A36 против A992 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

ASTM A36 и ASTM A992 — это два наиболее часто указываемых конструкционных стали для зданий, мостов и общего производства. Инженеры и команды по закупкам часто взвешивают компромиссы между стоимостью сырья, весом секций, свариваемостью и необходимыми механическими характеристиками при выборе между ними. Типичные контексты принятия решений включают ситуации, где экономия и плоский прокат являются основными факторами (A36), по сравнению с ситуациями, где требуются более легкие секции, высокая прочность на проектирование и стабильные характеристики широких фланцев (A992).

Основное техническое различие между марками заключается в том, что A992 — это современная высокопрочная низколегированная (HSLA) конструкционная сталь, оптимизированная для обеспечения более высокой предельной прочности и благоприятного соотношения прочности и ударной вязкости за счет контролируемой химии и микроаллоирования, в то время как A36 — это традиционная углеродная конструкционная сталь с более низкой минимальной предельной прочностью и более простой химией. Эти различия приводят к различному поведению при производстве, сварке и проектировании конструкций.

1. Стандарты и обозначения

• ASTM/ASME:
• A36: ASTM A36 / ASME SA36 — “Углеродная конструкционная сталь”
• A992: ASTM A992 / A992M — “Конструкционные стальные профили” (HSLA для широкофланцевых профилей)
• EN: примерно сопоставимые эквиваленты EN — это семьи S275/S355 для аналогичных прочностей, но не прямые соответствия
• JIS/GB: Японские и китайские стандарты имеют аналогичные конструкционные марки (например, SS400, Q345), но состав и гарантии различаются
• Классификация:
• A36: углеродная конструкционная сталь
• A992: высокопрочная низколегированная (HSLA) конструкционная сталь (для прокатных конструкционных профилей)

2. Химический состав и стратегия легирования

Следующая таблица обобщает типичные пределы или диапазоны состава, как указано в стандартах ASTM и общепринятой практике на заводах. Значения даны в процентах по массе и являются типичными максимальными значениями или диапазонами, а не точными составами для какой-либо отдельной партии.

Элемент	A36 (типичные пределы)	A992 (типичные пределы / примечания)
C	≤ 0.26%	≤ 0.23% (меньше углерода для лучшей свариваемости и ударной вязкости)
Mn	0.60–1.20% (макс ≈1.20%)	~0.30–1.50% (контролируется для прочности и вязкости)
Si	≤ 0.40%	≤ 0.40% (обезуглероживание; контролируется)
P	≤ 0.04%	≤ 0.035% (меньше P улучшает вязкость)
S	≤ 0.05%	≤ 0.045%
Cr	следы	≤ 0.20% (если присутствует)
Ni	следы	≤ 0.50% (если присутствует)
Mo	следы	≤ 0.08% (если присутствует)
V	не указано (следы)	может содержать небольшое количество V (≤ 0.10%) как микроаллоирование
Nb (Nb/Ta)	не указано	может содержать микроаллоирование (≤ 0.05%)
Ti	не указано	возможны следовые количества для контроля зерна
B	не указано	следы, если используется для контроля закаляемости
N	не указано	низкий контроль N часто применяется для контроля включений/вязкости

Как легирование влияет на поведение: - Меньшее содержание углерода и контролируемый фосфор/сера улучшают ударную вязкость и свариваемость. - Элементы микроаллоирования (Nb, V, Ti) в A992 уточняют размер зерна и обеспечивают упрочнение осаждением, обеспечивая более высокую предельную прочность при сохранении пластичности. - Следовое легирование (Cr, Ni, Mo), если присутствует, может умеренно увеличить закаляемость и прочность, но их содержание в конструкционных спецификациях поддерживается на низком уровне для сохранения свариваемости.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

• A36: Типичная микроструктура в состоянии проката — феррит с островками перлита. Поскольку она указана как обычная углеродная конструкционная сталь, обычно используется в состоянии проката без дальнейшей термообработки. Размер зерна и морфология феррит-перлит контролируют механические свойства; нормализация возможна, но редко применяется в традиционном конструкционном производстве.
• A992: Микроструктура в состоянии проката — феррит с более мелким перлитом или байнитными составляющими в зависимости от прокатки и охлаждения. Микроаллоирование и термомеханическая обработка способствуют более мелкому размеру зерна предшествующего аустенита и диспергируют осадки (например, NbC, VC), которые упрочняют за счет осаждения и уточнения зерна.
• Маршруты термообработки:
• Нормализация: может уточнить размер зерна и немного увеличить вязкость для обеих марок, но обычно не указывается для широкофланцевых профилей на практике.
• Закалка и отпуск: не типично для обеих марок в конструкционных формах; эти стали не предназначены для тяжелых закаливающих обработок в коммерческих профилях.
• Термомеханическая обработка (A992): контролируемая прокатка и ускоренное охлаждение в практике на заводе придают характеристики HSLA — более высокая прочность при сопоставимой вязкости без необходимости в термообработке после прокатки.

4. Механические свойства

Таблица показывает стандартные или типичные механические характеристики, которые обычно используются в проектировании. Фактические значения зависят от толщины, практики на заводе и применяемой спецификации.

Свойство	A36 (типичное)	A992 (типичное)
Минимальная предельная прочность	36 ksi (250 MPa)	50 ksi (345 MPa)
Прочность на разрыв (диапазон)	58–80 ksi (400–550 MPa) в зависимости от толщины	~65–85 ksi (450–585 MPa) типично
Удлинение (в 200 мм или 2 дюйма)	≥ 20% (зависит от толщины)	≥ 18% (зависит от сечения и спецификации)
Ударная вязкость	Не указано по умолчанию; переменное — умеренная вязкость	Часто лучшее ударное вязкость благодаря меньшему C и микроаллоированию; может быть указано при необходимости
Твердость	Умеренная (типичная HRB в низком-среднем диапазоне)	Выше (отражает более высокую прочность); все еще в пределах хорошей формуемости

Интерпретация: - A992 обеспечивает значительно более высокую минимальную предельную прочность и более высокую прочность на разрыв, что позволяет использовать более легкие элементы или меньшие сечения для той же нагрузки. - A36 более пластична, как указано во многих толщинах, и удовлетворительна для многих некритических конструкционных приложений. - Вязкость при низкой температуре, как правило, лучше в A992, когда заводы контролируют химию и обработку; однако ударная вязкость не гарантируется универсально, если не указано.

5. Свариваемость

Свариваемость зависит от содержания углерода, углеродного эквивалента и микроаллоирования. Два часто используемых эмпирических индекса:

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

и

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

Качественная интерпретация: - A36: Углерод умеренный, но выше, чем в A992; CE и Pcm умеренные, поэтому A36 обычно хорошо сваривается с стандартными расходными материалами и процедурами. Может потребоваться предварительный подогрев и контроль температуры между проходами для более толстых секций или критических сварок, чтобы избежать водородного растрескивания. - A992: Меньшее содержание углерода и ограниченные концентрации элементов, увеличивающих закаляемость, обычно обеспечивают более низкий эффективный углеродный эквивалент и более низкую закаляемость, что улучшает свариваемость. Элементы микроаллоирования обычно не ухудшают свариваемость, если правильно обработаны. Для критических конструкций инженеры все еще указывают правильные процедуры сварки, предварительный подогрев и квалифицированные электроды в соответствии с требованиями AWS и проекта.

Практические заметки: - Обе марки обычно соединяются с помощью SMAW, GMAW и FCAW со стандартными конструкционными электродами. - Широкофланцевые профили A992 имеют хорошо задокументированные предварительно квалифицированные руководства по сварке в стандартах стального строительства; конструкционные проектировщики должны следовать применимым кодам для предварительного подогрева, выбора filler metal и квалификации.

6. Коррозия и защита поверхности

• Ни A36, ни A992 не являются нержавеющими; внутренняя коррозионная стойкость схожа и ограничена поведением обычной углеродной стали.
• Общие стратегии защиты:
• Горячее цинкование для долгосрочного наружного воздействия и защиты от атмосферной коррозии.
• Системы защитных покрытий (грунтовка + верхнее покрытие) для стали мостов и зданий.
• Стали с атмосферостойкостью (стили кортен) — это другая семейство сплавов; A992 не является атмосферостойкой сталью, если специально не произведена и не сертифицирована как таковая.
• PREN (эквивалентный номер стойкости к коррозии) имеет значение только для нержавеющих сплавов и не применим к A36 или A992:

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

Использование PREN здесь не применимо; вместо этого выбирайте покрытия и толщину цинкования в зависимости от окружающей среды и ожиданий по жизненному циклу.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Резка: Обе марки легко резать с помощью кислородно-газовой, плазменной, лазерной и водоструйной резки. Более высокая прочность A992 может немного повлиять на параметры резки, но не на выбранный метод резки.
• Обрабатываемость: Углеродные стали, такие как A36, и HSLA стали, такие как A992, схожи для общего механического обработки, но более высокая прочность A992 и микроаллоированные осадки могут вызвать немного больший износ инструмента в некоторых операциях.
• Сгибание и формование: A36, с обычно более низкой предельной прочностью, легче формовать в большие деформации без пружинного возврата. Более высокая прочность A992 требует больших усилий пресса и более строгого контроля пружинного возврата; однако инженерное формование в пределах пределов материала является обычным делом.
• Отделка: Обе марки принимают покрытия, цинкование и покраску аналогичным образом. Спецификации предварительной обработки и очистки с помощью пескоструйной обработки идентичны.

8. Типичные применения

A36 — Типичные применения	A992 — Типичные применения
Общие конструкционные плиты, углы, плоские и недорогие конструкции	Широкофланцевые балки, колонны и конструкционные профили в зданиях и мостах
Некритические элементы, где сварка и болтовое соединение являются стандартными, а нагрузки умеренные	Основные конструкционные каркасы, где важно минимизировать размер и вес секции
Основания оборудования, стеллажи и общие компоненты производства	Каркасы высотных и средневысотных зданий, балки с большим пролетом, мосты автодорог
Недорогие ремонты, второстепенные элементы и различные стальные конструкции	Ситуации, требующие стабильных свойств секций и более высокого соотношения прочности к весу

Обоснование выбора: - Выбирайте A36, если стоимость, доступность и более простая обработка являются приоритетами, и более высокая прочность не требуется. - Выбирайте A992, когда конструкционное проектирование требует более высокой предельной прочности для уменьшения размера элементов или когда код или покупатель требуют A992 для широкофланцевых профилей с предсказуемыми свойствами на заводе.

9. Стоимость и доступность

• Стоимость: A36 обычно дешевле за единицу массы, потому что она менее обработана и имеет более простую химию. A992 имеет надбавку, связанную с более высокой прочностью и контролируемой обработкой на заводе.
• Доступность по форме продукта:
• A36: широко доступна в виде плит, прутков, углов, каналов и профилей; почти универсальна в общих конструкционных цепочках поставок.
• A992: обычно производится и хранится для прокатных широкофланцевых (W) секций и балок; менее распространена в виде плит, если не указано.
• Перспектива жизненного цикла: A992 может снизить общий вес материала и стоимость монтажа; сравнивайте стоимость поставленного материала плюс затраты на обработку и монтаж, а не только цену сырой стали.

10. Резюме и рекомендации

Критерий	A36	A992
Свариваемость	Хорошая (стандартные практики)	Очень хорошая (меньше C, меньшая закаляемость)
Прочность–Ударная вязкость	Низкая предельная прочность, хорошая пластичность	Высокая предельная прочность и сбалансированная вязкость (HSLA)
Стоимость	Ниже за единицу массы	Выше за единицу массы, но лучшее соотношение прочности к весу
Доступность	Очень высокая по многим формам продуктов	Высокая для прокатных профилей; сосредоточена на широкофланцевых секциях

Выбирайте A36, если: - Ваш проект использует плиты, плоские или некритические второстепенные каркасы, и стоимость за тонну является основным фактором. - Проектирование не требует высокой предельной прочности, и вы предпочитаете более пластичную, легко формуемую сталь для сложной обработки. - Местные поставщики имеют A36 в необходимых формах и секциях.

Выбирайте A992, если: - Вам нужна более высокая минимальная предельная прочность (50 ksi / 345 MPa), чтобы уменьшить размеры секций или общий вес и соответствовать конструкционному коду или критериям проектирования. - Вы указываете прокатные широкофланцевые балки/колонны, где требуются предсказуемые свойства на заводе, более высокая прочность и хорошая вязкость. - Приоритетами являются производительность сварки, более тонкие размеры элементов и стабильные механические свойства для конструкционных элементов.

Заключение A36 и A992 служат различным проектным философиям: A36 для экономичной, общего назначения конструкционной работы; A992 для оптимизированных, высокопрочных конструкционных форм, где важна эффективность материала и стабильные характеристики секций. Указывайте марку, которая соответствует как конструкционным требованиям, так и ограничениям по обработке, сварке и стоимости жизненного цикла вашего проекта.