Q235 مقابل Q345 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

Q235 و Q345 هما من أكثر الفولاذ الهيكلي استخدامًا في الصين وفي سلاسل التوريد الدولية حيث يتم تحديد منتجات المصانع الصينية. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع غالبًا الاختيار بينهما عند الموازنة بين التكلفة، وقابلية اللحام، وقابلية التشكيل، ومتطلبات القوة أثناء الخدمة. تشمل سياقات القرار النموذجية اختيار المواد لبناء الأعمدة والعوارض، وإطارات الضغط، وأجهزة الرفع، والهياكل الملحومة حيث يجب وزن قوة الخضوع، والصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة، وسهولة التصنيع.

التمييز الفني الأساسي هو أن Q345 هو فولاذ هيكلي عالي القوة أكثر من Q235 بسبب استراتيجيات السبائك والميكروسبائك؛ وهذا يوفر مستوى أعلى من قوة التصميم مع الاحتفاظ بصلابة وقابلية لحام مقبولة في معظم أشكال المنتجات. نظرًا لأن كلا الدرجتين تستخدمان لتطبيقات هيكلية مماثلة، فإن المقارنات المباشرة للتكوين، واستجابة المعالجة، والخصائص الميكانيكية، وسلوك التصنيع تحدد أي درجة هي الأمثل لتطبيق معين.

1. المعايير والتسميات

• GB/T (الصين): يتم تعريف Q235 و Q345 في GB/T 700 (الفولاذ الهيكلي العام) و GB/T 1591 (الفولاذ الهيكلي عالي القوة منخفض السبيكة لنسخ Q345).
• ASTM/ASME: لا توجد أسماء درجات مكافئة مباشرة؛ تشمل العائلات القابلة للمقارنة ASTM A36 (مماثل لـ Q235 في العديد من الخصائص) ودرجات ASTM منخفضة السبيكة المختلفة (للمستويات القوية المشابهة لـ Q345).
• EN (أوروبا): الفولاذ الهيكلي مثل S235JR (قابل للمقارنة تقريبًا مع Q235) و S355 (قابل للمقارنة تقريبًا مع Q345) يخدم فئات قوة مماثلة.
• JIS (اليابان): درجات الفولاذ الهيكلي JIS ليست مكافئة واحد لواحد؛ يجب إجراء المقارنات بناءً على المتطلبات الميكانيكية والكيميائية بدلاً من اسم الدرجة.

التصنيف: - Q235: فولاذ هيكلي كربوني (فولاذ كربوني منخفض). - Q345: فولاذ هيكلي منخفض السبيكة / HSLA (عالي القوة منخفض السبيكة) مع ميكروسبائك محكومة وحدود شوائب أكثر صرامة.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

يوضح الجدول أدناه نطاقات التركيب النموذجية وميزات السبيكة الملحوظة. تختلف الحدود الدقيقة حسب الدرجة الفرعية القياسية (مثل Q235A/B/C/D/E و Q345A/B/C/D/E) وسمك المنتج.

عنصر	Q235 (نسبة الوزن النموذجية %)	Q345 (نسبة الوزن النموذجية %)	ملاحظات
C	0.14–0.22	0.10–0.20	غالبًا ما يحتوي Q345 على نسبة كربون اسمية أقل قليلاً لتحسين قابلية اللحام؛ يتم الحصول على القوة من خلال المنغنيز والميكروسبائك.
Mn	0.30–1.40	1.00–1.60	يزيد المنغنيز الأعلى في Q345 من قوة الشد وقوة الخضوع ويساهم في قابلية التصلب.
Si	0.10–0.35	0.10–0.50	السيليكون هو مزيل للأكسدة؛ له تأثير صغير على القوة.
P	≤0.045 (نموذجي)	≤0.035–0.045	تحسن نسبة الفوسفور المنخفضة في نسخ Q345 من الصلابة.
S	≤0.045 (نموذجي)	≤0.045	تم الحفاظ عليها منخفضة في كلاهما لتجنب الهشاشة.
Cr	أثر	أثر–صغير (≤0.30)	قد تكون موجودة بكميات ضئيلة في دفعات Q345.
Ni	أثر	أثر	ليس عنصر سبيكة مقصود في Q235/Q345 القياسي.
Mo	أثر	أثر	قد يكون الموليبدينوم موجودًا في النسخ الميكروسبائكية أو الدفعات الخاصة.
V, Nb, Ti	أثر / الميكروسبائك ليست نموذجية في Q235	≤0.05 (ميكروسبائك)	يستخدم Q345 عادةً الميكروسبائك (Nb، V، Ti) في بعض الدرجات الفرعية لزيادة الخضوع من خلال تحسين الحبيبات وتقوية الترسيب.
B	أثر	أثر	منخفض جدًا إذا كان موجودًا؛ يمكن أن يؤثر على قابلية التصلب بمستويات ppm.
N	أثر	أثر	يتم التحكم فيه للتأثير على قابلية اللحام والقوة في الفولاذ الميكروسبائكي.

كيف تؤثر السبيكة على الخصائص: - زيادة المنغنيز والميكروسبائك المحكومة (Nb، V، Ti) في Q345 تزيد من قوة الخضوع، وتحسن حجم الحبيبات، وتحسن الصلابة دون زيادة متناسبة في الكربون. - يدعم الكربون المنخفض في كلا الدرجتين قابلية اللحام، بينما تزيد الميكروسبائك ومنغنيز أعلى قليلاً في Q345 من قابلية التصلب وقوة الخضوع. - يتم تحديد الكبريت والفوسفور في كلاهما لتقليل الهشاشة وتحسين الصلابة.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

الميكروهياكل النموذجية بعد الدرفلة: - Q235: ميكروهيكل يتكون أساسًا من الفريت والبرليت بعد الدرفلة الساخنة. ينتج محتوى الكربون المنخفض مصفوفة ناعمة وقابلة للتشكيل نسبيًا مع تقوية محدودة من البرليت. - Q345: فريت-برليت مع حجم حبيبات أدق وأحيانًا ترسبات ميكروسبائكية متناثرة (NbC، V(C،N)، TiN) تقوي من خلال الترسيب وتحسين الحبيبات.

استجابة المعالجة الحرارية: - التلدين/التطبيع: تستجيب كلا الدرجتين للتطبيع مع تحسين الحبيبات وتعديل القوة بشكل معتدل؛ يستفيد Q345 أكثر لأن ترسبات الميكروسبائك تتحكم في نمو الحبيبات. - التبريد والتخمير: يمكن تبريد كلاهما وتخميره، لكن Q345 أكثر قابلية للوصول إلى مستويات قوة أعلى مع كربون أقل لأن الميكروسبائك والمنغنيز يزيدان من قابلية التصلب. يوفر التخمير بعد التبريد توازنًا بين الصلابة والقوة. - معالجة التحكم الحراري الميكانيكي (TMCP): تستخدم على نطاق واسع لـ Q345 لتحقيق ميكروهيكل دقيق وتحسين الصلابة عند مستويات سبيكة أقل. عادةً ما يستخدم Q235 الدرفلة الساخنة التقليدية مع فائدة أقل من TMCP للقوة.

النتيجة: تمكّن سبيكة Q345 وطرق المعالجة الحديثة من تحقيق قوة خضوع أعلى مع صلابة قابلة للمقارنة، مع تحكم أفضل في الخصائص عبر السماكة مقارنةً بـ Q235 العادي.

4. الخصائص الميكانيكية

يوضح الجدول أدناه القيم أو النطاقات الدنيا النموذجية؛ تعتمد القيم الدقيقة على الدرجة الفرعية، والسمك، والمعالجة الحرارية.

خاصية	Q235 (نموذجي)	Q345 (نموذجي)
قوة الخضوع (ميجا باسكال)	~235 (الحد الأدنى المحدد)	~345 (الحد الأدنى المحدد)
قوة الشد (ميجا باسكال)	~375–500	~470–630
التمدد (% في 50 مم)	≥20–26	≥18–22
صلابة التأثير (شاربي V-notch)	تختلف؛ كافية عند درجة حرارة الغرفة؛ صلابة محدودة عند درجات الحرارة المنخفضة ما لم يتم تحديدها	بشكل عام أفضل صلابة عند درجات الحرارة المنخفضة في نسخ TMCP/Q345؛ غالبًا ما يتم تحديدها عند −20 درجة مئوية
الصلابة (HB)	نطاق أدنى، يعتمد على المنتج	نطاق أعلى ولكن لا يزال معتدلًا (مصمم ليكون قابلًا للحام)

التفسير: - Q345 هو الدرجة الأقوى من حيث الحد الأدنى من قوة الخضوع وقوة الشد، بسبب استراتيجية السبيكة والميكروسبائك. - Q235 عمومًا أكثر قابلية للتشكيل في الحالة بعد الدرفلة؛ يوفر Q345 نسبة قوة إلى وزن مواتية مع قابلية تنافسية وتحسين في الصلابة عند معالجته بشكل صحيح. - يجب تحديد صلابة التأثير للخدمة عند درجات الحرارة المنخفضة؛ غالبًا ما تظهر نسخ Q345 المنتجة بواسطة TMCP صلابة متفوقة عند درجات الحرارة دون الصفر.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على محتوى الكربون، ومعادل الكربون، ووجود عناصر الميكروسبائك. المؤشرات المفيدة:

• معادل الكربون لمعهد اللحام الدولي: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• المؤشر التنبؤي الدولي: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - عادةً ما يحتوي Q235 على $CE_{IIW}$ أقل بسبب المنغنيز المعتدل والكربون المنخفض؛ وهذا يؤدي إلى قابلية لحام ممتازة مع متطلبات تسخين مسبق منخفضة للأقسام الرقيقة. - يحتوي Q345 على منغنيز أعلى ويحتوي على عناصر ميكروسبائكية تزيد من $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ قليلاً، لذا قد تكون السيطرة على درجة حرارة التسخين المسبق ودرجة حرارة التداخل أكثر أهمية للأقسام السميكة لتجنب التشقق البارد والتشقق المساعد بالهيدروجين. - ترفع عناصر الميكروسبائك في Q345 من قابلية التصلب محليًا؛ يجب أن تأخذ مواصفات إجراءات اللحام (WPS) في الاعتبار السماكة، ومدخل الحرارة، والتحكم في الهيدروجين. - سيساعد استخدام أقطاب منخفضة الهيدروجين، ومدخل حرارة محكوم، ومعالجة حرارية مسبقة/بعد اللحام (PWHT) عند الحاجة في الحفاظ على سلامة اللحام لكلا الدرجتين.

6. التآكل وحماية السطح

• لا يعتبر كل من Q235 و Q345 فولاذًا مقاومًا للصدأ؛ مقاومة التآكل هي مقاومة فولاذ الكربون العادي منخفض السبيكة.
• طرق الحماية الشائعة: الغلفنة بالغمس الساخن، الطلاء الكهربائي بالزنك، الطلاءات العضوية (الدهانات، الطلاءات المسحوقة)، واحتياطات التآكل في التصميم.
• للتعرضات الجوية أو الكيميائية الخفيفة، فإن الغلفنة بالإضافة إلى الطلاء هي الممارسة المعتادة.

PREN (للسبيكات المقاومة للصدأ) غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات الهيكلية غير المقاومة للصدأ، ولكن من أجل الاكتمال: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ هذه المؤشر ليس له معنى لـ Q235/Q345 لأن مستويات Cr و Mo و N منخفضة جدًا لتوفير مقاومة للتآكل الساكن.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشكيل: Q235 أكثر قابلية للتشكيل للثني البارد، وتشكيل الأسطوانة، والسحب العميق بسبب قوة الخضوع المنخفضة واللدونة العالية. بالنسبة للثنيات ذات نصف القطر الضيق أو التشكيل الواسع، يتطلب Q235 قوة أقل ويظهر مشاكل أقل في الارتداد.
• قابلية التشغيل: كلاهما قابل للتشغيل بشكل معقول؛ قد يقلل Q345 ذو القوة الأعلى من عمر الأداة ويتطلب قوى قطع أعلى قليلاً. تعتمد قابلية التشغيل أيضًا على محتوى الكبريت (تختلف درجات القطع الحرة).
• القطع والثقب: يميل Q235 إلى أن يكون أسهل في القص والثقب. قد يتطلب Q345 أدوات أكثر قوة وقوى أعلى ولكن يمكن معالجته باستخدام معدات التصنيع القياسية.
• إنهاء السطح: كلاهما يقبل إنهاء تقليدي؛ المعالجة المسبقة للغلفنة والطلاء هي نفسها.

8. التطبيقات النموذجية

تطبيقات Q235	تطبيقات Q345
أقسام هيكلية عامة (زوايا، قنوات، عوارض I) في المباني حيث تسود اللدونة والتكلفة المنخفضة	مكونات هيكلية تتطلب قوة خضوع أعلى أو تقليل سمك القسم لنفس الحمل (الجسور، الرافعات، المعدات الثقيلة)
تصنيع خفيف، إطارات، حوامل، أعمال لوحية عامة	إطارات ضغط، هياكل ملحومة ثقيلة، منصات بحرية (حيث تكون القوة والصلابة الأعلى مطلوبة)
أنابيب لأنظمة المياه منخفضة الضغط، حواجز، سياجات	هياكل ملحومة تخضع لأحمال ثابتة أو ديناميكية أعلى؛ قواعد الآلات وملحقات الرفع الثقيلة
مكونات تتطلب تشكيلًا أو تصنيعًا واسعًا وحساسية عالية للتكلفة	تطبيقات تحسين الوزن إلى القوة، أو حيث يجب أن تلبي الأقسام السميكة معايير الصلابة

مبررات الاختيار: - اختر Q235 للأعضاء الهيكلية البسيطة والأجزاء المصنعة حيث تكون التكلفة وقابلية التشكيل هي المحركات الرئيسية. - اختر Q345 عندما تكون هناك حاجة إلى إجهادات مسموح بها أعلى، أو تقليل سمك القسم، أو تحسين الصلابة بتكلفة إضافية معتدلة.

9. التكلفة والتوافر

• عادةً ما يكون Q235 أقل تكلفة لكل طن من Q345 بسبب الكيمياء الأبسط ومتطلبات التحكم في المعالجة الأقل.
• تكلفة Q345 أعلى بسبب التحكم الكيميائي الأكثر صرامة، وإضافات الميكروسبائك، والمعالجة الأكثر تقدمًا (TMCP) للحصول على خصائص متسقة.
• التوافر: كلا الدرجتين متاحتان على نطاق واسع في أشكال الألواح، واللفائف، والبار، والأقسام؛ Q235 شائع في المخزون الهيكلي السلعي، بينما قد يحتاج Q345 إلى تحديد لبعض الدرجات الفرعية أو السماكات في بعض الأسواق.
• نصيحة الشراء: حدد الدرجة الفرعية الدقيقة، ونطاق السماكة، والخصائص الميكانيكية/التأثير المطلوبة لتجنب الارتباك وضمان تسعير وتوقيت متوقعين.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي):

السمة	Q235	Q345
قابلية اللحام	ممتازة؛ عمومًا متسامحة	جيدة جدًا ولكن قد تتطلب تحكمًا إضافيًا في التسخين المسبق على الأقسام السميكة
القوة–الصلابة	قوة معتدلة، لدونة عالية	قوة خضوع وقوة شد أعلى مع صلابة جيدة (خاصة TMCP)
التكلفة	أقل	أعلى
قابلية التشكيل	أفضل للتشكيل الشديد	كافية ولكن تتطلب مزيدًا من القوة/الأدوات

التوصيات الختامية: - اختر Q235 إذا: كانت تصميمك تعطي الأولوية للتكلفة والقدرة على التشكيل البارد الواسع أو التصنيع الملحوم البسيط لتطبيقات هيكلية عند درجة حرارة الغرفة حيث تكون مستويات الخضوع القياسية (~235 ميجا باسكال) كافية. - اختر Q345 إذا: كنت بحاجة إلى قوة خضوع وتصميم أعلى لتقليل سمك القسم أو الوزن، أو تحتاج إلى تحسين الصلابة (خاصة عند درجات الحرارة دون الصفر)، أو تحدد هياكل ملحومة تستفيد من الميكروسبائك HSLA والألواح المعالجة بواسطة TMCP.

ملاحظة نهائية: دائمًا ما يُشار إلى الدرجة الفرعية القياسية المحددة (مثل Q235B مقابل Q345C) والشهادات الميكانيكية/الخصائص المطلوبة عند كتابة مواصفات الشراء. بالنسبة للتطبيقات الملحومة، السميكة، أو ذات درجات الحرارة المنخفضة، يجب تضمين متطلبات صريحة لطاقة تأثير شاربي، والمعالجة الحرارية، ومؤهلات إجراءات اللحام لضمان أن الدرجة المختارة تلبي متطلبات الخدمة.