A615 против A706 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
ASTM A615 и ASTM A706 — это два наиболее часто указываемых класса арматурной стали (арматуры) в бетонном строительстве. Инженеры, менеджеры по закупкам и производители часто взвешивают выбор между более дешевым, универсальным A615 и более строго контролируемым A706 при указании арматуры для проектов. Типичными факторами, влияющими на решение, являются стоимость, доступность, требуемая пластичность и необходимость сварки или сейсмического проектирования.
Основное техническое различие, которое определяет сравнение, заключается в металлургическом контроле, ориентированном на пластичность и устойчивость к трещинообразующим микроструктурам во время сварки и сейсмической нагрузки. Поскольку A706 производится с более строгими химическими пределами и заданными механическими характеристиками для повышения прочности и пластичности, оба класса часто оцениваются вместе, когда проекты требуют улучшенной производительности (например, сварные соединения или сейсмическая устойчивость) по сравнению с ситуациями, когда экономия и доступность имеют первостепенное значение.
1. Стандарты и обозначения
- ASTM/ASME:
- ASTM A615: Стандартная спецификация для деформированных и гладких углеродных стальных прутков для бетонной арматуры.
- ASTM A706: Стандартная спецификация для деформированных и гладких низколегированных стальных прутков для бетонной арматуры.
- Международные эквиваленты / связанные стандарты:
- EN: Различные типы EN 10080 / BS 4449 определяют арматурные стали с сопоставимыми ролями (пластичные против универсальных).
- JIS/GB: Национальные стандарты для арматуры в Японии и Китае предоставляют сопоставимые классы продукции, но химические и механические требования различаются.
- Классификация:
- A615 — углеродная стальная арматура (гладкая или деформированная).
- A706 — низколегированная стальная арматура с контролируемым химическим составом и механическими свойствами, предназначенная для улучшенной пластичности и свариваемости.
- Ни один из них не является нержавеющей или инструментальной сталью; оба являются конструкционными углеродными/низколегированными классами арматуры.
2. Химический состав и стратегия легирования
Оба класса в основном являются углеродными сталями, но они различаются по тому, как контролируются химические элементы. Следующая таблица обобщает присутствие, акцент контроля и назначение для общих элементов, а не точные проценты.
| Элемент | A615 (углеродная арматура) | A706 (низколегированная, пластичная арматура) |
|---|---|---|
| C (Углерод) | Присутствует; состав типичен для углеродной арматуры и может быть выше, чем у A706; менее строго контролируется | Контролируется для снижения максимальных значений для улучшения пластичности и свариваемости |
| Mn (Марганец) | Присутствует как легирующий элемент для прочности и дегазации; типичен для углеродной арматуры | Присутствует, но контролируется; используется для достижения прочности с меньшим содержанием углерода |
| Si (Кремний) | Присутствует как дегазатор; не строго ограничен | Присутствует, аналогичная роль; ограничения помогают контролировать прочность |
| P (Фосфор) | Обычно ограничен, но может быть выше, чем у A706 в некоторых источниках | Строгие ограничения для снижения риска хрупкости |
| S (Сера) | Обычно присутствует в небольших количествах; повышенное содержание серы ухудшает пластичность | Строгие ограничения для улучшения пластичности и снижения горячей хрупкости |
| Cr, Ni, Mo (Cr, Ni, Mo) | Как правило, не легируются намеренно; могут присутствовать в следовых количествах | Как правило, ограничены; низколегированный подход избегает значительного увеличения закаливаемости |
| V, Nb, Ti (микролегирование) | Могут присутствовать у некоторых производителей для контроля прочности/температуры | Могут присутствовать в контролируемых количествах в A706 для управления размером зерна и прочностью, но ограничены, чтобы избежать закаливаемости |
| B | Обычно не контролируется; следовые количества | Обычно не используется; контролируется, если присутствует |
| N (Азот) | Обычно не контролируется за пределами стандартной практики стали | Контролируется как часть общего химического состава, когда это необходимо для контроля прочности |
Как легирование влияет на поведение: - Более высокий углерод увеличивает прочность и закаливаемость, но снижает свариваемость и пластичность. - Марганец увеличивает прочность и закаливаемость и помогает дегазации; в сочетании с более высоким содержанием углерода он может увеличить восприимчивость к жестким, хрупким микроструктурам. - Микролегирование (V, Nb, Ti) может улучшить зернистость и увеличить прочность за счет осаждения, но чрезмерные количества или высокая закаливаемость могут увеличить риск трещинообразования в зонах термического влияния сварки. - Стратегия химического состава A706 заключается в минимизации элементов, которые увеличивают закаливаемость и риск трещинообразования, вызванного водородом, при использовании контролируемого Mn и микролегирования для достижения целевых прочностей с лучшей пластичностью.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
Типичная обработка для арматуры — это горячая прокатка и контролируемое охлаждение, а не отдельные термообработки после прокатки для большинства производств.
- A615:
- Типичная микроструктура после горячей прокатки: смесь феррита и перлита, в зависимости от скорости охлаждения и состава.
- Поскольку химический состав ориентирован на углеродную арматуру, микроструктура может содержать более высокие доли перлита или более мелкие перлитные колонии в сталях с высоким содержанием углерода.
- Нормализация, закалка или отпуск не являются обычными производственными этапами для стандартной арматуры A615; свойства в значительной степени определяются составом и прокаткой/охлаждением.
- A706:
- Производится с химическим составом и практиками прокатки, предназначенными для получения более пластичной, прочной микроструктуры (ферритная матрица с контролируемыми перлитными и/или бейнитными компонентами в зависимости от охлаждения).
- Термо-механический контроль (контролируемая прокатка и ускоренное охлаждение) может использоваться для улучшения размера зерна и повышения прочности/пластичности без увеличения закаливаемости.
- Реакция A706 на термообработки аналогична другим низколегированным сталям, но термообработка после прокатки не является нормой для арматурных изделий; акцент делается на обработке на заводе для достижения требуемого механического поведения.
Влияние обработки: - Более быстрое охлаждение или более высокое содержание легирующих элементов увеличивает закаливаемость и потенциал для более жестких микроструктур; это обычно избегается для A706. - Уточнение зерна и контролируемые температуры трансформации используются для улучшения прочности для сейсмических приложений.
4. Механические свойства
Предоставьте сравнительную механическую характеристику, а не фиксированные числовые значения для всех продуктов, поскольку оба стандарта допускают несколько уровней классов.
| Свойство | A615 (типичный) | A706 (типичный) |
|---|---|---|
| Прочность на растяжение | Соответствует указанным классовым требованиям стандартных арматур; типичная прочность для данного номера класса сопоставима | Схожие номинальные требования к прочности на растяжение для соответствующих номеров классов |
| Предельная прочность | Указывается по классу (например, 40, 60, 75) — широко используемый класс 60 является общим | Доступны те же обозначения классов, но A706 часто требует специфического поведения по предельной прочности/удлинению |
| Удлинение (пластичность) | Приемлемо для общих бетонных приложений; ниже, чем у A706 при схожих прочностях во многих случаях | Более высокая требуемая пластичность и контролируемое удлинение; лучшее равномерное удлинение и поведение после предельной прочности |
| Ударная прочность | Неравномерно указывается для всех продуктов; может быть ниже в зависимости от химического состава | Часто демонстрирует лучшую прочность и устойчивость к хрупкому разрушению благодаря контролируемому химическому составу/обработке |
| Твердость | Переменная; может быть выше в сталях с высоким содержанием углерода | Как правило, контролируется, чтобы избежать высокой твердости, которая ухудшает свариваемость или прочность |
Интерпретация: - Для соответствующих номеров классов (например, "Класс 60") номинальные предельные/растяжимые прочности сопоставимы между A615 и A706; разница в основном заключается в пластичности и прочности при схожих уровнях прочности. - A706 указывается для обеспечения превосходной деформируемости и устойчивости к разрушению в динамических или сейсмических нагрузках.
5. Свариваемость
Свариваемость зависит от углеродного эквивалента, содержания водорода и закаливаемости. Два часто используемых эмпирических индекса:
-
Углеродный эквивалент IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Международный 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 $P_{cm}$ указывают на более легкую свариваемость с уменьшенным риском холодного трещинообразования. A706 производится с более низкими углеродными эквивалентами (за счет более низкого содержания углерода и контролируемого легирования), чтобы улучшить свариваемость и снизить восприимчивость к трещинообразованию, вызванному водородом, в зоне термического влияния сварки. - A615 может иметь более высокое содержание углерода и неконтролируемые микролегирующие содержания в некоторых сталях, что может привести к более высокой закаливаемости и большему риску трещинообразования при сварке, особенно при высоких тепловых входах или недостаточном предварительном/последующем нагреве и низких температурах окружающей среды. - Практическое руководство: указывайте A706, когда важны характеристики после сварки и устойчивость к трещинам; для A615 сварка должна проводиться с осторожностью, и должны применяться инженерные меры контроля (предварительный нагрев, электроды с низким содержанием водорода, квалифицированные процедуры).
6. Коррозия и защита поверхности
- Оба класса A615 и A706 являются некоррозионными углеродными/низколегированными сталями и подвержены коррозии в хлоридных или коррозионных средах.
- Общие стратегии защиты:
- Эпоксидное покрытие арматуры
- Гальванизация (цинковое покрытие), хотя деформация и адгезия покрытия требуют осторожности
- Нержавеющая или нержавеющая арматура для суровых условий
- Бетонное покрытие, добавки и системы катодной защиты
- PREN (Эквивалентный номер устойчивости к питтингу) не применим к этим некоррозионным классам арматуры. Для выбора нержавеющей арматуры используйте: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Примечание по выбору: если коррозионная устойчивость является основным фактором, следует указывать A615 или A706 с соответствующими покрытиями или заменять их на нержавеющие или коррозионно-устойчивые альтернативы.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Сгибание и формование:
- A706 обычно предпочтительнее, когда требуются высокая пластичность и более жесткие радиусы изгиба (сейсмическое проектирование, полевое сгибание).
- A615 приемлемо выполняет стандартное сгибание, но может иметь меньшую резервную пластичность для экстремального холодного сгибания или сильных концентраций напряжений.
- Резка/обработка:
- Оба класса обычно режутся абразивной пилой, механическими ножницами или кислородно-газовым/термическим резанием. Обрабатываемость не является основной проблемой для арматуры.
- Финишная обработка:
- Поверхностные покрытия (эпоксидные, гальванизация) наносятся после прокатки в обоих случаях; химический состав A706 не препятствует процессам покрытия и может косвенно способствовать сроку службы покрытия, поддерживая лучшее поведение сцепления с бетоном благодаря пластичным режимам разрушения.
8. Типичные применения
| A615 — Типичные применения | A706 — Типичные применения |
|---|---|
| Общая арматура для бетона в зданиях, фундаментах, плитах и не сейсмических конструкциях, где сварка минимальна | Сейсмические регионы и конструкции, где требуется высокая пластичность; сварная арматура и структурные соединения |
| Массовый бетон, где экономия и широкая доступность являются приоритетами | Мосты, критическая инфраструктура и конструкции, требующие строгого контроля поведения при разрушении |
| Некритические структурные элементы и модернизация, где используется покрытая арматура для снижения коррозии | Применения, требующие полевой сварки, механических соединений с высокими требованиями к деформации и контролируемого соблюдения норм |
Обоснование выбора: - Выбирайте A615 для экономии и широкой доступности в обычных ролях арматуры. - Выбирайте A706 для критических приложений, требующих улучшенной пластичности, свариваемости и устойчивости к разрушению, особенно в сейсмическом проектировании или когда требуется сварка прутков.
9. Стоимость и доступность
- A615: Широко производится и обычно является наиболее экономичным выбором; доступен в широком диапазоне размеров и номеров классов от многих заводов.
- A706: Обычно стоит дороже из-за более строгого контроля химического состава и иногда специализированной обработки; доступность может быть более ограниченной, а сроки поставки длиннее в зависимости от региона и поставщика.
- Примечание по закупкам: общая стоимость проекта должна включать потенциальную экономию от упрощенного проектирования (если использование A706 позволяет сварные соединения) по сравнению с более высокой стоимостью материала.
10. Резюме и рекомендации
| Атрибут | A615 | A706 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Адекватная для постнапряженных соединителей при контроле; более чувствительна к сварке в целом | Превосходная — спроектирована для свариваемости и снижения риска трещинообразования |
| Баланс прочности и прочности на удар | Соответствует номинальным классам прочности; прочность ниже для аналогичной прочности | Лучшая прочность и пластичность при сопоставимых классах прочности |
| Стоимость | Ниже, более широко доступна | Выше, может иметь более длительные сроки поставки |
Рекомендации: - Выбирайте A615, если стоимость и широкая доступность являются основными факторами, проект не требует сварки арматуры, и стандартная пластичность приемлема. - Выбирайте A706, если проект требует улучшенной пластичности, прочности и свариваемости — например, в сейсмическом проектировании, сварных соединениях или критической инфраструктуре, где необходимо минимизировать риск разрушения.
Заключительная практическая заметка: всегда указывайте точный класс, размер, требуемые сварочные процедуры и любые покрытия или защиту от коррозии в контрактных документах. Для сварных приложений включайте квалификации сварочных процедур, требования к предварительному/последующему нагреву и контроль водорода в спецификациях, чтобы обеспечить соответствие полевых характеристик проектным намерениям.