Q235 مقابل Q255 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

غالبًا ما يختار المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بين Q235 و Q255 عند تحديد الفولاذ الكربوني الهيكلي للإطارات الملحومة والألواح والأقسام. عادةً ما يوازن القرار بين التكلفة وسهولة التصنيع مقابل الحاجة إلى قوة عائد أعلى وأداء في الخدمة (على سبيل المثال: سعة تحميل أعلى أو حجم مقطع أقل). تشمل سياقات القرار النموذجية الأعضاء الهيكلية الملحومة والتصنيع العام وأوعية الضغط أو التخزين ذات الاستخدام المعتدل حيث تهم كل من القوة وقابلية اللحام.

التمييز الفني الرئيسي بين Q235 و Q255 هو قوة العائد التصميمية: يتم تحديد Q255 إلى حد أدنى أعلى من Q235. تدفع هذه الهدف من العائد إلى اختلافات دقيقة في التحكم الكيميائي والمعالجة والتجارة في الاختيار التي تجعل الدرجتين تقارن عادة في التصميم والتصنيع.

1. المعايير والتسميات

• GB (جمهورية الصين الشعبية): Q235، Q255 (درجات الفولاذ الكربوني الهيكلي الوطنية). يتم تصنيفها كفولاذ هيكلي كربوني.
• معادلات النظام الأخرى (وظيفية، ليست متطابقة): غالبًا ما يتم مقارنة Q235 مع ASTM A36 / EN S235JR في التطبيقات الهيكلية، ولكن يتطلب التماثل المباشر مراجعة الكيمياء والاختبارات الميكانيكية.
• التصنيف: كل من Q235 و Q255 هما فولاذان كربونيان عاديان (خاليان من السبائك)، وليس فولاذ مقاوم للصدأ أو أدوات أو فولاذ عالي القوة منخفض السبيكة (HSLA) بالمعنى الحديث—على الرغم من أن ممارسة المصنع قد تشمل السبيكة الدقيقة أو الدرفلة المنضبطة لتلبية الخصائص الميكانيكية.

ملاحظة: تختلف المعايير وأشكال المنتجات (لوح، شريط، قضيب، قسم)؛ يجب دائمًا تحديد المعيار الدقيق وشكل المنتج المطلوب في أوامر الشراء.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

تلخص الجدول أدناه الحضور النسبي للعناصر الرئيسية وأدوارها. تصف هذه الإدخالات ممارسة المصنع النموذجية والمستويات النسبية بدلاً من الحدود القياسية الوصفية—يجب استشارة شهادات المصنع والمعيار المعمول به لقيم العقد.

عنصر	Q235 (مستوى نسبي نموذجي)	Q255 (مستوى نسبي نموذجي)	الغرض / التأثير
C (الكربون)	منخفض إلى معتدل (يتحكم في القوة)	منخفض إلى معتدل (غالبًا ما يتم التحكم فيه لتلبية عائد أعلى دون صلابة مفرطة)	التحكم الأساسي في القوة؛ زيادة C تزيد القوة وقابلية التصلب ولكن تقلل من قابلية اللحام والليونة.
Mn (المنغنيز)	معتدل (إزالة الأكسدة، القوة)	معتدل (قد يكون أعلى قليلاً أو مضبوطًا بدقة للعائد)	يزيد من قابلية التصلب والقوة؛ يساعد في تعويض انخفاض C من أجل القوة.
Si (السيليكون)	منخفض (عامل إزالة الأكسدة)	منخفض (عامل إزالة الأكسدة)	عامل إزالة الأكسدة؛ تأثير صغير على القوة.
P (الفوسفور)	أثر ضئيل (يتم الحفاظ عليه منخفضًا)	أثر ضئيل (يتم الحفاظ عليه منخفضًا)	شوائب—الزيادة تقلل من المتانة، خاصة عند درجات الحرارة المنخفضة.
S (الكبريت)	أثر ضئيل (يتم الحفاظ عليه منخفضًا)	أثر ضئيل (يتم الحفاظ عليه منخفضًا)	شوائب—تقلل من الليونة وقابلية التشغيل؛ تؤثر تركيبات Mn-S على شكل الكبريتيد.
Cr، Ni، Mo، V، Nb، Ti، B	عادةً أثر ضئيل / غير مضاف عمدًا	عادةً أثر ضئيل / قد تشمل السبيكة الدقيقة في بعض المصانع	عند إضافتها عمدًا، تتحكم هذه في قابلية التصلب، وتكرير الحبوب، والقوة (السبيكة الدقيقة). ليست نموذجية في Q235/Q255 الأساسية ما لم يتم تحديدها.
N (النيتروجين)	أثر ضئيل	أثر ضئيل	يمكن أن يتحد مع Al و Ti و Nb لتشكيل النيتريدات؛ يؤثر على المتانة والشيخوخة.

كيف تؤثر السبيكة على السلوك: - زيادة C أو زيادة السبيكة (Cr، Mo، V) تزيد القوة وقابلية التصلب ولكن تقلل من قابلية اللحام والمتانة إذا لم يتم تعويضها بالمعالجة. - Mn هو العنصر الرئيسي في السبيكة المتعمدة في هذه الدرجات؛ يوازن القوة مع القابلية للتشكيل. - يمكن أن تسمح السبيكة الدقيقة (V، Nb، Ti) بعائد أعلى عند كربون أقل، مما يحسن القوة دون فقدان كبير في قابلية اللحام—إذا كانت موجودة، يجب أن يتم الإعلان عنها في وثائق المصنع.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

الميكروهياكل النموذجية للدرجتين: - تهيمن الميكروهياكل الفريت–بيرلايت على أشكال المنتجات المدرفلة والمطروقة للفولاذ الهيكلي الكربوني. - قد يظهر Q255، بسبب هدفه الأعلى للعائد، نسبة بيرلايت أكبر قليلاً أو حجم حبة فريت أدق من خلال الدرفلة المنضبطة أو السبيكة الدقيقة، ولكن تظل الميكروهياكل الأساسية فريت + بيرلايت في العمليات التجارية العادية.

أثر طرق المعالجة الشائعة: - التطبيع: يكرر الحبوب ويمكن أن ينتج خصائص ميكانيكية أكثر تجانسًا؛ يستخدم عندما تكون المتانة الأفضل مطلوبة. - التبريد والتخمير: ليس شائعًا للفولاذ Q235/Q255؛ ينتج هياكل ميكروية مارتنسيتية أو باينيتية بقوة أعلى بكثير ولكنه خارج نطاق التسمية العادية. - المعالجة الحرارية الميكانيكية المنضبطة (TMCP): عند تطبيقها، تنتج حجم حبة أدق وتحسينات في تركيبات القوة–المتانة مع الحفاظ على الكربون منخفضًا—هذه طريقة شائعة لزيادة العائد دون كربون مفرط.

الآثار: - للتصنيع الروتيني، تتم معالجة كلا الدرجتين لتوفير سلوك فريت–بيرلايت مرن يمكن التنبؤ به. إذا كانت القوة الأعلى مطلوبة مع الحفاظ على قابلية اللحام، ابحث عن نسخ TMCP أو السبيكة الدقيقة بدلاً من زيادة الكربون ببساطة.

4. الخصائص الميكانيكية

التمييز الميكانيكي الرئيسي المضمون هو قوة العائد.

الخاصية	Q235 (نموذجي)	Q255 (نموذجي)	ملاحظات
قوة العائد الاسمية (الحد الأدنى)	235 ميجا باسكال	255 ميجا باسكال	هذه القيم الاسمية هي نقاط قوة العائد التصميمية التي تشير إليها اسم الدرجة.
قوة الشد	معتدلة؛ تعتمد على شكل المنتج	أعلى قليلاً أو مشابهة؛ تعتمد على شكل المنتج	تعتمد قوة الشد النهائية على السماكة والدرفلة والمعالجة الحرارية.
التمدد (الليونة)	ليونة جيدة للتشكيل واللحام	قابلة للمقارنة ولكن قد تكون أقل قليلاً إذا تم استخدام معالجة عالية القوة	تعتمد الليونة على الكيمياء والمعالجة؛ الكربون المنخفض يحسن الليونة.
صلابة التأثير	جيدة مع المعالجة المناسبة	قابلة للمقارنة إذا تمت معالجتها من أجل المتانة؛ قد تكون أكثر تحفظًا عند درجات الحرارة المنخفضة	تختبر اختبارات شاربي حسب المنتج والمعالجة الحرارية.
الصلابة	صلابة فولاذ هيكلي نموذجية	أعلى قليلاً في المنتج عالي العائد	ترتبط الصلابة بخصائص الشد.

التفسير: - Q255 أقوى وفقًا لمعيار قوة العائد التصميمية؛ اعتمادًا على كيفية إنتاج الفولاذ، يمكن أن يحقق Q255 العائد الأعلى من خلال السبيكة الدقيقة والتحكم في الدرفلة بدلاً من زيادة الكربون بشكل كبير. عندما يتم الحفاظ على الكربون منخفضًا وتستخدم السبيكة الدقيقة/TMCP، يمكن أن تظل المتانة وقابلية اللحام مقبولة. - تحدد المتانة الفعلية والليونة بشكل أكبر من تاريخ المعالجة والشوائب أكثر من الدرجة وحدها.

5. قابلية اللحام

تتحكم قابلية لحام الفولاذ الكربوني بشدة من خلال معادلة الكربون وقابلية التصلب المحلية.

معادلة معادلة الكربون الشائعة (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

مؤشر آخر مستخدم في أوروبا: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - تشير معادلة الكربون المنخفضة (CE) إلى انخفاض خطر التشقق البارد وتقليل متطلبات التسخين المسبق/ما بعد التسخين. - Q235، الذي يتم إنتاجه عادةً بكربون منخفض، يقدم عمومًا قابلية لحام ممتازة لعمليات اللحام الروتينية (SMAW، GMAW، FCAW). - يمكن إنتاج Q255، الذي لديه هدف عائد أعلى، إما عن طريق زيادة الكربون قليلاً أو من خلال استراتيجيات أخرى (تحكم في Mn، سبيكة دقيقة، TMCP). إذا حقق المورد عائدًا أعلى باستخدام السبيكة الدقيقة/TMCP وحافظ على الكربون منخفضًا، تظل قابلية اللحام جيدة. إذا تم استخدام كربون أعلى للوصول إلى العائد، تزداد CE وتصبح متطلبات التسخين المسبق/ما بعد التسخين وإجراءات اللحام المؤهلة أكثر أهمية. - اطلب دائمًا قيم CE أو Pcm في شهادة المصنع واتبع مواصفات إجراءات اللحام المعمول بها (WPS). بالنسبة للهياكل الملحومة الحرجة، قم بتنفيذ توصيات PWHT والتحكم في الهيدروجين حسب الحاجة.

6. التآكل وحماية السطح

• هذه الدرجات هي فولاذ كربوني عادي (غير مقاوم للصدأ)؛ مقاومة التآكل محدودة بمقاومة الفولاذ الكربوني غير السبيكي.
• استراتيجيات الحماية النموذجية:
• التغليف بالغمس الساخن لمقاومة التآكل الجوي.
• الطلاءات العضوية (البرايمرات، الدهانات، الطلاءات المسحوقة) للأنظمة الهندسية.
• الطلاءات المعدنية (البرايمرات الغنية بالزنك، الطلاءات الإيبوكسية) حسب التعرض.
• PREN (عدد مقاومة التآكل) هو مؤشر فولاذ مقاوم للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• غير قابل للتطبيق على Q235/Q255 لأنها لا تحتوي على ما يكفي من Cr أو Mo أو N لتكون مقاومة للصدأ.
• إذا كانت مقاومة التآكل مطلوبة أكثر من الفولاذ الكربوني المطلي، حدد سبائك مقاومة للصدأ أو مقاومة للتآكل بدلاً من الاعتماد على Q235/Q255.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، والقابلية للتشكيل

• التشكيل/الانحناء: يتمتع Q235 بقابلية تشكيل جيدة جدًا بسبب العائد المنخفض؛ يمكن تشكيل Q255 ولكن قد يتطلب أشعة انحناء أكبر أو مزيد من القوة حسب المنتج والحرارة.
• القطع: تنطبق نفس الممارسات؛ القطع بالأكسجين، الليزر، والقطع بالبلازما هي روتينية. قد تؤدي النسخ الأكثر صلابة أو عالية القوة إلى مزيد من تآكل الأدوات.
• قابلية التشغيل: تتمتع الفولاذات منخفضة الكربون بقابلية تشغيل معتدلة؛ تحسينات الكبريت أو النسخ القابلة للتشغيل (ليست معيارية لـ Q235/Q255) تحسن قابلية التشغيل ولكن قد تقلل من خصائص التأثير.
• تشطيب السطح وما بعد المعالجة: كلاهما يقبل اللحام، والثقب، والخيوط، والمعالجات السطحية القياسية بشكل جيد؛ نادرًا ما تكون المعالجة الحرارية بعد اللحام مطلوبة للاستخدام الهيكلي النموذجي ما لم يتم تحديدها.

8. التطبيقات النموذجية

Q235 — الاستخدامات النموذجية	Q255 — الاستخدامات النموذجية
مكونات هيكلية عامة (عوارض، قنوات، أعمدة)	أعضاء هيكلية حيث يسمح العائد الأعلى بتقليل الوزن أو الحجم
التصنيع الملحوم (الإطارات، الرفوف، الحاويات)	إطارات ثقيلة، رافعات، مكونات رفع مع ضغوط تصميم أعلى
ألواح وأوراق للتصنيع العام، خزانات ذات تحميل منخفض	تطبيقات حيث يزيد العائد المعتدل من الهامش دون تغيير فئة المادة
أنابيب وبروفيلات للخدمة غير الحرجة	أجزاء الماكينات حيث يحسن العائد الأعلى من العمر أو الصلابة

مبررات الاختيار: - اختر Q235 لتوافره الواسع، وقابلية اللحام الممتازة، وأقل تكلفة للمادة للمكونات الهيكلية التقليدية. - اختر Q255 عندما تحدد متطلبات المشروع عائدًا أدنى أعلى بحيث يمكن تقليل حجم القسم أو الوزن أو الانحراف مع الاحتفاظ بممارسات التصنيع المماثلة. تأكد مما إذا كان المورد يحقق عائدًا أعلى من خلال السبيكة الدقيقة/TMCP بدلاً من زيادة الكربون.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادةً ما يكون Q255 أغلى قليلاً مقارنةً بـ Q235 بسبب متطلبات الخصائص الأعلى أو المعالجة الإضافية (TMCP، السبيكة الدقيقة). تختلف الزيادة حسب المنطقة والمصنع وظروف السوق.
• التوافر: Q235 شائع جدًا ومتوفر على نطاق واسع في العديد من أشكال المنتجات. Q255 أقل انتشارًا ولكنه متوفر عادةً من المصانع الكبرى؛ يعتمد التوافر على شكل المنتج (لوح، ملف، قضيب) والإنتاج الإقليمي.
• نصيحة الشراء: حدد شهادات الخصائص الميكانيكية وحدود الكيمياء؛ إذا كان هناك نقص حاد في العرض، فكر في تأهيل موردين بديلين أو قبول درجات HSLA المعادلة مع خصائص مضمونة مماثلة.

10. الملخص والتوصية

السمة	Q235	Q255
قابلية اللحام	ممتازة (كربون منخفض، CE منخفضة نموذجية)	جيدة إلى عادلة (تعتمد على الطريق إلى العائد الأعلى؛ السبيكة الدقيقة/TMCP = جيدة)
توازن القوة–المتانة	توازن هيكلي قياسي	عائد أعلى؛ يعتمد التوازن على المعالجة
التكلفة	أقل (منتج على نطاق واسع)	أعلى قليلاً (متطلبات عائد أعلى أو معالجة)

التوصيات: - اختر Q235 إذا كنت تعطي الأولوية لأقصى قابلية للحام، وسهولة التصنيع، وأقل تكلفة للمادة، وأداء هيكلي قياسي حيث يلبي عائد 235 ميجا باسكال متطلبات التصميم. - اختر Q255 إذا كانت التصميم يتطلب عائدًا أدنى أعلى (255 ميجا باسكال) لتقليل أحجام الأقسام أو زيادة سعة التحميل، وقد تحقق من أن كيمياء المورد ومعالجته تحقق هذا العائد دون كربون مفرط قد يضر بقابلية اللحام أو المتانة.

إرشادات الشراء النهائية: - اطلب دائمًا شهادات اختبار المصنع (تركيب كيميائي واختبارات ميكانيكية)، قيم معادلة الكربون، وتفاصيل عن أي معالجة سبيكة دقيقة أو TMCP. - بالنسبة للتجمعات الملحومة في الخدمة الحرجة، حدد التسخين المسبق/ما بعد التسخين المطلوب، والتحكم في الهيدروجين، وقم بإجراء تأهيل الوصلات باستخدام المنتج الفعلي للمورد من الألواح/الأقسام. - عندما تكون مقاومة التآكل، أو الخدمة عند درجات حرارة أعلى، أو المتانة العالية جدًا مطلوبة، فكر في درجات فولاذ بديلة أو اختيارات سبيكة بدلاً من الاعتماد فقط على بدائل Q235/Q255.