Q215 против Q235 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
Q215 и Q235 — это два широко используемых китайских сорта мягкой/углеродной стали, применяемых в строительстве, производстве и общем машиностроении. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто сталкиваются с дилеммой выбора между более дешевыми, легко обрабатываемыми сталями и немного более прочными альтернативами, которые позволяют создавать более легкие конструкции или обеспечивать более узкие эксплуатационные допуски. Типичные контексты принятия решений включают балансировку стоимости и необходимой предельной прочности, выбор стали для сварных конструкций по сравнению с холодной формовкой и оценку ударной вязкости для работы при низких температурах.
Основное практическое различие между двумя сортами возникает из-за различий в химическом составе — наиболее заметно углерода и марганца — и того, как эти различия влияют на номинальную предельную прочность и чувствительность к обработке. Поскольку обе стали являются не легированными, коммерчески производимыми углеродными сталями, предназначенными для формовки, сварки и структурного использования, их часто сравнивают при выборе материалов, оптимизации затрат и планировании производства.
1. Стандарты и обозначения
- GB/T (Китай): Q215, Q235 (общие национальные стандартные обозначения для конструкционных горячекатаных сталей).
- ISO/EN эквиваленты: Нет прямого эквивалента ISO, но Q235 часто функционально сопоставим с EN S235JR в структурных приложениях.
- ASTM/ASME: Нет прямого эквивалента; выбор обычно основывается на механических свойствах, а не на точном обозначении.
- JIS: Нет прямого эквивалента; соответствие по прочностным/предельным свойствам и химическим пределам.
- Классификация: Оба сорта Q215 и Q235 являются обычными углеродными конструкционными сталями (низкоуглеродными сталями), не легированными, не инструментальными и не нержавеющими сталями. Они не считаются HSLA, если не подвергнуты термомеханической обработке с микроаллоированием.
2. Химический состав и стратегия легирования
Оба сорта намеренно просты в химическом составе. Типичные коммерческие составы представлены в виде диапазонов или верхних пределов, а не точных фиксированных значений. В таблице ниже перечислены обычно упоминаемые пределы элементов или типичные диапазоны для Q215 и Q235; обратитесь к конкретному сертификату анализа завода и применимому стандарту (например, GB/T 700) для критически важных значений контракта.
| Элемент | Q215 (типичный / предел) | Q235 (типичный / предел) |
|---|---|---|
| C (углерод) | ≈ 0.10–0.18 мас.% (нижний максимум, чем у Q235) | ≈ 0.12–0.22 мас.% (немного более высокий максимум) |
| Mn (марганец) | ≈ 0.30–0.60 мас.% | ≈ 0.30–0.80 мас.% |
| Si (кремний) | ≈ 0.02–0.30 мас.% | ≈ 0.02–0.30 мас.% |
| P (фосфор) | ≤ 0.035 мас.% (макс. типичный) | ≤ 0.035 мас.% (макс. типичный) |
| S (сера) | ≤ 0.035 мас.% (макс. типичный) | ≤ 0.035 мас.% (макс. типичный) |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N | Обычно ≤ следы/ppm (не преднамеренные добавки) | Обычно ≤ следы/ppm (не преднамеренные добавки) |
Как легирование влияет на свойства: - Углерод: Увеличивает прочность и твердость, но снижает пластичность и свариваемость по мере увеличения углерода; также повышает закаливаемость. - Марганец: Обезуглероживатель и укрепляющий элемент; умеренные увеличения улучшают прочность на растяжение/предельную прочность и противодействуют хрупкости, вызванной серой. - Кремний: Обезуглероживание и небольшое увеличение прочности. - Остаточные элементы и микроаллоирование (V, Nb, Ti) — не типично для обычных Q215/Q235 — увеличивают прочность за счет упрочнения осаждением и уточняют размер зерна, если присутствуют в контролируемых количествах.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
Типичные микроструктуры для обоих сортов после обычной горячей прокатки и воздушного охлаждения представляют собой смеси феррита и перлита: - Q215: Немного более высокая доля мягкого феррита и более крупного перлита из-за низкого содержания углерода; как правило, более пластична. - Q235: Немного более высокая доля перлита и более мелкое межслоистое расстояние, если углерод и Mn находятся на более высоких пределах; проявляет немного более высокие прочности на растяжение и предельные прочности.
Реакция на термообработку: - Отжиг/нормализация: Оба сорта реагируют предсказуемо; нормализация уточняет зернистую структуру и может умеренно увеличить прочность и вязкость по сравнению с состоянием после прокатки. - Закалка и отпуск: Не типично для этих сортов — из-за низкого содержания углерода закаливаемость ограничена; жесткие циклы закалки/отпуска дают ограниченные преимущества по сравнению со сталями средней углеродности. - Термомеханическая обработка / микроаллоирование: Когда стали семейства Q2xx легированы микроаллоированием и термомеханически обработаны, они могут достичь повышенной прочности с сохранением вязкости, но это отдаляет материал от стандартной классификации Q215/Q235.
4. Механические свойства
Ниже представлено типичное сравнение в обычно упоминаемых диапазонах. Фактические значения зависят от формы продукта (плита, лист, рулон), толщины и сертификата завода.
| Свойство | Q215 (типичный) | Q235 (типичный) |
|---|---|---|
| Предельная прочность (Rp0.2) | ~215 МПа (основание номинального обозначения) | ~235 МПа (основание номинального обозначения) |
| Прочность на растяжение | ≈ 340–470 МПа | ≈ 370–500 МПа |
| Удлинение (A50 мм или A5) | ≈ 20–26% | ≈ 20–28% |
| Ударная вязкость (Charpy V-образный, если указано) | Переменная; обычно достаточная для работы при обычных температурах; ниже, чем у Q235 при эквивалентной обработке, если углерод выше | Лучшая низкотемпературная вязкость при аналогичной обработке, но зависит от толщины и термообработки |
| Твердость | Относительно низкая (HB ≤ ~140 типично) | Относительно низкая, но немного выше, чем у Q215 |
Кто сильнее, прочнее или более пластичен? - Прочность: Q235 имеет более высокую предельную прочность и, как правило, является более прочной из двух. - Пластичность и вязкость: Q215, с более низким содержанием углерода, как правило, немного более пластична и легче поддается формовке; вязкость сильно зависит от обработки и может не отличаться значительно для многих деталей, изготовленных в цехе. - Компромисс: Небольшие различия в углероде и марганце приводят к умеренным (~10% класс) различиям в предельной и прочности на растяжение; выбор зависит от того, позволяет ли этот запас уменьшить вес или размер сечения или требуется ли большая формуемость.
5. Свариваемость
Свариваемость в значительной степени определяется эквивалентом углерода и остаточным содержанием легирующих элементов. Для обычных углеродных сталей, таких как Q215/Q235, содержание углерода и уровень марганца являются доминирующими факторами. Два часто используемых эмпирических индекса:
-
Эквивалент углерода IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Международный институт сварки Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Интерпретация (качественная): - Более низкие значения $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ указывают на более легкую свариваемость с меньшим риском водородного холодного растрескивания и меньшими требованиями к подогреву. - Q215, как правило, демонстрирует немного лучшую свариваемость, чем Q235, из-за более низкого содержания углерода, что снижает закаливаемость и восприимчивость к мартенситным микроструктурам в ЗАЗ (зоне термического влияния). - На практике оба сорта хорошо свариваются с использованием общих процессов сварки (SMAW, GMAW, FCAW, SAW), при условии соблюдения правильного контроля подогрева/межпроходного контроля, выбора расходных материалов и контроля водорода для толщин и уровней ограничения, которые в противном случае могут способствовать растрескиванию.
6. Коррозия и защита поверхности
- Ни Q215, ни Q235 не являются нержавеющими; атмосферная коррозионная стойкость аналогична и ограничена. Стратегии защиты включают покраску, порошковую окраску, оцинковку (горячее или электроцинкование) или металлургические обработки поверхности (например, цинковая ламелла).
- При указании оцинковки учитывайте толщину и последовательность изготовления (предварительная оцинковка или пост-цинковка сварочных швов).
- PREN (эквивалентный номер стойкости к питтингу) используется только для нержавеющих сталей и не применим для Q215/Q235: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Для Q215/Q235 коррозионный запас в проектировании и соответствующие покрытия являются основными мерами предотвращения.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Холодная формовка/гиб: Q215 (низкий углерод) немного легче холодной формовки и имеет немного большее удлинение при сопоставимых толщинах; Q235 можно формовать, но может потребоваться больший радиус изгиба для той же толщины.
- Обрабатываемость: Оба сорта обычно обрабатываемы; более высокое содержание углерода и марганца в Q235 придают немного большую прочность и могут незначительно увеличить износ инструмента. Обрабатываемость зависит больше от состояния термообработки и содержания серы, чем от небольшого различия между этими сортами.
- Резка/термические процессы: Плазменная резка, кислородно-газовая резка и лазерная резка работают одинаково; следите за закаливанием краев в условиях очень быстрого охлаждения.
- Финишная обработка поверхности: Оба сорта принимают покраску, оцинковку и покрытие; позиции сварки и постсварочные обработки ведут себя аналогично.
8. Типичные применения
| Q215 — Типичные применения | Q235 — Типичные применения |
|---|---|
| Недорогие конструкционные элементы для некритических нагрузок, легкие рамы, сельскохозяйственное оборудование, общая обработка, где максимальная прочность не требуется | Конструкционная сталь для зданий, мостов, легких стальных конструкций, сварных конструктивных секций, где немного более высокая предельная прочность является преимуществом |
| Холодноформованные секции с высокими требованиями к формуемости | Механические детали, где небольшое увеличение прочности позволяет снизить вес |
| Декоративные и окрашенные компоненты | Стальные плиты и профили общего назначения, где указаны стандартизированные уровни прочности |
Обоснование выбора: - Выбирайте Q215, когда приоритетами являются формуемость, более низкая стоимость и достаточная прочность для некритических конструкций. - Выбирайте Q235, когда проект требует более высокой предельной/прочности на растяжение для уменьшения размера сечения или веса, при этом сохраняя хорошую свариваемость и формуемость.
9. Стоимость и доступность
- Стоимость: Q215, как правило, немного дешевле, чем Q235 из-за немного более низкого содержания углерода/марганца и связанных с этим процессов. Ценовой дифференциал небольшой и часто затмевается рыночными ценами на сталь и формой продукта (плита, рулон).
- Доступность: Оба сорта обычно имеются в наличии на складах и у дистрибьюторов в виде листов, плит и рулонов. Q235 часто более распространен в инженерных стандартах и может иметь более широкую доступность в сертифицированных конструкционных плитах и прокатных секциях.
10. Резюме и рекомендации
| Критерий | Q215 | Q235 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Очень хорошая — немного лучше из-за более низкого углерода | Очень хорошая — немного выше CE, если Mn/C близки к верхним пределам |
| Баланс прочности и вязкости | Ниже номинальной прочности, немного выше пластичности | Выше номинальной предельной и прочности на растяжение, сопоставимая вязкость при правильной обработке |
| Стоимость | Немного ниже | Немного выше, но широко доступна |
Заключительные рекомендации: - Выбирайте Q215, если вашими приоритетами являются максимальная формуемость, минимальная стоимость материала для некритических конструктивных частей или когда процессы обработки включают обширную холодную формовку и гибку. - Выбирайте Q235, если ваш проект требует более высокой предельной прочности для уменьшения размера или веса элементов, или для соответствия стандартным конструкционным спецификациям, где более высокая номинальная предельная прочность упрощает соблюдение и проектные допуски.
Заключительная заметка: Всегда проверяйте сертификаты испытаний завода и подтверждайте механические и химические свойства для конкретной партии поставки и формы продукта. Для критически важных сварных, низкотемпературных или чувствительных к усталости приложений указывайте соответствующие испытания на вязкость, процедуры сварки и любые необходимые постсварочные термообработки или подогрев в зависимости от толщины и ограничения.