SA516 Gr60 مقابل Q345R – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

SA516 (عائلة ASTM A516/A542) الدرجة 60 و Q345R الصينية هما نوعان من الفولاذ المستخدم في الأوعية الضاغطة والهياكل، وغالبًا ما يقارن المهندسون والمحترفون في الشراء بينهما. عادةً ما تدور معضلة الاختيار حول تحقيق التوازن بين القوة والتكلفة (عائد أعلى للهياكل الأخف وزنًا) مقابل صلابة الكسر والامتثال للمعايير (سلوك المادة في البيئات التي تحتوي على ضغط، أو درجات حرارة منخفضة، أو دورات). غالبًا ما تكون القرارات مدفوعة بمستويات العائد/الشد المطلوبة، وأداء تأثير شاربى المطلوب، وقيود اللحام، وتوافر المواد في المنطقة.

الفرق الفني الرئيسي بين الاثنين هو نية التصميم ودرجة القوة الاسمية: يتم تحديد Q345R كفولاذ هيكلي/وعاء ضغط منخفض السبيكة ذو عائد أعلى (عائد اسمي أعلى)، بينما SA516 Gr60 هو درجة فولاذ كربوني للأوعية الضاغطة مصممة لتوفير توازن بين القوة وصلابة درجات الحرارة المنخفضة المناسبة للعديد من التطبيقات في الغلايات والأوعية الضاغطة. وبالتالي، يظهران معًا في المقايضات بين القوة لكل سمك والصلابة/قابلية اللحام/ملاءمة المواصفات.

1. المعايير والتسميات

• SA516 Grade 60: تخضع لمعيار ASTM A516/A516M (يتم الإشارة إليها عادةً في القسم الثاني من ASME لصفائح الغلايات والأوعية الضاغطة). إنها لوحة فولاذ كربوني مصنوعة للخدمة في درجات حرارة معتدلة إلى عالية في الأوعية الضاغطة. مصنفة كفولاذ وعاء ضغط كربوني (غير مقاوم للصدأ، غير أدوات).
• Q345R: محددة في المعيار الصيني GB/T 713 (صفائح فولاذ الأوعية الضاغطة والغلايات) كفولاذ هيكلي/وعاء ضغط منخفض السبيكة. يشير Q345 إلى حد أدنى اسمي للعائد يبلغ 345 ميجا باسكال؛ يشير اللاحقة "R" إلى أن اللوحة مخصصة للاستخدام في الأوعية الضاغطة. مصنفة كفولاذ وعاء ضغط منخفض السبيكة/HSLA.

معايير أخرى ذات صلة (سياقية، للرجوع المتبادل والمعادلات): - EN: تغطي سلسلة EN 10028 فولاذ الأوعية الضاغطة (مثل P265GH، P355GH)، والتي تلعب أدوارًا مشابهة في الممارسة الأوروبية. - JIS: JIS G3115 والمعايير ذات الصلة لفولاذ الأوعية الضاغطة. - GB: معيار GB/T 713 الصيني لـ Q345R هو المعيار الوطني المباشر.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

يوضح الجدول التالي نطاقات العناصر التمثيلية لكل درجة. هذه مؤشرات، وليست حدودًا معيارية - يجب دائمًا استشارة المعيار المسيطر أو شهادة المصنع للشراء أو التصميم.

العنصر (وزن %)	SA516 Gr60 (تمثيلي)	Q345R (تمثيلي)
C	~0.20–0.28 (منخفض إلى معتدل)	≤ ~0.18–0.22 (منخفض بشكل محكم)
Mn	~0.60–1.10	~0.80–1.60
Si	~0.10–0.35	~0.15–0.50
P	≤ 0.035 (حد أقصى)	≤ 0.035 (حد أقصى)
S	≤ 0.035 (حد أقصى)	≤ 0.035 (حد أقصى)
Cr	أثر–صغير (غالبًا ≤0.30)	أثر–صغير (≤0.30)
Ni	أثر (عادة ≤0.30)	أثر (عادة ≤0.30)
Mo	عادة ≤0.08	عادة ≤0.08
V, Nb, Ti	عادة لا شيء أو سبيكة دقيقة في بعض الخلطات	قد تحتوي على سبيكة دقيقة (Nb، V، Ti) في بعض الدفعات
B, N	مستويات ppm إذا كانت محكومة	مستويات ppm إذا كانت محكومة

كيف تؤثر السبيكة على الأداء: - الكربون (C) يزيد القوة وقابلية التصلب ولكنه يقلل من قابلية اللحام والصلابة إذا كانت السبيكة زائدة. كلا الدرجتين تحافظان على C معتدل لتحقيق التوازن. - المنغنيز (Mn) يزيد من قابلية التصلب والقوة؛ غالبًا ما يحتوي Q345R على Mn أعلى للوصول إلى هدف العائد الأعلى. - السيليكون (Si) هو مزيل للأكسدة ويمكن أن يزيد القوة قليلاً. - تستخدم عناصر السبيكة الدقيقة (Nb، V، Ti) في متغيرات Q345R لزيادة العائد دون التضحية بالصلابة من خلال تحسين الحبوب وتقوية الترسيب. - الكروم والنيكل والموليبدينوم، إذا كانت موجودة بكميات صغيرة، تزيد من قابلية التصلب وقوة درجات الحرارة المرتفعة.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية: - SA516 Gr60: عادة ما يتم إنتاجها كلوحة مُعالجة أو مُدحرجة مما يؤدي إلى مصفوفة من الفريت والبرليت مع حجم حبيبات محكم. تركز البنية المجهرية على توفير صلابة جيدة (فريت مصقول وبرليت موزع بشكل متساوٍ). لا يتم توفيرها عادةً في حالة التبريد والتصلب. - Q345R: يتم تصنيعها مع دحرجة محكومة، وفي العديد من الحالات، سبيكة دقيقة ومعالجة حرارية ميكانيكية (TMCP) لإنتاج بنى مجهرية فريتية أو فريتية-باينيتية حسب معدلات التبريد. وهذا يؤدي إلى زيادة قوة العائد مع الاحتفاظ بصلابة جيدة.

استجابات المعالجة الحرارية: - المعالجة بالتطبيع: تستجيب كلا الفولاذين للتطبيع (التسخين ثم التبريد في الهواء) مع تحسين الحبوب وزيادة الصلابة، ولكن مسار TMCP لـ Q345R غالبًا ما يلغي الحاجة إلى تطبيع منفصل. - التبريد والتصلب: ليس شائعًا لأي من الدرجتين في شكل الإمداد القياسي؛ يمكن أن يزيد التبريد والتصلب من القوة بشكل كبير ولكنه سيغير الصلابة ويتطلب اعتبارات معالجة حرارية بعد اللحام. عادةً ما يتم استخدام SA516 في حالة المدحرجة أو المعالجة بالتطبيع للأوعية الضاغطة. - الدحرجة الحرارية الميكانيكية (TMCP): شائعة لـ Q345R (وأخرى من فولاذ HSLA) لتحقيق عائد مرتفع مع صلابة جيدة؛ وهذا يعطي بنية مجهرية مصقولة وعائد أعلى لسمك معين.

4. الخصائص الميكانيكية

السلوك الميكانيكي التمثيلي (نطاقات إرشادية؛ تحقق مع شهادات اختبار المورد):

الخاصية	SA516 Gr60 (نموذجي)	Q345R (نموذجي)
قوة الشد (ميجا باسكال)	معتدلة؛ النطاق النموذجي ~410–520 ميجا باسكال	معتدلة-عالية؛ النطاق النموذجي ~470–630 ميجا باسكال
قوة العائد (ميجا باسكال)	معتدلة؛ عمومًا أقل من Q345R (يعتمد على السمك)	أعلى؛ الهدف الاسمي ~345 ميجا باسكال (حسب تسمية الدرجة)
التمدد (A%)	قابلية جيدة للتمدد؛ غالبًا ≥20% (يعتمد على السمك)	قابلية جيدة للتمدد؛ غالبًا ≥17–22% (تعتمد على السمك)
صلابة التأثير (شاربي V‑notch)	مصممة لتوفير طاقة تأثير جيدة عند درجات الحرارة المحددة (أداء وعاء الضغط)	صلابة جيدة، غالبًا ما تضمن عند درجات حرارة CVN المحددة، ولكن تعتمد على المعالجة
الصلابة (HBW)	معتدلة (مناسبة للتشكيل/اللحام)	معتدلة إلى أعلى قليلاً (تعتمد على المعالجة الحرارية والسبيكة الدقيقة)

التفسير: - يستهدف Q345R مستوى عائد أعلى (حسب تسميته ونية تصميمه) مما يسمح عادةً بأقسام أخف لنفس الحمل، ولكن العائد الأعلى يمكن أن يعني هامش أقل لتصاميم حساسة للتمدد إذا لم يتم التحقق منها. - تم صياغة SA516 Gr60 وغالبًا ما يتم اعتمادها لخدمة الأوعية الضاغطة عند درجات حرارة تأثير محددة، مما يعطي الثقة في صلابة الكسر للصفائح الرقيقة إلى المعتدلة السمك المستخدمة في الغلايات والأوعية ذات درجات الحرارة المنخفضة. - القيم الفعلية تختلف مع سمك اللوحة، وجدول الدحرجة، والمعالجة الحرارية. استخدم دائمًا شهادات المصنع واختبارات المواد للتصميم النهائي.

5. قابلية اللحام

تعتمد اعتبارات قابلية اللحام على محتوى الكربون، وقابلية التصلب (Mn، Cr، Mo)، والسبيكة الدقيقة. هناك مؤشرين تجريبيين مفيدين هما المعادل الكربوني IIW وصيغة Pcm:

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

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

التفسير (نوعي): - انخفاض $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ يعني قابلية لحام أسهل مع متطلبات تسخين أقل. كلا من SA516 Gr60 و Q345R مصممان ليكونا قابلين للحام باستخدام العمليات الشائعة (SMAW، GMAW، SAW)، ولكن المعلمات تختلف. - SA516 Gr60: محتوى كربون معتدل وسبيكة محكومة يجعله قابلًا للحام بسهولة لتصنيع الأوعية التقليدية؛ يتطلب الانتباه إلى التسخين المسبق و PWHT للأقسام الأكثر سمكًا أو الخدمة في درجات الحرارة المنخفضة لتجنب تشقق الهيدروجين والحفاظ على الصلابة. - Q345R: محتوى Mn أعلى قليلاً وسبيكة دقيقة محتملة تزيد من قابلية التصلب بعض الشيء؛ قد تكون هناك حاجة إلى تسخين مسبق ودرجات حرارة متحكم بها بين الطبقات للأقسام الأكثر سمكًا. عادةً ما يكون Q345R قابلًا للحام ولكن يجب أن يتبع توصيات اللحام GB/T وإجراءات التأهيل. - في كلا الحالتين، استخدم إجراءات لحام مؤهلة (WPS/PQR) وأجرِ اختبارات غير تدميرية واختبارات تأثير بعد اللحام وفقًا لرمز التصميم.

6. التآكل وحماية السطح

• هذه فولاذ غير مقاوم للصدأ؛ مقاومة التآكل الداخلية محدودة.
• الحمايات القياسية: الطلاءات (إيبوكسي، بولي يوريثان)، البرايمرات، أنظمة الطلاء، والتغليف بالغمس الساخن (حيثما كان مناسبًا) تُستخدم عادةً. يعتمد الاختيار على بيئة الخدمة (جو، رذاذ بحري، تعرض كيميائي).
• المؤشرات المقاومة للصدأ مثل PREN غير قابلة للتطبيق على SA516 Gr60 أو Q345R لأنها فولاذ كربوني/منخفض السبيكة بدون مستويات كروم مقاوم للصدأ. بالنسبة للمواد المقاومة للصدأ، ستكون المؤشر:

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

لكن هذا ليس ذا صلة بهذه الدرجات.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع: كلا الدرجتين يمكن تشغيلهما وقطعهما باستخدام طرق حرارية (بلازما، أكسجين-وقود) وميكانيكية (نشر). تتطلب خصائص الالتصاق بالخبث و HAZ المعالجة المعتادة بعد القطع.
• الانحناء/التشكيل: عادةً ما تتمتع SA516 Gr60 بقابلية تشكيل جيدة بسبب هيكلها الفريت-برليت وتُشكل على نطاق واسع في قذائف. يمكن أن يكون Q345R، كمواد ذات عائد أعلى، أقل تسامحًا للانحناءات الضيقة - يجب تعديل الارتداد ودرجات الانحناء المطلوبة لتناسب العائد الأعلى وسلوك العمل الصلب.
• قابلية التشغيل: كلاهما لهما قابلية تشغيل مشابهة للفولاذ الكربوني النموذجي؛ قد يكون Q345R أكثر خشونة قليلاً اعتمادًا على السبيكة. استخدم أدوات وتغذيات مناسبة؛ يجب أخذ التسخين المسبق للتصنيع الثقيل في الاعتبار إذا تم تحديده.
• تشطيب السطح: اللحام، الطحن، والتنظيف بعد اللحام تتبع ممارسات تصنيع الأوعية القياسية؛ إزالة الخبث قبل الطلاء أمر ضروري.

8. التطبيقات النموذجية

SA516 Gr60	Q345R
أصداف ورؤوس الأوعية الضاغطة للغلايات، الأوعية ذات الضغط المعتدل، الخزانات حيث تتطلب صلابة درجات الحرارة المنخفضة	صفائح الأوعية الضاغطة حيث يُرغب في عائد أعلى ووزن أقل؛ أوعية ضغط ملحومة هيكلية كبيرة في الممارسة الإقليمية
خزانات التخزين والنقل التي تتطلب الامتثال للمعايير مع مواصفات ASME/ASTM	الغلايات والأوعية وفقًا لممارسات GB/T؛ مكونات هيكلية حيث يقلل العائد الأعلى من أحجام الأقسام
خدمة درجات الحرارة المنخفضة والدورات التي تتطلب أداء CVN مثبت	تطبيقات هيكلية وضغط عامة حيث تُستخدم فوائد TMCP و HSLA

مبررات الاختيار: - اختر SA516 Gr60 عندما يركز التصميم على أداء وعاء الضغط المعتمد، ومستويات تأثير شاربى المحددة، والقبول الواسع في اختصاصات ASME/ASTM. - اختر Q345R عندما يتم تحديد المشروع وفقًا للمعايير الصينية أو عندما يرغب المصممون في الحصول على عائد أعلى لكل سمك وتوافر ملائم في المناطق التي تهيمن فيها معايير GB/T.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: غالبًا ما يكون Q345R تنافسيًا من حيث التكلفة أو أقل في المناطق التي يتم فيها إنتاج منتجات GB/T بكميات كبيرة؛ يمكن أن يقلل العائد الأعلى من الوزن والتكلفة الإجمالية للمواد. قد تحمل SA516 Gr60 سعرًا أعلى في المناطق التي تتطلب لوحات وشهادات معتمدة من ASME.
• التوافر: SA516 Gr60 متاحة على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم حيث يُطلب الامتثال لرموز ASME؛ Q345R متاحة على نطاق واسع في الصين وفي سلاسل الإمداد الموجهة نحو معايير GB/T. تختلف أشكال المنتجات (لفات، صفائح، قطع حسب الطول) وتوافر السمك حسب المصنع والمنطقة.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي):

السمة	SA516 Gr60	Q345R
قابلية اللحام	جيدة (مصممة لتصنيع الأوعية)	جيدة، ولكن مع إمكانية تصلب أعلى قليلاً - اتبع WPS
توازن القوة–الصلابة	محسنة لصلابة الأوعية ومرونتها	عائد أعلى؛ صلابة جيدة عند استخدام TMCP/سبيكة دقيقة
التكلفة / التوافر	شائعة في أسواق ASME؛ تكلفة معتدلة	غالبًا ما تكون أقل تكلفة في أسواق GB/T؛ توافر عالي إقليميًا

التوصيات: - اختر SA516 Gr60 إذا كنت بحاجة إلى لوحة وعاء ضغط معتمدة من ASME/ASTM مع أداء تأثير شاربى موثق، وسلوك مثبت في خدمة درجات الحرارة المنخفضة، وقبول واسع للرموز للغلايات والأوعية. - اختر Q345R إذا كان مشروعك يتبع معايير GB/T أو تحتاج إلى عائد اسمي أعلى (345 ميجا باسكال) لتقليل سمك القسم/التكلفة ويمكنك تأهيل إجراءات اللحام والصلابة للبيئة الخدمية المقصودة.

ملاحظة ختامية: كلا المادتين ناضجتان، وفولاذات مفهومة جيدًا. يجب أن يكون اختيار المادة النهائي مدفوعًا برمز التصميم المسيطر، والخصائص الميكانيكية والتأثير المطلوبة عند درجة حرارة التشغيل، وقيود اللحام والتصنيع، واعتبارات سلسلة الإمداد. تحقق دائمًا من البيانات الكيميائية والميكانيكية من شهادة المصنع، وحيثما كان ذلك ضروريًا، تطلب اختبارات محددة (شد، CVN، تحقق من PWHT) لضمان ملاءمتها للخدمة.