BQ-S مقابل DQ-S – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً خيارًا بين درجات الصلب المرتبطة ارتباطًا وثيقًا حيث تؤثر الفروق الدقيقة في المعالجة والتشطيب على الأداء والتكلفة في المراحل التالية. يظهر القرار بين BQ-S و DQ-S عادةً عند الموازنة بين جودة السطح ومتطلبات التشطيب مقابل الأداء الميكانيكي الكلي وقابلية اللحام والسعر. تشمل سياقات القرار النموذجية المكونات التي تتطلب إعداد سطح دقيق (محاور، محامل، قضبان زخرفية) مقابل الأجزاء الميكانيكية الثقيلة أو الهيكلية حيث يكون تشطيب السطح ثانويًا.

يكمن التمييز الرئيسي بين هاتين العائلتين من الدرجات في حالة السطح النهائية والتحكم في المعالجة المفروض أثناء التصنيع: يتم تزويد درجة واحدة بسلامة سطح أعلى وتسامح في التشطيب، بينما يتم تحسين الأخرى من أجل الاقتصاد والمعالجة القياسية. نظرًا لأن حالة السطح تؤثر على قبول الفحص، والمعالجة الثانوية، والتصاق الطلاء، ومقاومة التعب، غالبًا ما تتم مقارنة هذه الدرجات في مناقشات التصميم والمشتريات.

1. المعايير والتسميات

• المعايير الشائعة حيث تظهر درجات مشابهة: ASTM/ASME (مثل A106، A36، عائلات AISI)، EN (مثل EN 10025، EN 10277 للصلب اللامع)، JIS، والمواصفات الوطنية GB/IS. غالبًا ما تكون التسميات الخاصة أو الخاصة بالمطاحن (مثل BQ-S أو DQ-S) محددة من قبل المورد وتتناسب مع فئات الكيمياء/المعالجة الأكثر معيارية.
• التصنيف حسب النوع:
• BQ-S: عادةً ما يكون فولاذ كربوني أو منخفض السبيكة يتم إنتاجه وتشطيبه وفقًا لمواصفات سطح لامع (محسن) - غالبًا ما يستخدم للقضبان والمحاور والمكونات التي تتطلب انخفاض عيوب السطح.
• DQ-S: عادةً ما يكون فولاذ كربوني/منخفض السبيكة مُسحوب/مُعالج بشكل قياسي مع تشطيب سطح قياسي وتسامحات أبعاد.
• تكون هذه الدرجات عمومًا فولاذ كربوني أو منخفض السبيكة بدلاً من الفولاذ المقاوم للصدأ أو الفولاذ الأدوات أو HSLA، على الرغم من أن مستويات السبيكة قد تختلف حسب المورد.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

سيتفاوت التركيب الكيميائي لعائلتي BQ-S و DQ-S حسب المورد وهدف الأداء. الجدول أدناه يقدم ميول تمثيلية، بدلاً من شهادات المطاحن المطلقة. تحقق دائمًا من التحليل الكيميائي مع شهادة المورد للمشتريات أو حسابات التصميم.

تفسير: - يستهدف المصنعون الذين يسعون للحصول على جودة سطح ممتازة (BQ-S) عادةً التحكم بشكل أكثر صرامة في العناصر الطفيلية (P، S، الشوائب) ونظافة البنية المجهرية، مما يحسن أداء التعب ويسمح بتشطيب أفضل. غالبًا ما يركز DQ-S على المعالجة الاقتصادية ويمكن أن يتحمل نطاق قبول أوسع لبعض العناصر، بشرط تلبية المتطلبات الميكانيكية. - تُستخدم عناصر السبيكة مثل Mn وعناصر السبيكة الدقيقة (V، Nb، Ti) بشكل أساسي لضبط القوة والصلابة دون اللجوء إلى محتوى كربوني مرتفع، مما يحافظ على قابلية اللحام.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

• البنية المجهرية النموذجية:
• ستظهر كلتا الدرجتين، عند تزويدهما كمعالجتين أو مُبردتين ومُعالجتين، بنى مجهرية من الفريت/البرلايت أو الباينيت/المارتنسيت المعالج حسب الكيمياء والمعالجة الحرارية.
• BQ-S: تركز المعالجة على الحصول على بنية مجهرية موحدة ودقيقة الحبيبات وتقليل الشوائب السطحية. التحكم الحراري الميكانيكي وجداول تمرير الدرفلة الساخنة الدقيقة أكثر شيوعًا لضمان بنية مجهرية متسقة بالقرب من السطح.

• DQ-S: تم تصميم البنية المجهرية بشكل أساسي لتلبية المتطلبات الميكانيكية المستهدفة؛ قد تكون معالجة السطح أقل كثافة.

• آثار المعالجة الحرارية:

• التطبيع: ينقي حجم الحبيبات ويقلل من التموج؛ تستجيب كلتا الدرجتين بشكل جيد، لكن BQ-S تستفيد أكثر لأن عيوب السطح تقلل وتحسن تجانس البنية المجهرية أداء السطح.
• التبريد والمعالجة: يزيد القوة بشكل كبير عن طريق تشكيل المارتنسيت يتبعه المعالجة. تعتمد الصلابة النهائية على درجة حرارة المعالجة ومحتوى السبيكة؛ قد يحقق DQ-S قوة أعلى للتبريد المعطى بسبب إضافات قابلية التصلب الأعلى قليلاً، لكن BQ-S يمكن أن تقدم توازنًا أفضل بين الصلابة وجودة السطح.
• المعالجة الحرارية الميكانيكية (الدرفلة المتحكم بها): تنتج بنى مجهرية دقيقة الحبيبات مع قوة وصلابة محسنة مع زيادة طفيفة في الكربون؛ تُستخدم على نطاق واسع لـ BQ-S للحفاظ على سلامة السطح.

4. الخصائص الميكانيكية

نظرًا لأن هذه العائلات من الدرجات تعتمد على المعالجة، فإن الخصائص الميكانيكية عادةً ما تُحدد حسب شكل المنتج والمعالجة الحرارية. الجدول أدناه يسرد الخصائص النسبية النموذجية لمقارنة التصميم؛ يجب أخذ القيم المطلقة من بيانات المورد.

تفسير: - تميل BQ-S إلى التأكيد على توازن بين الصلابة والمرونة مع خصائص متسقة وأقل عدد من الفشل الناتج عن السطح. - يمكن تعديل DQ-S للحصول على مستويات قوة أعلى على حساب التحكم في جودة السطح الأقل صرامة.

5. قابلية اللحام

تتأثر قابلية اللحام بمحتوى الكربون، والسبيكة، وقابلية التصلب العامة. تشمل المؤشرات التجريبية المفيدة معادلة الكربون IIW و Pcm الأكثر تفصيلاً.

• مناقشة عامة:
• تحسن محتوى الكربون المنخفض والمحتوى المنخفض من السبيكة من قابلية اللحام وتقلل من متطلبات التسخين المسبق.
• تزيد عناصر السبيكة الدقيقة (V، Nb، Ti) وارتفاع Mn/Cr/Mo من قابلية التصلب وإمكانية حدوث تشققات في منطقة الحرارة المتأثرة؛ لذلك، يجب أن تأخذ إجراءات اللحام ذلك في الاعتبار.

• تحافظ درجات BQ-S غالبًا على مستويات كربون وشوائب أقل أو أكثر تحكمًا للحفاظ على سلامة السطح ولتبسيط التشطيب بعد اللحام.

• معادلات للتقييم النوعي:

• معادلة الكربون IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ التفسير النوعي: يشير $CE_{IIW}$ الأعلى إلى قابلية تصلب أكبر وخطر أعلى من تشققات منطقة الحرارة المتأثرة؛ تشير القيم المنخفضة إلى سهولة اللحام مع أقل تسخين مسبق.

• Pcm الأكثر شمولاً: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ التفسير النوعي: يعطي $P_{cm}$ توقعًا مصقولًا لقابلية حدوث تشققات باردة؛ القيم المنخفضة مفضلة للحام الروتيني.

• إرشادات عملية:

• بالنسبة لأي درجة، اتبع توصيات المورد للحام، وطبق التسخين المسبق/ما بعد التسخين حيثما دعت الحاجة، واستخدم المعادن المالئة المناسبة المتطابقة مع الكيمياء والأداء الميكانيكي المطلوب.
• قد تتطلب BQ-S معالجة أكثر حذرًا لتجنب تلف السطح أثناء اللحام والتشطيب اللاحق، لكن محتواها المنخفض من الشوائب يمكن أن يبسط إجراءات اللحام.

6. التآكل وحماية السطح

• تعتمد الفولاذات غير المقاومة للصدأ (النموذجية لـ BQ-S و DQ-S) على الطلاءات والمعالجات السطحية:
• الحمايات الشائعة: الغلفنة بالغمر الساخن، الطلاء الكهربائي، الطلاءات العضوية (الدهانات، الطلاء المسحوق)، وطلاءات التحويل (الفوسفات).
• تحسن نظافة السطح وجودة التشطيب في BQ-S من التصاق الطلاء وتجانسه؛ تقلل العيوب السطحية الأقل من مواقع بدء التآكل تحت الفيلم.
• بالنسبة للمتغيرات المقاومة للصدأ أو السبيكة (إذا كانت موجودة)، فإن مؤشرات التآكل المحلية مثل PREN قابلة للتطبيق: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• إذا كانت المتغيرات BQ-S أو DQ-S تحتوي على كميات كبيرة من Cr/Mo/N، استخدم PREN لمقارنة مقاومة التآكل؛ خلاف ذلك، لا ينطبق PREN على الفولاذ الكربوني النموذجي.
• متى يجب الاهتمام بالسطح: الأجزاء المعرضة للتعب، والاتصالات المنزلقة، أو المكونات الحرجة من الناحية الجمالية تتطلب التحكم الأعلى في السطح من عائلة BQ-S لتعظيم عمر الطلاء وتقليل الفشل الناتج عن التآكل.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل:
• يؤثر محتوى الكبريت والإضافات القابلة للتشغيل على قابلية التشغيل. قد تحتوي متغيرات DQ-S المخصصة كدرجات قابلة للتشغيل على S أعلى أو Pb/Ca مضافة، مما يحسن قابلية التشغيل ولكنه يقلل من مقاومة التعب.
• عادةً ما تحتوي BQ-S على S منخفض وتحكم صارم في الشوائب، مما يقلل قليلاً من قابلية التشغيل الخام ولكنه ينتج تشطيبًا سطحيًا متفوقًا بعد التشغيل.
• قابلية التشكيل والانحناء:
• يمكن تشكيل كلتا الدرجتين عندما يتم تحديد المرونة، لكن حالة السطح في BQ-S تقلل من خطر تشققات السطح أثناء عمليات التشكيل.
• التشطيب:
• تتطلب BQ-S معالجة أكثر لطفًا لتجنب تشويه السطح؛ يكون التلميع والطحن الدقيق أكثر سهولة لأن العيوب أقل.
• غالبًا ما يُفضل DQ-S حيث ستؤدي المعالجة الكبيرة أو التشطيب الخشن إلى إزالة عيوب السطح.

8. التطبيقات النموذجية

مبررات الاختيار: - اختر BQ-S عندما تكون سلامة السطح، وعمر التعب، وأداء الطلاء، أو المظهر الجمالي حاسمة. - اختر DQ-S عندما تكون التكلفة، والتوافر، أو الحاجة إلى إزالة المواد بشكل كبير تفوق الحاجة إلى سطح مصمم.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة:
• عادةً ما تكون BQ-S أغلى بسبب التحكم الأكثر صرامة في العملية، وعمليات التشطيب الإضافية، ومعايير الكيمياء/الشوائب الأكثر صرامة.
• عادةً ما تكون DQ-S أقل تكلفة ويتم إنتاجها مع خطوات تشطيب أقل.
• التوافر حسب شكل المنتج:
• تكون كلتا الدرجتين متاحة عادةً كقضبان، وعصي، ومسبوكات، لكن قد تكون BQ-S في بعض الأقطار أو فئات التشطيب محدودة على الموردين المتخصصين.
• يمكن أن تكون أوقات التسليم لـ BQ-S أطول إذا كانت المطاحن تنتج دفعات لتلبية تسامحات التشطيب الصارمة.

10. الملخص والتوصية

التوصية: - اختر BQ-S إذا كنت بحاجة إلى سلامة سطح متفوقة، وأداء تعب أفضل، والتصاق طلاء متفوق، أو الحد الأدنى من المعالجة اللاحقة لتحقيق التشطيب النهائي للسطح. تشمل حالات الاستخدام النموذجية المحاور الدوارة الدقيقة، والأسطح المحامل، والمكونات المعمارية المكشوفة. - اختر DQ-S إذا كانت أولويتك هي انخفاض تكلفة المواد، وزيادة التوافر، أو كنت تنوي إجراء معالجة ثقيلة ستزيل عيوب السطح. DQ-S مناسب جيدًا للمكونات الهيكلية، والأجزاء المعالجة بشكل خشن، وحيث يتم الحصول على التشطيب النهائي للسطح من خلال عمليات ثانوية.

ملاحظة نهائية: غالبًا ما تكون BQ-S و DQ-S تسميات محددة من قبل المورد تعكس مزيجًا من الكيمياء، والمعالجة، وفلسفة التشطيب. للتصميم الهندسي والمشتريات، اطلب دائمًا شهادات المطاحن وتقارير الاختبار الميكانيكية، وحدد معايير قبول السطح المطلوبة، وعرّف إجراءات اللحام/المعالجة الحرارية لضمان تلبية الدرجة المختارة لمتطلبات الخدمة.