Q235 против Q255 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто выбирают между Q235 и Q255 при спецификации конструкционных углеродных сталей для сварных рам, плит и секций. Решение обычно балансирует между стоимостью и легкостью обработки и необходимостью более высокой предельной прочности и эксплуатационными характеристиками (например: большей грузоподъемностью или уменьшенным размером сечения). Типичные контексты принятия решений включают сварные конструктивные элементы, общую обработку и сосуды под умеренным давлением или для хранения, где важны как прочность, так и свариваемость.

Основное техническое различие между Q235 и Q255 заключается в их проектной предельной прочности: Q255 имеет более высокий минимальный предел прочности, чем Q235. Эта цель предела приводит к тонким различиям в химическом контроле, обработке и компромиссах при выборе, которые делают два сорта часто сравниваемыми в проектировании и производстве.

1. Стандарты и обозначения

• GB (Народная Республика Китай): Q235, Q255 (национальные сорта конструкционных углеродных сталей). Эти стали обозначаются как углеродные конструкционные стали.
• Другие эквиваленты системы (функциональные, но не идентичные): Q235 часто сравнивают с ASTM A36 / EN S235JR в конструкционных приложениях, но прямое соответствие требует проверки химического состава и механических испытаний.
• Классификация: как Q235, так и Q255 являются обычными углеродными (без легирующих) конструкционными сталями, не нержавеющими, не инструментальными и не высокопрочными низколегированными (HSLA) сталями в современном понимании — хотя практика на заводе может включать микроалюминирование или контролируемую прокатку для достижения механических свойств.

Примечание: Стандарты и формы продукции различаются (плита, лента, пруток, секция); всегда указывайте точный стандарт и требуемую форму продукции в заказах на покупку.

2. Химический состав и стратегия легирования

Таблица ниже суммирует относительное содержание ключевых элементов и их роли. Эти записи описывают типичную практику на заводе и относительные уровни, а не предписанные стандартные пределы — сертификаты завода и применимый стандарт должны быть проконсультированы для контрактных значений.

Элемент	Q235 (типичный относительный уровень)	Q255 (типичный относительный уровень)	Цель / Эффект
C (Углерод)	Низкий до умеренного (контролирует прочность)	Низкий до умеренного (часто контролируется для достижения более высокой прочности без чрезмерной твердости)	Основной контроль прочности; более высокий C увеличивает прочность и закаливаемость, но снижает свариваемость и пластичность.
Mn (Марганец)	Умеренный (обезуглероживание, прочность)	Умеренный (может быть немного выше или строго контролируем для предела прочности)	Увеличивает закаливаемость и прочность; помогает компенсировать низкий C для прочности.
Si (Кремний)	Низкий (обезуглероживатель)	Низкий (обезуглероживатель)	Обезуглероживающий агент; небольшое влияние на прочность.
P (Фосфор)	Следы (содержится на низком уровне)	Следы (содержится на низком уровне)	Примесь — избыток снижает ударную вязкость, особенно при низкой температуре.
S (Сера)	Следы (содержится на низком уровне)	Следы (содержится на низком уровне)	Примесь — снижает пластичность и обрабатываемость; комбинации Mn-S влияют на морфологию сульфидов.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Обычно следы / не добавляются намеренно	Обычно следы / могут включать микроалюминирование на некоторых заводах	Когда добавляются намеренно, они контролируют закаливаемость, упрочнение зерна и прочность (микроалюминирование). Не типично для базовых Q235/Q255, если не указано.
N (Азот)	Следы	Следы	Может соединяться с Al, Ti, Nb для образования нитридов; влияет на ударную вязкость и старение.

Как легирование влияет на поведение: - Повышение C или увеличение легирования (Cr, Mo, V) увеличивает прочность и закаливаемость, но снижает свариваемость и ударную вязкость, если не компенсировать обработкой. - Mn является основным намеренным легирующим элементом в этих сортах; он балансирует прочность с формуемостью. - Микроалюминирование (V, Nb, Ti) может позволить достичь более высокого предела прочности при низком углероде, улучшая прочность без значительной потери свариваемости — если присутствует, это должно быть указано в документации завода.

3. Микроструктура и реакция на термическую обработку

Типичные микроструктуры для обоих сортов: - Микроструктуры феррит-перлита доминируют в прокатанных и нормализованных формах продукции для углеродных конструкционных сталей. - Q255, из-за своей более высокой цели предела прочности, может показывать немного большую долю перлита или более мелкий размер зерна феррита благодаря контролируемой прокатке или микроалюминированию, но базовые микроструктуры остаются феррит + перлит в нормальных коммерческих процессах.

Эффект общих маршрутов обработки: - Нормализация: уточняет зерно и может обеспечить более однородные механические свойства; используется, когда требуется лучшая ударная вязкость. - Закалка и отпуск: не типично для товарных Q235/Q255; производит мартенситные или bainitic микроструктуры с гораздо большей прочностью, но выходит за рамки нормального обозначения. - Контролируемая термомеханическая обработка (TMCP): при применении дает более мелкий размер зерна и улучшенные сочетания прочности и ударной вязкости, сохраняя углерод на низком уровне — это распространенный путь для повышения предела прочности без чрезмерного C.

Последствия: - Для рутинной обработки оба сорта обрабатываются так, чтобы обеспечить предсказуемое пластичное поведение феррит-перлита. Если требуется более высокая прочность при сохранении свариваемости, ищите версии TMCP или микроалюминированные, а не просто увеличивайте углерод.

4. Механические свойства

Ключевое гарантированное механическое различие — это предел прочности.

Свойство	Q235 (типичный)	Q255 (типичный)	Примечания
Номинальный предел прочности (минимум)	235 МПа	255 МПа	Эти номинальные значения являются проектными пределами прочности, подразумеваемыми названием сорта.
Удлинение	Умеренное; зависит от формы продукции	Немного выше или аналогично; зависит от формы продукции	Конечное удлинение зависит от толщины, прокатки и термической обработки.
Ударная вязкость	Хорошая при соответствующей обработке	Сравнимая, если обработана для ударной вязкости; может быть более консервативной при низких температурах	Испытания по Шарпи зависят от продукции и термической обработки.
Твердость	Типичная твердость конструкционной стали	Немного выше в продукции с более высоким пределом прочности	Твердость коррелирует с механическими свойствами.

Объяснение: - Q255 сильнее по проектному критерию предела прочности; в зависимости от того, как производится сталь, Q255 может достичь более высокого предела за счет микроалюминирования и контроля прокатки, а не за счет значительного повышения углерода. Когда углерод остается низким и используется микроалюминирование/TMCP, ударная вязкость и свариваемость могут оставаться приемлемыми. - Фактическая ударная вязкость и пластичность определяются больше историей обработки и примесями, чем самим сортом.

5. Свариваемость

Свариваемость углеродных сталей сильно контролируется эквивалентом углерода и местной закаливаемостью.

Общая формула эквивалента углерода (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

Другой индекс, используемый в Европе: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Качественная интерпретация: - Более низкий эквивалент углерода (CE) указывает на более низкий риск холодных трещин и сниженные требования к предварительному/последующему нагреву. - Q235, как правило, производится с низким углеродом, обычно демонстрирует отличную свариваемость для рутинных сварочных процессов (SMAW, GMAW, FCAW). - Q255, имея более высокую цель предела прочности, может производиться либо с небольшим увеличением углерода, либо другими стратегиями (контроль Mn, микроалюминирование, TMCP). Если поставщик достигает более высокого предела с помощью микроалюминирования/TMCP и сохраняет углерод на низком уровне, свариваемость остается хорошей. Если более высокий углерод используется для достижения предела, CE увеличивается, и требования к предварительному/последующему нагреву и квалифицированным сварочным процедурам становятся более критичными. - Всегда запрашивайте значения CE или Pcm в сертификате завода и следуйте применимым спецификациям сварочных процедур (WPS). Для критически сварных конструкций выполняйте рекомендации PWHT и контроль водорода по мере необходимости.

6. Коррозия и защита поверхности

• Эти сорта являются обычными углеродными сталями (не нержавеющими); коррозионная стойкость ограничена стойкостью неалюминированных углеродных сталей.
• Типичные стратегии защиты:
• Горячее цинкование для защиты от атмосферной коррозии.
• Органические покрытия (грунтовки, краски, порошковые покрытия) для инженерных систем.
• Металлургические покрытия (цинкосодержащие грунтовки, эпоксидные покрытия) в зависимости от воздействия.
• PREN (эквивалентный номер стойкости к питтингу) является индексом нержавеющей стали: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Не применимо к Q235/Q255, поскольку они не содержат достаточного количества Cr, Mo или N, чтобы быть нержавеющими.
• Если требуется коррозионная стойкость, превышающая покрытые углеродные стали, указывайте нержавеющие или коррозионно-стойкие сплавы, а не полагайтесь на Q235/Q255.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Формование/гиб: Q235 имеет очень хорошую формуемость благодаря низкому пределу прочности; Q255 можно формовать, но может потребоваться больший радиус изгиба или больше усилий в зависимости от продукции и состояния.
• Резка: Применяются те же практики; кислородная резка, лазерная, плазменная резка являются рутинными. Более твердые или высокопрочные версии могут вызвать большее износ инструмента.
• Обрабатываемость: Углеродные стали имеют умеренную обрабатываемость; сульфидные включения или варианты с хорошей обрабатываемостью (не стандарт для Q235/Q255) улучшают обрабатываемость, но могут снизить ударные свойства.
• Поверхностная отделка и последующая обработка: Оба сорта хорошо принимают сварку, сверление, нарезку резьбы и стандартные обработки поверхности; последующая термическая обработка после сварки редко требуется для типичного конструкционного использования, если не указано.

8. Типичные применения

Q235 — Типичные применения	Q255 — Типичные применения
Общие конструктивные компоненты (балки, каналы, колонны)	Конструктивные элементы, где более высокий предел прочности позволяет уменьшить вес или размер сечения
Сварные конструкции (рамы, стеллажи, корпуса)	Тяжелые рамы, краны, подъемные компоненты с более высокими проектными напряжениями
Плиты и листы для общего производства, низконагруженные резервуары	Применения, где умеренное увеличение предела прочности улучшает запас без изменения класса материала
Трубы и профили для некритического обслуживания	Детали машин, где немного более высокий предел прочности улучшает срок службы или жесткость

Обоснование выбора: - Выбирайте Q235 для широкого доступности, отличной свариваемости и самой низкой стоимости материала для обычных конструктивных компонентов. - Выбирайте Q255, когда требования проекта указывают на более высокий минимальный предел прочности, чтобы уменьшить размеры сечения, вес или прогиб, сохраняя при этом аналогичные производственные практики. Подтвердите, достигает ли поставщик более высокого предела за счет микроалюминирования/TMCP, а не за счет более высокого углерода.

9. Стоимость и доступность

• Стоимость: Q255 обычно имеет умеренную надбавку по сравнению с Q235 из-за более высоких требований к свойствам или дополнительной обработки (TMCP, микроалюминирование). Надбавка варьируется в зависимости от региона, завода и рыночных условий.
• Доступность: Q235 очень распространен и широко представлен во многих формах продукции. Q255 менее распространен, но обычно доступен от крупных заводов; доступность зависит от формы продукции (плита, рулон, пруток) и регионального производства.
• Совет по закупкам: Указывайте сертификаты механических свойств и пределы химического состава; если существует жесткое предложение, рассмотрите возможность квалификации альтернативных поставщиков или принятия эквивалентных HSLA сортов с аналогичными гарантированными свойствами.

10. Резюме и рекомендации

Атрибут	Q235	Q255
Свариваемость	Отличная (низкий C, низкий CE типичен)	Хорошая до удовлетворительной (зависит от пути к более высокому пределу; микроалюминирование/TMCP = хорошо)
Баланс прочности и ударной вязкости	Стандартный конструкционный баланс	Более высокий предел прочности; баланс зависит от обработки
Стоимость	Ниже (широко производится)	Немного выше (требование к более высокому пределу прочности или обработка)

Рекомендации: - Выбирайте Q235, если вы придаете приоритет максимальной свариваемости, легкости обработки, самой низкой стоимости материала и стандартной конструкционной производительности, где предел прочности 235 МПа соответствует проектным требованиям. - Выбирайте Q255, если проект требует более высокого минимального предела прочности (255 МПа) для уменьшения размеров сечения или увеличения грузоподъемности, и вы подтвердили, что химия и обработка поставщика достигают этого предела без чрезмерного углерода, который мог бы ухудшить свариваемость или ударную вязкость.

Итоговые рекомендации по закупкам: - Всегда запрашивайте сертификаты испытаний завода (химический состав и механические испытания), значения эквивалента углерода и детали о любом микроалюминировании или обработке TMCP. - Для сварных сборок в критическом обслуживании указывайте требуемый предварительный/последующий нагрев, контроль водорода и выполняйте квалификацию соединений, используя фактический продукт поставщика плиты/секции. - Когда требуется коррозионная стойкость, работа при высоких температурах или очень высокая ударная вязкость, рассмотрите альтернативные сорта стали или выбор легирующих добавок, а не полагайтесь исключительно на замену Q235/Q255.