QP980 مقابل QP1180 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

QP980 و QP1180 هما من أعضاء عائلة الفولاذ عالي القوة المتقدم (AHSS) التي يتم إنتاجها باستخدام طرق التبريد والتقسيم (Q&P) أو طرق المعالجة الحرارية والتحكم الحراري المماثلة. وغالبًا ما يتم اعتبارهما جنبًا إلى جنب في تصميم السيارات والهياكل لأن كلاهما يوفر قوة شد عالية مع السعي للحفاظ على أكبر قدر ممكن من اللدونة والصلابة. عادةً ما يوازن المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بين التنازلات المتعلقة بالقوة واللدونة/الصلابة، وقابلية التشكيل، وقابلية اللحام، والتكلفة عند الاختيار بين هذه الدرجات.

التمييز الفني الرئيسي بين الاثنين هو قوة الشد المستهدفة والتوازن المعدني المستخدم لتحقيق تلك القوة: تستهدف QP1180 قوة شد نهائية أعلى بكثير من QP980، وبالتالي يتم تعديل السبائك، والتحكم في البنية المجهرية، ونافذة المعالجة الحرارية للتنازل عن بعض اللدونة وسهولة المعالجة للوصول إلى مستوى القوة الأعلى. نظرًا لأن كلاهما AHSS يتم إنتاجه بأسلوب معالجة التبريد والتقسيم، فإنه يتم مقارنتهما عادةً لمكونات مقاومة الصدمات، والتعزيزات الهيكلية، وتطبيقات الفولاذ عالي القوة المدلفن على البارد/الساخن.

1. المعايير والتسميات

• السياقات الصناعية الشائعة: مواصفات السيارات من الشركات المصنعة الأصلية، أوراق بيانات المنتجات من المطاحن، والمعايير الإقليمية؛ التسميات المحددة ASTM/ASME، EN، JIS، أو GB ليست موحدة عالميًا لدرجات QP الملكية - العديد من المطاحن تصدر أوراق تجارية تحت أسماء منتجاتها الخاصة.
• التصنيف: كل من QP980 و QP1180 هما فولاذان عاليان القوة منخفضا السبيكة / AHSS يتم إنتاجهما باستخدام التبريد والتقسيم أو المعالجات الحرارية ذات الصلة. هما ليسا فولاذين مقاومين للصدأ، أو فولاذ أدوات، أو فولاذ كربوني تقليدي بالمعنى الدقيق؛ إنهما يقعان في فئة HSLA/AHSS.
• أشكال المنتجات النموذجية: لفائف مدلفنة على البارد، لفائف مدلفنة على الساخن تليها تقليل بارد، ومتغيرات صلبة حسب المورد والمعالجة.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

فيما يلي نظرة عامة تمثيلية على العناصر السبيكية والطرق التي تُستخدم عادةً في الفولاذ التجاري QP980 و QP1180. التركيب الدقيق هو ملكية ويختلف حسب المطحنة؛ يرجى استشارة شهادة المورد الكيميائية للحصول على القيم الدقيقة.

كيف تؤثر السبيكة على الأداء - القوة/القابلية للتصلب: تزيد Mn و Cr و Mo وعناصر السبيكة الدقيقة من القابلية للتصلب وتمكن من نسب مارتنسيت أعلى عند معدلات تبريد عملية. يزيد C من قوة المارتنسيت ولكنه يعاقب قابلية اللحام واللدونة. - استقرار الأوستنيت المحتفظ به: يعمل Si وتقسيم C المتحكم فيه على استقرار الأوستنيت المحتفظ به، مما يحسن اللدونة من خلال تأثير TRIP (اللدونة الناتجة عن التحول) في بعض متغيرات Q&P. - الصلابة وقابلية التشكيل: الحد الأدنى من P و S، والتحكم الدقيق في السبيكة للحفاظ على حجم الحبيبات، وتوازن محتوى C كلها ضرورية للحفاظ على طاقة التأثير وقابلية التمدد.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية - تؤدي طريقة Q&P إلى بنية مجهرية تتكون من مارتنسيت (الجزء المتجمد)، مارتنسيت مقسى أو باينيت (اعتمادًا على التقسيم)، ونسبة متحكم فيها من الأوستنيت المحتفظ به. يمكن أن يكون الأوستنيت المحتفظ به على شكل فيلم أو كتلة اعتمادًا على المعالجة. - QP980: تفضل البنية المجهرية المستهدفة نسبة أعلى من المارتنسيت المقسى بالإضافة إلى الأوستنيت المحتفظ به المستقر للحفاظ على اللدونة مع تقديم قوة شد تبلغ ~980 ميجا باسكال. - QP1180: يتطلب نسبة حجم أعلى من المارتنسيت الصلب و/أو مصفوفة مارتنسيتية أقوى مع أقل من الأوستنيت المحتفظ به؛ وبالتالي تكون البنية المجهرية أكثر صلابة وأقل لدونة في المتوسط.

طرق المعالجة الحرارية والمعالجة - التبريد والتقسيم (Q&P): تبريد جزئي لتشكيل المارتنسيت، ثم خطوة تقسيم عند درجة حرارة مرتفعة للسماح للكربون بالهجرة من المارتنسيت إلى الأوستنيت غير المتحول، مما يثبت الأوستنيت المحتفظ به. - المعالجة الحرارية الميكانيكية المتحكم فيها (TMCP): الدرفلة والتبريد المتحكم فيه لتقليل الحبيبات وإنتاج نسب الطور المطلوبة. - يمكن أن تحقق استراتيجيات التبريد والتخمير أو التبريد المعجل قوة عالية مماثلة ولكن مع استقرار مختلف للأوستنيت المحتفظ به وصلابة. - الأثر العملي: تتطلب QP1180 عادةً تحكمًا أكثر دقة في عمق التبريد، ودرجة حرارة/وقت التقسيم، والسبيكة لتحقيق خصائص قابلة للتكرار؛ بينما تتحمل QP980 نافذة معالجة أوسع قليلاً.

4. الخصائص الميكانيكية

سلوك ميكانيكي تمثيلي - القيم المطلقة تختلف حسب المورد والمعالجة. تشير أسماء الدرجات بشكل اسمي إلى أهداف قوة الشد النهائية.

تفسير - QP1180 أقوى ولكن تميل إلى التضحية باللدونة وصلابة التأثير مقارنةً بـ QP980 لأن تحقيق القوة الأعلى يتطلب نسبة أعلى أو قوة من المارتنسيت و/أو كربون وسبيكة أعلى. توازن QP980 بين القوة مع مزيد من الأوستنيت المحتفظ به والتخمير للحفاظ على قابلية التشكيل وامتصاص الطاقة أثناء الخدمة.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على مكافئ الكربون، والقابلية للتصلب، والسبيكة الدقيقة. هناك مؤشرين تجريبيين شائعين:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

التفسير (نوعي) - القوة الاسمية الأعلى والقابلية للتصلب الأعلى في QP1180 ترفع عمومًا مؤشرات مكافئ الكربون، مما يزيد من القابلية لتشكيل المارتنسيت في منطقة التأثير الحراري (HAZ) وخطر التشقق البارد. وهذا يدفع الحاجة إلى التسخين المسبق، والتحكم في درجات الحرارة بين الطبقات، والمعالجة الحرارية بعد اللحام في بعض الحالات. - عادةً ما تظهر QP980 أداءً أفضل عند اللحام وتطلب تسخينًا مسبقًا/بعد اللحام أقل من QP1180 ولكنها لا تزال تتطلب ممارسة لحام سليمة (مواد استهلاكية منخفضة الهيدروجين، تصميم مشترك مناسب). - يمكن أن تزيد السبيكة الدقيقة (Nb، V، Ti) وإضافات البورون من القابلية للتصلب المحلية؛ يجب أخذ هذه الأمور في الاعتبار عند التخطيط لإجراءات اللحام.

6. التآكل وحماية السطح

• لا QP980 ولا QP1180 مقاومان للصدأ؛ لا يقدم أي منهما مقاومة تآكل جوهرية تتجاوز تلك الخاصة بالفولاذ الكربوني منخفض السبيكة. للخدمة المكشوفة، يتطلب الأمر حماية السطح.
• الحمايات الشائعة: الغلفنة بالغمر الساخن، الغلفنة الكهربائية (للفائف المدلفنة على البارد)، الطلاءات العضوية (مثل البرايمرات والدهانات الكهربائية)، وطلاءات التحويل. يعتمد الاختيار على البيئة وعمليات التشكيل (مثل الغلفنة قبل أو بعد التشكيل).
• المؤشرات المقاومة للصدأ مثل PREN ليست قابلة للتطبيق لأن Cr و Mo غير موجودين بمستويات مقاومة للصدأ. من أجل الاكتمال: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ هذه المؤشر ذات صلة فقط إذا كانت السبيكة مقاومة للصدأ؛ فولاذ QP ليس كذلك.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع والتشغيل: القوة الأعلى تعادل تآكل أعلى للأدوات. ستكون QP1180 أكثر صلابة على الأدوات من QP980؛ يجب تعديل معلمات التشغيل وقد تكون أدوات الكربيد مطلوبة للتشغيل بكميات كبيرة.
• التشكيل والضغط: تقدم QP980 نافذة تشكيل أوسع وتنبؤًا أفضل للارتداد بسبب اللدونة الأعلى. تتطلب QP1180 تحكمًا أكثر دقة في أحمال التشكيل، والتشحيم، وقد تفرض حدودًا على أنصاف الانحناء وأعماق السحب.
• قابلية التمدد المحلية وقابلية التشكيل: عمومًا أفضل لـ QP980؛ يمكن استخدام QP1180 حيث تكون متطلبات قابلية التشكيل المحلية منخفضة وتكون هندسة الجزء متوافقة مع الإطالة المحدودة للمادة.
• تشطيب السطح والتشذيب: يرتفع خطر تشكيل الحواف والشقوق مع QP1180؛ يجب مراجعة تسهيلات التشذيب والتحكم في العملية.

8. التطبيقات النموذجية

مبررات الاختيار - اختر QP980 عندما تحتاج إلى مادة قوية ولكن أكثر تسامحًا للتشكيل، والانضمام، وامتصاص الطاقة. - اختر QP1180 عندما يتطلب تصميم المكونات ومقاومة الصدمات أعلى قوة شد عملية ممكنة وعندما تكون عمليات التشكيل/اللحام مصممة وفقًا للدرجة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: QP1180 عمومًا أكثر تكلفة على أساس لكل كجم أو لكل م² من QP980 بسبب نوافذ المعالجة الأكثر دقة، وزيادة تعقيد السبيكة أو المعالجة، والرقابة الإضافية على الجودة المطلوبة لتلبية مواصفات القوة الأعلى.
• التوافر: غالبًا ما تكون QP980 متاحة على نطاق أوسع في مجموعة من أشكال المنتجات (مدلفنة على البارد، مدلفنة على الساخن، مغلفنة) لأنها تحقق توازنًا شائعًا من الخصائص المحددة. قد يتم إنتاج QP1180 في أشكال منتجات أضيق أو كدفعات متحكم فيها للشركات المصنعة الأصلية؛ يمكن أن تكون أوقات التسليم أطول وقد تكون كميات الطلب الدنيا أعلى.
• ملاحظة الشراء: تحقق دائمًا من الشكل (لفائف، صفائح، سمك، معالجة سطحية) وطريقة معالجة المطحنة - هذه تؤثر بشكل كبير على التكلفة ووقت التسليم.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي)

التوصيات - اختر QP980 إذا: - كان التصميم يتطلب مادة قوية ولكن أكثر قابلية للتشكيل وصلابة للمكونات التي تتعرض لضغط كبير، أو تتطلب إجراءات لحام أسهل. - كنت تعطي الأولوية لصلابة التصنيع وفعالية التكلفة عبر مجموعة أوسع من أشكال المنتجات (مغلفنة، مدلفنة على البارد). - اختر QP1180 إذا: - كان تقليل الوزن أو أقصى قوة هيكلية محلية هو المتطلب الأساسي (مثل شعاعات الاصطدام الرقيقة أو التعزيزات) وكان خطة التصنيع يمكن أن تستوعب ضوابط أكثر صرامة في التشكيل، واللحام، والتفتيش. - كان التصميم يتحمل إطالة إجمالية أقل ويطلب أعلى قوة شد عملية من AHSS من نوع Q&P.

ملاحظة عملية نهائية لأي قرار تصميم أو شراء حاسم، اطلب دائمًا شهادات المطحنة ووثائق العملية (صور البنية المجهرية، اختبارات ميكانيكية عند سمك الجزء، تجارب قابلية اللحام) وقم بإجراء تحليلات التشكيل، والانضمام، والصدمات على اللفائف/الصفائح الموردة الفعلية. تقدم عائلة Q&P تركيبات ممتازة من الخصائص، ولكن تحقيق الأداء المستهدف في الخدمة يعتمد بقدر كبير على التحكم في المعالجة السابقة وطرق التصنيع اللاحقة كما يعتمد على تسميات الدرجات الاسمية.