Q235B против Q235C – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
Q235 — это семейство китайских стандартных низкоуглеродистых конструкционных сталей, широко используемых в общем машиностроении и строительстве. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто выбирают между подкатегориями, такими как Q235B и Q235C, при балансировке стоимости, свариваемости и прочности в эксплуатации. Типичные контексты принятия решений включают сварные конструктивные компоненты, машинные рамы и детали, подверженные воздействию низких температур или ударных нагрузок.
Основное практическое различие между Q235B и Q235C заключается в требуемом уровне ударной вязкости при заданных условиях испытаний: Q235C имеет более высокий класс ударной прочности, чем Q235B, и обычно выбирается там, где требуется улучшенная прочность или работа при низких температурах. Химически оба класса очень похожи; различие в основном заключается в испытаниях и квалификации (а иногда и в контроле процессов), чтобы достичь этой прочности.
1. Стандарты и обозначения
- Китайский стандарт: GB/T 700 — здесь определяется семья Q235. Подкатегории A, B, C, D, E указывают на постепенно более строгие требования к испытаниям на удар и/или различные допустимые температуры испытаний и контроля процессов.
- Международные эквиваленты/сопутствующие спецификации:
- ASTM/ASME: нет прямого эквивалента, но Q235 часто сравнивают с ASTM A36 (конструкционная углеродная сталь) по механическим свойствам и применениям.
- EN (Европа): аналогичное использование с конструкционными сталями S235, но существуют различия в составе и испытаниях.
- JIS (Япония): нет прямого эквивалента; использование и категоризация различаются.
- Классификация материала: Варианты Q235 — это обычные углеродные конструкционные стали (не нержавеющие, не легированные в высоколегированном смысле, не HSLA по строгим современным определениям). Они используются как углеродные конструкционные стали общего назначения.
2. Химический состав и стратегия легирования
| Элемент | Типичный диапазон / комментарий (семья Q235) |
|---|---|
| C (углерод) | ≤ 0.22% (контролирует прочность и свариваемость) |
| Mn (марганец) | ≤ 1.40% (прочность, закаливаемость, дегазация) |
| Si (кремний) | ≤ 0.35% (дегазатор; незначительный эффект на прочность) |
| P (фосфор) | ≤ 0.035% (контроль примесей; влияет на прочность) |
| S (сера) | ≤ 0.035% (контроль примесей; обрабатываемость) |
| Cr (хром) | Не указан или следы (обычно ≤ 0.30% остатка) |
| Ni (никель) | Не указан или следы (обычно ≤ 0.30% остатка) |
| Mo (молибден) | Не указан или следы |
| V, Nb, Ti, B | Микролегирование не характерно для Q235; обычно отсутствует или на следовых уровнях |
| N (азот) | Остаточный; контролируется для предотвращения хрупкости |
Примечания: - Q235B и Q235C имеют по сути одинаковые пределы химического состава по GB/T 700; ключевые различия заключаются в испытаниях на удар и квалификации процессов для обеспечения прочности. Небольшие остаточные элементы или намеренное микролегирование не являются стандартом для Q235, но могут встречаться в вариантах или специализированных продуктах. - Стратегия легирования: Q235 — это низкоуглеродная стратегия, придающая приоритет свариваемости и формуемости над увеличением прочности за счет легирования. Низкий углерод поддерживает низкий углеродный эквивалент, улучшая свариваемость и минимизируя закаливаемость.
3. Микроструктура и реакция на термическую обработку
Микроструктура: - Стали Q235 в состоянии прокатки обычно показывают микроструктуру феррит–перлит: мягкая ферритная матрица с островками перлита, контролирующими прочность. - Соотношение феррита и перлита и размер зерна зависят от графика прокатки, скорости охлаждения и любых термомеханических процессов.
Реакция на термическую обработку: - Классы Q235 в основном поставляются в горячекатаном или нормализованном состоянии. Они не предназначены для значительного упрочнения закалкой и отпуском, поскольку их химия и размеры сечений ограничивают закаливаемость. - Нормализация может немного уточнить размер зерна и гомогенизировать микроструктуру, умеренно улучшая прочность. - Закалка и отпуск обычно не применяются к Q235 для рутинного производства, поскольку низкий углерод и отсутствие легирующих элементов ограничивают достижимую твердость и могут быть экономически нецелесообразными; вместо этого выбираются стали с более высокой прочностью, когда требуются свойства закалки/отпуска. - Варианты термомеханической контролируемой обработки (TMCP) могут предлагаться некоторыми заводами для улучшения прочности и уточнения микроструктуры без химических изменений; такие технологические маршруты могут обеспечить прочность класса Q235C без изменения состава.
Сравнение: - Микроструктурно Q235C, как правило, подвергается дополнительному контролю процессов или более низким конечным температурам прокатки/охлаждения для достижения более мелкозернистого феррит–перлита и лучшей ударной производительности по сравнению со стандартным Q235B. Основные фазы остаются ферритом и перлитом в обоих классах.
4. Механические свойства
| Свойство | Q235B (типично) | Q235C (типично) | Примечания |
|---|---|---|---|
| Предельная прочность (Rp0.2 / ReH) | ≈ 235 МПа (проектная предельная прочность) | ≈ 235 МПа | Обозначение “235” указывает на минимальный номинальный уровень предельной прочности |
| Удлинение (A) | ≥ ~20–26% (в зависимости от толщины) | ≥ ~20–26% | Сравнимая пластичность; Q235C может показывать немного лучшее удлинение в некоторых поставках с завода |
| Ударная вязкость (качественная) | Соответствует требованиям ударной прочности класса B | Соответствует более строгим требованиям ударной прочности класса C | Q235C специфицируется и тестируется на более высокую ударную энергию при заданной температуре |
| Твердость | ~120–160 HB (типично, горячекатаная) | ~120–160 HB | Твердость схожа; результат низкоуглеродной химии |
Интерпретация: - Прочность (предельная/растяжимая) по сути одинакова: обе являются номинальными сталями с предельной прочностью 235 МПа. Практическое механическое различие заключается в ударной вязкости при заданных условиях испытаний — Q235C контролируется на более высокие требования к прочности. - Пластичность и твердость значительно пересекаются; контроль процессов и толщина влияют на значения больше, чем буква подкатегории во многих случаях.
5. Свариваемость
Свариваемость благоприятна для семьи Q235 из-за низкого содержания углерода и низкого углеродного эквивалента (CE). Использование формул углеродного эквивалента помогает оценить риск холодного растрескивания и требования к предварительному нагреву.
Общие индексы свариваемости: - Международный институт сварки углеродный эквивалент: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Более комплексный Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Качественная интерпретация: - Для обоих Q235B и Q235C, $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ обычно низкие из-за ограниченного содержания C и легирующих элементов, что указывает на хорошую свариваемость с обычными сварочными материалами и стандартными процедурами. - Более высокие требования к прочности Q235C незначительно увеличивают содержание углерода; однако этапы процесса, используемые для обеспечения прочности (например, более мелкое зерно, уменьшенные включения), могут влиять на локальную закаливаемость. На практике процедуры сварки Q235C схожи с Q235B, но инженеры могут применять немного более консервативный предварительный нагрев или контроль межпроходного шва при сварке более толстых сечений или там, где необходимо сохранить ударную прочность в термически обработанной зоне. - Всегда проводите квалификацию сварки и учитывайте проектирование соединений, сварочные расходные материалы и потребности в термической обработке после сварки для критических конструкций.
6. Коррозия и защита поверхности
- Классы Q235 — это обычные углеродные стали и не являются коррозионно-стойкими, как нержавеющие стали. Они требуют защиты поверхности для открытых применений.
- Общие стратегии защиты:
- Горячее цинкование для долгосрочной атмосферной защиты.
- Органические покрытия (краски, порошковые покрытия) для архитектурных или мягких условий.
- Масляные или временные покрытия для краткосрочной защиты во время хранения/транспортировки.
- PREN (эквивалентный номер устойчивости к питтингу) не применим к Q235, поскольку PREN используется для оценки аустенитных нержавеющих сталей: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- Для членов семьи Q235, коррозионные запасы, спецификация системы покрытия и планы инспекции являются правильными контролями проектирования, а не легирующей химией.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Формуемость: Отличная формуемость и холодная гибка характерны для сталей Q235 из-за низкого углерода и однородной микроструктуры феррит–перлит. Возврат и утончение следуют обычным паттернам низкоуглеродной стали; процедуры прессования применяются для мягкой стали.
- Обрабатываемость: Q235 ведет себя как обычные мягкие стали; обрабатываемость умеренная. Более высокие версии серы (не стандартные в Q235) улучшают разрушение стружки, но могут снижать прочность.
- Резка/лазер/плазма: Стандартные процессы резки и термической обработки легко применяются; зоны термического воздействия легко контролируются.
- Различия между Q235B и Q235C: минимальны для формовки и обработки. Более прочная микроструктура Q235C может улучшить сопротивление хрупкому разрушению во время формовки, особенно при низких температурах.
8. Типичные применения
| Q235B — Типичные применения | Q235C — Типичные применения |
|---|---|
| Общие конструктивные элементы (балки, каналы, плиты) для зданий и общего машиностроения | Конструктивные элементы и компоненты, предназначенные для немного более высокой прочности или работы при низких температурах (рамы, шасси, компоненты для холодных климатов) |
| Собранные машинные рамы, сварные сборки, резервуары при комнатной температуре | Сварные конструкции с ожидаемыми ударными нагрузками или где квалификационные испытания требуют более высокой прочности |
| Холодноформованные секции, круглые сварные трубы, общая сборка | Компоненты, где испытанная на заводе ударная производительность (уровень C-класса) обеспечивает дополнительную уверенность для динамических или ударных нагрузок |
| Сельскохозяйственное оборудование, некритичные детали машин | Материал для подрядчиков, специфицирующих ударно-испытанный материал для улучшенной устойчивости к эксплуатации |
Обоснование выбора: - Выбирайте Q235B для стандартных конструктивных приложений, где приоритетами являются производительность при комнатной температуре, легкость в закупке и экономическая эффективность. - Выбирайте Q235C для изделий, которые должны продемонстрировать более высокую ударную энергию или, вероятно, будут подвергаться динамическим нагрузкам или условиям низкой температуры, которые приближаются к пределам спецификации испытаний.
9. Стоимость и доступность
- Q235B является наиболее распространенной и широко доступной подкатегорией; это обычно самый дешевый вариант в семье Q235, поскольку он производится по стандартной практике горячей прокатки без дополнительной квалификации прочности.
- Q235C может иметь умеренную надбавку, отражающую дополнительные процессы контроля, испытания или критерии выбора, требуемые заводами для удовлетворения более высоких требований к ударной энергии.
- Доступность по форме продукта: оба класса широко доступны в виде горячекатаных плит, рулонов, конструкционных секций и свариваемых труб. Спецификация Q235C иногда может привести к более длительным срокам поставки, если заводам необходимо провести дополнительные испытания на удар или произвести специфические термомеханические обработки.
10. Резюме и рекомендации
| Критерий | Q235B | Q235C |
|---|---|---|
| Свариваемость | Отличная (низкий CE) | Отличная (низкий CE); аналогичные процедуры; может потребоваться тщательный контроль HAZ в критических сварках |
| Баланс прочности и прочности | Стандартная конструкционная прочность | Улучшенная ударная прочность при специфицированных условиях (большая уверенность против хрупкого разрушения) |
| Стоимость | Ниже / наиболее экономично | Немного выше (премия за испытания/обработку) |
Рекомендация: - Выбирайте Q235B, если вам нужна экономически эффективная, широко доступная конструкционная сталь для сварных и формованных компонентов при комнатной температуре, где стандартная ударная производительность является достаточной. - Выбирайте Q235C, если деталь будет подвергаться ударным нагрузкам, низким рабочим температурам или контрактно требуемой сертификации на удар; специфицируйте Q235C, когда важна более высокая гарантированная прочность, даже если химический состав остается по сути тем же.
Заключительная заметка: Для критических конструкций всегда проверяйте полный сертификат испытаний завода, указывайте требуемую температуру и энергию испытания на удар, а также подтверждайте квалификацию сварочных процедур и инспекцию после изготовления, чтобы гарантировать, что поставляемый материал соответствует требованиям проекта.