Q235NH против Q355GNH – Состав, Термальная Обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
Q235NH и Q355GNH — это два часто указываемых китайских конструкционных стали, которые инженеры часто сравнивают при проектировании несущих, сварных или содержащих давление компонентов. Типичные контексты принятия решений включают балансировку стоимости и необходимой предельной прочности, выбор материала для требований к ударной прочности при низких температурах и решение о том, оправдано ли дополнительное микроаллоирование для повышения прочности и ударной вязкости.
Основное техническое различие заключается в том, что Q355GNH указывается и обрабатывается для обеспечения более высокой минимальной предельной прочности и, как правило, содержит микроаллоирование или более строгие контрольные процессы для улучшения прочности и ударной вязкости по сравнению с Q235NH. Поскольку обе стали являются некоррозионными конструкционными сталями, которые часто поставляются в нормализованном или термомеханически обработанном состоянии, их напрямую сравнивают, когда инженеры должны учитывать свариваемость, ударную вязкость при низкой температуре, формуемость и стоимость материала.
1. Стандарты и обозначения
- Общие справочные стандарты:
- Китай: GB/T 700 (общие углеродные конструкционные стали); GB/T 1591 (низколегированная высокопрочная конструкционная сталь); GB/T 232 (горячекатаные листы/плиты) и связанные национальные стандарты, которые охватывают нормализованные и ударные варианты.
- Международное соответствие: нет точного 1:1 эквивалента ASTM/EN, но Q235 ≈ углеродные низколегированные стали (например, семейство A36/A283), а Q355 ≈ стали HSLA нижнего диапазона в EN (семейство S355) и высокопрочные конструкционные стали ASTM.
- Стандарты JIS и EN могут использоваться для сравнительного проектирования, но не переименовывают Q-градации.
- Классификация:
- Q235NH: Углеродная конструкционная сталь (нормализованный, ударный вариант).
- Q355GNH: Низколегированная/высокопрочная конструкционная сталь (степень с более высокой прочностью, мелкозернистая или контролируемая обработка, обозначенная "G", нормализованный, ударный вариант).
2. Химический состав и стратегия легирования
Таблица ниже показывает типичные диапазоны состава, часто упоминаемые в технических паспортах поставщиков и национальных стандартах. Эти значения являются ориентировочными; всегда подтверждайте с сертификатами завода или конкретной версией стандарта.
| Элемент | Типичный Q235NH (вт%) | Типичный Q355GNH (вт%) |
|---|---|---|
| C (Углерод) | ~0.12–0.20 | ~0.12–0.22 |
| Mn (Марганец) | ~0.30–1.40 | ~0.50–1.60 |
| Si (Кремний) | ≤0.35 (типично) | ≤0.50 (типично) |
| P (Фосфор) | ≤0.045 (макс) | ≤0.035–0.045 (макс) |
| S (Сера) | ≤0.045 (макс) | ≤0.045 (макс) |
| Cr (Хром) | ≤0.30 (если присутствует) | Часто ≤0.30; может быть немного выше в некоторых спецификациях |
| Ni (Никель) | Следы до отсутствия | Следы до низкого (иногда присутствует) |
| Mo (Молибден) | Не типично | Следы (возможны в специфических вариантах) |
| V, Nb, Ti (Микроаллоирование) | Как правило, отсутствует | Может содержать микроаллоирование (V, Nb, Ti) в вариантах Q355 для уточнения зерна и повышения прочности |
| N (Азот) | Контролируемый (для ударной вязкости) | Контролируемый (для ударной вязкости) |
Примечания: - Q235NH по сути является низкоуглеродной, низколегированной сталью, предоставляемой в нормализованном и ударном состоянии; состав сохраняется простым для максимизации пластичности и свариваемости. - Q355GNH обычно нацелен на более высокую предельную прочность за счет умеренного увеличения углерода и марганца и/или контролируемых добавок микроаллоирования (V, Nb, Ti) и термомеханической обработки для уточнения размера зерна и улучшения ударной вязкости без прибегания к высокому содержанию легирующих элементов.
Как легирование влияет на характеристики: - Углерод увеличивает прочность и твердость, но значительно снижает свариваемость и пластичность. - Марганец увеличивает закаливаемость и прочность на разрыв и способствует дегазации. - Элементы микроаллоирования (Nb, V, Ti) образуют мелкие осадки, которые закрепляют границы зерен, увеличивают предельную прочность за счет упрочнения осадками и улучшают ударную вязкость при правильной обработке. - Сера и фосфор поддерживаются на низком уровне, чтобы избежать хрупкости и плохих характеристик усталости/сварки.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
Типичные микроструктуры: - Q235NH: Микроструктура феррит-перлита после нормализации. Нормализация уточняет размер зерна по сравнению с прокатанным материалом и улучшает изотропную ударную вязкость по сравнению с ненормализованными горячекатанными сталями. - Q355GNH: Мелкозернистый феррит с более высоким содержанием закаленного бейнита или низкотемпературного перлита в зависимости от обработки. Если микроаллоировано и термомеханически контролируемо, Q355GNH может демонстрировать более уточненный, однородный размер зерна феррита с мелкими карбидными или карбонидными осадками.
Эффекты термообработки и обработки: - Нормализация (воздушное охлаждение из аустенита): Оба сорта выигрывают от нормализации для гомогенизации микроструктуры и улучшения ударной вязкости — обозначается "N" в градации. - Термомеханическая прокатка (контролируемая прокатка): Чаще используется для вариантов Q355 для достижения более высокой прочности и ударной вязкости за счет уточнения зерна и упрочнения осадками без значительного увеличения содержания углерода. - Закалка и отпуск: Обычно не применяются к Q235NH; варианты Q355, предназначенные для еще более высокой прочности, могут быть доступны в закаленных и отпущенных условиях в других товарных линиях, но это изменяет обозначение градации и ожидания цепочки поставок.
Практическое значение: - Q235NH легко термообрабатывать (нормализовать) и предсказать микроструктуру (феррит-перлит). - Q355GNH реагирует на более строгий контроль процессов и микроаллоирование; та же термообработка может обеспечить более высокую предельную прочность и лучшую ударную вязкость при низких температурах благодаря уточненным зернам и осадкам.
4. Механические свойства
Следующая таблица обобщает типичные диапазоны механических свойств, обычно ассоциируемых с двумя сортами; подтвердите контрактные материалы по сертификату.
| Свойство | Q235NH (типично) | Q355GNH (типично) |
|---|---|---|
| Минимальная предельная прочность (Rp0.2) | ~235 МПа (основа наименования) | ~355 МПа (основа наименования) |
| Прочность на разрыв (Rm) | ~370–500 МПа | ~490–630 МПа |
| Удлинение (A) | Более высокая пластичность; например, ≥20–26% (варьируется в зависимости от толщины) | Ниже удлинение, чем у Q235NH; например, ≥18–22% (варьируется в зависимости от толщины) |
| Ударная вязкость | Указывается как ударная вязкость по Шарпи при заданной температуре; нормализован для хорошей ударной вязкости | Часто указывается для более низких температур; улучшенная ударная вязкость за счет микроаллоирования/контроля процессов |
| Твердость | Ниже (легче обрабатывается/формуется) | Выше (увеличенная прочность; умеренное увеличение твердости) |
Интерпретация: - Прочность: Q355GNH является более прочным материалом по замыслу, с существенно более высокой минимальной предельной прочностью и более высоким диапазоном прочности на разрыв. - Ударная вязкость: При правильной обработке и испытаниях на ударную вязкость оба сорта могут соответствовать требованиям к ударной вязкости; Q355GNH часто требует более тщательной обработки, чтобы гарантировать, что ударная вязкость не будет скомпрометирована более высокой прочностью. - Пластичность/формуемость: Q235NH, как правило, более пластична и прощает ошибки в операциях формовки.
5. Свариваемость
Свариваемость зависит от углеродного эквивалента и закаливаемости, а также от микроаллоирования и толщины.
Полезные эмпирические формулы: - Углеродный эквивалент (IIW), обычно используемый для оценки свариваемости: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Предсказанный индекс холодного растрескивания $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Качественная интерпретация: - Q235NH: Низкий углерод, ограниченное легирование — обычно отличная свариваемость с низкими требованиями к предварительному подогреву для обычных толщин и сниженный риск холодного растрескивания, вызванного водородом. - Q355GNH: Более высокий Mn и возможное микроаллоирование увеличивают закаливаемость; это может повысить $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ относительно Q235NH, сигнализируя о большей необходимости внимания к предварительному подогреву, температуре между проходами и контролю водорода при сварке толстых секций. Рекомендуются правильные спецификации сварочных процедур и квалификация. - Микроаллоирование увеличивает прочность, но также может увеличить склонность к образованию локальных жестких зон в зоне термического влияния сварки, если термические циклы не контролируются.
6. Коррозия и защита поверхности
- Обе стали Q235NH и Q355GNH являются углеродными (или низколегированными) сталями; они не являются нержавеющими и, следовательно, требуют защитных мер для открытых условий.
- Общие стратегии защиты: горячее цинкование, цинкосодержащие грунтовки, эпоксидные или полиуретановые покрытия, катодная защита для погруженных конструкций и соответствующая подготовка поверхности.
- PREN (эквивалентный номер сопротивления к коррозии) не применим к этим некоррозионным сталям. Для нержавеющих сплавов индекс, $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ имеет значение; не актуален для Q-градаций без значительного содержания Cr/Mo/N.
Примечания по выбору коррозии: - Обработки поверхности увеличивают стоимость, но могут значительно продлить срок службы; более толстые покрытия или цинкование распространены для конструктивных элементов, подверженных воздействию погоды. - Для атмосферных или брызгующих зон рассмотрите возможность цинкования или дуплексных систем (цинк + краска).
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Резка: Оба сорта легко резать пламенем или плазмой; резка кислородом и топливом распространена для более толстых плит. Q355GNH может требовать немного большей энергии или более медленных параметров резки из-за более высокой твердости.
- Формование и изгиб: Q235NH имеет превосходные характеристики формуемости и упругости; Q355GNH можно формовать, но требует более строгих правил радиусов изгиба и более контролируемых параметров процесса, чтобы избежать растрескивания.
- Обрабатываемость: Низкое содержание углерода в Q235NH обеспечивает хорошую обрабатываемость. Q355GNH, будучи более прочным и возможно микроаллоированным, может быть несколько более абразивным для инструмента и требовать более медленных подач/скоростей резания.
- Обработка поверхности: Оба сорта принимают типичные обработки поверхности; практики шлифовки и доводки до и после сварки схожи, но Q355GNH может демонстрировать более высокую твердость в зонах термического влияния.
8. Типичные применения
| Q235NH (распространенные применения) | Q355GNH (распространенные применения) |
|---|---|
| Общие конструктивные элементы (балки, каналы), где важны экономия и формуемость | Конструктивные элементы, требующие более высокой грузоподъемности или уменьшенной толщины сечения (мосты, краны, тяжелые рамы) |
| Поддержки трубопроводов, некритичные части под давлением, где требуется нормализованное состояние и ударная вязкость | Сварные конструкции, подверженные динамическим нагрузкам или где необходима экономия веса (офшорные платформы, рамы тяжелой техники) |
| Собранные компоненты с обширным формованием/сваркой | Компоненты, указанные для гарантированной минимальной предельной прочности ~355 МПа и ударных свойств при низких температурах |
Обоснование выбора: - Выбирайте Q235NH, когда приоритетом в производстве является формование, экономическая эффективность и хорошая свариваемость. - Выбирайте Q355GNH, когда требуется снижение веса конструкции, более высокие проектные напряжения или более высокий коэффициент безопасности по предельной прочности, и когда контроль производства может гарантировать ударную вязкость.
9. Стоимость и доступность
- Стоимость: Q235NH, как правило, дешевле за тонну, чем Q355GNH из-за более простой химии и меньших требований к обработке. Q355GNH обычно дороже из-за более строгих контрольных процессов, более высокого уровня прочности и возможных добавок микроаллоирования.
- Доступность: Оба сорта широко доступны в виде плит, рулонов и конструктивных секций на рынках, где хранятся китайские сорта. Доступность по толщине, ширине и сертифицированным уровням ударных испытаний зависит от поставщика — варианты Q235, как правило, более широко доступны.
Совет по закупкам: - Явно указывайте требуемые механические испытания, температуры ударных испытаний и сертификаты испытаний завода; разница в цене может быть компенсирована снижением затрат на обработку (тонкие сечения) при выборе более прочного сорта.
10. Резюме и рекомендации
| Категория | Q235NH | Q355GNH |
|---|---|---|
| Свариваемость | Очень хорошая (низкий CE) | Хорошая до умеренной (высокий CE; может потребоваться больше контроля сварки) |
| Баланс прочности и ударной вязкости | Умеренная прочность, высокая пластичность/ударная вязкость | Более высокая прочность с инженерной ударной вязкостью за счет обработки |
| Стоимость | Ниже | Выше |
Рекомендации: - Выбирайте Q235NH, если вам нужна отличная формуемость и свариваемость, более низкая стоимость материала, и ваши проектные нагрузки могут быть удовлетворены материалом с предельной прочностью ~235 МПа. - Выбирайте Q355GNH, если ваш проект требует более высокой минимальной предельной прочности (≈355 МПа), потенциально позволяет уменьшение толщины сечений для экономии веса, и ваши процессы обработки могут учитывать несколько более строгие требования к сварке и формованию для сохранения ударной вязкости.
Заключительная заметка: Всегда получайте и проверяйте сертификат испытаний завода для поставляемой плиты или секции. Указывайте требуемую температуру ударных испытаний и уровни приемлемости в документах на закупку, и подтверждайте квалификацию сварочных процедур при переходе от Q235NH к Q355GNH в производстве.