Q355NH مقابل B450NQR – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً التوازن بين المتانة وقابلية اللحام والتكلفة والقوة عند اختيار الفولاذ الهيكلي. يتناول Q355NH وB450NQR نقاطًا مختلفة على هذا التوازن: أحدهما هو درجة فولاذية مخصصة للأوعية الضاغطة/الهيكلية تم تحسينها من أجل المتانة عند الشقوق وسلوك موثوق بعد التطبيع؛ والآخر هو درجة فولاذية هيكلية/مركبة دقيقة ذات عائد أعلى مصممة لتوفير قوة عائد مرتفعة مع تقليل المقطع العرضي أو الوزن.

التمييز العملي الرئيسي بين الاثنين هو هدف التصميم لقوة العائد: Q355NH هو فولاذ عائد اسمي ~355 ميغاباسكال تم إنتاجه من أجل متانة جيدة وقابلية للحام، بينما يستهدف B450NQR تقريبًا 450 ميغاباسكال من العائد مع استخدام المركبات الدقيقة والمعالجة الحرارية لتحقيق تلك الفئة. هذا الاختلاف يؤثر على الخيارات في التصنيع وتطوير إجراءات اللحام وحجم الأجزاء والتكلفة.

1. المعايير والتسميات

• Q355NH
• الأصل: عائلة مواصفات GB الصينية (سلسلة Q). يُستخدم بشكل شائع في تطبيقات الأوعية الضاغطة والهياكل في الصين وفي التجارة الدولية.
• التصنيف: فولاذ هيكلي/وعاء ضغط غير مقاوم للصدأ من الكربون والمنغنيز مع تسميات معالجة طبيعية/معالجة طبيعية ومقساة؛ يقع ضمن الفولاذ الهيكلي عالي المتانة (سلوك مشابه لـ HSLA عند التطبيع).
• B450NQR
• الأصل: تقاليد التسمية على الطراز الأوروبي (اسم الدرجة يشير إلى فئة 450 ميغاباسكال). تشير اللواحق NQR إلى متغيرات المعالجة الحرارية الطبيعية/الجودة/المطروقة أو المركبة الدقيقة حسب المورد/المعيار.
• التصنيف: فولاذ هيكلي عالي القوة (عائد مرتفع، فولاذ مركب دقيق/معالج حراريًا).

كلاهما فولاذ كربوني/مركب غير مقاوم للصدأ مخصص للتطبيقات الهيكلية الملحومة؛ لا يعد أي منهما فولاذ أدوات أو سبيكة مقاومة للصدأ.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تستخدم الدرجتان استراتيجيات سبائك مختلفة: يعتمد Q355NH على كربون متحكم فيه ومنغنيز معتدل مع حدود صارمة على الفوسفور/الكبريت وأحيانًا إضافات صغيرة من النيوبيوم/التيتانيوم/الفاناديوم للحصول على فولاذ نظيف ومتانه. يصل B450NQR إلى قوة أعلى بشكل أساسي من خلال السبائك الدقيقة (النيوبيوم، الفاناديوم، التيتانيوم)، والدرفلة المتحكم فيها (TMCP)، والمعالجات الحرارية الدقيقة بدلاً من الإضافات الكبيرة من عناصر السبائك المكلفة.

جدول: التركيز النموذجي للسبائك (نوعي - تحقق من الشهادة الدقيقة للمشتري أو المعيار للمواد المتعاقد عليها)

عنصر	Q355NH (تحكم نموذجي)	B450NQR (تحكم نموذجي)	الدور / التعليق
C	منخفض-معتدل؛ متحكم فيه من أجل المتانة وقابلية اللحام	منخفض-معتدل؛ متحكم فيه للحد من الصلابة مع تحقيق القوة عبر TMCP	الكربون يعزز القوة/قابلية التصلب؛ كلا الدرجتين تحافظان على مستوى منخفض نسبيًا من الكربون للحفاظ على قابلية اللحام.
Mn	معتدل (من أجل القوة وإزالة الأكسدة)	معتدل إلى أعلى قليلاً؛ يُستخدم مع الكربون من أجل القوة الأساسية	يزيد المنغنيز من قابلية التصلب والقوة.
Si	منخفض؛ إزالة الأكسدة	منخفض؛ إزالة الأكسدة	يؤثر السيليكون على إزالة الأكسدة ويزيد القوة قليلاً.
P, S	محدود بشكل صارم (منخفض) من أجل المتانة	محدود بشكل صارم (منخفض) من أجل المتانة وقابلية اللحام	تقلل الشوائب من المتانة وقابلية اللحام؛ كلاهما منخفض الكبريت ومنخفض الفوسفور.
Cr, Ni, Mo	بشكل عام الحد الأدنى في Q355NH	حد أدنى إلى منخفض؛ قد تتضمن بعض التغيرات كميات صغيرة من أجل قابلية التصلب	الإضافات الكبيرة من السبائك ليست نموذجية؛ القوة تأتي من المعالجة.
V, Nb, Ti	ممكن استخدام سبائك دقيقة عند ppm-نسبة وزن منخفضة لتنقية الحبوب	يستخدم بشكل متكرر سبائك دقيقة (النيوبيوم، الفاناديوم، التيتانيوم) لزيادة العائد عبر تقوية الترسيب	تزيد عناصر السبائك الدقيقة بشكل كبير من قوة العائد دون زيادات كبيرة في الكربون.
B, N	النيتروجين متحكم فيه؛ قد يكون البورون موجودًا بكميات ضئيلة في بعض الفولاذات	النيتروجين متحكم فيه؛ نادرًا ما يُستخدم البورون في الدرجات الهيكلية	يؤثر النيتروجين والبورون على قابلية التصلب والخصائص عند مستويات ppm.

ملاحظة: الحدود الكيميائية الدقيقة موضحة في المعيار المسيطر أو شهادة المصنع لكل دفعة. بالنسبة للمشتريات، يجب دائمًا طلب تحليل المصنع وتقرير اختبار المواد.

كيف تؤثر السبائك على الأداء - يزيد الكربون والمنغنيز من القوة وقابلية التصلب ولكن يقللان من قابلية اللحام والمتانة إذا كانت زائدة. - يسمح استخدام السبائك الدقيقة (النيوبيوم، الفاناديوم، التيتانيوم) بزيادة قوة العائد عبر ترسيبات دقيقة وتنقية الحبوب بدلاً من زيادة محتوى الكربون - مما يحافظ على قابلية اللحام والمرونة إلى حد ما. - من الضروري التحكم الصارم في الفوسفور والكبريت من أجل المتانة عند درجات الحرارة المنخفضة ولتجنب تشقق اللحام.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية: - Q355NH - تم إنتاجه لتقديم بنية مجهرية طبيعية: تتكون بشكل أساسي من الفريت متعدد الأضلاع الدقيق والبيرلايت مع حجم حبة موحد نسبيًا. يقلل التطبيع من الضغوط المتبقية وينتج متانة جيدة عند الشقوق. - إذا تم تطبيق التطبيع + التخمير أو دورات حرارية أخرى، يمكن تعديل البنية المجهرية للحصول على متانة إضافية أو قوة أعلى قليلاً. - B450NQR - تتم معالجته عادةً عبر معالجة حرارية ميكانيكية متحكم فيها (TMCP) أو تبريد متسارع لإنتاج مصفوفة من الفريت الباينيت/الفريت-بيرلايت/الفريت المركب الدقيق مع تقوية الترسيب (كربيدات النيوبيوم والفاناديوم). - ترفع ترسيبات السبائك الدقيقة وبنية الحبوب المنقحة قوة العائد دون شبكات كربيد كبيرة.

أثر طرق المعالجة القياسية - التطبيع (Q355NH): يوفر توازنًا بين القوة والمتانة، ينقي الحبوب، ويقلل من الضغوط المتبقية - مفيد للأوعية الضاغطة والتصنيع الملحوم. - التبريد والتخمير: ليس نموذجياً لهذه الدرجات ولكن يمكن تطبيقه على الفولاذات المركبة الدقيقة لزيادة القوة على حساب التكلفة والتشوه؛ عادةً لا يتم معالجة Q355NH بالتبريد والتخمير. - TMCP والدرفلة المتحكم فيها (B450NQR): تنتج قوة عالية عند محتوى كربون أقل؛ من الضروري التحكم الدقيق في درجة حرارة الدرفلة النهائية ومعدل التبريد لتحقيق الدرجة.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: الخصائص الميكانيكية المقارنة (اسمي/نوعي؛ تحقق من تقرير اختبار المصنع والمعيار)

الخاصية	Q355NH	B450NQR	تعليق
قوة العائد (اسمي)	~355 ميغاباسكال	~450 ميغاباسكال	تشير تسمية الدرجة إلى فئة العائد المستهدفة.
قوة الشد	معتدلة؛ عادةً أعلى من العائد ولكن تعتمد على الشكل/الدفعة	معتدلة-عالية؛ تعتمد على المعالجة، وغالبًا ما تكون أعلى من Q355NH	تختلف قيم الشد الفعلية حسب شكل المنتج والمورد.
التمدد (المرونة)	جيدة (مناسبة للتشكيل واللحام)	أقل من Q355NH لنفس السماكة، ولكن مقبولة إذا تم تصميمها بشكل صحيح	غالبًا ما تتاجر الفولاذات عالية القوة بالمرونة من أجل العائد.
متانة الصدمة	متانة عالية عند الشقوق حسب التصميم (CVN جيدة عند درجات الحرارة المحددة)	جيدة إلى متغيرة؛ تعتمد على TMCP والسماكة - قد تحتاج إلى التحقق من الخدمة عند درجات الحرارة المنخفضة	غالبًا ما يتم تحديد Q355NH لمستويات متانة الشقوق للأوعية الضاغطة.
الصلابة	معتدلة	أعلى	تزداد الصلابة مع القوة وترسيب السبائك الدقيقة.

أيها أقوى، أو أكثر متانة، أو أكثر مرونة - القوة: عادةً ما يوفر B450NQR قوة عائد أعلى بكثير. - المتانة: تم تصميم Q355NH من أجل متانة موثوقة عند الشقوق (خاصة في الألواح المعالجة طبيعيًا وفي نطاق درجات الحرارة المحددة). - المرونة: عادةً ما يقدم Q355NH تمددًا وقدرة على التشكيل أكبر؛ يتطلب B450NQR اعتبارات تصميم للتشكيل والانضمام.

5. قابلية اللحام

العوامل الرئيسية: معادل الكربون وتأثير السبائك الدقيقة على قابلية التصلب وخصائص HAZ. استخدم الصيغ المعتمدة لتقييم قابلية اللحام بشكل نوعي.

صيغة معادل الكربون الشائعة: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

التفسير (نوعي) - Q355NH: عادةً ما يؤدي انخفاض الكربون والسبائك المتحكم فيها إلى الحصول على معادل كربون أقل من الفولاذات المركبة الدقيقة عالية القوة، مما يسهل اللحام باستخدام الإجراءات القياسية ومتطلبات تسخين أقل للعديد من السماكات. يقلل التطبيع من قابلية التصلب في HAZ. - B450NQR: على الرغم من الحفاظ على مستوى منخفض من الكربون، يمكن أن تؤدي السبائك الدقيقة وزيادة قابلية التصلب إلى رفع القابلية للتصلب في HAZ وزيادة خطر التشقق البارد في الأقسام السميكة أو مع إدخال حرارة عالية. قد تكون مؤهلات إجراءات اللحام (WPS) مع درجات حرارة تسخين مناسبة ودرجات حرارة بينية، والتحكم في الهيدروجين، واعتبارات المعالجة الحرارية بعد اللحام ضرورية للألواح السميكة.

يجب دائمًا إجراء تأهيل إجراءات اللحام واستشارة تقرير اختبار المصنع لحساب $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$ لدفعة معينة وسماكة معينة.

6. التآكل وحماية السطح

• كلا الدرجتين فولاذ كربوني/مركب غير مقاوم للصدأ؛ مقاومة التآكل الفطرية محدودة.
• طرق الحماية القياسية:
• التغليف بالغمس الساخن للحماية العامة من الغلاف الجوي.
• أنظمة الطلاء، الطلاءات المسحوقة، أو بطانات متخصصة للبيئات العدوانية.
• معالجات السطح (فوسفات، تمرير حيثما ينطبق) لالتصاق الطلاء قبل الطلاء.
• 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 الدرجات المقاومة للصدأ إذا كانت مقاومة التآكل مطلوبة؛ خلاف ذلك، احمِ Q355NH وB450NQR بطبقات أو حماية كاثودية كجزء من التصميم.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع: كلاهما يُقطع باستخدام الأكسجين والوقود، أو البلازما، أو الليزر؛ قد يتطلب B450NQR عالي القوة سرعات قطع أبطأ لتجنب التصلب المحلي.
• التشكيل والانحناء: يوفر Q355NH خصائص انحناء وارتداد أفضل عند سماكات الألواح النموذجية؛ يتطلب B450NQR أشعة انحناء أكبر واعتبارات حدود الإجهاد بسبب العائد الأعلى والتمدد الأقل.
• قابلية التشغيل: أفضل قليلاً للفولاذ Q355NH الأقل قوة؛ يمكن أن يكون B450NQR أكثر تآكلًا للأدوات بسبب ترسيبات السبائك الدقيقة؛ تختلف قابلية التشغيل حسب الصلابة والمعالجة الحرارية.
• التشطيب: الطحن والرش بالكرات مشابه؛ تتطلب المناطق المتأثرة بالحرارة أثناء اللحام اهتمامًا في B450NQR لاحتمالية وجود قمم صلابة.

8. التطبيقات النموذجية

Q355NH	B450NQR
الأوعية الضاغطة، الغلايات، والخزانات حيث تتطلب متانة الشقوق والألواح المعالجة طبيعيًا	المكونات الهيكلية التي تتطلب قوة عائد عالية: الرافعات، هياكل الآلات الثقيلة، الدعامات حيث يُرغب في تقليل المقطع العرضي
الهياكل الملحومة لسطح السفن، الجسور والهياكل العامة حيث تكون المتانة عند درجة حرارة الخدمة المحددة حرجة	إطارات مقاومة للتآكل، معدات ثقيلة، وحيث يرغب المصممون في تقليل سماكة الألواح لتوفير الوزن
ألواح هيكلية عامة للهندسة المدنية مع احتياجات خدمة عند درجات حرارة منخفضة	ألواح عالية القوة لعربات السكك الحديدية، هياكل معدات التعدين، وأعضاء هيكلية أخرى عالية الإجهاد

مبررات الاختيار - اختر Q355NH حيث تكون المتانة عند درجات الحرارة المنخفضة، وسلوك HAZ المتوقع، وسهولة اللحام هي الأولويات. - اختر B450NQR حيث يسمح العائد الأعلى بتقليل سماكة المقطع، وتقليل الوزن الهيكلي، أو حيث تفوق اقتصاد القوة إلى الوزن على متطلبات تصنيع إضافية.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادةً ما تكون تكلفة Q355NH أقل لكل طن من الفولاذات المركبة الدقيقة عالية الدرجة بسبب المعالجة الأبسط وحجم الإنتاج الأوسع. يطلب B450NQR سعرًا أعلى بسبب TMCP، والتحكم الأكثر دقة في المعالجة، وإضافات السبائك الدقيقة.
• التوافر: يتم إنتاج Q355NH على نطاق واسع ويُخزن عادةً في المناطق التي تزود فيها منتجو الألواح الصينية السوق. يعتمد توافر B450NQR على المنتجين الإقليميين وطلب السوق على الفولاذات الهيكلية عالية العائد؛ يمكن أن تكون أوقات التسليم أطول للألواح الأكبر أو المعتمدة.
• أشكال المنتجات: كلاهما متاح كألواح، وأقسام، وأحيانًا أنابيب، ولكن تعتمد خلطات المنتجات المحددة على قدرة المصنع والشهادة.

10. الملخص والتوصية

جدول: مقارنة سريعة

السمة	Q355NH	B450NQR
قابلية اللحام	عالية (أسهل، تسخين أقل في العديد من الحالات)	جيدة ولكن تتطلب WPS مؤهلة واهتمامًا بتصلب HAZ
توازن القوة-المتانة	مصمم من أجل المتانة مع قوة معتدلة	قوة عائد أعلى؛ تعتمد المتانة على المعالجة والسماكة
التكلفة	عادةً أقل	أعلى (سعر مرتفع للقوة والمعالجة)

التوصيات الختامية - اختر Q355NH إذا: - كان التصميم يتطلب متانة موثقة عند الشقوق وسلوك موثوق في خدمة الأوعية الضاغطة الملحومة أو الهيكلية عند درجات حرارة منخفضة. - كانت سهولة اللحام والتشكيل وتكلفة الشراء الأقل مهمة. - كنت تفضل لوحة معالجة طبيعية مع خصائص HAZ متوقعة.

• اختر B450NQR إذا:
• كنت بحاجة إلى تقليل المقطع العرضي أو الوزن وكان عائد اسمي أعلى (~450 ميغاباسكال) ضروريًا لتحقيق التصميم.
• سمح ميزانية المشروع بمادة ذات تكلفة أعلى ومراقبة أكثر صرامة للحام/التصنيع.
• كنت تقبل التحكم الأكثر دقة في العملية، ومتطلبات التسخين المحتملة، والحاجة إلى التحقق من المتانة للأقسام السميكة.

ملاحظة نهائية: يجب أن يتم اختيار المواد باستخدام الشهادات الفعلية من المصنع، وبيانات المتانة المحددة حسب السماكة ودرجة الحرارة، وتأهيل رسمي لإجراءات اللحام التي تستخدم كيمياء دفعة الفولاذ المحددة وشكل المنتج. عند الشك، اطلب من المصنع حسابات $CE_{IIW}$ و$P_{cm}$ الخاصة بالدفعة واطلب شهادات اختبار الصدمات عند درجة حرارة الخدمة للتحقق من الاختيار.