Q355NHC مقابل COR-TEN B – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

غالبًا ما يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع خيارًا بين الفولاذ الهيكلي عالي القوة والفولاذ المقاوم للتآكل (المقاوم للتآكل الجوي). عادةً ما يوازن القرار بين عوامل مثل سعة التحميل المطلوبة والصلابة مقابل أداء التآكل على المدى الطويل، وتكاليف صيانة دورة الحياة، وقيود التصنيع (اللحام، التشكيل، إنهاء السطح). يمثل Q355NHC وCOR-TEN B نهجين مختلفين: فولاذ هيكلي عالي القوة مصمم لأداء ميكانيكي متسق، وفولاذ مقاوم للتآكل مصمم لتطوير طبقة أكسيد واقية تقلل من الحاجة إلى الطلاء.

التمييز الفني الرئيسي بين هذين الصنفين هو استراتيجيات السبائك وسلوك السطح الناتج: أحدهما يستخدم السبائك الدقيقة والكيمياء المتحكم بها لزيادة القوة والصلابة (Q355NHC)، بينما يحتوي الآخر على تركيزات متعمدة من العناصر التي تعزز مقاومة التآكل (Cu، Cr، P، وأحيانًا Ni) لتعزيز طبقة صدأ مستقرة (COR-TEN B). هذا الاختلاف يؤدي إلى تباينات في مقاومة التآكل، وممارسات التصنيع، والتطبيقات النموذجية.

1. المعايير والتسميات

• Q355NHC: مشمول بالمعايير الصينية مثل سلسلة GB/T 1591 (عائلة Q355). مصنف كفولاذ هيكلي عالي القوة ومنخفض السبيكة (HSLA). تشير المتغيرات (Q355B، Q355C، Q355D، Q355N، Q355NH، Q355NC، Q355NHC) إلى اختلافات في المعالجة (مُعَدل، مُدَحرَج حراريًا) ومتطلبات الصدمات.
• COR-TEN B: مرتبط عادةً بالفولاذ المقاوم للتآكل المحدد بموجب الممارسات الأمريكية الشمالية والدولية، مثل ASTM A242، ASTM A588 (مفهوم مشابه)، ومواصفات COR-TEN التاريخية. مرتبط أيضًا بتسميات EN 10025-5 للفولاذ الهيكلي مع مقاومة محسنة للتآكل الجوي. مصنف كفولاذ مقاوم للتآكل منخفض السبيكة (غير مقاوم للصدأ).

ملخص الفئة: - Q355NHC: فولاذ هيكلي كربوني/مُعَدل (HSLA). - COR-TEN B: فولاذ كربوني منخفض السبيكة مقاوم للتآكل (مقاوم للتآكل الجوي).

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

توضح الجدول التالي نطاقات التركيب العنصري النموذجية المبلغ عنها في المعايير وبيانات المنتج. تختلف القيم حسب المواصفات، وممارسات المصنع، والسماكة؛ يظهر الجدول النطاقات التمثيلية، وليس الضمانات المضمونة - تحقق دائمًا من مواصفات الشراء.

العنصر	Q355NHC (نطاق نموذجي، wt%)	COR-TEN B (نطاق نموذجي، wt%)
C	0.10 – 0.20	≤ 0.20
Mn	0.60 – 1.60	0.60 – 1.30
Si	0.10 – 0.50	0.10 – 0.50
P	≤ 0.025 (منخفض)	0.03 – 0.15 (مرتفع في بعض المواصفات)
S	≤ 0.035	≤ 0.035
Cr	أثر – 0.30 (أحيانًا لا شيء)	0.30 – 0.65
Ni	أثر – 0.30 (أحيانًا لا شيء)	0.15 – 0.65
Mo	عادةً لا شيء (أثر)	عادةً لا شيء
V	حتى ~0.10 (سبائك دقيقة)	أثر
Nb (Cb)	حتى ~0.05 (سبائك دقيقة)	أثر
Ti	أثر (يستخدم في بعض الصهر)	أثر
B	أثر (متحكم فيه إذا كان موجودًا)	أثر
N	متحكم فيه (منخفض)	متحكم فيه (منخفض)
Cu	عادةً منخفض	0.20 – 0.60 (عنصر رئيسي في مقاومة التآكل)

كيف تؤثر السبائك على السلوك - Q355NHC: العناصر الدقيقة (V، Nb، Ti)، الكربون والنيتروجين المتحكم فيه، والمعالجة الحرارية ترفع من قوة العائد والشد من خلال تحسين الحبيبات وتقوية الترسيب مع الاحتفاظ بصلابة جيدة. تحسين P وS يعزز من الصلابة وجودة اللحام. - COR-TEN B: زيادة Cu، بالإضافة إلى Cr، P، وأحيانًا Ni، تعزز تكوين طبقة أكسيد كثيفة وملتصقة تبطئ من التآكل الإضافي. تُضاف هذه العناصر السبائكية خصيصًا لأداء مقاومة التآكل الجوي بدلاً من زيادة القوة إلى الحد الأقصى.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية: - Q355NHC: يتم إنتاجه عن طريق الدرفلة الحرارية أو التبريد المتحكم فيه مع السبائك الدقيقة؛ البنية المجهرية عادةً ما تكون حبيبات دقيقة من الفريت مع كميات متحكم فيها من البيرلايت وترسيبات كربيد/نيتريد موزعة (غنية بـ V وNb وTi). ينتج عن المعالجة العادية بنية فريت-بيرلايت أو نسيج باينيت حسب معدلات التبريد والسماكة. - COR-TEN B: بنية مجهرية تقليدية من الفريت-بيرلايت المدرفلة على الساخن تتماشى مع الفولاذ الكربوني منخفض السبيكة. لا تهدف أي سبائك دقيقة إلى تعزيز القوة؛ تركز البنية المجهرية على الكيمياء المستقرة لتكوين الطبقة.

تأثيرات المعالجة الحرارية والتصنيع: - يستجيب Q355NHC بشكل جيد للتطبيع والتحكم الحراري لتحسين الصلابة والاتساق. التبريد والتسخين ليسا مسارًا قياسيًا لهذا الصنف الهيكلي ولكن يمكن استخدامهما لمكونات معينة؛ يؤدي ذلك إلى تحويل البنية المجهرية وزيادة القوة على حساب التكلفة. - يتم توفير COR-TEN B عادةً كلوح مدرفل على الساخن دون معالجة حرارية بعد الدرفلة تهدف إلى تعزيز القوة. التطبيع ممكن ولكنه عادةً غير ضروري لأن قيمته تكمن في مقاومة التآكل بدلاً من الأداء الميكانيكي الأقصى.

4. الخصائص الميكانيكية

مقارنة تمثيلية للخصائص الميكانيكية (نطاقات نموذجية؛ تحقق من المواصفات الخاصة بالمشروع):

الخاصية	Q355NHC (نموذجي)	COR-TEN B (نموذجي)
حد العائد الأدنى (ميغاباسكال)	~355 (نية التصميم لعائلة Q355)	~345 (تختلف حسب المعيار والسماكة)
قوة الشد (ميغاباسكال)	~490 – 630 (حسب السماكة والحرارة)	~470 – 620
التمدد (A5، %)	18 – 24% (مرونة جيدة)	16 – 22%
صلابة التأثير (شاربي)	متحكم فيه للأصناف منخفضة الحرارة؛ غالبًا ما يُحدد ≥ 27 J عند -20°C للمتغيرات NH	متغير؛ يمكن أن تلبي الفولاذ المقاوم للتآكل متطلبات التأثير ولكن قد تتطلب الأقسام السميكة أو درجات الحرارة المنخفضة تأهيلاً
الصلابة (HB)	نموذجي 140 – 200 HB (حسب المعالجة)	نطاق مشابه للوح منخفض السبيكة

أيها أقوى/أكثر صلابة/أكثر مرونة - القوة: يُحدد Q355NHC لتقديم عائد موثوق أدنى يبلغ ~355 ميغاباسكال وغالبًا ما يستفيد من تعزيز السبيكة الدقيقة والمعالجة الحرارية؛ في العديد من الحالات، يوفر عائدًا مضمونًا متفوقًا مقارنة ببعض الفولاذ المقاوم للتآكل. - الصلابة والمرونة: تم تصميم متغيرات Q355NHC لأداء التأثير (الـ "N" / "NH") لتقديم صلابة منخفضة الحرارة أكثر قابلية للتنبؤ. يمكن أن يظهر COR-TEN B صلابة جيدة ولكن يجب اختياره وتأهيله حسب السماكة ودرجة الحرارة إذا كان أداء التأثير حاسمًا.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على المعادل الكربوني والسبائك الدقيقة.

مؤشرات مفيدة: - المعادل الكربوني IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm الدولي (الحساسية لتصدع منطقة HAZ): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير (نوعي) - Q355NHC: مصمم لقابلية لحام جيدة - الكربون المنخفض نسبيًا والسبائك الدقيقة المتحكم فيها تقلل من خطر الصلابة والتصدع البارد، شريطة استخدام إجراءات التسخين المسبق واللحام المناسبة للأقسام السميكة. لا تؤثر العناصر الدقيقة بتركيزات منخفضة بشكل كبير على قابلية اللحام ولكنها تزيد من الحساسية للتحكم في إدخال الحرارة. - COR-TEN B: يمكن أن ترفع العناصر السبائكية المضافة لمقاومة التآكل (Cu، Cr، P، Ni) CE قليلاً؛ يمكن اللحام بسهولة باستخدام المعادن الملحومة المناسبة ولكن المنطقة الملحومة لن تطور نفس الطبقة أو مقاومة التآكل مثل المادة الأصلية ما لم يتم استخدام ملحقات متطابقة ومعالجات بعد اللحام. يمكن أن تزيد P المرتفعة والصلابة الموضعية من خطر التصدع إذا لم يتم التحكم في إجراءات اللحام.

إرشادات عملية: استخدم مواد استهلاكية منخفضة الهيدروجين، تحكم في درجة حرارة التسخين المسبق/المرور حسب السماكة وCE/Pcm، واختر الملحقات التي تتطابق مع الخصائص الميكانيكية وأداء مقاومة التآكل (لفولاذ مقاوم للتآكل) أو التي يوصي بها المصنع.

6. التآكل وحماية السطح

• COR-TEN B (فولاذ مقاوم للتآكل): مصمم لتشكيل طبقة أكسيد واقية وملتصقة (طبقة) في ظروف جوية رطبة/جافة متناوبة مما يقلل من التآكل الموحد على المدى الطويل مقارنة بالفولاذ الكربوني العادي. يجعل هذا منه جذابًا للواجهات غير المطلية، والجسور، والتماثيل الخارجية. ملاحظة: تعتمد أداء COR-TEN على البيئة - فهو غير مناسب للبيئات الرطبة المستمرة، أو البيئات البحرية الغنية بالكلور، أو الأجواء الملوثة بشدة دون حماية إضافية.
• Q355NHC: ليس فولاذ مقاوم للتآكل. يتطلب حماية تقليدية من التآكل: الطلاء/الطلاءات، الجلفنة، أو الحماية الكاثودية حسب التعرض. بالنسبة للعديد من التطبيقات الهيكلية، يُفضل التكلفة الأولية المنخفضة للمواد بالإضافة إلى الطلاءات القياسية.

عندما لا تنطبق مؤشرات على نمط الفولاذ المقاوم للصدأ - يُستخدم PREN (رقم مقاومة التآكل) للفولاذ المقاوم للصدأ ولا ينطبق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ. من أجل الاكتمال، فإن صيغة PREN هي: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ لكنها لا تُستخدم لـ Q355NHC أو COR-TEN B.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع والتشغيل: كلا الصنفين يتم تشغيلهما بشكل مشابه للفولاذ الهيكلي الشائع؛ قد يظهر Q355NHC المُعَدل تآكلًا أعلى قليلاً للأدوات مقارنة بالفولاذات الكربونية العادية بسبب المصفوفة الأقوى والترسيبات. استخدم سرعات وأدوات مناسبة.
• التشكيل والانحناء: عادةً ما يقدم Q355NHC تشكيلًا أفضل متحكم فيه بسبب سلوك العائد والمرونة المتسقة. يمكن تشكيل COR-TEN B ولكن قد يتصدع عند الانحناء إلى أشعة ضيقة إذا كانت المادة سميكة جدًا أو إذا كانت درجة حرارة التشكيل منخفضة؛ يُوصى بإجراء اختبارات أو استشارة الشركة المصنعة.
• الإنهاء: ستؤكسد أسطح COR-TEN مع مرور الوقت؛ سيؤدي اللحام، أو الطحن، أو المعالجات السطحية إلى تغيير المظهر البصري. يتوقع Q355NHC الطلاء أو الجلفنة لحماية طويلة الأمد من التآكل.

8. التطبيقات النموذجية

استخدامات Q355NHC (HSLA)	استخدامات COR-TEN B (فولاذ مقاوم للتآكل)
مكونات هيكلية ثقيلة، عوارض، أعمدة، إطارات ملحومة حيث يتطلب العائد والصلابة المعتمدة	واجهات معمارية، جسور، تماثيل خارجية وتغليف حيث يُرغب في المظهر غير المطلي على المدى الطويل وتقليل الصيانة
سكك الرافعات، إطارات الرفع، قواعد الآلات، دعائم الاحتفاظ بالضغط (حيث تكون المواصفات صحيحة)	جسور الطرق والمشاة (في المناخات المناسبة)، لافتات، حاويات معرضة لدورات الهواء الجاف
هياكل ملحومة مصنعة تتطلب صلابة وإجراءات لحام متحكم فيها	هياكل زخرفية أو مكشوفة حيث تكون جمالية الطبقة وتقليل صيانة الطلاء من الأولويات

مبررات الاختيار: اختر Q355NHC عندما تكون الخصائص الميكانيكية المضمونة، وقابلية اللحام للأقسام السميكة، والصلابة القابلة للتنبؤ هي الأولوية. اختر COR-TEN B عندما تعوض مقاومة التآكل الجوي وتقليل صيانة الطلاء عن أي تكلفة إضافية وعندما تناسب الظروف البيئية تشكيل الطبقة.

9. التكلفة والتوافر

• Q355NHC: يتم إنتاجه على نطاق واسع في أحجام الألواح واللفائف في المناطق التي تستخدم معايير GB/T؛ التكلفة عادةً ما تكون تنافسية للفولاذ الهيكلي وقد تكون أقل من درجات مقاومة التآكل الخاصة. التوافر جيد في الأسواق التي تخدمها مصانع الصلب الكبرى التي تزود ألواح HSLA.
• COR-TEN B: غالبًا ما يكون سعره أعلى من ألواح الكربون العادية بسبب إضافات السبائك وموقعه في السوق كفولاذ مقاوم للتآكل خاص. يعتمد التوافر على الطلب الإقليمي؛ شائع في أسواق العمارة والجسور ولكن قد تكون أوقات التسليم أطول للطلبات الكبيرة من الألواح أو السماكات غير المعتادة.

الاقتصاديات: تشمل تكاليف دورة الحياة - يمكن أن يقلل COR-TEN B من تكاليف الطلاء والصيانة في البيئات المناسبة، مما قد يعوض عن التكلفة الأولية الأعلى للمواد.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي)

المعيار	Q355NHC	COR-TEN B
قابلية اللحام	جيدة - مصممة للحام الهيكلي مع إجراءات قياسية	جيدة مع الحذر - تتطلب اللحامات ملحقات متطابقة واهتمام بفقدان الطبقة
القوة–الصلابة	عالية ومتسقة (سبائك دقيقة HSLA)	متوسطة إلى عالية؛ الصلابة متغيرة حسب السماكة
مقاومة التآكل (كما تم توفيره)	يتطلب طلاء/جلفنة	متفوقة في الظروف الجوية المناسبة (تشكل طبقة)
التكلفة	تكلفة المواد أقل في العديد من الأسواق	تكلفة المواد أعلى ولكن قد توفر توفيرات في دورة الحياة
التوافر	واسع للألواح/اللفائف الهيكلية	شائع ولكن يعتمد على المنطقة؛ يمكن أن تختلف أوقات التسليم

اختتم بالإرشادات - اختر Q355NHC إذا كنت بحاجة إلى فولاذ هيكلي عالي العائد موثوق به مع صلابة متحكم فيها، وقابلية لحام جيدة للتصنيع الملحوم الثقيل، وستستخدم الطلاءات التقليدية أو الجلفنة لحماية من التآكل. - اختر COR-TEN B إذا كنت بحاجة إلى مقاومة التآكل الجوي دون إعادة الطلاء المنتظم، وترغب في الجمالية المتآكلة، وتفضل ظروف الخدمة لديك تشكيل الطبقة (ليس رطبًا باستمرار، أو رذاذ بحري، أو بيئات كلور عدوانية).

ملاحظة أخيرة: تحقق دائمًا من المتطلبات الكيميائية والميكانيكية الدقيقة في مواصفات المشروع واستشر شهادات المصنع. بالنسبة للتطبيقات الملحومة، أو المطلية، أو المكشوفة، قم بتشغيل تصميم الوصلات، واختيار المعادن الملحومة، والنماذج الأولية لتأكيد أداء مقاومة التآكل، وسلوك اللحام، والمظهر النهائي قبل الشراء أو التصنيع على نطاق واسع.