Q235NH مقابل SPA-H – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

غالبًا ما يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع التوازن بين التكلفة وقابلية اللحام والأداء عند اختيار الفولاذ الكربوني للأوعية الضاغطة والغلايات أو التركيبات الهيكلية. Q235NH و SPA-H هما درجتان شائعتان يتم تحديدهما في سلاسل الإمداد في شرق آسيا والدولية؛ كلاهما فولاذ منخفض السبيكة/منخفض الكربون مخصص لمعدات الضغط الملحومة والاستخدام الهيكلي العام، ولكنهما يأتيان من أنظمة معايير وطنية وفلسفات إنتاج مختلفة.

التمييز الرئيسي هو أن Q235NH يتم تحديده وفقًا للمعايير الوطنية الصينية للفولاذ الكربوني العادي القابل للاستخدام في الأوعية الضاغطة، بينما SPA-H هو درجة فولاذية على الطراز الياباني مخصصة للغلايات/الأوعية الضاغطة مع توقعات كيميائية وظروف تسليم خاصة بها. نظرًا لأن المخزونات الاثنين تُنتج وفقًا لمعايير مختلفة، غالبًا ما يتم مقارنتها في مناقشات المشتريات والهندسة لتحديد الأنسب من حيث القوة والصلابة وقابلية اللحام واحتياجات حماية السطح.

1. المعايير والتسميات

• Q235NH
• الأصل: عائلة المعايير الوطنية الصينية (GB).
• المراجع القياسية النموذجية: GB/T 1591 (للفولاذ المستخدم في الأوعية الضاغطة والدرجات العادية) و GB/T 700 (للفولاذ الهيكلي العام بتسمية Q235).

• الفئة: فولاذ هيكلي كربوني/منخفض السبيكة مخصص لخدمة الأوعية الضاغطة؛ يتم تسليمه في حالة عادية أو معالجة حرارية ميكانيكية حيث يشير اللاحقة "NH" إلى التحسين العادي والصلابة المحسنة لمعدات الضغط.

• SPA-H

• الأصل: المعايير الصناعية اليابانية (غالبًا ما تُرى في مواصفات JIS/G أو ما يعادلها لصفيحة الغلايات والأوعية الضاغطة).
• المراجع القياسية النموذجية: معايير صفيحة الغلايات/الأوعية الضاغطة اليابانية (JIS G3115 أو مواصفات محلية برقم مشابه — لاحظ أن التسمية تختلف حسب المورد والمعايير التاريخية).
• الفئة: فولاذ كربوني للغلايات والأوعية الضاغطة؛ مخصص لتلبية متطلبات جودة الصفيحة والصلابة الأعلى للأوعية الملحومة.

ملخص التصنيف: - كلاهما فولاذ كربوني/منخفض السبيكة عادي (ليس فولاذ مقاوم للصدأ، ليس فولاذ أدوات، ليس HSLA بمعنى سبائك القوة العالية). قد يتم إنتاج متغيرات SPA-H مع تحكم أكثر صرامة على الشوائب ومع اختبار ظروف تسليم مختلفة قليلاً مقارنةً بـ Q235NH.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

الدرجتان هما فولاذان منخفضا الكربون مع كميات صغيرة من السبيكة والتحكم في الشوائب لتلبية متطلبات الصلابة وقابلية اللحام. الجدول التالي يقدم نطاقات التركيب التمثيلية المعبر عنها كقيم نموذجية أو قصوى تُستخدم عادةً في الممارسة. هذه الأرقام تمثيلية؛ تأكد دائمًا من شهادة المصنع لاختبارات قبول الدفعة المحددة.

عنصر	Q235NH (تمثيلي)	SPA-H (تمثيلي)
C (الكربون)	~0.12–0.22 % (حد أقصى ~0.22)	~0.10–0.18 % (حد أقصى نموذجي ~0.18)
Mn (المنغنيز)	~0.30–0.80 %	~0.30–1.00 %
Si (السيليكون)	~0.02–0.30 %	~0.01–0.35 %
P (الفوسفور)	≤ 0.035 % (مراقب)	≤ 0.025–0.035 % (مراقب بدقة)
S (الكبريت)	≤ 0.035 % (مراقب)	≤ 0.035 % (مراقب)
Cr (الكروم)	أثر – حتى 0.30 % (إذا كان موجودًا)	أثر – حتى 0.30 %
Ni (النيكل)	أثر (عادةً لا يُضاف)	أثر (عادةً لا يُضاف)
Mo (الموليبدينوم)	عادةً لا يُضاف؛ أثر فقط	عادةً لا يُضاف؛ أثر فقط
V, Nb, Ti (ميكروسبيكة)	نادراً ما تُضاف لـ Q235NH (ليس نموذجي)	قد تشمل أثر الميكروسبيكة في بعض مشتقات SPA-H
B, N	أثر؛ غالبًا ما يتم التحكم في N	أثر؛ غالبًا ما يتم التحكم في N

كيف تؤثر السبيكة على الأداء: - الكربون هو العنصر الرئيسي المحدد للقوة؛ الكربون الأقل يحسن قابلية اللحام والصلابة على حساب بعض القوة. - المنغنيز يزيد من قابلية التصلب وقوة الشد ويعوض عن تأثيرات هشاشة الكبريت (تكوين MnS). - السيليكون بمستويات منخفضة هو مزيل للأكسدة ويزيد قليلاً من القوة. - التحكم الدقيق في P و S أمر حيوي لصلابة الشقوق وسلامة اللحام؛ غالبًا ما تحدد الفولاذات المستخدمة في الأوعية الضاغطة حدودًا قصوى أقل من الفولاذات الهيكلية العامة. - أحيانًا تؤكد متغيرات SPA-H على تحكم أكثر صرامة في الشوائب، وفي بعض تركيبات الموردين، إضافات ميكروسبيكة مراقبة لضبط القوة والصلابة.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية: - Q235NH: يتم تسليمه في حالة عادية (لاحقة NH)، البنية المجهرية هي مزيج من الفريت والبرليت بحبيبات دقيقة يتم إنتاجه عن طريق إعادة التسخين والتبريد في الهواء (التطبيع). هذا يُنقي حجم حبيبات الأوستينيت السابقة ويحسن الصلابة التأثيرية مقارنةً بالصفيحة المدرفلة على الساخن. - SPA-H: عادةً ما يتم تسليمه في حالة عادية أو معالجة حرارية عادية مع الانتباه إلى التوحيد والنظافة. البنية المجهرية هي أيضًا فريت-برليت ولكن مع تشتتات قد تكون أدق، اعتمادًا على ممارسة الدرفلة والتبريد وأي ميكروسبيكة.

تأثيرات المعالجة الحرارية والمعالجة الحرارية الميكانيكية: - التطبيع (كلا الدرجتين): يُنقي حجم الحبيبات، يحسن التوحيد، ويزيد من الصلابة عند مستويات قوة مماثلة. التطبيع هو المسار القياسي لكلا الدرجتين عند تحديدهما لخدمة الأوعية الضاغطة. - التبريد والتخمير: ليس نموذجيًا لـ Q235NH أو SPA-H لأن هذه الدرجات مخصصة كفولاذات ملحومة ذات قوة منخفضة إلى متوسطة؛ التبريد والتخمير سيدفعهما إلى فئات مختلفة (فولاذات سبائكية عالية القوة). - المعالجة الحرارية الميكانيكية المراقبة (TMCP): يتم تصنيع بعض الصفائح الحديثة بواسطة TMCP لتحقيق توازن أفضل بين القوة والصلابة دون إضافات كربون أو ميكروسبيكة مفرطة. قد يتم إنتاج صفائح SPA-H من بعض المصانع باستخدام TMCP لتحقيق متطلبات صلابة دقيقة عند محتوى سبيكة أقل.

4. الخصائص الميكانيكية

يوفر الجدول التالي نطاقات الخصائص الميكانيكية النموذجية المستخدمة عادةً كمعايير قبول لهذه الدرجات؛ يجب أخذ القيم التعاقدية الفعلية من المعيار المعمول به أو تقرير اختبار المصنع.

الخاصية	Q235NH (قبول نموذجي)	SPA-H (قبول نموذجي)
قوة الشد (Rm)	~370–500 ميغاباسكال (تختلف حسب السماكة)	~380–520 ميغاباسكال (تختلف حسب المواصفة والسماكة)
قوة الخضوع (Rp0.2 أو ReL)	اسميًا ~235 ميغاباسكال (تسمية Q235)	عادةً ما تكون أعلى قليلاً من Q235NH في بعض مواصفات SPA-H؛ تعتمد على سماكة الصفيحة
التمدد (A%)	≥ 20% (تعتمد على السماكة)	≥ 18–22% (تعتمد على السماكة والمواصفة)
صلابة التأثير (Charpy V-notch)	حدود دنيا محددة عند درجة حرارة معينة (على سبيل المثال، 27 جول عند درجة حرارة محددة)	غالبًا ما تتطلب حدود CVN مماثلة أو أكثر صرامة و/أو درجات حرارة اختبار أقل
الصلابة (HB)	عادةً ما تكون منخفضة (ناعمة) — على سبيل المثال، نطاق HB 120–200 حسب الفولاذ والسماكة	نطاق مشابه؛ قد يتم التحكم في SPA-H لصلابة أقل قليلاً من أجل صلابة أفضل

التفسير: - تم تصميم Q235NH حول قوة خضوع اسمية تبلغ 235 ميغاباسكال (لذا "235"). يتم تحديد متغيرات SPA-H عمومًا مع نطاقات شد مماثلة ولكن يمكن إنتاجها لتلبية متطلبات صلابة أكثر صرامة أو قوة أعلى قليلاً اعتمادًا على المواصفة الدقيقة لـ JIS أو المورد. - تتأثر الصلابة (طاقة التأثير عند درجة حرارة معينة) بشكل كبير بالتركيب (P، S، N)، وحجم الحبيبات (من التطبيع)، وسماكة الصفيحة. أحيانًا تؤكد متغيرات SPA-H على متطلبات تأثير أكثر صرامة للغلايات المستخدمة في الخدمة الباردة.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على محتوى الكربون، وعناصر قابلية التصلب (Mn، Cr، Mo، V)، والتحكم في الشوائب. يتم عرض مؤشرين تجريبيين يُستخدمان عادةً لتقييم قابلية اللحام أدناه.

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

• معادل الكربون الدولي (Pcm) المستخدم في بعض الأكواد: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - نظرًا لأن كل من Q235NH و SPA-H هما فولاذان منخفضا الكربون، فإن القيم المحسوبة لـ $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ ستكون عمومًا منخفضة، مما يشير إلى قابلية لحام جيدة مع المعادن المالئة التقليدية وممارسات التسخين المعتدلة. - يمكن أن يزيد محتوى الكربون الاسمي الأعلى قليلاً لـ Q235NH (بالنسبة لبعض تركيبات SPA-H) من الحاجة إلى التسخين المسبق في الأقسام الأكثر سمكًا أو عند استخدام إجراءات إدخال حرارة عالية. غالبًا ما يؤدي التحكم الأكثر صرامة في الشوائب في SPA-H وظروف الإنتاج إلى تحقيق صلابة أفضل قليلاً بعد اللحام وانخفاض القابلية للتشقق البارد الناتج عن الهيدروجين. - يمكن أن تزيد الميكروسبيكة (إذا كانت موجودة في بعض متغيرات SPA-H) بشكل طفيف من قابلية التصلب، مما يؤثر على كمية التسخين المسبق أو المعالجة الحرارية بعد اللحام المطلوبة. - في جميع الحالات، تكون السماكة، وتصميم الوصلات، وقيود اللحام، والتحكم في الهيدروجين (اختيار المواد المالئة، رطوبة المواد القابلة للاستهلاك) أكثر حسمًا من اختيار الدرجة وحده. استخدم مؤهلات إجراءات اللحام (WPS/PQR) واحسب $P_{cm}$ أو $CE_{IIW}$ للتركيب الكيميائي المحدد لتحديد حدود التسخين المسبق/المعالجة الحرارية بعد اللحام.

6. التآكل وحماية السطح

• كلا من Q235NH و SPA-H هما فولاذان كربونيان عاديان (غير مقاومين للصدأ). يعتمدون على حماية السطح لمقاومة التآكل.
• الحمايات النموذجية: الغلفنة بالغمر الساخن، البرايمرات الغنية بالزنك والطلاءات متعددة الطبقات، الدهانات الصناعية، البطانة القائمة على المذيبات أو الإيبوكسي، والحماية الكاثودية للمعدات المغمورة.
• عندما يتم الإشارة إلى مؤشرات مقاومة التآكل مثل PREN، فإنها لا تنطبق على الفولاذات الكربونية العادية. بالنسبة للفولاذات المقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ هذا غير قابل للتطبيق على Q235NH أو SPA-H لأن محتويات الكروم والموليبدينوم ضئيلة.
• إرشادات الاختيار: اختر الفولاذات المجلفنة أو المطلية للتعرض الجوي؛ حدد بطانات مناسبة أو تسامحات للتآكل للخدمة الداخلية (مثل الغلايات، الخزانات). في البيئات الكيميائية العدوانية، اختر سبيكة مقاومة للتآكل بدلاً من محاولة حماية الفولاذ الكربوني العادي.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشكيل: تجعل الهياكل المجهرية منخفضة الكربون والعادية في كلا الدرجتين قابلة للتشكيل بسهولة عن طريق الانحناء البارد، والدرفلة، وكسر الضغط. تتطلب الصفائح الأكثر سمكًا أشعة انحناء مناسبة؛ تحسن الحالة العادية من اللدونة وتقلل من تباين الارتداد.
• قابلية التشغيل: تعمل الفولاذات منخفضة الكربون بشكل معقول؛ تعتمد قابلية التشغيل على الصلابة ومحتوى الشوائب. يمكن أن تنتج صفيحة SPA-H مع تحكم أكثر صرامة في النظافة أحيانًا تشطيب سطح أفضل وعمر أداة أطول.
• عمليات القطع والحرارية: تُستخدم عمليات القطع بالبلازما، والغاز الأكسجيني، والليزر بشكل شائع. يجب أن تتبع توصيات التسخين المسبق تقييم قابلية اللحام لقطع/حواف العمل الباردة.
• تشطيب السطح: كلاهما يقبل الطحن، والطلاء بالرصاص، وأنظمة الطلاء النموذجية. للتطبيقات التي تتطلب تسامحات ضيقة أو جودة سطح (مثل وجوه ختم الأوعية الضاغطة)، يُوصى بالمعالجة النهائية في الحالة العادية.

8. التطبيقات النموذجية

Q235NH – الاستخدامات النموذجية	SPA-H – الاستخدامات النموذجية
صفيحة وعاء ضغط عامة لخدمة درجات الحرارة المنخفضة إلى المتوسطة حيث تكون الكفاءة الاقتصادية والصلابة الكافية مطلوبة	صفيحة غلاية ووعاء ضغط حيث يتم تحديد تحكم أكثر صرامة في الصلابة والشوائب
مكونات هيكلية وإطارات حيث تكون اللحام والتشكيل هما الشواغل الرئيسية	أصداف الأوعية الضاغطة، أسطوانات الغلايات، والمكونات التي تحدد معايير صفيحة على الطراز الياباني
خزانات، دعائم أنابيب الضغط المنخفض، وتركيبات ملحومة	التطبيقات التي تتطلب متطلبات تأثير أكثر صرامة عند التسليم أو حيث يُطلب تتبع نوع JIS من المورد

مبررات الاختيار: - اختر Q235NH عندما تكون الكفاءة الاقتصادية وصفيحة المعايير الصينية المتاحة على نطاق واسع هما الاعتباران الرئيسيان وعندما تلبي الصلابة وقابلية اللحام المحددة متطلبات التصميم. - اختر SPA-H عندما يتطلب المشتري صفيحة غلاية/وعاء ضغط على الطراز الياباني مع معايير قبول أكثر صرامة للشوائب والصلابة، أو عند مطابقة المعدات الحالية المحددة وفقًا للمعايير اليابانية.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: غالبًا ما يكون Q235NH أكثر اقتصادية من صفيحة SPA-H المستوردة المتخصصة بسبب حجم الإنتاج المحلي العالي في المناطق التي تكون فيها صفيحة المعايير GB شائعة. قد تكون SPA-H أكثر تكلفة عند استيرادها أو عند إنتاجها وفقًا لمعايير نظافة واختبار أكثر صرامة.
• التوافر: يتوفر Q235NH على نطاق واسع من العديد من المصانع في الصين ومن المصدرين؛ يعتمد توافر SPA-H على الإنتاج الإقليمي ومخزون المصنع. تؤثر سماكة الصفيحة، وخدمة القطع إلى الطول، والشهادات (مثل شهادة المصنع، وشهادات اختبار التأثير) على أوقات التسليم لكليهما.
• أشكال المنتجات: يتم توفير كلاهما عادةً كصفائح؛ تزداد تكلفة الصفائح الأكثر سمكًا، والقيم المختبرة للتأثير عند درجات حرارة أقل، أو الشهادات الإضافية من المصنع.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي)

السمة	Q235NH	SPA-H
قابلية اللحام	جيدة جدًا (كربون منخفض، عادي)	جيدة جدًا إلى أفضل قليلاً في بعض المواصفات (نظافة أعلى)
توازن القوة والصلابة	مصمم حول قوة خضوع 235 ميغاباسكال وصلابة كافية	خصائص شد قابلة للمقارنة؛ غالبًا ما يتم تحديدها لمعايير تأثير أكثر صرامة
التكلفة	غالبًا ما تكون أقل / قيمة جيدة	قد تكون أعلى بسبب متطلبات المواصفة والاختبار

التوصيات: - اختر Q235NH إذا: - كنت بحاجة إلى صفيحة عادية متاحة على نطاق واسع وفعالة من حيث التكلفة مع قابلية لحام جيدة للتطبيقات النموذجية للأوعية الضاغطة أو الهيكلية. - يتطلب التصميم فئة خضوع اسمية تبلغ 235 ميغاباسكال وتلبي حدود التأثير والسماكة المحددة لـ Q235NH متطلبات درجة الحرارة والخدمة. - تعتبر شهادات المصنع وحالة التسليم العادية مقبولة للمشتريات والامتثال للمعايير.

• اختر SPA-H إذا:
• كان مشروعك يتطلب مادة تتوافق مع مواصفات الغلايات/الأوعية الضاغطة على الطراز الياباني، أو تحكمًا أكثر صرامة في الشوائب، أو متطلبات تأثير أكثر صرامة عند التسليم.
• كنت بحاجة إلى تتبع، مؤهلات مورد محددة، أو صفيحة قد يتم إنتاجها مع تحكم أكثر دقة في النظافة والصلابة لتطبيقات الخدمة الباردة أو التركيبات الملحومة ذات الضغط العالي.
• كانت التكلفة الأعلى قليلاً مبررة بسبب الحاجة إلى معايير قبول أكثر صرامة أو لمطابقة المعدات/معايير المواد الحالية.

ملاحظة ختامية: Q235NH و SPA-H هما خياران عمليان للأوعية الملحومة وأعمال الصفائح الهيكلية العامة. يعتمد الاختيار الصحيح على متطلبات المواصفة الدقيقة (الميكانيكية، درجة حرارة التأثير، السماكة)، قيود إجراءات اللحام، خطة حماية التآكل، والعوامل التجارية (وقت التسليم والتكلفة). تأكد دائمًا من القيم الكيميائية والميكانيكية الدقيقة في تقرير اختبار المصنع وقم بإجراء حسابات معادل الكربون ومؤهلات إجراءات اللحام للدفعة المحددة من المواد قبل الإنتاج.