SUP6 مقابل SUP7 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

غالبًا ما يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع خيارًا بين درجات الفولاذ المرتبطة ارتباطًا وثيقًا عند تحقيق التوازن بين القوة والصلابة وقابلية اللحام والتكلفة وقابلية التصنيع. SUP6 وSUP7 هما درجتان يتم اختيارهما للمكونات الهيكلية والهندسية حيث يتطلب الأمر توازنًا محسنًا بين الأداء الميكانيكي والتكلفة. عادةً ما تدور معضلة الاختيار حول ما إذا كان يجب إعطاء الأولوية لقوة أعلى قليلاً وقابلية تصلب (مع تأثيرات محتملة على قابلية اللحام وقابلية التشكيل) أو تفضيل سهولة التصنيع وانخفاض تكلفة المعالجة.

التمييز الرئيسي بين SUP6 وSUP7 يكمن في استراتيجيات السبائك والتعديل التركيبي: تمثل SUP7 تعديلًا تطوريًا في الكيمياء والميكروسبائك لتقديم قابلية تصلب محسنة وصلابة دون عقوبة كبيرة في قابلية اللحام أو التكلفة. نظرًا لأن هذه الدرجات تستخدم لأغراض نهائية مماثلة، يقارن المصممون بينها بشكل أساسي بناءً على الاستراتيجية التركيبية والسلوك الميكانيكي والمعالجة الناتجة.

1. المعايير والتسميات

• المعايير التي يجب الرجوع إليها لأي تسمية من سلسلة SUP أو ملكية: ASTM/ASME، EN (الأوروبية)، JIS (اليابانية)، GB (الصينية)، وأوراق البيانات الخاصة بالمطاحن أو الملكية ذات الصلة. تحقق دائمًا من المتطلبات الكيميائية والميكانيكية الدقيقة من شهادة المطحنة أو المعيار المحدد.
• تصنيف المواد: كل من SUP6 وSUP7 هما فولاذان كربونيان/سبائكيان غير مقاومين للصدأ مخصصان للتطبيقات الهيكلية أو الهندسية بدلاً من فولاذ الأدوات أو الدرجات المقاومة للصدأ. عادةً ما يتم تصنيفهما ضمن الفولاذ الهيكلي متوسط الكربون أو منخفض السبائك مع خيارات الميكروسبائك - ليس HSLA بمعنى القوة العالية، ولا فولاذ الأدوات المقاوم للصدأ أو عالي السبائك.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تلخص الجدول التالي التركيز التركيبي لكل درجة من حيث نوعية. تعتمد المستويات الدقيقة على المعيار الصادر أو المطحنة.

عنصر	SUP6 (تركيز تركيبي نموذجي)	SUP7 (تركيز تركيبي نموذجي)
C (الكربون)	متوسط - متوازن للمرونة وقابلية التصلب	تم تعديلها قليلاً (غالبًا ما تكون محسنة) لزيادة قابلية التصلب مع التحكم في قابلية اللحام
Mn (المنغنيز)	متحكم فيه لدعم القوة وإزالة الأكسدة	مماثل أو أعلى قليلاً لدعم قابلية التصلب والقوة
Si (السيليكون)	منخفض - متوسط (إزالة الأكسدة)	منخفض - متوسط
P (الفوسفور)	محتفظ به منخفضًا للصلابة	محتفظ به منخفضًا للصلابة
S (الكبريت)	منخفض؛ قد تحتوي المتغيرات سهلة التشغيل على S أعلى	منخفض؛ مركّز على النظافة للصلابة
Cr (الكروم)	عادةً ما يكون الحد الأدنى أو محذوفًا	إضافات صغيرة ممكنة لتحسين قابلية التصلب
Ni (النيكل)	عادةً ما يكون الحد الأدنى	يمكن استخدامه بكميات صغيرة لتحسين الصلابة عند درجات حرارة منخفضة
Mo (الموليبدينوم)	غالبًا ما يكون منخفضًا أو غائبًا	إضافات صغيرة من Mo شائعة لتحسين قابلية التصلب واستجابة التصلب
V (الفاناديوم)	يمكن أن يكون موجودًا كميكروسبائك لتحسين هيكل الحبوب	غالبًا ما يستخدم بكميات متحكم فيها للقوة والتقوية
Nb (النيوبيوم)	نادر أو منخفض	يستخدم أحيانًا للتحكم في الحبوب في متغيرات SUP7
Ti (التيتانيوم)	ممكن استخدام الميكروسبائك للتحكم في الكبريتيد	ممكن استخدام كميات ضئيلة للتحكم في الشوائب
B (البورون)	ليس شائعًا؛ يمكن استخدام البورون الضئيل لتعزيز قابلية التصلب	يستخدم أحيانًا البورون الضئيل لتعزيز قابلية التصلب عند إضافات منخفضة جدًا
N (النيتروجين)	منخفض؛ متحكم فيه	منخفض؛ متحكم فيه لسلوك الميكروسبائك

كيف تؤثر السبائك على الأداء - يحدد الكربون والمنغنيز بشكل أساسي القوة الأساسية وقابلية التصلب؛ زيادة C تعزز القوة ولكن تقلل من قابلية اللحام والمرونة. - تعمل عناصر الميكروسبائك (V، Nb، Ti) على تحسين هيكل الحبوب، وتحسين الصلابة، وتقوية عن طريق الترسيب - مما يمكّن من تحقيق قوة أعلى عند مستويات كربون أقل. - يمكن أن تزيد الإضافات الصغيرة من Mo أو Cr أو Ni من قابلية التصلب ومقاومة التصلب، مما يمكّن من تحقيق خصائص أعلى عبر السماكة للأقسام الأكبر. - يحسن الكبريت والرصاص (في المتغيرات سهلة التشغيل) من قابلية التشغيل ولكن يضعف الصلابة وقابلية اللحام؛ يتم تجنبها عمومًا في الدرجات المخصصة للاستخدام الهيكلي الحرج.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

الميكروهياكل النموذجية - في الظروف العادية أو العادية والمقواة، تظهر كلتا الدرجتين عادةً مصفوفة من الفريت والبرليت لفئات الشد المنخفضة، أو باينيت/فريت ذات حبوب دقيقة مع ترسيبات متحكم فيها عند معالجتها لتحقيق قوة أعلى. - تميل متغيرات SUP7 الميكروسبائكية إلى تطوير حجم حبوب أستينيت سابق أدق وتوزيع أكثر انتظامًا للترسيبات (V، Nb كربونيتريد)، مما يحسن الصلابة ويزيد من قوة العائد دون كربون مفرط.

استجابة المعالجة الحرارية - التطبيع: ينتج هيكل ميكروهيكلي موحد من الفريت والبرليت؛ مفيد لتحسين الصلابة والثبات الأبعاد. غالبًا ما تحقق SUP7 قوة أعلى قليلاً بعد التطبيع بسبب قابلية التصلب المحسنة وهيكل الحبوب الأكثر دقة. - التبريد والتقسية (Q&T): يمكّن من تحقيق قوة شد وعائد أعلى بكثير. عادةً ما تؤدي تعديلات التركيب في SUP7 (إضافات صغيرة من Mo/Cr/Ni أو الميكروسبائك) إلى مقاومة تقسية أفضل وهيكل مارتنسيت/باينيت مقوى أكثر صلابة عند درجات حرارة تقسية متساوية. - المعالجة الحرارية الميكانيكية (الدرفلة المتحكم فيها): تستجيب كلتا الدرجتين بشكل إيجابي؛ تمكّن إضافات الميكروسبائك في SUP7 من استجابة ترسيب أقوى ناتجة عن الشد ومنتجات تحول أدق، مما يفيد المنتجات اللوحية والبارية التي تتطلب صلابة عالية.

4. الخصائص الميكانيكية

تعتمد الخصائص الدقيقة على المواصفات والمعالجة الحرارية وحجم القسم. الجدول أدناه يقدم مقارنة نوعية.

الخاصية	SUP6 (نموذجي)	SUP7 (نموذجي)
قوة الشد	متوسطة	متوسطة - أعلى
قوة العائد	متوسطة	أعلى (عند استخدام الميكروسبائك/تحسينها)
التمدد	جيدة (أكثر مرونة)	مخفضة قليلاً مقارنةً بـ SUP6 عند قوة متساوية
صلابة التأثير	جيدة عند التطبيع؛ حساسة لحجم القسم	صلابة محسنة بسبب تحسين الحبوب والسبائك
الصلابة	متوسطة (تعتمد على المعالجة الحرارية)	قد تكون أعلى بعد Q&T بسبب قابلية التصلب

التفسير - يتم تصميم SUP7 عادةً لتوفير استجابة أقوى وأكثر صلابة لشكل معين أو معالجة حرارية، مستفيدة من كيمياء الميكروسبائك والإضافات الصغيرة من السبائك. تركز SUP6 على توازن المرونة وسهولة التصنيع، مما يجعلها جذابة عندما لا تكون القوة القصوى مطلوبة. - إذا تم إعطاء كلاهما جداول Q&T متطابقة، فإن SUP7 عمومًا تحقق قوة أعلى وتحافظ على الصلابة بشكل أفضل، بسبب تحسين السبائك وسلوك الترسيب.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام بشكل كبير على معادلة الكربون، والسبائك، وسماكة القسم. هناك صيغتان تجريبيتان شائعتان تستخدمان لتقدير قابلية اللحام:

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

و

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

التفسير النوعي - تشير القيم المنخفضة لـ $CE_{IIW}$ و$P_{cm}$ إلى قابلية لحام أسهل وانخفاض خطر التشقق البارد؛ ومع ذلك، هذه تقديرات ويجب أن تقترن بدرجات حرارة التسخين المسبق المناسبة، ودرجات حرارة التداخل، واختيار المعدن الملء. - تقدم SUP6، مع توازنها وسبائكها المنخفضة عمومًا، قابلية لحام أفضل في المقاطع الأكثر سمكًا مقارنةً بـ SUP7 التي تحتوي على تركيبة مرتفعة. - يمكن أن تؤدي الزيادات المعتدلة في قابلية التصلب في SUP7 (عبر Mn وMo والميكروسبائك) إلى رفع معادلة الكربون وتحتاج إلى تسخين مسبق أو تقنيات لحام مقيّدة للأقسام الأكثر سمكًا أو الوصلات المقيدة؛ ومع ذلك، فإن التحكم الدقيق في الكربون وإجراءات اللحام المناسبة غالبًا ما تبقي SUP7 قابلة للحام لمعظم التطبيقات الهيكلية. - لا تؤثر عناصر الميكروسبائك (V، Nb) بكميات صغيرة بشكل كبير على قابلية اللحام، لكنها تؤثر على سلوك التبريد؛ يُوصى بتأهيل إجراءات اللحام.

6. مقاومة التآكل وحماية السطح

• كل من SUP6 وSUP7 هما فولاذان كربونيان/سبائكيان غير مقاومين للصدأ؛ مقاومة التآكل نموذجية للفولاذ الكربوني غير السبيكي.
• استراتيجيات الحماية: الغلفنة بالغمس الساخن، الطلاءات الزنك أو العضوية (الدهان، الطلاء المسحوق)، والتغليفات المقاومة للتآكل هي ممارسات قياسية لحماية المكونات المصنوعة من هذه الدرجات عند تعرضها للجو أو البيئات العدوانية.
• PREN (رقم مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على الدرجات غير المقاومة للصدأ؛ للرجوع إليها عند الحاجة إلى مقارنات مقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• استخدم حماية من التآكل مناسبة لظروف الخدمة (رذاذ الملح، الرطوبة، التعرض للمواد الكيميائية). لا توفر السبائك في SUP7 المصممة للقوة مكاسب ذات مغزى في مقاومة التآكل.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل: الدرجات ذات القوة المنخفضة والإضافات الخاصة سهلة التشغيل تُشغل بشكل أسهل. عادةً ما تكون متغيرات SUP6 المخصصة للتصنيع العام أسهل في التشغيل من متغيرات SUP7 المحسنة للقوة العالية؛ قد تتطلب SUP7 تغذية أبطأ أو أدوات أكثر قوة.
• قابلية التشكيل: تشكل الفولاذات ذات القوة المنخفضة والصلابة المنخفضة وتنحني مع أقل ارتداد وخطر التشقق. ستظهر SUP6 عمومًا قابلية تشكيل أفضل عند البرودة. تقلل القوة العالية لعائد SUP7 من قابلية التشكيل؛ قد تكون التشكيل الدافئ أو أشعة الانحناء الأكبر ضرورية للأشعة الضيقة.
• إنهاء السطح: تستجيب كلتا الدرجتين بشكل جيد لعمليات إنهاء قياسية؛ قد تنتج SUP7 رقائق أكثر صلابة قليلاً وتحتاج إلى التحكم في السائل لتجنب تصلب العمل عند واجهة الأداة.
• لوجستيات المعالجة الحرارية: قد تتطلب SUP7 تحكمًا أكثر دقة في جداول التبريد/التقسية لتحقيق الخصائص المستهدفة؛ يجب على المشتريات التأكد من أن المطحنة تقدم سجلات معالجة حرارية واضحة.

8. التطبيقات النموذجية

SUP6 (الاستخدامات النموذجية)	SUP7 (الاستخدامات النموذجية)
مكونات هيكلية عامة، دعامات، أعمدة متوسطة الحمل، إطارات ملحومة حيث تكون المرونة وسهولة التصنيع هي الأولويات	أعضاء هيكلية أثقل، مكونات ذات مقاطع عرضية أكبر، أعمدة مقواة ومقسية، أجزاء هيكلية مقاومة للتآكل حيث تكون القوة العالية والصلابة المحسنة مطلوبة
إطارات وآلات مصنعة ودعائم	مكونات تتطلب صلابة أعلى عبر السماكة ومقاومة للتقسية (مثل الألواح الأكثر سمكًا، المكونات الكبيرة المصنوعة بالطرق)
أجزاء تتطلب قابلية تشكيل جيدة ومعالجة اقتصادية	أجزاء حيث تقلل قابلية التصلب المحسنة وتقوية الترسيب من حساسية حجم القسم

مبررات الاختيار - اختر SUP6 عندما تكون سرعة التصنيع، والتشكيل، واقتصاد التشغيل هي القضايا الرئيسية والأحمال متوسطة.

- اختر SUP7 عندما تكون القوة العالية، والصلابة الأفضل في الأقسام الأكثر سمكًا، أو مقاومة التقسية المتفوقة مطلوبة، ويكون الاهتمام بعملية المعالجة (اللحام/التسخين المسبق؛ الأدوات) مقبولًا.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادةً ما تكون متغيرات SUP7 أغلى قليلاً لكل طن من SUP6 بسبب التحكم الإضافي في السبائك، وعناصر الميكروسبائك، وربما معالجة/تفتيش أكثر صرامة. يعتمد الفرق على أسعار سبائك السلع وطلب المعالجة الحرارية.
• التوافر: يتم إنتاج كلا الدرجتين عادةً في القضبان والألواح والأقسام المدرفلة من قبل كبار صانعي الفولاذ؛ ومع ذلك، قد يكون توافر ظروف المعالجة الحرارية المحددة ومتغيرات التركيب الضيق (مثل SUP7 الميكروسبائكية) أكثر محدودية ويتطلب وقتًا إضافيًا. تحقق دائمًا من أوقات التسليم من المطحنة وتحقق من العناصر المخزنة مقابل العناصر المصنوعة حسب الطلب.

10. الملخص والتوصية

السمة	SUP6	SUP7
قابلية اللحام	جيدة (أسهل)	جيدة - متوسطة (قد تحتاج إلى ضوابط للإجراءات)
توازن القوة - الصلابة	متوازن، أكثر مرونة	قوة أعلى وصلابة محسنة (محسنة)
التكلفة	أقل	أعلى قليلاً

التوصية - اختر SUP6 إذا كنت بحاجة إلى فولاذ فعال من حيث التكلفة، سهل التصنيع مع مرونة جيدة ولحام/تشكيل بسيط - تشمل الأمثلة الإطارات الملحومة، والأعمدة متوسطة الحمل، والأجزاء حيث تكون إنتاجية التشغيل/التشكيل حاسمة.

- اختر SUP7 إذا كانت التطبيق يتطلب قوة أعلى، وصلابة محسنة عبر السماكة، أو مقاومة أفضل للتقسية - تشمل الأمثلة الأعضاء الهيكلية ذات المقاطع العرضية الأكبر، والمكونات المقواة والمقسية، والأجزاء حيث تعزز فوائد الميكروسبائك (تحسين الحبوب، وتقوية الترسيب) الأداء أثناء الخدمة.

ملاحظة ختامية: حدد دائمًا المتطلبات الكيميائية والميكانيكية الدقيقة، وحالة المعالجة الحرارية، وإجراءات اللحام في مستندات المشتريات. تحقق من شهادات المطحنة، وللتطبيقات الحرجة، اطلب تقارير اختبار تمثيلية تغطي الشد، والتأثير، والصلابة لضمان أن الدرجة المختارة تلبي نية التصميم.