A572 Gr50 против A992 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
ASTM A572 Grade 50 и ASTM A992 являются двумя из наиболее часто указываемых конструкционных сталей в Северной Америке. Инженеры, менеджеры по закупкам и производители регулярно взвешивают компромиссы между стоимостью, прочностью, свариваемостью и производимостью при выборе между ними для балок, колонн, плит и прокатных форм. Типичные контексты принятия решений включают балансировку абсолютной прочности против согласованности механических свойств, выбор сорта, более подходящего для тяжелой сварки и непостоянного теплового ввода, или выбор материала, оптимизированного для широкофланцевых форм и эффективности монтажа.
Основное техническое различие между этими сортами заключается в комбинации контроля химического состава и практик микроаллоирования, предназначенных для оптимизации свариваемости и механического профиля в состоянии проката для конструкционных форм. На практике это означает, что A992 специально адаптирован для прокатных широкофланцевых форм с более строгими предельными значениями состава и контроля прочности/свариваемости, в то время как A572 Gr50 является более широкой спецификацией HSLA для конструкционных плит/форм с более гибким химическим составом и формами продукции. Вот почему эти два сорта часто сравниваются в конструкционном проектировании и закупках производства.
1. Стандарты и обозначения
- ASTM / ASME:
- ASTM A572/A572M — Высокопрочная низколегированная колумбиево-ванадиевая конструкционная сталь (A572 имеет несколько сортов, включая Grade 50).
- ASTM A992/A992M — Конструкционные стальные формы для использования в строительных каркасах.
- ASME обычно ссылается на те же стандарты материалов ASTM.
- Международные эквиваленты (приблизительные):
- EN: S355 (EN 10025-2) — обычно указывается как приблизительный европейский эквивалент A572 Gr50 (заметьте: не идентично — проверьте местные требования к кодам).
- GB: Q345 — часто рассматривается как китайский сопоставимый сорт с S355/A572 Gr50 в широком смысле.
- JIS: нет точного прямого эквивалента; требуется тщательное техническое сравнение.
- Классификация: как A572 Gr50, так и A992 являются HSLA (высокопрочные низколегированные) углеродные стали, предназначенные для конструкционных применений (ни одна из них не является нержавеющей или инструментальной сталью).
2. Химический состав и стратегия легирования
Ниже приведено практическое, ориентированное на спецификации резюме основных элементов, которые обычно контролируются в каждом сорте. Фактические пределы варьируются в зависимости от редакции спецификации и завода; всегда подтверждайте отчеты о испытаниях завода для закупок.
| Элемент (в%) | A572 Grade 50 (типичные пределы) | A992 (типичные пределы) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.23 (макс) | ≤ 0.23 (макс) |
| Mn | ≤ 1.35 (макс) | ≤ 1.35 (макс) |
| Si | ≤ 0.40 (макс) | ≤ 0.40 (макс) |
| P | ≤ 0.04 (макс) | ≤ 0.04 (макс) |
| S | ≤ 0.05 (макс) | ≤ 0.05 (макс) |
| Cr | обычно не указывается (следы) | обычно не указывается (следы) |
| Ni | обычно не указывается (следы) | обычно не указывается (следы) |
| Mo | обычно не указывается | обычно не указывается |
| V (ванадий) | может быть добавлен (микроаллоирование) | контролируется; допускаются низкие уровни |
| Nb (колумбий) | возможное микроаллоирование | ограничено/контролируется |
| Ti | возможное микроаллоирование | ограничено/контролируется |
| B | следы (если используется) | следы (если используется) |
| N | контролируется (низкий) | контролируется (низкий) |
Примечания: - Оба сорта в первую очередь являются углеродно-марганцевыми HSLA сталями. Элементы микроаллоирования, такие как V, Nb и Ti, используются выборочно для уточнения размера зерна и повышения предела текучести без значительного увеличения углерода. A992 обычно требует более строгого контроля остатков и некоторых легирующих элементов для улучшения однородности широкофланцевых форм и ограничения закаливаемости, которая может повредить свариваемости. - Легирование влияет на прочность, ударную вязкость и закаливаемость: углерод и марганец увеличивают прочность, но также повышают углеродный эквивалент (закаливаемость); микроаллоирование с Nb/V/Ti позволяет достичь более высокого предела текучести с более низкими углеродными эквивалентами, сохраняя свариваемость и ударную вязкость.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
- A572 Gr50:
- Типичная микроструктура от обычного проката/нормализации состоит из матрицы феррит-перлита/микроаллоированного феррита в зависимости от добавок микроаллоирования и термической истории.
- Хорошо реагирует на контролируемый прокат и нормализацию; закалка и отпуск не являются типичными для конструкционных форм, охватываемых спецификацией ASTM A572.
- A992:
- Производится и указывается в основном для прокатных широкофланцевых форм; практика завода сосредоточена на контролируемом прокате и охлаждении для получения однородной микроструктуры феррит-перлит или закаленной бенитной с мелким размером зерна.
- Термо-механические процессы контроля (TMCP) и микроаллоирование используются для достижения более строгого распределения механических свойств и ударной вязкости, необходимых для применения в балках/колоннах.
- Термообработка:
- Ни A572 Gr50, ни A992 обычно не поставляются закаленными и отпущенными как стандарт; оба поставляются в состоянии проката или нормализованном. Дополнительные термообработки после изготовления иногда указываются для конкретных требований проекта, но не являются стандартными для этих сортов.
- Нормализация и TMCP улучшают ударную вязкость и уточняют размер зерна; увеличение закаливаемости за счет более высокого легирования улучшит прочность, но может негативно сказаться на свариваемости, если не компенсировать это стратегиями микроаллоирования.
4. Механические свойства
Ключевые гарантированные механические значения устанавливаются спецификациями. Типичная сравнительная таблица:
| Свойство | A572 Grade 50 | A992 |
|---|---|---|
| Минимальный предел текучести | 50 ksi (345 MPa) | 50 ksi (345 MPa) |
| Типичная прочность на растяжение | ~65–85 ksi (450–585 MPa) | ~65–85 ksi (450–585 MPa) |
| Удлинение (минимум, зависит от толщины) | ≈ 18% (варьируется в зависимости от толщины) | ≈ 18% (варьируется в зависимости от толщины) |
| Ударная вязкость | Может быть произведена с адекватными значениями CVN; испытания по желанию/договору | Часто производится с более строгим контролем вязкости для прокатных форм; испытания на удар могут потребоваться в зависимости от проекта |
| Твердость | Коррелирует с пределом текучести; типичная твердость для конструкционных сталей | Похожа на A572 Gr50, когда производится на том же уровне текучести |
Интерпретация: - Оба сорта обеспечивают одинаковый минимальный предел текучести (50 ksi) по спецификации. Прочность на растяжение и пластичность сопоставимы на практике. - Различия проявляются в строгости распределения, согласованности между формами продукции и контроле процессов на заводе, а не в номинальных значениях прочности. - A992 часто обеспечивает более согласованную вязкость и свариваемость в широкофланцевых формах благодаря ограничениям по составу и практике проката.
5. Свариваемость
Свариваемость зависит от содержания углерода, углеродного эквивалента (CE) и микроаллоирования. Два общих индекса полезны при оценке риска трещинообразования при сварке:
-
Углеродный эквивалент (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Критический параметр свариваемости (Pcm): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Качественная интерпретация: - Более низкие значения $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ коррелируют с более низким риском холодного трещинообразования и сниженной необходимостью предварительного подогрева/после сварочной термообработки. - Более строгий химический состав A992 и ограниченные остатки/микроаллоирование предназначены для поддержания эффективных углеродных эквивалентов на более низком или, по крайней мере, более согласованном уровне для типичной сварки балок, улучшая свариваемость для угловых и стыковых сварок в полевых условиях. - A572 Gr50 можно легко сваривать, но в зависимости от химического состава завода и формы продукции (плита против прокатной формы) может потребоваться более тщательный контроль теплового ввода, предварительный подогрев или квалификация сварочной процедуры в тяжелых секциях. - Практическое замечание: всегда проводите испытания квалификации сварочной процедуры и консультируйтесь с MTR (отчеты о испытаниях завода), чтобы рассчитать CE/Pcm и установить требования к предварительному подогреву/после сварочной обработке.
6. Коррозия и защита поверхности
- Оба сорта A572 Gr50 и A992 являются обычными углеродными/HSLA сталями (не нержавеющими) и полагаются на покрытия и меры проектирования для защиты от коррозии.
- Общие стратегии защиты:
- Горячее цинкование (распространено для конструкционных элементов, подверженных воздействию погоды).
- Системы покраски / дуплексные покрытия (грунт + верхнее покрытие) для атмосферных или промышленных воздействий.
- Грунтовки, богатые цинком, нанесенные в цехе, и покраска на месте для соединенных/смонтированных конструкций.
- PREN (индекс коррозии нержавеющей стали) не применим к этим ненержавеющим сталям. Для справки, PREN рассчитывается как: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ но не имеет отношения к обычным углеродным HSLA конструкционным сталям.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Резка и сверление: оба сорта обрабатываются аналогично; более толстые, высокопрочные секции потребуют более надежного инструмента и скоростей подачи.
- Формование и изгиб: A992 оптимизирован для прокатных широкофланцевых форм и обычно производится с учетом формования и монтажа. Плита A572 Gr50 может быть сформирована, но формуемость сильно зависит от толщины, термообработки и точного химического состава.
- Обрабатываемость: микроаллоированные стали (с Nb, V) могут быть немного менее обрабатываемыми, чем обычные углеродные стали. Для обоих сортов обрабатываемость приемлема для производства, но сложнее, чем у низкоуглеродных мягких сталей.
- Сварка и подгонка: более узкий химический состав A992 помогает снизить изменчивость во время полевой сварки и подгонки, часто упрощая процедуры монтажа.
8. Типичные применения
| A572 Grade 50 | A992 |
|---|---|
| Плита, конструкционные компоненты, тяжелые сварные элементы, раскосы и общая конструкционная сталь, где требуется плоская форма | Широкофланцевые балки и колонны для строительных каркасов, обычно предпочитаемые производителями и монтажниками для конструкционных форм |
| Компоненты мостов, рамы грузовиков, общие конструкционные секции | Балки/колонны коммерческих зданий, рамные конструкции, где требуются согласованные свойства фланца/стержня и свариваемость |
Обоснование выбора: - Выбирайте A572 Gr50, когда доступность плиты, специфические размеры или требования проекта требуют этого сорта, и когда производители готовы контролировать переменные сварки на более тяжелых плитах. - Выбирайте A992, когда указываете W-формы для строительства, где важны свариваемость, более строгий контроль химического состава и экономические показатели формы продукции для балок и колонн.
9. Стоимость и доступность
- Доступность:
- A992 широко производится для широкофланцевых форм крупными заводами в Северной Америке и часто является стандартом для строительных балок и колонн — высокая доступность и конкурентные сроки поставки для общих секций.
- A572 Gr50 широко доступен в виде плит и различных форм; доступность зависит от формы продукции и запасов завода.
- Стоимость:
- Различия в стоимости материалов обычно незначительны и больше зависят от формы продукции, поставок завода и рыночных условий, чем от химического состава. Для широкофланцевых балок A992 часто является конкурентоспособным по стоимости благодаря оптимизации производства форм.
- Стоимость на уровне проекта должна включать производительность обработки и сварки — химический состав A992, удобный для производства и сварки, может снизить затраты на монтаж и переделку.
10. Резюме и рекомендации
| Метрика | A572 Gr50 | A992 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Хорошая (зависит от химии завода и толщины секции) | Очень хорошая (более строгий контроль химии, оптимизированный для производства) |
| Баланс прочности и вязкости | Высокая прочность; вязкость достижима при правильном прокате/обработке | Высокая прочность с более согласованным распределением вязкости для форм |
| Стоимость (относительная) | Сравнимая; зависит от формы и доступности | Часто экономически эффективна для прокатных широкофланцевых секций |
Рекомендации: - Выбирайте A572 Grade 50, если вам нужна плита, индивидуально изготовленные элементы или требования проекта явно требуют материала A572, и у вас есть контроль над процедурами сварки и управлением тепловым вводом для более толстых секций. - Выбирайте A992, если вы указываете прокатные широкофланцевые формы для строительных каркасов и хотите более строгий контроль состава, предсказуемую свариваемость в цехе/на месте и экономические показатели формы продукции для балок и колонн.
Заключительное практическое замечание: оба сорта широко используются и могут соответствовать строгим конструкционным требованиям, когда указаны правильные формы продукции, пределы толщины и протоколы сварки/инспекции на уровне проекта. Всегда проверяйте отчеты о испытаниях завода, рассчитывайте углеродные эквиваленты для сварных соединений и проверяйте любые требования к вязкости или покрытиям, зависящие от проекта, перед окончательной закупкой.