Z25 مقابل Z35 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

غالبًا ما يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع خيارًا بين درجتين قريبتين من المنتجات عند تحديد الفولاذ للأعمال الهيكلية أو الاحتفاظ بالضغط أو التصنيع الثقيل. عادةً ما يوازن القرار بين Z25 و Z35 بين القوة المطلوبة وأداء السماكة مقابل التكلفة وقابلية اللحام والتوافر. تشمل سياقات القرار الشائعة قشور الأوعية الملحومة، والألواح الثقيلة للجسور، والهياكل المصنعة حيث يكون خطر التمزق الطبقي (فصل الطبقات) أو المتانة الاتجاهية مصدر قلق.

على مستوى عالٍ، يتم وضع Z35 كدرجة أداء أعلى مقارنةً بـ Z25: حيث يقدم عمومًا مقاومة أكبر للتمزق الطبقي وقوة أعلى، وغالبًا ما يتم تحقيق ذلك من خلال الكيمياء المنضبطة والمعالجة الحرارية الميكانيكية. يتم اختيار Z25 حيث تكون القوة والمتانة الكافية مطلوبة بتكلفة أقل ومع سهولة في التصنيع واللحام. تتم مقارنة هذه الدرجات لأنها تستهدف مجالات تطبيق مماثلة ولكنها تختلف في استراتيجية السبائك والمعالجة لتحسين التوازنات المذكورة أعلاه.

1. المعايير والتسميات

• المعايير الرئيسية حيث قد تظهر درجات المنتجات ذات البادئة Z أو الأرقام المماثلة: التسميات الوطنية والملكية (EN، ASTM/ASME، JIS، GB) أو معايير المصنع. ملاحظة: Z25 و Z35 هما تسميات درجات المنتجات المستخدمة من قبل بعض المصانع والمحددات؛ وليست أسماء ASTM عالمية مثل S275 أو S355.
• التصنيف حسب العائلة:
• Z25: عادةً ما يكون فولاذ هيكلي منخفض السبيكة أو سبيكة دقيقة (نطاق قوة منخفض إلى متوسط).
• Z35: عادةً ما يكون فولاذ سبيكة دقيقة أو منخفضة السبيكة عالي القوة تم تحسينه لتحسين سلوك السماكة وأعلى قوة عائد/شد.
• يجب على المستخدمين ربط Z25/Z35 بالمواصفة القياسية المحددة أو شهادة المصنع للمشتريات والتحقق من التصميم.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

الكيمياء الدقيقة لـ Z25 و Z35 محددة من قبل المورد. الجدول أدناه يعطي العناصر السبائكية النموذجية للفولاذ في هذه الفئة من الأداء ونطاقات نوعية أو إرشادية شائعة في بيانات منتجات المصنع. تحقق دائمًا مع شهادة التحليل.

جدول: نطاقات التركيب النموذجية (إرشادية؛ استشر شهادة المصنع) | العنصر | Z25 (استراتيجية نموذجية) | Z35 (استراتيجية نموذجية) | |---|---:|---:| | C (الكربون) | منخفض إلى متوسط؛ محسّن لقابلية اللحام والليونة (إرشادي: ~0.08–0.20%) | منخفض إلى متوسط؛ منضبط لتحقيق توازن بين القوة وقابلية اللحام (إرشادي: ~0.08–0.22%) | | Mn (المنغنيز) | معتدل للمساعدة في القوة والصلابة (إرشادي: ~0.3–1.2%) | معتدل إلى أعلى قليلاً لزيادة القوة (إرشادي: ~0.4–1.4%) | | Si (السيليكون) | كميات صغيرة لإزالة الأكسدة (≈0.1–0.4%) | مشابه، منضبط للمتانة (≈0.1–0.4%) | | P (الفوسفور) | يبقى منخفضًا للمتانة (<0.03%) | يبقى منخفضًا للمتانة (<0.03%) | | S (الكبريت) | يبقى منخفضًا للليونة (<0.02%) | يبقى منخفضًا للليونة (<0.02%) | | Cr، Ni، Mo (السبائك) | عادةً ما تكون ضئيلة أو غائبة في الدرجات الأساسية؛ قد تحتوي على إضافات صغيرة في المتغيرات السبيكية | قد تحتوي على إضافات صغيرة منضبطة لتحسين الصلابة والمتانة في الدرجات المتغيرة | | V، Nb، Ti (السبائك الدقيقة) | قد تشمل كميات ضئيلة من السبيكة الدقيقة (مستويات ppm) لتحسين الحبيبات وزيادة القوة | من المرجح أن تحتوي على محتوى سبيكة دقيقة مصممة ومعالجة لتحسين المتانة عبر السماكة | | B (البورون) | عادةً ما تكون غائبة أو بمستويات منخفضة جدًا | قد تستخدم في إضافات دقيقة من قبل بعض المصانع لتعزيز الصلابة (ppm) | | N (النيتروجين) | منضبط لإدارة استقرار الشوائب والقوة | منضبط؛ غالبًا ما يساعد النيتروجين المنخفض في المتانة |

كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - يزيد الكربون والمنغنيز من القوة والصلابة ولكن يمكن أن يقللا من قابلية اللحام والمتانة إذا كانت زائدة. - تسمح عناصر السبيكة الدقيقة (Nb، Ti، V) بزيادة القوة من خلال تحسين الحبيبات وتقوية الترسيب دون زيادات كبيرة في الكربون. - تحسن العناصر المنخفضة المنضبطة (P، S، N) وممارسات الفولاذ النظيف من الليونة والأداء عبر السماكة.

3. التركيب المجهري واستجابة المعالجة الحرارية

التركيبات المجهري النموذجية والاستجابات:

• Z25:
• طرق المعالجة: الدرفلة الساخنة التقليدية مع تطبيع اختياري أو تليين خفيف.
• التركيب المجهري: بشكل أساسي فيريتيت-بيرلايت أو فيريتيت ذو حبيبات دقيقة مع بيرلايت منضبط؛ تظهر المتغيرات السبيكية الدقيقة ترسبات دقيقة تزيد من قوة العائد.

• استجابة المعالجة الحرارية: التطبيع ينقي الحبيبات ويحسن المتانة؛ المعالجات الثقيلة بالتبريد والتليين غير شائعة لهذه الفئة.

• Z35:

• طرق المعالجة: قد تستخدم الدرفلة المنضبطة (المعالجة الحرارية الميكانيكية المنضبطة، TMCP) والتبريد المعجل لتنقية التركيب المجهري وتعزيز المكونات الباينيتية/الفيريتيتية الدقيقة.
• التركيب المجهري: فيريتيت ذو حبيبات أدق مع باينيت متناثرة أو جيوب مارتنسيت/باينيت معالج في بعض المتغيرات منخفضة السبيكة؛ التحكم في الشوائب المصممة لتقليل خطر التمزق الطبقي.
• استجابة المعالجة الحرارية: TMCP والتبريد المنضبط يزيدان من القوة ويحسنان المتانة عبر السماكة بشكل أكثر فعالية من التطبيع البسيط؛ التبريد والتليين ممكن إذا تم تحديده ولكن يغير التصنيف.

أثر الطرق الشائعة: - التطبيع: ينقي حجم الحبيبات وي homogenizes التركيب المجهري؛ يحسن المتانة لكلا الدرجتين. - التبريد والتليين: يزيد القوة بشكل كبير ولكنه يتطلب ضوابط أكثر صرامة للحام والتحضير المسبق/اللاحق. - TMCP: يسمح بقوة أعلى ومتانة مع قابلية لحام جيدة من خلال تحسين التركيب المجهري دون سبائك ثقيلة.

4. الخصائص الميكانيكية

تعتمد القيم الميكانيكية الدقيقة على شهادة المصنع، شكل المنتج (لوح، ملف، جزء مطروق)، والمعالجة الحرارية. الجدول التالي يعطي نطاقات مقارنة إرشادية ووصفية نوعية؛ تحقق من القيم المحددة في مستندات الشراء.

جدول: الخصائص الميكانيكية الإرشادية (نطاقات نموذجية؛ استشر بيانات المصنع) | الخاصية | Z25 (إرشادي) | Z35 (إرشادي) | |---|---:|---:| | قوة الشد | معتدلة — عادةً في النطاق المنخفض إلى المتوسط للفولاذ الهيكلي | أعلى — عادةً فوق Z25، مما يعكس قوة إثبات أعلى | | قوة العائد | نطاق منخفض/متوسط (مناسب للهيكل العام) | أعلى؛ مصمم لتحمل أحمال ثابتة أعلى | | الاستطالة (%) | ليونة جيدة؛ كافية للتشكيل والتصنيع | أقل قليلاً أو قابلة للمقارنة؛ تعتمد على المعالجة | | المتانة عند الصدمات (شاربي، - أو درجة حرارة محددة) | معتدلة؛ تعتمد على النظافة والمعالجة | أعلى في المتانة عبر السماكة والاتجاه؛ مصممة لمقاومة التمزق الطبقي | | الصلابة (HB أو HRC) | معتدلة | أعلى، ولكن لا تزال ضمن نطاقات قابلة للحام للعديد من الدرجات |

أيها أقوى، وأكثر متانة، أو أكثر ليونة، ولماذا: - القوة: تم تصميم Z35 لتوفير قوة عائد وقوة شد أعلى من Z25 من خلال مزيج من محتوى سبيكة أعلى قليلاً والتحكم في العملية. - المتانة: يميل Z35 إلى تقديم مقاومة محسنة عبر السماكة وفصل الطبقات بسبب ممارسات الفولاذ الأنظف، والتحكم في شكل الشوائب، والمعالجة الحرارية الميكانيكية. هذا أمر حاسم حيث يوجد خطر التمزق الطبقي. - الليونة: يمكن أن يظهر Z25 استطالة موحدة أعلى قليلاً في بعض الظروف بسبب القوة المنخفضة؛ ومع ذلك، يمكن أن يحتفظ Z35 المعالج بعناية بليونة جيدة مع زيادة القوة.

5. قابلية اللحام

توجه قابلية اللحام بشكل أساسي بواسطة المعادل الكربوني والصلابة. للتقييم النوعي يمكنك استخدام المعادل الكربوني IIW ومؤشر Pcm:

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

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

التفسير (نوعي): - Z25: مع كربون منخفض نسبيًا وكيمياء أبسط، يميل إلى أن يكون له $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ أقل — مما يؤدي إلى سهولة اللحام، ومتطلبات أقل للتحضير المسبق/اللاحق، وانخفاض القابلية للتشقق البارد. - Z35: يمكن أن تزيد القوة الأعلى والإضافات السبيكية الدقيقة أو المنغنيز الأعلى قليلاً من $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ بشكل طفيف. وهذا يتطلب مواصفات إجراءات لحام أكثر دقة (PQR/WPS)، وتحضير مسبق محتمل، واهتمام بالتحكم في الهيدروجين. - في كلا الدرجتين: تؤثر السماكة، وتكوين الوصلات، وممارسات التصنيع (النظافة، إزالة الهيدروجين، اختيار الأقطاب) بشكل كبير على أداء اللحام. تحقق من مؤهلات إجراءات اللحام باستخدام كيمياء اللوح المستهدف.

6. التآكل وحماية السطح

• درجات غير مقاومة للصدأ: Z25 و Z35 عادةً ما تكون فولاذًا منخفض السبيكة غير مقاوم للصدأ. يتم توفير حماية التآكل من خلال الطلاءات والتصميم:
• التغليف بالغمس الساخن، والدهانات الغنية بالزنك، والطلاءات الإيبوكسية، أو التغطية المعدنية هي استراتيجيات حماية شائعة.
• اختر نظام الطلاء بناءً على البيئة (فئات التآكل C3–C5 أو البحرية مقابل الريفية/الصناعية).
• اعتبارات مقاومة الصدأ: PREN غير قابلة للتطبيق ما لم تكن الدرجة سبيكة مقاومة للصدأ. للمرجع، تستخدم سبائك مقاومة الصدأ: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ —تستخدم لتقدير مقاومة التآكل للصلب المقاوم للصدأ.
• متى يجب النظر في مقاومة الصدأ: إذا كانت هناك حاجة لمقاومة تآكل طويلة الأمد دون طلاءات خارجية، انتقل إلى عائلة الفولاذ المقاوم للصدأ بدلاً من الاعتماد على Z25/Z35.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع: يمكن قطع كلا الدرجتين بالقطع اللهبي، أو القطع بالبلازما، أو القطع بالليزر؛ قد تتطلب قوة Z35 الأعلى تعديل معايير القطع وتنتج مناطق متأثرة بالحرارة أكثر صلابة.
• قابلية التشغيل: غالبًا ما يكون Z25 أسهل في التشغيل قليلاً بسبب القوة المنخفضة وقلة تقوية الترسيب. يمكن أن يكون Z35، مع السبيكة الدقيقة والقوة الأعلى، أكثر صعوبة في تآكل الأدوات؛ اختر الأدوات والسرعات وفقًا لذلك.
• قابلية التشكيل والانحناء: يقدم Z25 عمومًا قابلية انحناء أفضل عند سماكة معينة بسبب القوة المنخفضة. يمكن تشكيل Z35 إذا تم تصميمه بشكل مناسب، ولكن قد تكون أنصاف أقطار الانحناء أكبر والارتداد أكبر.
• مدخل الحرارة والتشكيل: للتشكيل الثقيل أو التشكيل بعد اللحام، ضع في اعتبارك المعالجة الحرارية المحددة للدرجة وتأكد من أن العمليات لا تسبب فقدان القوة غير المرغوب فيه.

8. التطبيقات النموذجية

جدول: الاستخدامات النموذجية لكل درجة | Z25 (الاستخدامات النموذجية) | Z35 (الاستخدامات النموذجية) | |---|---| | ألواح هيكلية عامة وعوارض حيث تكون القوة القياسية وقابلية اللحام الجيدة هي الأولوية | مكونات وألواح مصنعة ثقيلة حيث تكون القوة الأعلى والأداء المحسن عبر السماكة مطلوبة | | إطارات مصنعة، وأحزمة ناقلة، وأعمال فولاذية عامة | تنانير أوعية الضغط، وشفرات ثقيلة، وهياكل ملحومة مع خطر التمزق الطبقي | | خزانات وصناديق ملحومة متوسطة القوة مع طلاءات لحماية من التآكل | جسور، عناصر هيكلية بحرية أو قريبة من الشاطئ حيث تكون المتانة عبر السماكة حاسمة | | تطبيقات تعطي الأولوية للتكلفة، وسهولة الشراء، واللحام المباشر | تطبيقات تعطي الأولوية لسعة الحمل الأعلى، ومقاومة التعب، وتقليل خطر فصل الطبقات |

مبررات الاختيار: - اختر Z25 عندما تكون التكلفة، والتصنيع المباشر، والليونة العامة/قابلية اللحام هي المحركات الرئيسية. - اختر Z35 عندما تكون هناك حاجة إلى لوح أقوى وأكثر متانة مع أداء مصمم عبر السماكة (مثل الوصلات الملحومة السميكة، والتجمعات الملحومة ذات الحمل الثقيل).

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: عادةً ما تحمل Z35 علاوة على Z25 بسبب التحكم الأكثر صرامة في الكيمياء، والسبيكة الدقيقة، ومعالجة TMCP، أو خطوات التأهيل الإضافية. تختلف العلاوة حسب المنطقة والمنتج.
• التوافر: غالبًا ما تكون Z25 متاحة بشكل أوسع في أحجام متعددة من المصانع، وسماكات، وأشكال منتجات. قد تكون Z35 متاحة كألواح قياسية وألواح ولكن يمكن أن تكون محدودة في السماكات الخاصة أو في الطلبات الصغيرة؛ يمكن أن تكون أوقات التسليم أطول لمواد Z35 المعتمدة.

10. الملخص والتوصية

جدول يلخص التوازنات الرئيسية | الخاصية | Z25 | Z35 | |---|---:|---:| | قابلية اللحام | عالية؛ أسهل PQR/WPS | جيدة ولكن تتطلب مزيدًا من الانتباه للتحضير المسبق/التحكم في الهيدروجين | | توازن القوة–المتانة | قوة معتدلة مع ليونة جيدة | قوة أعلى مع متانة محسنة عبر السماكة | | التكلفة | أقل | أعلى |

التوصيات: - اختر Z25 إذا: - كانت مشروعك تعطي الأولوية للتكلفة الفعالة، واللحام المباشر، والأداء الهيكلي العام. - لا تمثل سماكة اللوح، وتكوين الوصلات، وظروف الخدمة مخاطر مرتفعة لفصل الطبقات أو إجهاد عبر السماكة. - تحتاج إلى توافر واسع وأوقات تسليم قصيرة.

• اختر Z35 إذا:
• كنت بحاجة إلى قوة عائد/شد أعلى ومقاومة محسنة للتمزق الطبقي أو عبر السماكة.
• تتضمن التصميم وصلات ملحومة ثقيلة، أو ألواح سميكة، أو ظروف حيث تكون المتانة الاتجاهية مهمة (عرضة للتعب أو التحميل الدوري).
• تقبل تكلفة مواد أعلى وربما ضوابط تصنيع أكثر صرامة لتحقيق نتيجة هيكلية أكثر متانة.

ملاحظة نهائية: Z25 و Z35 هما تسميات مختصرة لدرجات المنتجات التي يجب الحصول على كيميائها الدقيقة وضماناتها الميكانيكية من شهادة المصنع والمواصفة المعمول بها. لتطبيقات حرجة من حيث السلامة أو لحام تحتوي على ضغط، يجب دائمًا تحديد الخصائص الميكانيكية المطلوبة (قوة العائد، الشد، التأثير عند درجة الحرارة)، والقيم القصوى المسموح بها في الكيمياء، وإجراءات اللحام المطلوبة في مستندات الشراء والرسومات.