Q345R مقابل Q370R – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

Q345R و Q370R هما فولاذان مخصصان للأوعية الضغطية وفقًا للتصميم الصيني، وغالبًا ما يتم النظر إليهما عند تحديد مواد الألواح والقذائف للمراجل والأوعية الضغطية والهياكل الملحومة المماثلة. غالبًا ما يوازن المهندسون ومحترفو الشراء بين التنازلات مثل قابلية اللحام مقابل قوة العائد الأعلى، والصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة مقابل تكلفة التصنيع، والتوافر في سماكات الألواح أو الحالة المعالجة حراريًا.

التمييز الرئيسي بين الاثنين هو أن Q370R يمثل درجة أوعية ضغطية أقوى وأكثر تحديثًا تستخدم سبائك ومعالجة مصقولة لرفع أداء العائد/الشد مع السعي للحفاظ على الصلابة وقابلية اللحام. نظرًا لأن كلاهما يظهر في مساحات تطبيق مماثلة، يقارن المصممون عادةً بينهما لتحديد ما إذا كانت الأداء الهيكلي الأعلى يبرر التأثيرات المحتملة على إجراءات اللحام، والمعالجة الحرارية، والتكلفة.

1. المعايير والتسميات

• GB (الصين): يتم تحديد Q345R و Q370R في المعايير الوطنية الصينية لفولاذ الأوعية الضغطية والمستندات المعيارية ذات الصلة. يتم تحديد حدود كيميائية وميكانيكية محددة في GB/T وأكواد الأوعية الضغطية المقابلة.
• ASME / ASTM: لا يوجد تطابق مباشر واحد لواحد؛ تشمل الدرجات الغربية المماثلة للتطبيقات الضغطية ASTM A516 (لفولاذ الكربون) وألواح معالجة حراريًا مختلفة، ولكن يجب إجراء المقارنات بناءً على الكيمياء المحددة والنتائج الميكانيكية بدلاً من تساوي الأسماء.
• EN (أوروبا) / JIS (اليابان): تحدد المعايير الأوروبية واليابانية فولاذ الأوعية الضغطية الخاصة بها (على سبيل المثال، سلسلة EN 10028 للمنتجات المسطحة)، ويجب أن يتم الاختيار بالرجوع المتبادل إلى الخصائص المطلوبة والاختبارات بدلاً من أسماء الدرجات الاسمية.

التصنيف: كل من Q345R و Q370R هما فولاذان منخفضا السبيكة مخصصان لخدمة الأوعية الضغطية (غير مقاومين للصدأ). يقعان في فئة الألواح HSLA/الأوعية الضغطية الواسعة، حيث يتمتع Q370R عادةً بنهج سبيكة/حراري ميكانيكي أقوى للوصول إلى مستويات عائد أعلى.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

تشترك الدرجتان في نفس العناصر الرئيسية (C، Mn، Si، P، S) ولكن تختلف في التركيزات المسموح بها والإضافات الدقيقة التي تؤثر على القدرة على التصلب، وتقوية الترسيب، وتنقية الحبوب.

جدول: الميزات التركيبية النموذجية (نطاقات تمثيلية؛ تحقق من شهادات المورد للقيم الدقيقة)

عنصر	Q345R — النطاق النموذجي / الدور	Q370R — النطاق النموذجي / الدور
C	كربون منخفض، يتم التحكم فيه لأداء الأوعية الضغطية الملحومة (على سبيل المثال، ~≤0.20%)	تحكم C أعلى قليلاً أو مشابه للوصول إلى عائد أعلى؛ لا يزال منخفضًا بما يكفي لقابلية اللحام
Mn	معتدل (إزالة الأكسدة، القوة)	معتدل إلى أعلى قليلاً للمساعدة في القوة والقدرة على التصلب
Si	مزيل أكسدة صغير (≤~0.35%)	مشابه لـ Q345R
P	تحكم صارم (حدود الشوائب)	تحكم مشابه أو أكثر صرامة في بعض المواصفات
S	كبريت منخفض للصلابة	كبريت منخفض؛ يتم التحكم فيه بشكل مشابه
Cr، Ni، Mo	بشكل عام الحد الأدنى في Q345R؛ إضافات صغيرة عرضية في المتغيرات الخاصة	قد تشمل كميات صغيرة (أثر إلى أجزاء من العشرة في المئة) في بعض الشركات المصنعة لتعزيز القدرة على التصلب والقوة
V، Nb، Ti	عادة ما تكون غائبة أو بمستويات منخفضة جدًا في Q345R الأساسي	من المرجح أن تشمل متغيرات Q370R السبيكة الدقيقة (V، Nb، Ti) لتعزيز الترسيب وتنقية الحبوب
B، N	ليست استراتيجية سبيكة أساسية؛ يتم التحكم في N	يتم التحكم في N؛ يتم استخدام B الأثرية أحيانًا في الفولاذات المسبوكة الدقيقة للتحكم في القدرة على التصلب

ملاحظات: - يتم تحديد الحدود الكيميائية الدقيقة من قبل المورد والمعيار المعمول به. الجدول يهدف إلى تسليط الضوء على استراتيجيات السبيكة: يستخدم Q345R كيمياء محافظة لتحقيق توازن بين القوة وقابلية اللحام؛ يعتمد Q370R عادةً على سبيكة أعلى قليلاً و/أو سبيكة دقيقة بالإضافة إلى التحكم في المعالجة لتحقيق أرقام عائد أعلى مع الحفاظ على الصلابة.

كيف تؤثر السبيكة على الخصائص: - يزيد الكربون من القوة والقدرة على التصلب ولكنه يقلل من قابلية اللحام والصلابة إذا كان مفرطًا. - يزيد المنغنيز من القوة والقدرة على التصلب ويساعد في إزالة الأكسدة. - تتيح السبيكة الدقيقة مع Nb، V، Ti القوة من خلال ترسيبات دقيقة وتنقية الحبوب، مما يحسن القوة دون زيادة الكربون بشكل متناسب. - تزيد الإضافات الصغيرة من Cr، Mo، Ni من القدرة على التصلب والقوة عند درجات الحرارة المرتفعة ولكن يتم استخدامها بحذر في فولاذ الأوعية الضغطية للتحكم في التكاليف والحفاظ على قابلية اللحام.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية: - Q345R: يتم إنتاجه ليعطي بنية مجهرية من الفريت الدقيق–البرليت أو الفريت الإبرية بعد الدرفلة والتحكم في المعالجة الحرارية؛ يتم اختيار البنية المجهرية لتوفير توازن بين الصلابة والليونة عند درجات حرارة الخدمة الشائعة. - Q370R: يحقق عائدًا أعلى من خلال مزيج من تعزيز الانزلاق/المذاب الأعلى قليلاً وترسيبات السبيكة الدقيقة. غالبًا ما تتكون البنية المجهرية من فريت أدق مع برليت محكم وكسر باينيت معزز في بعض الطرق الحرارية الميكانيكية.

استجابة المعالجة الحرارية والمعالجة: - المعالجة الحرارية: تستجيب كلتا الدرجتين للمعالجة الحرارية مع تنقية الحبوب وخصائص ميكانيكية متوقعة. يجب التحكم في درجات حرارة المعالجة الحرارية لمنع الإفراط في التصلب لترسيبات السبيكة الدقيقة في Q370R. - التبريد والمعالجة الحرارية: ليست معيارية لهذه الألواح الضغطية (عادة ما يتم إنتاجها كمعالجة حرارية أو مدرفلة بشكل محكم)، ولكن إذا تم تطبيقها، ستؤثر سبيكة Q370R على القدرة على التصلب واستجابة المعالجة الحرارية بشكل أقوى من Q345R. - المعالجة الحرارية الميكانيكية المحكومة (TMCP): مهمة بشكل خاص لـ Q370R لتحقيق قوة أعلى مع الصلابة المطلوبة؛ تساعد TMCP في إنتاج بنى مجهرية دقيقة وخصائص موحدة من خلال الدرفلة الثقيلة بالإضافة إلى التبريد المعجل.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: مقارنة الخصائص الميكانيكية النموذجية (نطاقات تمثيلية؛ تحقق من الشهادة)

الخاصية	Q345R — النموذجي	Q370R — النموذجي
قوة العائد (ميغاباسكال)	اسمي ~345	اسمي ~370
قوة الشد (ميغاباسكال)	نطاق نموذجي ~470–630	نطاق نموذجي ~500–700
التمدد (%)	عادة ≥20 (اعتمادًا على السماكة)	عادة ≥17–20 (أقل قليلاً عند السماكة المتساوية)
صلابة التأثير	طاقة التأثير المحددة عند درجة الحرارة (مصممة لتكون مقبولة للصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة)	مستهدفة لمطابقة Q345R عند درجات حرارة الاختبار المماثلة ولكن أحيانًا تتطلب تحكمًا أكثر صرامة
الصلابة (HB أو HRC)	معتدلة (متوافقة مع الألواح اللدنة)	أعلى قليلاً بسبب آليات القوة المضافة

التفسير: - Q370R أقوى (قوة عائد اسمية أعلى وقدرة شد أعلى) بسبب السبيكة والمعالجة. يمكن أن تأتي تلك القوة الأعلى مع تقليل معتدل في التمدد المتجانس وزيادة محتملة في الحساسية لدورات اللحام الحرارية إذا كانت العناصر ذات القدرة على التصلب الأعلى موجودة. - الصلابة هي معيار تصميم لكلتا الدرجتين؛ عادةً ما يتحكم مصنعو Q370R في التركيب والعملية للحفاظ على متطلبات طاقة التأثير المطلوبة من قبل أكواد الأوعية الضغطية.

5. قابلية اللحام

تعتمد اعتبارات قابلية اللحام على المعادل الكربوني والقدرة على التصلب. مؤشرين مفيدين:

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

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

التفسير النوعي: - يشير ارتفاع $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$ إلى زيادة القدرة على التصلب وزيادة خطر تكوين المارتنسيت في منطقة التأثير الحراري (HAZ)، مما يزيد من متطلبات التسخين المسبق/المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT). - عادةً ما يكون لدى Q345R معادل كربوني أقل وبالتالي قابلية لحام أسهل مع إجراءات اللحام التقليدية ومتطلبات تسخين مسبق أقل. - يمكن أن يكون لدى Q370R، بسبب الزيادات الصغيرة في محتوى السبيكة والسبيكة الدقيقة، معادل كربوني أعلى؛ وهذا يتطلب تحديد إجراءات لحام أكثر دقة (تسخين مسبق، درجة حرارة بين الطبقات، اختيار المواد المالئة، وأحيانًا PWHT) لتجنب هشاشة HAZ أو التشقق البارد. - تعمل عناصر السبيكة الدقيقة (Nb، V، Ti) على تنقية حجم الحبوب ويمكن أن تحسن الصلابة، لكنها تزيد أيضًا من القوة عند درجات الحرارة المرتفعة ويمكن أن ترفع قليلاً من قياسات المعادل الكربوني؛ يُوصى بتأهيل إجراءات اللحام.

6. التآكل وحماية السطح

• كل من Q345R و Q370R هما فولاذان منخفضا السبيكة غير مقاومين للصدأ. ليسا مقاومين للتآكل من الناحية الكيميائية وعادة ما يتطلبان حماية سطحية للخدمة الجوية أو التآكلية.
• الحمايات الشائعة: الغلفنة بالغمر الساخن (حيثما كان ذلك مناسبًا للسماكة والخدمة)، الطلاءات العضوية (الدهانات، الإيبوكسي، البولي يوريثين)، التغطية المعدنية (زنك/ألمنيوم مرشوش)، أو التكسية بسبيكات مقاومة للتآكل عند الضرورة.
• صيغة PREN غير قابلة للتطبيق (فولاذ غير مقاوم للصدأ). بالنسبة للمواد المقاومة للصدأ، فإن مؤشر PREN هو: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• عند تحديد Q345R أو Q370R للبيئات ذات خطر التآكل، يجب أن يأخذ الاختيار في الاعتبار نظام الطلاء المناسب ونظام الفحص؛ قد تؤثر الغلفنة على إجراءات اللحام وما بعد التصنيع.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع: تقطع كلتا الدرجتين بشكل مشابه باستخدام الأكسجين والوقود، أو البلازما، أو الليزر؛ يمكن أن يؤدي ارتفاع قوة Q370R إلى زيادة طفيفة في تآكل الأدوات عند تشغيل التركيبات المجاورة.
• التشكيل/الانحناء: Q345R، كونه أكثر ليونة، يكون عمومًا أسهل في التشكيل عند نفس أنصاف الانحناء؛ يتطلب Q370R أنصاف انحناء أدنى أكبر قليلاً أو انحناء محكم لتجنب التشقق، خاصة في الألواح الأكثر سمكًا.
• قابلية التشغيل: يمكن أن تقلل القوة المتزايدة والسبيكة الدقيقة في Q370R من قابلية التشغيل وقد تتطلب تعديلًا في التغذية/السرعات واختيار الأدوات مقارنةً بـ Q345R.
• المعالجة الحرارية وتخفيف الإجهاد: قد تتطلب PWHT بموجب الكود أو إجراء اللحام بشكل متكرر للدرجات الأعلى قوة؛ تنسيق تسلسل التصنيع وفقًا لذلك.

8. التطبيقات النموذجية

Q345R — الاستخدامات النموذجية	Q370R — الاستخدامات النموذجية
المراجل ذات الضغط المنخفض إلى المعتدل، أوعية التخزين حيث تكون الليونة وقابلية اللحام ذات أولوية	الأوعية الضغطية والقذائف حيث يكون الضغط التصميمي الأعلى أو تقليل سماكة اللوحة مرغوبًا
المكونات الهيكلية العامة في تصنيع الخزانات الملحومة والأوعية ذات درجات الحرارة المنخفضة	التطبيقات التي تتطلب ضغوطًا مسموحًا بها أعلى، أو وزنًا مخفضًا، أو مقاطع أكثر سمكًا مع الحفاظ على الصلابة
ألواح كبيرة، سهلة اللحام حيث تكون التكلفة هي القيد الأساسي	الحالات التي يسمح فيها الكود بألواح أعلى قوة لتقليل الوزن أو سماكة المادة؛ التعديلات التي تتطلب سعة أعلى دون تغيير في الهندسة

مبررات الاختيار: - اختر Q345R عندما تكون بساطة التصنيع، وقابلية اللحام المثبتة، والتحكم في التكلفة هي الأولويات. - اختر Q370R عندما تكون هناك حاجة لتوفير الوزن على مستوى الهيكل، أو ضغط مسموح به أعلى، أو هوامش تصميم أعلى، وعندما يمكن أن يستوعب المشروع ضوابط لحام/تصنيع أكثر صرامة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: Q370R عمومًا أكثر تكلفة لكل طن من Q345R بسبب التحكم الأكثر صرامة في المعالجة، والإضافات المحتملة للسبيكة الدقيقة، والاختبارات أو الشهادات الإضافية لتلبية الأهداف الميكانيكية الأكثر صعوبة.
• التوافر: تاريخيًا، كان Q345R أكثر شيوعًا ومخزونًا على نطاق واسع في العديد من الأسواق والسماكات. يتزايد توافر Q370R، خاصة حيث تعترف الأكواد بفولاذ الأوعية الضغطية الأعلى قوة؛ ومع ذلك، يجب تأكيد شكل المنتج (سماكة اللوحة، الشهادات) مع المصانع والموزعين مبكرًا في عملية الشراء.

10. الملخص والتوصية

جدول: مقارنة سريعة

السمة	Q345R	Q370R
قابلية اللحام	جيدة جدًا (CE أقل)	جيدة، ولكن تحتاج إلى WPS مؤهلة وPWHT محتمل
توازن القوة–الصلابة	متوازن للخدمة النموذجية	قوة أعلى لنفس الصلابة أو صلابة قريبة مع تحكم أكثر صرامة
التكلفة	أقل	أعلى

التوصيات: - اختر Q345R إذا كانت قابلية اللحام، والتوافر الواسع، وتكلفة المواد المنخفضة، وسهولة التصنيع هي الأولويات القصوى — على سبيل المثال، المراجل القياسية، والخزانات، والعديد من الأجزاء الضغطية الملحومة حيث تكفي الضغوط المسموح بها القياسية. - اختر Q370R إذا كنت بحاجة إلى قوة عائد/شد أعلى لتقليل سماكة اللوحة، أو تلبية ضغط تصميم أعلى، أو تحسين الوزن مع الحفاظ على مقاومة التأثير — بشرط أن تتمكن من تنفيذ إجراءات لحام مؤهلة، وتصنيع محكم، وقبول تكلفة المواد والمعالجة الأعلى قليلاً.

ملاحظة نهائية: تحقق دائمًا من تقرير اختبار المصنع الخاص بالشركة المصنعة ومتطلبات الكود المعمول بها (معيار الأوعية الضغطية، حدود السماكة، درجات الحرارة المطلوبة للتأثير) قبل الاختيار النهائي. تأهيل إجراءات اللحام وقابلية تتبع المواد أمران أساسيان لكلتا الدرجتين، ويصبحان أكثر أهمية مع زيادة القوة والقدرة على التصلب.