A36 против A992 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
ASTM A36 и ASTM A992 — это два наиболее часто указываемых конструкционных стали в строительстве и тяжелом производстве. Инженеры и команды по закупкам обычно взвешивают компромиссы между стоимостью, пределом текучести и прочностью на разрыв, свариваемостью и ударной вязкостью при выборе между ними. Типичные контексты принятия решений включают спецификацию колонн и широкофланцевых элементов для зданий (где приоритет отдается более высокому пределу текучести и предсказуемому поведению) по сравнению с плитами, углами и общими конструкционными элементами, где стоимость и широкая доступность имеют большее значение.
Ключевое практическое различие заключается в том, что A992 — это современная, контролируемой прочности, низколегированная конструкционная сталь, оптимизированная для широкофланцевых форм и высокопредельных приложений; A36 — это старая, универсальная углеродная конструкционная сталь с более низким минимальным пределом текучести и более простой химией. Из-за этого A992 часто предпочитается для строительных конструкций, в то время как A36 остается широко используемой для плит, прутков и общих конструкционных приложений.
1. Стандарты и обозначения
- ASTM/ASME:
- A36 — "Стандартная спецификация для углеродной конструкционной стали" (широко используется для плит, форм, прутков и секций).
- A992 — "Стандартная спецификация для конструкционных стальных форм" (специально нацелена на конструкционные формы, такие как широкофланцевые балки и колонны).
- EN (Европейская): широко эквивалентные стали включают семьи S275/S355 (но прямое соответствие не является точным).
- JIS / GB: другие национальные стандарты классифицируют сопоставимые стали в семьях мягкого углерода или низколегированных конструкционных сталей; прямое соответствие должно проверяться по химическим и механическим свойствам.
Классификация: - A36 — углеродная конструкционная сталь. - A992 — конструкционная сталь в стиле HSLA (низколегированная, микроалюминированная/контролируемой химии конструкционная сталь).
2. Химический состав и стратегия легирования
Таблица: Типичный химический состав (в % по массе). Показанные значения являются представительными пределами или типичными диапазонами, упомянутыми на практике; всегда подтверждайте с сертификатом завода или контролирующим стандартом для конкретной партии/продукта.
| Элемент | A36 (типично по общепринятой практике) | A992 (типично по ASTM A992) |
|---|---|---|
| C (Углерод) | ≤ ~0.25–0.29 (макс) | ≤ ~0.23 (макс) |
| Mn (Марганец) | ~0.8–1.2 | до ~1.35 (контролируемый) |
| Si (Кремний) | ≤ ~0.40 | ≤ 0.40 |
| P (Фосфор) | ≤ 0.04 | ≤ 0.035 |
| S (Сера) | ≤ 0.05 | ≤ 0.040 |
| Cr (Хром) | не добавляется намеренно (следы) | не добавляется намеренно (следы) |
| Ni (Никель) | только следы | только следы |
| Mo (Молибден) | только следы | только следы |
| V (Ванадий) | следы / не указано | допускается ограниченное микроалюминирование (контролируемые количества) |
| Nb (Ниобий) | следы / не указано | может присутствовать в небольших контролируемых количествах |
| Ti (Титан) | следы / не указано | может присутствовать в небольших контролируемых количествах |
| B (Бор) | только следы | только следы |
| N (Азот) | только следы | контролируемый (влияет на эффективность микроалюминирования) |
Как легирование влияет на поведение: - Углерод и марганец в первую очередь определяют прочность и закаливаемость: более высокий углерод увеличивает прочность, но снижает свариваемость и пластичность. - Кремний является деоксидизатором и немного влияет на прочность; избыточный Si может повлиять на свариваемость и качество поверхности. - Фосфор и сера поддерживаются на низком уровне, чтобы сохранить ударную вязкость и улучшить свариваемость. - A992 использует контролируемую химию и небольшие добавки микроалюминирования (V, Nb, Ti в контролируемых количествах), чтобы повысить предел текучести и улучшить ударную вязкость без высокого углерода, что позволяет достичь более высокой прочности с приемлемой свариваемостью и ударной вязкостью — это стратегия HSLA.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
Типичная обработка на заводе: - A36: производится в горячекатаном виде, нормализация не требуется стандартом; микроструктура обычно состоит из феррита + перлита с крупными зернами феррита в зависимости от прокатки и охлаждения. Намеренное микроалюминирование не применяется. - A992: производится контролируемой прокаткой и термическим управлением с возможным микроалюминированием; микроструктура представляет собой очищенный феррит с мелко дисперсными осадками от микроалюминирующих элементов, которые увеличивают предел текучести и ударную вязкость.
Реакция на термообработку: - Оба сорта обычно поставляются в прокатанном состоянии для конструкционных форм. Стандартная практика не включает закалку и отпуск для обоих сортов, когда они используются в качестве стандартных конструкционных форм. - Нормализация (нагрев и контролируемое охлаждение) может улучшить размер зерна и ударную вязкость для обеих сталей, но коммерческие формы обычно поставляются без нормализации после прокатки. - Закалка и отпуск или более жесткие термомеханические обработки не являются типичными или необходимыми для A36 или A992; такие обработки переместят материал в другую классификацию (например, закаленные и отпущенные низколегированные стали). - Термомеханическая прокатка плюс микроалюминирование в A992 дает более мелкий размер зерна и лучшую ударную вязкость при заданной прочности по сравнению с A36, произведенной обычной прокаткой.
4. Механические свойства
Таблица: Типичные механические свойства (значения являются представительными минимумами или типичными диапазонами; проконсультируйтесь со стандартом или отчетом о испытаниях на заводе для значений, специфичных для контракта).
| Свойство | A36 (типично) | A992 (типично) |
|---|---|---|
| Предел текучести | 36 ksi (≈ 250 MPa) (минимум) | 50 ksi (≈ 345 MPa) (минимум для форм) |
| Прочность на разрыв | 58–80 ksi (≈ 400–550 MPa) типичный диапазон | ~65–90 ksi (≈ 450–620 MPa) типичный диапазон |
| Удлинение (в 2 дюйма / 50 мм) | ~20% (варьируется в зависимости от толщины) | ~18% (варьируется в зависимости от формы и толщины) |
| Ударная вязкость | Не указана равномерно; обычно ниже, чем у A992 при низкой температуре | Контролируется для обеспечения улучшенной вязкости при низких температурах для строительных приложений |
| Твердость | Типичная в диапазоне мягкой стали (HB ~120–160) | Немного выше из-за микроалюминирования и контролируемой обработки |
Интерпретация: - A992 сильнее по конструкции (более высокий минимальный предел текучести и более высокие целевые значения прочности), что позволяет создавать более легкие, жесткие конструктивные элементы для тех же нагрузок. - A992 обычно предлагает лучшую комбинацию прочности и ударной вязкости, чем A36, благодаря микроалюминированию и контролируемой прокатке; A36 более пластична при низких и умеренных прочностях. - Для одной и той же площади поперечного сечения секции A992 несут более высокие нагрузки или позволяют экономить вес.
5. Свариваемость
Свариваемость зависит от углеродного эквивалента и микроалюминирования. Ниже показаны два полезных индекса.
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Качественная интерпретация: - A36 обычно имеет немного более высокое содержание углерода, чем A992, что, как правило, повышает его углеродный эквивалент и, следовательно, может увеличить риск холодной трещинообразования в тяжелых секциях или при определенных сварочных процедурах. - Более низкий углерод и контролируемое микроалюминирование A992 обычно делают его как минимум столь же свариваемым, как A36 для общих сварочных процессов, при условии, что используются правильный предварительный подогрев и контроль охлаждения после сварки для толстых секций. Элементы микроалюминирования (V, Nb, Ti) могут локально увеличивать закаливаемость, поэтому для очень толстых секций или сильно ограниченных сварных швов внимание к предварительному подогреву и контролируемому охлаждению остается важным. - Используйте концепцию углеродного эквивалента (как выше), чтобы сравнить конкретные партии и толщины и выбрать предварительный подогрев/последующий подогрев, filler metal и спецификацию сварочной процедуры (WPS). - Для критических или толстосечных сварных швов следуйте квалифицированной WPS и учитывайте контроль водорода, предварительный подогрев и управление температурой между проходами.
6. Коррозия и защита поверхности
- Ни A36, ни A992 не являются нержавеющими сталями; обе полагаются на защиту поверхности для коррозионной стойкости.
- Общие защиты: горячее цинкование (покрытие Zn), органические покрытия (краски, эпоксидные грунтовки), металлизация (цинковое или алюминиевое распыление) и жертвенные или барьерные системы для атмосферных или морских условий.
- PREN (эквивалентный номер сопротивления к коррозии) не применим к этим не нержавеющим сталям. Для справки, выбор нержавеющей стали использует: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ но этот индекс не применим к A36/A992.
- Руководство по выбору: выбирайте защиту от коррозии на основе классификации окружающей среды, ожидаемого срока службы и стратегии обслуживания. Цинкование является обычным для конструктивных элементов, подверженных воздействию погоды.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Резка: оба сорта обрабатываются аналогично с помощью пламенной резки, плазмы, кислородно-горючего и абразивного пиления; A992 может демонстрировать немного более высокий износ инструмента, связанный с прочностью.
- Гибка/формование: более низкий предел текучести A36 делает его немного легче для гибки без пружинистости; более высокий предел текучести A992 приводит к большей пружинистости и может потребовать большей силы формования или больших радиусов изгиба.
- Обрабатываемость: оба сорта обрабатываемы с использованием обычного инструмента; более высокая прочность A992 и осадки микроалюминирования могут немного сократить срок службы инструмента по сравнению с A36.
- Отделка: оба сорта принимают покраску и покрытия аналогично; поверхностный окалину от горячей прокатки следует учитывать при подготовке покрытия.
8. Типичные применения
| A36 — Типичные применения | A992 — Типичные применения |
|---|---|
| Общая конструкционная плита, каналы, углы, прутки, легкое строительство, где минимальный предел текучести достаточен, а стоимость является приоритетом | Широкофланцевые балки и колонны в строительных конструкциях, где требуются более высокий минимальный предел текучести и предсказуемые свойства сечения |
| Изготовление рам машин, некритические элементы и вторичные конструкционные компоненты | Конструкционные стальные формы в многоэтажных зданиях, сейсмические и ветровые конструкции, колонны и балки для тяжелых нагрузок |
| Разнообразные конструкционные компоненты, основание, распорки, лестницы и платформы | Основные несущие элементы, где код или проект требуют минимального предела текучести 50 ksi и улучшенной ударной вязкости |
Обоснование выбора: - Выбирайте A992, когда строительные нормы или проектные расчеты требуют стали с пределом текучести 50 ksi или когда экономия веса за счет меньших сечений является выгодной. - Выбирайте A36 для более дешевых плит, углов и универсальных секций, где предел текучести 36 ksi является достаточным.
9. Стоимость и доступность
- Стоимость: A992 обычно стоит немного дороже за тонну, чем A36 из-за более строгого контроля химии и намерения для форм; однако использование A992 может снизить общую стоимость проекта, позволяя использовать меньшие сечения и меньшее количество стали.
- Доступность: A36 широко доступна в виде плит, прутков и различных форм; A992 широко доступна для прокатных широкофланцевых форм и является обычно указываемым сортом для строительных форм в Северной Америке.
- Формы продукта: A36 обычно поставляется в виде плит, прутков, листов и различных форм; A992 специально предназначена и широко доступна для прокатных конструкционных форм (широкофланцевых).
10. Резюме и рекомендации
Таблица: Быстрое сравнение
| Метрика | A36 | A992 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Хорошая для обычных конструкций; следите за CE в толстых секциях | Хорошая, часто лучше, чем у A36 из-за более низкого C; микроалюминирование требует стандартного контроля сварки |
| Прочность–Ударная вязкость | Низкий предел текучести (36 ksi), достаточная ударная вязкость | Высокий предел текучести (50 ksi), лучший баланс прочности и ударной вязкости благодаря контролируемой обработке |
| Стоимость | Ниже за тонну; очень широко доступна | Небольшая надбавка за тонну, но может снизить размер секции и общий вес |
Рекомендации: - Выбирайте A36, если: - Проект допускает предел текучести 36 ksi (250 MPa) и вы придаете приоритет наименьшей первоначальной стоимости материала или нуждаетесь в плитах/прутках/углах в общем производстве. - Части являются некритическими основными элементами или когда используются плиты и прутки, где A36 является стандартной практикой.
- Выбирайте A992, если:
- Вы указываете прокатные широкофланцевые формы или основные строительные элементы, которые выигрывают от предела текучести 50 ksi (345 MPa) и улучшенной ударной вязкости.
- Вы хотите предсказуемые, контролируемые свойства материала для сейсмических или высоконагруженных конструкционных приложений и цените уменьшенные размеры секций или экономию веса.
Заключительная заметка: Всегда проверяйте текст контролирующего стандарта и сертификат испытаний завода для конкретной партии, толщины и формы продукта, которые закупаются. Для сварочных процедур, тяжелых или ограниченных соединений, или для низкотемпературного обслуживания рассчитывайте соответствующие значения углеродного эквивалента и квалифицируйте параметры сварки соответственно.