Q355GNH مقابل Q415GNH – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
اختيار بين Q355GNH و Q415GNH هو معضلة شائعة في التصميم والمشتريات للمهندسين ومديري المشتريات ومخططي التصنيع الذين يعملون مع الفولاذ الهيكلي عالي القوة. تشمل سياقات القرار النموذجية موازنة سعة التحميل الأعلى والأقسام الرقيقة (القوة) مقابل قابلية اللحام والصلابة في درجات الحرارة المنخفضة والتكلفة الإجمالية. كما يزن المصنعون أيضًا التبادلات بين التشكيل والآلات مقابل الأداء في الخدمة.
في جوهرها، تحتل هاتان الدرجتان نطاقات قوة متجاورة ضمن عائلة الفولاذات منخفضة السبائك عالية القوة (HSLA) المستخدمة في الألواح الهيكلية والأقسام. الفرق الوظيفي الرئيسي هو زيادة في قوة الخضوع المضمونة لـ Q415GNH مقارنةً بـ Q355GNH، مما يؤدي إلى اختلافات في متطلبات المعالجة وإدارة الصلابة وأسباب الاختيار.
1. المعايير والتسميات
- عائلات المعايير الرئيسية حيث تظهر الفولاذات المماثلة: المعايير الوطنية الصينية (درجات سلسلة Q)، EN (الأوروبية)، ASTM/ASME (الولايات المتحدة)، و JIS (اليابان). تختلف أسماء الدرجات والمتطلبات الدقيقة بين المعايير؛ جداول التحويل هي إرشادات فقط.
- التصنيف: كل من Q355GNH و Q415GNH هي فولاذات هيكلية منخفضة الكربون وغير قابلة للصدأ، مصممة لتحقيق توازن جيد بين القوة والصلابة. ليست فولاذات أدوات أو فولاذات مقاومة للصدأ.
- أشكال المنتجات النموذجية: الألواح، واللفائف، والهياكل الملحومة؛ عادةً ما ترمز اللواحق (مثل GNH) إلى مؤهلات العملية والخصائص (مثل، المعالجة العادية، المدرفلة حرارياً، والصلابة المحسنة في درجات الحرارة المنخفضة) في مخططات التسمية الخاصة بالشركات المصنعة أو الوطنية. تحقق من النص القياسي لمعنى اللواحق الدقيقة في مواصفات الشراء.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
استراتيجية HSLA منخفضة السبائك لكلتا الدرجتين هي الحفاظ على الكربون منخفضًا للحفاظ على قابلية اللحام والصلابة، مع إضافة كميات صغيرة من عناصر السبائك الدقيقة (Nb، V، Ti) بالإضافة إلى نيتروجين مسيطر عليه لتنقية الحبوب وزيادة القوة من خلال الترسيب وتنقية الحبوب بدلاً من الزيادات الكبيرة في الكربون.
| عنصر | Q355GNH (دور نموذجي) | Q415GNH (دور نموذجي) |
|---|---|---|
| C (الكربون) | منخفض - يحد من قابلية التصلب، يساعد في قابلية اللحام | منخفض - قد يكون تحت السيطرة بشكل هامشي أقل أو مشابه لـ Q355 للحفاظ على الصلابة |
| Mn (المنغنيز) | معتدل - تقوية المحلول الصلب وإزالة الأكسدة | معتدل - قد يكون أعلى قليلاً لدعم العائد الأعلى |
| Si (السيليكون) | أثر - معتدل - مزيل للأكسدة | أثر - معتدل |
| P (الفوسفور) | محفوظ منخفض - التحكم في الهشاشة | محفوظ منخفض |
| S (الكبريت) | محفوظ منخفض - قابلية التشغيل، النظافة | محفوظ منخفض |
| Cr، Ni، Mo | عادةً ما تكون ضئيلة أو أثر - ليست آلية التصلب الرئيسية | قد تكون موجودة بكميات صغيرة في بعض المتغيرات لدعم القوة/قابلية التصلب |
| V، Nb، Ti (السبائك الدقيقة) | موجودة بكميات دقيقة لتنقية الحبوب وتقوية الترسيب | موجودة؛ قد يتم تحسينها لزيادة طفيفة في تقوية الترسيب |
| B (البورون) | نادرة/أثر - إذا تم استخدامها، يتم التحكم فيها من أجل قابلية التصلب | نادرة/أثر |
| N (النيتروجين) | مسيطر عليه - يشكل كاربونيتريدات مع المعادن الدقيقة | مسيطر عليه - قد يكون أعلى قليلاً للتحكم في التقوية |
ملاحظة: الحدود الكيميائية الدقيقة محددة في المعايير الوطنية أو معايير المصنع ذات الصلة وتختلف مع لاحقة الدرجة وشكل المنتج. الجدول يظهر الأدوار النوعية بدلاً من التركيزات المطلقة.
كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - الكربون المنخفض يحافظ على قابلية اللحام والليونة مقبولة. - يوفر المنغنيز والسيليكون المسيطر تقوية المحلول الصلب وسلوك المعالجة. - تمكّن عناصر السبائك الدقيقة (Nb، V، Ti) من تحقيق قوة خضوع عالية من خلال تنقية الحبوب وتقوية الترسيب دون زيادات كبيرة في الكربون، مما يحافظ على الصلابة. - يمكن أن تؤدي الزيادات الصغيرة في السبائك أو كثافة المعالجة لتلبية متطلبات Q415 إلى زيادة قابلية التصلب وتتطلب تحكمًا حراريًا إضافيًا.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
البنى المجهرية النموذجية لكلتا الدرجتين بعد المعالجة القياسية هي فيرّيت ناعم الحبيبات مع كميات مسيطر عليها من باينيت مقسى أو فيرّيت متعدد الأضلاع وترسيبات سبائك دقيقة، اعتمادًا على الطرق الحرارية الميكانيكية.
- Q355GNH: تمت معالجته لإنتاج مصفوفة فيرّيت-بيرلايت أو فيرّيت-باينيت مع حجم حبة ناعم عبر المعالجة العادية أو المدرفلة بشكل مسيطر عليه. تعيق ترسيبات السبائك الدقيقة (كاربونيتريدات Nb/Ti/V) نمو الحبوب وتساهم في قوة الخضوع.
- Q415GNH: لتحقيق قوة الخضوع المضمونة الأعلى، غالبًا ما تزيد المعالجة من كثافة المدرفلة حرارياً أو تستخدم تقوية ترسيب أقوى. يمكن أن ينتج عن ذلك نسبة أعلى من الهياكل الباينيتية أو مصفوفة فيرّيت أكثر تنقية مع ترسيبات أكثر كثافة، مما يزيد من القوة ولكنه يتطلب تحكمًا حراريًا أكثر دقة.
استجابة المعالجة الحرارية: - المعالجة العادية/التنقية: تستفيد كلتا الدرجتين من المعالجة العادية أو المدرفلة بشكل مسيطر عليه لتنقية حجم الحبة وتحسين الصلابة. - التبريد والتخمير: ليس شائعًا لهذه الدرجات الهيكلية HSLA في الإمدادات الروتينية؛ سيغير تصنيف المنتج. - المعالجة الحرارية الميكانيكية المسيطر عليها (TMCP): فعالة بشكل خاص لكلتا الدرجتين، وغالبًا ما تستخدم لتحقيق توازن القوة والصلابة. بالنسبة لـ Q415GNH، قد تكون معلمات TMCP أكثر عدوانية لزيادة العائد نحو الهدف الأعلى.
4. الخصائص الميكانيكية
واحدة من القلائل المؤكدة الكمية هي أن رقم الدرجة يشير إلى الحد الأدنى الاسمي لقوة الخضوع بالميغاباسكال وفقًا لاتفاقية سلسلة Q الصينية.
| الخاصية | Q355GNH | Q415GNH |
|---|---|---|
| الحد الأدنى لقوة الخضوع (ميغاباسكال) | 355 (اسمي حسب التسمية) | 415 (اسمي حسب التسمية) |
| قوة الشد | عادةً أقل من Q415؛ مصممة للحفاظ على سلوك كسر ليّن | عادةً أعلى من Q355 لمطابقة العائد الأعلى |
| التمدد (الليونة) | بشكل عام أكثر ليونة عند السماكة والمعالجة المتكافئة | بشكل عام أقل قليلاً من الليونة عند مستوى القوة الأعلى |
| صلابة التأثير (درجات الحرارة المنخفضة) | مصممة لتحقيق صلابة جيدة مع TMCP والمعالجة العادية | يمكن أن تحقق صلابة قابلة للمقارنة ولكن غالبًا ما تتطلب معالجة واختبار أكثر صرامة |
| الصلابة | أقل من Q415 تحت معالجة مماثلة | أعلى بسبب القوة المرتفعة وكثافة الترسيب |
التفسير: - يوفر Q415GNH قوة خضوع مضمونة أعلى وبالتالي يمكّن من إنشاء هياكل أرق لنفس الحمولة، ولكنه قد يفرض تحكمًا أكثر صرامة على الصلابة وإجراءات اللحام. - يميل Q355GNH إلى تقديم قابلية تشكيل أفضل وغالبًا ما يكون لديه تمدد أعلى قليلاً عند الكسر لطرق المعالجة المتكافئة.
5. قابلية اللحام
تعتمد قابلية اللحام على مكافئ الكربون وقابلية التصلب. للتقييم النوعي، استخدم المؤشرات المعترف بها:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
والمزيد من الشمولية:
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي: - تم تصميم كلتا الدرجتين بكربون منخفض وسبائك دقيقة من HSLA للحفاظ على $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ منخفضة نسبيًا مقارنة بالفولاذات المتوسطة الكربون المصلدة، مما يدعم قابلية اللحام الجيدة. - قد يكون لدى Q415GNH قيم CE و Pcm أعلى قليلاً من Q355GNH بسبب زيادة محتوى المنغنيز أو السبائك الدقيقة أو معالجة أقوى؛ يمكن أن يزيد ذلك من القابلية للتصلب في منطقة اللحام والتشقق المدعوم بالهيدروجين في الأقسام السميكة. - عمليًا، غالبًا ما يتطلب Q415 تحكمًا أكثر صرامة: مواد لحام هيدروجين منخفضة، تسخين مسبق أو درجة حرارة بينية مسيطر عليها، ومعالجة حرارية بعد اللحام للأقسام السميكة الحرجة أو الخدمة في درجات الحرارة المنخفضة. - بالنسبة لكلتا الدرجتين، اتبع شهادات المصنع وأجرِ اختبارات تأهيل الوصلات عند الشك.
6. التآكل وحماية السطح
- هذه فولاذات غير قابلة للصدأ؛ مقاومة التآكل محدودة بمقاومة الفولاذات منخفضة السبائك. يجب أن يفترض الاختيار وجود تآكل بيئي ما لم يتم حمايته.
- خيارات حماية السطح: الغلفنة بالغمر الساخن، البرايمرات الغنية بالزنك، الطلاءات الصناعية ذات الجزئين، أنظمة الإيبوكسي، أو التغطيات المعدنية حيثما كان ذلك ضروريًا.
- PREN غير قابل للتطبيق لأن هذه ليست سبائك مقاومة للصدأ. بالنسبة للمواد المقاومة للصدأ، يجب