Q195 против Q235 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

Q195 и Q235 — это два часто указываемых углеродных сталей с китайским обозначением, используемых в строительных, производственных и общих инженерных приложениях. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто выбирают между ними, балансируя стоимость, формуемость, удобство сварки и минимально необходимую прочность. Типичные контексты принятия решений включают выбор недорогой пластины для легких конструктивных частей, выбор основного металла для тяжелого производства или определение того, оправдывает ли более высокая предел прочности дополнительные затраты на материал и изменения в производстве.

Основное практическое различие между двумя марками заключается в их минимальной предельной прочности и контроле легирования, используемом для ее достижения: Q195 — это сталь с низким пределом прочности, легкая в формовке, оптимизированная для экономичного производства, в то время как Q235 — это сталь общего назначения с более высоким пределом прочности и схожей химией. Эти характеристики объясняют, почему Q195 используется для очень легких конструкций и компонентов, а Q235 более распространен для конструктивных секций и пластин общего назначения.

1. Стандарты и обозначения

• Q195 и Q235 — это обозначения из китайских стандартов GB (GB/T). Они часто встречаются в GB/T 700 (горячекатаные стальные пластины, листы и полосы для общего конструктивного использования) и связанных национальных стандартах продукции.
• Эквивалентность/сопутствующие международные стандарты:
• Q235 часто сравнивают с ASTM A36 / EN S235 по области применения (структурная углеродная сталь), хотя прямая замена требует проверки по толщине и термообработке.
• Q195 — это углеродная сталь низкого класса без прямого международного эквивалента, но соответствует низкоуглеродным мягким сталям, используемым для некритических, легких деталей.
• Классификация:
• Обе марки Q195 и Q235 являются обычными углеродными конструктивными сталями (не легированными, не нержавеющими, не HSLA по современным определениям легирования). Они не являются легированными сталями, подлежащими термообработке, или инструментальными сталями.

2. Химический состав и стратегия легирования

Обе марки контролируются как низкоуглеродные стали с ограниченным легированием. Вместо того чтобы представлять единственный сертифицированный состав (который варьируется в зависимости от производителя и формы продукта), таблица ниже обобщает типичные контролируемые элементы и общую роль или относительный уровень для каждой марки. Всегда проверяйте окончательный состав по сертификату испытаний (MTC) для критических приложений.

Элемент	Типичный уровень в Q195	Типичный уровень в Q235	Роль / комментарий
C (углерод)	Очень низкий	Низкий–умеренный	Углерод контролирует основную прочность и закаливаемость; более высокий углерод увеличивает прочность, но снижает свариваемость и пластичность.
Mn (марганец)	Низкий	Умеренный	Mn увеличивает прочность и деоксидирует сталь; умеренный Mn в Q235 поддерживает более высокий предел прочности.
Si (кремний)	Низкий (деоксидант)	Низкий (деоксидант)	Кремний в основном является деоксидантом; поддерживается на низком уровне, чтобы избежать хрупкости.
P (фосфор)	Контролируемый низкий (примесь)	Контролируемый низкий (примесь)	P ограничен, чтобы избежать хрупкости и поддерживать прочность.
S (сера)	Контролируемый низкий (примесь)	Контролируемый низкий (примесь)	S ограничен; сульфид улучшает обрабатываемость, но ухудшает прочность и свариваемость.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Не легированы намеренно; следовые или отсутствуют	Не легированы намеренно; следовые или отсутствуют	Эти микроэлементы легирования обычно отсутствуют в стандартных Q195/Q235; их наличие указывает на другую марку (HSLA или легированная сталь).
N (азот)	Следы	Следы	Азот может присутствовать на низких уровнях; влияет на свойства в некоторых термомеханических процессах.

Как отличается стратегия легирования: - Q195: химия контролируется консервативно для максимальной формуемости и низкой стоимости. Углерод поддерживается на очень низком уровне, чтобы минимизировать риск холодного растрескивания и обеспечить легкость сгибания и штамповки. - Q235: углерод и марганец контролируются на немного более высоких уровнях, чтобы повысить предел прочности в соответствии с названием марки. Химия остается простой, что делает процессы производства и сварки более понятными.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

Микроструктура: - Обе марки, произведенные в типичной горячекатаной пластине или листе, в основном состоят из феррита и перлита. Поскольку содержание углерода низкое, феррит является доминирующей фазой, а островки перлита обеспечивают прочность. - Q195, имея более низкий углеродный эквивалент, имеет тенденцию иметь более высокую долю мягкого феррита и более мелкого перлитного содержания, что обеспечивает большую пластичность. - Q235 содержит немного больше перлита (и может иметь немного более высокую плотность дислокаций от прокатки), что обеспечивает более высокий предел прочности.

Реакция на термообработку и обработку: - Нормализация: Умеренный эффект; нормализация уточняет размер зерна и может немного увеличить прочность и прочность. Обе марки реагируют, но выгода обычно ограничена, поскольку они не легированы для закаливаемости. - Отжиг: Полный отжиг смягчит любую марку, увеличивая пластичность за счет прочности; используется, когда требуется формовка или глубокая вытяжка. - Закалка и отпуск: Обычно не применяются к этим маркам, поскольку низкая закаливаемость (из-за низкого углерода и отсутствия сильного легирования) ограничивает закаливаемость — закалка часто приводит к ограниченному количеству мартенсита и не является экономически целесообразной. - Термомеханическая обработка: Современные процессы контроля прокатки (TMCP) используются для современных сталей HSLA; стандартные Q195/Q235 обычно не обрабатываются таким образом, поэтому модификация микроструктуры по толщине ограничена.

Вкратце: обе марки легко обрабатываются в горячекатаном состоянии; ни одна из них не предназначена для закалки с помощью циклов закалки/отпуска, и обе получают наибольшую выгоду от контролируемой прокатки и нормализации, когда требуется незначительная настройка свойств.

4. Механические свойства

Следующая таблица сосредоточена на номинальных, характерных различиях. Минимальные значения предела прочности подразумеваются обозначением марки (Q = предел в МПа). Фактические свойства зависят от толщины, графика прокатки и термообработки — проверьте с сертификатом завода.

Свойство	Q195 (типично)	Q235 (типично)	Практическое значение
Предел прочности (номинальный минимум)	~195 МПа	~235 МПа	Q235 имеет более высокий гарантированный минимальный предел прочности; это основной отличительный признак для конструктивного проектирования.
Удлинение	Ниже, чем у Q235 (в зависимости от продукта)	Выше, чем у Q195 (в зависимости от продукта)	Q235 обычно показывает более высокую прочность на разрыв из-за немного более высокого углерода/марганца.
Удлинение (пластичность)	Как правило, выше	Немного ниже	Q195 обычно более пластична и прощает ошибки в операциях формовки.
Ударная вязкость	Сравнима при комнатной температуре; Q195 может быть немного лучше в холодных условиях из-за более низкого углерода	Хорошая; может быть немного менее устойчива к хрупкому разрушению в условиях очень низкой температуры	Обе марки приемлемы для общего конструктивного использования; для эксплуатации при низких температурах требуется специальная сертификация.
Твердость	Ниже	Немного выше	Q235 будет немного тверже, что немного влияет на износ и обработку.

Объяснение: - Q235 сильнее по конструкции (более высокий гарантированный предел прочности), в то время как Q195 жертвует некоторой прочностью ради формуемости. Вязкость при комнатной температуре обычно сопоставима; более низкий углерод в Q195 снижает закаливаемость и восприимчивость к хрупкому разрушению в ограниченных сварках или при очень низких температурах.

5. Свариваемость

Свариваемость зависит в первую очередь от содержания углерода, углеродного эквивалента (CE) и наличия микроэлементов легирования. Для обычных углеродных сталей, таких как Q195 и Q235, свариваемость обычно хорошая, но немного более высокий углерод и марганец в Q235 увеличивают вероятность закалки и холодного растрескивания в толстых секциях или ограниченных сварках.

Полезные формулы углеродного эквивалента (для качественной интерпретации): - Углеродный эквивалент IIW (полезен для быстрого сравнительного анализа): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Более детальный Pcm (используется в некоторых кодах для предсказания необходимости предварительного нагрева и термообработки после сварки): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Интерпретация (качественная): - Обе марки обычно имеют низкие значения $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ по сравнению с высоколегированными сталями, что указывает на хорошую свариваемость с обычными расходными материалами, низкий предварительный нагрев и простые процедуры. - Для толстых секций, ограниченных соединений или многопроходных сварок Q235 может потребовать немного больше внимания (предварительный нагрев, контролируемая температура между проходами), чем Q195 из-за более высокого углеродного эквивалента. Однако для обычных толщин пластин и строительной сварки стандартные сварочные процедуры для мягкой стали обычно достаточны. - Всегда используйте данные MTC для расчета CE или Pcm и следуйте квалификациям сварочных процедур, специфичным для кода/проекта, когда есть сомнения.

6. Коррозия и защита поверхности

• Ни Q195, ни Q235 не являются нержавеющими или коррозионно-стойкими по химическому составу. Для атмосферных или коррозионных сред требуется защита:
• Горячее цинкование (цинковое покрытие) для наружных конструкций.
• Грунтовка и краски для архитектурных или морских поверхностей.
• Облицовка или коррозионные запасы для агрессивных сред.
• PREN (эквивалентный номер сопротивления к коррозии) имеет значение только для нержавеющих сплавов и не применим к Q195/Q235. Формула PREN для нержавеющих сталей: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Для Q195/Q235 выбор защиты от коррозии определяется средой, сроком службы и стратегией обслуживания, а не внутренним легированием.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Формуемость и холодное сгибание: Q195 с более низким углеродом и более низким пределом прочности обычно легче сгибать, штамповать и формовать без растрескивания. Q235 можно формовать надежно, но может потребовать немного больших радиусов сгибания или более контролируемых операций для узких радиусов.
• Резка и обработка: Обе марки резать и обрабатывать как низкоуглеродные стали. Более высокая прочность на разрыв и немного более высокая твердость в Q235 могут немного увеличить износ инструмента; обрабатываемость остается хорошей для обеих марок.
• Пробивка и холодная обработка: Q195 более прощает ошибки в операциях с высокой деформацией; Q235 допускает типичные процессы в мастерских, но следите за пружинением и обрезкой при узких допусках.
• Финишная обработка: Обе марки принимают стандартные отделки, покраску, цинкование и свариваются с обычными расходными материалами.

8. Типичные применения

Таблица ниже обобщает общие применения и обоснование выбора.

Q195 — Типичные применения	Q235 — Типичные применения
Легкие штампованные и прессованные детали, небольшие кронштейны, корпуса, неконструктивные листовые компоненты	Общие конструктивные пластины, балки, каналы, сварные стальные рамы, мосты (некритические), строительные пластины
Декоративные или слабо нагруженные изготовленные детали, где важны низкая стоимость и формуемость	Каркасы машин, опоры, резервуары для хранения (при применении защиты от коррозии), пластины общего назначения в инженерии
Недорогие заборы, легкие перила и компоненты с значительной формовкой	Конструктивные секции и пластины, где требуется более высокий минимальный предел прочности для безопасности конструкции

Обоснование выбора: - Выбирайте Q195, когда приоритетами являются сложность формовки, низкая стоимость материала и высокая пластичность, и когда проектные нагрузки допускают более низкий предел прочности. - Выбирайте Q235, когда проект требует более высокого гарантированного предела прочности, или когда коды и конструктивные расчеты указывают минимальный предел 235 МПа (или эквивалентный).

9. Стоимость и доступность

• Стоимость: Q195 обычно немного дешевле, чем Q235, из-за его более низких требований к механическим характеристикам и более простым целям обработки. Разница варьируется в зависимости от рыночных условий и толщины/формы.
• Доступность: Q235 чаще всего имеется в наличии и указывается для конструктивных приложений, поэтому он часто более доступен в стандартных пластинах, секциях и катушках. Q195 доступен, но чаще встречается в товарных низкокачественных листах и специфических линейках продуктов.
• Формы продукции: Обе марки широко доступны в виде горячекатаной пластины, листа и катушки. Для тяжелых секций или сертифицированных конструктивных продуктов Q235 чаще предлагается с признанной документацией по инспекции и испытаниям завода.

10. Резюме и рекомендации

Резюме таблицы (качественное):

Аспект	Q195	Q235
Свариваемость	Очень хорошая (легче из-за низкого углерода)	Очень хорошая (немного выше CE; следите за толстыми секциями)
Баланс прочности и вязкости	Низкий предел прочности, высокая пластичность; хорошая вязкость	Более высокий предел прочности; немного менее пластична, но надежная вязкость для типичного конструктивного использования
Стоимость	Ниже (экономично)	Умеренная (широкое рыночное принятие)

Рекомендации: - Выбирайте Q195, если: - Ваш проект акцентирует внимание на формовке, сгибании или глубокой вытяжке и не требует высокого минимального предела прочности. - Вы придаете приоритет низкой стоимости материала и простой обработке для некритических, легких компонентов. - Компонент будет использоваться в среде, где повышенная прочность не требуется, и будет применена стандартная защита от коррозии.

• Выбирайте Q235, если:
• Проект или конструктивный код указывает минимальный предел ~235 МПа или эквивалентную конструктивную сталь.
• Вам нужен баланс более высокой прочности с хорошей свариваемостью для общих конструктивных приложений, пластин и секций.
• Вы предпочитаете широко доступную марку с стандартной документацией завода для строительства или изготовления оборудования.

Заключительная заметка: Q195 и Q235 занимают пересекающиеся, но различные ниши в конструктивной и производственной работе. Для критически важных или контролируемых кодом проектов всегда подтверждайте механические и химические данные из сертификата испытаний завода, вычисляйте значения углеродного эквивалента при сварке и выбирайте защитные покрытия в соответствии с условиями эксплуатации.