Q235B مقابل Q235C – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
Q235 هو عائلة من الفولاذ الهيكلي منخفض الكربون وفقًا للمعايير الصينية، ويستخدم على نطاق واسع في الهندسة العامة والبناء. غالبًا ما يقرر المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بين الدرجات الفرعية مثل Q235B و Q235C عند موازنة التكلفة وقابلية اللحام والصلابة أثناء الخدمة. تشمل سياقات القرار النموذجية المكونات الهيكلية الملحومة، وهياكل الآلات، والأجزاء المعرضة لخدمة ذات درجات حرارة منخفضة أو صدمات.
التمييز العملي الرئيسي بين Q235B و Q235C هو مستوى الصلابة المطلوبة تحت ظروف الاختبار المحددة: يتم تصنيف Q235C لمقاومة تأثير أعلى من Q235B وغالبًا ما يتم اختياره حيث تكون الصلابة المحسنة أو الأداء في درجات الحرارة المنخفضة مطلوبين. كيميائيًا، كلا الدرجتين متشابهتان جدًا؛ الاختلاف هو أساسًا في الاختبار والتأهيل (وأحيانًا في التحكم في العمليات) لتحقيق تلك الصلابة.
1. المعايير والتسميات
- المعيار الصيني: GB/T 700 — يتم تعريف عائلة Q235 هنا. تشير الدرجات الفرعية A و B و C و D و E إلى متطلبات اختبار تأثير أكثر صرامة تدريجيًا و/أو درجات حرارة اختبار مختلفة وعمليات تحكم.
- المكافئات الدولية/المواصفات ذات الصلة:
- ASTM/ASME: لا يوجد مكافئ مباشر واحد لواحد، لكن Q235 غالبًا ما يقارن بـ ASTM A36 (فولاذ كربوني هيكلي) في الخصائص الميكانيكية والتطبيقات.
- EN (أوروبا): استخدام مشابه لفولاذ S235 الهيكلي، لكن توجد اختلافات في التركيب والاختبار.
- JIS (اليابان): لا يوجد مكافئ مباشر واحد لواحد؛ يختلف الاستخدام والتصنيف.
- تصنيف المواد: تعتبر متغيرات Q235 فولاذًا هيكليًا كربونيًا عاديًا (ليس مقاومًا للصدأ، وليس سبيكة بالمعنى العالي للسبيكة، وليس HSLA وفقًا للتعريفات الحديثة الصارمة). يتم استخدامها كفولاذ هيكلي كربوني متعدد الأغراض.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
| عنصر | النطاق النموذجي / التعليق (عائلة Q235) |
|---|---|
| C (الكربون) | ≤ 0.22% (يحدد القوة وقابلية اللحام) |
| Mn (المنغنيز) | ≤ 1.40% (القوة، قابلية التصلب، إزالة الأكسدة) |
| Si (السيليكون) | ≤ 0.35% (مزيل أكسدة؛ تأثير قوة طفيف) |
| P (الفوسفور) | ≤ 0.035% (تحكم في الشوائب؛ يؤثر على الصلابة) |
| S (الكبريت) | ≤ 0.035% (تحكم في الشوائب؛ قابلية التشغيل) |
| Cr (الكروم) | غير محدد أو آثار (عادة ≤ 0.30% متبقي) |
| Ni (النيكل) | غير محدد أو آثار (عادة ≤ 0.30% متبقي) |
| Mo (الموليبدينوم) | غير محدد أو آثار |
| V, Nb, Ti, B | السبائك الدقيقة ليست نموذجية لـ Q235؛ عادة ما تكون غائبة أو بمستويات آثار |
| N (النيتروجين) | متبقي؛ يتم التحكم فيه لمنع الهشاشة |
ملاحظات: - تشترك Q235B و Q235C في حدود التركيب الكيميائي نفسها أساسًا وفقًا لـ GB/T 700؛ الاختلافات الرئيسية تكمن في اختبار التأثير وتأهيل العمليات لضمان الصلابة. العناصر المتبقية الطفيفة أو السبائك الدقيقة المتعمدة ليست معيارية لـ Q235 ولكن قد تظهر في المنتجات المتغيرة أو الملكية. - استراتيجية السبائك: Q235 هي استراتيجية منخفضة الكربون تعطي الأولوية لقابلية اللحام والتشكيل على زيادة القوة الناتجة عن السبائك. يحافظ الكربون المنخفض على الكربون المكافئ منخفضًا، مما يحسن قابلية اللحام ويقلل من قابلية التصلب.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
البنية المجهرية: - عادةً ما تظهر فولاذ Q235 المدلفن على الساخن بنية مجهرية من الفريت والبرليت: مصفوفة فريتية ناعمة مع جزر برليت تتحكم في القوة. - يعتمد توازن الفريت والبرليت وحجم الحبيبات على جدول الدرفلة، ومعدل التبريد، وأي معالجة حرارية ميكانيكية.
استجابة المعالجة الحرارية: - يتم توفير درجات Q235 بشكل أساسي في حالات المدلفن على الساخن أو المعالجة الحرارية. لم يتم تصميمها للتصلب الكبير عن طريق التبريد والتلطيف لأن كيميائها وأحجام الأقسام تحد من قابلية التصلب. - يمكن أن تعمل المعالجة الحرارية على تحسين حجم الحبيبات قليلاً وتوحيد البنية المجهرية، مما يحسن الصلابة بشكل معتدل. - عادةً لا يتم تطبيق التبريد والتلطيف على Q235 للإنتاج الروتيني لأن الكربون المنخفض ونقص عناصر السبائك يحدان من الصلابة القابلة للتحقيق وقد تكون غير اقتصادية؛ بدلاً من ذلك، يتم اختيار الفولاذات ذات القوة الأعلى عندما تكون الخصائص المطلوبة هي التبريد/التلطيف. - قد تقدم بعض المصانع متغيرات معالجة حرارية ميكانيكية مسيطر عليها (TMCP) لتحسين الصلابة وتكرير البنية المجهرية دون تغييرات كيميائية؛ يمكن أن تعطي هذه الطرق صلابة من فئة Q235C دون تغيير التركيب.
المقارنة: - من الناحية المجهرية، تميل Q235C إلى الخضوع لعمليات تحكم إضافية أو درجات حرارة نهائية أقل أثناء الدرفلة/التبريد لتحقيق فريت-برليت بحبيبات أدق وأداء تأثير أفضل مقارنةً بـ Q235B القياسية. تبقى المراحل الأساسية فريت وبرليت في كلا الدرجتين.
4. الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | Q235B (نموذجي) | Q235C (نموذجي) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| قوة الخضوع (Rp0.2 / ReH) | ≈ 235 ميجا باسكال (قوة التصميم) | ≈ 235 ميجا باسكال | تشير التسمية "235" إلى الحد الأدنى من مستوى الخضوع الاسمي |
| قوة الشد | ~370–500 ميجا باسكال | ~370–500 ميجا باسكال | يتوقف نطاق الشد على السماكة وممارسات المصنع؛ مشابه لكلا الدرجتين |
| التمدد (A) | ≥ ~20–26% (تعتمد على السماكة) | ≥ ~20–26% | قابلية مطابقة؛ قد تظهر Q235C تمددًا أفضل قليلاً في بعض تسليمات المصنع |
| صلابة التأثير (نوعية) | تفي بمتطلبات تأثير الفئة B | تفي بمتطلبات تأثير الفئة C الأكثر صرامة | تم تحديد واختبار Q235C لمستوى طاقة تأثير أعلى عند درجة حرارة معينة |
| الصلابة | ~120–160 HB (نموذجي، مدلفن على الساخن) | ~120–160 HB | صلابة مشابهة؛ نتيجة كيمياء منخفضة الكربون |
التفسير: - القوة (الخضوع/الشد) هي في الأساس نفسها: كلاهما فولاذ خضوع اسمي 235 ميجا باسكال. يكمن التمييز الميكانيكي العملي في صلابة التأثير تحت ظروف الاختبار المحددة—يتم التحكم في Q235C لمتطلبات صلابة أعلى. - تتداخل القابلية والصلابة بشكل كبير؛ يؤثر التحكم في العمليات والسماكة على القيم أكثر من حرف الدرجة الفرعية في العديد من الحالات.
5. قابلية اللحام
قابلية اللحام مواتية لعائلة Q235 بسبب محتوى الكربون المنخفض والمكافئ الكربوني المنخفض (CE). يساعد استخدام صيغ المكافئ الكربوني في تقييم خطر التشقق البارد ومتطلبات التسخين المسبق.
مؤشرات قابلية اللحام الشائعة: - المعهد الدولي للحام المكافئ الكربوني: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm 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: - بالنسبة لكل من Q235B و Q235C، عادةً ما تكون $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ منخفضة بسبب محدودية عناصر C والسبائك، مما يشير إلى قابلية لحام جيدة مع المعادن المالئة التقليدية والإجراءات القياسية. - لا تزيد متطلبات الصلابة الأعلى لـ Q235C بشكل كبير من محتوى الكربون؛ ومع ذلك، يمكن أن تؤثر خطوات العملية المستخدمة لضمان الصلابة (مثل الحبيبات الأكثر دقة، وتقليل الشوائب) على قابلية التصلب المحلية. في الممارسة العملية، تكون إجراءات لحام Q235C مشابهة لـ Q235B، لكن المهندسين قد يطبقون تحكمات تسخين مسبق أو تحكمات بينية أكثر تحفظًا قليلاً عند لحام الأقسام الأكثر سمكًا أو حيث يجب الحفاظ على صلابة التأثير في منطقة التأثير. - يجب دائمًا إجراء تأهيل اللحام والنظر في تصميم الوصلات، ومواد اللحام، واحتياجات المعالجة الحرارية بعد اللحام للهياكل الحرجة.
6. التآكل وحماية السطح
- درجات Q235 هي فولاذ كربوني عادي وليست مقاومة للتآكل مثل الفولاذ المقاوم للصدأ. تحتاج إلى حماية السطح للتطبيقات المعرضة.
- استراتيجيات الحماية الشائعة:
- التغليف بالغمس الساخن للحماية الجوية على المدى الطويل.
- الطلاءات العضوية (الدهانات، الطلاءات المسحوقة) للبيئات المعمارية أو المعتدلة.
- الزيوت أو الطلاءات المؤقتة للحماية على المدى القصير أثناء التخزين/النقل.
- PREN (عدد مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على Q235 لأن PREN يستخدم لتقييم الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- بالنسبة لأعضاء عائلة Q235، فإن مخصصات التآكل، وتحديد نظام الطلاء، وخطط التفتيش هي الضوابط التصميمية المناسبة بدلاً من كيمياء السبائك.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- قابلية التشكيل: تعتبر قابلية التشكيل الممتازة والانحناء البارد نموذجية لفولاذ Q235 بسبب الكربون المنخفض والبنية المجهرية الفريتية-البرليتية الموحدة. تتبع ظواهر الارتداد والتخفيف أنماط الفولاذ منخفض الكربون المعتادة؛ تنطبق إجراءات المكبس المستخدمة للفولاذ المعتدل.
- قابلية التشغيل: يتصرف Q235 مثل الفولاذ المعتدل الشائع؛ قابلية التشغيل متوسطة. النسخ ذات الكبريت الأعلى (ليست معيارية في Q235) تحسن من كسر الرقائق ولكن قد تقلل من الصلابة.
- القطع/الليزر/البلازما: يمكن تطبيق عمليات القطع والعمليات الحرارية القياسية بسهولة؛ يتم التحكم في المناطق المتأثرة بالحرارة بسهولة.
- الاختلافات بين Q235B و Q235C: الحد الأدنى للتشكيل والتشغيل. يمكن أن تحسن البنية المجهرية الأكثر صلابة لـ Q235C من المقاومة للكسر الهش أثناء عمليات التشكيل، خاصة عند درجات الحرارة المنخفضة.
8. التطبيقات النموذجية
| Q235B — الاستخدامات النموذجية | Q235C — الاستخدامات النموذجية |
|---|---|
| أعضاء هيكلية عامة (عوارض، قنوات، ألواح) للمباني والهندسة العامة | أعضاء هيكلية ومكونات مخصصة لخدمة ذات صلابة أعلى قليلاً أو درجات حرارة أقل (هياكل، هياكل، مكونات للمناخات الباردة) |
| هياكل الآلات المصنعة، التجميعات الملحومة، الخزانات عند درجة حرارة الغرفة | هياكل ملحومة مع تحميل تأثير متوقع أو حيث تتطلب اختبارات التأهيل صلابة أعلى |
| أقسام مدلفنة على البارد، أنابيب ملحومة دائرية، تصنيع عام | مكونات حيث توفر الأداء المؤثر المختبر (مستوى الفئة C) ضمانًا إضافيًا للتحميل الديناميكي أو الصدمات |
| معدات زراعية، أجزاء آلات غير حرجة | مواد للمقاولين الذين يحددون مخزونًا مختبرًا للتأثير لتحسين مرونة الخدمة |
مبررات الاختيار: - اختر Q235B للتطبيقات الهيكلية القياسية حيث تكون الأداء عند درجة حرارة الغرفة وسهولة الحصول عليها وفعالية التكلفة هي الأولويات. - اختر Q235C للعناصر التي يجب أن تظهر طاقة تأثير أعلى أو من المحتمل أن تتعرض لأحمال ديناميكية أو ظروف درجات حرارة أقل تقترب من حدود اختبار المواصفات.
9. التكلفة والتوافر
- Q235B هو الدرجة الفرعية الأكثر شيوعًا وتوافرًا؛ عمومًا هو الخيار الأقل تكلفة ضمن عائلة Q235 لأنه يتم إنتاجه وفقًا لممارسات المدلفن على الساخن القياسية دون تأهيل إضافي للصلابة.
- قد تحمل Q235C علاوة متواضعة تعكس التحكم الإضافي في العمليات، والاختبارات، أو معايير الاختيار المطلوبة من قبل المصانع لتلبية متطلبات طاقة التأثير الأعلى.
- التوافر حسب شكل المنتج: كلا الدرجتين متوافرتان على نطاق واسع كألواح مدلفنة على الساخن، ولفائف، وأقسام هيكلية، وأنابيب قابلة للحام. قد يؤدي تحديد Q235C أحيانًا إلى أوقات تسليم أطول إذا كان يجب على المصانع إجراء اختبارات تأثير إضافية أو إنتاج علاجات حرارية ميكانيكية محددة.
10. الملخص والتوصية
| المعيار | Q235B | Q235C |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | ممتازة (CE منخفض) | ممتازة (CE منخفض)؛ إجراءات مشابهة؛ قد تتطلب تحكمًا دقيقًا في HAZ في اللحامات الحرجة |
| توازن القوة–الصلابة | صلابة هيكلية قياسية | صلابة تأثير محسنة عند ظروف المواصفات (ضمان أعلى ضد الكسر الهش) |
| التكلفة | أقل / الأكثر اقتصادية | أعلى قليلاً (علاوة الاختبار/المعالجة) |
التوصية: - اختر Q235B إذا كنت بحاجة إلى فولاذ هيكلي فعال من حيث التكلفة ومتوافر على نطاق واسع للمكونات الملحومة والمشكلة عند درجة حرارة الغرفة حيث يكون الأداء القياسي للتأثير كافيًا. - اختر Q235C إذا كانت القطعة ستتعرض لأحمال تأثير، أو درجات حرارة خدمة أقل، أو تتطلب شهادة تأثير بموجب العقد؛ حدد Q235C عندما تكون الصلابة المضمونة الأعلى مهمة حتى لو ظل التركيب الكيميائي كما هو.
ملاحظة أخيرة: بالنسبة للهياكل الحرجة، يجب دائمًا مراجعة شهادة اختبار المصنع الكاملة، وتحديد درجة حرارة اختبار التأثير والطاقة المطلوبة، وتأكيد مؤهلات إجراءات اللحام واحتياجات التفتيش بعد التصنيع لضمان أن المادة المسلمة تلبي متطلبات المشروع.