BH180 против BH220 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто взвешивают компромиссы между прочностью, пластичностью, свариваемостью, стоимостью и доступностью при выборе конструкционных сталей. BH180 и BH220 — это два тесно связанных коммерческих класса стали, которые часто сравниваются, когда проект требует конструкционной пластины или полосы с низкой или средней прочностью, где важны формуемость и стоимость. Типичные контексты принятия решений включают выбор между более дешевым, легким в формовании материалом для легких конструкционных компонентов и более высокопрочным вариантом, когда требуется большая грузоподъемность или более тонкие сечения.
Основная отличительная характеристика между BH180 и BH220 — это уровень предела текучести: BH220 имеет более высокий минимальный предел текучести, чем BH180. Поскольку предел текучести определяет допустимые проектные напряжения, стратегии изготовления и иногда процессы холодной обработки и соединения, эти классы часто сравниваются в проектных и производственных спецификациях.
1. Стандарты и обозначения
- Общие стандарты, в которых встречаются аналогичные классы на основе предела текучести: национальные стандарты, такие как GB (Китай), JIS (Япония), EN (Европа) и ASTM/ASME (США). Конкретные названия классов и нумерационные обозначения различаются в зависимости от юрисдикции; номенклатура "BH" чаще всего встречается в азиатских стандартах и каталогах поставщиков для горячекатаных и холоднокатаных конструкционных сталей.
- Классификация по семейству стали:
- BH180: обычно это конструкционная сталь на основе углерода или микроалюминированная сталь с низкой или средней прочностью (не нержавеющая).
- BH220: обычно это конструкционная сталь на основе углерода или микроалюминированная сталь со средней прочностью (не нержавеющая).
- Это не инструментальные стали, не нержавеющие стали и не высоколегированные классы; их обычно рассматривают как углеродные/микроалюминированные конструкционные стали (похожие на мягкую сталь или HSLA в зависимости от содержания микроалюминирования).
2. Химический состав и стратегия легирования
Ниже представлена таблица с типичным составом, показывающая элементы, которые обычно указываются для конструкционных сталей с низкой и средней прочностью. Фактические составы варьируются в зависимости от поставщика и стандарта. Всегда подтверждайте с сертификатом материала производителя.
| Элемент | Типичный диапазон (вт%) — BH180 | Типичный диапазон (вт%) — BH220 |
|---|---|---|
| C | 0.06–0.18 | 0.08–0.20 |
| Mn | 0.30–1.20 | 0.40–1.20 |
| Si | 0.02–0.40 | 0.02–0.40 |
| P | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| S | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| Cr | ≤ 0.30 (по желанию) | ≤ 0.30 (по желанию) |
| Ni | ≤ 0.30 (по желанию) | ≤ 0.30 (по желанию) |
| Mo | ≤ 0.10 (по желанию) | ≤ 0.10 (по желанию) |
| V | следы–0.10 (микроалюминированные варианты) | следы–0.10 (микроалюминированные варианты) |
| Nb | следы–0.06 (микроалюминированные варианты) | следы–0.06 (микроалюминированные варианты) |
| Ti | следы (обезуглероживание/стабилизация) | следы (обезуглероживание/стабилизация) |
| B | уровни ppm, если используются | уровни ppm, если используются |
| N | обычно ≤ 0.012 | обычно ≤ 0.012 |
Примечания: - Это представительные диапазоны, используемые в конструкционных сталях с низкой и средней прочностью. Элементы микроалюминирования, такие как V, Nb, Ti, могут быть намеренно добавлены в небольших количествах для контроля размера зерна, упрочнения осаждением и прочности без значительного увеличения эквивалента углерода. - Более высокий углерод или преднамеренные добавления Cr, Ni или Mo переместят класс в сторону легированных сталей и изменят свариваемость и реакцию на термообработку.
Как легирование влияет на производительность: - Углерод: основной фактор закаляемости и прочности; более высокий углерод увеличивает прочность, но снижает пластичность и свариваемость. - Марганец: увеличивает прочность и закаляемость и компенсирует хрупкость от серы; слишком много вредно для формуемости. - Кремний: обезуглероживатель; небольшие количества могут увеличить прочность. - Микроалюминирование (V, Nb, Ti): упрочнение зерна и упрочнение осаждением, улучшая предел текучести и прочность без значительного увеличения углерода.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
Типичные микроструктуры для классов BH: - BH180: обычно это микроструктура феррит-перлита в состоянии прокатки с относительно крупными зернами, если не микроалюминирована; микроалюминированные варианты показывают более мелкий феррит с дисперсными карбидами/нитридами. - BH220: часто аналогичная основа феррит-перлит, но с большей долей упрочненных фаз (например, более мелкий феррит, более дисперсные осадки) либо за счет состава (слегка более высокий C/Mn), либо за счет контролируемой термомеханической обработки.
Эффекты общих процессов обработки: - Нормализация: уточняет размер зерна и гомогенизирует микроструктуру, улучшая прочность и иногда прочность умеренно. Оба класса выигрывают от нормализации, если требуется высокая прочность. - Закалка и отпуск: обычно не экономично или необходимо для классов BH; закалка и отпуск переведут эти материалы в закаленные и отпущенные микроструктуры (отпущенный мартенсит/отпущенный бейнит) с гораздо большей прочностью и сниженной пластичностью по сравнению с намерением конструкционного класса. - Термомеханическая контрольная обработка (TMCP): часто применяется к BH220 для достижения более высокого предела текучести за счет контролируемой прокатки и ускоренного охлаждения, производя уточненный феррит с упрочнением осаждением при сохранении пластичности и прочности.
В кратце, BH220 производится либо за счет слегка более высокого содержания легирующих элементов, либо за счет более агрессивного TMCP для достижения более высокого предела текучести при сохранении приемлемой прочности и формуемости.
4. Механические свойства
Представительные диапазоны механических свойств для BH180 и BH220 в общих формах продукции (плита/катушка). Подтвердите фактические значения из сертификата испытаний на заводе.
| Свойство | BH180 (типично) | BH220 (типично) |
|---|---|---|
| Указанный минимальный предел текучести (0.2% смещение) | ~180 МПа | ~220 МПа |
| Прочность на разрыв (Rm) | ~300–420 МПа | ~360–520 МПа |
| Удлинение (A%) | ~20–30% | ~16–25% |
| Ударная прочность (Charpy V-notch, типично при комнатной температуре) | Хорошая; зависит от толщины/процесса | Сравнимая или немного ниже, если прочность достигается за счет легирования или TMCP |
| Твердость (HB) | Низкая до умеренной (~100–160 HB) | Умеренная (~130–190 HB) |
Интерпретация: - Прочность: BH220 имеет более высокий указанный предел текучести и, как правило, более высокую прочность на разрыв, чем BH180, что позволяет использовать более тонкие сечения для той же нагрузки. - Пластичность и прочность: BH180, как правило, более пластична и легче формуется; BH220 может быть спроектирована для сохранения хорошей прочности, но более высокопрочные варианты часто жертвуют некоторым удлинением ради предела текучести. - Проектное значение: Выбирайте BH220 для большей грузоподъемности или уменьшенной толщины сечения; выбирайте BH180, когда приоритетом являются формование, изгиб или поглощение энергии.
5. Свариваемость
Свариваемость в основном зависит от содержания углерода, комбинированного легирования (закаляемости) и остатков. Два полезных эмпирических индекса:
-
Эквивалент углерода (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Модифицированный Pcm (для оценки восприимчивости к холодным трещинам): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Качественная интерпретация: - Более низкие значения $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ подразумевают более легкую свариваемость и меньший риск холодных трещин, вызванных водородом. - BH180, как правило, имеет более низкий углеродный эквивалент, чем BH220, если BH220 достигает предела текучести за счет слегка более высокого C/Mn или дополнительного микроалюминирования; поэтому BH180 часто немного легче сваривать без предварительного подогрева. - Микроалюминирование (Nb, V) может локально увеличить закаляемость и потребовать контролируемых процедур сварки (меньший тепловой ввод, предварительный подогрев/последующий подогрев) для более толстых сечений. - Практическое руководство: Оцените толщину соединения, контроль водорода и процесс сварки; при сварке BH220 учитывайте предварительный подогрев, контроль температуры между проходами и соответствующее соответствие присадочного материала, чтобы избежать хрупких микроструктур в зоне термического влияния.
6. Коррозия и защита поверхности
- Ни BH180, ни BH220 не являются нержавеющими сталями; коррозионная стойкость типична для углеродных сталей. Воздействие влажной или коррозионной среды требует защиты поверхности.
- Общие стратегии защиты:
- Горячее цинкование для защиты от атмосферной коррозии.
- Органические покрытия/краски для архитектурного или морского использования (с надлежащей подготовкой поверхности).
- Облицовка или покрытие в особенно коррозионных средах.
- Индекс PREN не применим, поскольку это не нержавеющие классы. Для полноты, индекс PREN, используемый для нержавеющих сталей, составляет: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ но это не применимо к низколегированным углеродным сталям.
- Если в проекте требуется коррозионная стойкость, рассмотрите возможность перехода на подходящий нержавеющий класс или применения соответствующих покрытий; эти соображения сильно повлияют на стоимость жизненного цикла.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Формуемость: BH180, как правило, предлагает лучшую холодную формуемость (изгиб, вытяжка) из-за более низкого предела текучести и более высокого удлинения. BH220 можно формовать, но может потребоваться больший радиус изгиба или промежуточный отжиг для глубокой вытяжки.
- Обрабатываемость: Оба класса обрабатываемы стандартными инструментами; более высокая прочность (BH220) может увеличить износ инструмента и силы резания. Выбирайте скорости резания и подачу в соответствии с прочностью и твердостью.
- Резка и термические процессы: Плазменная, кислородно-газовая и лазерная резка широко используются; более толстые сечения BH220 могут потребовать корректировки параметров из-за более высокой прочности и возможной восприимчивости к термическим трещинам.
- Отделка/финишная обработка: BH180 может принимать более тонкие отделки поверхности при несколько более низкой стоимости из-за более легкой обработки и более низкой твердости.
8. Типичные применения
| BH180 — Типичные применения | BH220 — Типичные применения |
|---|---|
| Легкие конструкционные секции, общая обработка, внутренние панели автомобилей, кронштейны с низкой нагрузкой, легкие рамы | Конструкционные компоненты средней нагрузки, элементы шасси, рамы, требующие более высокого предела текучести, конструкции конвейеров, где требуются более тонкие листы |
| Потребительские товары, где приоритетом являются формуемость и стоимость | Сельскохозяйственное и строительное оборудование, где требуется более высокая прочность на единицу веса |
| Покрашенные или оцинкованные архитектурные компоненты с умеренными нагрузками | Компоненты, выигрывающие от прочности, произведенной TMCP, с сохраненной прочностью (например, рамы прицепов, элементы поддержки средней нагрузки) |
Обоснование выбора: - BH180: выбирается, когда формование, поглощение энергии и стоимость являются основными; более толстые сечения могут использоваться для достижения прочности. - BH220: выбирается, когда необходима экономия веса, более высокий допустимый стресс или более тонкие сечения, при этом все еще используя углеродную/микроалюминированную сталь.
9. Стоимость и доступность
- Относительная стоимость: BH220 обычно немного дороже, чем BH180 за единицу массы из-за более высокой обработки (TMCP) или слегка более высокого легирования; однако BH220 может снизить общую стоимость детали, позволяя уменьшить толщину.
- Доступность: Оба класса обычно доступны в формах плиты и катушки на региональных рынках, где используются эти обозначения; точные формы продукции и ширина катушек варьируются в зависимости от завода и региона. BH180 или эквиваленты почти универсально имеются в наличии; BH220 может производиться под заказ на некоторых рынках в зависимости от спроса.
10. Резюме и рекомендации
| Атрибут | BH180 | BH220 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Лучше (в более чем половине случаев более низкий углеродный эквивалент) | Хорошая, но может потребовать более строгого контроля для более толстых сечений |
| Баланс прочности и прочности | Низкий предел текучести, высокая пластичность | Высокий предел текучести, потенциально аналогичная прочность, если TMCP; менее пластична |
| Стоимость | Низкая стоимость материала за тонну | Высокая стоимость материала за тонну, но может снизить вес/стоимость детали |
Рекомендации: - Выбирайте BH180, если вам нужна легкость формования и сварки, высокая пластичность, и применение допускает более низкий предел текучести — примеры: легкие конструкционные детали, сильно формованные компоненты и где стоимость является основным фактором. - Выбирайте BH220, если вам требуется более высокий минимальный предел текучести для уменьшения толщины или массы при сохранении разумной прочности — примеры: конструкционные элементы средней нагрузки, рамы или применения, где важна экономия веса.
Заключительная заметка: BH180 и BH220 являются выборами на основе предела текучести в более широкой семье углеродных и микроалюминированных конструкционных сталей. Для любого критического проекта проверьте точный химический состав и сертификаты механических испытаний у поставщика, подтвердите применимые национальные или проектные стандарты и подтвердите процедуры сварки и формования через испытания или рекомендации поставщика.