QP980-CR مقابل QP980-HDG – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

QP980-CR و QP980-HDG هما شكلان من المنتج لنفس كيمياء الفولاذ عالي القوة المعالجة بالتبريد والتقسيم (Q&P) التي تم تطويرها للتطبيقات الهيكلية في صناعة السيارات والتطبيقات الهيكلية عالية الأداء. يقوم المهندسون والمتخصصون في الشراء عادةً بوزن المزايا والعيوب بين حماية التآكل، وحالة السطح، ومتطلبات المعالجة اللاحقة عند الاختيار بين لفائف الصلب الباردة (CR) العارية ولفائف الصلب المجلفن بالغمر الساخن (HDG) من نفس مستوى القوة. تشمل سياقات القرار النموذجية: ما إذا كان يجب توفير مقاومة التآكل من خلال طلاء زنك متكامل أو من خلال علاجات سطحية منفصلة، وما إذا كانت وجود الطلاء سيؤثر على اللحام، وقابلية التشكيل، والتصاق الطلاء أثناء التجميع.

الفرق العملي الرئيسي بين الاثنين هو حماية السطح: يتم توفير QP980-CR كفولاذ بارد مدلفن عارٍ (بدون طلاء تضحوي مطبق في المصنع)، بينما يتم تسليم QP980-HDG مع طلاء زنك مستمر بالغمر الساخن (أو Zn–Fe) لحماية التآكل. نظرًا لأن كيمياء القاعدة الأساسية وطريقة معالجة Q&P متشابهة، فإن العديد من الخصائص الميكانيكية قابلة للمقارنة، ولكن حالة الطلاء تؤدي إلى اختلافات في أداء التآكل، والتعامل قبل وبعد المعالجة، وبعض اعتبارات التصنيع.

1. المعايير والتسميات

• أنظمة المعايير الشائعة التي تظهر فيها فولاذيات QP:
• GB (الصين): يتم استخدام QP980 في المعايير المحلية ومواصفات الشركات المصنعة.
• EN (أوروبا): يتم الإشارة عادةً إلى الفولاذيات المعادلة كفولاذيات عالية القوة المتقدمة (AHSS) - وليس درجة EN واحدة.
• JIS (اليابان): توجد مفاهيم مشابهة (فولاذيات Q&P)، ولكن قد تكون تسمية QP980 دقيقة خاصة بالشركة المصنعة.
• ASTM/ASME: لا توجد درجة ASTM واحدة؛ يتم توفير فولاذيات QP لمواصفات الشركات المصنعة/السيارات وشهادات الاختبار.
• التصنيف: عائلة QP980 هي فولاذ عالي القوة منخفض السبيكة (HSLA) / فولاذ عالي القوة المتقدم (AHSS) يتم إنتاجه من خلال معالجة التبريد والتقسيم. إنه ليس درجة فولاذ مقاوم للصدأ، أو أدوات، أو سبيكة عالية - كيمياء القاعدة هي منخفضة الكربون، ومصنوعة من سبيكة دقيقة/تحكم في السبيكة.

ملاحظة: تعكس تنسيقات التسمية الدقيقة (CR = مدلفن بارد، HDG = مجلفن بالغمر الساخن) شكل المنتج/الطلاء بدلاً من درجة معدنية منفصلة.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

تستهدف عائلة QP980 كيمياء محسّنة لمعالجة Q&P: كربون منخفض لسهولة اللحام واستعادة اللدونة، وMn وSi متحكم فيهما لزيادة الصلابة وسلوك التقسيم، وإضافة سبيكة دقيقة (مثل Nb، Ti، V) في بعض المتغيرات لتحسين حجم الحبيبات وتوفير تقوية الترسيب. قد تفرض قضايا الطلاء (بالنسبة لـ HDG) قيودًا إضافية على محتوى Si وP لضمان سلوك جلفنة جيد.

عنصر	الدور النموذجي / الملاحظات
C	منخفض إلى معتدل؛ يوازن بين القوة واللدونة ويضبط نسبة المارتينسايت بعد Q&P.
Mn	مثبت الأوستينيت الرئيسي ومساعد الصلابة؛ يساهم أيضًا في تقوية المحلول الصلب.
Si	يعزز تقسيم الكربون أثناء Q&P؛ يمكن أن يؤثر على الجلفنة (يمكن أن ينتج Si العالي طلاءً رديئًا).
P	يتم تقليله عادةً؛ القيم الأعلى يمكن أن تزيد من سوء التآكل وجودة الجلفنة.
S	يتم الحفاظ عليه منخفضًا من أجل المتانة وجودة السطح.
Cr، Ni، Mo	قد تكون موجودة بكميات صغيرة في بعض الوصفات لتخصيص الصلابة والتخمير؛ ليست عناصر سبيكة رئيسية.
V، Nb، Ti	إضافات سبيكة دقيقة لتحسين الحبيبات وتقوية الترسيب؛ تؤثر على نوافذ المعالجة.
B	عند استخدامه بمستويات ppm، يعزز الصلابة.
N	متحكم فيه؛ يتفاعل مع Ti/Nb للتحكم في الترسيب.

ملاحظة: تتفاوت كسر الكتلة المحددة حسب المنتج والمواصفة. بالنسبة لأشكال المنتجات HDG، غالبًا ما يتحكم صانعو الصلب في "Si-equivalent" (Si + 2.5P) أو معلمات أخرى لضمان تشكيل طلاء الزنك بشكل متسق.

كيف تؤثر السبيكة على السلوك: - القوة والصلابة: يزيد Mn، وعناصر السبيكة الدقيقة، ومستويات منخفضة من Cr/Ni/Mo من الصلابة والقدرة على تشكيل المارتينسايت أثناء Q&P، مما يزيد من مقاومة الشد النهائية (UTS). - التقسيم واللدونة: يتم استخدام Si لإبطاء تشكيل الكربيد وتفضيل تقسيم الكربون إلى الأوستينيت المحتفظ به، مما يحسن من العمل الصلب واللدونة. - التآكل وتوافق الطلاء: يجب موازنة P وSi لتجنب طبقات بين معدنية غير مرغوب فيها أثناء الجلفنة؛ حالة السطح مهمة لتصاق الطلاء.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

عادةً ما يتم إنتاج فولاذ QP980 عبر مسار Q&P (خطوط التلدين المستمر في حالة لفائف المدلفن البارد، مع خطوة جلفنة اختيارية لـ HDG)، مما يعطي ميكروهيكل مختلط يتكون من مارتينسايت مقسى، ومارتينسايت جديد، وأوستينيت محتفظ به مستقر بواسطة تقسيم الكربون. الخطوات الرئيسية في العملية وتأثيراتها الميكروهيكلية:

• تلدين بيني وتبريد: يحول جزئيًا الأوستينيت إلى مارتينسايت؛ تتحكم الدرجة في نسبة المارتينسايت.
• احتفاظ بالتقسيم: ينتقل الكربون من المارتينسايت إلى الأوستينيت المتبقي، مما يثبت الأوستينيت المحتفظ به ويحسن من اللدونة/صلابة الشد.
• التبريد والتجميع: تكون الميكروهيكل النهائي توزيعًا دقيقًا لمصفوفة مارتينسايت مع جزر أو أفلام من الأوستينيت المحتفظ به.

تأثير طرق المعالجة: - المدلفن البارد (QP980-CR): يتم عادةً على خطوط التلدين المستمر مع تحكم دقيق في درجة الحرارة لـ Q&P؛ ينتج الهيكل الميكروهيكلي المقصود مع تفاعلات سطحية إضافية محدودة. - المجلفن بالغمر الساخن (QP980-HDG): يتطلب عادةً إما جلفنة في الخط بعد التلدين (جلفنة التلدين أو HDG)، مما قد يغير قليلاً من تاريخ السطح الحراري وقد ينتج عنه تفاعلات بين الحديد والزنك؛ هذه التفاعلات السطحية لا تغير بشكل أساسي الهيكل الميكروهيكلي الكلي لـ Q&P ولكن يمكن أن تؤثر على إزالة الكربون السطحية أو الكيمياء بين الواجهات.

علاجات حرارية بديلة: - التبريد الكامل والتخمير (Q&T) ينتج هيكلًا ميكروهيكليًا أكثر تجانسًا من المارتينسايت والمقسى، وغالبًا ما يكون له متانة أعلى بعد التخمير ولكن سلوك استطالة مختلف؛ تستهدف معالجة QP بشكل خاص الأوستينيت المحتفظ به لتعزيز اللدونة عند قوى عالية جدًا. - يمكن تطبيق معالجة التحكم الحراري الميكانيكي (TMCP) قبل Q&P في منتجات الألواح لتحسين الحبيبات وتأثير تقوية الترسيب.

4. الخصائص الميكانيكية

تمت تسمية QP980 لمستوى قوة الشد الأدنى التقريبي حوالي 980 ميجا باسكال؛ تعتمد الخصائص الميكانيكية المضمونة الدقيقة على المورد والمعالجة (وما إذا كان المنتج هو CR أو HDG). وجود طلاء الزنك لا يغير بشكل كبير من قوة الشد الكلية ولكن يمكن أن يؤثر على الخصائص الحساسة للسطح (مثل مواقع بدء التعب، وأداء الانحناء).

الخاصية	QP980-CR (مدلفن بارد عارٍ)	QP980-HDG (مجلفن بالغمر الساخن)
قوة الشد (UTS)	مصمم لـ ≈ 980 ميجا باسكال (حسب تسمية الدرجة)	مصمم لـ ≈ 980 ميجا باسكال (الطلاء لا يغير UTS)
قوة العائد (YS)	عالية (تعتمد على التخمير ونسبة المارتينسايت)	مماثلة لـ CR في الكتلة؛ المعالجة السطحية لا تغير بشكل كبير YS
الاستطالة	معتدلة ولكن محدودة مقارنة بالفولاذات اللينة (سلوك AHSS النموذجي)	استطالة كتلة قابلة للمقارنة؛ يمكن أن يؤثر الطلاء على قابلية الانحناء وقابلية التشقق عند الحواف
صلابة التأثير	تعتمد على المعالجة والسماكة؛ تهدف Q&P إلى الاحتفاظ بمتانة معقولة عند قوة عالية	مماثلة لـ CR في القلب؛ يمكن أن تؤثر التفاعلات بين المعادن السطحية على أداء الشقوق في الحواف المطلية
الصلابة	عالية (مصفوفة مارتينسايت)	نفس صلابة الكتلة؛ تتأثر صلابة السطح بالتفاعلات بين المعادن الزنك عند الواجهة

تفسير: القوة العالية لـ QP980 ناتجة عن نسبة متحكم فيها من المارتينسايت بالإضافة إلى الأوستينيت المحتفظ به الغني بالكربون. تم تحسين اللدونة والمتانة مقارنة بالفولاذات المارتينسايتية البحتة من خلال استقرار الأوستينيت المحتفظ به وآليات مشابهة لللدونة الناتجة عن التحول (TRIP). حالة الطلاء (CR مقابل HDG) لا تغير هذه الآليات الكلية ولكن يمكن أن تؤثر على بدء الكسر السطحي والتشوه المحلي أثناء التشكيل.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام لفولاذ QP980 على كيمياء القاعدة (خاصةً مكافئ الكربون والصلابة) وعلى حالة السطح (وجود الزنك).

الصيغ الشائعة للتقييم: - مكافئ الكربون (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (أكثر تحفظًا لحساسية تشقق 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): - يتم الحفاظ على كربون القاعدة منخفضًا في فولاذ QP للحد من CE وتسهيل قابلية اللحام. ومع ذلك، يمكن أن يزيد Mn والسبيكة الدقيقة من الصلابة، مما يزيد من خطر وجود HAZ مارتينسايتية صلبة وتشقق بارد ناتج عن الهيدروجين إذا لم يتم إدارتها. - بالنسبة لمادة HDG، يقدم طلاء الزنك مخاطر لحام إضافية: يغلي الزنك عند درجات حرارة اللحام، مما يسبب المسامية، وزيادة الرذاذ، وأبخرة سامة؛ يمكن أن يعزز الزنك عند جذر اللحام من امتصاص الهيدروجين ما لم تتم إزالة الطلاءات أو استخدام إجراءات لحام مناسبة (تسخين مسبق، تحكم في إدخال الحرارة، غاز داعم، اختيار المواد الاستهلاكية). - إرشادات عملية: إزالة الطلاء عند الوصلات المتقابلة حيثما أمكن، استخدام تسخين مسبق وتحكم في درجات الحرارة بين الطبقات للأقسام السميكة أو ذات CE العالي، استخدام مواد استهلاكية منخفضة الهيدروجين، والتحقق من الإجراءات من خلال اختبارات تأهيل إجراءات اللحام.

6. التآكل وحماية السطح

• QP980-CR (عارٍ): يتطلب حماية خارجية من التآكل لمعظم التطبيقات المكشوفة - أنظمة الطلاء، الحماية الكاثودية، أو الطلاءات بعد البيع هي نموذجية. يوفر إنهاء السطح المدلفن البارد ركيزة نظيفة للطلاء الكهربائي والطلاء ولكنه يتطلب معالجة مسبقة.
• QP980-HDG (مجلفن بالغمر الساخن): يوفر حماية جلفانية (تضحية) عبر طبقة زنك مستمرة؛ في العديد من البيئات، ستمتد HDG بشكل كبير من عمر الخدمة دون الحاجة إلى الطلاء الفوري. يمكن أن يتم توفير HDG كزنك نقي (مجلفن) أو جلفنة (Zn–Fe بين معدني) مما يحسن من التصاق الطلاء.

عندما تنطبق مؤشرات الفولاذ المقاوم للصدأ: - لا ينطبق PREN على درجات QP980 لأنها فولاذيات غير مقاومة للصدأ. للمرجع: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - يتم استخدام هذه المقياس فقط للسبائك الأوستينيتية المقاومة للصدأ وليس له صلة بالفولاذات الكربونية/HSLA.

اعتبارات الطلاء: - بالنسبة لـ HDG، تؤثر كتلة الطلاء (غرام/م² لكل جانب) والتحكم في عملية الجلفنة على المتانة؛ غالبًا ما تستخدم الأسطح الجلفنة عندما يكون الطلاء اللاحق مطلوبًا لأن السطح الغني بالحديد يعزز الالتصاق.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• التشكيل والانحناء: تتمتع فولاذيات QP980 بقابلية تشكيل أقل من الفولاذات ذات القوة المنخفضة؛ الأوستينيت المحتفظ به وتأثير TRIP يحسن من قابلية التشكيل المحلية، ولكن الارتداد والتشقق عند الحواف هما مصدر قلق. يمكن أن تتشقق أو تتقشر الطلاءات HDG عند أشعة الانحناء الضيقة؛ يجب تحسين أشعة الأدوات، والتشحيم، ومعلمات العملية.
• القطع والثقب: تزيد الهياكل الميكروهيكلية عالية القوة من تآكل الأدوات وقد تتطلب أدوات مقواة. يمكن أن ينتج عن المواد المطلية (HDG) تراكم على الأدوات بسبب نقل الزنك؛ تساعد طلاءات الأدوات أو اختيار مواد التشحيم.
• التشغيل: قابلية التشغيل الكلية متشابهة بين CR و HDG، ولكن طلاء الزنك يولد أبخرة أكسيد الزنك الأبيض عند التشغيل في درجات حرارة عالية ويمكن أن يؤثر على تشكيل الرقائق.
• تحضير السطح: للطلاء أو الربط اللاصق، قد تحتاج الركائز المجلفنة إلى فوسفات أو علاجات مسبقة أخرى لتحقيق الالتصاق المحدد.

8. التطبيقات النموذجية

QP980-CR (عارٍ)	QP980-HDG (مجلفن)
مكونات هيكلية للسيارات حيث يتم تطبيق حماية التآكل النهائية بواسطة OEM (طلاء كهربائي، طلاء) ويتطلب التحكم الدقيق في إنهاء السطح (مثل الأعضاء الهيكلية الداخلية، ومكونات امتصاص الطاقة)	ألواح هيكلية خارجية للسيارات وأجزاء هيكلية حيث تقلل الجلفنة المطبقة في المصنع من خطر التآكل ويكون الطلاء اللاحق ممكنًا (جلفنة لتحسين التصاق الطلاء)
أجزاء هيكلية عالية القوة في بيئات غير تآكلية حيث قد يتداخل الطلاء مع الانضمام أو التجميع	مكونات البنية التحتية المعرضة للجو حيث يفضل الحماية الجلفانية على الصيانة المتكررة
مكونات تتطلب قياسات سطح دقيقة (تشغيل قبل التجميع) قبل الطلاء	بروفيلات مشكّلة باردة، وأغلفة كهربائية، وأجهزة تتطلب مقاومة عالية للتآكل الجوي دون الحاجة إلى طلاء إضافي

مبررات الاختيار: - اختر CR عندما يتضمن تدفق التصنيع خطوط طلاء خاضعة للتحكم، عندما قد يتداخل الطلاء مع عمليات الانضمام اللاحقة، أو عندما تكون نظافة السطح ضرورية. - اختر HDG عندما تكون الحماية من التآكل الممتدة مطلوبة من الصندوق أو عندما تكون تقليل خطوات الطلاء بعد البيع أولوية.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادةً ما تكون تكلفة QP980-HDG أعلى لكل طن من QP980-CR بسبب عملية الجلفنة الإضافية والمواد (الزنك). ومع ذلك، يمكن أن تكون التكلفة الإجمالية لدورة الحياة أقل لـ HDG حيث تمنع حماية التآكل إعادة الطلاء أو الاستبدال في المستقبل.
• التوافر: كلا الشكلين من المنتجات متاحان عادةً في أسواق لفائف السيارات ومن مصانع متخصصة. يعتمد توفر HDG على خطوط الجلفنة المستمرة القابلة للتشغيل الإقليمي وأوزان الطلاء المحددة من قبل المشتري؛ يمكن أن تكون أوقات التسليم لـ HDG أطول من CR بسبب خطوات العملية الإضافية وجداول الطلاء.

10. الملخص والتوصية

السمة	QP980-CR	QP980-HDG
قابلية اللحام	جيدة عمومًا مع ممارسة لحام صحيحة؛ تتجنب مشكلات اللحام المتعلقة بالزنك	تتطلب إجراءات/احتياطات لحام إضافية بسبب الزنك (أبخرة، مسامية)؛ إزالة الطلاء عند الوصلات عند الإمكان
توازن القوة–المتانة	قوة عالية مع الأوستينيت المحتفظ به المصمم لتحسين اللدونة	قوة–متانة كتلة مكافئة؛ قد تؤثر حالة السطح على سلوك التعب/الشقوق المحلية
التكلفة	تكلفة المواد الأولية أقل؛ تتطلب حماية تآكل منفصلة	تكلفة أولية أعلى؛ تقلل من تكاليف الطلاء أو الصيانة اللاحقة

التوصية: - اختر QP980-CR إذا: كان تدفق التصنيع الخاص بك يعتمد على أسطح نظيفة وغير مطلية للتشكيل الدقيق، سيتم تنفيذ خطوات الطلاء والربط في خطوط طلاء كهربائية/طلاء خاضعة للتحكم، أو إذا كانت عمليات اللحام لا يمكن أن تستوعب مشكلات متعلقة بالزنك. - اختر QP980-HDG إذا: كنت بحاجة إلى حماية من التآكل الجوي مدمجة لتقليل تكاليف دورة الحياة الإجمالية، تريد منتجًا يتحمل التخزين الخارجي أو التعرض قبل الانتهاء، أو تحتاج إلى أسطح جلفنة لتحسين التصاق الطلاء مع خطوات معالجة مسبقة أقل.

ملاحظة نهائية: تشترك QP980 في أشكال CR و HDG في نفس المعادن الأساسية Q&P وتقدم أداءً ميكانيكيًا كليًا قابلاً للمقارنة. يتم دفع القرار بينهما بشكل أساسي بواسطة متطلبات حماية السطح، وقيود الانضمام/المعالجة اللاحقة، واعتبارات التكلفة الإجمالية للملكية. اطلب دائمًا شهادات اختبار المصنع وأجرِ تأهيلًا محددًا للعملية (التشكيل، اللحام، الطلاء) على اللفائف/الدفعة الدقيقة لتأكيد التوافق مع المتطلبات الوظيفية ومتطلبات التجميع.