Q355NH مقابل Q355B - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً خيارًا بين الفولاذ الهيكلي المرتبط ارتباطًا وثيقًا عند تحديد اللوحات أو الأقسام أو المنتجات المدرفلة للهياكل الملحومة والمكشوفة. تشمل عائلة Q355 درجات مخصصة للاستخدام الهيكلي العام بالإضافة إلى متغيرات مصممة لمقاومة التدهور الجوي ولتوفير متانة مضمونة في درجات الحرارة المنخفضة؛ مما يؤثر الاختيار الصحيح على تكلفة دورة الحياة وطريقة التصنيع وهوامش الأمان.

على مستوى عالٍ، يُعتبر Q355B فولاذًا هيكليًا عالي القوة للاستخدام العام، بينما يُعتبر Q355NH متغيرًا مصممًا لمقاومة أكبر للتآكل الجوي ولضمان المتانة بعد المعالجة الحرارية الميكانيكية القياسية. تدفع هذه الاختلافات اختيارات التوازن بين أداء التآكل مقابل التكلفة الأولية، وبين قابلية اللحام الروتينية مقابل الحاجة إلى احتياطات ما بعد اللحام في الأقسام الأكثر سمكًا.

1. المعايير والتسميات

• GB/T (الصين): تُعرف عائلة Q355 في GB/T 1591 والمعايير المتعلقة بالمنتجات للفولاذ الهيكلي عالي القوة منخفض السبيكة. تشير حروف المتغيرات (A، B، C، ...؛ بالإضافة إلى اللواحق) إلى متطلبات المعالجة والأثر.
• EN (أوروبا): المعادلات التقريبية موجودة في عائلة S355 (EN 10025) ولكن هناك اختلافات في الحدود الكيميائية ومتطلبات الاختبار.
• ASTM/ASME (الولايات المتحدة): لا يوجد تطابق مباشر واحد لواحد؛ تعتبر الفولاذات من نوع S355 هي الأقرب.
• JIS (اليابان): توجد فولاذات هيكلية عالية القوة مشابهة، ولكن تتطلب المطابقات المباشرة جداول مرجعية.

التصنيف: كل من Q355B و Q355NH هما فولاذات هيكلية عالية القوة منخفضة السبيكة (تُجمع عادةً كفولاذات HSLA — عالية القوة منخفضة السبيكة). Q355NH هو متغير مقاوم للتآكل الجوي/التآكل الجوي من تلك العائلة HSLA.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

الجدول: التركيز التكويني النموذجي (نطاقات نوعية). تأكد دائمًا من شهادات المصنع والإصدار المسيطر من المعيار للحدود الدقيقة.

عنصر	Q355B — ملاحظات المواصفات النموذجية	Q355NH — ملاحظات المواصفات النموذجية
C (الكربون)	كربون منخفض إلى معتدل لتحقيق توازن القوة وقابلية اللحام (محدودة عادةً)	كربون منخفض مشابه؛ يتم التحكم فيه للحفاظ على قابلية اللحام والمتانة
Mn (المنغنيز)	العنصر الرئيسي لبناء القوة (مستوى معتدل)	مشابه أو أعلى قليلاً لدعم القوة بعد المعالجة
Si (السيليكون)	مزيل للأكسدة؛ كميات محدودة	مستويات منخفضة مشابهة
P (الفوسفور)	يُحتفظ به منخفضًا (تحكم في الشوائب)	يُحتفظ به منخفضًا، ولكن في الفولاذات المقاومة للعوامل الجوية، يتم التحكم في الفوسفور أحيانًا لتعزيز تكوين الباتينا
S (الكبريت)	يُحتفظ به منخفضًا جدًا (قابلية التشغيل/الجودة)	يُحتفظ به منخفضًا جدًا
Cr (الكروم)	عادةً منخفض جدًا أو أثر	إضافات صغيرة ممكنة لتحسين الباتينا المقاومة للتآكل والصلابة
Ni (النيكل)	أثر إلى منخفض	يمكن إضافته بكميات صغيرة لتحسين المتانة وأداء مقاومة العوامل الجوية
Cu (النحاس)	عادةً الحد الأدنى	يُضاف عمدًا بكميات صغيرة (ميزة محددة للعديد من الفولاذات المقاومة للعوامل الجوية) لتعزيز مقاومة التآكل الجوي
Mo، V، Nb، Ti (السبائك الدقيقة)	قد تكون موجودة في المتغيرات المسبوكة الدقيقة للتحكم في القوة والحبيبات	قد تكون موجودة للحصول على قوة وبنية حبيبية دقيقة مع الحفاظ على المتانة
B، N	مستويات محكومة (N غالبًا منخفض)	محكومة؛ يمكن استخدام النيتروجين في تصميم السبيكة ولكن المستويات منخفضة

كيف تؤثر السبيكة على السلوك: - يزيد الكربون والمنغنيز من القوة ولكنهما يزيدان من الصلابة وخطر تصلب HAZ؛ الحفاظ على الكربون منخفضًا يحافظ على قابلية اللحام. - تعطي عناصر السبيكة الدقيقة (Nb، V، Ti) القوة من خلال الترسيب وتكرير الحبيبات بدلاً من زيادة الكربون. - تعزز الإضافات الصغيرة من Cu وCr وNi تكوين باتينا سطحية واقية في التعرضات الجوية (أداء مقاومة العوامل الجوية) وتحسن المتانة في درجات الحرارة المنخفضة عند المعالجة بشكل صحيح.

ملاحظة: تختلف حدود التركيب العددي الدقيقة حسب إصدار المعيار واستدعاءات المنتج المحددة؛ اعتمد دائمًا على شهادة التحليل للمشتريات وتأهيل إجراءات اللحام.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

الميكروهياكل النموذجية: - Q355B: يتم إنتاجه كألواح مدرفلة على الساخن أو مُعالجة حراريًا مع مصفوفة مختلطة من الفريت والبيرلايت أو مصفوفة باينيتية دقيقة حسب جدول الدرفلة والتبريد. تعزز السبيكة الدقيقة (إذا كانت موجودة) حجم الحبيبات الدقيقة وتقوية التشتت. - Q355NH: تتم معالجته مع تحكم أكثر دقة في الدرفلة والتبريد (أو مُعالج حراريًا) لإنتاج ميكروهيكل فريتية/باينيتية دقيقة مُحسّنة للمتانة ولدعم إضافات السبيكة المقاومة للعوامل الجوية. الباتينا التي توفر مقاومة التآكل الجوي هي ظاهرة سطحية تتطور بعد التعرض.

الاستجابة للعمليات الحرارية: - المعالجة الحرارية: تُحسن بنية الحبيبات في كلا الدرجتين وتحسن المتانة؛ يتم تزويد Q355NH عادةً بمعالجة حرارية أو مدرفلة حراريًا لتحقيق الخصائص المطلوبة في التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة. - التبريد والتخمير: ليست نموذجية لهذه الدرجات الهيكلية التجارية؛ ستغير التصنيف والاستخدام النموذجي. - المعالجة الحرارية الميكانيكية المُتحكم بها (TMCP): تُستخدم للحصول على توازن ملائم بين القوة والمتانة مع تقليل محتوى الكربون؛ TMCP شائع عبر إنتاج HSLA ومهم بشكل خاص لـ Q355NH لضمان الميكروهيكل الدقيق المطلوب للمتانة وأداء الباتينا.

4. الخصائص الميكانيكية

الجدول: خط الأساس للخصائص النموذجية (استخدم شهادات المصنع والمعيار للقيم التعاقدية).

الخاصية	Q355B (نموذجي)	Q355NH (نموذجي)
قوة الخضوع (الحد الأدنى)	~355 ميغاباسكال (الحد الأدنى المضمون في الاتجاه الطولي)	~355 ميغاباسكال (نفس الحد الأدنى الاسمي)
قوة الشد (نطاق نموذجي)	~470–630 ميغاباسكال (يعتمد على السمك والمعالجة)	نطاق مشابه؛ قد يميل قليلاً إلى الأعلى بسبب TMCP والسبيكة الدقيقة
التمدد (A%)	بشكل عام ≥ 20% (يختلف حسب السمك)	مماثل أو محسّن قليلاً بسبب المعالجة المُتحكم بها
متانة التأثير	محدد حسب الدرجة؛ تختلف مستويات التأثير لـ Q355B حسب الدرجة الفرعية وقد يتم اختبارها عند درجات حرارة محيطية أو دون المحيطية	يتم تحديد Q355NH عادةً مع خصائص تأثير منخفضة الحرارة مضمونة (على سبيل المثال، اختبارها عند درجات حرارة دون المحيطية)
الصلابة	معتدلة (HBW نموذجية للوحة الهيكلية)	مماثلة؛ يتم التحكم فيها بواسطة المعالجة والكيمياء

التفسير: - تم تصميم كلا الدرجتين حول نفس مستوى الخضوع الاسمي؛ الاختلافات الميكانيكية مدفوعة بالمعالجة والسبيكة الطفيفة. - تم تصميم Q355NH لتقديم متانة أفضل في درجات الحرارة المنخفضة وخصائص أكثر اتساقًا عبر الأقسام الأكثر سمكًا، بينما Q355B هو درجة هيكلية عامة حيث قد لا تكون أداء تأثير درجات الحرارة المنخفضة مضمونة بشكل صارم.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على المعادل الكربوني والسبيكة الدقيقة/الصلابة. اثنان من المقاييس التجريبية المستخدمة بشكل شائع:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - تشير القيم المنخفضة لـ $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ إلى سهولة اللحام، ومتطلبات تسخين مسبق أقل، وتقليل خطر تشقق HAZ. - يُعتبر Q355B، مع كربون منخفض عمومًا وسبيكة مقاومة للعوامل الجوية محدودة، سهل اللحام مع المعادن الملحومة القياسية وممارسة التسخين المسبق العادية للسمك المعتدل. - قد يكون لدى Q355NH قيم $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ أعلى قليلاً بسبب الإضافات المتعمدة (Cu، Cr/Ni صغيرة) وأي سبيكة دقيقة؛ قد يتطلب ذلك تسخينًا مسبقًا معتدلًا، أو درجات حرارة بينية مُتحكم بها، أو مواد لحام معدلة للأقسام السميكة أو الوصلات المقيدة. - في جميع الحالات، يؤثر السمك والقيود وتصميم الوصلات بشكل أكبر على الحاجة إلى التسخين المسبق أكثر من الدرجة الاسمية وحدها. اتبع WPS المؤهلة (مواصفات إجراءات اللحام) واستخدم شهادات المصنع لحساب المعادل الكربوني القابل للتطبيق للدفعة المحددة.

6. التآكل وحماية السطح

• Q355B ليس مقاومًا للتآكل من الناحية الكيميائية ويتطلب طلاءات واقية (أنظمة الطلاء، المجلفن، تغليفات البوليمر) أو حماية كاثودية لعمر خدمة طويل في البيئات المكشوفة.
• Q355NH يتم إنتاجه مع سبيكة تهدف إلى تحسين مقاومة التآكل الجوي؛ يشكل باتينا ملتصقًا تحت العديد من الظروف الخارجية التي تقلل من معدل التآكل ويمكن أن تخفض تكاليف الطلاء على مدى دورة الحياة في الأجواء الريفية والحضرية والصناعية.

PREN (رقم مقاومة التآكل) ذو صلة خاصة بالفولاذ المقاوم للصدأ:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• PREN غير قابل للتطبيق على الفولاذ الكربوني غير المقاوم للصدأ أو فولاذ HSLA مثل Q355B/NH؛ مقاومة التآكل الخاصة بهم ليست مدفوعة بصيغ Cr/Mo/N المصممة لمقاومة التآكل الناتج عن الكلوريد.
• قيود مهمة: الفولاذات المقاومة للعوامل الجوية ليست مناسبة عالميًا. في البيئات البحرية (البحرية) أو الغنية بالكلوريد، قد لا تكون الباتينا الواقية مستقرة وسيتطلب الأمر طلاءات إضافية أو تخصيصات للتآكل.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع: كلا الدرجتين متوافقتان مع القطع الحراري القياسي (الأكسجين والوقود، البلازما، الليزر) والقطع الميكانيكي؛ قد تحتاج معلمات القاطع إلى تعديل للألواح الفولاذية المقاومة للعوامل الجوية الأكثر سمكًا لتجنب أكسدة الحواف التي تؤثر على تكوين الباتينا.
• التشكيل/الانحناء: يوفر الكربون المنخفض ومعالجة TMCP لكلا الدرجتين قابلية تشكيل جيدة لعمليات التشكيل الهيكلية؛ يساعد الهيكل الدقيق المتحكم فيه لـ Q355NH في الحفاظ على اللدونة عند درجات حرارة منخفضة.
• قابلية التشغيل: لا يتم تحسين أي من الدرجتين للمعالجة؛ قابلية التشغيل قياسية للفولاذات الكربونية/HSLA وتتأثر بمستويات الكبريت والسبيكة الدقيقة. قد يكون Q355B أسهل قليلاً حيث تكون السبيكة عالية المتانة غائبة.
• التشطيب: إذا كان التصميم يعتمد على باتينا Q355NH المقاومة للعوامل الجوية، يجب أن تتجنب معالجة السطح وممارسة اللحام الطلاءات الزائدة بعد التصنيع التي تقمع تكوين الباتينا.

8. التطبيقات النموذجية

Q355B — الاستخدامات النموذجية	Q355NH — الاستخدامات النموذجية
مكونات هيكلية عامة: عوارض، أعمدة، ألواح للمباني والهياكل الصناعية	أعضاء هيكلية مكشوفة: جسور، واجهات، تماثيل خارجية حيث يُرغب في تقليل الصيانة
هياكل ملحومة مصنعة، رافعات، دعائم حيث سيتم تطبيق حماية قياسية من التآكل	جسور الطرق السريعة والسكك الحديدية، خزانات معرضة للعوامل الجوية، تغليف حيث يكون تكوين الباتينا مقبولًا
إطارات الآلات الصناعية، حاويات، منصات	البنية التحتية الحضرية، العناصر المعمارية، الهياكل الخارجية طويلة العمر

مبررات الاختيار: - اختر Q355B عندما تكون التكلفة والتوافر والتصنيع المباشر للتطبيقات المطلية أو المغلقة هي المحركات الأساسية. - اختر Q355NH عندما تحتاج إلى تقليل صيانة الطلاء، ومقاومة تآكل جوي مدمجة في الأجواء الخارجية النموذجية، ومتانة مضمونة في درجات الحرارة المنخفضة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادةً ما تحمل Q355NH سعرًا أعلى مقارنةً بـ Q355B بسبب التحكم الإضافي في السبيكة والمعالجة لتلبية مواصفات مقاومة العوامل الجوية والمتانة. يختلف السعر حسب ظروف السوق وشكل المنتج المحدد.
• التوافر: Q355B متوفر بكثرة في الألواح والأشكال الهيكلية. Q355NH متاحة على نطاق واسع ولكن قد يكون لديها أوقات تسليم أطول أو تُقدم من مجموعة أضيق من المصانع حسب السمك والتشطيب السطحي. يتم تزويد كلا الدرجتين عادةً كألواح، ولفائف، وأقسام هيكلية.

10. الملخص والتوصية

الجدول: مقارنة سريعة

الخاصية	Q355B	Q355NH
قابلية اللحام	جيدة جدًا للحام الهيكلي النموذجي	جيدة، ولكن قد تتطلب السبيكة مزيدًا من الانتباه في الوصلات السميكة/المقيدة بشدة
توازن القوة–المتانة	جيد؛ يلبي المتطلبات الهيكلية القياسية	قوة مماثلة؛ متانة منخفضة الحرارة مضمونة محسّنة وأداء HAZ
التكلفة	أقل (درجة هيكلية عامة)	أعلى (معالجة مقاومة العوامل الجوية والمتانة)

التوصية النهائية: - اختر Q355B إذا كنت بحاجة إلى فولاذ هيكلي HSLA موثوق وفعال من حيث التكلفة للتطبيقات التي سيتم التعامل فيها مع التآكل الجوي بواسطة الطلاءات أو حيث لا تكون البيئة عدوانية. - اختر Q355NH إذا كانت هيكلك معرضًا بشكل متكرر للجو وتريد تقليل الصيانة وسلوك سطح مقاوم للتآكل مدمج، أو إذا كانت تطبيقاتك تتطلب أداء تأثير منخفض الحرارة مضمون وتحكمًا صارمًا في المتانة عبر الأقسام الأكثر سمكًا.

ملاحظة: حدد دائمًا الإصدار الدقيق من المعيار، وحالة التسليم (على سبيل المثال، مُعالج حراري، TMCP)، ودرجة حرارة اختبار التأثير والطاقة، وشكل التوريد في أوامر الشراء. بالنسبة للحام، احسب معادل الكربون لتحليل المصنع المحدد وقم بتأهيل WPS وفقًا لذلك.