Q355NH مقابل COR-TEN C – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع غالبًا خيارًا بين Q355NH و COR-TEN C عند تحديد الفولاذ الهيكلي للتطبيقات الخارجية أو التي تتحمل الضغط. عادةً ما يوازن القرار بين الأداء الجوي على المدى الطويل والصيانة (مقاومة التآكل) مقابل المتطلبات الميكانيكية وقابلية اللحام وتكلفة دورة الحياة. يتم اختيار Q355NH في الغالب حيث تكون العائد/الصلابة المضمونة والمعالجة الحرارية العادية حاسمة (أوعية الضغط، الهياكل الملحومة التي تتطلب الصلابة)، بينما يتم اختيار COR-TEN C عندما تكون الصيانة المخفضة وتطوير طبقة صدأ واقية تحت التعرض الجوي مهمة.

التمييز العملي الرئيسي هو أن COR-TEN C مصمم لتطوير طبقة أكسيد واقية مستقرة في العديد من البيئات الجوية، مما يقلل من الحاجة إلى الحماية المطلية، بينما Q355NH هو فولاذ هيكلي عالي القوة ومعالج حراري عادي مصمم لتحقيق القوة والصلابة وعادة ما يتطلب طلاءات تقليدية لحماية طويلة الأمد من التآكل. نظرًا لأن هذه الفولاذات تخدم أهداف تصميم أولية مختلفة، فإنها تقارن عادةً للاستخدام الهيكلي الخارجي مقابل التطبيقات الهيكلية التي تتحمل الضغط أو الملحومة.

1. المعايير والتسميات

• Q355NH
• المعيار الرئيسي: GB/T 1591 (الصين) والمواصفات الوطنية ذات الصلة.
• الفئة: فولاذ هيكلي عالي القوة منخفض السبيكة (HSLA) مصمم للحالة العادية؛ شائع لأوعية الضغط والهياكل الملحومة.
• COR-TEN C
• التجارة/التسمية الشائعة: COR-TEN (فولاذ مقاوم للعوامل الجوية) — توجد عدة معادلات ملكية/معيارية (مثل ASTM A242، ASTM A588، عائلة EN 10025-5). "COR-TEN C" يُستخدم تجاريًا للإشارة إلى درجة مقاومة للعوامل الجوية من الفئة C مع مقاومة محسنة للتآكل الجوي.
• الفئة: فولاذ هيكلي مقاوم للتآكل الجوي منخفض السبيكة (فولاذ مقاوم للعوامل الجوية).

معايير أخرى ذات صلة (معلوماتية): - ASTM/ASME: A242، A588 (الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية)؛ A36، A572 للفولاذ الكربوني الهيكلي/HSLA. - EN: EN 10025-5 يغطي الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية في النظام الأوروبي. - JIS: قد تحتوي JIS G3114 وما يتعلق بها على معادلات. تأكد دائمًا من المعيار الدقيق واللاحقات الخاصة بالدرجة عند التحديد.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

فيما يلي نطاقات التركيب النموذجية التي تم الإبلاغ عنها على نطاق واسع في أوراق بيانات الموردين وأدبيات المعايير. هذه نطاقات تقريبية؛ استشر المعيار المحدد أو شهادة المصنع لمواصفات مستوى المشروع.

العنصر	Q355NH (نطاق نموذجي، wt%)	COR-TEN C (نطاق نموذجي، wt%)
C	0.10 – 0.20	0.06 – 0.20
Mn	0.40 – 1.60	0.30 – 1.35
Si	0.10 – 0.50	0.25 – 0.75
P	≤ 0.025 – 0.040	0.03 – 0.07
S	≤ 0.025 – 0.035	≤ 0.025
Cr	trace – 0.30	0.30 – 0.60
Ni	trace – 0.60	trace – 0.60
Mo	trace – 0.10	typically nil
V	trace – 0.10 (microalloying)	typically nil
Nb (Nb/Ti)	possible microalloying 0.01–0.06	typically nil
Ti	trace in some heats	typically nil
B	trace in some microalloy grades	not typical
N	low (control for toughness)	low

ملاحظات: - غالبًا ما تتضمن درجات COR-TEN كميات صغيرة من Cu (النحاس) وأحيانًا P كعناصر سبيكة متعمدة لتعزيز تشكيل واستقرار الطبقة الواقية؛ Cu هو مساهم مهم في مقاومة التآكل الجوي ولكنه غير مدرج في الجدول أعلاه وفقًا لمجموعة العناصر المطلوبة. يمكن أن يكون Cu النموذجي للفولاذ المقاوم للعوامل الجوية حوالي 0.25–0.75 wt% اعتمادًا على المواصفة. - يستخدم Q355NH غالبًا السبيكة الدقيقة (Nb، V، Ti) والنيتروجين المنضبط لتحسين حجم الحبيبات وضمان صلابة التأثير بعد المعالجة العادية. - استراتيجية السبيكة: - Q355NH: سبيكة دقيقة + كربون وMn منضبطين للقوة وقابلية التصلب؛ تعطي المعالجة العادية مصفوفة حبيبية دقيقة من الفريت والبيرلايت أو الباينيت اعتمادًا على المعالجة. - COR-TEN C: إضافات سبيكة منخفضة إلى متوسطة (Cr، Cu، P) لتعديل تركيبة أكسيد السطح وإبطاء التآكل المتجانس تحت التعرض الجوي الرطب/الجاف المتكرر.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

Q355NH - المعالجة النموذجية: مدلفن على الساخن ومعالج حراري عادي (تشير اللاحقة "N" إلى الحالة العادية)، وأحيانًا مدلفن حراريًا ميكانيكيًا لبدائل Q355. - الميكروهيكل النموذجي بعد المعالجة العادية: فريت وبيرلايت مصقول مع ترسبات سبيكة دقيقة متناثرة (NbC، VC، TiN) التي تثبت حجم الحبيبات وتحسن الصلابة. - استجابة المعالجة الحرارية: تعطي المعالجة العادية (إعادة التسخين فوق Ac3 والتبريد في الهواء) صلابة محسنة وأكثر تجانسًا مقارنةً بالمادة المدلفنة. عادةً ما لا يتم معالجة Q355NH بالتبريد والتصلب؛ تتوفر طرق التبريد/التصلب في درجات أخرى إذا كانت القوة الأعلى مطلوبة ولكنها تتطلب تحكمًا دقيقًا.

COR-TEN C - المعالجة النموذجية: مدلفن على الساخن في الحالة المدلفنة وغالبًا ما يُترك بدون معالجة لأن سلوك مقاومة العوامل الجوية يتحقق من خلال التركيب بدلاً من المعالجة الحرارية. - الميكروهيكل النموذجي: مصفوفة فريت-بيرلايت؛ تشجع إضافات السبيكة على تشكيل طبقات أكسيد غنية بالسبيكة على السطح. - استجابة المعالجة الحرارية: عادةً لا يتم معالجته عاديًا؛ الخصائص الميكانيكية تحكمها الكيمياء والدرفلة. المعالجات الحرارية الميكانيكية ليست نموذجية حيث أن الهدف الرئيسي من التصميم هو أداء مقاومة التآكل الجوي بدلاً من زيادة القوة والصلابة عبر المعالجة الحرارية.

النتيجة: يوفر الميكروهيكل العادي لـ Q355NH صلابة قابلة للتنبؤ وهو مناسب للتطبيقات الملحومة والتي تتحمل الضغط؛ يعتمد COR-TEN C على كيمياء السطح وميكروهيكل مستقر من الدرفلة لأدائه الواقي.

4. الخصائص الميكانيكية

نطاقات الخصائص النموذجية (تقريبية؛ القيم الفعلية تعتمد على السماكة، مسار الإنتاج، والمعيار). استشر شهادات المصنع لحدود قبول المشروع.

الخاصية	Q355NH (نموذجي)	COR-TEN C (نموذجي)
قوة العائد (MPa)	~355 (أساس التسمية؛ ± يعتمد على السماكة)	~300–355
قوة الشد (MPa)	~470 – 630	~470 – 630
التمدد، % (A)	20 – 26% (يعتمد على السماكة)	18 – 26%
صلابة التأثير (Charpy V، J)	جيدة — غالبًا ما يتم تحديدها عند -20°C أو أقل (درجة عادية)	متوسطة — كافية للعديد من الاستخدامات الهيكلية ولكن تحقق من متطلبات درجات الحرارة المنخفضة
الصلابة (HB)	~150 – 200	~150 – 190

أيها أقوى/أكثر صلابة/أكثر ليونة: - القوة: كلاهما قابل للمقارنة في نطاقات الشد؛ يتم تحديد Q355NH لتوفير حد أدنى من العائد يبلغ ~355 MPa، لذا فإنه يوفر قوة عائد قابلة للتنبؤ عبر السماكات. - الصلابة: تم تصميم Q355NH (عادي، سبيكة دقيقة) لتلبية متطلبات التأثير وسيقدم عمومًا صلابة مضمونة متفوقة لتطبيقات درجات الحرارة المنخفضة أو أوعية الضغط. - الليونة: يمكن أن يظهر كلاهما تمددًا قابلًا للمقارنة، ولكن المعالجة المنضبطة لـ Q355NH تعطي ليونة أكثر اتساقًا في التجميعات الملحومة.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على محتوى الكربون، المعادل الكربوني، والسبيكة الدقيقة. مؤشرين تجريبيين شائعين:

• المعادل الكربوني (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Pcm (معامل قابلية اللحام): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير (نوعي): - Q355NH: عادةً ما يؤدي الكربون المنخفض والسبيكة الدقيقة المنضبطة إلى الحصول على $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ معتدلين، مما يعني أن اللحام النموذجي باستخدام مواد استهلاكية منخفضة الهيدروجين والتحكم في التسخين المسبق ممكن. وجود Nb/V/Ti يزيد من خطر التصلب المحلي في منطقة الحرارة المتأثرة، لذا يجب أخذ التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) في الاعتبار للأقسام السميكة أو التطبيقات الحرجة. - COR-TEN C: عادةً ما يكون الكربون منخفضًا إلى معتدل؛ ومع ذلك، فإن عناصر السبيكة (Cr، Cu، P) لها تأثيرات طفيفة على المعادل الكربوني. يمكن لحام الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية باستخدام إجراءات مناسبة، ولكن يجب توخي الحذر في اختيار المواد المالئة للحفاظ على أداء التآكل المماثل عند اللحام (قد لا يشكل معدن اللحام نفس الطبقة الواقية). نادرًا ما تكون معالجة تخفيف الإجهاد بعد اللحام مطلوبة ما لم يحددها التصميم؛ تجنب إجراءات اللحام التي تقدم هيدروجينًا مفرطًا في الأقسام السميكة.

إرشادات عملية: - بالنسبة لكلا الدرجتين، اختر المعادن المالئة المتوافقة مع الخصائص الميكانيكية المطلوبة، ولـ COR-TEN C، سلوك التآكل المتوافق (استخدم مواد ملء مقاومة للعوامل الجوية عندما يكون التعرض والمظهر مهمين). - استخدم التسخين المسبق عندما تشير السماكة، CE، أو ظروف الخدمة إلى خطر تشقق منطقة الحرارة المتأثرة؛ اتبع مواصفات إجراءات اللحام ذات الصلة (WPS) والقوانين.

6. التآكل وحماية السطح

• COR-TEN C (فولاذ مقاوم للعوامل الجوية): مصمم لتشكيل طبقة أكسيد مستقرة ومتماسكة تحت التعرض المتناوب للرطوبة/الجفاف الجوي الذي يبطئ المزيد من التآكل المتجانس. تعدل توازن السبيكة (Cu، Cr، P) كيمياء الأكسيد. يؤدي الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية أداءً جيدًا في العديد من الأجواء الريفية والحضرية ولكنه أقل فعالية في البيئات البحرية أو الرطبة باستمرار أو الملوثة بشدة حيث تمنع الكلوريدات أو الرطوبة المستمرة تشكيل طبقة صدأ مستقرة.
• Q355NH: ليس فولاذ مقاوم للعوامل الجوية. تتطلب المتانة على المدى الطويل في التعرض الجوي حماية تقليدية: الطلاءات (أنظمة الطلاء العضوي)، الجلفنة (الغمر الساخن)، أو التغطية المعدنية. للتطبيقات التآكلية أو التعرض البحري، حدد حماية إضافية من التآكل.

استخدام مؤشرات التآكل: - PREN (لدرجات الفولاذ المقاوم للصدأ) غير قابل للتطبيق على الفولاذ غير المقاوم للصدأ مثل هذه، ولكن للمرجع: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ تستخدم هذه المؤشر لمقاومة التآكل المقاوم للصدأ ولا تنطبق على Q355NH/COR-TEN C.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل: كلا الفولاذين هما درجات معتدلة/منخفضة السبيكة النموذجية؛ قابلية التشغيل مقبولة ولكن يمكن أن تقلل السبيكة الدقيقة لـ Q355NH والقوة الأعلى من سهولة كسر الرقائق مقارنةً بالفولاذ الكربوني العادي. تأثير إضافات السبيكة في COR-TEN C على قابلية التشغيل طفيف.
• قابلية التشكيل: يمكن تشكيل كلاهما على البارد؛ قد تتطلب قوة تشكيل أكبر وتحكمًا أكثر دقة في انحناءات Q355NH الأعلى في العائد والحالة العادية. للتشكيل البارد المعقد، ضع في اعتبارك البدائل المعالجة حراريًا أو ذات العائد المنخفض.
• القطع والتشطيب: تنطبق ممارسات القطع القياسية باستخدام الأكسجين والوقود، والبلازما، والتشغيل. تختلف تحضيرات السطح للطلاءات: يمكن ترك COR-TEN بدون طلاء لتطوير طبقة صدأ جمالية أو وظيفية؛ يتطلب Q355NH تحضير السطح للطلاء أو الجلفنة.

8. التطبيقات النموذجية

Q355NH — الاستخدامات النموذجية	COR-TEN C — الاستخدامات النموذجية
أصداف وأجزاء أوعية الضغط حيث تكون البنية الدقيقة العادية والعائد/الصلابة المضمونة مطلوبة	الجسور، الواجهات المعمارية، التماثيل، والهياكل الخارجية حيث تكون الصيانة المخفضة ومظهر الطبقة الصدئة مرغوبين
مكونات هيكلية ملحومة ثقيلة (إطارات، رافعات) تتطلب صلابة قابلة للتنبؤ	أعمدة الإشارات، خزانات التخزين، عربات السكك الحديدية (تصاميم معينة)، والهياكل الصناعية الخارجية
مكونات تخضع لمتطلبات التأثير/الصلابة أو رموز التصميم المنظمة	تكسية زخرفية وأغلفة المباني حيث يتم تحديد التشطيب المقاوم للعوامل الجوية
تجميعات مصنعة حيث تكون السيطرة على المعالجة الحرارية وإجراءات اللحام ممكنة	البنية التحتية في البيئات غير البحرية وغير الرطبة باستمرار حيث تتشكل الطبقة الصدئة

مبررات الاختيار: - اختر Q355NH عندما تكون القدرة على تحمل الحمل، والصلابة المضمونة، ومؤهلات المواد المدفوعة بالرموز هي الأولوية الرئيسية. - اختر COR-TEN C عندما تكون مقاومة التآكل الجوي، والجمالية منخفضة الصيانة، والتعرض الخارجي على المدى الطويل في البيئات المناسبة هي الأولويات.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: غالبًا ما يكون سعر COR-TEN C أعلى من الفولاذ الهيكلي الكربوني العام بسبب إضافات السبيكة المتعمدة (خاصة النحاس والكيمياء المنضبطة). يتماشى Q355NH عادةً مع أسعار الفولاذ الكربوني HSLA ولكن قد تتطلب الألواح المعالجة حراريًا أو المعتمدة لأوعية الضغط أسعارًا أعلى.
• التوافر حسب شكل المنتج: يتوفر Q355NH على نطاق واسع في الألواح والأقسام الهيكلية في المناطق التي تتبع معايير GB؛ يتوفر COR-TEN C على نطاق واسع في الألواح واللفائف للأسواق المعمارية والهيكلية ولكن قد يكون أقل شيوعًا في بعض الأسواق والسماكات — يمكن أن تكون أوقات التسليم أطول لدرجات الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية المحددة أو تقارير اختبار المصنع المعتمدة.

10. الملخص والتوصية

السمة	Q355NH	COR-TEN C
قابلية اللحام	جيدة مع إجراءات منخفضة الهيدروجين القياسية؛ تتطلب السبيكة الدقيقة اهتمامًا	جيدة مع اختيارات المواد المالئة المناسبة؛ قد يحتاج معدن اللحام إلى مطابقة سلوك مقاومة العوامل الجوية
القوة–الصلابة	عالية، مصممة (عادية) لضمان الصلابة	قوة كافية؛ الصلابة مقبولة للاستخدام الهيكلي النموذجي ولكن تحقق من مواصفات درجات الحرارة المنخفضة
التكلفة	متوسطة (قد تكون هناك علاوة على درجات HSLA/الضغط)	غالبًا ما تكون أعلى بسبب السبيكة؛ من الممكن تحقيق وفورات في دورة الحياة من خلال تقليل الصيانة

الاستنتاجات — اختر: - اختر Q355NH إذا كنت بحاجة إلى قوة عائد قابلة للتنبؤ وصلابة تأثير مضمونة، يجب أن تلبي مؤهلات اللحام المدفوعة بالضغط أو الرموز، أو إذا كانت الهيكل ستُطلى أو تُحمي كاثوديًا ولا تعتمد على طبقة صدأ مقاومة للتآكل. - اختر COR-TEN C إذا كان مشروعك تطبيقًا خارجيًا جويًا حيث يمكن أن يقلل تشكيل طبقة صدأ واقية مستقرة من الصيانة (الطلاء) وكان بيئة التعرض مناسبة (ليست بحرية أو رطبة باستمرار)؛ كما أنه مفيد للتشطيبات المعمارية حيث يكون المظهر المتآكل مرغوبًا.

ملاحظة نهائية: كلا الدرجتين لهما حالات استخدام مشروعة ومختلفة. لأي قرار على مستوى المشروع، احصل على شهادات المصنع الدقيقة، وتأكد من المعيار القابل للتطبيق (وجداول الخصائص المعتمدة على السماكة)، وقم بإجراء تقييم لبيئة التآكل وتأهيل إجراءات اللحام ذات الصلة بالخدمة المقصودة.