Q235A против Q235B – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
Q235A и Q235B — это два часто указываемых класса из семейства углеродных конструкционных сталей Q235 по китайскому стандарту GB/T 700. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто выбирают между ними для конструктивных компонентов, плит и прокатных секций, где важны базовая прочность, свариваемость и стоимость. Типичные сценарии выбора балансируют свариваемость и легкость формования против ударной вязкости и пригодности для эксплуатации при низких температурах.
Основное практическое различие между этими двумя классами заключается в контроле ударной вязкости и соответствующей практике металлургии: один класс производится и поставляется без установленного требования к низкотемпературному ударному воздействию и, следовательно, может быть изготовлен с менее строгими практиками дегазации/контроля кислорода; другой класс указывается для демонстрации минимальной ударной энергии при определенной температуре, что требует как контроля плавления/дегазации, так и инспекции. Из-за этой разницы Q235B обычно обрабатывается для достижения более стабильной ударной вязкости, чем Q235A, и предпочтителен там, где требуется сопротивление ударам.
1. Стандарты и обозначения
- Основные стандарты и перекрестные ссылки:
- GB/T 700 — китайский национальный стандарт для горячекатаной низкоуглеродной конструкционной стали (определяет серию Q235).
- Общие международные аналоги для общего понимания: ASTM A36 (конструкционная), EN S235 (конструкционные стали), JIS G3101 SS400 (Япония). Примечание: это приблизительные функциональные эквиваленты, а не прямые химические/механические соответствия.
- Классификация материала:
- Q235A и Q235B — это обычные низкоуглеродные конструкционные стали (не легированные углеродные стали). Они не являются ни нержавеющими, ни HSLA в современном смысле высокопрочных низколегированных сталей, ни инструментальными сталями.
2. Химический состав и стратегия легирования
| Элемент | Типичный контроль (руководство GB/T 700; проконсультируйтесь с сертификатом завода) |
|---|---|
| C (углерод) | ≤ 0.22 (номинальное содержание низкого углерода; основной вкладчик прочности) |
| Mn (марганец) | ≤ 1.40 (помощь в прочности и дегазации; ограничения на хрупкое поведение) |
| Si (кремний) | малое (дегазатор; типично следы до нескольких десятых процента) |
| P (фосфор) | ≤ 0.045 (примесь — поддерживается на низком уровне, чтобы избежать хрупкости) |
| S (сера) | ≤ 0.045 (примесь — контролируется для сохранения ударной вязкости и обрабатываемости) |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B | Не легированы намеренно в стандартных классах Q235; обычно присутствуют только в виде следовых остатков (специфично для завода) |
| N (азот) | Контролируется на низком уровне; не является намеренным легирующим элементом |
Примечания: - Семейство Q235 предназначено для низкоуглеродной, низколегированной конструкционной стали. Легирование намеренно минимально, чтобы сохранить низкую стоимость и обеспечить хорошую свариваемость и формуемость. - Наличие марганца и кремния на контролируемых уровнях поддерживает прочность на растяжение и дегазацию. Микролегирование (V, Nb, Ti) не является характеристикой Q235 — если оно присутствует в коммерческом материале, то обычно на остаточных уровнях. - Для любого проекта всегда подтверждайте фактический химический сертификат от завода, так как значения варьируются в зависимости от формы продукта и производителя.
Как легирование влияет на свойства: - Углерод увеличивает прочность, но снижает свариваемость и пластичность по мере увеличения содержания; низкий углерод Q235 сохраняет хороший баланс. - Марганец увеличивает закаливаемость и прочность на растяжение, но чрезмерный Mn может увеличить восприимчивость к трещинам. - Дегазаторы (Si, Al, Mn) и путь дегазации (ободранный, полумертвый, мертвый) влияют на популяцию включений и внутреннюю пористость; это, в свою очередь, влияет на ударную вязкость и характеристики сварки.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
- Типичная микроструктура: Прокатанные стали Q235 производят преимущественно ферритную матрицу с полигональным ферритом и некоторым перлитом, что отражает их низкое содержание углерода. Микроструктура прощает обычные операции холодной формовки и сварки.
- Эффекты обработки:
- Нормализация: Производит более однородную ферритно-перлитную структуру, умеренно уточняя размер зерна и улучшая согласованность ударной вязкости. Обычно не требуется для стандартного Q235.
- Закалка и отпуск: Не типично или экономично для Q235; эти стали не предназначены для термообработки для увеличения прочности.
- Термо-механическая обработка: Контролируемая прокатка и ускоренное охлаждение могут уточнить зернистую структуру и увеличить ударную вязкость; такие подходы смещают материал к семействам высокопрочных конструкционных сталей, что не является типичной практикой Q235.
- Специфические микроструктурные последствия для классов:
- Q235A: С более свободными требованиями к ударной вязкости и потенциально менее строгой дегазацией, он может демонстрировать большее разнообразие в содержании включений и локализованной ударной вязкости.
- Q235B: Производится для соответствия требованиям к ударной энергии при 0°C, поэтому заводы обычно применяют мертвые или низкооксидные практики и контроль процесса для достижения согласованной микроструктуры и меньшего количества вредных дефектов, что приводит к лучшей ударной вязкости.
4. Механические свойства
| Свойство | Q235A (типично) | Q235B (типично) |
|---|---|---|
| Предельная прочность (номинальная) | 235 МПа (основа для названия класса) | 235 МПа |
| Прочность на растяжение (типично) | ~370–500 МПа (зависит от толщины/процесса) | ~370–500 МПа (аналогичный диапазон) |
| Удлинение (A%) | ~20–26% (варьируется в зависимости от толщины) | ~20–26% (аналогично или немного лучше при низкой температуре) |
| Ударная вязкость | Не указано стандартом для A; варьируется по заводу | Указано при 0°C (обычно минимальная ударная вязкость по Шарпи V-образного выреза, например, ~27 Дж) |
| Твердость | Типичный диапазон твердости мягкой стали; не является основным показателем | Похожа на Q235A при аналогичной обработке |
Объяснение: - Оба класса имеют одну и ту же номинальную целевую предельную прочность (235 МПа). Прочность на растяжение и удлинение сильно зависят от толщины и практик прокатки, а не только от суффикса A/B. - Q235B требуется соответствовать минимальной ударной энергии при заданной температуре (обычно 0°C). Это требование к испытаниям приводит к тому, что материал Q235B имеет более стабильную ударную вязкость, чем Q235A. - Q235A может быть механически эквивалентен при статической нагрузке, но менее контролируем для сопротивления ударам при низких температурах.
5. Свариваемость
Свариваемость для низкоуглеродных сталей обычно хорошая; как Q235A, так и Q235B считаются легко свариваемыми с использованием стандартных сварочных материалов и общих процессов сварки. Ключевые моменты:
- Содержание углерода низкое (C ≤ 0.22), что способствует хорошей свариваемости и низким требованиям к предварительному нагреву для типичных толщин.
- Закаливаемость низкая; поэтому риск образования твердых, хрупких термически измененных зон ограничен по сравнению с высокоуглеродными сталями.
- Дегазация и остаточные элементы влияют на поглощение водорода и содержание включений; контроль производства Q235B для соответствия испытаниям на ударную вязкость, как правило, снижает размер включений и дефекты, связанные с кислородом, что может значительно улучшить свариваемость в терминах устойчивости к трещинам и ударной вязкости термически измененных зон.
Полезные индексы свариваемости (интерпретировать качественно): - Эквивалент углерода для IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Более низкий $CE_{IIW}$ подразумевает более легкую свариваемость с уменьшенной необходимостью в предварительном/последующем нагреве. - Международный параметр $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - $P_{cm}$ используется для оценки восприимчивости к холодным трещинам; типичные классы Q235 дают низкие значения и не подвержены холодным трещинам, вызванным водородом, при нормальных практиках.
Интерпретация: Оба класса обычно дают низкие значения $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$, поскольку они низкоуглеродные и минимально легированные. Более низкий остаточный кислород и меньшие включения Q235B могут обеспечить немного лучшую ударную вязкость термически измененных зон и меньшую восприимчивость к хрупкости, вызванной сваркой, особенно в ограниченных или низкотемпературных условиях.
6. Коррозия и защита поверхности
- Q235A и Q235B — это обычные углеродные стали (не нержавеющие). Они полагаются на покрытия и меры проектирования для защиты от коррозии.
- Типичные стратегии защиты:
- Горячее цинкование для длительного наружного воздействия.
- Защитные краски и грунтовки (эпоксидные, полиуретановые) в промышленных условиях.
- Обработки поверхности (холодная прокатка/пескоструйная обработка) для улучшения адгезии покрытия.
- Индексы коррозии нержавеющей стали, такие как PREN, не применимы к классам Q235, поскольку они содержат незначительное количество хрома, молибдена или азота для формирования пассивной пленки. $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Этот индекс имеет значение только для нержавеющих сплавов и, следовательно, не имеет смысла для Q235.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Формуемость: Низкое содержание углерода и пластичная ферритная матрица делают оба класса легкими для изгиба, прокатки и формования для плит и секций. Лучшая ударная вязкость Q235B может снизить риск трещин на краях при формовании узких радиусов или при работе при низких температурах.
- Обрабатываемость: Стали Q235 хорошо обрабатываются с использованием стандартного инструмента; классы обрабатываемости варьируются незначительно между A и B, если не присутствуют специфические остаточные элементы. Скорости резания и подачи должны соответствовать практике мягкой стали.
- Финишная обработка: Качество поверхности определяется прокаткой и травлением. Практики производства Q235B для соответствия испытаниям на ударную вязкость могут обеспечить немного лучшую внутреннюю прочность и согласованность поверхности для сварки и финишной обработки.
8. Типичные применения
| Q235A – Типичные применения | Q235B – Типичные применения |
|---|---|
| Общие конструктивные компоненты, где риск удара низкий: некритические кронштейны, рамы, строительные секции, детали легкого оборудования | Конструктивные элементы, требующие минимальной ударной вязкости при низкой температуре или где указаны испытания на удар: определенные компоненты мостов, ограждения, сварные рамы, подверженные более холодному климату |
| Лист и плита для изготовления, где стоимость является основным фактором, а воздействие удара ограничено | Сварные конструктивные сборки, где важна предсказуемая ударная вязкость (инженеры, указывающие, требуют испытанного материала) |
| Общие низкозатратные прокатные секции и профили | Конструктивные плиты и профили, где покупатель требует приемлемости по Шарпи V-образного выреза при 0°C |
Обоснование выбора: - Выбирайте Q235A, если стоимость и доступность преобладают, а условия эксплуатации не накладывают требований к низкотемпературному ударному воздействию. - Выбирайте Q235B, если код или применение требуют продемонстрированного уровня ударной энергии (обычно при 0°C) или если требуется улучшенная вязкость из-за потенциального удара или напряжения на вырезе.
9. Стоимость и доступность
- Стоимость: Оба класса имеют экономически выгодные цены по сравнению с легированными сталями. Q235A обычно является наименее дорогим, поскольку избегает дополнительных процессов и испытаний, необходимых для гарантии ударной производительности. Q235B имеет умеренную надбавку, чтобы отразить контролируемую дегазацию, обработку и испытания на удар.
- Доступность по форме продукта: Плиты, горячекатаные рулоны, листы и конструктивные секции из Q235 широко доступны у отечественных и международных поставщиков. Q235B может быть немного менее распространен в некоторых толщинах или отделках продукта из-за ограничений по испытаниям, но остается легко доступным от крупных заводов.
- Сроки поставки: Дополнительные испытания и сертификация для Q235B могут добавить незначительное время ожидания по сравнению с Q235A — учитывайте это в графиках закупок, когда требуется сертификация удара.
10. Резюме и рекомендации
| Атрибут | Q235A | Q235B |
|---|---|---|
| Свариваемость | Отличная (стандартный низкий углерод) | Отличная; немного улучшенная ударная вязкость термически измененных зон из-за практики дегазации |
| Баланс прочности и вязкости | Хороший для общего использования; согласованные статические свойства | Лучше контролируемая ударная вязкость; та же номинальная предельная прочность |
| Стоимость | Ниже (меньше процессов контроля/испытаний) | Умеренная надбавка за испытания и обработку |
Рекомендации: - Выбирайте Q235A, если ваше применение — это общие конструктивные работы, где не требуется сопротивление ударам при низкой температуре, вам нужен наиболее экономичный материал, и стандартная свариваемость и формуемость достаточны. - Выбирайте Q235B, если проект или код требуют минимальной ударной энергии при примерно 0°C или когда вы хотите более строгую уверенность в ударной вязкости и внутренней прочности (для сварных конструкций, компонентов, подверженных умеренному удару, или эксплуатации в более холодном климате).
Заключительная заметка: Q235A и Q235B имеют одинаковую базовую химию и номинальный уровень прочности, но различаются в проверке ударной вязкости и связанных с ней контролях металлургии. Всегда указывайте требуемую температуру и энергию испытания на удар (или принимайте сертификацию поставщика) и подтверждайте химические и механические испытательные отчеты от завода перед закупкой или критической обработкой.