Q235 против Q345 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

Q235 и Q345 — это два наиболее широко используемых конструкционных стали в Китае и в международных цепочках поставок, где специфицируются китайские изделия. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто сталкиваются с выбором между ними, балансируя стоимость, свариваемость, формуемость и требования к прочности в эксплуатации. Типичные контексты принятия решений включают выбор материала для строительства колонн и балок, прессовых рам, подъемных устройств и сварных конструкций, где необходимо учитывать предел прочности, ударную вязкость при низкой температуре и легкость обработки.

Основное техническое различие заключается в том, что Q345 является конструкционной сталью более высокого класса прочности, чем Q235, благодаря своей легирующей и микроалюминиевой стратегии; это обеспечивает более высокий уровень проектного предела текучести при сохранении приемлемой вязкости и свариваемости в большинстве форм продукции. Поскольку оба сорта используются для аналогичных конструкционных приложений, прямые сравнения состава, реакции на обработку, механических свойств и поведения при обработке определяют, какой сорт оптимален для данного применения.

1. Стандарты и обозначения

• GB/T (Китай): Q235 и Q345 определены в GB/T 700 (общие конструкционные стали) и GB/T 1591 (низколегированные высокопрочные конструкционные стали для вариантов Q345).
• ASTM/ASME: Нет прямых эквивалентных названий сортов; сопоставимые группы включают ASTM A36 (аналогично Q235 по многим свойствам) и различные низколегированные сорта ASTM (для уровней прочности, аналогичных Q345).
• EN (Европа): Конструкционные стали, такие как S235JR (примерно сопоставимо с Q235) и S355 (примерно сопоставимо с Q345), обслуживают аналогичные категории прочности.
• JIS (Япония): Сорта конструкционных сталей JIS не являются эквивалентными один к одному; сравнения следует проводить по механическим и химическим требованиям, а не по названию сорта.

Классификация: - Q235: Углеродная конструкционная сталь (низкоуглеродная обычная углеродная сталь). - Q345: Низколегированная конструкционная сталь / HSLA (высокопрочная низколегированная) с контролируемым микроалюминированием и более строгими пределами примесей.

2. Химический состав и стратегия легирования

Таблица ниже показывает типичные диапазоны состава и примечательные особенности легирования. Точные пределы варьируются в зависимости от стандартного подтипа (например, Q235A/B/C/D/E и Q345A/B/C/D/E) и толщины продукта.

Элемент	Q235 (типичный вес%)	Q345 (типичный вес%)	Примечания
C	0.14–0.22	0.10–0.20	Q345 часто имеет немного более низкое номинальное содержание углерода для улучшения свариваемости; прочность достигается за счет Mn и микроалюминирования.
Mn	0.30–1.40	1.00–1.60	Более высокий Mn в Q345 повышает прочность на растяжение и предел текучести и способствует закаляемости.
Si	0.10–0.35	0.10–0.50	Si является деоксидизатором; небольшое влияние на прочность.
P	≤0.045 (тип.)	≤0.035–0.045	Низкое содержание P в вариантах Q345 улучшает вязкость.
S	≤0.045 (тип.)	≤0.045	Содержится в низком количестве в обоих, чтобы избежать хрупкости.
Cr	следы	следы–малое (≤0.30)	Может присутствовать в следовых количествах в партиях Q345.
Ni	следы	следы	Не является целевым легирующим элементом в стандартных Q235/Q345.
Mo	следы	следы	Mo может присутствовать в микроалюминированных вариантах или специальных партиях.
V, Nb, Ti	следы / микроалюминирование не типично для Q235	≤0.05 (микроалюминирование)	Q345 обычно использует микроалюминирование (Nb, V, Ti) в некоторых подтипах для повышения предела текучести за счет упрочнения зерна и осаждения.
B	следы	следы	Очень низкое, если присутствует; может влиять на закаляемость на уровне ppm.
N	следы	следы	Контролируется для влияния на свариваемость и прочность в микроалюминированных сталях.

Как легирование влияет на свойства: - Увеличение Mn и контролируемое микроалюминирование (Nb, V, Ti) в Q345 повышают предел текучести, уточняют размер зерна и улучшают вязкость без пропорционального увеличения углерода. - Низкое содержание углерода в обоих сортах поддерживает свариваемость, в то время как микроалюминирование и немного более высокий Mn в Q345 увеличивают закаляемость и предел текучести. - Сера и фосфор ограничены в обоих, чтобы минимизировать хрупкость и улучшить вязкость.

3. Микроструктура и реакция на термическую обработку

Типичные микроструктуры после прокатки: - Q235: Преобладающая микроструктура феррит–перлит после горячей прокатки. Низкое содержание углерода создает относительно мягкую, пластичную матрицу с ограниченным упрочнением от перлита. - Q345: Феррит–перлит с более мелким размером зерна и иногда дисперсными осадками микроалюминирования (NbC, V(C,N), TiN), которые упрочняют за счет осаждения и уточнения зерна.

Реакция на термическую обработку: - Отжиг/нормализация: Оба сорта реагируют на нормализацию уточнением зерна и умеренной корректировкой прочности; Q345 получает больше преимуществ, потому что осадки микроалюминирования контролируют рост зерна. - Закалка и отпуск: Оба могут быть закалены и отжаты, но Q345 более податлив к более высоким уровням прочности с меньшим содержанием углерода, потому что микроалюминирование и Mn увеличивают закаляемость. Отпуск после закалки обеспечивает баланс вязкости и прочности. - Термомеханическая контрольная обработка (TMCP): Широко используется для Q345 для достижения мелкозернистой микроструктуры и улучшенной вязкости при более низких уровнях легирования. Q235 обычно использует традиционную горячую прокатку с меньшей выгодой от TMCP для прочности.

Вывод: Легирование и современные технологические маршруты Q345 позволяют достичь более высокого предела текучести при сопоставимой вязкости, с лучшим контролем свойств по толщине, чем у обычного Q235.

4. Механические свойства

Таблица ниже показывает типичные минимальные значения или диапазоны; точные значения зависят от подтипа, толщины и термической обработки.

Свойство	Q235 (типичный)	Q345 (типичный)
Предел текучести (МПа)	~235 (минимально заданный)	~345 (минимально заданный)
Прочность на растяжение (МПа)	~375–500	~470–630
Удлинение (% в 50 мм)	≥20–26	≥18–22
Ударная вязкость (Charpy V-notch)	Варьируется; адекватна при комнатной температуре; ограниченная низкотемпературная вязкость, если не указано	Как правило, лучшая низкотемпературная вязкость в TMCP/Q345 вариантах; часто указывается при −20 °C
Твердость (HB)	Нижний диапазон, зависит от продукта	Высший диапазон, но все еще умеренный (предназначен для сварки)

Интерпретация: - Q345 является более прочным сортом с точки зрения минимального предела текучести и прочности на растяжение, благодаря стратегии легирования и микроалюминирования. - Q235, как правило, более пластичен в состоянии после прокатки; Q345 предлагает благоприятное соотношение прочности к весу с конкурентоспособной пластичностью и улучшенной вязкостью при правильной обработке. - Ударная вязкость должна быть указана для низкотемпературной эксплуатации; варианты Q345, произведенные с помощью TMCP, часто демонстрируют превосходную вязкость при субкомнатных температурах.

5. Свариваемость

Свариваемость зависит от содержания углерода, углеродного эквивалента и наличия микроалюминирующих элементов. Полезные индексы:

• Международный институт сварки углеродный эквивалент: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

Качественная интерпретация: - Q235 обычно имеет более низкий $CE_{IIW}$ из-за скромного содержания Mn и низкого C; это обеспечивает отличную общую свариваемость с низкими требованиями к предварительному нагреву для тонких сечений. - Q345 имеет более высокий Mn и содержит микроалюминирующие элементы, которые немного увеличивают $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$, поэтому контроль температуры предварительного нагрева и межпроходной температуры может быть более важным для более толстых сечений, чтобы избежать холодных трещин и трещин, вызванных водородом. - Микроалюминирующие элементы в Q345 повышают закаляемость локально; спецификации сварочных процедур (WPS) должны учитывать толщину, тепловую нагрузку и контроль водорода. - Использование электродов с низким содержанием водорода, контролируемой тепловой нагрузки и соответствующей предварительной/послесварочной термической обработки (PWHT), где это необходимо, будет поддерживать целостность сварки для обоих сортов.

6. Коррозия и защита поверхности

• Ни Q235, ни Q345 не являются нержавеющими сталями; коррозионная стойкость соответствует низколегированной обычной углеродной стали.
• Распространенные методы защиты: горячее цинкование, электроцинкование, органические покрытия (краски, порошковые покрытия) и коррозионные запасы в проектировании.
• Для атмосферных или легких химических воздействий обычно практикуется цинкование плюс покраска.

PREN (для нержавеющих сплавов) не применим к этим ненержавеющим конструкционным сталям, но для полноты: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Этот индекс не имеет смысла для Q235/Q345, поскольку уровни Cr, Mo и N слишком низки, чтобы обеспечить пассивную коррозионную стойкость.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Формуемость: Q235 более формуем для холодной гибки, прокатки и глубокого вытягивания из-за его более низкого предела текучести и более высокой пластичности. Для изгибов с малым радиусом или обширной формовки Q235 требует меньших усилий и показывает меньше проблем с пружинением.
• Обрабатываемость: Оба сорта достаточно обрабатываемы; более прочный Q345 может сократить срок службы инструмента и потребовать немного больших усилий при резке. Обрабатываемость также зависит от содержания серы (сорта с легким резанием различаются).
• Резка и пробивка: Q235, как правило, легче резать и пробивать. Q345 может потребовать более прочного инструмента и больших усилий, но все еще может обрабатываться с использованием стандартного оборудования для обработки.
• Обработка поверхности: Оба сорта принимают традиционную отделку; предварительная обработка для цинкования и покрытия такая же.

8. Типичные применения

Применения Q235	Применения Q345
Общие конструкционные секции (уголки, каналы, двутавры) в зданиях, где доминируют пластичность и низкая стоимость	Конструкционные компоненты, требующие более высокого предела текучести или уменьшенной толщины сечения для той же нагрузки (мосты, краны, тяжелое оборудование)
Легкая обработка, рамы, кронштейны, общие листовые работы	Прессовые рамы, тяжелые сварные конструкции, морские платформы (где требуются более высокая прочность и вязкость)
Трубы для систем низкого давления, ограждения, заборы	Сварные конструкции, подверженные более высоким статическим или динамическим нагрузкам; основания машин и тяжелые подъемные приспособления
Компоненты, где требуется обширная формовка или обработка, и чувствительность к стоимости высока	Применения, оптимизирующие соотношение веса к прочности, или где более толстые сечения все еще должны соответствовать критериям вязкости

Обоснование выбора: - Выберите Q235 для простых конструкционных элементов и изготовленных частей, где стоимость и формуемость являются основными факторами. - Выберите Q345, когда требуются более высокие допустимые напряжения, уменьшенная толщина сечения или улучшенная вязкость при умеренных дополнительных затратах.

9. Стоимость и доступность

• Q235, как правило, дешевле за тонну, чем Q345 из-за более простой химии и меньших требований к контролю обработки.
• Q345 стоит дороже из-за более строгого химического контроля, добавок микроалюминирования и более продвинутой обработки (TMCP) для обеспечения стабильных свойств.
• Доступность: Оба сорта широко доступны в виде листов, рулонов, прутков и секций; Q235 повсеместно используется для товарных конструкционных запасов, в то время как Q345 может потребовать спецификации для определенных подтипов или толщин на некоторых рынках.
• Совет по закупкам: Укажите точный подтип, диапазон толщины и требуемые механические/ударные свойства, чтобы избежать путаницы и обеспечить предсказуемые цены и сроки поставки.

10. Резюме и рекомендации

Резюме таблицы (качественное):

Атрибут	Q235	Q345
Свариваемость	Отличная; обычно прощает ошибки	Очень хорошая, но может потребовать дополнительного контроля предварительного нагрева на толстых сечениях
Прочность–вязкость	Умеренная прочность, высокая пластичность	Более высокий предел текучести и прочности на растяжение с хорошей вязкостью (особенно TMCP)
Стоимость	Ниже	Выше
Формуемость	Лучше для сильной формовки	Достаточная, но требует больше усилий/инструментов

Заключительные рекомендации: - Выберите Q235, если: ваш проект приоритизирует экономическую эффективность и обширную холодную формовку или простую сварную обработку для конструкционных приложений при комнатной температуре, где стандартные уровни предела текучести (~235 МПа) являются достаточными. - Выберите Q345, если: вам нужны более высокие проектные пределы текучести и прочности на растяжение для уменьшения толщины сечения или веса, требуется улучшенная вязкость (особенно при субкомнатных температурах) или вы специфицируете сварные конструкции, которые выигрывают от микроалюминирования HSLA и листов, обработанных TMCP.

Заключительная заметка: Всегда указывайте конкретный стандартный подтип (например, Q235B против Q345C) и требуемые механические/свойственные сертификаты при написании спецификаций на закупку. Для сварных, толстых или низкотемпературных приложений включите явные требования к энергии удара Charpy, термической обработке и квалификациям сварочных процедур, чтобы гарантировать, что выбранный сорт соответствует требованиям в эксплуатации.