Q345R مقابل SA516 Gr70 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

يواجه المهندسون وفرق الشراء عادةً مفاضلة بين التكلفة وقابلية اللحام والأداء الميكانيكي عند اختيار الفولاذ المستخدم في أوعية الضغط. Q345R و ASTM A516 Grade 70 (SA516 Gr70) هما درجتان يتم مقارنتهما بشكل متكرر لمعدات الضغط الملحومة، وخزانات التخزين، والأوعية ذات درجات الحرارة المتوسطة. تشمل سياقات القرار النموذجية اختيار مادة لأداء التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة، والامتثال لمتطلبات الكود الوطني (ASME مقابل المعايير الوطنية)، أو تحسين التكلفة ولوجستيات سلسلة التوريد.

التمييز الرئيسي بين الدرجتين هو مصدر المعايير واستراتيجية الميكروسبائك: Q345R هو درجة فولاذية صينية لأوعية الضغط تتميز بخصائص HSLA وميكروسبائك متعمدة لزيادة قوة الخضوع، بينما SA516 Gr70 هو فولاذ كربوني لأوعية الضغط محدد من ASTM/ASME لخصائص الشد الجيدة والصلابة القابلة للتنبؤ عند درجات الحرارة المنخفضة المحددة تحت أنظمة المعالجة/الاختبار المحددة. وهذا يجعلها قابلة للمقارنة من حيث التصميم ولكن مختلفة في المعالجة، وتأهيل إجراءات اللحام، والتوافر الإقليمي.

1. المعايير والتسميات

• Q345R
• المعيار الرئيسي: GB/T 713 (فولاذ أوعية الضغط) والمواصفات ذات الصلة GB/T في الصين.
• التصنيف: فولاذ أوعية ضغط كربوني-منغنيز مع ميكروسبائك (ميزات HSLA).
• SA516 Grade 70 (A516 Gr70)
• المعيار الرئيسي: ASTM A516/A516M — مستخدم على نطاق واسع في المواد ASME القسم الثاني، الجزء A لأوعية الضغط.
• التصنيف: فولاذ أوعية ضغط كربوني (فولاذ كربوني-منغنيز تقليدي مع ميكروسبائك محدودة مسموح بها).
• المعايير ذات الصلة والمراجع المتقاطعة التي يتم مواجهتها غالبًا: EN (مثل سلسلة P355)، JIS، ومعايير وطنية أخرى — لكن Q345R و A516 Gr70 لا يزالان يتم مقارنتهما بشكل شائع لأن كلاهما محدد لمعدات الضغط الملحومة.

كلاهما فولاذ كربوني غير مقاوم للصدأ مخصص لمكونات الضغط الملحومة؛ ولا أي منهما مادة فولاذية مقاومة للصدأ عالية السبيكة.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

نطاقات التركيب الكيميائي التمثيلية (وزن%). هذه هي النطاقات النموذجية المستخدمة في الممارسة؛ يجب التحقق من الحدود الدقيقة من المعيار المسيطر وشهادات مطحنة المواد.

عنصر	Q345R (نموذجي، وزن%)	SA516 Gr70 (نموذجي، وزن%)
C	0.10 – 0.20	≤ 0.27 (نموذجي 0.12 – 0.27)
Mn	0.70 – 1.60	0.70 – 1.20
Si	0.15 – 0.50	0.15 – 0.40
P	≤ 0.025 – 0.030	≤ 0.035
S	≤ 0.020 – 0.030	≤ 0.035
Cr	trace – ≤ 0.30	trace – ≤ 0.30
Ni	trace – ≤ 0.30	trace – ≤ 0.30
Mo	trace – ≤ 0.20	trace – ≤ 0.20
V	trace – up to ~0.10 (ميكروسبائك)	trace (أحيانًا ميكروسبائك)
Nb (Cb)	trace – up to ~0.05 (ميكروسبائك)	trace (أحيانًا موجودة بكميات صغيرة)
Ti	trace	trace
B	trace	trace
N	trace	trace

ملاحظات: - غالبًا ما تتضمن تركيبات Q345R ميكروسبائك متحكم بها (Nb، V، Ti) وتحكمًا أكثر صرامة في P/S لتحقيق قوة خضوع أعلى وتحسين تنقية الحبوب دون معالجة التبريد الكامل. - يتم تحديد SA516 Gr70 عادةً كفولاذ كربوني لأوعية الضغط مع تركيبات محسّنة للصلابة وقابلية اللحام؛ بعض المصانع تزود أنواعًا ميكروسبائكة، لكن الدرجة محددة بمعايير قبول ميكانيكية وتأثير بدلاً من حزمة ميكروسبائك ثابتة.

كيف تؤثر السبيكة على السلوك: - يتحكم الكربون والمنغنيز بشكل أساسي في القوة وقابلية التصلب. زيادة C تعزز القوة ولكن تقلل من قابلية اللحام والصلابة. - تعمل عناصر الميكروسبائك (Nb، V، Ti) على تحسين قوة الخضوع من خلال تقوية الترسيب وتنقية الحبوب، مما يزيد من الصلابة عند مستوى قوة معين دون زيادات كبيرة في الكربون. - تزيد المستويات المنخفضة من Cr وNi وMo (إذا كانت موجودة) من قابلية التصلب ويمكن أن تؤثر على الصلابة؛ هذه عادةً ما تكون منخفضة أو غائبة في كلا الدرجتين.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية: - Q345R: يتم تسليمه بشكل أساسي كلوح مُعالج أو مُدلفن، مع مصفوفة من الفريت والبرليت تم تنقيتها بواسطة ترسيبات الميكروسبائك (Nb/Ti/V). تزيد تنقية الحبوب وتقوية التشتت من قوة الخضوع مع الحفاظ على اللدونة. - SA516 Gr70: يتم تسليمه عادةً كفولاذ كربوني-منغنيز مُعالج أو مُدلفن مع مصفوفة من الفريت والبرليت؛ توفر المعالجة الحرارية المستهدفة أو الدرفلة المتحكم بها اللدونة ومقاومة التأثير وفقًا لمتطلبات ASTM.

استجابة المعالجة الحرارية: - المعالجة بالتطبيع (تبريد الهواء من فوق درجة الحرارة الحرجة) تنقي حجم الحبوب وتحسن الصلابة لكلا الدرجتين. - التبريد والتخمير ليس شائعًا لألواح أوعية الضغط من هذه الدرجات — مصممة لتلبية الخصائص الميكانيكية والتأثيرية في الحالة المدلفنة أو المعالجة بالتطبيع. - يتم تطبيق المعالجة الحرارية الميكانيكية المتحكم بها (TMCP) عادةً على Q345R لإنتاج قوة خضوع أعلى وتحسين الصلابة من خلال الدرفلة المتحكم بها والتبريد المعجل. - بالنسبة لكلاهما، قد تتطلب المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) أحيانًا وفقًا لمعايير التصميم اعتمادًا على السماكة، وتصميم الوصلات، ودرجة حرارة الخدمة لتقليل الضغوط المتبقية وتخمير منطقة اللحام المتأثرة (HAZ).

4. الخصائص الميكانيكية

نطاقات الخصائص الميكانيكية التمثيلية. القيم الفعلية تعتمد على السماكة، والمعالجة الحرارية، وبيانات الشهادة.

الخاصية	Q345R (تمثيلي)	SA516 Gr70 (تمثيلي)
قوة الشد (ميغاباسكال)	~470 – 620	~485 – 620
قوة الخضوع (ميغاباسكال)	~345 (قيمة التصميم الاسمية)	~240 – 300 (حد أدنى ~250 نموذجي)
التمدد (A%)	20 – 25% (اعتمادًا على السماكة)	18 – 22%
صلابة التأثير (Charpy V-notch)	محدد عند درجات حرارة الغرفة أو تحت الصفر اعتمادًا على المواصفة؛ عمومًا جيدة مع TMCP	محدد وفقًا لمتطلبات ASTM A516 (غالبًا ما يتم اختباره عند −29°C/−20°F) مع طاقة دنيا محددة
الصلابة (HBW)	عادةً < 200 HBW (تعتمد على المنتج)	عادةً < 200 HBW

التفسير: - تم تصميم Q345R لتوفير قوة خضوع اسمية أعلى (تشير "345" إلى فئة قوة خضوع 345 ميغاباسكال) من خلال آليات HSLA، مما يمنح قوة تصميم أعلى لنفس المقطع العرضي. - تظهر SA516 Gr70 خصائص شد قوية مع سلوك تأثير مثبت عند درجات الحرارة المنخفضة عند تصنيعها واختبارها وفقًا لمتطلبات ASTM؛ إن انخفاض قوتها يسهل التشكيل وأحيانًا يحسن الصلابة في ظروف مقيدة للغاية. - في الممارسة العملية، يوفر Q345R قوة خضوع أعلى لتصاميم حساسة للوزن، بينما توفر SA516 Gr70 مزيجًا موثقًا من قوة الشد وصلابة التأثير الموثقة لتصنيع قائم على ASME.

5. قابلية اللحام

تتعلق اعتبارات قابلية اللحام بمحتوى الكربون، والمعادل الكربوني (ميل التصلب)، والميكروسبائك.

الصيغ الشائعة للمعادل الكربوني المستخدمة نوعيًا: - المعادل الكربوني IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (أكثر تحفظًا): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - تعتبر كلتا الدرجتين قابلة للحام مع العمليات الشائعة (SMAW، GMAW، SAW). تتطلب SA516 Gr70، مع سقف كربوني أعلى مسموح به عمومًا، الوعي بتأثيرات السماكة ومتطلبات التسخين المسبق؛ يتم استخدام A516 على نطاق واسع مع إجراءات لحام موثقة ومواد تعبئة وفقًا لـ ASME. - قد تزيد الميكروسبائك في Q345R وقابلية التصلب الأكبر في الأقسام السميكة من القابلية للتصلب في منطقة اللحام المتأثرة (HAZ) والتشقق البارد الناتج عن الهيدروجين إذا لم يتم لحامها مع التسخين المسبق ودرجات حرارة التمرير المناسبة. وبالتالي، غالبًا ما تتضمن تأهيل إجراءات اللحام لـ Q345R الانتباه إلى التسخين المسبق، ودرجات حرارة التمرير، واختيار المواد القابلة للاستهلاك لتتناسب مع متطلبات التأثير والشد. - تساعد استخدام الصيغ المذكورة أعلاه في تحديد الحاجة إلى التسخين المسبق و PWHT: يشير ارتفاع $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$ إلى أن التسخين المسبق الأكثر صرامة أو معدلات تبريد أقل مستحسنة.

6. التآكل وحماية السطح

• لا Q345R ولا SA516 Gr70 مقاومان للصدأ؛ مقاومة التآكل هي مقاومة الفولاذ الكربوني وكلاهما يتطلب حماية السطح في البيئات التآكلية.
• الحمايات النموذجية: أنظمة الطلاء (إيبوكسي، بولي يوريثان)، البرايمرات، الطلاء، والتغليف بالغمس الساخن (عندما تكون متوافقة مع متطلبات أوعية الضغط). بالنسبة للخدمات المدفونة أو مياه البحر، فإن اختيار البطانة، والحماية الكاثودية، أو ترقيات السبيكة أمر شائع.
• PREN (عدد مقاومة التآكل) مخصص للسبيكات المقاومة للصدأ وليس قابلًا للتطبيق على الفولاذ الكربوني غير المقاوم للصدأ، ولكن للمرجع: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ — لا ينطبق PREN على Q345R أو SA516 Gr70.

متى يجب النظر في بدائل مقاومة للتآكل: - اختر سبائك مقاومة للتآكل (مقاومة للصدأ، ثنائية، أو تغليفات مقاومة للتآكل) عندما تشمل ظروف التصميم وسائل عدوانية، أو كلوريدات، أو خدمة طويلة بدون صيانة. يتم أحيانًا استخدام تغليف SA516 أو Q345R بطبقات مقاومة للصدأ لأوعية الضغط لدمج القوة ومقاومة التآكل.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل: كلاهما فولاذ كربوني قياسي مع قابلية تشغيل مماثلة؛ القوة الأعلى قليلاً أو الميكروسبائك في Q345R يمكن أن تزيد من تآكل الأدوات بشكل طفيف.
• قابلية التشكيل/الانحناء: تجعل قوة الخضوع المنخفضة لـ SA516 Gr70 التشكيل والانحناء البارد أسهل عمومًا للأقواس الضيقة؛ تتطلب قوة الخضوع الأعلى لـ Q345R أقواس انحناء أكبر أو مزيد من القوة والتحكم الدقيق لتجنب الارتداد.
• القطع والعمليات الحرارية: القطع بالأكسجين والوقود، والقطع بالبلازما، والقطع بالليزر هي روتينية لكلاهما؛ لا تؤثر الميكروسبائك في Q345R بشكل مادي على القطع ولكن قد تتطلب مزيدًا من الانتباه إلى إدخال الحرارة أثناء القطع لتجنب هشاشة HAZ في الأقسام الثقيلة.
• التشطيب: الطحن القياسي، والتلميع، وإعداد السطح للطلاءات شائعة لكلا الدرجتين.

8. التطبيقات النموذجية

Q345R — الاستخدامات النموذجية	SA516 Gr70 — الاستخدامات النموذجية
أوعية الضغط والمراجل في الصين/آسيا حيث يتم استخدام معايير GB؛ أجزاء ضغط ملحومة ثقيلة تتطلب قوة خضوع أعلى	أوعية الضغط، المراجل، خزانات التخزين، والأنابيب وفقًا لمعايير ASME وغيرها من المعايير الدولية؛ مستخدمة بشكل شائع في أمريكا الشمالية والأسواق التصديرية
هياكل ملحومة بسماكة أكبر حيث يسمح الخضوع الأعلى بأقسام أخف	خزانات ومراجل مصنعة حيث تتطلب صلابة التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة الموثقة
مكونات هيكلية في المعدات التي تستفيد من قوة الميكروسبائك HSLA	مكونات ضغط عامة وعمليات ترميم لأنظمة الأنابيب/الألواح المحددة وفقًا لـ ASME

مبررات الاختيار: - اختر Q345R عندما تكون قوة التصميم الأعلى وتوفير الوزن هي المحركات الرئيسية، ويتماشى الشراء/التصنيع مع معايير GB والموردين. - اختر SA516 Gr70 عندما يتطلب الامتثال لمعايير ASME/ASTM، وإجراءات اللحام الموثقة جيدًا، واختبار التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة الموثقة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: تعتمد على المنطقة. غالبًا ما يكون Q345R تنافسيًا من حيث التكلفة في الصين وآسيا بسبب الإنتاج المحلي والاستخدام الشائع. SA516 Gr70 متاحة بشكل شائع في الولايات المتحدة، وأوروبا، والعديد من الأسواق العالمية؛ تعتمد القدرة التنافسية في الأسعار على قاعدة المطاحن المحلية، والسماكة، وحجم الطلب.
• التوافر: SA516 Gr70 متاحة على نطاق واسع في الألواح المؤهلة وفقًا لمعايير ASTM؛ Q345R متاحة على نطاق واسع في الصين والأسواق المجاورة ويمكن الحصول عليها دوليًا من المصدرين. يجب تأكيد أوقات التسليم وقابلية تتبع الشهادات للشراء عبر الحدود.
• أشكال المنتجات: يتم توفير كلاهما كألواح، وأشكال مقطوعة، وأحيانًا كلفائف مدلفنة؛ يتم تحديد SA516 بشكل متكرر لمراجل ASME وأوعية الضغط، لذا فإن شبكات الموردين للألواح المعتمدة قوية في تلك سلاسل التوريد.

10. الملخص والتوصية

المقياس	Q345R	SA516 Gr70
قابلية اللحام	جيدة؛ قد تحتاج إلى تسخين مسبق أكثر صرامة للأقسام السميكة بسبب الميكروسبائك/قابلية التصلب	ممتازة؛ مستخدمة على نطاق واسع مع إجراءات لحام ASME المعتمدة
توازن القوة–الصلابة	قوة خضوع اسمية أعلى (تأثير HSLA)؛ صلابة جيدة مع TMCP/التطبيع	توازن بين الشد وصلابة التأثير الموثقة وفقًا لاختبارات ASTM
التكلفة والتوافر	فعالة من حيث التكلفة في الأسواق الصينية/الآسيوية؛ توفر محلي قوي	متاحة على نطاق واسع في سلاسل التوريد ASME/ASTM؛ توزيع جيد عالميًا

التوصية: - اختر Q345R إذا كنت بحاجة إلى قوة خضوع اسمية أعلى وترغب في توفير الوزن/الأقسام، وتعمل ضمن كود GB أو قاعدة الموردين، ويمكنك التحكم في اللحام/التسخين المسبق واختبار القبول لأخذ تأثيرات الميكروسبائك والسماكة في الاعتبار. - اختر SA516 Gr70 إذا كنت بحاجة إلى الامتثال لمعايير ASME/ASTM، وأداء تأثير قابل للتنبؤ عند درجات الحرارة المنخفضة مع أنظمة اختبار موثقة، وتوافر عالمي واسع مع مواد استهلاكية وإجراءات لحام مألوفة.

ملاحظة أخيرة: يجب دائمًا التحقق من اختيار المواد مقابل كود التصميم المسيطر، ومواصفات إجراءات اللحام للمشروع (WPS/PQR)، ودرجات حرارة اختبار التأثير المطلوبة، وشهادات المطحنة. عند الشك، راجع الحدود الكيميائية والميكانيكية الدقيقة على شهادة المطحنة وقم بتأهيل إجراءات اللحام مع سماكة اللوح التمثيلية وإدخال الحرارة المتسقة مع الدرجة المختارة.