Q345R مقابل Q390R – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

Q345R و Q390R هما فولاذان منخفضا السبائك، مخصصان لتصميم الأوعية الضاغطة، ويستخدمان على نطاق واسع في التصنيع الصيني والدولي للغلايات، والأوعية الضاغطة، والحاويات المبردة. يواجه المهندسون، ومديرو المشتريات، ومخططو التصنيع عادةً قرار اختيار بين هذين الصنفين مع مراعاة التكلفة، وقابلية التصنيع، وقابلية اللحام، والأداء الميكانيكي المطلوب. تشمل المقايضات النموذجية اختيار مادة أقل تكلفة وأكثر مرونة مقابل بديل أعلى قوة يقلل من سمك القسم أو الوزن.

التمييز الفني الرئيسي بين Q345R و Q390R هو مستوى قوة التصميم: يتم تحديد Q390R لحد أدنى أعلى من العائد، وبالتالي يُستخدم حيث تكون سعة التحميل الأعلى أو تقليل السمك مطلوبين. نظرًا لأن كلاهما فولاذان غير مقاومين للصدأ للأوعية الضاغطة مع فلسفات سبائك مشابهة، يتم مقارنتهما بشكل متكرر عند تحسين التصاميم من حيث القوة، والصلابة، والتصنيع.

1. المعايير والتسميات

• GB (الصين): يتم تحديد Q345R و Q390R في معايير GB/T الصينية لفولاذ الأوعية الضاغطة. يشير اللاحقة "R" إلى ملاءمة لوحات الأوعية الضاغطة الملحومة.
• EN / ISO: غالبًا ما يتم مقارنة الأداء التقريبي مع EN S355 (لسلسلة Q345) وفولاذات الهيكلية عالية القوة، ولكن يجب التحقق من البدائل المباشرة مقابل معايير الأوعية الضاغطة.
• ASME / ASTM: لا يوجد درجة ASME مباشرة واحدة؛ عادةً ما يقوم المستخدمون بتحديدها وفقًا لعائلات ASTM A516/A572 حسب الخصائص الميكانيكية والضغوط المسموح بها.
• JIS: تستخدم المعايير اليابانية تسميات مختلفة؛ يتطلب التحديد فحصًا لكل خاصية على حدة.

التصنيف: كلا من Q345R و Q390R هما فولاذان منخفضا السبائك من الكربون والمنغنيز (من نوع HSLA للاستخدام في الأوعية الضاغطة)، وليس فولاذ أدوات أو فولاذ مقاوم للصدأ. هما نوعان من الأوعية الضاغطة (R) مع صلابة تأثير مطلوبة عند درجات حرارة محددة.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

جدول: الوجود النوعي العام للعناصر الشائعة

العنصر	Q345R (نموذجي)*	Q390R (نموذجي)*	الدور الوظيفي
C	منخفض–متوسط	منخفض–متوسط (غالبًا أقل قليلاً)	تحكم في القوة؛ زيادة C تعزز القوة والصلابة ولكن تقلل من قابلية اللحام والصلابة.
Mn	متوسط	متوسط–عالي	إزالة الأكسدة وتقوية المحلول الصلب؛ يساعد على القابلية للتصلب.
Si	أثر–متوسط	أثر–متوسط	مزيل للأكسدة؛ تأثير صغير على القوة.
P	أثر (منخفض تحت السيطرة)	أثر (منخفض تحت السيطرة)	شوائب - تُبقى منخفضة للحفاظ على الصلابة.
S	أثر (منخفض تحت السيطرة)	أثر (منخفض تحت السيطرة)	شوائب - تحت السيطرة لقابلية اللحام والصلابة.
Cr	أثر–منخفض	أثر–منخفض	قد يكون موجودًا بكميات صغيرة لزيادة القابلية للتصلب/الصلابة.
Ni	أثر–منخفض	أثر–منخفض	يحسن الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة عند وجوده.
Mo	أثر–منخفض	أثر–منخفض	القابلية للتصلب ومقاومة الزحف إذا تمت إضافته.
V	أثر (إمكانية السبيكة الدقيقة)	أثر (احتمالية أكبر للسبيكة الدقيقة)	السبيكة الدقيقة لتعزيز الترسيب (تحسين الحبوب).
Nb (Nb,V مجتمعة)	أثر محتمل	أثر محتمل	تحسين الحبوب والقوة بعد المعالجة الحرارية الميكانيكية.
Ti	أثر محتمل	أثر محتمل	إزالة الأكسدة والتحكم في نمو الحبوب.
B	ليس نموذجيًا	ليس نموذجيًا	يمكن استخدام مستويات منخفضة جدًا في بعض فولاذ HSLA لتعزيز القابلية للتصلب (نادر).
N	منخفض تحت السيطرة	منخفض تحت السيطرة	يمكن أن تشكل نيتريدات؛ تحت السيطرة للصلابة.

* "نموذجي" يشير إلى استراتيجيات السبيكة الشائعة لهذه الفولاذات للأوعية الضاغطة؛ استشر الشركة المصنعة/المعيار المحدد لحدود العناصر المعتمدة وشهادات الدفعات.

ملخص استراتيجية السبيكة: - يعتمد كلا الصنفين بشكل رئيسي على الكربون والمنغنيز تحت السيطرة مع سبيكة دقيقة انتقائية (Nb، V، Ti) وعناصر أثرية للصلابة والقوة. - يتم إنتاج Q390R عادةً لتحقيق قوة إثبات أعلى؛ قد يقوم المنتجون بتشديد التحكم في الكربون، وزيادة السبيكة الدقيقة أو تطبيق المعالجة الحرارية الميكانيكية للوصول إلى المستوى الأعلى دون محتوى كربون مفرط قد يضر بقابلية اللحام أو الصلابة.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية: - الحالة المسلمة لكلا الصنفين عادةً ما تكون لوحات مُعالجة أو مُدحرجة تحت السيطرة مع بنية مجهرية من الفريت–البرليت أو بنية مجهرية من الفريت–الباينيت ذات الحبوب الدقيقة حسب معدلات التبريد والسبيكة الدقيقة. - Q345R، المصمم لمستوى قوة أقل، غالبًا ما يظهر فريتًا وبرليتًا أكثر تساويًا مع مناطق فريت أكبر، مما يساهم في المرونة. - Q390R يهدف إلى بنية مجهرية ذات حبوب أدق مع مساهمات مصفوفة أقوى (باينيت أكثر ترويضًا أو فريت مُحسن) يتم تحقيقها من خلال جداول دحرجة أكثر تشددًا أو ترسيب سبيكة دقيقة، مما يعطي قوة عائد أعلى.

استجابة المعالجة الحرارية: - المعالجة بالتطبيع: كلا الصنفين يستجيبان للتطبيع عن طريق تحسين حجم الحبوب وزيادة التوحيد؛ غالبًا ما يتم تحديد التطبيع لوحات الأوعية الضاغطة لضمان الصلابة. - التبريد والترويض: ليس نموذجيًا كإجراء قياسي لهذه اللوحات "المُدحرجة"، ولكن ممكن للمتغيرات عالية القوة المخصصة؛ يمكن تصميم Q390R للاستفادة أكثر من طرق التبريد والترويض إذا كان المصنع يتطلب قوة أعلى مع الحفاظ على الصلابة. - المعالجة الحرارية الميكانيكية تحت السيطرة (TMCP): تُستخدم على نطاق واسع لإنتاج Q390R للوصول إلى قوة أعلى مع الحفاظ على صلابة وقابلية لحام مقبولة - تترسب عناصر السبيكة الدقيقة وتُحسن حجم حبوب الأوستنيت أثناء الدحرجة.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: الخصائص الميكانيكية المقارنة (نوعية مع الحد الأدنى المحدد حيثما كان ذلك موجودًا)

الخاصية	Q345R	Q390R	تعليق
قوة العائد المحددة الدنيا	~345 ميغاباسكال (حسب التسمية)	~390 ميغاباسكال (حسب التسمية)	تمييز أساسي - Q390R لديه قوة عائد قانونية أعلى.
قوة الشد	متوسطة	أعلى	عادةً ما تحقق Q390R قوة شد نهائية أعلى.
التمدد (المرونة)	مرونة أعلى	مرونة أقل قليلاً	عادةً ما تظهر الفولاذات عالية القوة تمددًا موحدًا أقل.
صلابة التأثير	جيدة (محددة عند درجة حرارة التصميم)	جيدة ولكن قد تتطلب تحكمًا أكثر صرامة	كلاهما مصنفان للتأثير، ولكن Q390R تتطلب التحكم في العملية للحفاظ على الصلابة عند القوة الأعلى.
الصلابة	متوسطة	أعلى	ترتبط القوة الأعلى بزيادة الصلابة.

تفسير: - توفر Q390R نسبة قوة إلى وزن أعلى وتمكن من أقسام أرق لنفس التحميل. المقايضة هي أن تحقيق قوة أعلى يمكن أن يقلل من المرونة ويجعل التحكم في البنية المجهرية أكثر أهمية للحفاظ على الصلابة عند درجات الحرارة المنخفضة. - بالنسبة للعديد من تطبيقات الأوعية الضاغطة حيث يتم تحديد الصلابة عند درجات حرارة معينة، يتم تصميم كلا الصنفين لتلبية متطلبات طاقة التأثير؛ يتحقق الموردون من ذلك من خلال اختبار شاربى V-notch عند درجة الحرارة المحددة.

5. قابلية اللحام

محركات قابلية اللحام: - تحدد محتويات الكربون والقابلية للتصلب المدمجة القابلية للتشقق البارد والحاجة إلى التسخين المسبق/التسخين بعد اللحام. - يمكن أن تزيد السبيكة الدقيقة (Nb، V) من القابلية للتصلب محليًا في منطقة التأثير الحراري (HAZ) للحام.

مؤشرات مفيدة (استخدام نوعي؛ لا تحل محل تأهيل الإجراءات): - معادل الكربون، نموذج IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

تفسير: - القيم المنخفضة لـ $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ تعني قابلية لحام أسهل مع المواد الاستهلاكية القياسية ودرجة حرارة تسخين أقل؛ مع زيادة الكربون وبعض عناصر السبيكة، تزداد الحاجة إلى التسخين المسبق، ودرجات حرارة التمرير المتحكم فيها، والمعالجة الحرارية بعد اللحام. - Q345R، مع قوته التصميمية المنخفضة وغالبًا ما تكون نطاقات الكربون المسموح بها أعلى قليلاً، تظهر عادةً قابلية لحام أفضل من Q390R عندما تكون جميع العوامل الأخرى متساوية. ومع ذلك، يمكن أن تحتوي Q390R الحديثة المنتجة بكربون منخفض وTMCP على قيم مقبولة من $CE_{IIW}/P_{cm}$ مقارنةً بـ Q345R. - تأهيل إجراءات اللحام (WPS/PQR) والتحكم في الهيدروجين أمران أساسيان لكلا الصنفين، خاصةً للأقسام السميكة والخدمة عند درجات الحرارة المنخفضة.

6. التآكل وحماية السطح

• لا Q345R ولا Q390R مقاومان للصدأ أو التآكل من حيث التركيب. يتم تحقيق حماية التآكل من خلال:
• الطلاءات: الدهانات القائمة على المذيبات أو المياه، البرايمرات الإيبوكسية، والطلاءات النهائية من البولي يوريثين.
• الحماية المعدنية: الجلفنة بالغمس الساخن أو التغطية المعدنية (زنك/ألمنيوم) للخدمة الجوية.
• مخصصات التآكل: تحديد لوحات أكثر سمكًا لحساب معدلات التآكل المتوقعة.
• PREN (عدد مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• استخدم PREN فقط للسبائك المقاومة للصدأ؛ بالنسبة لـ Q345R/Q390R، اعتبر الحماية الكاثودية، والطلاءات الحاجزة، واختيار المواد المناسبة للبيئات العدوانية.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع: كلا الصنفين يمكن قطعهما بسهولة باستخدام اللهب، أو البلازما، أو الليزر. قد تتطلب القوة الأعلى لـ Q390R سرعات قطع أبطأ للتحكم في جودة الحواف في الأقسام السميكة.
• الانحناء/التشكيل: Q345R، مع عائد أقل، يكون عمومًا أسهل في الانحناء إلى أشكال ضيقة والتشكيل البارد دون ارتداد أو تشقق. Q390R، كونه أقوى، يظهر ارتدادًا أعلى ونطاق قابلية انحناء أقل - يجب مراجعة تصميم الشكل وضبط تسامحات الرسم.
• قابلية التشغيل: كلاهما قابل للتشغيل وفقًا لممارسات فولاذ الكربون القياسية. القوة الأعلى والصلابة الأعلى لـ Q390R يمكن أن تقلل قليلاً من عمر الأداة؛ اختر مواد وأسرع أدوات القطع وفقًا لذلك.
• إنهاء السطح: تتم عمليات الطحن والرش بالخرز بشكل مشابه؛ يمكن أن تؤثر الحرارة المدخلة أثناء اللحام أو التشغيل الثقيل محليًا على الخصائص ويجب أخذها في الاعتبار في تسلسلات التصنيع.

8. التطبيقات النموذجية

Q345R – الاستخدامات النموذجية	Q390R – الاستخدامات النموذجية
غلايات وأوعية ضغط منخفضة إلى متوسطة حيث لا تكون تحسين الوزن أمرًا حاسمًا؛ أقسام هيكلية وتصنيع ملحوم يتطلبان مرونة وصلابة جيدة	أوعية ضغط، خزانات تخزين، وهياكل حيث تكون الأولوية لتقليل سمك الجدران أو توفير الوزن؛ أوعية عملية وأجزاء ذات مهام ثقيلة تحت أحمال ثابتة أعلى
أنابيب ومكونات تحتاج إلى صلابة عند درجات حرارة منخفضة حيث يُرغب في مزيد من المرونة	تصنيع حيث يسمح الضغط المسموح به أو رموز التصميم بالاستفادة من قوة العائد الأعلى (على سبيل المثال، لتقليل سمك اللوحة)
خزانات ومعدات مصنعة لأغراض عامة حيث تكون سهولة اللحام والتكلفة هي الشواغل الرئيسية	تطبيقات حيث تكون القوة الميكانيكية حاسمة مع الحفاظ على سلامة اللحام - نظرًا لوجود ضوابط عملية أكثر تشددًا

مبررات الاختيار: - اختر Q345R عندما تكون سهولة التصنيع، وقابلية التشكيل، والقيود الدنيا على اللحام أكثر أهمية من الحاجة إلى تقليل الوزن. - اختر Q390R عندما تتطلب تحسينات هيكلية، وتوفير الوزن، أو ضغوط تصميم أعلى قوة العائد الأعلى - بشرط أن تضمن ضوابط الجودة الصلابة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: عادةً ما تكون Q390R أغلى من Q345R بسبب ضوابط المعالجة الأكثر تشددًا، والاحتمالية للسبيكة الدقيقة، والشهادة للقوة الأعلى. تختلف التكلفة الإضافية حسب السوق والدفعة.
• التوافر: يتم إنتاج كلا الصنفين بشكل شائع، ولكن التوافر يعتمد على سمك اللوحة، والعرض، ومتطلبات تأهيل درجة حرارة التأثير. قد تكون Q345R متاحة بشكل أوسع في مجموعة أكبر من الأحجام؛ يمكن أن يكون توافر Q390R أكثر تقلبًا للألواح السميكة أو الدفعات المعتمدة عند درجات حرارة منخفضة جدًا.
• المشتريات: حدد الخصائص الميكانيكية المطلوبة، ودرجة حرارة التأثير، وتوافق المواد الاستهلاكية المتعلقة باللحام. اطلب شهادات اختبار المصنع (MTC) وأرقام الحرارة لضمان تتبع المواد.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي)

السمة	Q345R	Q390R
قابلية اللحام	جيدة	جيدة–متوسطة (تحتاج إلى تحكم في العملية)
توازن القوة–الصلابة	قوة متوسطة مع مرونة/صلابة جيدة	قوة أعلى؛ يمكن تحقيق الصلابة مع تحكم أكثر تشددًا
التكلفة	أقل	أعلى

التوصيات: - اختر Q345R إذا: - كانت بساطة التصنيع، والمرونة الأعلى، وتكلفة المواد الأقل هي الأولويات. - لا يتطلب التصميم قوة عائد أعلى وتقليل السمك. - كانت سهولة اللحام والتشكيل أكثر أهمية من تقليل الوزن.

• اختر Q390R إذا:
• كانت قوة العائد التصميمية الأعلى مطلوبة لتقليل سمك الجدران أو الوزن.
• كانت اقتصاديات المشروع تفضل الأقسام الأرق على الرغم من تكلفة المواد الأعلى لكل وحدة.
• يمكن للمصنع توفير مواد معتمدة تلبي متطلبات الصلابة ومعالجة تحت السيطرة (TMCP، كربون منخفض، سبيكة دقيقة) لإدارة قابلية اللحام وخصائص HAZ.

ملاحظة نهائية: تحقق دائمًا من الحدود الكيميائية والميكانيكية الدقيقة من شهادة المصنع الخاصة بالمورد وتأهيل إجراءات اللحام لسمك اللوحة المحدد ودرجة حرارة الخدمة. بالنسبة لأعمال الأوعية الضاغطة، امتثل للرمز أو المعيار المعمول به وثق نظم اختبار التأثير ومتطلبات الفحص غير التدميري عند الاختيار بين Q345R و Q390R.