A36 против S275 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

A36 и S275 — это два из самых часто указываемых конструкционных сталей в мировой промышленности. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства обычно оценивают эти марки при проектировании зданий, мостов, каркасов машин и тяжелых конструкций, где необходимо сбалансировать стоимость, свариваемость и механические характеристики. Типичные контексты принятия решений включают выбор между немного более высокой пределом текучести и доступностью материала, выбор марки для более легкой холодной формовки или для сварного строительства, а также соответствие свойств материала планам термообработки.

Ключевое различие между этими марками заключается в том, что A36 — это широко используемая американская стандартная конструкционная углеродная сталь, в то время как S275 — это широко эквивалентная европейская конструкционная марка. Они занимают схожее пространство производительности, но различаются по стандартным пределам, типичным химическим контролям и некоторым гарантиям механических свойств. Поскольку они указаны в рамках различных нормативных систем, прямая замена требует проверки пределов толщины секции, условий поставки и любых дополнительных требований к подмарке (например, испытания на удар).

1. Стандарты и обозначения

• A36: Указан в ASTM A36 / A36M — распространен в Соединенных Штатах и Северной Америке для конструкционных форм, плит и прутков. Классифицируется как обычная углеродная конструкционная сталь.
• S275: Указан в EN 10025-2 (и связанных стандартах EN) — распространен в Европе. Это не легированная конструкционная сталь; подмарки включают S275JR, S275J0, S275J2 (различающиеся по температурам испытаний на удар).
• Другие соответствующие стандарты и сопоставимые марки:
• JIS: Японские конструкционные стали имеют различные обозначения (например, SS400) и стандартизированы отдельно.
• GB: Китайские стандарты (например, Q235) могут быть функционально схожи, но различаются по гарантированным свойствам и испытаниям.
• Ссылки ASME/ISO: Выбор материала для сосудов под давлением или высокотемпературных приложений будет ссылаться на дополнительные стандарты помимо этих спецификаций конструкционных марок.

Классификация: Как A36, так и S275 являются обычными углеродными / не легированными конструкционными сталями (не HSLA, инструментальными или нержавеющими сталями), хотя S275 может производиться с микроалюминиевыми элементами в некоторых подмарках.

2. Химический состав и стратегия легирования

Примечания: - Значения выше предназначены как типичные пределы или диапазоны, указанные в обычной практике. Точные допустимые составы зависят от конкретного издания стандарта и подмарки (например, S275JR против S275J2). - Обе марки в основном полагаются на углерод и марганец для прочности. Кремний и марганец действуют как обезуглероживатели и легкие укрепители; фосфор и сера поддерживаются на низком уровне, поскольку они делают сталь хрупкой и ухудшают свариваемость. - Стратегия легирования: Это не намеренно легированные стали для закаляемости (например, Cr, Mo, Ni не являются основными компонентами). Если появляется микроалюминирование (V, Nb, Ti), это для контроля зерна и увеличения предела текучести за счет осаждения, а не для общей закаляемости.

Как легирование влияет на свойства: - Углерод повышает прочность и закаляемость, но снижает пластичность и свариваемость, так как увеличивает риск холодного растрескивания. - Марганец улучшает прочность и противодействует хрупкости от серы; на более высоких уровнях он немного увеличивает закаляемость. - Микролегирующие элементы (когда присутствуют) уточняют размер зерна и увеличивают предел текучести, не сильно ухудшая свариваемость.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

Типичные микроструктуры для обеих марок после стандартной прокатки и воздушного охлаждения — это структуры феррит-перлит: - Феррит обеспечивает пластичность и прочность. - Перлит обеспечивает прочность.

Реакция на обработку: - Нормализация (нагрев выше диапазона превращения и воздушное охлаждение): уточняет размер зерна и может умеренно увеличить прочность и прочность для обеих сталей, но обычно не указывается для типичных конструкционных элементов. - Закалка и отпуск: не типично для A36 или S275, поскольку эти марки предназначены как горячекатаные, не закаленные стали. Применение закалки и отпуска было бы чрезмерной обработкой и может привести к непредсказуемым свойствам, если химия стали не контролируется для закаляемости. - Термомеханическая прокатка: Не стандартный путь для A36; стали семейства S275 на современных заводах могут подвергаться контролируемой прокатке для повышения однородности и прочности, что дает немного более узкие распределения свойств. - Различия в подмарках (например, S275JR против S275J2) отражают испытания на удар и иногда более строгий контроль микроструктуры для гарантии прочности при заданных температурах.

Поскольку ни одна из марок не предназначена как закаливаемый легированный сплав, основные способы изменения свойств — это прокатка/нормализация (уточнение зерна) или переход на другую спецификацию (например, марка HSLA для более высокого предела текучести).

4. Механические свойства

Интерпретация: - S275 имеет немного более высокий гарантированный минимальный предел текучести, чем A36, что может позволить умеренное снижение веса или более высокую грузоподъемность для того же поперечного сечения. - Диапазоны прочности перекрываются значительно; обе стали демонстрируют схожее поведение при растяжении в прокатанном состоянии. - Прочность: Подмарки S275, которые включают испытания на удар (JR, J0, J2), предоставляют явные гарантии, что может быть критически важным в условиях низкой температуры или для динамической нагрузки. - Различия в пластичности незначительны; практический выбор зависит от подмарки, толщины и истории термообработки поставщика.

5. Свариваемость

Свариваемость обычных углеродных сталей обычно хорошая, но зависит от содержания углерода, комбинированного легирования, толщины секции и процедуры сварки.

Соответствующие индексы свариваемости: - Углеродный эквивалент (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Формула Pcm (полезна для оценки восприимчивости к холодному растрескиванию): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Качественная интерпретация: - Как A36, так и S275 обычно имеют низкие углеродные эквиваленты, что обеспечивает хорошую общую свариваемость для обычных дуговых процессов. Низкие P и S и умеренный Mn способствуют качеству сварки. - Поскольку S275 иногда имеет более высокие пределы марганца, его CE может быть немного выше, чем у A36; однако на практике обе стали легко свариваются с использованием стандартных расходных материалов, а предварительный подогрев/практика рекомендуется только для более толстых секций или ограниченных сварных швов. - Микролегирование немного увеличивает закаляемость; если присутствует, учитывайте это в процедурах сварки (предварительный подогрев/контроль межпроходной температуры), чтобы избежать холодного растрескивания. - Для критически сварных конструкций рассчитывайте соответствующий $CE_{IIW}$ или $P_{cm}$ с фактическими анализами завода и следуйте кодам для предварительного подогрева, межпроходной температуры и выбора расходных материалов.

6. Коррозия и защита поверхности

• Ни A36, ни S275 не являются нержавеющими; обе требуют защиты от коррозии в открытых условиях.
• Распространенные методы защиты: горячее цинкование, краски на растворителях или эпоксидные, порошковая окраска и металлизация. Выбор зависит от серьезности окружающей среды и срока службы.
• PREN (эквивалентный номер сопротивления коррозии) имеет отношение только к нержавеющим сталям: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ — не применимо к нелегированным конструкционным сталям, таким как A36 или S275.
• Для атмосферного воздействия нормальным подходом является цинкование или подходящие системы окраски. Для закопанного или морского воздействия следует рассмотреть более прочные покрытия, катодную защиту или использование коррозионно-стойких сплавов вместо этих обычных сталей.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Обрабатываемость: Обе марки обрабатываются аналогично; A36 широко считается достаточно обрабатываемой. S275 сопоставима — фактическая обрабатываемость зависит от точной химии и практики прокатки.
• Холодная формовка / изгиб: Обе стали формуемы, когда толщина и радиусы изгиба соответствуют стандартным таблицам. Более низкий углерод и отсутствие закаленной микроструктуры способствуют формуемости. Большие изгибы или очень холодная формовка более толстых секций должны учитывать рекомендации по радиусам изгиба.
• Резка и сверление: Применяются стандартные методы плазменной, механической и газовой резки. Для точных работ рекомендуется лазерная или водоструйная резка.
• Поверхностная отделка: Горячекатаные поверхности обеих марок могут иметь окалину; для окрашенных или склеенных приложений требуется подготовка поверхности (пескоструйная обработка, кислотное травление).
• Сварочная обработка: Стандартные выборы электродов для мягкой стали; предварительный подогрев и постсварочная обработка обычно не требуются для тонких секций, но могут потребоваться для толстых или сильно ограниченных сварных швов.

8. Типичные применения

Обоснование выбора: - Выбирайте A36, когда указываете стандарты ASTM, закупаете у североамериканских заводов или когда приемлем предел 250 МПа и стоимость/доступность являются основными факторами. - Выбирайте S275, когда работаете в рамках закупок EN/европейских, когда требуется немного более высокий минимальный предел текучести или когда требуются указанные ударные свойства (JR/J0/J2).

9. Стоимость и доступность

• Относительная стоимость: На многих рынках A36 и S275 имеют схожие цены при закупке на внутреннем рынке в рамках своих стандартных режимов. Различия в цене в основном обусловлены региональным предложением заводов, отделкой завода (плита, рулон, конструкционная секция) и рыночными условиями.
• Доступность: A36 широко доступен в Северной Америке; S275 широко доступен в Европе. Глобальные проекты должны проверять местные запасы и сертификаты поставщиков. Конкретные формы продукции (толстые плиты, балки с широким фланцем, сертифицированные испытательные отчеты) влияют на время выполнения и премиум-цену.
• Учет стоимости: Немного более высокий предел текучести S275 может предложить возможности для экономии веса; однако совместимость закупок и обработки должна быть взвешена против стоимости материала за единицу.

10. Резюме и рекомендации

Рекомендации: - Выбирайте A36, если вы работаете по спецификациям на основе ASTM, нуждаетесь в проверенной, экономически эффективной конструкционной стали Северной Америки и не требуете подмарок с испытаниями на удар или немного более высокого предела текучести S275. - Выбирайте S275, если ваши стандарты закупок и проектирования основаны на EN, вам нужна более высокая гарантированная прочность на текучесть или указанные ударные характеристики (JR/J0/J2), или вам требуется сертификация материала по серии EN 10025.

Заключительная заметка: Хотя A36 и S275 часто рассматриваются как практические эквиваленты, всегда проверяйте сертификаты испытаний завода, обозначения подмарок, требования к свойствам, зависящим от толщины, и потребности в сварке/инспекции перед заменой. Для сварных и низкотемпературных приложений подтвердите испытания на удар и рассчитайте значения углеродного эквивалента на основе фактических химических анализов, чтобы определить стратегию предварительного подогрева и расходных материалов.