Q295NH مقابل Q355NH – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

Q295NH و Q355NH هما نوعان من الفولاذ الهيكلي عالي القوة الذي يتم تحديده بشكل شائع في التصميم الصيني، ويستخدمان في صناعات الأوعية الضغطية والجسور والتصنيع الثقيل. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع غالبًا معضلة اختيار بين المواد ذات التكلفة المنخفضة وسهولة التشكيل ومواد ذات قوة أعلى تقلل من حجم أو وزن المقطع. تشمل سياقات القرار النموذجية موازنة سعة التحميل المطلوبة والصلابة مقابل قابلية اللحام وسهولة التصنيع والتكلفة.

التمييز العملي الرئيسي هو مستوى القوة المستهدف: يتم تحديد Q355NH بقوة حد أدنى أعلى من Q295NH. نظرًا لأن الدرجتين تشتركان في فلسفات معدنية مشابهة (الكربون المنخفض، والسبائك الدقيقة، والمعالجة المسيطر عليها)، غالبًا ما يتم مقارنتهما عندما يسعى المصممون إلى تحسين الوزن أو هوامش الأمان أو إنتاجية التصنيع.

• المعايير الرئيسية حيث تظهر درجات مكافئة أو ذات صلة:
• GB (المعايير الوطنية لجمهورية الصين): تظهر Q295NH و Q355NH تحت تسميات GB/T للفولاذ الهيكلي المعالج حراريًا أو الفولاذ المستخدم في الأوعية الضغطية حسب إصدار المعيار الدقيق.
• EN (الأوروبي): الفولاذ الهيكلي المقارن موجود في سلسلة S (مثل S275، S355) على الرغم من أنه يجب التحقق من المعادلة المباشرة من خلال البيانات الميكانيكية والكيميائية.
• ASTM/ASME: تشمل الدرجات المماثلة (حسب القوة) ASTM A572 للأشكال الهيكلية؛ يتطلب الاستبدال المباشر مطابقة الخصائص والموافقة.
• JIS: تحتوي المعايير اليابانية على تسميات خاصة بها تتطلب جداول تحويل وفحوصات الخصائص.

التصنيف: كل من Q295NH و Q355NH هما فولاذان هيكليان منخفضا السبيكة وعالي القوة (فئة HSLA بشكل عام). هما ليسا فولاذين مقاومين للصدأ أو فولاذ أدوات.

تم صياغة الدرجتين كفولاذ منخفض الكربون ومضافات دقيقة. عادةً ما تحتوي على الكربون والمنغنيز والسيليكون كعناصر رئيسية، مع الفوسفور والكبريت المسيطر عليهما، وإضافات صغيرة من عناصر السبيكة الدقيقة (Nb، V، Ti) لتحسين الحبيبات وزيادة القوة من خلال تقوية الترسيب أو تحسين الحبيبات.

جدول - نظرة عامة على التركيب النوعي

التفسير: تركز استراتيجية السبيكة لكلتا الدرجتين على الحفاظ على كربون إجمالي منخفض للحفاظ على قابلية اللحام والصلابة، مع استخدام المنغنيز وإضافات السبيكة الدقيقة للوصول إلى قوة العائد المستهدفة. تحقق Q355NH قوتها الأعلى بشكل أساسي من خلال زيادة طفيفة في السبيكة وكثافة المعالجة (التحكم الحراري الميكانيكي، التطبيع، أو الترسيب المدعوم بالسبائك الدقيقة) بدلاً من السبيكة الثقيلة مع Cr/Ni/Mo.

التركيبات المجهرية النموذجية: - الفولاذ المدلفن والمطبع (الـ "N" في اللاحقة غالبًا ما يدل على المعالجة المطبوعة أو التطبيع) ينتج مصفوفة من الفريت - اللؤلؤ أو الفريت - الباينيت حسب معدل التبريد والتركيب. - عادةً ما ينتج Q295NH تركيبة مجهرية من الفريت - اللؤلؤ مع حبيبات دقيقة مناسبة للصلابة الجيدة عند درجات الحرارة المحيطة وأقل. - قد يظهر Q355NH، مع قابلية تصلب أعلى قليلاً وإضافات محتملة من السبيكة الدقيقة، مكونات باينيتية أدق أو جزر مارتنسيتية معادلة في سيناريوهات التبريد العالية؛ تحسين الحبيبات عبر Nb/Ti/V يثبت القوة دون التضحية بالصلابة.

آثار المعالجة الحرارية: - التطبيع: يحسن حجم الحبيبات، ويزيد من التوحيد والصلابة لكلا الدرجتين. - التبريد والتخمير: يستخدم بشكل أكثر شيوعًا عندما تكون هناك حاجة لمجموعات أعلى من القوة/الصلابة؛ Q355NH أكثر ملاءمة لاشتقاق هياكل مارتنسيتية/باينيتية أقوى إذا تم معالجتها حراريًا، ولكن يجب إدارة خصائص السماكة والتشوه. - المعالجة الحرارية الميكانيكية المسيطر عليها (TMCP): تستفيد كلتا الدرجتين من TMCP لتحقيق قوى أعلى عند مستويات كربون منخفضة؛ عادةً ما تتلقى Q355NH جداول TMCP أكثر عدوانية للوصول إلى متطلبات العائد الأعلى.

تشير الجزء الرقمي من اسم الدرجة إلى الحد الأدنى الاسمي لقوة العائد بالميغاباسكال، وهو أمر مركزي للاختيار.

جدول - الخصائص الميكانيكية المقارنة (مؤشرات نوعية واسمية)

التفسير: Q355NH هو الدرجة الأقوى من حيث التصميم وسيدعم أحمالًا أعلى لنفس المقطع العرضي. يوفر Q295NH مرونة أكبر للتشكيل وقد يكون مفضلًا حيث تكون سعة التشوه وسهولة التصنيع من الأولويات. يتم تحديد القيم الفعلية (قوة الشد، التمدد، طاقة شاربي) حسب إصدار المعيار، السماكة، وما بعد المعالجة.

قابلية اللحام هي وظيفة لمحتوى الكربون، وقابلية التصلب الفعالة، وعناصر السبيكة الدقيقة.

الصيغ ذات الصلة لقابلية اللحام: - المعادل الكربوني (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - المعادل الكربوني (Pcm): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - تحافظ كلتا الدرجتين على معادلات كربونية منخفضة نسبيًا لتعزيز قابلية اللحام الجيدة مع العمليات اليدوية أو الآلية الشائعة. يمكن أن يظهر Q355NH، كونه الدرجة الأعلى قوة، معادلة كربونية أعلى قليلاً بسبب زيادة Mn أو إضافات السبيكة الدقيقة، لذا تتطلب درجة حرارة التسخين، ودرجة حرارة التداخل، واختيار المواد الاستهلاكية للحام مزيدًا من الاهتمام لتجنب التشقق البارد. - يمكن أن تزيد عناصر السبيكة الدقيقة (Nb، V، Ti) من القابلية للتشقق المدعوم بالهيدروجين إذا تم دمجها مع قيود عالية وعدم التحكم المناسب في الهيدروجين ومدخل الحرارة. سيساعد التحكم الصارم في معلمات اللحام والمعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) حيثما كان ذلك مطلوبًا في تقليل المخاطر. - في الممارسة العملية، تعتبر كلتا الدرجتين قابلة للحام مع مواصفات إجراءات اللحام المناسبة (WPS) واختبارات التأهيل.

• كلا من Q295NH و Q355NH هما فولاذان كربونيان/سبائكيان وليسا مقاومين للتآكل بالطريقة التي تكون بها الفولاذات المقاومة للصدأ. يجب أن يأخذ الاختيار في الاعتبار بيئة الخدمة.
• استراتيجيات الحماية الشائعة: الغلفنة بالغمس الساخن، الطلاء بالزنك أو الطلاءات العضوية، أنظمة الطلاء (إيبوكسي، بولي يوريثان)، أو تغليف معدني حيثما كان ذلك مطلوبًا.

• PREN (عدد مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ. للرجوع، يتم حساب PREN كالتالي: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ لكن هذا المؤشر له معنى فقط للفولاذات المقاومة للصدأ ذات مستويات كبيرة من Cr/Mo/N.

• التشكيل: Q295NH، مع عائد أقل ومرونة أعلى، يتشكل وينحني بسهولة أكبر مع ارتداد أقل وخطر أقل من التشقق عند الزوايا الضيقة. يمكن تشكيل Q355NH ولكن يتطلب زوايا انحناء أكبر أو تسخين مسبق للتشوه الشديد.

• قابلية التشغيل: كلاهما قابل للتشغيل بشكل معقول؛ يمكن أن تزيد القوة الأعلى في Q355NH من تآكل الأدوات والقوى المطلوبة للقطع. يُوصى باستخدام أدوات وتغذيات مناسبة.
• عمليات القطع والحرارة: يعمل القطع بالبلازما أو الأكسجين والوقود لكليهما؛ خصائص منطقة التأثير الحراري (HAZ) أكثر أهمية في Q355NH بسبب قابلية التصلب الأعلى.
• التشطيب: إعداد السطح للطلاءات هو نفسه؛ قد يتطلب Q355NH تحكمًا أكثر صرامة لتجنب التشوه أثناء التصنيع لأن السماكات الرقيقة يمكن أن تتحمل ضغوطًا أعلى.

جدول - الاستخدامات النموذجية حسب الدرجة

مبررات الاختيار: اختر الدرجة الأقل قوة عندما تكون تعقيدات التصنيع أو المرونة محدودة؛ اختر الدرجة الأعلى قوة عندما تحكم الكفاءة الهيكلية أو تقليل الوزن أو الضغوط المسموح بها الأعلى التصميم.

• التكلفة: عمومًا، تتطلب Q355NH علاوة متواضعة على Q295NH لأن تحقيق قوة عائد أعلى مضمونة غالبًا ما يتطلب تحكمًا أكثر دقة في المعالجة، وإضافات سبيكة دقيقة إضافية، وتأهيل. تختلف نسبة العلاوة حسب ظروف سوق الفولاذ.
• التوافر: يتم إنتاج كلا الدرجتين على نطاق واسع في أشكال الألواح واللفائف في الأسواق التي تخدمها مصانع الفولاذ الصينية وغالبًا ما تكون متاحة بسماكات قياسية. قد تكون السماكات المخصصة أو الألواح المحددة بدقة لها أوقات تسليم؛ يعتمد التوافر أيضًا على الشهادة (الأوعية الضغطية مقابل الهيكلية العامة).

جدول ملخص

التوصيات: - اختر Q295NH إذا كانت الأولوية في المشروع هي سهولة التشكيل، ومرونة أعلى، وتكلفة مواد أقل، ويمكن تلبية أحمال التصميم بمستوى العائد الأدنى. - اختر Q355NH إذا كان التصميم يتطلب ضغوطًا مسموحًا بها أعلى، أو تقليل المقطع أو توفير الوزن، ويمكن تعديل إجراءات التصنيع واللحام للتحكم في سلوك منطقة التأثير الحراري ومخاطر التشقق.

ملاحظة نهائية: تحقق دائمًا من الاستبدال والاختيار مقابل المعيار المشروع الحاكم، وجداول الخصائص الميكانيكية المعتمدة على السماكة، وإجراءات اللحام المؤهلة. عند الشك، اطلب شهادات المصنع (الكيميائية والميكانيكية)، وراجع متطلبات درجة حرارة التأثير، وأجرِ أو اطلب تأهيل WPS/PQR لعمليات التجميع المقصودة.