L360 против L390 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
L360 и L390 — это высокопрочные конструкционные стали, которые часто указываются, когда проектировщики балансируют между прочностью, вязкостью, свариваемостью и стоимостью. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто сталкиваются с решением, использовать ли немного более низкопрочную, более прощающею марку (L360) или постепенно более прочную L390 при проектировании несущих компонентов, сварных сборок или изготовленных конструкций.
Основное техническое отличие заключается в умеренном, целенаправленном увеличении предела текучести (а часто и прочности на растяжение) от L360 до L390, достигнутом в основном за счет термомеханической обработки и микроаллоирования, а не резких изменений в химическом составе. Поскольку обе марки нацелены на конструкционные применения, их часто сравнивают при оптимизации веса элементов, толщины плит, поведения при формовании и процедур изготовления.
1. Стандарты и обозначения
- Общие стандарты, в которых появляются аналогичные семейства марок: EN (например, семья EN 10025), ISO, ASTM/ASME (конструкционные обозначения), JIS и национальные стандарты (GB для Китая). Точные строки обозначений различаются в зависимости от органа стандартизации и поставщика.
- Классификация: как L360, так и L390 являются высокопрочными низколегированными (HSLA) конструкционными сталями (не нержавеющие, не инструментальные стали). Они предназначены для сварных и формованных конструктивных компонентов.
Примечание: Конкретные номера стандартов и сертифицированные составы различаются в зависимости от региона; всегда используйте точную сертифицированную марку/стандарт в документах на закупку.
2. Химический состав и стратегия легирования
| Элемент | Типичный диапазон — L360 (в%) | Типичный диапазон — L390 (в%) |
|---|---|---|
| C | 0.06 – 0.18 | 0.06 – 0.18 |
| Mn | 0.40 – 1.50 | 0.50 – 1.50 |
| Si | 0.10 – 0.50 | 0.10 – 0.50 |
| P | ≤ 0.025 (контролируемый) | ≤ 0.025 (контролируемый) |
| S | ≤ 0.010 (контролируемый) | ≤ 0.010 (контролируемый) |
| Cr | следы – 0.30 | следы – 0.35 |
| Ni | следы – 0.30 | следы – 0.30 |
| Mo | следы – 0.15 | следы – 0.15 |
| V | 0.00 – 0.10 (микроаллоирование) | 0.01 – 0.10 (микроаллоирование) |
| Nb (Cb) | 0.00 – 0.06 (микроаллоирование) | 0.00 – 0.06 (микроаллоирование) |
| Ti | 0.00 – 0.02 (деоксидирование) | 0.00 – 0.02 (деоксидирование) |
| B | следы (ppm) возможны | следы (ppm) возможны |
| N | контролируемые ppm | контролируемые ppm |
Примечания: - Эти диапазоны представляют собой типичные характеристики HSLA конструкционных сталей и иллюстрируют типичные стратегии легирования. Точные составы зависят от конкретного завода и регулируются выбранным стандартом или спецификацией; всегда проверяйте с сертификатами завода. - Элементы микроаллоирования (V, Nb, Ti и иногда B) используются в небольших количествах для уточнения размера зерна, содействия осаждению и повышения предела текучести с минимальным увеличением содержания углерода — это важно для поддержания свариваемости.
Как легирование влияет на свойства: - Углерод увеличивает прочность, но ухудшает свариваемость и вязкость при повышенных значениях. - Марганец и кремний способствуют деоксидированию и вносят вклад в закаляемость. - Микроаллоирование (V, Nb, Ti) позволяет увеличивать прочность за счет осаждения и уточнения зерна без высокого содержания углерода — именно поэтому L390 может быть прочнее при лишь незначительных химических различиях от L360. - Низкое содержание фосфора и серы улучшает вязкость и снижает количество дефектов сварки.
3. Микроструктура и реакция на термическую обработку
- Типичная микроструктура для обеих марок в поставляемом (термомеханически прокатанном или нормализованном) состоянии: матрица феррита с мелкими, дисперсными островками бейнита или закаленного мартенсита и осадками микроаллоидов. Размер зерна уточняется за счет контролируемой прокатки и ускоренного охлаждения.
- L360: Обработана для достижения баланса между пластичным ферритом и мелким бейнитом; осадки микроаллоидов (NbC, V(C,N), TiN) укрепляют матрицу.
- L390: Как правило, использует немного более агрессивный термомеханический контроль (более низкая температура окончательной прокатки и более быстрое охлаждение) и целенаправленное осаждение для повышения предела текучести при сохранении аналогичной пластичной микроструктуры.
Реакция на термическую обработку: - Нормализация: Восстанавливает однородную микроструктуру и может улучшить вязкость; обе марки реагируют предсказуемо. - Закалка и отпуск: Не типично или не обязательно для обычного конструкционного снабжения; при применении требуется более строгий контроль отпуска, чтобы избежать переработки осадков микроаллоидов. - Процесс термомеханического контроля (TMCP): Основной промышленный путь для производства этих марок — контролируемая прокатка плюс ускоренное охлаждение обеспечивает желаемую прочность/вязкость без термической обработки после сварки в большинстве случаев.
4. Механические свойства
| Свойство | Типичный L360 (индикативный) | Типичный L390 (индикативный) |
|---|---|---|
| Предел текучести (Rp0.2) | ≈ 360 MPa (номинальный) | ≈ 390 MPa (номинальный) |
| Прочность на растяжение | ~480 – 620 MPa (зависит от толщины/процесса) | ~500 – 640 MPa (зависит от толщины/процесса) |
| Удлинение (A%) | ~18 – 26% | ~16 – 24% |
| Ударная вязкость (Charpy V-образный вырез) | Хорошая; зависит от температуры испытания и толщины (часто указывается при 0 до −20 °C) | Сравнимая при обработке на вязкость; может потребовать более строгих спецификаций для низкотемпературного использования |
| Твердость (HB) | Обычно в умеренном диапазоне (< 250 HB) | Немного выше в среднем, но все еще в пределах свариваемых диапазонов твердости |
Интерпретация: - L390 обеспечивает умеренное, но полезное увеличение предела текучести по сравнению с L360; прочность на растяжение обычно увеличивается пропорционально. - Пластичность и вязкость могут оставаться схожими между марками, если L390 производится с соответствующим TMCP и балансом микроаллоидов. Однако проектировщики должны ожидать незначительно уменьшенного удлинения и немного более высокой твердости для L390, что делает пределы формования более жесткими. - Всегда ссылайтесь на конкретные условия поставки (толщина плиты, маршрут обработки, температура испытания) для точных значений.
5. Свариваемость
Оценка свариваемости сосредоточена на эквиваленте углерода и контроле обработки. Микроаллоирование помогает поддерживать низкие эквиваленты углерода для целевой прочности.
Общие индексы свариваемости: - Эквивалент углерода IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Более комплексный параметр: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Качественная интерпретация: - Как L360, так и L390 спроектированы так, чтобы иметь относительно низкие $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ по сравнению с более высокоуглеродными сплавами. Микроаллоированные марки обычно показывают хорошую свариваемость при соблюдении стандартных мер предосторожности. - L390 может потребовать немного больше внимания для более толстых секций (предварительный подогрев, контролируемая температура межпрохода), поскольку более высокая закаляемость и прочность могут повысить риск возникновения холодных трещин в тяжелых секциях или плохо подготовленных соединениях. - Сварочные расходные материалы: выбирайте низкогидрогеновые электроды/флюсы и соответствующие по вязкости наполнительные металлы; следуйте рекомендациям поставщика по предварительному подогреву и температуре межпрохода. - Постсварочная термическая обработка редко требуется для обычных конструкционных применений, но может быть указана для критических низкотемпературных или крупных/толстых конструкций.
6. Коррозия и защита поверхности
- Эти марки являются углеродными/HSLA сталями — не нержавеющими. Коррозионная стойкость соответствует обычным углеродным сталям.
- Стандартные варианты защиты: горячее цинкование, цинковая металлизация, системы покраски/покрытия, эпоксидные/органические покрытия или катодная защита для захороненной или подводной эксплуатации.
- PREN (эквивалентный номер устойчивости к образованию ямок) и аналогичные нержавеющие индексы не применимы для L360/L390, поскольку они не являются нержавеющими сплавами. Для справки, нержавеющие выборки используют: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Для атмосферных условий оцинкованный L390 обеспечит аналогичную защиту, как и оцинкованный L360; выбор должен основываться на механических требованиях и целевых сроках службы покрытия.
7. Изготовление, обрабатываемость и формуемость
- Резка (плазма, лазер): обе марки ведут себя аналогично; немного более высокая прочность L390 может потребовать немного больше мощности или более медленных скоростей резки.
- Формование и изгиб: L360 предлагает немного лучшую холодную формуемость из-за более низкого предела текучести; L390 может потребовать больших радиусов изгиба или теплого формования для жестких изгибов, особенно в более толстых секциях.
- Обрабатываемость: обе марки типичны для низкоуглеродных HSLA сталей — хорошая обрабатываемость, но не такая свободная, как у свинцовых сталей. Более высокая прочность L390 может немного сократить срок службы инструмента или потребовать больше усилия при резке.
- Поверхностная отделка и шлифовка: обе марки хорошо реагируют на стандартные методы отделки; обратите внимание, что области с более высокой твердостью (например, зоны термического воздействия) могут потребовать дресировки или специфических параметров шлифовки.
8. Типичные применения
| L360 — Типичные применения | L390 — Типичные применения |
|---|---|
| Строительные конструкции средней нагрузки (балки, каналы, распорки), где приоритет отдается свариваемости и формуемости | Конструкционные плиты и секции, где умеренное снижение веса или более высокое допустимое напряжение экономит материал |
| Общее изготовление и сварные сборки с умеренными нагрузками | Изготовления, нацеленные на меньшую толщину для эквивалентной прочности (мосты, тяжелые рамы) |
| Механические компоненты, требующие хорошей вязкости и пластичности | Компоненты, подверженные более высоким статическим нагрузкам или где применяются более строгие ограничения по прогибу |
| Офшорные конструкции с дополнительными защитными покрытиями | Инфраструктура, где улучшенная прочность позволяет уменьшить сечения и сэкономить средства |
Обоснование выбора: - Выбирайте L360, если формование, изгиб и легкость сварки являются приоритетами, и небольшие жертвы в весе приемлемы. - Выбирайте L390, когда постепенное увеличение прочности позволяет создавать более тонкие или легкие конструкции и когда производители могут соблюдать более строгие требования к обработке для поддержания вязкости.
9. Стоимость и доступность
- Относительная стоимость: L390 обычно немного дороже, чем L360 из-за более строгого контроля процесса (TMCP), а иногда и более высокого содержания микроаллоидов и потерь при обработке. Разница в стоимости материала незначительна по сравнению с общими экономиями на изготовлении за счет уменьшенной толщины.
- Доступность: обе марки обычно доступны в виде плит и рулонов от крупных заводов в многих регионах, но доступность зависит от продуктовых линеек местных заводов. Варианты L360 часто более распространены; L390 может быть специальным предложением на некоторых рынках или требовать минимальных объемов заказа.
- Формы продукции: плита, рулон, горячекатаные секции. Сроки поставки и испытания на заводе (шарпи, растяжение) должны быть указаны в заказах на покупку.
10. Резюме и рекомендации
| Атрибут | L360 | L390 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Очень хорошая | Хорошая (требует немного большего контроля на толстых секциях) |
| Баланс прочности и вязкости | Сбалансированный; немного более пластичный | Более высокий предел текучести/прочности на растяжение для той же толщины; вязкость сопоставима, если обработано правильно |
| Стоимость (материал) | Ниже | Немного выше |
Рекомендации: - Выбирайте L360, если: - Дизайн приоритизирует легкость формования и сварки, и требуются жесткие радиусы изгиба или высокое удлинение. - Цепочки поставок проекта предпочитают легко доступные, более дешевые плиты и рулоны. - Снижение веса не является основным фактором.
- Выбирайте L390, если:
- Умеренное увеличение допустимого напряжения или уменьшение толщины плиты создаст экономию средств или веса в сборке.
- Магазины по изготовлению могут поддерживать рекомендуемые параметры предварительного подогрева/температуры межпрохода для более толстых сварных соединений.
- Проект требует более высокого номинального предела текучести при сохранении приемлемой свариваемости и вязкости.
Заключительная заметка: Поскольку обе марки являются частью семейства HSLA и различаются в основном по обработке и оптимизации микроаллоидов, а не радикально различным химическим составам, практический выбор часто зависит от структурных расчетов, ограничений формования и соображений поставок. Для критических применений (низкотемпературная эксплуатация, тяжелые сварные конструкции) всегда указывайте требуемые температуры шарпи, эффекты толщины и запрашивайте сертификаты испытаний завода для подтверждения поставляемой химии и механических данных.