CRB550 مقابل CRB650 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

CRB550 و CRB650 هما درجتان من قضبان التسليح المدرفلة على البارد وعالية القوة، تُستخدمان في التطبيقات الهيكلية والصناعية والبنية التحتية. يقوم المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بشكل متكرر بوزن المزايا والعيوب بين هذه الدرجات عند تحسين سعة التحميل، وقابلية اللحام، والصلابة، والتكلفة، والتصنيع اللاحق. تشمل سياقات القرار النموذجية اختيار درجة للتفاصيل الزلزالية حيث تكون اللدونة حاسمة، أو اختيار قضيب عالي القوة لتقليل أحجام المقطع، أو تحديد درجة توازن بين قابلية اللحام والصلابة للتصنيع المسبق.

التمييز العملي الرئيسي بين الدرجتين هو مستوى قوة العائد الاسمي: تستهدف CRB550 عائد تصميم أقل (حوالي 550 ميجا باسكال)، بينما تستهدف CRB650 عائد تصميم أعلى (حوالي 650 ميجا باسكال). نظرًا لأن الدرجة الأعلى قوة تحقق خصائصها من خلال زيادة سبائكية أعلى، أو معالجة حرارية ميكانيكية مختلفة، أو كليهما، فإن المقارنة عادة ما تركز على القوة مقابل اللدونة/الصلابة، وقابلية اللحام، والتكلفة.

1. المعايير والتسميات

تشمل المعايير الرئيسية وأنظمة التسمية التي تغطي قضبان التسليح ودرجات قضبان التسليح المدرفلة على البارد عالية القوة: - GB/الصين: تُستخدم تسميات محلية مثل CRB (قضيب مدرفل على البارد) جنبًا إلى جنب مع معايير GB/T لقضبان التسليح. - EN (المعايير الأوروبية): فئات مثل B500 وبدائل عالية القوة؛ لا تستخدم EN تسمية CRB مباشرة ولكنها تعمل كمرجع للأداء. - ASTM/ASME (الولايات المتحدة الأمريكية): ASTM A615/A706 للقضبان المشوهة، A1035 لقضبان التسليح الميكروسبائكية؛ قد تقع درجات عالية القوة المدرفلة على البارد تحت مواصفات منتجات خاصة. - JIS (اليابان): معايير الفولاذ المسلح والمنتجات المدرفلة على البارد مع فئات ميكانيكية مكافئة.

التصنيف: كل من CRB550 و CRB650 هما فولاذان كربونيان منخفضا السبائك في فئة الفولاذ عالي القوة منخفض السبائك (HSLA) بدلاً من الفولاذ المقاوم للصدأ أو الفولاذ الأدوات أو الفولاذ عالي السبائك. يتم إنتاجهما عادة كقضبان مدرفلة على البارد/مدرفلة على البارد ذات أضلاع (قضبان مشوهة) أو كقضبان هيكلية مدرفلة على البارد حسب الممارسة الإقليمية.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

الهدف من التحكم في الكيمياء لدرجات CRB هو تحقيق توازن بين القوة واللدونة والصلابة وقابلية اللحام. تعتمد استراتيجيات السبائك على زيادات معتدلة في الكربون والمنغنيز، والسيليكون المتحكم فيه، وإضافات صغيرة من العناصر الميكروسبائكية (V، Nb، Ti) لتمكين تقوية الترسيب وتنقيح حجم الحبيبات. عادة ما يتم تحديد الكروم والموليبدينوم والنيكل أو غيابها لأسباب تتعلق بالتكلفة وقابلية اللحام، باستثناء الحالات التي تتطلب صلابة معينة أو مقاومة بيئية.

جدول: نطاقات التركيب الكيميائي التمثيلية (ممارسة صناعية نموذجية؛ استشر مواصفات المنتج المحددة للحدود المعيارية)

عنصر	CRB550 (نطاقات نموذجية، wt%)	CRB650 (نطاقات نموذجية، wt%)
C	0.05 – 0.20 (النهاية الأقل شيوعًا)	0.08 – 0.22 (تميل إلى الأعلى)
Mn	0.30 – 1.50	0.50 – 1.60
Si	0.02 – 0.60	0.02 – 0.60
P	≤ 0.035 (منخفضة تحت السيطرة)	≤ 0.035
S	≤ 0.035 (منخفضة تحت السيطرة)	≤ 0.035
Cr	≤ 0.30 (غالبًا غائبة)	≤ 0.30
Ni	عادةً ما تكون بكميات ضئيلة / غائبة	عادةً ما تكون بكميات ضئيلة / غائبة
Mo	عادةً ما تكون بكميات ضئيلة / غائبة	عادةً ما تكون بكميات ضئيلة / غائبة
V	0 – 0.12 (ميكروسبائكية)	0 – 0.12 (ميكروسبائكية)
Nb	0 – 0.06 (ميكروسبائكية)	0 – 0.06
Ti	0 – 0.03 (إزالة الأكسدة/استقرار)	0 – 0.03
B	بكميات ضئيلة، تحت السيطرة (مستوى ppm)	بكميات ضئيلة، تحت السيطرة (مستوى ppm)
N	بكميات ضئيلة، تحت السيطرة	بكميات ضئيلة، تحت السيطرة

كيف تؤثر السبائك على الأداء: - يزيد الكربون والمنغنيز بشكل أساسي من القوة والصلابة ولكن يقلل من قابلية اللحام واللدونة مع ارتفاعهما. - تمكّن العناصر الميكروسبائكية (V، Nb، Ti) من تقوية الترسيب وتنقيح الحبيبات، مما يسمح بتحقيق قوى عائد أعلى مع كربون أقل - مما يحسن الصلابة مقارنة بالأساليب المعادلة للكربون. - تعتبر مستويات منخفضة من P و S حاسمة للصلابة وقابلية اللحام؛ يؤثر التحكم في N على الترسيب والصلابة عند دمجه مع الميكروسبائكية.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

تعتمد البنى المجهرية النموذجية لقضبان التسليح عالية القوة المدرفلة على البارد على التركيب والمعالجة الحرارية الميكانيكية: - CRB550: يتم تحقيقها من خلال مزيج من الدرفلة الساخنة المتحكم فيها تليها تقليل بارد و/أو تبريد متحكم فيه لإنتاج بنية مجهرية من الفريت-البرليت الدقيقة أو البنية الباينيتية/الفريتية المعالجة. يمكن أن تنتج الميكروسبائكية كربيدات/نيتريدات متناثرة تنقي حجم الحبيبات وتساهم في قوة العائد. - CRB650: تتطلب عادةً آليات تقوية أعلى - زيادة كثافة الانزلاق من العمل البارد، تقوية الترسيب الأقوى (VN، NbC)، أو نسبة أعلى من المكونات المجهرية الأقوى مثل الباينيت المعالج أو الباينيت المنخفض. قد تُستخدم معالجة حرارية ميكانيكية متحكم فيها (TMCP) مع تبريد متسارع أو معالجة تبريد وتحميص متحكم فيها.

استجابة المعالجة الحرارية: - ستحسن المعالجة العادية/التنقيح من الصلابة في كلا الدرجتين؛ قد تتطلب CRB650 معالجة أكثر عدوانية لتخفيف الضغوط وتحسين اللدونة. - يمكن أن تنتج طرق التبريد والتحميص قوة عالية في أي من الدرجتين، ولكن نافذة المعالجة للحصول على صلابة كافية دون تشققات تضيق لـ CRB650 بسبب أهداف الصلابة والقوة الأعلى. - تعتبر الدرفلة الباردة والتخفيف اللاحق أو التحميص عند درجات حرارة منخفضة شائعة لقضبان التسليح المدرفلة على البارد للتحكم في الضغوط المتبقية والشكل.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: خصائص الخصائص الميكانيكية النموذجية (نطاقات صناعية تمثيلية؛ تحقق من المورد أو المعيار)

الخاصية	CRB550 (نموذجي)	CRB650 (نموذجي)
قوة العائد الاسمي (Rp0.2)	~550 ميجا باسكال (درجة التصميم)	~650 ميجا باسكال (درجة التصميم)
قوة الشد	~600 – 780 ميجا باسكال	~700 – 900 ميجا باسكال
التمدد (Agt أو A%)	~10 – 18% (لدونة أعلى)	~6 – 15% (لدونة أقل)
صلابة التأثير (شاربي، نوعية)	عادة ما تكون أعلى عند درجات حرارة منخفضة	أقل؛ تحتاج إلى معالجة دقيقة لتلبية مواصفات التأثير
الصلابة	متوسطة (أسهل في التشغيل/التشكيل)	أعلى (زيادة تآكل الأدوات)

التفسير: - تعتبر CRB650 الدرجة الأقوى من حيث التصميم، مع سعات أعلى من العائد والشد. يتم الحصول على القوة المتزايدة عادةً من خلال زيادة كثافة الانزلاق، وتقوية الترسيب، وأحيانًا زيادة طفيفة في الكربون/المنغنيز. - تقدم CRB550 عمومًا لدونة أعلى وامتصاص أفضل للطاقة (صلابة)، مما يكون مفيدًا للأحمال الديناميكية والتطبيقات الزلزالية. - تميل CRB650 عالية القوة إلى أن تكون لها صلابة أعلى وتمدد أقل، مما يمكن أن يؤثر على تفاصيل الانحناء والاتصال.

5. قابلية اللحام

تتحكم قابلية اللحام لدرجات CRB بمحتوى الكربون، والمعادل الكربوني (الصلابة)، والعناصر الميكروسبائكية. هناك مؤشرين شائعين الاستخدام:

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

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: - يشير ارتفاع $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$ إلى زيادة الصلابة وزيادة خطر التشقق البارد في منطقة التأثير الحراري (HAZ) إذا لم يتم تطبيق تسخين مسبق ومعالجة حرارية بعد اللحام بشكل صحيح. - تظهر CRB650، التي لديها قوة مستهدفة أعلى ومحتوى سبائكي أو ميكروسبائكي أعلى، غالبًا معادلاً كربونيًا أعلى من CRB550 وبالتالي تتطلب إجراءات لحام أكثر تحفظًا (درجات حرارة بينية متحكم فيها، إدخال حرارة أقل أو تسخين مسبق مناسب). - يمكن أن يساعد استخدام متغيرات منخفضة الكربون مع الميكروسبائكية (Nb، V) في الوصول إلى قوة أعلى مع الحفاظ على $CE_{IIW}$ معتدلاً؛ مما يحسن قابلية اللحام مقارنة بزيادة الكربون ببساطة. - لممارسة البناء: اختر المعادن المالئة المناسبة، اتبع إرشادات التسخين المسبق/بعد اللحام، قلل من القيود، وقم بإجراء تأهيل إجراءات اللحام لـ CRB650 بعناية أكبر من CRB550.

6. التآكل وحماية السطح

• لا تعتبر CRB550 ولا CRB650 فولاذًا مقاومًا للصدأ؛ مقاومة التآكل هي تلك الخاصة بالفولاذ الكربوني/السبائكي المنخفض. تشمل طرق الحماية النموذجية الجلفنة (الغمر الساخن)، والدهانات الغنية بالزنك، والطلاءات الإيبوكسية، أو الطلاءات البيتومينية/الحرارية للبناء أو التعرض البحري.
• إذا كانت التطبيق يتطلب مقاومة تآكل جوهرية (بيئات كلوريد، ساحلية، بحرية)، حدد قضبان التسليح المقاومة للصدأ أو سبائك الدوبلكس - درجات CRB ليست بدائل للفولاذ المقاوم للصدأ.
• PREN (عدد مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على قضبان التسليح الكربونية/HSLA، ولكن للسياق في المواد المقاومة للصدأ:

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

• إرشادات عملية: لا تعاني الدرجات عالية القوة من عقوبة تآكل جوهرية، ولكن يجب تطبيق المعالجات السطحية بعناية؛ يمكن أن تعزز الطبقات السطحية الهشة الناتجة عن المعالجات الحرارية أو الطلاءات غير المناسبة من التشقق في CRB650.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع: تزيد صلابة CRB650 الأعلى من تآكل الأدوات وقد تتطلب معدات قطع ذات طاقة أعلى أو تغييرات أكثر تكرارًا في الأدوات مقارنة بـ CRB550.
• الانحناء/التشكيل: عادةً ما تتحمل CRB550 أشعة انحناء أكثر ضيقًا وتشكيل بارد مع خطر أقل من التشقق. بالنسبة لـ CRB650، استخدم أشعة انحناء أكبر واتبع جداول الانحناء الخاصة بالشركة المصنعة أو قم بإجراء اختبارات انحناء.
• الخيوط والتوصيلات الميكانيكية: قد تتطلب القضبان عالية القوة ملفات خيوط خاصة وحدود عزم. يجب أن تأخذ المعالجة للوصلات أو الموصلات الميكانيكية في الاعتبار انخفاض اللدونة وزيادة الصلابة.
• تشطيب السطح والاستقامة: يمكن أن تحتفظ CRB650 عالية القوة بارتداد أكبر بعد التشكيل وقد تكون هناك حاجة لتعويض الارتداد في أدوات التصنيع.

8. التطبيقات النموذجية

استخدامات CRB550	استخدامات CRB650
الخرسانة المسلحة العامة للمباني والجسور والأساسات حيث تكون القوة العالية القياسية واللدونة الجيدة مطلوبة	عناصر عالية السعة حيث يكون تقليل حجم المقطع أمرًا حاسمًا (ألواح ذات تغطية محدودة، مناطق تسليح مزدحمة)
تفاصيل زلزالية وهياكل حيث تكون اللدونة وتفريغ الطاقة من الأولويات	مكونات مسبقة الصنع ومشدودة حيث يسمح العائد العالي بتقليل المقاطع والأوزان
تجمعات مسبقة الصنع حيث يكون اللحام والانحناء الأسهل مفيدًا	إطارات صناعية ثقيلة، أعمدة وعوارض عالية الحمل، أو تعزيزات ترميم حيث تقلل القوة العالية من التدخلات
البنية التحتية حيث يكون توازن التكلفة والأداء مطلوبًا	تطبيقات هندسية متخصصة تتطلب أقصى نسبة قوة إلى وزن

مبررات الاختيار: اختر CRB550 عندما تكون اللدونة وسهولة التشكيل واللحام المباشر هي الاحتياجات الأساسية؛ اختر CRB650 عندما تكون الكفاءة الهيكلية، وتقليل حجم المقطع، أو زيادة سعة التحميل هي الحاسمة ويمكن أن يستوعب المشروع ضوابط لحام وتصنيع أكثر صرامة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادةً ما تكون CRB650 أغلى من CRB550 بسبب استخدام سبائك أعلى، ومعالجة حرارية ميكانيكية إضافية، ورقابة جودة أكثر صرامة. تختلف الزيادة حسب السوق والكمية وشكل المنتج.
• التوافر: تفضل الممارسات القياسية وسعة الإنتاج CRB550 في العديد من المناطق؛ قد تكون CRB650 أقل شيوعًا وأكثر احتمالًا أن تكون متاحة في لفات/عمليات معالجة مخصصة معينة. يمكن أن تحدث أوقات تسليم طويلة لـ CRB650 إذا كان يجب على الموردين جدولة معالجة خاصة.
• أشكال المنتجات: يختلف التوافر حسب الشكل - لفات، قضبان مستقيمة، قضبان ملولبة، أو مخزون مقطوع إلى الطول. تضيف التشطيبات المدرفلة على البارد والتشوهات قيودًا على العرض.

10. الملخص والتوصية

جدول يلخص المزايا والعيوب الرئيسية:

المعيار	CRB550	CRB650
قابلية اللحام	أفضل (خطر CE أقل)	أكثر تطلبًا (احتمال CE أعلى)
توازن القوة والصلابة	صلابة جيدة ولدونة مع قوة معتدلة	قوة أعلى، لدونة أقل؛ تعتمد الصلابة على المعالجة
التكلفة	أقل	أعلى

التوصية: - اختر CRB550 إذا كنت بحاجة إلى توازن موثوق بين اللدونة وسهولة التصنيع وقابلية اللحام للخرسانة المسلحة العامة، أو التفاصيل الزلزالية، أو عندما تكون الإمدادات القياسية والتكلفة المنخفضة هي الأولويات. - اختر CRB650 إذا كان الهدف الرئيسي هو زيادة سعة التحميل لكل منطقة، وتقليل حجم العضو أو وزنه، أو تلبية أهداف سعة هيكلية صارمة، ويمكن لمشروعك استيعاب ضوابط لحام وتعامل وتصنيع أكثر صرامة.

ملاحظة نهائية: تحقق دائمًا من الحدود الكيميائية والميكانيكية الدقيقة مع شهادات المورد ومواصفات المشروع. حيث تكون اللحام أو صلابة درجات الحرارة المنخفضة حاسمة، قم بإجراء تأهيل إجراءات اللحام واختبار التأثير على دفعة المواد الفعلية لتأكيد الامتثال لمتطلبات التصميم.