Q345 مقابل Q390 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً الاختيار بين Q345 و Q390 عند تحديد الفولاذ الهيكلي للجسور والرافعات والمعدات الثقيلة والتصنيع الذي يتحمل الضغط. عادةً ما يوازن القرار بين قوة العائد المضمونة الأعلى وسمك المقطع المسموح به مقابل عوامل مثل قابلية اللحام والصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة وتكلفة التصنيع والتوافر.

على مستوى عالٍ، الفرق الرئيسي بين Q345 و Q390 هو قوة العائد الدنيا المضمونة: يتم تحديد Q345 عند 345 ميغاباسكال و Q390 عند 390 ميغاباسكال. يتم تحقيق هذا التغيير في القوة المضمونة من خلال تعديلات متواضعة في التركيب الكيميائي ومن خلال المعالجة المعدنية (السبائك الدقيقة، والدرفلة المنضبطة، ومعالجات الحرارة)، والتي تؤثر بدورها على قابلية التصلب والصلابة وسلوك التصنيع. غالبًا ما يتم مقارنة هذه الدرجات لأنها تحتل مواقع متجاورة في عائلة الفولاذ الهيكلي منخفض السبيكة/عالي القوة وغالبًا ما تكون قابلة للتبادل في التصاميم حيث تجعل عوامل الأمان أو الوزن أو سمك اللوحة التغيير الطفيف في العائد جذابًا.

1. المعايير والتسميات

• المعايير والتسميات الشائعة حيث تظهر هذه الدرجات:
• GB/T (الصين): يتم الإشارة إلى Q345 و Q390 على نطاق واسع في المعايير الصينية (مثل GB/T 1591 والمواصفات المتعلقة بالمنتجات للفولاذ الهيكلي عالي القوة منخفض السبيكة).
• EN (أوروبا): تشمل المراجع التقريبية الفولاذ في نطاق S355 إلى S420 (لكن المعادلة المباشرة ليست دقيقة؛ تحقق دائمًا من شهادات المصنع).
• ASTM/ASME (الولايات المتحدة الأمريكية): تلعب درجات ASTM A572/A709 (مثل الدرجة 50) دورًا مشابهًا ولكن يجب التحقق من المطابقة الكيميائية والميكانيكية المباشرة.
• JIS (اليابان) ومعايير وطنية أخرى: توجد معادلات محلية ولكن التسمية تختلف.
• التصنيف: كل من Q345 و Q390 هما فولاذان هيكليان عاليان القوة ومنخفضا السبيكة (HSLA). هما ليسا فولاذين مقاومين للصدأ أو فولاذ أدوات؛ بل يعتمدون على كيمياء منضبطة ومعالجة حرارية ميكانيكية بدلاً من مستويات سبيكة عالية لأدائهم.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

جدول: نطاقات التركيب التمثيلية (النمطية) بالنسبة المئوية للوزن. هذه تحليلات تجارية توضيحية لتوضيح الفروقات؛ استشر المعيار المعمول به وشهادة المصنع للحصول على الحدود الدقيقة والقيم الخاصة بالدرجات الفرعية.

عنصر	Q345 (نطاق نمطي، % وزني)	Q390 (نطاق نمطي، % وزني)
C	~0.10–0.20	~0.10–0.22
Mn	~0.8–1.6	~0.9–1.8
Si	~0.20–0.50	~0.20–0.50
P	≤ 0.035 (أقصى)	≤ 0.035 (أقصى)
S	≤ 0.035 (أقصى)	≤ 0.035 (أقصى)
Cr	trace–~0.30	trace–~0.30
Ni	trace–~0.30	trace–~0.30
Mo	trace–~0.08	trace–~0.10 (أحيانًا أعلى)
V	trace–small (السبائك الدقيقة)	trace–small (السبائك الدقيقة)
Nb (Cb)	trace–small (السبائك الدقيقة)	trace–small (السبائك الدقيقة)
Ti	trace–small (مثبت)	trace–small
B	trace (نادر)	trace (نادر)
N (إذا تم الإبلاغ عنه)	عادةً منخفض، منضبط	عادةً منخفض، منضبط

ملاحظات: - Q345 و Q390 هما بشكل أساسي فولاذان كربونيان-منغنيزيان مع إضافات من السبائك الدقيقة (Nb، V، Ti) تستخدم في بعض طرق الإنتاج لزيادة القوة دون زيادة الكربون بشكل مفرط. - قد تسمح تركيبات Q390 بزيادات طفيفة في الكربون أو المنغنيز أو إضافات السبائك الدقيقة المنضبطة ومعالجة الحرارة للوصول إلى متطلبات العائد الأعلى. - يمكن أن تظهر الإضافات الدقيقة (مثل Mo، Cr) في بعض متغيرات المنتج لتعزيز قابلية التصلب أو الأداء عند درجات الحرارة المرتفعة، لكن كلا الدرجتين تظل فولاذين منخفضي السبيكة بشكل عام.

كيف تؤثر السبيكة على الأداء: - الكربون والمنغنيز هما العنصران الرئيسيان اللذان يشكلان القوة من خلال تقوية المحلول الصلب ومن خلال تمكين تقوية التحول. يزيد الكربون الأعلى من القوة وقابلية التصلب ولكنه يقلل من قابلية اللحام والصلابة إذا لم يتم تعويضه. - تشكل عناصر السبائك الدقيقة (Nb، V، Ti) كربيدات/نيتريدات دقيقة تقوم بتنقيح حجم الحبيبات وزيادة قوة العائد عبر الترسيب وتنقيح الحبيبات دون زيادة كبيرة في مكافئ الكربون. - تزيد الإضافات الصغيرة من Cr أو Mo أو Ni (إذا كانت موجودة) من قابلية التصلب ويمكن أن تساعد في تحقيق قوة أعلى في المقاطع السميكة ولكن قد تزيد من مكافئ الكربون وتؤثر على قابلية اللحام.

3. البنية المجهرية واستجابة معالجة الحرارة

• البنى المجهرية النموذجية:
• Q345: يتم إنتاجه من خلال الدرفلة المنضبطة والتطبيع أو المعالجة الحرارية الميكانيكية المنضبطة (TMCP) لإنتاج بنية حبيبية دقيقة من الفريت-البرليت أو الفريت مع ترسبات سبائك دقيقة موزعة. تركز البنية المجهرية على الصلابة والليونة عند مستويات قوة معتدلة.
• Q390: بنية أساسية مشابهة ولكن مصممة لتوفير عائد أعلى من خلال كثافة تشوه أعلى قليلاً، أو تقوية ترسيب أكثر، أو برليت/باينيت مقوى بشكل هامشي اعتمادًا على العملية. في المقاطع السميكة، تعزز قابلية التصلب البنى المجهرية عالية القوة بعد التبريد المنضبط.
• آثار معالجة الحرارة والمعالجة:
• التطبيع/التنقيح: تستفيد كلتا الدرجتين من التطبيع لتنقيح حجم الحبيبات وتوحيد البنية المجهرية؛ أحيانًا تتلقى Q390 جداول TMCP أكثر عدوانية لضمان قوة عالية موحدة.
• التبريد والتقسية: ليس شائعًا لمنتجات Q345/Q390 القياسية (عادةً ما يتم تسليمها كفولاذات TMCP)، ولكن يمكن تطبيق التبريد والتقسية للمتغيرات عالية القوة مع تحويل متعمد إلى مارتنسيت وتقسية لاحقة - هذا يغير الصلابة وقابلية التشغيل بشكل كبير.
• المعالجة الحرارية الميكانيكية: تُستخدم TMCP (الدرفلة/التبريد المنضبط) عادةً لتحقيق قوة عالية مع صلابة جيدة وقابلية للحام، خاصةً لـ Q390، حيث تعوض المعالجة عن أهداف القوة الأعلى بشكل معتدل دون زيادة الكربون بشكل مفرط.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: الخصائص الميكانيكية التمثيلية. القيم توضيحية وتعتمد على سمك اللوحة، معيار الاختبار، والدرجة الفرعية - استخدم شهادات المصنع للمشتريات.

خاصية	Q345 (نموذجي)	Q390 (نموذجي)
قوة العائد الدنيا (Rp0.2)	345 ميغاباسكال	390 ميغاباسكال
قوة الشد (Rm)	~470–630 ميغاباسكال	~520–690 ميغاباسكال
التمدد (A50mm)	≥ 20% (تختلف حسب السمك)	≥ 18% (تختلف حسب السمك)
صلابة التأثير (شاربي V-notch)	جيدة عند درجات حرارة الخدمة الشائعة؛ تعتمد على الدرجة الفرعية	قابلة للمقارنة ولكن قد تتطلب ضوابط أكثر صرامة للدرجات الفرعية لخدمة درجات الحرارة المنخفضة
الصلابة (HBW)	متوسطة	أعلى قليلاً (تعتمد على المعالجة)

التفسير: - القوة: Q390 هي الأقوى من الاثنين حسب المواصفات (قوة عائد دنيا أعلى)، مما يمكّن من تقليل سمك المقطع أو زيادة سعة التحميل لنفس الهندسة. - الصلابة والليونة: عادةً ما تظهر Q345 تمددًا أفضل قليلاً وأحيانًا صلابة أفضل عند درجات الحرارة المنخفضة لكيمياء معينة بسبب أهداف القوة الأقل قليلاً وغالبًا قابلية التصلب الأقل. ومع ذلك، تسمح عمليات TMCP الحديثة لـ Q390 بتحقيق صلابة جيدة عند درجات حرارة الاختبار المطلوبة - تعتبر الدرجة الفرعية وسمك اللوحة حاسمة. - المقايضة: عادةً ما تأتي زيادة قوة العائد المضمونة في Q390 مع تضحية متواضعة في الليونة وقد تزيد من الحساسية لظروف اللحام، ما لم تعوض السبيكة الدقيقة والتحكم في العملية.

5. قابلية اللحام

تتحكم قابلية اللحام بمحتوى الكربون، مكافئ الكربون (قابلية التصلب)، السمك، والقيود. تشمل الصيغ التنبؤية المفيدة:

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

• صيغة Pcm الدولية (مؤشر نوعي): $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$

التفسير النوعي: - تشير القيم المنخفضة من $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ إلى قابلية لحام أسهل وميول أقل لتشكيل بنى مجهرية صلبة وهشة في منطقة التأثير. يتم إنتاج كل من Q345 و Q390 بمواد وإضافات سبائكية محسّنة لقابلية اللحام؛ ومع ذلك: - تميل Q345 إلى أن تكون لديها قيم مكافئ كربون أقل قليلاً في المتوسط، مما يجعلها أسهل قليلاً للحام في المقاطع السميكة دون تسخين مسبق. - قد تحتوي Q390، بسبب أهداف القوة الأعلى، على منغنيز أو سبائك دقيقة أعلى وبالتالي مكافئ كربون أعلى في الممارسة، مما يزيد من الحاجة إلى التسخين المسبق، والتحكم في إدخال الحرارة، أو معالجة الحرارة بعد اللحام في المقاطع السميكة أو الوصلات المقيدة. - التخفيف: استخدام المعادن المالئة المتطابقة من حيث الصلابة والقوة، والتحكم في درجات حرارة العبور، والتسخين المسبق، واختيار المواد والإجراءات المناسبة للحام يضمن عادةً تجميعات قابلة للحام لكلتا الدرجتين. تحقق دائمًا من إجراءات اللحام على سمك تمثيلي ولأدنى درجة حرارة تصميم.

6. التآكل وحماية السطح

• كل من Q345 و Q390 هما فولاذان كربونيان-منغنيزيان غير مقاومين للصدأ ولا يوفران مقاومة تآكل جوهرية تتجاوز الفولاذ العاري. تشمل استراتيجيات الحماية القياسية:
• التغليف بالغمس الساخن للتعرض الجوي.
• أنظمة الطلاء (برايمر المصنع + طبقات النهاية) مع تحضير السطح (مثل التفجير الكاشط).
• طلاءات رش حرارية أو بوليمرية للبيئات العدوانية.
• المؤشرات الخاصة بالفولاذ المقاوم للصدأ غير قابلة للتطبيق على هذه الدرجات. لذلك، فإن صيغة PREN، المستخدمة لمقاومة التآكل في الفولاذ المقاوم للصدأ، ليست ذات صلة هنا: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
• إرشادات الاختيار: حيثما تكون أداء مقاومة التآكل مطلوبًا (التعرض البحري، الكيميائي)، اختر سبائك مقاومة للتآكل أو حدد أنظمة حماية. لا يؤثر الاختيار بين Q345 و Q390 بشكل مادي على مقاومة التآكل ما لم تتضمن الفروقات في السبيكة عناصر تؤثر على التآكل (نادرة).

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع: تتصرف تقنيات القطع بالبلازما والغاز والأكسجين والليزر بشكل مشابه لكلتا الدرجتين؛ قد تتطلب Q390 إدخالات حرارية مختلفة قليلاً للقطع بدون خدوش أو خدوش بسبب القوة الأعلى قليلاً.
• قابلية التشغيل: كلاهما معتدلة في قابلية التشغيل؛ قد تظهر Q390 عالية القوة تآكلًا أعلى قليلاً للأدوات في عمليات التشغيل الثقيلة بسبب القوة المتزايدة وربما ترسبات دقيقة أصعب.
• التشكيل/الانحناء: تعتبر Q345، مع ليونة أكبر قليلاً، أكثر تسامحًا بشكل عام للتشكيل البارد والانحناء. يمكن تشكيل Q390 ولكن قد تتطلب أنصاف انحناء أكبر أو تسلسلات تشكيل منضبطة لتجنب التشقق، خاصةً في اللوحات السميكة أو في المقاطع ذات الإجهادات السابقة العالية.
• إنهاء السطح: كلاهما يقبل طرق إنهاء قياسية؛ انتبه إلى تخفيف الإجهاد والتحكم في التشوه أثناء التصنيع عند العمل مع Q390 لأن الضغوط المتبقية الأعلى يمكن أن تتطور عند مستويات القوة الأعلى.

8. التطبيقات النموذجية

جدول: الاستخدامات النموذجية لكل درجة مع المبررات.

Q345 — التطبيقات النموذجية	Q390 — التطبيقات النموذجية
مكونات هيكلية عامة (عوارض، أعمدة) في المباني والجسور حيث تكون الصلابة وقابلية اللحام مطلوبة	أعضاء هيكلية أثقل حيث يتطلب الأمر تقليل سمك المقطع أو زيادة سعة التحميل (مسارات الرافعات، هياكل الآلات الثقيلة)
لوحات فولاذية ملحومة للخزانات، والمقطورات، والتصنيع العام	مقاطع هيكلية في النقل والمعدات الثقيلة حيث يسمح العائد الأعلى بتصاميم أخف
مقاطع مشكّلة باردة وهياكل مصنعة	مكونات تتعرض لأحمال ثابتة أعلى أو حيث يكون الهامش لتصميم التعب هو المحدود
أعمال الفولاذ الهندسي الزراعي والعام (حساسة للتكلفة)	تطبيقات حيث تبرر فوائد الصلابة إلى الوزن أو القوة إلى الوزن تكلفة المواد الأعلى

مبررات الاختيار: - اختر Q345 حيث تكون سهولة التصنيع، والليونة الأعلى، والتكلفة هي الأولويات وحيث يكون العائد الأدنى كافيًا للتصميم. - اختر Q390 حيث تستفيد التصميمات من عائد أعلى مضمون (مقطع عرضي أصغر، توفير في الوزن)، بشرط تلبية إجراءات اللحام، وضوابط التصنيع، ومتطلبات الصلابة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادةً ما تكون Q390 أكثر تكلفة لكل طن من Q345 بسبب ضوابط العملية الأكثر صرامة ومحتوى السبيكة المحتمل الأعلى أو جداول TMCP الأكثر دقة. يختلف سعر البريميوم حسب السوق، والسمك، والمنطقة الجغرافية.
• التوافر: كلاهما خطوط منتجات قياسية في المناطق الرئيسية لإنتاج الفولاذ؛ عادةً ما تكون Q345 متاحة على نطاق واسع لأنها درجة هيكلية شائعة. يتم تخزين Q390 عادةً في العديد من الأسواق ولكن قد يكون توافر بعض السماكات، وأحجام اللوحات، والدرجات الفرعية أكثر محدودية - يجب التحقق من أوقات التسليم.
• أشكال المنتجات: يتم توفير كلاهما كلوحات مدرفلة على الساخن، ولفائف، وأحيانًا كلوحات مدرفلة أو معالجة حراريًا. بالنسبة للوحات المتخصصة (مقاطع سميكة جدًا أو درجات فرعية محددة تم اختبارها للتأثير)، تزداد أوقات التسليم.

10. الملخص والتوصية

جدول: مقارنة سريعة (نوعية).

المقياس	Q345	Q390
قابلية اللحام	جيدة (أسهل، CE أقل)	جيدة إلى عادلة (قد تحتاج إلى تسخين مسبق في المقاطع السميكة)
توازن القوة–الصلابة	متوازن نحو الصلابة والليونة	قوة أعلى؛ يمكن تحقيق الصلابة مع التحكم المناسب في العملية
التكلفة	أقل (بشكل عام)	أعلى (بريميوم للقوة الأعلى)

التوصيات: - اختر Q345 إذا: - كان التصميم يمكن أن يقبل 345 ميغاباسكال كعائد وكانت الأولويات هي الليونة الأعلى، وسهولة اللحام، وتكلفة المواد الأقل. - ستتضمن التصنيع تشكيلًا كبيرًا أو عملًا باردًا، أو حيث تكون اللحام الروتيني دون تسخين مسبق مكافئ. - كانت توافر المخزون والاقتصاد مهمين.

• اختر Q390 إذا:
• كنت بحاجة إلى قوة عائد مضمونة أعلى (390 ميغاباسكال) لتقليل سمك المقطع أو الوزن، أو لتلبية متطلبات سعة التحميل المحددة.
• يمكن أن تتكيف إجراءات التصنيع مع ضوابط لحام أعلى قليلاً (تسخين مسبق، WPS مؤهلة)، ويمكن تلبية متطلبات الصلابة من خلال اختيار الدرجة الفرعية المناسبة والعملية.
• تبرر المشروع تكلفة المواد الأعلى من خلال التوفير في التصنيع اللاحق، أو النقل، أو التصميم الحساس للوزن.

ملاحظة أخيرة: Q345 و Q390 هما خياران متجاوران في عائلة الفولاذ الهيكلي HSLA. يتم تحديد الاختيار الأمثل من خلال متطلبات مستوى المكون (العائد، الصلابة عند أدنى درجة حرارة خدمة)، قيود التصنيع (اللحام والتشكيل)، تكلفة دورة الحياة (الطلاء والصيانة)، والتوافر. تحقق دائمًا من الشهادات الكيميائية والميكانيكية من مورد الفولاذ، وأهل إجراءات اللحام على المواد والسمك التمثيلي، وحدد الطاقة التأثيرية المطلوبة ودرجة حرارة الاختبار للتطبيقات المعرضة لخدمة درجات الحرارة المنخفضة أو الأحمال الديناميكية.