HRB335 против HRB400 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

HRB335 и HRB400 — это два широко используемых класса горячекатаных деформированных арматурных стержней (арматуры), которые обычно указываются в конструкциях из бетона и во многих контекстах производства. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто взвешивают компромиссы между более дешевым, более пластичным армированием и более прочными материалами, которые позволяют использовать меньшие сечения или большие пролетные расстояния. Типичные контексты принятия решений включают балансировку стоимости и структурного веса, выбор арматуры для сейсмического проектирования, где пластичность имеет первостепенное значение, и выбор класса, совместимого с процессами сварки, гибки или производства.

Определяющее различие между этими двумя классами заключается в уровне предела текучести: HRB400 указывается с более высоким номинальным пределом текучести, чем HRB335. Поскольку предел текучести сильно влияет на размеры сечения, детали армирования и поведение при формовании/сварке, HRB335 и HRB400 часто сравниваются в обсуждениях по проектированию и закупкам.

1. Стандарты и обозначения

• GB/T 1499.2 (Китай): прямо определяет горячекатаные ребристые стальные стержни; HRB335 и HRB400 — это китайские обозначения.
• ASTM A615 / ASTM A615M (США): спецификация для деформированных и гладких углеродных стальных стержней для армирования бетона (использует номера классов по-другому).
• EN 10080 / EN 1992 и национальные приложения (европейская практика): общие стандарты для армирования; европейские обозначения используют B500 или аналогичные номера классов.
• JIS G3112 (Япония): спецификация для деформированных стальных стержней для бетона.
• Существуют также стандарты ISO и национальные отклонения для допусков и испытаний стержней.

Классификация: как HRB335, так и HRB400 являются углеродно-марганцевыми (C–Mn) арматурными сталями, иногда производимыми с добавками микроалюминирования (V, Nb, Ti) или контролируемыми процессами прокатки; они не являются нержавеющими, инструментальными или высоколегированными сталями. Они принадлежат к семейству мягких/среднеуглеродистых конструкционных сталей, используемых для армирования, а не для высокотемпературных или износостойких применений.

2. Химический состав и стратегия легирования

Элемент	HRB335 (типичная практика)	HRB400 (типичная практика)
C (углерод)	Контролируется как основной фактор закаляемости/прочности; поддерживается относительно низким для пластичности	Контролируется; может быть немного выше или сбалансирован другими методами легирования/закалки для достижения более высокого предела текучести
Mn (марганец)	Основной элемент прочности и декарбонизации; присутствует на контролируемых уровнях	Присутствует на контролируемых или слегка повышенных уровнях для увеличения прочности и закаляемости
Si (кремний)	Незначительный декарбонизатор; обычно низкий	Незначительный декарбонизатор; аналогично HRB335
P (фосфор)	Ограниченная примесь; поддерживается низким для прочности	Ограниченная примесь; поддерживается низким для прочности
S (сера)	Ограниченная примесь; поддерживается низким для улучшения пластичности и свариваемости	Ограниченная примесь; поддерживается низким
Cr, Ni, Mo	Обычно не добавляются намеренно в значительных количествах для стандартной арматуры	Обычно не добавляются намеренно для стандартной арматуры (могут присутствовать в следовых количествах)
V, Nb, Ti	Могут присутствовать в микроалюминированной арматуре для улучшения структуры и прочности	Чаще используются в термомеханически обработанном или микроалюминированном HRB400 для повышения предела текучести без значительного увеличения углерода
B	Обычно не используется в арматуре	Обычно не используется
N (азот)	Контролируется как примесь/интерстициальный	Контролируется как примесь/интерстициальный

Примечания: - Заводы по производству арматуры достигают более высокого номинального предела текучести в HRB400 либо за счет умеренного увеличения легирования/закаляемости, либо, чаще, за счет термомеханической контролируемой прокатки и ускоренного охлаждения плюс микроалюминирования (Nb, V, Ti) для улучшения размера зерна и повышения предела текучести при низком содержании углерода для сохранения свариваемости. - Точные химические пределы определяются в соответствующих стандартах и производителями; состав варьируется в зависимости от практики завода и от того, является ли продукт «обычным» HRB или микроалюминированным/термомеханически обработанным.

Как стратегия легирования влияет на поведение: - Углерод и марганец в основном контролируют базовую прочность и закаляемость. - Микроалюминирование с Nb, V, Ti способствует упрочнению за счет осаждения и улучшению структуры, позволяя достичь более высокого предела текучести без значительного увеличения углерода. - Низкие уровни легирования намеренно поддерживаются для сохранения пластичности и свариваемости, характерных для арматурных сталей.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

Типичные микроструктуры для арматуры в состоянии прокатки — это феррит плюс перлит (феррит–перлит). Различия возникают из-за обработки:

• HRB335 (традиционная горячая прокатка): обычно показывает относительно крупную ферритно-перлитную микроструктуру с хорошей пластичностью. Если произведено методом базовой горячей прокатки с воздушным охлаждением, микроструктура остается в основном ферритной с перлитными островками.
• HRB400 (более высокая прочность): часто производится с контролируемой прокаткой и контролируемым охлаждением (термомеханическая обработка). Это приводит к более мелкому размеру зерна феррита, более равномерно распределенному перлиту, а в некоторых процессах — к частично бейнитной микроструктуре, где используется ускоренное охлаждение. Осадки микроалюминирования (NbC, V(C,N), TiC) дополнительно улучшают структуру и повышают предел текучести.

Реакция на термообработку: - Нормализация или закалка и отпуск не являются типичными для стандартной арматуры из-за стоимости и непрактичности для длинных сечений; однако локальное нагревание (сварка) может повлиять на микроструктуру в зоне термического влияния (HAZ). - Термомеханическая контролируемая обработка (TMCP) может обеспечить свойства, эквивалентные HRB400, без термообработки после прокатки, манипулируя температурой прокатки и скоростью охлаждения. - Закалка и отпуск — это путь к более высоким классам прочности, но чаще встречается для стальных стержней, используемых в инженерных компонентах, чем для стандартного армирования.

4. Механические свойства

Свойство	HRB335	HRB400
Предел текучести (номинальный)	335 МПа (основа обозначения)	400 МПа (основа обозначения)
Удлинение (пластичность)	Обычно более высокое удлинение / большая пластичность	Обычно ниже удлинение, чем у HRB335, но все еще требуется для соблюдения пределов пластичности в кодах
Ударная вязкость	Хорошая вязкость при комнатной температуре, когда произведено по стандартной практике	Может соответствовать вязкости, если произведено с контролируемой прокаткой; может быть более чувствительным к обработке
Твердость	Ниже, чем у HRB400 в сопоставимой практике завода	Более высокая твердость, соответствующая более высокому пределу текучести; может быть более подвержена хрупкому разрушению, если не обработано должным образом

Объяснение: - Уровень предела текучести является основным отличительным механическим параметром. HRB400 обеспечивает более высокий уровень предела текучести, позволяя использовать меньшие площади армирования для той же проектной прочности. - Требования к пластичности и удлинению указаны в стандартах; превышение минимальной пластичности критично для сейсмического проектирования. Поскольку HRB335 обычно достигает требуемой пластичности легче, его можно предпочесть, когда важна способность к пластической деформации. - Ударная вязкость зависит больше от маршрута производства, чем от названия класса; современный HRB400, произведенный с помощью TMCP с микроалюминированием, может достичь приемлемой вязкости.

5. Свариваемость

Свариваемость арматуры определяется эквивалентом углерода и закаляемостью; более низкий углерод и более низкая закаляемость улучшают свариваемость.

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

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

Интерпретация: - HRB335, с его обычно более низкой закаляемостью и более низким или сопоставимым эквивалентом углерода, обычно легче сваривать с использованием традиционных процедур SMAW, GMAW или FCAW с стандартным предварительным подогревом и низкогидрогеновыми практиками. - HRB400, особенно если микроалюминированный или термически обработанный, может иметь более высокую закаляемость; необходимо соблюдать осторожность с предварительным подогревом, температурой между проходами и термообработкой после сварки (если это требуется проектом), чтобы избежать трещин в зоне термического влияния. Тем не менее, многие продукты HRB400 формулируются так, чтобы быть легко свариваемыми для полевых соединений и производства. - Для критических сварных соединений выполняйте квалификацию соединений и процедуры предварительной/послесварочной обработки в соответствии со сварочными кодами; используйте расчеты CE или Pcm для оценки восприимчивости к холодным трещинам.

6. Коррозия и защита поверхности

• HRB335 и HRB400 — это не нержавеющие углеродные стали; они полагаются на бетонное покрытие для защиты от коррозии в железобетоне и на покрытия при воздействии.
• Распространенные защиты: горячее цинкование (цинковое покрытие), эпоксидные покрытия, механические обработки поверхности и адекватный дизайн бетонного покрытия в сочетании с ингибиторами коррозии.
• PREN (эквивалентный номер сопротивления коррозии) применяется к нержавеющим сплавам для сравнения локальной коррозионной стойкости: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Этот индекс не применим к гладким углеродным арматурным стержням, таким как HRB335/HRB400.
• Рекомендации по выбору: для агрессивных сред (воздействие хлоридов, морская среда) указывайте арматуру с эпоксидным покрытием или оцинкованную, или рассмотрите нержавеющие классы, когда долговечность превышает стоимость материала.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Резка: оба класса обычно режутся абразивными пилами, пламенем или механическим резанием. Более высокая прочность HRB400 может немного увеличить силы резания и износ инструмента.
• Формование и гибка: более высокий предел текучести требует большей силы для гибки. Радиусы гибки и процедуры холодной гибки указаны в кодах; HRB400 обычно требует большего оборудования для гибки и может иметь более строгие ограничения на повторную гибку, чем HRB335.
• Обрабатываемость: арматурные стержни не оптимизированы для обработки; оба класса имеют схожую плохую обрабатываемость по сравнению с низкоуглеродными свободно резаными сталями. Используйте соответствующие инструменты и скорости.
• Финишная обработка: резьба или механические соединители широко используются. HRB400 может использоваться с соединителями, предназначенными для более высоких уровней нагрузки; обеспечьте совместимость с термообработкой соединителей и материала стержня.

8. Типичные применения

HRB335 (Типичные применения)	HRB400 (Типичные применения)
Общий железобетон в зданиях и инфраструктуре, где приоритетами являются пластичность и экономия	Структуры, требующие более высокой грузоподъемности на стержень, больших пролетов или уменьшенной площади армирования
Сейсмическое проектирование, где критически важны высокая пластичность и большая способность к пластической деформации (в соответствии с ограничениями кодов)	Мосты, тяжелые фундаменты и элементы, где более высокий предел текучести позволяет использовать более тонкие сечения или меньшее количество стержней
Некритическая обработка и массовый бетон, где приоритетом является чувствительность к стоимости	Зоны предварительного напряжения, сильно нагруженные элементы и модернизации, где требуется увеличение прочности без увеличения поперечного сечения
Ремонтные работы с использованием стандартных размеров стержней и обычных соединителей	Ситуации, которые допускают более точный контроль качества и где указана более высокая прочность арматуры

Обоснование выбора: - Выбирайте HRB335, когда приоритетом являются пластичность, легкость в обращении и стоимость — особенно в сейсмических регионах, где важна способность к пластической деформации. - Выбирайте HRB400, когда проект требует более высокого предела текучести для уменьшения количества армирования, достижения более тонких профилей или соблюдения конкретных требований к нагрузке.

9. Стоимость и доступность

• Относительная стоимость: HRB335 обычно дешевле за тонну, чем HRB400 из-за меньших требований к обработке и меньшей интенсивности легирования/обработки. HRB400 может иметь премию в зависимости от маршрута производства (TMCP, микроалюминирование) и рыночного предложения.
• Доступность: оба класса широко производятся и доступны в стандартных формах продукции (катаные, прямые длины, нарезанные на длину) от крупных заводов. Доступность по диаметру и форме может варьироваться в зависимости от региона; закупка должна подтвердить отчеты о испытаниях завода и сроки поставки.
• Формы продукции: гладкие стержни, деформированные стержни, сварные маты, катушки — указывайте класс и маршрут производства в документах на закупку, чтобы избежать неправильной интерпретации.

10. Резюме и рекомендации

Критерий	HRB335	HRB400
Свариваемость	Очень хорошая (низкий CE)	Хорошая до умеренной; может потребовать контроля в зависимости от обработки
Баланс прочности и вязкости	Хорошая пластичность; низкий предел текучести	Высокий предел текучести; может иметь низкую пластичность, если не обработан TMCP/микроалюминированием
Стоимость	Ниже	Выше (премия за более высокий предел текучести/процесс)

Выбирайте HRB335, если: - Вам требуется высокая пластичность и способность к пластической деформации для сейсмического проектирования или элементов, рассеивающих энергию. - Приоритетом являются чувствительность к стоимости проекта и легкость в обработке/сварке. - Стандартные схемы армирования и большие площади стержней приемлемы для достижения необходимой прочности.

Выбирайте HRB400, если: - Вам нужна высокая прочность для уменьшения площади армирования, уменьшения сечений или соблюдения увеличенных требований к нагрузке без изменения геометрии элемента. - Маршрут производства (TMCP или микроалюминирование) обеспечивает достаточную вязкость и свариваемость для предполагаемого применения. - Ограничения проекта способствуют замене материалов для экономии пространства, веса или достижения конкретных целей по структурной производительности.

Заключительная заметка: числовые обозначения (335 и 400) указывают на номинальные уровни предела текучести, но производительность в эксплуатации зависит от практики завода, истории обработки и контроля качества. Всегда указывайте стандарт материала, требуемые механические свойства, условия поставки и испытания/прослеживаемость при закупке арматуры; запрашивайте сертификаты испытаний завода и, для критических применений, квалификацию соединений для сварки и гибки.