09CuPCrNi مقابل Q345 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع غالبًا مفاضلة عند اختيار الفولاذ الهيكلي: هل يجب إعطاء الأولوية لمقاومة التآكل الجوي وتوفير الصيانة على المدى الطويل، أم إعطاء الأولوية لقوة العائد العالية المتسقة، والتوافر، والتكلفة. يتم استخدام 09CuPCrNi و Q345 في التطبيقات الهيكلية والمدنية، لكنهما يعالجان أولويات أداء مختلفة.

التمييز الرئيسي بينهما يكمن في استراتيجية السبائك: يتم سبيكة 09CuPCrNi لتطوير طبقة حماية محسنة ومقاومة للتآكل الجوي (سلوك الطقس)، بينما Q345 هو فولاذ هيكلي منخفض السبيكة وعالي القوة تم تحسينه لضمان قوة العائد والتصنيع العام. لهذا السبب يقارن المصممون بينهما للأجزاء الهيكلية الخارجية، والجسور، والمكونات الأخرى المعرضة للعوامل الجوية حيث يجب تحقيق توازن بين القوة والمتانة.

1. المعايير والتسميات

• Q345
• المعيار: GB/T 1591 (الصين) والمعايير الوطنية/الصناعية ذات الصلة. تشمل الدرجات المعادلة/المماثلة في أنظمة أخرى S355 (EN) و A572 الدرجة 42 (مقارنات شائعة)، على الرغم من أن متطلبات الكيمياء والشهادات الدقيقة تختلف.
• التصنيف: فولاذ هيكلي عالي القوة منخفض السبيكة (HSLA).
• 09CuPCrNi
• المعيار: تتبع هذه التسمية اسمًا اسميًا على الطراز الصيني يشير إلى التركيز على التركيب (كربون منخفض ~0.09% مع إضافات Cu و P و Cr و Ni). قد تظهر في مواصفات المصنع أو التطبيقات المحددة بدلاً من أن تكون معيارًا دوليًا موحدًا. تحقق من شهادة المنتج ومعيار المصنع المورّد.
• التصنيف: فولاذ كربوني سبيكي مقاوم للتآكل الجوي (غير مقاوم للصدأ).

ملاحظة: لا تعتبر أي من الدرجتين فولاذًا مقاومًا للصدأ؛ يهدف Q345 إلى القوة، بينما يتم سبيكة 09CuPCrNi لتحسين تشكيل طبقة التآكل.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

تلخص الجدول التالي العناصر السبيكية المميزة ودورها المعدني المقصود. نظرًا لأن الحدود المضمونة المحددة تختلف حسب المورد ونوع المعيار، يصف الجدول الحضور/الدور بدلاً من الحدود الرقمية الدقيقة. استشر دائمًا شهادات المصنع للحصول على تركيبات النسب الدقيقة.

العنصر	Q345 (استراتيجية نموذجية)	09CuPCrNi (استراتيجية نموذجية)
C	كربون منخفض إلى متوسط؛ متوازن لتحقيق القوة (يمكن أن يتيح السبيكة الدقيقة كربون أقل)	كربون منخفض (مشار إليه بـ "09")؛ يفضل القابلية للطرق وقابلية اللحام
Mn	موجود كعامل إزالة الأكسدة الرئيسي ومساهم في القوة (Mn → القوة/الصلابة)	موجود بشكل مشابه كعامل قوة/استقرار؛ قد يكون أقل قليلاً أو مشابهًا
Si	عامل إزالة الأكسدة؛ يتم التحكم فيه لتجنب الهشاشة	عامل إزالة الأكسدة؛ يتم التحكم فيه لتعزيز خصائص السطح
P	شائبة محدودة في Q345 (تبقى منخفضة)؛ ليست سبيكة عمدًا	غالبًا ما يتم الاحتفاظ بها عمدًا عند مستويات أعلى لمساعدة تشكيل الطبقة (لكن يتم التحكم فيها لتجنب الهشاشة)
S	مراقب منخفض في كلاهما؛ الكبريت هو شائبة تقلل من الصلابة	مراقب منخفض؛ بعض الدرجات تتحكم في S لتحسين قابلية اللحام
Cr	عادة ما يكون منخفضًا أو غائبًا في Q345 (ما لم تكن هناك أنواع محددة)	مضاف (بكميات صغيرة) لتعزيز مقاومة التآكل وتقوية طبقة السطح
Ni	لا يضاف عمومًا إلى Q345	مضاف بكميات صغيرة لتحسين مقاومة التآكل الجوي والصلابة في الطبقة
Cu	لا يضاف إلى Q345	إضافة رئيسية مقصودة لتعزيز أداء التآكل — تعزز كيمياء الصدأ الحماية
Mo, V, Nb, Ti, B, N	قد تكون موجودة بكميات ضئيلة أو كسبائك دقيقة (Nb، V، Ti) لزيادة القوة من خلال الترسيب/تحسين الحبيبات في أنواع Q345	السبيكة الدقيقة أقل تأكيدًا؛ تركز السبيكة على Cu/Cr/Ni وP المتحكم فيه لتشكيل طبقة مستقرة

كيف تؤثر السبيكة على الخصائص - يعزز النحاس والكروم والنيكل والفوسفور المتحكم فيه في 09CuPCrNi تشكيل طبقة تآكل مضغوطة وملتصقة (طبقة) تبطئ التآكل الجوي مقارنة بالفولاذ الكربوني العادي. - يعتمد Q345 على كيمياء منخفضة الكربون بالإضافة إلى السبيكة الدقيقة والمعالجة المتحكم فيها لتقديم الحد الأدنى من قوة العائد (345 ميجا باسكال) وصلابة جيدة في الأقسام السميكة. تعمل السبيكة الدقيقة (Nb، V، Ti) على تحسين حجم الحبيبات وتمكن من قوة أعلى دون كربون مرتفع.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

الميكروهياكل النموذجية والاستجابات تحت المعالجة القياسية:

• Q345
• الميكروهيكل: مصفوفة من الفريت والبرليت مع ترسبات سبيكية دقيقة محتملة (NbC، VN، TiC) حسب النوع والمعالجة الحرارية الميكانيكية. تعمل المعالجة العادية أو الدرفلة المتحكم فيها على تحسين الحبيبات وتحسين الصلابة.
• استجابة المعالجة الحرارية: يتم عادةً تزويد Q345 في حالة مدرفلة ساخنة عادية أو كما هي مدرفلة. لا يُقصد به أن يكون مخصصًا للتصلب الشديد؛ يمكن أن تكون المعالجة الحرارية الموضعية (التصلب بالحث) ممكنة، لكن التبريد الشامل والتصلب ليس شائعًا أو اقتصاديًا للألواح العريضة.

• تستخدم معالجة التحكم الحراري الميكانيكي (TMCP) غالبًا لتلبية متطلبات القوة والصلابة.

• 09CuPCrNi

• الميكروهيكل: مصفوفة من الفريت والبرليت منخفض الكربون أو مصفوفة مهيمنة من الفريت، غالبًا مع كربيدات موزعة بشكل دقيق وظواهر سطحية ناتجة عن السبيكة تساعد في تشكيل الطبقة.
• استجابة المعالجة الحرارية: يتم أيضًا تزويدها عادةً في حالة مدرفلة ساخنة وليست شائعة التبريد والتصلب. يتأثر أداء التآكل بمقياس المصنع وكيمياء السطح؛ يمكن أن تؤثر المعالجة الحرارية التي تغير التركيب السطحي أو المقياس على تطوير الطبقة.
• قد تحسن المعالجة العادية الصلابة؛ ومع ذلك، يتم عادةً تحديد سبائك التآكل للاستخدام كما هي مدرفلة أو عادية وفقًا لتوصيات المورد.

ملاحظات المعالجة - تم تصميم كلا الدرجتين بشكل أساسي للحالات المدرفلة كما هي أو العادية؛ يتم تحقيق خصائصهما الميكانيكية من خلال التركيب وتسلسل الدرفلة/الحرارة بدلاً من أنظمة التبريد والتصلب الواسعة بعد الدرفلة.

4. الخصائص الميكانيكية

يقارن الجدول التالي الخصائص الميكانيكية النموذجية. يتمتع Q345 بقوة عائد دنيا موحدة؛ تعتمد قيم 09CuPCrNi الميكانيكية على المورد وتهدف إلى الأداء الهيكلي مع التركيز على القابلية للطرق والصلابة بدلاً من تعظيم العائد.

الخاصية	Q345 (مضمون نموذجي)	09CuPCrNi (خصائص نموذجية)
قوة العائد (Rp0.2)	حد أدنى ~345 ميجا باسكال (أصل التسمية: Q345)	عادة ما تكون أقل من الحد الأدنى لـ Q345؛ مصممة لتحقيق قوة هيكلية كافية مع التركيز على القابلية للطرق (تعتمد على المورد)
قوة الشد	النطاق النموذجي لـ Q345: ~470–630 ميجا باسكال (يختلف حسب شكل المنتج وسمكه)	عادة ما تكون قوة الشد في نطاق الفولاذ الهيكلي ولكن تعتمد على المعالجة؛ غالبًا ما تكون أقل من الأنواع عالية القوة من HSLA
التمدد (%)	قابلية جيدة للطرق — تلبي قيم التمدد النموذجية أهداف الفولاذ الهيكلي (محددة حسب المورد/المعيار)	قابلية جيدة للطرق بشكل عام بسبب الكربون المنخفض؛ ملائمة للتشكيل وامتصاص الطاقة
صلابة التأثير	محددة لاختبار تشاربي عند درجات الحرارة المطلوبة في أنواع Q345؛ تحسن TMCP من صلابة درجات الحرارة المنخفضة	مصممة لتحقيق صلابة جيدة لمقاومة الكسر الهش؛ غالبًا ما تركز سبائك التآكل على الصلابة للهياكل الخارجية
الصلابة	متوسطة؛ ليست مخصصة لتطبيقات التآكل	متوسطة؛ مشابهة للفولاذ الهيكلي العام، ليست فولاذًا من درجة التآكل

تفسير - يعتبر Q345 الخيار الأقوى من حيث الحد الأدنى المضمون من العائد. تمكنه السبيكة الدقيقة والمعالجة الحرارية الميكانيكية من تحقيق قوة أعلى دون كربون مفرط. - يركز 09CuPCrNi على القابلية للطرق وأداء التآكل. بالنسبة لنفس المقطع العرضي، يمكن أن يتحمل Q345 أحمالًا ثابتة أعلى؛ قد يتم اختيار 09CuPCrNi عندما تكون تدهور السطح على المدى الطويل والصيانة هي القضايا الرئيسية.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على محتوى الكربون، ومعادل الكربون/الصلابة، والسبيكة الدقيقة. يساعد استخدام صيغ المعادل الكربوني في تأهيل إجراءات اللحام.

المؤشرات الشائعة: - المعادل الكربوني IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - صيغة $P_{cm}$ الأكثر تحفظًا: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي - Q345: يمكن أن يزيد الكربون المعتدل ووجود السبيكة الدقيقة من الصلابة بشكل طفيف. بالنسبة للأقسام السميكة، قد تكون هناك حاجة للتسخين المسبق ودرجة حرارة متحكم فيها بين الطبقات لتجنب الكسر البارد المدعوم بالهيدروجين. ومع ذلك، يعتبر Q345 على نطاق واسع قابلًا للحام باستخدام إجراءات قياسية مستخدمة للفولاذ الهيكلي؛ يتم اختيار مواد اللحام المتوافقة مع القوة والصلابة. - 09CuPCrNi: يحسن الكربون المنخفض من قابلية اللحام. عادةً ما لا تزيد العناصر السبيكية مثل Cu و Ni و Cr بشكل كبير من الصلابة عند التركيزات الصغيرة المستخدمة في الفولاذ المقاوم للتآكل، لكن Cu يمكن أن يسبب مخاوف من الكسر الساخن في بعض حالات اللحام وقد يؤثر على اختيار المواد. عادةً ما تكون احتياجات التسخين المسبق أقل تطلبًا من الفولاذ عالي الكربون، لكن تأهيل إجراءات اللحام يجب أن يأخذ في الاعتبار تأثير اللحام على تشكيل طبقة السطح ومقاومة التآكل في منطقة التأثير الحراري (HAZ).

إرشادات عملية - بالنسبة لكلا الفولاذين، اتبع إرشادات اللحام من المورد، واختر المعادن الملائمة، واعتبر العلاجات أو الطلاءات بعد اللحام لاستعادة الحماية من التآكل على درجات التآكل إذا كانت معرضة.

6. التآكل وحماية السطح

تتطلب الفولاذات غير المقاومة للصدأ استراتيجيات حماية عند استخدامها في الهواء الطلق.

• 09CuPCrNi
• الغرض: سبيكة لتطوير طبقة ملتصقة ومضغوطة تقلل من معدل التآكل الجوي الثابت مقارنة بالفولاذ الكربوني العادي في العديد من البيئات (الجو الصناعي والريفي).
• آلية: تعزز الإضافات الصغيرة من Cu و Ni و Cr و P المتحكم فيه تشكيل طبقة أكسيد قوية تحد من الأكسدة الإضافية.

• حماية السطح: غالبًا ما تستخدم بدون طلاء في البيئات المناسبة؛ بالنسبة للبيئات البحرية أو الكيميائية العدوانية، قد تكون هناك حاجة إلى طلاءات إضافية أو حماية كاثودية.

• Q345

• الغرض: القوة الهيكلية؛ ليست مصممة لتعزيز مقاومة التآكل الجوي.
• حماية السطح: تتطلب الزنك، وأنظمة الطلاء، أو طلاءات أخرى للتعرض طويل الأمد. يعتبر الزنك بالغمس الساخن شائعًا للأعضاء الهيكلية الخارجية.

عندما يكون PREN ذا صلة - يستخدم PREN (رقم مقاومة التآكل) للدرجات المقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ - لا ينطبق PREN على الفولاذات المقاومة للصدأ مثل 09CuPCrNi أو Q345؛ تعتمد على الطلاءات أو تشكيل الطبقة بدلاً من السلبية الناتجة عن مستويات عالية من Cr/Mo/N.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• التشكيل والانحناء
• 09CuPCrNi: يحسن الكربون المنخفض من قابلية التشكيل؛ مناسب للانحناء والتشكيل باستخدام ممارسات التصنيع الهيكلية القياسية. يمكن أن تجعل القوة المنخفضة (مقارنة بـ Q345) التشكيل أسهل في بعض القياسات.
• Q345: تتطلب القوة الأعلى قوى تشكيل أكبر وقد تحتاج إلى أنصاف انحناء أكبر. لا تزال الأنواع TMCP ذات القابلية الجيدة للتمدد تتشكل بشكل جيد عند استخدام الأدوات والتساهيل الصحيحة.
• قابلية التشغيل
• لا يتم تحسين أي من الدرجتين للتشغيل الحر — قابلية التشغيل نموذجية للفولاذ الهيكلي. يساعد الكربون المنخفض في قابلية التشغيل؛ يمكن أن تقلل العناصر السبيكية في Q345 من قابلية التشغيل قليلاً.
• التشطيب
• تتبع إعدادات السطح للطلاء أو الزنك الممارسات القياسية للفولاذ. بالنسبة لـ 09CuPCrNi، تجنب المعالجات السطحية التي تزيل الكيمياء اللازمة لتشكيل الطبقة إذا كان التصميم يهدف إلى استخدام التآكل الطبيعي.

8. التطبيقات النموذجية

09CuPCrNi	Q345
الهياكل المعمارية الخارجية حيث يكون المظهر المكشوف وتقليل الصيانة من الأولويات (واجهات مقاومة للتآكل، جسور في أجواء غير بحرية عندما تكون الطبقة مقبولة)	التطبيقات الهيكلية العامة: الجسور، المباني، الرافعات، إطارات المعدات الضغط، الهياكل الملحومة حيث تكون الخصائص الميكانيكية المضمونة هي الأولوية الرئيسية
المكونات حيث تكون التكرار المنخفض للطلاء والطبقة الجمالية مرغوبة	الأقسام المصنعة، الألواح الثقيلة والملفات ذات قوة العائد الدنيا المحددة (345 ميجا باسكال)
عناصر البنية التحتية في الأجواء الصناعية/الريفية حيث تكون الطبقة فعالة	الهياكل المدنية والميكانيكية الواسعة التي تتطلب توافرًا عاليًا وتكلفة منخفضة

مبررات الاختيار - اختر 09CuPCrNi عندما تقلل مقاومة التآكل الجوي عبر الطبقة من تكاليف الصيانة على مدى دورة الحياة والبيئة مناسبة (ليس التعرض البحري المحمل بالكلور بشكل كبير ما لم يتم تحديده). - اختر Q345 عندما تكون قوة العائد الدنيا العالية المضمونة، والتوافر الواسع، وتكلفة المواد المنخفضة هي أولويات أعلى من مقاومة التآكل الطبيعية.

9. التكلفة والتوافر

• Q345
• متاحة عمومًا على نطاق واسع في الصين وفي الأسواق الدولية من خلال المعادلات. التكلفة لكل طن عادة ما تكون أقل من سبائك التآكل المتخصصة لأنها درجة HSLA سائدة مع أحجام إنتاج كبيرة.
• متاحة في الألواح، واللفائف، والأشكال الهيكلية، والأقسام الملحومة مع شهادات مصنع متسقة.
• 09CuPCrNi
• يمكن أن تكون أكثر تكلفة لكل وحدة كتلة بسبب إضافات السبيكة (Cu و Ni و Cr) والتطبيقات المتخصصة. يعتمد التوافر على المورد وما إذا كان المصنع يقدم منتجات محددة للتآكل؛ يمكن أن تكون أوقات التسليم أطول.
• غالبًا ما يتم تزويدها في ألواح أو مكونات مصنعة لمشاريع معمارية وبنية تحتية.

نصيحة الشراء: تقييم التكلفة الإجمالية لدورة الحياة (المادة + المعالجة السطحية + الصيانة) بدلاً من التكلفة الأولية فقط. في العديد من التطبيقات الخارجية، يمكن أن تعوض التكلفة الأعلى للمواد لدرجة التآكل عن تقليل الطلاء والصيانة.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص

السمة	Q345	09CuPCrNi
قابلية اللحام	جيدة مع الاحتياطات القياسية؛ قد تحتاج إلى تسخين مسبق للأقسام السميكة	جيدة عمومًا بسبب الكربون المنخفض، لكن آثار Cu تتطلب مواد ملائمة وإجراءات
توازن القوة والصلابة	قوة عائد مضمونة عالية (345 ميجا باسكال) وصلابة جيدة عبر TMCP	صلابة وقابلية جيدة للطرق؛ قوة عائد مضمونة أقل من Q345 في العديد من المواصفات
التكلفة	أقل، متاحة على نطاق واسع	أعلى لكل طن؛ سبيكة تآكل متخصصة

التوصيات - اختر 09CuPCrNi إذا: - كانت المشروع يستفيد من تقليل الصيانة وتطوير طبقة ملتصقة (الهياكل المعرضة في الأجواء غير البحرية). - كانت المظهر الجمالي المتآكل واستقرار السطح على المدى الطويل دون إعادة الطلاء المتكرر من أولويات التصميم. - يمكنك قبول ضمانات ميكانيكية محددة من المورد وتكلفة المواد المحتملة المرتفعة.

• اختر Q345 إذا:
• كانت قوة العائد الأعلى المضمونة (345 ميجا باسكال) والأداء الميكانيكي المتسق مطلوبة عبر العديد من أشكال المنتجات.
• كانت التكلفة، والتوافر الواسع، وممارسات التصنيع الهيكلية القياسية هي المعايير الرئيسية للاختيار.
• كنت ستقوم بحماية الفولاذ بواسطة الطلاءات (الزنك/الطلاء) وتحتاج إلى مادة هيكلية مثبتة ومعيارية.

ملاحظة نهائية استشر دائمًا شهادة اختبار المصنع ومواصفات المنتج للمصنع المورّد للحصول على قيم كيميائية وميكانيكية دقيقة قبل الاختيار النهائي. بالنسبة للهياكل الفولاذية المقاومة للتآكل الملحومة، تحقق من مواد اللحام وإجراءاتها للحفاظ على الأداء الميكانيكي وسلوك التآكل على المدى الطويل.