SUP11A مقابل SUP12 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

SUP11A و SUP12 هما درجتان من الفولاذ الهيكلي/الهندسي مرتبطتان ارتباطًا وثيقًا، يتم العثور عليهما في سلاسل التوريد اليابانية وشرق الآسيوية وفي المواصفات الدولية حيث يختار المصممون من عائلة الفولاذات منخفضة السبيكة المعالجة بالتبريد/التقسية أو المعالجة الحرارية. غالبًا ما يختار المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بينهما عند تحقيق التوازن بين القوة الميكانيكية والصلابة وقابلية اللحام والتكلفة للمكونات مثل الأعمدة والمحاور والتروس والأجزاء الثقيلة المصنعة.

يكمن الاختلاف الفني الرئيسي بين هاتين الدرجتين في تصميمهما الموجه نحو الصلابة وأهداف المعالجة الحرارية: يتم تحديد درجة واحدة عمومًا لتحقيق مقاومة تأثير أعلى على حساب قوة اسمية أقل قليلاً أو استجابة معالجة حرارية أكثر صعوبة، بينما تركز الأخرى على قوة أو صلابة مضمونة أعلى مع ضوابط معالجة مختلفة بشكل مت correspondingly. نظرًا لأن كلا الدرجتين تشغلان نطاقات أداء متجاورة، غالبًا ما يتم مقارنتهما عندما يجب أن يلبي التصميم مجموعة من سعة التحميل الثابتة، ومقاومة التعب الديناميكي، والقيود التصنيعية مثل اللحام والتشكيل.

1. المعايير والتسميات

• المعايير الرئيسية التي تظهر فيها درجات SUP: JIS (المعايير الصناعية اليابانية) هو الأصل الرئيسي؛ قد يتم الإشارة إلى مواد مكافئة أو مرتبطة ارتباطًا وثيقًا في المعايير الإقليمية (مثل GB) أو أوراق بيانات الموردين للمنتجات المصدرة. يتم وصف SUP11A و SUP12 عادةً ضمن أنظمة التسمية من نوع JIS بدلاً من الأسماء الرقمية ASTM/ASME.
• التصنيف: كل من SUP11A و SUP12 هما فولاذان منخفضا السبيكة من الكربون/الميكرو سبيكة مخصصان للتطبيقات الهيكلية والهندسية. هما ليسا فولاذًا مقاومًا للصدأ - بل ينتميان إلى عائلة الكربون/الميكرو سبيكة/المعالجة بالتبريد والتقسية المستخدمة للمكونات الهيكلية عالية القوة.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

جدول: ملخص نوعي للميول السبيكية النموذجية (استشر المعيار الرسمي أو شهادة اختبار المصنع للحدود الدقيقة).

العنصر	SUP11A (استراتيجية السبيكة النموذجية)	SUP12 (استراتيجية السبيكة النموذجية)
C (الكربون)	محتوى كربون معتدل للسماح بقوة أعلى بعد المعالجة الحرارية؛ متوازن للصلابة	كربون أقل قليلاً أو مشابه، غالبًا ما يتم تحسينه لتحسين الصلابة وقابلية اللحام
Mn (المنغنيز)	منغنيز معتدل للقوة وقابلية التصلب	منغنيز معتدل إلى أعلى قليلاً للمساعدة في الصلابة وقابلية التصلب
Si (السيليكون)	مزيل للأكسدة؛ يتم التحكم فيه من أجل القوة	دور مشابه؛ يتم التحكم في المستويات لإدارة الصلابة
P (الفوسفور)	يتم الاحتفاظ به منخفضًا (تحكم في الشوائب) لتجنب الهشاشة	يتم الاحتفاظ به منخفضًا؛ التحكم الدقيق يساعد في خصائص التأثير
S (الكبريت)	أدنى حد؛ يتم التحكم فيه من أجل قابلية التشغيل	أدنى حد؛ يتم الاحتفاظ به منخفضًا لتجنب الهشاشة وتقليل الصلابة
Cr (الكروم)	قد يكون موجودًا بكميات صغيرة لزيادة قابلية التصلب	قد يتم استخدامه بشكل مشابه أو بكميات معدلة قليلاً لتحسين الصلابة/قابلية التصلب
Ni (النيكل)	قد يكون منخفضًا أو غائبًا؛ إذا كان موجودًا، يهدف إلى تحسين الصلابة	إذا كان موجودًا، يستهدف تحسين صلابة درجات الحرارة المنخفضة
Mo (الموليبدينوم)	إضافات صغيرة ممكنة لتنقية الحبيبات وزيادة قابلية التصلب	يستخدم بشكل انتقائي لتحسين القوة والصلابة عند درجات الحرارة العالية
V (الفاناديوم)	يمكن استخدام الميكرو سبيكة مع V من أجل تعزيز الترسيب	غالبًا ما يتم استخدام الميكرو سبيكة مع V أو Nb لتنقية الحبيبات وتحسين الصلابة
Nb (النيوبيوم)	يستخدم أحيانًا كميكرو سبيكة لتنقية الحبيبات	يستخدم أحيانًا لتعزيز الصلابة والتحكم في إعادة التبلور
Ti (التيتانيوم)	يستخدم أحيانًا لإزالة الأكسدة والتحكم في الحبيبات	دور ميكرو سبيكة مشابه عند تحديده
B (البورون)	نادر وبمستويات ضئيلة إذا كان موجودًا؛ يساعد في قابلية التصلب بكميات محكومة	نفس الشيء - إضافات ضئيلة ممكنة ولكن يتم التحكم فيها بدقة
N (النيتروجين)	يتم التحكم فيه؛ النيتروجين الزائد يقلل من الصلابة ما لم يتم استقراره	يتم التحكم فيه بشكل صارم؛ قد يتم استخدام الاستقرار (Ti/Nb) لحماية الصلابة

ملاحظات: تختلف حدود العناصر الدقيقة ووجودها حسب إصدار المعيار والمصنع. يظهر الجدول استراتيجيات سبيكة نموذجية بدلاً من النسب الوصفية. تحقق دائمًا من شهادات المصنع ومعايير المنتج لقرارات الشراء.

كيف تؤثر السبيكة على الخصائص: - الكربون والمنغنيز هما المحركان الرئيسيان للقوة وقابلية التصلب. يزيد الكربون الأعلى من القوة/الصلابة الممكنة بعد التبريد/التقسية ولكنه يقلل من الصلابة وقابلية اللحام. - تعمل عناصر الميكرو سبيكة (V، Nb، Ti) على تنقية حجم حبيبات الأوستينيت السابقة وتمكن من تحقيق مزيج ملائم من القوة والصلابة دون كربون مفرط. - يستخدم الكروم والموليبدينوم والنيكل لزيادة قابلية التصلب والصلابة؛ يمكن أن تؤدي الإضافات الصغيرة إلى تغيير استجابة المعالجة الحرارية وضرورة التسخين المسبق أثناء اللحام بشكل كبير.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية: - تم تصميم كلا الدرجتين ليتم معالجتهما عن طريق التطبيع، والتبريد والتقسية (Q&T)، أو المعالجة الحرارية/الميكانيكية المسيطر عليها. البنى المجهرية المستهدفة بعد Q&T هي مارتنسيت مقسى أو باينيت مع درجات متفاوتة من الأوستينيت المحتفظ به اعتمادًا على السبيكة ومعدلات التبريد. - SUP11A: غالبًا ما تتم معالجته لتحقيق توازن بين القوة والصلابة مع مارتنسيت مقسى/باينيت. التحكم في الحبيبات عبر الميكرو سبيكة شائع للحد من نمو حبيبات الأوستينيت السابقة. - SUP12: عندما تكون الصلابة هي الأولوية، تستهدف المعالجة هياكل باينيتية/مارتنسيت مقسى أدق مع تحكم دقيق في درجة حرارة التقسية والتبريد لتقليل المراحل الهشة.

أثر المعالجات الحرارية: - التطبيع: ينتج مصفوفة من الفريت-بيرليت أو باينيت مصفاة اعتمادًا على التركيب. يتم استخدامه لتوحيد وتحسين الصلابة قبل المعالجة الحرارية النهائية. - التبريد والتقسية: يزيد من القوة بعد التبريد عبر تشكيل المارتنسيت؛ تعدل التقسية الازدواج بين الصلابة/الصلابة. تستجيب درجات SUP بشكل متوقع - ستحقق الأنواع الأكثر سبيكة/الأعلى C صلابة أعلى ولكن تتطلب تقسية دقيقة لاستعادة الصلابة. - المعالجة الحرارية/الميكانيكية: يمكن أن ينتج عن التدوير المسيطر عليه والتبريد المعجل هياكل مجهرية باينيتية مع صلابة أعلى لنفس مستوى القوة، وغالبًا ما تكون مفضلة للأنواع التي تركز على الصلابة مثل SUP12.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: مقارنة نوعية (استشر المعيار المادي المحدد أو شهادة المصنع للقيم المضمونة).

الخاصية	SUP11A	SUP12
قوة الشد	عالية - مصممة لقدرة شد مرتفعة بعد Q&T	قابلة للمقارنة مع انخفاض طفيف - قد تتاجر بأقصى شد من أجل صلابة أفضل
قوة الخضوع	عالية - مصممة للمكونات الحاملة للأحمال	مماثلة أو أقل قليلاً اعتمادًا على مواصفات التقسية
التمدد (%)	جيد ولكن عادةً أقل من الدرجة الأكثر تركيزًا على الصلابة	غالبًا ما تكون أعلى في القابلية للتمدد/التمدد عندما تكون الصلابة هي الأولوية
صلابة التأثير (شاربي)	متوسطة إلى جيدة؛ تعتمد على المعالجة الحرارية	بشكل عام صلابة تأثير متفوقة تحت معالجة حرارية ودرجة حرارة قابلة للمقارنة
الصلابة (HRC أو HB)	يمكن أن تصل إلى مستويات صلابة أعلى بعد Q&T	صلابة أقل قليلاً لأهداف صلابة مكافئة

التفسير: - تميل SUP11A إلى أن يتم تحديدها حيث تكون القوة/الصلابة الاسمية الأعلى مهمة. يتم تحديد SUP12 عادةً عندما تكون مقاومة التأثير المحسنة والمرونة مطلوبة للأحمال الديناميكية أو الخدمة عند درجات حرارة منخفضة. - تنجم الاختلافات عن كل من ضبط التركيب (الميكرو سبيكة، توازن C و Mn) والنوافذ المحددة للمعالجة الحرارية.

5. قابلية اللحام

تقييم قابلية اللحام يعتمد بشكل أساسي على محتوى الكربون، المعادل الكربوني، ووجود عناصر قابلية التصلب. مؤشرين 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 النوعي: - يقلل الكربون المنخفض والسبيكة المسيطرة من $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$، مما يحسن قابلية اللحام ويقلل من خطر التسخين المسبق/الصلابة في منطقة التأثير الحراري (HAZ). - SUP12، التي تم تحسينها من أجل صلابة أعلى، غالبًا ما تحتوي على مواصفات سبيكة ومعالجة حرارية تفضل المعادل الكربوني الفعال المنخفض أو تشمل الميكرو سبيكة التي تخفف من تصلب HAZ - وهذا عادةً ما يحسن قابلية اللحام مقارنةً بنوع SUP11A الأكثر قوة. - قد تتطلب SUP11A، عند استهداف قوة/صلابة أعلى، تسخينًا مسبقًا، ودرجات حرارة بينية مسيطر عليها، ومعالجة حرارية بعد اللحام (PWHT) للتطبيقات الحرجة. - النهج العملي: احسب المعادل الكربوني وفقًا للصيغة المعمول بها باستخدام قيم شهادة المصنع وخطط إجراء اللحام (PQR/WPS) وفقًا لذلك.

6. مقاومة التآكل وحماية السطح

• لا SUP11A ولا SUP12 هما فولاذان مقاومان للصدأ؛ مقاومة التآكل مشابهة لتلك الخاصة بالفولاذات الكربونية/الميكرو سبيكة وتعتمد على البيئة والتشطيب السطحي.
• استراتيجيات الحماية النموذجية: الغلفنة بالغمس الساخن، طلاءات الزنك أو البوليمر، أنظمة الطلاء مع إعداد سطحي مناسب، حماية كاثودية محلية في البيئات البحرية أو التربة، واحتساب التآكل في التصميم.
• PREN (رقم مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على الفولاذات الكربونية/الميكرو سبيكة غير المقاومة للصدأ. للرجوع، حيث يتم اعتبار سبائك مقاومة للصدأ، فإن مؤشر PREN هو:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• عندما تكون مقاومة التآكل شرطًا للشراء، اختر سبيكة مقاومة للصدأ أو سبيكة مخصصة لمقاومة التآكل بدلاً من الاعتماد على درجات SUP.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل: تزيد الصلابة/القوة الأعلى (كما هو الحال مع SUP11A عندما تكون في حالة صلابة أعلى) من صعوبة التشغيل وتزيد من تآكل الأدوات؛ تحسن الصلابة الأقل أو الظروف المعالجة حراريًا من قابلية التشغيل. عادةً ما تكون حالة SUP12 الموجهة نحو الصلابة أكثر سهولة في التشغيل عندما يتم تداول القوة من أجل الصلابة.
• قابلية التشكيل والانحناء: يمكن تشكيل كلا الدرجتين في الحالة المعالجة حراريًا أو المعالجة. تقلل الظروف المعالجة حراريًا من قابلية الانحناء وتزيد من خطر التشقق؛ قد تسمح SUP12 بانحناءات أكثر ضيقًا قليلاً في التقسية المكافئة بسبب المرونة المتفوقة.
• تشطيب السطح: كلاهما يتقبل طرق التشطيب الصناعية الشائعة (الطحن، التفجير بالرصاص، الطلاء). قد تتطلب الأسطح المعالجة حراريًا تخفيف الإجهاد أو التقسية لتجنب التشققات السطحية عند الحاجة إلى تشغيل ثقيل.

8. التطبيقات النموذجية

SUP11A - الاستخدامات النموذجية	SUP12 - الاستخدامات النموذجية
الأعمدة والمحاور والأجزاء الثقيلة المحملة حيث تكون الصلابة الأعلى والقوة الثابتة هي الأولوية	المكونات المعرضة للتأثير الديناميكي أو الخدمة عند درجات حرارة منخفضة حيث تكون الصلابة العالية حاسمة
أجزاء هيكلية معالجة بالتبريد والتقسية في الآلات الثقيلة	البكرات والمحاور والأعضاء الهيكلية التي تحتاج إلى مقاومة كسر محسنة
حيث تكون مقاومة التآكل اعتبارًا ويتم تطبيق تقسية السطح أو Q&T	التصنيع الملحوم الذي يتطلب تحسين أداء HAZ واحتياجات تسخين مسبق أقل

منطق الاختيار: - اختر بناءً على وضع الفشل السائد: التعب/التآكل (يفضل الأنواع ذات القوة/الصلابة الأعلى) مقابل الكسر بسبب التأثير أو الفشل الهش (يفضل الأنواع الأكثر صلابة). - اعتبر العوامل الثانوية: قيود اللحام، عمر التعب، وتكاليف المعالجة اللاحقة (المعالجة الحرارية، PWHT، الطلاءات).

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: تتأثر عمومًا بعناصر السبيكة، والمعالجة الحرارية المطلوبة، والشهادة/الاختبار. قد تتكبد أنواع SUP11A المحددة للقوة/الصلابة الأعلى تكاليف معالجة أعلى (تحكم دقيق في Q&T، معالجة حرارية إضافية)، بينما قد تتطلب أنواع SUP12 المحسنة للصلابة تحكمًا أكثر صرامة في المواد والاختبارات التي تؤثر على التكلفة.
• التوافر: كلا الدرجتين متاحتان عادةً في المناطق التي تحتوي على سلاسل توريد موجهة نحو JIS. يختلف التوافر حسب شكل المنتج (لوح، قضيب، سبائك) حسب قدرة المصنع؛ استشر الموردين مبكرًا في عملية الشراء لتأكيد أوقات التسليم والحالة المتاحة (معالجة، Q&T، مدلفن).
• نصيحة الشراء: اطلب تقرير اختبار المصنع (MTR) وحدد حالة المعالجة الحرارية في طلب الشراء لتجنب إعادة العمل المكلفة.

10. الملخص والتوصية

جدول: مقارنة موجزة

السمة	SUP11A	SUP12
قابلية اللحام	جيدة مع التسخين المسبق المناسب/PWHT إذا كان CE أعلى	أفضل قليلاً في الظروف المحسنة للصلابة؛ عادةً ما تحتاج إلى تسخين مسبق أقل
توازن القوة والصلابة	يميل إلى القوة/الصلابة الأعلى	يميل إلى الصلابة/المرونة الأعلى
التكلفة (نموذجية)	قابلة للمقارنة؛ يمكن أن تزيد المعالجة من القوة الأعلى من التكلفة	قابلة للمقارنة؛ يمكن أن تزيد السيطرة الصارمة على الصلابة من التكلفة

الاستنتاج: - اختر SUP11A إذا كانت تصميمك يتطلب قوة أعلى بعد المعالجة الحرارية أو صلابة سطحية/عميقة للتطبيقات التي تهيمن عليها التآكل أو الأحمال، ويمكنك استيعاب إجراءات اللحام والمعالجات الحرارية المطلوبة. - اختر SUP12 إذا كانت أولويتك هي مقاومة التأثير، أو صلابة الكسر، أو الخدمة عند درجات حرارة منخفضة، وتحتاج إلى فولاذ يوفر صلابة محسنة للأحمال الديناميكية أو الهياكل الملحومة الحرجة.

التوصية النهائية: قبل الاختيار النهائي، احصل على ضمانات الخصائص الكيميائية والميكانيكية الدقيقة من الموردين المحتملين وقم بإجراء تقييمات المعادل الكربوني وقابلية اللحام بناءً على شهادات المصنع الفعلية. بالنسبة للمكونات الحرجة، حدد مستويات تأثير شاربي المطلوبة، ومعايير صلابة الكسر، ومؤهلات إجراءات اللحام لضمان أن الدرجة المختارة تلبي متطلبات الخدمة.