام جيدة مقارنة بفولاذ الأدوات عالي الكربون؛ ومع ذلك، فإن الهدف الأعلى لقوة Q390 يعني غالبًا قابلية تصلب أعلى قليلاً (من المنغنيز أو الميكروسبيكة)، مما يمكن أن يرفع $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ مقارنة بـ Q355. - الآثار العملية: - قد تحتاج درجات حرارة التسخين المسبق ودرجات الحرارة بين الطبقات إلى أن تكون أعلى للأقسام السميكة من Q390 لتجنب التشقق البارد. - يجب تحديد اختيار المواد الاستهلاكية وإجراءات اللحام (مطابقة القوة، صلابة المعدن الملء المناسب) من خلال تأهيل الإجراء باستخدام قيم MTC الفعلية. - نادرًا ما تكون المعالجة الحرارية بعد اللحام مطلوبة للأقسام الرقيقة ولكن قد تكون ضرورية للأجزاء الملحومة السميكة أو حيث توجد ظروف خدمة حرجة.
6. التآكل وحماية السطح
- لا Q355 ولا Q390 هما فولاذان مقاومان للصدأ؛ مقاومة التآكل نموذجية للفولاذ الكربوني.
- طرق الحماية الشائعة:
- التغليف بالغمس الساخن للحماية الجوية على المدى الطويل.
- أنظمة الطلاء، البرايمرات والطلاءات المصممة للبيئة (بحرية، صناعية، ريفية).
- التغليف أو التغطية المعدنية للبيئات القاسية.
- إذا كانت الخصائص المقاومة للصدأ أو مقاومة التآكل مطلوبة، اختر سبيكة مقاومة للصدأ مناسبة؛ PREN غير قابلة للتطبيق على Q355/Q390. للمرجع، PREN للسبيكات المقاومة للصدأ هو: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- توضيح: PREN غير ذات صلة بالفولاذات الكربونية العادية HSLA - استخدم استراتيجيات الطلاء أو السبائك المقاومة للتآكل بدلاً من ذلك.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- القطع: كلا الدرجتين يمكن قطعها بسهولة باستخدام الأكسجين والوقود، والقطع بالبلازما، والقطع بالليزر؛ تعتمد جودة الحواف والتقشير على السماكة وطريقة القطع.
- التشكيل/الانحناء: عادةً ما يكون Q355 لديه قابلية تشكيل أفضل (نصف قطر انحناء أدنى) بسبب عائده الأدنى. يمكن تشكيل Q390 ولكن يتطلب نصف قطر انحناء أكبر أو ممارسات تشكيل تدريجية لتجنب التشقق؛ يزيد الارتداد مع القوة.
- قابلية التشغيل: القوة الأعلى (والميكروسبيكة المرتبطة) في Q390 يمكن أن تقلل قليلاً من قابلية التشغيل مقارنة بـ Q355؛ اختر الأدوات والسرعات وفقًا لذلك.
- تشطيب السطح: كلاهما يتقبلان المعالجات السطحية الشائعة (النفخ بالرصاص، التمهيد، الطلاء)؛ يمكن أن تؤثر اللحام والتصنيع محليًا على الخصائص وتتطلب الانتباه إلى التحكم في التشوه.
8. التطبيقات النموذجية
| Q355 — الاستخدامات الشائعة | Q390 — الاستخدامات الشائعة |
|---|---|
| عوارض هيكلية، أعمدة، جسور مع متطلبات قوة قياسية | هياكل حيث الحاجة إلى تقليل الوزن عبر مقاطع أرق عند عائد أعلى |
| تصنيع فولاذ عام، إطارات، دعائم، خزانات (غير مضغوطة) | إطارات الآلات الثقيلة حيث يكون من المرغوب فيه قوة أعلى مقابل الوزن |
| هياكل ملحومة حيث تكون الصلابة العالية وقابلية اللحام الجيدة ذات أولوية | مسارات الرافعات، مكونات الشاسيه عالية الحمل، والتصاميم التي تعظم من معامل المقطع |
| أنابيب وبروفيلات للبناء العام (عند تحديدها) | تطبيقات تتطلب زيادة في العائد مع صلابة مضبوطة عبر TMCP |
مبررات الاختيار: - استخدم Q355 عندما تكون اللدونة وقابلية اللحام والتكلفة هي القضايا السائدة وتلبية الأحمال التصميمية بعائد 355 ميغاباسكال. - استخدم Q390 عندما يسمح العائد الأدنى الأعلى بتقليل حجم المقطع أو الوزن وعندما يتم التحكم في عملية التصنيع وإجراءات اللحام لضمان الصلابة وتجنب التشقق.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة: عادةً ما يكون Q390 أغلى قليلاً لكل طن من Q355 بسبب التحكم الأكثر صرامة في المعالجة والميكروسبيكة الإضافية المحتملة. يختلف سعر البريميوم حسب السوق والمورد وشكل المنتج.
- التوافر: يتوفر Q355 بشكل أكثر شيوعًا ومتاحة في مجموعة أوسع من أشكال المنتجات والسماكات. يعتمد توافر Q390 على إنتاج المصنع الإقليمي وطلب العملاء؛ يمكن أن تحدث أوقات تسليم طويلة للأحجام غير الشائعة أو درجات الألواح ذات التحمل الضيق.
10. الملخص والتوصية
| السمة | Q355 | Q390 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة جدًا (أكثر تسامحًا) | جيدة، ولكن تتطلب مزيدًا من الاهتمام (إمكانية تصلب أعلى) |
| توازن القوة والصلابة | لدونة وصلابة جيدة للعديد من التطبيقات | قوة أعلى، تتطلب التحكم في العملية لمطابقة الصلابة |
| التكلفة | أقل (بشكل عام) | أعلى (بشكل عام) |
التوصية: - اختر Q355 إذا كنت بحاجة إلى فولاذ هيكلي فعال من حيث التكلفة مع قابلية لحام موثوقة، ولدونة أعلى، وتوافر واسع - مثالي عندما تسمح العوائد التصميمية بعائد أدنى 355 ميغاباسكال وتكون سهولة التصنيع مهمة. - اختر Q390 إذا كنت بحاجة إلى عائد أدنى أعلى لتقليل حجم المقطع أو الوزن ومستعد للتحكم في المعالجة وإجراءات اللحام، وربما ظروف التسخين المسبق/بين الطبقات للحفاظ على الصلابة المطلوبة - مثالي للهياكل عالية الحمل حيث توفر قوة المواد مزايا تصميم أو وزن واضحة.
ملاحظة عملية نهائية: تحقق دائمًا من التركيب الكيميائي الدقيق والخصائص الميكانيكية من شهادة اختبار المصنع وتأكد من تأهيل إجراءات اللحام للدفعة الفعلية من المواد، السماكة، وظروف الخدمة المقصودة.