Q345R vs Q370R – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen
Bagikan
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Einführung
Q345R und Q370R sind in China bezeichnete Druckbehälterstähle, die häufig bei der Spezifikation von Platten- und Schalenmaterialien für Kessel, Druckbehälter und ähnliche geschweißte Strukturen berücksichtigt werden. Ingenieure und Beschaffungsfachleute wägen oft Kompromisse ab, wie Schweißbarkeit versus höhere Streckgrenze, Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen versus Fertigungskosten und Verfügbarkeit in Plattendicken oder normalisiertem Zustand.
Der Hauptunterschied zwischen den beiden besteht darin, dass Q370R eine hochfeste, aktualisierte Druckbehälterqualität darstellt, die verfeinerte Legierungs- und Verarbeitungsverfahren verwendet, um die Streck-/Zugfestigkeit zu erhöhen und gleichzeitig Zähigkeit und Schweißbarkeit zu erhalten. Da beide in ähnlichen Anwendungsbereichen vorkommen, vergleichen Designer sie routinemäßig, um zu entscheiden, ob eine höhere strukturelle Leistung potenzielle Auswirkungen auf das Schweißverfahren, die Wärmebehandlung und die Kosten rechtfertigt.
1. Normen und Bezeichnungen
- GB (China): Q345R und Q370R sind in den chinesischen nationalen Standards für Druckbehälterstähle und verwandte normative Dokumente identifiziert. Spezifische chemische und mechanische Grenzen sind in GB/T und entsprechenden Druckbehältercodes definiert.
- ASME / ASTM: Es gibt keine direkte Eins-zu-eins-Zuordnung; analoge westliche Qualitäten für Druckanwendungen umfassen ASTM A516 (für Kohlenstoffstahl) und verschiedene normalisierte Platten, aber Vergleiche sollten auf spezifischer Chemie und mechanischen Ergebnissen basieren, anstatt auf Namensäquivalenz.
- EN (Europa) / JIS (Japan): Europäische und japanische Standards spezifizieren ihre eigenen Druckbehälterstähle (zum Beispiel EN 10028-Serie für Flachprodukte), und die Auswahl sollte anhand der erforderlichen Eigenschaften und Prüfungen anstelle von nominalen Qualitätsnamen überprüft werden.
Klassifizierung: Sowohl Q345R als auch Q370R sind niedriglegierte Kohlenstoffstähle, die für den Druckbehälterdienst (nicht rostfrei) vorgesehen sind. Sie fallen in die breite Kategorie der HSLA/Druckbehälterplatten, wobei Q370R typischerweise einen stärkeren Legierungs-/thermomechanischen Ansatz hat, um höhere Streckenniveaus zu erreichen.
2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie
Die beiden Qualitäten teilen sich die gleichen Hauptbestandteile (C, Mn, Si, P, S), unterscheiden sich jedoch in den zulässigen Konzentrationen und in Mikrolegierungszusätzen, die die Härtbarkeit, die Ausscheidungsstärkung und die Kornverfeinerung beeinflussen.
Tabelle: Typische Zusammensetzungsmerkmale (repräsentative Bereiche; überprüfen Sie die Lieferzertifikate für genaue Werte)
| Element | Q345R — Typischer Bereich / Rolle | Q370R — Typischer Bereich / Rolle |
|---|---|---|
| C | Niedriger Kohlenstoff, kontrolliert für geschweißte Druckbehälterleistung (z. B. ~≤0,20%) | Leicht höher oder ähnliches C-Kontrolle, um höhere Streckgrenze zu erreichen; immer noch niedrig genug für Schweißbarkeit |
| Mn | Moderat (Entgasung, Festigkeit) | Moderat bis leicht höher, um Festigkeit und Härtbarkeit zu unterstützen |
| Si | Kleiner Entgasungsmittel (≤~0,35%) | Ähnlich wie Q345R |
| P | Strenge Kontrolle (Verunreinigungsgrenze) | Ähnlich oder etwas strengere Kontrolle in einigen Spezifikationen |
| S | Niedriger Schwefel für Zähigkeit | Niedriger Schwefel; ähnlich kontrolliert |
| Cr, Ni, Mo | Allgemein minimal in Q345R; gelegentliche kleine Zusätze in speziellen Varianten | Kann kleine Mengen (Spuren bis niedrige Zehntelprozent) in einigen Herstellern enthalten, um Härtbarkeit und Festigkeit zu erhöhen |
| V, Nb, Ti | In der Regel abwesend oder auf sehr niedrigen Niveaus im grundlegenden Q345R | Q370R-Varianten enthalten eher Mikrolegierungen (V, Nb, Ti) zur Ausscheidungsstärkung und Kornverfeinerung |
| B, N | Keine primäre Legierungsstrategie; N kontrolliert | N kontrolliert; gelegentlich wird Spuren-B in mikrolegierten Stählen zur Härtbarkeitskontrolle verwendet |
Hinweise: - Exakte chemische Grenzen werden vom Lieferanten und dem anwendbaren Standard festgelegt. Die Tabelle soll die Legierungsstrategien hervorheben: Q345R verwendet eine konservative Chemie, um Festigkeit und Schweißbarkeit auszubalancieren; Q370R verlässt sich typischerweise auf leicht höhere Legierungs- und/oder Mikrolegierungs- sowie Prozesskontrolle, um höhere Streckzahlen zu erreichen und gleichzeitig Zähigkeit zu bewahren.
Wie sich die Legierung auf die Eigenschaften auswirkt: - Kohlenstoff erhöht die Festigkeit und Härtbarkeit, reduziert jedoch die Schweißbarkeit und Zähigkeit, wenn er übermäßig ist. - Mangan erhöht die Festigkeit und Härtbarkeit und hilft bei der Entgasung. - Mikrolegierung mit Nb, V, Ti ermöglicht Festigkeit durch feine Ausscheidungen und Kornverfeinerung, verbessert die Festigkeit, ohne den Kohlenstoff proportional zu erhöhen. - Kleine Zusätze von Cr, Mo, Ni erhöhen die Härtbarkeit und die Festigkeit bei erhöhten Temperaturen, werden jedoch in Druckbehälterstählen sparsam eingesetzt, um die Kosten zu kontrollieren und die Schweißbarkeit aufrechtzuerhalten.
3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung
Typische Mikrostrukturen: - Q345R: Produziert, um eine feinkörnige Ferrit-Perlit- oder akzessorische Ferrit-Mikrostruktur nach kontrolliertem Walzen und Normalisierung zu erzeugen; die Mikrostruktur wird gewählt, um ein Gleichgewicht zwischen Zähigkeit und Duktilität bei üblichen Betriebstemperaturen zu bieten. - Q370R: Erreicht höhere Streckgrenze durch eine Kombination aus leicht höherer Versetzungs-/Lösungsmittelstärkung und Mikrolegierungs-Ausscheidungen. Die Mikrostruktur besteht oft aus feinerem Ferrit mit kontrolliertem Perlit und einem erhöhten bainitischen Anteil in einigen thermomechanischen Verfahren.
Reaktion auf Wärmebehandlung und Verarbeitung: - Normalisieren: Beide Qualitäten reagieren auf das Normalisieren mit Kornverfeinerung und vorhersehbaren mechanischen Eigenschaften. Die Normalisierungstemperaturen müssen kontrolliert werden, um eine Überalterung der Mikrolegierungs-Ausscheidungen in Q370R zu verhindern. - Härten & Anlassen: Nicht standardmäßig für diese Druckbehälterplatten (normalerweise als normalisiert oder kontrolliert gewalzt produziert), aber wenn angewendet, wird die Legierung von Q370R die Härtbarkeit und die Ansprechreaktion beim Anlassen stärker beeinflussen als bei Q345R. - Thermomechanisch kontrollierte Verarbeitung (TMCP): Besonders wichtig für Q370R, um höhere Festigkeit mit erforderlicher Zähigkeit zu erreichen; TMCP hilft, feinkörnige Mikrostrukturen und gleichmäßige Eigenschaften durch starkes Walzen und beschleunigte Kühlung zu erzeugen.
4. Mechanische Eigenschaften
Tabelle: Typischer Vergleich der mechanischen Eigenschaften (repräsentative Bereiche; bestätigen Sie mit Zertifikat)
| Eigenschaft | Q345R — Typisch | Q370R — Typisch |
|---|---|---|
| Streckgrenze (MPa) | Nominal ~345 | Nominal ~370 |
| Zugfestigkeit (MPa) | Typischer Bereich ~470–630 | Typischer Bereich ~500–700 |
| Dehnung (%) | Typischerweise ≥20 (abhängig von der Dicke) | Typischerweise ≥17–20 (etwas niedriger bei gleicher Dicke) |
| Schlagzähigkeit | Spezifizierte Schlagenergie bei Temperatur (für akzeptable Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen ausgelegt) | Ziel ist es, Q345R bei ähnlichen Testtemperaturen zu entsprechen, erfordert jedoch manchmal strengere Kontrollen |
| Härte (HB oder HRC) | Moderat (konsistent mit duktiler Platte) | Leicht höher aufgrund zusätzlicher Festigkeitsmechanismen |
Interpretation: - Q370R ist stärker (höhere nominale Streckgrenze und höhere Zugfähigkeit) aufgrund von Legierung und Verarbeitung. Diese höhere Festigkeit kann mit einer moderaten Reduzierung der gleichmäßigen Dehnung und möglicherweise einer erhöhten Empfindlichkeit gegenüber Schweißwärmezyklen einhergehen, wenn höhere Härtbarkeitselemente vorhanden sind. - Zähigkeit ist ein Entwurfskriterium für beide Qualitäten; Hersteller von Q370R kontrollieren typischerweise die Zusammensetzung und den Prozess, um die Anforderungen an die Schlagenergie, die von Druckbehältercodes gefordert werden, zu erhalten.
5. Schweißbarkeit
Überlegungen zur Schweißbarkeit hängen vom Kohlenstoffäquivalent und der Härtbarkeit ab. Zwei nützliche Indizes:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Qualitative Interpretation: - Ein höherer $CE_{IIW}$ oder $P_{cm}$ weist auf eine größere Härtbarkeit und ein höheres Risiko für Martensitbildung in der wärmebeeinflussten Zone (HAZ) hin, was die Anforderungen an Vorwärmen/Nachschweißwärmebehandlung (PWHT) erhöht. - Q345R hat typischerweise ein niedrigeres Kohlenstoffäquivalent und somit eine einfachere Schweißbarkeit mit herkömmlichen Schweißverfahren und geringeren Vorwärmeanforderungen. - Q370R kann aufgrund kleinerer Erhöhungen des Legierungsgehalts und der Mikrolegierung ein höheres Kohlenstoffäquivalent aufweisen; dies erfordert eine sorgfältigere Spezifikation des Schweißverfahrens (Vorwärmen, Interpass-Temperatur, Auswahl des Zusatzwerkstoffs und manchmal PWHT), um HAZ-Versprödung oder Kaltverzug zu vermeiden. - Mikrolegierungselemente (Nb, V, Ti) verfeinern die Korngröße und können die Zähigkeit verbessern, erhöhen jedoch auch die Festigkeit bei hohen Temperaturen und können die Kohlenstoffäquivalent-Messungen leicht erhöhen; eine Qualifizierung des Schweißverfahrens wird empfohlen.
6. Korrosion und Oberflächenschutz
- Sowohl Q345R als auch Q370R sind nicht rostfreie niedriglegierte Stähle. Sie sind chemisch nicht korrosionsbeständig und erfordern typischerweise einen Oberflächenschutz für atmosphärische oder korrosive Anwendungen.
- Übliche Schutzmaßnahmen: Feuerverzinkung (wo angemessen für Dicke und Einsatz), organische Beschichtungen (Farben, Epoxid, Polyurethan), Metallisierung (gespritztes Zink/Aluminium) oder Verkleidung mit korrosionsbeständigen Legierungen, wenn erforderlich.
- Die PREN-Formel ist nicht anwendbar (nicht rostfreie Stähle). Für rostfreie Materialien ist der PREN-Index: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Bei der Spezifikation von Q345R oder Q370R für Umgebungen mit Korrosionsrisiko muss die Auswahl das geeignete Beschichtungssystem und das Inspektionsregime berücksichtigen; Verzinkung kann Schweiß- und Nachbearbeitungsverfahren ändern.
7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit
- Schneiden: Beide Qualitäten lassen sich ähnlich mit Sauerstoffbrenner, Plasma oder Laser schneiden; die höhere Festigkeit von Q370R kann zu leicht erhöhtem Werkzeugverschleiß bei der Bearbeitung angrenzender Fittings führen.
- Formen/Biegen: Q345R, das duktiler ist, lässt sich im Allgemeinen einfacher bei denselben Biegeradien formen; Q370R erfordert leicht größere minimale Biegeradien oder kontrolliertes Biegen, um Rissbildung zu vermeiden, insbesondere bei dickeren Platten.
- Bearbeitbarkeit: Die erhöhte Festigkeit und Mikrolegierung in Q370R können die Bearbeitbarkeit verringern und erfordern möglicherweise angepasste Vorschübe/Geschwindigkeiten und Werkzeugauswahl im Vergleich zu Q345R.
- Wärmebehandlung und Spannungsabbau: PWHT kann aufgrund von Vorschriften oder Schweißverfahren häufiger für hochfeste Qualitäten vorgeschrieben sein; koordinieren Sie die Fertigungssequenzen entsprechend.
8. Typische Anwendungen
| Q345R — Typische Anwendungen | Q370R — Typische Anwendungen |
|---|---|
| Niedrig- bis moderatdruck Kessel, Speicherbehälter, bei denen Duktilität und Schweißbarkeit priorisiert werden | Druckbehälter und Schalen, bei denen höhere Entwurfsbelastungen oder reduzierte Plattendicken wünschenswert sind |
| Allgemeine Strukturkomponenten in der Fertigung von geschweißten Tanks und Niedertemperaturbehältern | Anwendungen, die höhere zulässige Spannungen, reduziertes Gewicht oder dickere Abschnitte mit erhaltener Zähigkeit erfordern |
| Große, leicht geschweißte Platten, bei denen die Kosten das Hauptkriterium sind | Situationen, in denen der Code höhere Festigkeitsplatten zulässt, um Gewicht oder Materialdicke zu reduzieren; Nachrüstungen, die eine höhere Kapazität ohne geometrische Änderungen erfordern |
Auswahlbegründung: - Wählen Sie Q345R, wenn Einfachheit der Fertigung, bewährte Schweißbarkeit und Kostenkontrolle Priorität haben. - Wählen Sie Q370R, wenn Einsparungen auf Strukturhöhe, höhere zulässige Spannungen oder höhere Entwurfsreserven erforderlich sind und wenn das Projekt strengere Schweiß-/Fertigungsanforderungen zulässt.
9. Kosten und Verfügbarkeit
- Kosten: Q370R ist in der Regel teurer pro Tonne als Q345R aufgrund strengerer Prozesskontrollen, möglicher Mikrolegierungszusätze und zusätzlicher Tests oder Zertifizierungen, um strengere mechanische Ziele zu erreichen.
- Verfügbarkeit: Q345R ist historisch häufiger und in vielen Märkten und Dicken breit vorrätig. Die Verfügbarkeit von Q370R wächst, insbesondere dort, wo Codes hochfeste Druckbehälterstähle anerkennen; jedoch sollte die Produktform (Plattendicke, Zertifizierungen) frühzeitig mit Walzwerken und Händlern bestätigt werden.
10. Zusammenfassung und Empfehlung
Tabelle: Schneller Vergleich
| Attribut | Q345R | Q370R |
|---|---|---|
| Schweißbarkeit | Sehr gut (niedriger CE) | Gut, benötigt jedoch qualifizierte WPS und mögliche PWHT |
| Festigkeits-Zähigkeits-Balance | Ausgewogen für typischen Einsatz | Höhere Festigkeit bei gleicher oder ähnlicher Zähigkeit mit strengerer Kontrolle |
| Kosten | Niedriger | Höher |
Empfehlungen: - Wählen Sie Q345R, wenn Schweißbarkeit, breite Verfügbarkeit, niedrigere Materialkosten und einfache Verarbeitung die obersten Prioritäten sind — zum Beispiel Standardkessel, Tanks und viele geschweißte Druckteile, bei denen die standardmäßigen zulässigen Spannungen ausreichen. - Wählen Sie Q370R, wenn Sie höhere Streck-/Zugfestigkeit benötigen, um die Plattendicke zu reduzieren, eine höhere Entwurfsbelastung zu erreichen oder das Gewicht zu optimieren, während die Schlagfestigkeit erhalten bleibt — vorausgesetzt, Sie können qualifizierte Schweißverfahren, kontrollierte Fertigung umsetzen und akzeptieren leicht höhere Material- und Verarbeitungskosten.
Letzte Anmerkung: Überprüfen Sie immer den Prüfbericht des Herstellers und die anwendbaren Vorschriften (Druckbehälternorm, Dickengrenzen, erforderliche Schlagtemperaturen) vor der endgültigen Auswahl. Die Qualifizierung des Schweißverfahrens und die Rückverfolgbarkeit des Materials sind für beide Qualitäten unerlässlich und werden kritischer, je höher die Festigkeit und Härtbarkeit sind.