SS400 مقابل Q235 - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
SS400 و Q235 هما من أكثر الفولاذات الهيكلية الكربونية العادية شيوعًا المستخدمة عالميًا في التصنيع العام والبناء والآلات. يقوم المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع غالبًا بوزن التبادلات مثل التكلفة مقابل الأداء الميكانيكي المضمون، وقابلية اللحام مقابل القوة، والتوافر المحلي مقابل الامتثال للمعايير عند الاختيار بينهما. تشمل سياقات القرار النموذجية الإطارات الهيكلية، والتصنيع الملحوم، وأجزاء الآلات العامة حيث تكون العائد المتوقع والمرونة المعقولة مطلوبة.
على الرغم من أن كلا الدرجتين هما فولاذان هيكليان منخفضا الكربون مع استخدامات متشابهة بشكل عام، إلا أنهما ينشأان من أنظمة معايير وطنية مختلفة وبالتالي لديهما نطاقات كيميائية وضوابط خصائص مضمونة مختلفة قليلاً. هذه الفروق في المعايير وممارسات الاختبار - وليس فجوة معدنية أساسية - هي السبب في أن هاتين الدرجتين غالبًا ما تتم مقارنتهما في محادثات التصميم والمشتريات.
1. المعايير والتسميات
- SS400: تسمية المعايير الصناعية اليابانية (JIS) المستخدمة عادة للفولاذ الهيكلي العام (عائلة JIS G3101 / JIS G3131 تاريخيًا). مصنفة كفولاذ هيكلي كربوني عادي.
- Q235: تسمية سلسلة GB/T 700 الصينية لفولاذ الهيكل الكربوني (عدة درجات فرعية Q235A/B/C/D/E). مصنفة كفولاذ هيكلي كربوني عادي.
- معادلات دولية قابلة للمقارنة:
- ASTM/ASME: ASTM A36 (تستخدم عادة كمعادل غربي تقريبي للاستخدام الهيكلي العام، على الرغم من عدم تطابقها).
- EN: S235 (فولاذ هيكلي أوروبي مع مساحة تطبيق مشابهة؛ قيم مضمونة واختبارات مختلفة).
- الفئة: كلا من SS400 و Q235 هما فولاذان هيكليان كربونيان (خفيف) - ليسا مقاومين للصدأ، وليس فولاذات أدوات أو فولاذات منخفضة السبائك عالية القوة (HSLA). قد تشمل بعض أشكال المنتجات أنواعًا معالجة بالميكروسبائك أو معالجة حرارية ميكانيكية، لكن الدرجات نفسها تُعرف كفولاذات هيكلية كربونية.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
فيما يلي نطاقات التركيب التمثيلية (وزن%). تعكس القيم الحدود القصوى النموذجية والنطاقات الشائعة من المعايير والممارسات المعمول بها؛ يجب التحقق من القيم الدقيقة في كل شهادة مطحنة لأن الدرجات الفرعية وحدود السماكة يمكن أن تغير الحدود.
| عنصر | SS400 (تمثيلي، وزن%) | Q235 (تمثيلي، وزن%) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.25 (نطاق نموذجي 0.05–0.25) | ≤ 0.22 (نطاق نموذجي 0.05–0.22) |
| Mn | ≤ 1.60 (عادة 0.3–1.6) | ≤ 1.40 (عادة 0.3–1.4) |
| Si | ≤ 0.50 (غالبًا ≤ 0.35) | ≤ 0.35 |
| P | ≤ 0.050 | ≤ 0.045 |
| S | ≤ 0.050 | ≤ 0.045 |
| Cr | أثر / غير محدد (≤0.30 شوائب نموذجية) | أثر / غير محدد |
| Ni | أثر / غير محدد | أثر / غير محدد |
| Mo | أثر / غير محدد | أثر / غير محدد |
| V, Nb, Ti, B, N | بشكل عام أثر / غير محدد | بشكل عام أثر / غير محدد |
ملاحظات: - تحدد المعايير التركيزات القصوى ومعايير القبول؛ كلا الدرجتين منخفضتان عمدًا في عناصر السبائك القابلة للتصلب. الإضافات الكبيرة من Cr و Ni و Mo و V أو Nb ليست جزءًا من تركيبات SS400/Q235 النموذجية. - العناصر الرئيسية للتقوية هي الكربون والمنغنيز؛ يتم التحكم في السيليكون من أجل إزالة الأكسدة وقد يؤثر على المتانة عند وجوده بكميات أكبر. - الفروق الصغيرة في الحدود القصوى (مثل، المنغنيز أو السيليكون المسموح بهما بشكل طفيف أعلى في SS400) تعني أن SS400 يمكن أن يبدو مختلفًا قليلاً في بعض دفعات المطحنة، لكن كلاهما مصمم ليكون فولاذًا هيكليًا قابلًا للحام ومرنًا.
كيف تؤثر السبائك على الأداء: - يزيد الكربون من القوة والقابلية للتصلب ولكنه يقلل من قابلية اللحام والمرونة كلما زاد. - يزيد المنغنيز من القوة والقابلية للتصلب ويساعد في إزالة الأكسدة؛ يحسن المنغنيز المعتدل المتانة. - السيليكون هو مزيل أكسدة ويزيد القوة قليلاً ولكنه يمكن أن يؤثر على خصائص لحام السلك. - يتم التحكم في الفوسفور والكبريت لأنهما يقللان من المتانة ويسببان هشاشة ومشاكل في التشغيل عند مستويات مرتفعة.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
- البنى المجهرية النموذجية: تحت ظروف الدرفلة الساخنة العادية أو إعادة التبلور، يقدم كل من SS400 و Q235 بنى مجهرية من الفريت والبرليت. يعتمد حجم الحبيبات وشكل البرليت على معدلات الدرفلة والتبريد.
- المعالجة العادية: عادةً ما تؤدي الدرفلة الساخنة متبوعة بالتبريد المنضبط إلى هيكل فريت-برليت ناعم يوفر توازنًا بين القوة والمرونة.
- استجابة المعالجة الحرارية:
- التسخين/التطبيع: يستجيب كلا الفولاذين للتسخين والتطبيع عن طريق تحسين حجم الحبيبات وزيادة المتانة. يستخدم التطبيع لتوحيد وتحسين البنية المجهرية للحصول على خصائص ميكانيكية محسنة.
- التبريد والتخمير: هذه الدرجات ليست مصممة للتصلب عن طريق التبريد والتخمير؛ تفتقر إلى محتوى السبائك لتطوير مارتنسيت صلب عالي دون خطر التشقق المفرط. إذا تم معالجة الفولاذين بشكل عدواني، يمكن أن يتشكل المارتنسيت في الأقسام الرقيقة، لكن سلوك الشد والمتانة سيكون غير متوقع.
- المعالجة الحرارية الميكانيكية: بالنسبة لكلا الفولاذين، يمكن أن يؤدي التحكم الأكثر دقة في الدرفلة والتبريد المعجل إلى زيادة القوة والمتانة قليلاً؛ ومع ذلك، يبقيان في نطاق القوة المنخفضة/المتوسطة مقارنة بفولاذات HSLA أو الفولاذات المعالجة بالتبريد والتخمير.
4. الخصائص الميكانيكية
نطاقات الخصائص الميكانيكية التمثيلية (تحقق من شهادات المواد؛ تعتمد الخصائص على السماكة، طريقة الاختبار، والدرجة الفرعية):
| الخاصية | SS400 (نموذجي) | Q235 (نموذجي) |
|---|---|---|
| قوة الشد (ميغاباسكال) | 400–510 (تعتمد على السماكة) | 370–500 |
| قوة العائد (ميغاباسكال) | ≈ 245 (يتم الإبلاغ عنها عادةً للعديد من السماكات) | 235 (عائد تصميم اسمي - تسمية "Q235") |
| التمدد (% في 50 مم أو 65 مم) | 20–26% | 20–26% |
| صلابة تأثير شاربى | غير محدد عالميًا؛ قد تحدد الدرجات الفرعية قيمًا (تحسن بالتطبيع) | غير محدد عالميًا؛ بعض الدرجات الفرعية/ظروف الاختبار تحدد قيمًا |
| الصلابة (HB) | ~120–170 HB (حالة المدرفلة الساخنة نموذجية) | ~120–170 HB |
التفسير: - يُطلق على Q235 اسم الحد الأدنى الاسمي للعائد 235 ميغاباسكال؛ غالبًا ما يكون لدى SS400 عائد مضمون مشابه أو أعلى قليلاً اعتمادًا على السماكة والمنتج. في العديد من أشكال المنتجات، تكون الفروق العملية في القوة متواضعة. - المرونة والمتانة في كلاهما كافية للاستخدام الهيكلي العام؛ يتم تحقيق المتانة المحسنة من خلال تحديد خصائص التأثير المختبرة أو المعالجة بالتطبيع. - لم يتم تصميم أي من الدرجتين لصلابة عالية أو خدمة في درجات حرارة عالية.
5. قابلية اللحام
تُحدد قابلية اللحام بشكل رئيسي بمحتوى الكربون، ومعادلات الكربون (قابلية التصلب)، وبقايا عناصر السبائك.
معادلات معادلة الكربون الشائعة المستخدمة لتقييم قابلية اللحام: - معادلة الكربون IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - معادلة Pcm الدولية: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي: - كلا من SS400 و Q235 هما فولاذان منخفضا الكربون ولديهما تركيزات منخفضة من عناصر التصلب، لذا فإن قيم $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ لهما منخفضة مقارنة بالفولاذات السبائكية أو عالية القوة. وهذا يترجم إلى قابلية لحام جيدة عمومًا مع عمليات القوس الشائعة (SMAW، MIG/MAG، TIG). - نظرًا لأن Q235 غالبًا ما يكون لديه كربون أقصى أقل قليلاً، فقد يكون من الأسهل قليلاً لحامه دون تسخين مسبق؛ ومع ذلك، يجب أن تستخدم مؤهلات إجراءات اللحام الفعلية كيمياء شهادات المطحنة، وسماكة القسم، وتصميم الوصلات لتحديد درجات حرارة التسخين المسبق/بين الطبقات. - يمكن أن تزيد الميكروسبائك أو ارتفاع Mn/Si في دفعة مطحنة معينة من قابلية التصلب قليلاً؛ بالنسبة للأقسام السميكة، فإن التسخين المسبق ودرجات حرارة بين الطبقات المنضبطة أمر حكيم لتجنب التشقق البارد وتشقق الهيدروجين.
6. التآكل وحماية السطح
- كلا من SS400 و Q235 هما فولاذان كربونيان غير مقاومين للصدأ؛ مقاومة التآكل محدودة وتعتمد على البيئة والتعرض.
- استراتيجيات الحماية:
- الطلاءات الحاجزة (الدهانات)، الغلفنة بالغمر الساخن، الطلاء الكهربائي بالزنك، وطلاءات البوليمر هي الحمايات القياسية للبيئات الخارجية أو التآكل.
- تستخدم الحماية الكاثودية للهياكل المدفونة أو المغمورة.
- رقم مقاومة التآكل (PREN) غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ. للمرجع: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ ينطبق على السبائك المقاومة للصدأ وليس له معنى بالنسبة للفولاذات الكربونية العادية مثل SS400 أو Q235.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- قابلية التشكيل/الانحناء: كلا الدرجتين تتشكل وتنحني جيدًا في حالة المدرفلة الساخنة. تعتمد الحد الأدنى من أنصاف أقطار الانحناء على السماكة والمرونة المحددة؛ يتصرف Q235 و SS400 بشكل مشابه.
- القطع والتشغيل: قابلية التشغيل متوسطة. تحسن الأنواع منخفضة الكربون والكبريت المنضبط من قابلية التشغيل؛ لم يتم تحسين أي من الدرجتين للتشغيل عالي السرعة.
- تشطيب السطح: الأسطح المدرفلة الساخنة مقبولة للعديد من الاستخدامات الهيكلية؛ يتم تطبيق التفجير بالرصاص أو الطحن أو النقع قبل الطلاء أو اللحام حسب الاقتضاء.
- التشكيل البارد: يمكن تشكيل كلاهما باردًا؛ يعتمد الارتداد والإجهاد المتبقي على السماكة والكيمياء الدقيقة.
8. التطبيقات النموذجية
| الاستخدامات النموذجية لـ SS400 | الاستخدامات النموذجية لـ Q235 |
|---|---|
| عوارض هيكلية، أعمدة وعوارض مصنعة وفقًا لمتطلبات JIS؛ فولاذ البناء لإطارات المباني | مكونات هيكلية عامة، تجميعات ملحومة وبروفيلات في الصين؛ البناء والآلات الخفيفة |
| أشكال مدرفلة، ألواح وأوراق للتصنيع الميكانيكي حيث يتطلب الامتثال لمعايير JIS | ألواح، لفات، قضبان، وأقسام للتصنيع العام وفقًا لمعايير GB |
| جسور ملحومة، رافعات، ومنصات عندما يتم تحديد قبول واختبار معايير JIS | إطارات عامة، دعائم، حاويات وهياكل تجارية حيث تكون التكلفة والتوافر المحلي هما الأساس |
مبررات الاختيار: - اختر بناءً على كود التصميم المطلوب، والمعيار المحدد في العقد، وسلسلة التوريد المحلية، وأي متطلبات اختبار ميكانيكية أو تأثير محددة. على سبيل المثال، ستحدد المشاريع التي تحدد معايير JIS عادةً SS400؛ بينما ستستخدم المشاريع التي تستخدم معايير GB Q235.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة النسبية: كلا الدرجتين هما فولاذان كربونيان سلعيان وسعرهما قريب من بعضهما البعض؛ تحدد ديناميكيات السوق المحلية، والرسوم الجمركية، واللوجستيات التكلفة النهائية. قد يكون Q235 أقل تكلفة في المناطق التي تتمتع بإمدادات قوية من المطاحن الصينية؛ بينما قد يكون SS400 أكثر سهولة في الحصول عليه حيث يتم تأسيس خطوط منتجات JIS.
- التوافر حسب شكل المنتج: كلاهما متاح على نطاق واسع في الألواح، واللفات، والأوراق، والقضبان، والأشكال الهيكلية. تكون أوقات التسليم عمومًا قصيرة للأحجام القياسية؛ قد تزيد السماكات الخاصة أو تقارير اختبار المطحنة المعتمدة من وقت التسليم.
10. الملخص والتوصية
جدول الملخص (نوعي):
| السمة | SS400 | Q235 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة جدًا (كربون منخفض، سبائك منخفضة) | جيدة جدًا (كربون أقل قليلاً؛ سبائك منخفضة) |
| توازن القوة–المتانة | جيدة؛ غالبًا ما تكون قوة الشد/العائد المضمونة أعلى قليلاً في بعض أشكال المنتجات | جيدة؛ مصممة لعائد اسمي 235 ميغاباسكال |
| التكلفة والتوافر | متاحة على نطاق واسع حيث يتم تخزين منتجات JIS؛ الأسعار تختلف حسب المنطقة | متاحة على نطاق واسع في الصين والمناطق التي لديها إمدادات صينية؛ غالبًا ما تكون تنافسية من حيث التكلفة |
الاستنتاجات: - اختر Q235 إذا: - كان مشروعك يحدد معايير GB/T أو مقيد بالمشتريات من المواد المحلية الصينية. - كنت بحاجة إلى فولاذ هيكلي عام تنافسي من حيث التكلفة مع عائد اسمي ≈ 235 ميغاباسكال وقابلية لحام جيدة للتصنيع الملحوم الشائع. - اختر SS400 إذا: - كان تصميمك أو عقدك أو عميلك يحدد معايير JIS، أو كنت بحاجة إلى أشكال المنتجات المحددة وممارسات الاختبار المرتبطة بالامتثال لمعايير JIS. - كنت بحاجة إلى الحدود الميكانيكية المضمونة المختلفة قليلاً المقدمة بموجب JIS لبعض السماكات، أو كنت تفضل الموردين والشهادات المرتبطة بنظام JIS.
ملاحظة نهائية: SS400 و Q235 قابلان للتبادل بشكل عام للعديد من التطبيقات الهيكلية العامة، لكنهما يخضعان لمعايير مختلفة. تحقق دائمًا من شهادات المطحنة المحددة، والضمانات المعتمدة على السماكة، وأي اختبارات تأثير مطلوبة أو معالجة خاصة قبل الاختيار النهائي.