25# против 35# – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

Инженеры и команды по закупкам часто выбирают между 25# и 35# при спецификации углеродных сталей для валов, штифтов, втулок и общих конструктивных компонентов, где необходимо сбалансировать стоимость, обрабатываемость и механические характеристики. Типичные контексты принятия решений включают в себя приоритет легкости формовки и сварки для крупных изделий или более высокой прочности в состоянии ковки/термообработки в компонентах, которые будут нести более высокие статические или динамические нагрузки.

Основное различие между двумя марками заключается в их содержании углерода и в результате сбалансированности между прочностью и пластичностью: марка с более высоким содержанием углерода демонстрирует большую прочность и твердость за счет пластичности и некоторой свариваемости. Поскольку обе марки являются обычными углеродными сталями, широко используемыми в аналогичных формах продукции, проектировщики сравнивают их напрямую, чтобы решить, оправдывает ли дополнительная прочность (и потенциально термообработка) компромиссы в формуемости, прочности и сложности изготовления.

1. Стандарты и обозначения

• Общие национальные и международные системы стандартов могут ссылаться на эквивалентные обычные углеродные стали, но буквенные обозначения “25#” и “35#” чаще всего встречаются в китайской номенклатуре материалов.
• Типичные соответствующие семейства стандартов:
• GB (Китай): 25#, 35# (обычные углеродные стали)
• ASTM/ASME: сопоставимые марки обычных углеродных сталей (выбор по составу/свойствам, а не по буквенной маркировке “#”)
• EN: стали в семьях EN 10025/10083 или эквиваленты EN, выбранные по требованиям к углероду и прочности на растяжение
• JIS: японские эквиваленты обычных углеродных сталей, перечисленные по содержанию углерода и механическим свойствам

Классификация: как 25#, так и 35# являются обычными углеродными сталями (не легированными). Они не являются нержавеющими, HSLA или инструментальными сталями в своих стандартных формах. Термообработка может быть применена для изменения свойств, но не изменяет базовую классификацию.

2. Химический состав и стратегия легирования

Примечания: - Наиболее значительное различие в составе — это углерод. Небольшие изменения в Mn и Si влияют на прочностные свойства и обезуглероживание. Другие легирующие элементы обычно отсутствуют в стандартных 25#/35#; если они присутствуют, это указывает на другую специфицированную марку. - Стратегия легирования для этих марок минимальна: сохранять химию простой, контролировать примеси и использовать термообработку или микро-легирование только тогда, когда требуются специфические улучшения свойств.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

Микроструктура: - Обе марки в состоянии прокатки или нормализации обычно состоят из микроструктуры феррит-перлита. Объемная доля перлита увеличивается с содержанием углерода. - 25#: более высокая доля феррита, более грубый/тонкий перлит в зависимости от охлаждения, обычно более пластичный и прочный в состоянии прокатки. - 35#: более высокая доля перлита и потенциально более тонкий перлит, если обработан для ускорения охлаждения, что приводит к более высокой прочности и твердости в нормализованном состоянии.

Реакция на термообработку: - Нормализация: уточняет зернистую структуру и производит более равномерное распределение феррит-перлита. Обе марки хорошо реагируют на нормализацию; 35# достигнет более высокой нормализованной прочности, чем 25#, из-за более высокого углерода. - Отжиг: смягчает и улучшает обрабатываемость или формуемость для обеих марок; 25# станет более пластичным по сравнению с 35# после полного отжига. - Закалка и отпуск: обе марки могут быть закалены, но закаливаемость ограничена по сравнению с легированными сталями. 35#, с более высоким углеродом, достигает более высокой твердости в состоянии закалки, но также имеет больший риск трещинообразования, вызванного закалкой, и сниженной прочности, если не будет осторожно отпущен. - Термомеханическая обработка: контролируемая прокатка и ускоренное охлаждение улучшают прочность и прочность, но резкие изменения закаливаемости требуют легирующих добавок, отсутствующих в стандартных 25#/35#.

4. Механические свойства

Интерпретация: - 35# является более прочным/твердым вариантом в эквивалентных термомеханических состояниях; 25# предлагает лучшую пластичность и, как правило, лучшую ударную стойкость для компонентов, которые ожидается, что будут подвергаться формовке или динамическим нагрузкам. - Для компонентов, требующих высокой прочности и значительной пластической деформации, 25# обычно предпочтительнее, если не планируется последующая обработка (например, отпуск) для 35#.

5. Свариваемость

Свариваемость зависит в первую очередь от содержания углерода, комбинированного легирования и толщины сечения. Для обычных углеродных сталей, таких как 25# и 35#, широко используются индексы эквивалента углерода для оценки потребностей в предварительном/последующем нагреве.

Общие формулы эквивалента углерода: - Пример для международного руководства: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Более детальная формула, используемая для прогнозирования восприимчивости к холодному трещинообразованию: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Качественная интерпретация: - 35# имеет более высокий $C$, поэтому рассчитанные $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ будут выше, чем для 25#, что указывает на повышенную склонность к закаливанию в зоне термического влияния (HAZ) и больший риск холодного трещинообразования, вызванного водородом. Поэтому 35# обычно требует более консервативных процедур сварки: предварительный нагрев, контролируемая температура межпрохода, электроды с низким содержанием водорода и термообработка после сварки, когда толщина и ограничение значительны. - 25#, с более низким $C$, более прощает сварку, легче соединяется без предварительного нагрева для умеренных толщин и, как правило, требует менее строгого контроля водорода.

6. Коррозия и защита поверхности

• Обе марки 25# и 35# являются не нержавеющими углеродными сталями и полагаются на покрытия и барьеры для защиты от коррозии. Общие стратегии:
• Горячее цинкование для наружных конструктивных компонентов.
• Системы покраски (эпоксидные грунтовки, полиуретановые верхние покрытия) для атмосферной защиты.
• Катодная защита или покрытия в закопанных или погруженных приложениях.
• Индексы нержавеющих сталей, такие как PREN, не применимы к обычным углеродным сталям. Для иллюстрации, PREN: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ но это актуально только для нержавеющих сплавов; ни 25#, ни 35# не следует оценивать по PREN.
• Примечание по выбору: если коррозионная стойкость является основным фактором проектирования, выберите нержавеющий или коррозионно-стойкий сплав, а не полагайтесь на 25# или 35# с дополнительной обработкой поверхности.

7. Изготовление, обрабатываемость и формуемость

• Формуемость и изгиб: 25# легче сгибать и формовать холодным способом из-за большей пластичности; 35# более подвержен пружинистости и может треснуть, если его согнуть за пределы рекомендованных радиусов.
• Обрабатываемость: В полученном состоянии 25# создает более легкие условия для обработки, когда он мягче; однако, слегка более высокий углерод может улучшить образование стружки для некоторых операций. В общем, углеродная сталь 35# требует более высоких сил резания и может сократить срок службы инструмента, если находится в закаленном состоянии.
• Резка, шлифовка и отделка: обе марки реагируют на стандартные методы обработки, но операции с 35#, которые были закалены или отпущены, должны планироваться как для сталей с высокой прочностью (медленные скорости, более жесткие инструменты, охлаждающая жидкость).
• Обработки поверхности (гальванизация, покрытие) ведут себя аналогично для обеих марок, хотя подготовка поверхности для сварки или покрытий может быть более критичной на закаленных поверхностях с высокой прочностью.

8. Типичные применения

Обоснование выбора: - Выбирайте 25#, когда свариваемость, пластичность и легкость формовки являются ключевыми, и не требуется экстремальная прочность. - Выбирайте 35#, когда требуется более высокая базовая прочность или закаливаемость, и проект может терпеть снижение пластичности или дополнительные требования к термообработке/сварке.

9. Стоимость и доступность

• Стоимость: обе марки являются товарными углеродными сталями; 25# обычно немного дешевле, чем 35#, из-за более низкого содержания углерода и меньшего количества ограничений на обработку. Разница в цене обычно невелика по сравнению с легированными или специализированными сталями.
• Доступность: обе марки широко доступны в обычных формах продукции: прутки, плиты, слитки и кованые изделия, особенно в регионах, где обозначение “#” является распространенным. Сроки поставки обычно короткие для стандартной горячекатаной или нормализованной продукции; поставки закаленных и отпущенных изделий занимают больше времени.
• Примечание по закупкам: указывайте требуемую термообработку и механические свойства в документах на закупку; простое обозначение может привести к изменчивости в поставляемых свойствах.

10. Резюме и рекомендации

Рекомендации: - Выбирайте 25#, если вам нужна хорошая формуемость, легкость сварки, лучшая ударная стойкость в состоянии прокатки, и компонент не требует высокой прочности или значительной последующей обработки. - Выбирайте 35#, если важна базовая высокая прочность на растяжение/предельная прочность, или если деталь будет термообработана для достижения заданных целей по износостойкости или прочности, и вы можете применить соответствующие контрольные меры при сварке и изготовлении.

Заключительные практические рекомендации: - Для сварных конструкций с большой толщиной плит или где риск трещинообразования из-за водорода должен быть минимизирован, по умолчанию выбирайте углеродную сталь 25# или указывайте процедуры предварительного/последующего нагрева, если требуется 35#. - Для механически обработанных компонентов, которые будут закалены или работать под циклическими нагрузками, рассмотрите 35# с определенным графиком закалки и отпуска, или лучше всего оцените низколегированную сталь с превосходной закаливаемостью и прочностью, если требуется высокая производительность. - Всегда указывайте точный стандарт материала, требуемые механические свойства и любые требования к термообработке или инспекции в документации на закупку, чтобы избежать неоднозначности между поставками “25#” и “35#”.