L360 مقابل L390 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
تعتبر L360 و L390 فولاذين هيكليين عاليي القوة مرتبطين ارتباطًا وثيقًا، وغالبًا ما يتم تحديدهما حيث يوازن المصممون بين القوة والصلابة وقابلية اللحام والتكلفة. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بشكل متكرر قرار استخدام الدرجة الأقل قوة قليلاً والأكثر تسامحًا (L360) أو L390 الأقوى بشكل تدريجي عند تصميم المكونات الحاملة للأحمال أو التجميعات الملحومة أو الهياكل المصنعة.
الفرق الفني الرئيسي هو زيادة متواضعة ومدروسة في قوة الخضوع (وغالبًا القوة الشد) من L360 إلى L390، والتي تتحقق بشكل أساسي من خلال المعالجة الحرارية الميكانيكية والسبائك الدقيقة بدلاً من التغييرات الدراماتيكية في التركيب الكيميائي الكلي. نظرًا لأن كلا الدرجتين تستهدفان التطبيقات الهيكلية، غالبًا ما يتم مقارنتهما عند تحسين وزن الأعضاء وسمك اللوحات وسلوك التشكيل وإجراءات التصنيع.
1. المعايير والتسميات
- المعايير الشائعة حيث تظهر عائلات الدرجات المماثلة: EN (مثل عائلة EN 10025)، ISO، ASTM/ASME (التسميات الهيكلية)، JIS، والمعايير الوطنية (GB للصين). تختلف سلاسل التسميات الدقيقة حسب هيئة المعايير والمورد.
- التصنيف: كل من L360 و L390 هما فولاذان هيكليان عاليان القوة ومنخفضا السبيكة (HSLA) (ليس فولاذ مقاوم للصدأ، وليس فولاذ أدوات). وهما مخصصان للمكونات الهيكلية الملحومة والمشكلة.
ملاحظة: تختلف أرقام المعايير المحددة وتركيبات الشهادات من مطحنة إلى أخرى حسب المنطقة؛ استخدم دائمًا الدرجة/المعيار المعتمد بالضبط في وثائق الشراء.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة
| العنصر | النطاق النموذجي — L360 (wt%) | النطاق النموذجي — L390 (wt%) |
|---|---|---|
| C | 0.06 – 0.18 | 0.06 – 0.18 |
| Mn | 0.40 – 1.50 | 0.50 – 1.50 |
| Si | 0.10 – 0.50 | 0.10 – 0.50 |
| P | ≤ 0.025 (مراقب) | ≤ 0.025 (مراقب) |
| S | ≤ 0.010 (مراقب) | ≤ 0.010 (مراقب) |
| Cr | trace – 0.30 | trace – 0.35 |
| Ni | trace – 0.30 | trace – 0.30 |
| Mo | trace – 0.15 | trace – 0.15 |
| V | 0.00 – 0.10 (سبيكة دقيقة) | 0.01 – 0.10 (سبيكة دقيقة) |
| Nb (Cb) | 0.00 – 0.06 (سبيكة دقيقة) | 0.00 – 0.06 (سبيكة دقيقة) |
| Ti | 0.00 – 0.02 (إزالة الأكسدة) | 0.00 – 0.02 (إزالة الأكسدة) |
| B | trace (ppm) ممكن | trace (ppm) ممكن |
| N | ppm مراقب | ppm مراقب |
ملاحظات: - هذه النطاقات تمثل الفولاذ الهيكلي HSLA وتوضح استراتيجيات السبيكة النموذجية. التركيبات الدقيقة خاصة بالمطحنة وتخضع للمعيار أو المواصفة المختارة؛ تحقق دائمًا من شهادات المطحنة. - تُستخدم عناصر السبيكة الدقيقة (V، Nb، Ti، وأحيانًا B) بكميات صغيرة لتقليل حجم الحبيبات، وتعزيز تصلب الترسيب، وزيادة قوة الخضوع مع زيادة طفيفة في محتوى الكربون - وهو أمر مهم للحفاظ على قابلية اللحام.
كيف تؤثر السبيكة على الخصائص: - يزيد الكربون من القوة ولكنه يقلل من قابلية اللحام والصلابة عند ارتفاعه. - يساعد المنغنيز والسيليكون في إزالة الأكسدة ويساهمان في القدرة على التصلب. - يسمح استخدام السبيكة الدقيقة (V، Nb، Ti) بزيادة القوة من خلال الترسيب وتكرير الحبيبات دون كربون مرتفع - وهذا هو السبب في أن L390 يمكن أن يكون أقوى مع اختلافات كيميائية طفيفة فقط عن L360. - تحسين التحكم في الفوسفور والكبريت يعزز الصلابة ويقلل من عيوب اللحام.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
- البنية المجهرية النموذجية لكلتا الدرجتين في الحالة المسلمة (المعالجة الحرارية الميكانيكية أو المعالجة العادية): مصفوفة من الفريت مع جزر من الباينيت أو المارتنسيت المعالج ومرسبات السبيكة الدقيقة. يتم تحسين حجم الحبيبات من خلال الدرفلة المراقبة والتبريد المعجل.
- L360: تمت معالجتها لتحقيق توازن بين الفريت القابل للتشكيل والباينيت الناعم؛ تعزز مرسبات السبيكة الدقيقة (NbC، V(C،N)، TiN) المصفوفة.
- L390: تميل إلى استخدام تحكم حراري ميكانيكي أكثر عدوانية قليلاً (درجة حرارة إنهاء درفلة أقل وتبريد أسرع) وتقوية مستهدفة من خلال الترسيب لزيادة قوة الخضوع مع الحفاظ على بنية مجهرية قابلة للتشكيل مماثلة.
استجابة المعالجة الحرارية: - المعالجة العادية: تستعيد بنية مجهرية موحدة ويمكن أن تحسن الصلابة؛ تستجيب كلتا الدرجتين بشكل متوقع. - التبريد والتمليس: ليس شائعًا أو ضروريًا للإمدادات الهيكلية الروتينية؛ عند تطبيقه، يلزم التحكم في التمليس بشكل أكبر لتجنب الإفراط في تمليس مرسبات السبيكة الدقيقة. - معالجة التحكم الحراري الميكانيكي (TMCP): الطريق الصناعي الرئيسي لإنتاج هذه الدرجات - الدرفلة المراقبة بالإضافة إلى التبريد المعجل تعطي القوة/الصلابة المطلوبة دون معالجة حرارية بعد اللحام في معظم الحالات.
4. الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | L360 النموذجي (إرشادي) | L390 النموذجي (إرشادي) |
|---|---|---|
| قوة الخضوع (Rp0.2) | ≈ 360 ميغاباسكال (اسمي) | ≈ 390 ميغاباسكال (اسمي) |
| قوة الشد | ~480 – 620 ميغاباسكال (تعتمد على السمك/العملية) | ~500 – 640 ميغاباسكال (تعتمد على السمك/العملية) |
| التمدد (A%) | ~18 – 26% | ~16 – 24% |
| صلابة التأثير (شاربي V‑notch) | جيدة؛ تعتمد على درجة حرارة الاختبار والسمك (غالبًا ما تحدد عند 0 إلى −20 °م) | مماثلة عند معالجتها من أجل الصلابة؛ قد تتطلب مواصفات أكثر صرامة للاستخدام في درجات الحرارة المنخفضة |
| الصلابة (HB) | عادة في النطاق المعتدل (< 250 HB) | أعلى قليلاً في المتوسط ولكن لا تزال ضمن نطاقات الصلابة القابلة للحام |
التفسير: - توفر L390 زيادة متواضعة ولكن مفيدة في قوة الخضوع مقارنةً بـ L360؛ عادةً ما تزداد قوة الشد بشكل متناسب. - يمكن أن تظل اللدونة والصلابة متشابهة بين الدرجتين إذا تم إنتاج L390 بتوازن مناسب من TMCP والسبيكة الدقيقة. ومع ذلك، يجب أن يتوقع المصممون انخفاضًا طفيفًا في التمدد وزيادة طفيفة في الصلابة لـ L390، مما يجعل حدود التشكيل أكثر صرامة. - دائمًا ما يُشار إلى حالة الإمداد المحددة (سمك اللوحة، مسار المعالجة، درجة حرارة الاختبار) للحصول على قيم دقيقة.
5. قابلية اللحام
تقييم قابلية اللحام يركز على معادل الكربون وضوابط المعالجة. تساعد السبيكة الدقيقة في الحفاظ على معادلات الكربون منخفضة لتحقيق قوة مستهدفة.
مؤشرات قابلية اللحام الشائعة: - معادل الكربون IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - المعامل 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: - تم تصميم كل من L360 و L390 ليكون لهما $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ منخفضة نسبيًا مقارنةً بالسبائك ذات الكربون العالي. تظهر الدرجات المسبوكة الدقيقة عادةً قابلية لحام جيدة عند اتباع الاحتياطات القياسية. - قد تتطلب L390 مزيدًا من الاهتمام قليلاً للأقسام السميكة (تسخين مسبق، درجة حرارة بينية مراقبة) لأن القدرة على التصلب والقوة الأعلى يمكن أن تزيد من خطر التعرض للتصدع البارد في الأقسام الثقيلة أو الوصلات المعدة بشكل سيء. - مواد اللحام: اختر أقطاب/مواد لحام منخفضة الهيدروجين ومواد تعبئة متطابقة من حيث الصلابة؛ اتبع توصيات المورد بشأن التسخين المسبق ودرجات الحرارة البينية. - نادرًا ما تكون المعالجة الحرارية بعد اللحام مطلوبة للتطبيقات الهيكلية العادية، ولكن قد يتم تحديدها للهياكل الحرجة ذات درجات الحرارة المنخفضة أو الكبيرة/السميكة.
6. التآكل وحماية السطح
- هذه الدرجات هي فولاذ كربوني/HSLA - ليست مقاومة للصدأ. مقاومة التآكل تعادل فولاذ الكربون العادي.
- خيارات الحماية القياسية: الغلفنة بالغمر الساخن، التغطية بالزنك، أنظمة الطلاء/التغليف، الطلاءات الإيبوكسية/العضوية، أو الحماية الكاثودية للخدمة المدفونة أو المغمورة.
- لا تنطبق أرقام PREN (عدد مقاومة التآكل) ومؤشرات الفولاذ المقاوم للصدأ المماثلة على L360/L390 لأنها ليست سبائك مقاومة للصدأ. للاطلاع، تستخدم الاختيارات المقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- في البيئات الجوية، ستوفر L390 المجلفنة حماية مماثلة لـ L360 المجلفنة؛ يجب أن يكون الاختيار مدفوعًا بالمتطلبات الميكانيكية وأهداف عمر الطلاء.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- القطع (اللهب، البلازما، الليزر): تتصرف كلتا الدرجتين بشكل مشابه؛ قد تتطلب L390 قوة أكبر قليلاً أو سرعات قطع أبطأ بسبب قوتها الأعلى قليلاً.
- التشكيل والانحناء: تقدم L360 قابلية تشكيل باردة أفضل قليلاً بسبب قوة الخضوع الأقل؛ قد تتطلب L390 أشعة انحناء أكبر أو تشكيل دافئ للانحناءات الضيقة، خاصة في الأقسام السميكة.
- قابلية التشغيل: كلاهما نموذجي للفولاذ HSLA منخفض الكربون - قابلية تشغيل جيدة ولكن ليست سهلة القطع مثل الفولاذات المحتوية على الرصاص. يمكن أن تقلل القوة الأعلى لـ L390 قليلاً من عمر الأداة أو تتطلب مزيدًا من قوة القطع.
- تشطيب السطح والطحن: تستجيب كلتا الدرجتين بشكل جيد لممارسات التشطيب القياسية؛ لاحظ أن المناطق ذات الصلابة الأعلى (مثل المناطق المتأثرة بالحرارة) قد تحتاج إلى معالجة أو معلمات طحن محددة.
8. التطبيقات النموذجية
| L360 — الاستخدامات النموذجية | L390 — الاستخدامات النموذجية |
|---|---|
| أعمال الفولاذ الهيكلي متوسطة التحمل (العوارض، القنوات، الدعائم) حيث تكون قابلية اللحام والتشكيل ذات أولوية | الصفائح والأقسام الهيكلية حيث يوفر تقليل الوزن المعتدل أو الضغط المسموح به الأعلى توفيرًا في المواد |
| التصنيع العام والتجميعات الملحومة مع أحمال معتدلة | التصنيع المستهدف لسمك أقل لتحقيق قوة معادلة (الجسور، الإطارات الثقيلة) |
| المكونات الميكانيكية التي تتطلب صلابة ولدونة جيدة | المكونات المعرضة لأحمال ثابتة أعلى أو حيث تنطبق حدود انحراف أكثر صرامة |
| الهياكل البحرية مع طلاءات حماية إضافية | البنية التحتية حيث يسمح تحسين القوة بتقليل الأقسام وتوفير التكاليف |
مبررات الاختيار: - اختر L360 حيث تكون الأولوية للتشكيل والانحناء وسهولة اللحام، وتكون التضحيات الصغيرة في الوزن مقبولة. - اختر L390 عندما تتيح القوة الإضافية تصاميم أرق أو أخف وعندما يمكن للمصنعين تلبية ضوابط معالجة أكثر صرامة للحفاظ على الصلابة.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة النسبية: عادةً ما تكون L390 أغلى قليلاً من L360 بسبب ضوابط العملية الأكثر صرامة (TMCP)، وأحيانًا محتوى السبيكة الدقيقة الأعلى وفقدان العائد في المعالجة. الفرق في تكلفة المواد الوحدة متواضع مقارنةً بتوفير التصنيع العام الناتج عن تقليل السمك.
- التوافر: كلاهما متاح عادةً في شكل ألواح ولفائف من مطاحن رئيسية في العديد من المناطق، ولكن التوافر يعتمد على نطاقات منتجات المطاحن المحلية. غالبًا ما تكون متغيرات L360 أكثر انتشارًا؛ قد تكون L390 عرضًا خاصًا في بعض الأسواق أو تتطلب كميات طلب الحد الأدنى.
- أشكال المنتجات: ألواح، لفائف، أقسام مدرفلة على الساخن. يجب تحديد أوقات التسليم واختبارات المطحنة (شاربي، شد) في أوامر الشراء.
10. الملخص والتوصية
| السمة | L360 | L390 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة جدًا | جيدة (تتطلب مزيدًا من التحكم قليلاً في الأقسام السميكة) |
| توازن القوة والصلابة | متوازن؛ أكثر لدونة قليلاً | قوة خضوع/شد أعلى لنفس السمك؛ الصلابة مماثلة إذا تمت معالجتها بشكل صحيح |
| التكلفة (المادة) | أقل | أعلى قليلاً |
التوصيات: - اختر L360 إذا: - كانت التصميمات تعطي الأولوية لسهولة التشكيل واللحام، وكانت أشعة الانحناء الضيقة أو التمدد العالي مطلوبة. - كانت سلاسل إمداد المشروع تفضل الألواح واللفائف المتاحة بسهولة وبتكلفة أقل. - لم تكن توفيرات الوزن دافعًا رئيسيًا.
- اختر L390 إذا:
- ستؤدي الزيادة المتواضعة في الضغط المسموح به أو تقليل سمك اللوحة إلى توفير في التكلفة أو الوزن في التجميع.
- يمكن لمتاجر التصنيع الحفاظ على ضوابط التسخين المسبق/الدرجات البينية الموصى بها للأجزاء الملحومة السميكة.
- يتطلب المشروع قوة خضوع اسمية أعلى مع الحفاظ على قابلية اللحام والصلابة المقبولة.
ملاحظة نهائية: نظرًا لأن كلا الدرجتين جزء من عائلة HSLA وتختلفان بشكل أساسي من حيث المعالجة وتحسين السبيكة الدقيقة بدلاً من الكيمياء المختلفة جذريًا، فإن الاختيار العملي يعتمد غالبًا على الحسابات الهيكلية وقيود التشكيل واعتبارات الإمداد. للتطبيقات الحرجة (خدمة درجات الحرارة المنخفضة، الهياكل الملحومة الثقيلة)، حدد دائمًا درجات حرارة شاربي المطلوبة، وتأثيرات السمك، واطلب شهادات اختبار المطحنة لتأكيد الكيمياء والبيانات الميكانيكية المقدمة.