Q195 مقابل Q235 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

Q195 و Q235 هما نوعان من الفولاذ الكربوني المحدد بشكل شائع وفقًا للتسمية الصينية، ويستخدمان في التطبيقات الهيكلية والتصنيعية والهندسية العامة. غالبًا ما يقرر المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بينهما عند الموازنة بين التكلفة، وقابلية التشكيل، وسهولة اللحام، والحد الأدنى المطلوب من القوة. تشمل سياقات القرار النموذجية اختيار لوح منخفض التكلفة للأجزاء الهيكلية الخفيفة، أو اختيار معدن أساسي للتصنيع الثقيل، أو تحديد ما إذا كانت القوة العالية تبرر تكلفة المواد الإضافية وتعديلات التصنيع.

الفرق العملي الرئيسي بين الدرجتين هو الحد الأدنى من قوة الخضوع والتحكم في السبائك المستخدمة لتحقيق ذلك: Q195 هو فولاذ هيكلي منخفض الخضوع، وسهل التشكيل، ومُحسّن للتصنيع الاقتصادي، بينما Q235 هو فولاذ هيكلي عام ذو قوة خضوع أعلى قليلاً وكيمياء مشابهة بشكل عام. تفسر هذه الخصائص سبب استخدام Q195 في الهياكل والمكونات الخفيفة جدًا، بينما يُستخدم Q235 بشكل أكثر شيوعًا في الأقسام والصفائح الهيكلية العامة.

1. المعايير والتسميات

• Q195 و Q235 هما تسميات من معايير GB الصينية (GB/T). يتم مواجهتهما بشكل شائع في GB/T 700 (صفائح الفولاذ المدرفلة على الساخن، والأوراق، والشرائط للاستخدام الهيكلي العام) والمعايير الوطنية ذات الصلة.
• المعايير الدولية المعادلة/ذات الصلة:
• غالبًا ما يتم مقارنة Q235 بـ ASTM A36 / EN S235 من حيث مساحة التطبيق (فولاذ كربوني هيكلي)، على الرغم من أن التبادل المباشر يتطلب التحقق المحدد من السماكة والمعالجة الحرارية.
• Q195 هو فولاذ كربوني هيكلي من الدرجة الأدنى وليس له معادل دولي مباشر واحد ولكنه يتوافق مع الفولاذات اللينة منخفضة الكربون المستخدمة للأجزاء غير الحرجة والخفيفة.
• التصنيف:
• كلا من Q195 و Q235 هما فولاذات كربونية هيكلية عادية (غير سبيكية، غير مقاومة للصدأ، ليست HSLA وفقًا لتعريفات السبائك الحديثة). لا يمكن معالجتهما كفولاذات سبيكية أو فولاذات أدوات.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

كلا الدرجتين يتم التحكم فيهما كفولاذات منخفضة الكربون مع سبائك محدودة. بدلاً من تقديم تركيبة معتمدة من المصنع (التي تختلف حسب المنتج والشكل)، تلخص الجدول أدناه العناصر النموذجية التي يتم التحكم فيها والدور العام أو المستوى النسبي لكل درجة. تحقق دائمًا من التركيبة النهائية من شهادة اختبار المصنع (MTC) للتطبيقات الحرجة.

عنصر	المستوى النموذجي في Q195	المستوى النموذجي في Q235	الدور / التعليق
C (الكربون)	منخفض جدًا	منخفض–متوسط	يحدد الكربون القوة الأساسية وقابلية التصلب؛ يزيد الكربون العالي من القوة ولكنه يقلل من قابلية اللحام والليونة.
Mn (المنغنيز)	منخفض	متوسط	يزيد المنغنيز من القوة ويزيل الأكسدة من الفولاذ؛ يدعم المنغنيز المعتدل في Q235 قوة الخضوع الأعلى.
Si (السيليكون)	منخفض (مزيل أكسدة)	منخفض (مزيل أكسدة)	السيليكون هو في الأساس مزيل أكسدة؛ يتم الاحتفاظ به منخفضًا لتجنب الهشاشة.
P (الفوسفور)	منخفض تحت السيطرة (شوائب)	منخفض تحت السيطرة (شوائب)	يتم تحديد الفوسفور لتجنب الهشاشة والحفاظ على المتانة.
S (الكبريت)	منخفض تحت السيطرة (شوائب)	منخفض تحت السيطرة (شوائب)	يتم تحديد الكبريت؛ يحسن الكبريت من قابلية التشغيل ولكنه يضر بالمتانة وقابلية اللحام.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	غير سبيكي عمدًا؛ آثار أو غير موجودة	غير سبيكي عمدًا؛ آثار أو غير موجودة	عادةً ما تكون هذه العناصر الدقيقة غير موجودة في Q195/Q235 القياسي؛ وجودها يشير إلى درجة مختلفة (HSLA أو فولاذ سبيكي).
N (النيتروجين)	آثار	آثار	قد يكون النيتروجين موجودًا بمستويات منخفضة؛ يؤثر على الخصائص في بعض العمليات الحرارية الميكانيكية.

كيف تختلف استراتيجية السبائك: - Q195: يتم التحكم في الكيمياء بشكل محافظ لتحقيق أقصى قابلية للتشكيل وتكلفة منخفضة. يتم الاحتفاظ بمستوى الكربون منخفضًا جدًا لتقليل خطر التشقق البارد وتمكين الانحناء والضغط بسهولة. - Q235: يتم التحكم في الكربون والمنغنيز بمستويات أعلى قليلاً لرفع قوة الخضوع لتلبية اسم الدرجة. تظل الكيمياء بسيطة، مما يحافظ على عمليات التصنيع واللحام مباشرة.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنية المجهرية: - تتكون كلا الدرجتين، كما تم إنتاجها في صفائح أو أوراق مدرفلة على الساخن، بشكل أساسي من الفريت والبيرلايت. نظرًا لأن محتوى الكربون منخفض، فإن الفريت هو المرحلة السائدة، مع جزر من البيرلايت توفر القوة. - يميل Q195، الذي لديه مكافئ كربوني أقل، إلى أن يكون لديه نسبة أعلى من الفريت الناعم ومحتوى بيرلايتي أدق، مما يؤدي إلى ليونة أكبر. - يحتوي Q235 على كمية أكبر قليلاً من البيرلايت (وقد يكون لديه كثافة تشوه أعلى قليلاً نتيجة للدرفلة)، مما يوفر قوة خضوع أعلى.

استجابة المعالجة الحرارية والمعالجة: - التطبيع: تأثير خفيف؛ يقوم التطبيع بتنقيح حجم الحبيبات ويمكن أن يزيد قليلاً من القوة والمتانة. تستجيب كلا الدرجتين، ولكن الفائدة عادة ما تكون محدودة لأنها ليست سبيكية للتصلب. - التلدين: سيؤدي التلدين الكامل إلى تليين أي من الدرجتين، مما يزيد من الليونة على حساب القوة؛ يُستخدم عندما يكون التشكيل أو السحب العميق مطلوبًا. - التبريد والتخمير: لا يتم تطبيقها عادةً على هذه الدرجات لأن انخفاض قابلية التصلب (بسبب انخفاض الكربون وغياب السبائك القوية) يحد من قابلية التصلب - غالبًا ما ينتج التبريد مارتنسيت محدود وليس فعالاً من حيث التكلفة. - المعالجة الحرارية الميكانيكية: تُستخدم عمليات التحكم المتقدمة في الدرفلة (TMCP) للفولاذات الحديثة HSLA؛ لا يتم معالجة Q195/Q235 القياسي عادةً بهذه الطريقة، لذا فإن تعديل البنية المجهرية عبر السماكة محدود.

باختصار: كلاهما سهل المعالجة في الحالة المدرفلة على الساخن؛ لا يتم تصميم أي منهما للتصلب من خلال دورات التبريد/التخمير، وكلاهما يستفيد أكثر من الدرفلة المنضبطة والتطبيع عندما تكون هناك حاجة لتعديل الخصائص الطفيفة.

4. الخصائص الميكانيكية

يركز الجدول التالي على الاختلافات الاسمية والخصائص. يتم الإشارة إلى قيم الخضوع الدنيا من خلال تسمية الدرجة (Q = الخضوع بوحدة ميغاباسكال). تعتمد الخصائص الفعلية على السماكة، وجدول الدرفلة، والمعالجة الحرارية - تحقق من شهادة المصنع.

الخاصية	Q195 (نموذجي)	Q235 (نموذجي)	التطبيق العملي
قوة الخضوع (الحد الأدنى الاسمي)	~195 ميغاباسكال	~235 ميغاباسكال	Q235 لديه حد أدنى مضمون أعلى من الخضوع؛ هذه هي الميزة الرئيسية لتصميم الهيكل.
قوة الشد	أقل من Q235 (تعتمد على المنتج)	أعلى من Q195 (تعتمد على المنتج)	عادةً ما يظهر Q235 قوة شد أعلى بسبب الكربون/المنغنيز الأعلى قليلاً.
التمدد (الليونة)	عمومًا أعلى	أقل قليلاً	عادةً ما يكون Q195 أكثر ليونة وعطاءً في عمليات التشكيل.
صلابة التأثير	قابل للمقارنة عند درجة حرارة الغرفة؛ يمكن أن يكون Q195 أفضل قليلاً في الظروف الباردة بسبب انخفاض الكربون	جيد؛ قد يكون أقل مقاومة للكسر الهش في ظروف درجات الحرارة المنخفضة جدًا	كلاهما مقبول للاستخدام الهيكلي العام؛ تحتاج الخدمة في درجات الحرارة المنخفضة إلى شهادة محددة.
الصلابة	أقل	أعلى قليلاً	سيكون Q235 أكثر صلابة قليلاً، مما يؤثر على التآكل والتشغيل قليلاً.

التفسير: - Q235 أقوى من حيث التصميم (خضوع مضمون أعلى)، بينما يضحي Q195 ببعض القوة من أجل قابلية التشكيل. عادةً ما تكون المتانة عند درجة حرارة الغرفة قابلة للمقارنة؛ يقلل انخفاض الكربون في Q195 من قابلية التصلب والقدرة على الكسر الهش في اللحامات المقيدة أو في درجات الحرارة المنخفضة جدًا.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام بشكل أساسي على محتوى الكربون، ومكافئ الكربون (CE)، ووجود العناصر الدقيقة. بالنسبة للفولاذات الكربونية العادية مثل Q195 و Q235، تكون قابلية اللحام عمومًا جيدة، ولكن الكربون والمانغنيز الأعلى قليلاً في Q235 يزيدان من إمكانية التصلب والتشقق البارد في الأقسام السميكة أو اللحامات المقيدة.

صيغ مكافئ الكربون المفيدة (للتفسير النوعي): - مكافئ الكربون IIW (مفيد للتقييم المقارن السريع): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm الأكثر تفصيلاً (يستخدم في بعض الرموز للتنبؤ بحاجة التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير (نوعي): - عادةً ما تكون كلا الدرجتين ذات قيم منخفضة من $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ مقارنة بالفولاذات السبيكية الأعلى، مما يشير إلى قابلية لحام جيدة مع المواد الاستهلاكية الشائعة، وتسخين مسبق منخفض، وإجراءات بسيطة. - بالنسبة للأقسام السميكة، أو الوصلات المقيدة، أو اللحامات متعددة الممرات، قد يتطلب Q235 مزيدًا من الاهتمام قليلاً (تسخين مسبق، التحكم في درجة حرارة الممرات) مقارنةً بـ Q195 بسبب مكافئ الكربون الأعلى. ومع ذلك، بالنسبة للسماكات الشائعة من الصفائح ولحام البناء، تكون إجراءات اللحام القياسية للفولاذ اللين عادةً كافية. - استخدم دائمًا بيانات MTC لحساب CE أو Pcm واتبع مؤهلات إجراءات اللحام المحددة حسب الرمز/المشروع عند الشك.

6. التآكل وحماية السطح

• لا Q195 ولا Q235 مقاوم للصدأ أو التآكل من حيث الكيمياء. للحماية في البيئات الجوية أو التآكلية، مطلوب الحماية:
• التغليف بالغمس الساخن (طلاء الزنك) للهياكل الخارجية.
• أنظمة الطلاء والدهان للأسطح المعمارية أو المعرضة للبحر.
• التغليف أو السماحات ضد التآكل للبيئات العدوانية.
• رقم مقاومة التآكل (PREN) ذو صلة فقط بالسبائك المقاومة للصدأ وليس له تطبيق على Q195/Q235. صيغة PREN للفولاذ المقاوم للصدأ هي: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• بالنسبة لـ Q195/Q235، يتم تحديد اختيار حماية التآكل بناءً على البيئة، وعمر التصميم، واستراتيجية الصيانة بدلاً من السبائك الجوهرية.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشكيل والانحناء البارد: Q195، مع كربون أقل وقوة خضوع أقل، يكون عمومًا أسهل في الانحناء، والضغط، والتشكيل دون تشقق. يمكن تشكيل Q235 بشكل موثوق ولكن قد يتطلب أشعة انحناء أكبر قليلاً أو عمليات أكثر تحكمًا للانحناءات الضيقة.
• القطع والتشغيل: كلاهما يُقطع ويُشغل مثل الفولاذات منخفضة الكربون. يمكن أن تزيد قوة الشد والصلابة الأعلى قليلاً في Q235 من تآكل الأدوات قليلاً؛ تظل قابلية التشغيل جيدة لكلاهما.
• اللكم والعمل البارد: Q195 أكثر تسامحًا لعمليات التشوه العالي؛ يتحمل Q235 العمليات الشائعة في الورشة ولكن يجب مراقبة الارتداد والتشذيب عند الت tolerances الضيقة.
• تشطيب السطح: كلاهما يأخذ تشطيبات ورشة قياسية، والدهان، والتغليف، وقابل للحام مع المواد الاستهلاكية التقليدية.

8. التطبيقات النموذجية

يلخص الجدول أدناه الاستخدامات الشائعة وأسباب الاختيار.

Q195 — الاستخدامات النموذجية	Q235 — الاستخدامات النموذجية
أجزاء خفيفة من الضغط واللكم، حوامل صغيرة، أغلفة، مكونات صفائح غير هيكلية	صفائح هيكلية عامة، عوارض، قنوات، إطارات فولاذية ملحومة، جسور (غير حرجة)، صفائح البناء
أجزاء مصنعة زخرفية أو محملة بشكل خفيف حيث تكون التكلفة المنخفضة وقابلية التشكيل مهمة	إطارات الآلات، الدعامات، خزانات التخزين (عند تطبيق حماية التآكل)، صفائح الهندسة العامة
أسوار منخفضة التكلفة، درابزينات خفيفة، ومكونات تتطلب تشكيلًا كبيرًا	أقسام وصفائح هيكلية حيث يتطلب التصميم قوة خضوع أعلى كحد أدنى لأمان التصميم

أسباب الاختيار: - اختر Q195 عندما تكون تعقيدات التشكيل، وتكلفة المواد المنخفضة، والليونة العالية هي الأولويات وعندما تسمح الأحمال التصميمية بقوة خضوع أقل. - اختر Q235 عندما يتطلب التصميم قوة خضوع مضمونة أعلى، أو عندما تحدد الرموز والحسابات الهيكلية حدًا أدنى من الخضوع يبلغ 235 ميغاباسكال (أو ما يعادلها).

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادةً ما يكون Q195 أقل تكلفة قليلاً من Q235 بسبب متطلبات أدائه الميكانيكي الأقل وأهداف المعالجة الأبسط. يختلف الهامش حسب ظروف السوق والسماكة/الشكل.
• التوافر: يتم تخزين Q235 بشكل أكثر شيوعًا وتحديده للتطبيقات الهيكلية، لذا فهو غالبًا ما يكون أكثر توفرًا في الصفائح والأقسام واللفائف القياسية. يتوفر Q195 ولكنه أكثر شيوعًا في الأوراق منخفضة التكلفة وخطوط المنتجات المحددة.
• أشكال المنتجات: كلاهما متاح على نطاق واسع كصفائح مدرفلة على الساخن، وأوراق، ولفائف. بالنسبة للأقسام الثقيلة أو المنتجات الهيكلية المعتمدة، يتم تقديم Q235 بشكل أكثر شيوعًا مع وثائق فحص معترف بها وشهادة اختبار المصنع.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي):

الجانب	Q195	Q235
قابلية اللحام	جيدة جدًا (أسهل بسبب انخفاض الكربون)	جيدة جدًا (CE أعلى قليلاً؛ راقب الأقسام السميكة)
توازن القوة–المتانة	قوة خضوع أقل، ليونة أعلى؛ متانة جيدة	قوة خضوع أعلى؛ أقل ليونة قليلاً ولكن متانة قوية للاستخدام الهيكلي النموذجي
التكلفة	أقل (اقتصادي)	متوسطة (قبول أوسع في السوق)

التوصيات: - اختر Q195 إذا: - كان تصميمك يركز على التشكيل، والانحناء، أو السحب العميق ولا يتطلب قوة خضوع عالية كحد أدنى. - كنت تعطي الأولوية لتكلفة المواد والتصنيع البسيط للأجزاء غير الحرجة والخفيفة. - سيتم استخدام المكون في بيئة حيث لا تكون القوة المعززة ضرورية وسيتم تطبيق حماية التآكل القياسية.

• اختر Q235 إذا:
• حدد التصميم أو الرمز الهيكلي حدًا أدنى من الخضوع يبلغ ~235 ميغاباسكال أو فولاذ هيكلي معادل.
• كنت بحاجة إلى توازن بين القوة الأعلى مع قابلية لحام جيدة للتطبيقات الهيكلية العامة، والصفائح، والأقسام.
• تفضل درجة متاحة على نطاق واسع مع وثائق مصنع قياسية للبناء أو تصنيع المعدات.

ملاحظة أخيرة: Q195 و Q235 تخدمان مجالات متداخلة ولكن متميزة في العمل الهيكلي والتصنيعي. بالنسبة للتصاميم الحرجة من حيث السلامة أو التي تخضع للرموز، تحقق دائمًا من البيانات الميكانيكية والكيميائية من شهادة اختبار المصنع، واحسب قيم مكافئ الكربون عند اللحام، واختر الطلاءات الواقية وفقًا لظروف الخدمة.