Q355NH مقابل 09CuPCrNi – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع والمصنعون عادةً خيارًا بين الفولاذ الذي يركز على القوة وتلك التي تركز على مقاومة التآكل الجوي. يظهر الاختيار بين Q355NH و 09CuPCrNi عادةً عندما تتطلب المشاريع إما قدرة هيكلية أعلى مع بعض مقاومة الطقس أو سبائك منخفضة الكربون تعزز تكوين الباتينا والأداء الجوي على المدى الطويل.

باختصار: Q355NH هو درجة فولاذية هيكلية عالية القوة / HSLA تم إنتاجها وتحديدها لتوفير أداء ميكانيكي جيد مع تحسين المقاومة الجوية؛ 09CuPCrNi هو فولاذ سبائكي منخفض الكربون يركز على تعزيز مقاومة التآكل الجوي من خلال إضافات النحاس والكروم والنيكل. هذه الاختلافات تؤثر على الاختيار بناءً على قدرة التحميل وقابلية التصنيع / اللحام وسلوك التآكل المتوقع أثناء الخدمة.

1. المعايير والتسميات

• Q355NH
• المعيار الأساسي: سلسلة GB/T الصينية للفولاذ الهيكلي عالي القوة منخفض السبيكة (مثل عائلة GB/T 1591 والمعايير الوطنية ذات الصلة). تشير التسمية Q355 إلى مستوى عائد اسمي حوالي 355 ميغاباسكال؛ تشير اللواحق (مثل N و H و NH) إلى حالات المعالجة الحرارية / الحرارية الميكانيكية ونية التصميم الإضافية (التطبيع، تحسين المقاومة الجوية).
• أقرب السياقات الدولية: غالبًا ما يتم التعامل معها كجزء من الفولاذ الهيكلي المقاوم للطقس HSLA؛ يقارن المهندسون عادةً مع درجات الفولاذ الهيكلي EN (سلسلة S355، بما في ذلك المتغيرات المقاومة للطقس "W") ومواصفات ASTM للمقاومة الجوية / HSLA للتحقق من المعادلة.

• التصنيف: فولاذ HSLA / هيكلي مقاوم للطقس (فولاذ كربوني منخفض السبيكة مع سبيكة ميكروية مسيطر عليها).

• 09CuPCrNi

• الاستخدام النموذجي: تشير التسمية إلى كربون منخفض (09) مع سبائك بواسطة Cu و P و Cr و Ni تستهدف تعزيز مقاومة التآكل الجوي. يتم استخدام هذه التسمية في بعض المواصفات الإقليمية للفولاذ المقاوم للطقس (غالبًا في المعايير الوطنية أو تسميات الموردين الخاصة).
• العائلات القابلة للمقارنة: تتداخل وظيفيًا مع الفولاذ المقاوم للطقس مثل ASTM A242/A588 أو تسميات EN W ولكنها تختلف في الكيمياء والفئة الميكانيكية.
• التصنيف: فولاذ مقاوم للتآكل منخفض الكربون ومضاف إليه النحاس والكروم والنيكل (ليس فولاذًا مقاومًا للصدأ).

ملاحظة: تتطلب المعادلة الدقيقة عبر المعايير التحقق من إصدار المعيار المحدد وشهادة مطحنة المورد - لا تفترض القابلية للتبادل دون التحقق.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

عنصر	Q355NH (الخصائص)	09CuPCrNi (الخصائص)
C	كربون منخفض إلى متوسط مسيطر عليه لتلبية متطلبات القوة والصلابة لـ HSLA	كربون منخفض (تشير التسمية إلى محتوى منخفض من الكربون) لتعظيم الصلابة وقابلية اللحام
Mn	موجود كعامل قوة / مثبت رئيسي (مسيطر عليه Mn للصلابة)	موجود بكميات مسيطر عليها للقوة وإزالة الأكسدة
Si	موجود كعامل إزالة الأكسدة؛ عادةً منخفض	موجود بكميات صغيرة
P	محدود؛ قد يكون أعلى قليلاً في التركيبات المقاومة للطقس ولكن مسيطر عليه	يمكن استخدام P المسيطر عليه عمدًا للمساعدة في تكوين الباتينا في بعض الفولاذ المقاوم للطقس
S	محتفظ به منخفضًا لقابلية اللحام والمرونة	محتفظ به منخفضًا
Cr	قد يكون موجودًا كسبائك ميكروية أو في إضافات صغيرة لمقاومة التآكل	تم إدخاله عمدًا لتعزيز خصائص الباتينا ومقاومة التآكل
Ni	قد يكون موجودًا بكميات منخفضة أو غائبًا	مضاف لتحسين أداء التآكل والصلابة في مصفوفة الباتينا
Cu	إضافات صغيرة تستخدم غالبًا في المتغيرات المقاومة للطقس لتعزيز الباتينا	إضافة عمدية كبيرة لتسريع وتثبيت أكاسيد السطح الواقية
Mo, V, Nb, Ti, B, N	قد تكون عناصر السبيكة الميكروية موجودة (مثل V و Nb للتقوية والتحكم في الحبيبات)	عادةً ليست سبيكة ميكروية رئيسية للتقوية؛ التركيز الأساسي هو السبيكة المقاومة للتآكل (Cu/Cr/Ni)

التفسير: يستخدم Q355NH سبيكة منخفضة مسيطر عليها وأحيانًا سبيكة ميكروية لتحقيق قوة أعلى (HSLA) وصلابة جيدة؛ يتم ضبط السبيكة للقوة وقابلية التشكيل مع توفير بعض المقاومة الجوية. 09CuPCrNi يدمج عمدًا Cu و Cr و Ni كسبائك تعزز التآكل؛ يتم الاحتفاظ بالكربون منخفضًا للحفاظ على الصلابة وقابلية اللحام مع تمكين آلية الباتينا.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

• Q355NH
• البنية المجهرية النموذجية: فيرّيت ناعم / لؤلؤي أو مصفوفة فيرّيت مصقولة تم إنتاجها من خلال الدرفلة المسيطر عليها والتطبيع؛ تنتج السبيكة الميكروية (Nb و V و Ti) والمعالجة الحرارية / التنقية حجم حبيبات ناعم وصلابة محسّنة.

• استجابة المعالجة الحرارية: التطبيع أو الدرفلة الحرارية الميكانيكية المسيطر عليها تنقي الحبيبات وتزيد من العائد / الصلابة؛ التبريد والتخمير أقل شيوعًا للألواح الهيكلية ولكن ممكن إذا كانت القوة الأعلى مطلوبة (سوف تغير التصنيف).

• 09CuPCrNi

• البنية المجهرية النموذجية: فيرّيت منخفض الكربون مع عناصر سبيكة متفرقة؛ النحاس وكميات صغيرة من Cr/Ni موجودة عمومًا في محلول صلب أو موجودة كترسبات دقيقة تؤثر على تكوين أكسيد السطح بدلاً من توفير ترسبات تقوية كبيرة.
• استجابة المعالجة الحرارية: التركيب منخفض الكربون يتسامح مع الدورات الحرارية العادية؛ العلاجات الصلبة الثقيلة ليست نموذجية ولا ضرورية - الهدف الوظيفي هو المقاومة الجوية والمرونة بدلاً من تعظيم القوة.

في كلا الفولاذين، تعتمد البنية النهائية والخصائص بشكل كبير على تاريخ الدرفلة / الحرارة. يتم معالجة Q355NH لتحقيق توازن بين القوة العالية والصلابة؛ يتم معالجة 09CuPCrNi للحفاظ على المرونة وتوزيع سبيكة التآكل.

4. الخصائص الميكانيكية

الخاصية	Q355NH (الخاصية النموذجية)	09CuPCrNi (الخاصية النموذجية)
قوة الشد	متوسطة إلى عالية؛ مصممة للتطبيقات الهيكلية (مستوى فئة Q355)	متوسطة؛ نموذجية للفولاذ السبائكي منخفض الكربون المستخدم لمقاومة التآكل
قوة العائد	تقريبًا حول هدف تصنيف الدرجة (فئة العائد الهيكلي)	أقل من Q355NH في معظم الحالات؛ يعتمد على المعالجة
التمدد	مرونة جيدة ولكن أقل من الفولاذات منخفضة الكربون	عادةً ما يكون التمدد أعلى من الدرجات عالية القوة
صلابة التأثير	مصممة لصلابة جيدة عند درجات حرارة منخفضة عند معالجتها بشكل صحيح	صلابة جيدة بسبب الكربون المنخفض، ولكن القيم المحددة تعتمد على المعالجة الحرارية والسماكة
الصلابة	متوسطة؛ أعلى من الفولاذ العادي	متوسطة-منخفضة؛ أسهل في التشغيل / التشكيل من HSLA

التفسير: Q355NH هو الأقوى من الاثنين من حيث التصميم، حيث يوفر قوة عائد / قوة شد أعلى بسبب كيمياء HSLA والمعالجة. 09CuPCrNi يركز على أداء التآكل مع كربون منخفض وإضافات سبيكة تحافظ على المرونة وقابلية اللحام؛ عمومًا أقل قوة ولكن أكثر قابلية للتشكيل.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام بشكل أساسي على المعادل الكربوني والسبيكة الميكروية التي تزيد من الصلابة.

المؤشرات المفيدة: - المعادل الكربوني (نموذج المعهد الدولي للحام): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - معلمة أوسع: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير (نوعي): - Q355NH: القوة الأساسية الأعلى والسبيكة الميكروية المحتملة تزيد من الصلابة وقد تزيد من القابلية للتصلب في منطقة اللحام والتشقق البارد مقارنة بالفولاذ منخفض الكربون العادي. قد تكون هناك حاجة إلى تسخين مسبق، ودرجة حرارة تمرير مسيطر عليها، وإجراءات هيدروجين منخفضة للأقسام الأكثر سمكًا. - 09CuPCrNi: مع كربون منخفض وعدم وجود سبيكة ميكروية للصلابة الثقيلة، فإنه عمومًا أكثر قابلية للحام. يمكن أن تؤثر النحاس والكروم والنيكل قليلاً على دورة اللحام الحرارية واختيار المواد المضافة، ولكن خطر تشقق منطقة اللحام عادةً أقل من الدرجات عالية القوة HSLA.

تحقق دائمًا من مواصفات إجراء اللحام (WPS) وقم بإجراء PWHT فقط إذا كانت مطلوبة من قبل التطبيق أو الكود.

6. التآكل وحماية السطح

• كلاهما فولاذ غير مقاوم للصدأ؛ تختلف استراتيجيات الحماية.
• آلية مقاومة الطقس: الفولاذات التي تحتوي على Cu و Cr و Ni (و P المسيطر عليه) تعزز تكوين باتينا أكسيد بطيء النمو وملتصق يقلل من معدل التآكل في العديد من البيئات الجوية (خاصة الريفية والصناعية). تعزز السبيكة الجودة الواقية لطبقة الصدأ.
• 09CuPCrNi: مصمم لتنشيط سلوك تكوين الباتينا - الإضافات من Cu و Cr و Ni تستهدف بشكل خاص تعزيز مقاومة التآكل الجوي.
• Q355NH: تشمل المتغيرات المحددة تحسين المقاومة الجوية من خلال إضافات صغيرة وكيمياء مسيطر عليها، ولكن التركيز يبقى على القوة والصلابة؛ قد تكون هناك حاجة إلى حماية السطح اعتمادًا على البيئة.

لا تنطبق مؤشرات التآكل للفولاذات المقاومة للصدأ (مثل PREN) على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ. بالنسبة للسبائك المقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ يستخدم فقط حيث تعتبر الدرجات المقاومة للصدأ.

تدابير الحماية القابلة للتطبيق على كلاهما: - طلاءات سطحية (طلاء، طلاءات مسحوقية) - الغلفنة بالغمر الساخن أو التغطية المعدنية حيث يتوقع التعرض طويل الأمد أو الرش / الغمر - تفاصيل التصميم لتجنب الشقوق أو مصائد المياه التي تلغي فعالية الباتينا

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• Q355NH: تزيد القوة الأعلى من الارتداد أثناء الانحناء ويمكن أن تقلل من قابلية التشكيل؛ قد يكون التشغيل أكثر تطلبًا بسبب القوة الأعلى والسبيكة الميكروية المحتملة - يجب تعديل الأدوات والتغذية.
• 09CuPCrNi: الكربون المنخفض والحالة الأكثر ليونة تفضل القطع والتشكيل والانحناء البارد؛ أكثر ملاءمة للأشكال المعقدة والسحب العميق مع تآكل أقل للأدوات.
• التشطيب: كلاهما يقبل طرق التشطيب الشائعة؛ يجب إعداد حالة السطح بعد التشكيل واللحام قبل الطلاء أو الحماية الأخرى.

8. التطبيقات النموذجية

Q355NH (الاستخدامات النموذجية)	09CuPCrNi (الاستخدامات النموذجية)
ألواح هيكلية للجسور والمباني والآلات الثقيلة حيث تكون القوة الأعلى مطلوبة وبعض المقاومة الجوية مفيدة	ألواح معمارية، واجهات المباني، معدات وهياكل خارجية حيث تكون الباتينا ومقاومة التآكل الجوية منخفضة الصيانة هي الاحتياجات الأساسية
الهياكل البحرية / البرية مع التركيز على التصميم القوي (مع الحماية المناسبة من التآكل)	عناصر البنية التحتية (درابزين، تركيبات خارجية زخرفية) ومكونات تهدف إلى الصدأ إلى باتينا مستقرة
أجزاء الضغط أو التجميعات الملحومة حيث تكون القوة المحددة من قبل الكود مطلوبة (مع ضوابط لحام مناسبة)	مكونات حيث تكون المرونة وقابلية اللحام ذات أولوية إلى جانب مقاومة التآكل

مبررات الاختيار: اختر الدرجة التي تتناسب مع المتطلبات السائدة - القدرة الهيكلية على التحميل والصلابة مقابل أداء التآكل السطحي والصيانة الدنيا.

9. التكلفة والتوافر

• Q355NH: يتم إنتاجه عادةً في المناطق التي تتمتع بسعة كبيرة من الفولاذ الهيكلي (مثل الصين)؛ متاح على نطاق واسع في الألواح والأقسام؛ تعكس التكلفة معالجة HSLA والسبيكة الميكروية ولكن تستفيد من اقتصاديات الحجم.
• 09CuPCrNi: يمكن أن يكون سبيكة خاصة في بعض الأسواق (اعتمادًا على المورد والمنطقة) بسبب الإضافات العمدية من Cu/Cr/Ni؛ يختلف التوافر وقد تكون التكلفة أعلى لكل طن بسبب عناصر السبيكة وحجم الإنتاج الأصغر.

نصيحة الشراء: اطلب شهادات المصنع واقتباسات زمن التسليم لشكل المنتج المحدد (لوح، ملف، قسم). للمشاريع الدولية تحقق من المعادلة واللوجستيات الاستيرادية.

10. الملخص والتوصية

المقياس	Q355NH	09CuPCrNi
قابلية اللحام	جيدة مع ممارسات لحام مسيطر عليها؛ خطر CE أعلى من الفولاذات منخفضة الكربون	ممتازة بشكل عام بسبب الكربون المنخفض؛ للسبيكة تأثيرات طفيفة
توازن القوة والصلابة	قوة عالية مع صلابة مصممة (هيكلية)	قوة متوسطة مع مرونة وصلابة جيدة جدًا
التكلفة (نسبية)	عادةً أقل للفولاذ الهيكلي HSLA في الإنتاج الضخم	قد تكون أعلى اعتمادًا على محتوى Cu/Cr/Ni والتوافر

التوصيات: - اختر Q355NH إذا كنت بحاجة إلى لوح هيكلي / HSLA مع قوة عائد أعلى اسميًا (فئة Q355)، وصلابة جيدة وبعض المقاومة الجوية - نموذجية للجسور والهياكل الثقيلة والمكونات الحاملة للأحمال حيث تكون قوة التصميم دافعًا أساسيًا. - اختر 09CuPCrNi إذا كانت الهدف الأساسي هو الأداء الجوي على المدى الطويل مع صيانة منخفضة، وتكوين باتينا متفوق، وقابلية لحام / تشكيل ممتازة - نموذجية للواجهات المعمارية والهياكل الخارجية المكشوفة والتطبيقات حيث تكون الأداء البصري ومقاومة التآكل مطلوبة أكثر من القوة الهيكلية العالية.

ملاحظة نهائية: تحقق دائمًا من المتطلبات الكيميائية والميكانيكية الدقيقة مقابل مواصفات المشروع وشهادات مطحنة المورد. بالنسبة للهياكل الملحومة الحرجة، احسب المعادلات الكربونية (مثل $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$) للكيمياء المحددة وخطط إجراءات اللحام وفقًا لذلك.