CR2 مقابل CR3 - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

CR2 و CR3 هما تسميتان تُستخدمان عادةً في الكتالوجات التجارية ومواصفات الشراء لتمييز درجتين ضمن عائلات الفولاذ الكربوني المدلفن على البارد. يواجه المهندسون ومديرو الشراء ومخططو التصنيع غالبًا القرار بين الاثنين عند الموازنة بين التكلفة، وقابلية التشكيل، وقابلية اللحام، والأداء في الخدمة: عادةً ما تعطي CR2 الأولوية لقابلية التشكيل الممتازة والمعالجة الاقتصادية، بينما يتم تحديد CR3 عندما تكون القوة الأعلى أو جودة الحواف المحسنة مطلوبة. يكمن الاختلاف العملي الرئيسي بينهما في خصائص درجتيهما المدلفنتين على البارد - واحدة مُحسّنة للتطبيقات الأكثر ليونة وقابلية للتشكيل العالية، والأخرى للتطبيقات ذات القوة الأعلى والتسامح الأكثر دقة - لذا غالبًا ما يتم مقارنتهما خلال التوازنات التصميمية للطرق، والسحب العميق، والألواح الهيكلية، والتصنيع العام.

1. المعايير والتسميات

• عائلات المعايير الشائعة والمواصفات حيث يتم تعريف أو الإشارة إلى درجات المدلفن على البارد:
• ASTM/ASME (على سبيل المثال، مواصفات الصفائح والشريط المدلفن على البارد تحت عائلة ASTM A1008 / A1011 للفولاذ التجاري)
• EN (على سبيل المثال، سلسلة EN 10130 للفولاذ منخفض الكربون المدلفن على البارد)
• JIS (المعايير الصناعية اليابانية للفولاذ المدلفن على البارد، مثل SPCC)
• GB (المعايير الوطنية الصينية للفولاذ المدلفن على البارد)
• التصنيف: عادةً ما تكون CR2 و CR3 فولاذًا منخفض الكربون مدلفن على البارد (عائلة الفولاذ الكربوني). ليست فولاذًا مقاومًا للصدأ، أو أدوات، أو درجات HSLA بشكل افتراضي، على الرغم من أن بعض الموردين قد يقدمون متغيرات مع عناصر ميكروسبائكية أو إزالة الأكسدة المنضبطة لتلبية خصائص معينة.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

فيما يلي جدول تركيبي نوعي يوضح وجود العناصر النموذجية ودورها في CR2 مقابل CR3. تختلف التركيبات الدقيقة حسب المعيار والمورد؛ تحقق من شهادات المصنع للشراء.

عنصر	CR2 (نموذجي)	CR3 (نموذجي)	ملاحظات
C (الكربون)	منخفض (مصمم لقابلية تشكيل جيدة)	منخفض–معتدل (مرتفع قليلاً أو مضبوط للقوة)	زيادة C تعزز القوة/قابلية التصلب ولكن تقلل من قابلية التشكيل وقابلية اللحام.
Mn (المنغنيز)	معتدل (إزالة الأكسدة، القوة)	معتدل–مرتفع (لزيادة القوة/قابلية التصلب)	Mn هو العنصر الأساسي في السبائك الذي يعزز القوة وقابلية التصلب في الفولاذ منخفض الكربون.
Si (السيليكون)	منخفض (مزيل أكسدة، تقوية محدودة من المحلول الصلب)	منخفض	عادةً ما يتم الحفاظ عليه منخفضًا للحفاظ على جودة السطح وقابلية التشكيل.
P (الفوسفور)	أثر / مضبوط	أثر / مضبوط	يتم الحفاظ عليه منخفضًا؛ يمكن أن تزيد P الأعلى من القوة ولكنها تجعل المادة هشة.
S (الكبريت)	أثر (قد يتم التحكم فيه لقابلية التشغيل)	أثر	S يحسن درجات القطع الحرة ولكنه يضر بقابلية التشكيل وجودة السطح.
Cr (الكروم)	عادةً غائب أو أثر	أثر (سبائك ميكرو اختيارية)	بشكل عام ليس متغير تصميم في الفولاذ المدلفن على البارد؛ الإضافات الصغيرة تحسن قابلية التصلب.
Ni (النيكل)	عادةً غائب	عادةً غائب	ليس شائعًا إلا إذا تم تحديد متغير خاص.
Mo (الموليبدينوم)	عادةً غائب	أثر (نادر)	نادر في درجات CR القياسية؛ يستخدم في المتغيرات السبائكية.
V (الفاناديوم)	عادةً غائب	ربما أثر (متغيرات ميكروسبائكية)	يمكن أن يوفر V تقوية ترسيب إذا كان موجودًا.
Nb (النيوبيوم)	عادةً غائب	ربما أثر في المتغيرات الميكروسبائكية	Nb ينقي الحبوب عند وجوده في الفولاذ الميكروسبائكي.
Ti (التيتانيوم)	أقلية / أثر	أقلية / أثر	يستخدم للتثبيت في بعض الفولاذ المعالج.
B (البورون)	ليس شائعًا	ليس شائعًا	يمكن أن تزيد المستويات المنخفضة جدًا من قابلية التصلب؛ غير شائع في درجات CR التجارية.
N (النيتروجين)	أثر	أثر	يتم التحكم فيه لإدارة الشيخوخة، النيتريدات إذا كانت ميكروسبائكية.

ملخص استراتيجية السبائك: - CR2: مُحسّنة بشكل رئيسي للكربون المنخفض، وقابلية تشكيل جيدة، ومواد متبقية منخفضة للحصول على تشطيب سطحي ممتاز. - CR3: مصممة لتحقيق عائد/شد أعلى من خلال قيود عمل بارد أعلى قليلاً أو ميكروسبائك؛ قد يتم استهداف تسامح أكثر دقة وسمك السطح.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

تبدأ الفولاذ المدلفن على البارد مثل CR2 و CR3 من بنى الفريت-البرليت أو بنى فريتية بالكامل بعد الدرفلة على البارد والتسخين. تنشأ الاختلافات من الكيمياء والمعالجة الحرارية:

• البنية المجهرية النموذجية لـ CR2: فريت ناعم بشكل رئيسي مع برليت متناثر أو مرحلة ثانية ضئيلة؛ مصفوفة مفتوحة ومرنة بعد التسخين. تؤدي عملية التسخين الدفعي أو التسخين المستمر إلى فريت متساوي المحاور وكثافة انزلاق منخفضة - مما يعزز قابلية التشكيل.
• البنية المجهرية النموذجية لـ CR3: مصفوفة فريت مشابهة ولكن مع كثافة انزلاق أعلى بعد عمل بارد أعلى أو مع ترسبات ميكروسبائكية طفيفة (V، Nb) تم تنقيتها خلال الدورات الحرارية. يمكن أن يؤدي الميكروسبائك والتسخين المنضبط إلى إنتاج حبوب فريت أكثر دقة وترسبات كربيد/نيتريد صغيرة تزيد من القوة.

آثار المعالجة الحرارية/المعالجة: - تسخين إعادة البلورة (شائع للصفائح المدلفنة على البارد) يستعيد المرونة في كلا الدرجتين؛ تستهدف CR2 التليين الكامل، بينما قد يتم تسخين CR3 إلى حالة تحافظ على بعض تصلب الشد. - التعديل ليس شائعًا للصفائح المدلفنة على البارد المخصصة لقابلية التشكيل. - التبريد والتسخين غير قابل للتطبيق على الفولاذ المدلفن على البارد القياسي - سيتم استخدامه فقط للمتغيرات السبائكية الخاصة التي تهدف إلى قوة أعلى. - المعالجة الحرارية الميكانيكية أكثر صلة بالمتغيرات الميكروسبائكية حيث تحسن الدرفلة المنضبطة والتبريد المعجل القوة والصلابة.

4. الخصائص الميكانيكية

تختلف الخصائص الميكانيكية مع المعالجة (المعالجة الحرارية، أو تمرير الجلد، أو العمل البارد) والسمك. يقارن الجدول أدناه الاختلافات السلوكية النموذجية؛ تحقق من تقارير اختبار المصنع للقيم الخاصة بالمورد.

الخاصية	CR2 (سلوك نموذجي)	CR3 (سلوك نموذجي)	لماذا
قوة الشد	أقل (مصمم للمرونة)	أعلى (مصمم للقوة)	تزيد كيمياء/معالجة CR3 من الشد من خلال العمل البارد أو الميكروسبائك.
قوة العائد	أقل	أعلى	تزيد السبائك الطفيفة أو التسخين المنخفض من العائد لـ CR3.
التمدد	أعلى (مرونة أفضل)	أقل (مخفضة بسبب زيادة القوة)	توازن بين القوة والمرونة.
صلابة التأثير	جيدة عند درجة حرارة الغرفة؛ صلابة أفضل لـ CR2	كافية ولكن يمكن أن تكون أقل إذا تم تحقيق أهداف القوة الأعلى	تحكم تأثيرات تنقيح الحبوب مقابل الترسيب في الصلابة.
الصلابة	أقل	أعلى	ترتبط بقوة الشد والعمل البارد.

التفسير: ستظهر CR3 عمومًا قوة وصلابة أعلى على حساب بعض المرونة وقابلية التشكيل مقارنةً بـ CR2. تعتمد شدة الاختلافات على نسبة التخفيض البارد، ودورة التسخين، وأي عناصر ميكروسبائكية.

5. قابلية اللحام

تتأثر قابلية اللحام بشكل أساسي بمستوى الكربون، وقابلية التصلب (Mn، Cr، Mo، V)، والعناصر المتبقية. لتقييم القابلية للتصدع الناتج عن الهيدروجين واحتياجات التسخين المسبق، تستخدم الصناعة مؤشرات مثل المعادل الكربوني IIW و 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 النوعي: - CR2: كربون أقل وسبائك أقل → قيم $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ أقل → قابلية لحام جيدة عمومًا مع الحد الأدنى من التسخين المسبق للسمك الشائع. - CR3: يمكن أن يؤدي ارتفاع Mn الطفيف أو الميكروسبائك إلى رفع مؤشرات قابلية التصلب → زيادة خطر الهياكل المارتنسيتية الصلبة في HAZ للأقسام السميكة أو التبريد السريع، وقد يتطلب التسخين المسبق/المعالجة الحرارية بعد اللحام على الأجزاء الأكثر سمكًا.

إرشادات عملية: - بالنسبة للصفائح والسمك الرقيق، يمكن لحام كلا الدرجتين بسهولة باستخدام GMAW/MIG، MAG أو اللحام المقاوم عند اتباع إجراء اللحام الصحيح. - بالنسبة للحام النقاط والأجزاء المطبوعة، غالبًا ما يُفضل CR2 لتقليل مخاطر تشقق اللحام وتحسين قابلية التشكيل؛ قد يحتاج CR3 إلى تعديل المعلمات أو اختيار المعدن الملء لإدارة صلابة HAZ.

6. مقاومة التآكل وحماية السطح

• لا CR2 ولا CR3 فولاذ مقاوم للصدأ؛ مقاومتهما للتآكل هي تلك الخاصة بالفولاذ منخفض الكربون وتعتمد على تشطيب السطح والبيئة.
• طرق الحماية النموذجية: الغلفنة بالغمس الساخن، الطلاء الكهربائي بالزنك، الطلاء المسبق بالطلاءات العضوية (طلاء الملف)، تمرير الزيوت السطحية، أو أنظمة الطلاء.
• المؤشرات الخاصة بالفولاذ المقاوم للصدأ مثل PREN غير قابلة للتطبيق على هذه الدرجات غير المقاومة للصدأ:

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

هذه المؤشر له معنى فقط لتراكيب الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي وبالتالي فهو غير ذي صلة هنا.

ملاحظات الاختيار: - إذا كانت مقاومة التآكل مطلوبة، حدد تشطيبًا مجلفنًا أو مطليًا مسبقًا أو اختر درجة مقاومة للصدأ بدلاً من CR2/CR3. - اعتبارات جودة السطح: غالبًا ما يتم توفير CR2 للحصول على تشطيب سطحي ممتاز مناسب للطلاء/طلاء الملف؛ قد تحتوي CR3 على معالجات سطحية مختلفة قليلاً لتلبية احتياجات الأبعاد/التسامح.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• التشكيل: تقدم CR2 أداءً متفوقًا في السحب العميق والتشكيل بالتمدد بسبب انخفاض العائد وزيادة التمدد. ستظهر CR3، كونها أقوى، ارتدادًا أعلى وتقليلًا في أقصى قابلية للسحب.
• الانحناء: من الأسهل ثني CR2 إلى أشعة ضيقة مع خطر أقل من التشقق. تتطلب CR3 أشعة انحناء أكبر أو تسخينًا وسيطًا للتشوه الشديد.
• قابلية التشغيل: كلاهما جيد في التشغيل؛ يمكن أن تقلل قوة CR3 الأعلى والميكروسبائك المحتملة من قابلية التشغيل مقارنةً بـ CR2. قد يتم تعديل قابلية التشغيل عمدًا عن طريق إضافة الرصاص أو الكبريت في متغيرات القطع الحرة المحددة، ولكن ذلك يقلل من أداء التشكيل.
• تشطيب السطح: يتم تحديد CR2 عادةً حيث يتطلب مظهر سطحي ممتاز (الألواح الخارجية للسيارات، الأجزاء الزخرفية). يمكن استخدام CR3 حيث تكون التسامحات الأبعاد والاستقامة ذات أولوية.

8. التطبيقات النموذجية

CR2 (الاستخدامات النموذجية)	CR3 (الاستخدامات النموذجية)
الألواح الداخلية للسيارات، الأجزاء المطبوعة بالسحب العميق، مكونات الأثاث، الأجهزة حيث تكون قابلية التشكيل وتشطيب السطح حاسمة	الألواح الهيكلية، الأجزاء التي تتطلب عائدًا أعلى أو تحكمًا أبعادًا أكثر دقة، شريط مدلفن على البارد مُعاير للمعالجة الثانوية
قنوات HVAC المطلية أو المطلية مسبقًا، حاويات خفيفة، سلع استهلاكية	مكونات مصنعة حيث تسمح القوة بتقليل السمك لتوفير الوزن أو التكلفة (مع مراعاة حدود التشكيل)
مكونات مصنوعة على البارد العامة، الطوابع، الأقواس الصغيرة	أجزاء ستخضع لتشكيل خفيف ولكن تتطلب قوة ثابتة أعلى (دعامات، أحزمة تعزيز)

مبررات الاختيار: - اختر CR2 عندما يكون السحب العميق، أو تشطيب السطح الضيق، أو أقصى مرونة مطلوبة. - اختر CR3 عندما تكون القوة الأعلى، أو التسامحات الأكثر دقة في السمك، أو تحسين حالة الحواف تفوق على تقليل قابلية التشكيل.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: تميل CR2 إلى أن تكون أقل تكلفة بشكل طفيف لأنها تستهدف كيمياء الكربون المنخفض التجارية ودورات التسخين القياسية. قد تتطلب CR3 علاوة صغيرة إذا كانت تشمل معالجة إضافية، أو درفلة بتسامح أكثر دقة، أو ميكروسبائك.
• التوافر: كلا الدرجتين متاحة عادةً في أشكال الملف، والصفائح، والشريط من مصانع المدلفن على البارد التجارية. غالبًا ما تكون CR2 مخزنة بشكل أوسع بسبب استخدامها العام؛ تتوفر CR3 عادةً ولكن قد يتم تحديدها حسب الطلب عند تسامحات سطحية أو ميكانيكية معينة.

10. الملخص والتوصية

المعيار	CR2	CR3
قابلية اللحام	جيدة جدًا	جيدة - قد تتطلب اهتمامًا للأجزاء الأكثر سمكًا
توازن القوة–الصلابة	قوة أقل، مرونة أعلى	قوة أعلى، مرونة أقل قليلاً
التكلفة	أقل / اقتصادي	أعلى قليلاً / علاوة لمواصفات أكثر دقة

التوصيات: - اختر CR2 إذا كنت بحاجة إلى قابلية تشكيل متفوقة، وأداء سحب عميق، وتشطيب سطحي ممتاز للطلاء أو التغطية، وأقل تكلفة للتصنيع العام للسمك الرقيق. - اختر CR3 إذا كنت تحتاج إلى قوة عائد/شد أعلى للميزات الحاملة للأحمال، أو تحكم أبعاد/سمك أكثر دقة، أو إذا كانت زيادة معتدلة في القوة تسمح بتقليل السمك لتوفير الوزن أو تكلفة المواد - مع قبول بعض الانخفاض في قابلية التشكيل.

نصيحة نهائية للشراء: اطلب شهادات اختبار المصنع وحالة التوريد الدقيقة (معالجة حرارية، تمرير الجلد، درفلة معالجة)، وحدد متطلبات تشطيب السطح والطلاء. قم بإجراء تجارب تشكيل على مستوى الأجزاء وتأهيل إجراءات اللحام حسب الحاجة للتأكد من أن الدرجة المختارة تلبي متطلبات التصنيع والأداء في الخدمة.