Q345R против Q370R – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
Q345R и Q370R — это стали для сосудов под давлением, обозначенные в Китае, которые обычно рассматриваются при спецификации материалов для плит и оболочек для котлов, сосудов под давлением и аналогичных сварных конструкций. Инженеры и специалисты по закупкам часто взвешивают компромиссы, такие как свариваемость по сравнению с более высокой пределом текучести, прочность при низкой температуре по сравнению с затратами на изготовление и доступность в толщине плит или нормализованном состоянии.
Основное различие между ними заключается в том, что Q370R представляет собой более прочный, обновленный класс стали для сосудов под давлением, который использует усовершенствованные легирующие добавки и обработку для повышения предела текучести/прочности при растяжении, стремясь сохранить прочность и свариваемость. Поскольку обе стали применяются в схожих областях, проектировщики регулярно сравнивают их, чтобы решить, оправдывает ли более высокая структурная производительность потенциальные последствия для сварочных процедур, термообработки и стоимости.
1. Стандарты и обозначения
- GB (Китай): Q345R и Q370R идентифицируются в национальных китайских стандартах для сталей сосудов под давлением и связанных нормативных документах. Конкретные химические и механические пределы определены в GB/T и соответствующих кодах для сосудов под давлением.
- ASME / ASTM: Прямого соответствия нет; аналогичные западные классы для применения под давлением включают ASTM A516 (для углеродной стали) и различные нормализованные плиты, но сравнения следует проводить по конкретной химии и механическим результатам, а не по названию.
- EN (Европа) / JIS (Япония): Европейские и японские стандарты определяют свои собственные стали для сосудов под давлением (например, серия EN 10028 для плоских продуктов), и выбор должен быть сопоставлен по требуемым свойствам и испытаниям, а не по номинальным названиям классов.
Классификация: Оба класса Q345R и Q370R являются низколегированными углеродными сталями, предназначенными для работы в сосудах под давлением (не нержавеющие). Они попадают в широкую категорию HSLA/плиты для сосудов под давлением, при этом Q370R обычно имеет более сильный легирующий/термомеханический подход для достижения более высоких уровней текучести.
2. Химический состав и стратегия легирования
Оба класса имеют одни и те же основные элементы (C, Mn, Si, P, S), но различаются допустимыми концентрациями и добавками микроалюминирования, которые влияют на закаливаемость, упрочнение осаждением и улучшение структуры зерна.
Таблица: Типичные составные характеристики (представительные диапазоны; проверьте сертификаты поставщика для точных значений)
| Элемент | Q345R — Типичный диапазон / роль | Q370R — Типичный диапазон / роль |
|---|---|---|
| C | Низкий углерод, контролируемый для производительности сварных сосудов под давлением (например, ~≤0.20%) | Немного выше или аналогичный контроль углерода для достижения более высокого предела текучести; все еще достаточно низкий для свариваемости |
| Mn | Умеренный (деоксидирование, прочность) | Умеренный до немного более высокого для повышения прочности и закаливаемости |
| Si | Небольшой деоксидант (≤~0.35%) | Аналогично Q345R |
| P | Жесткий контроль (предел примесей) | Аналогичный или немного более жесткий контроль в некоторых спецификациях |
| S | Низкая сера для прочности | Низкая сера; контролируется аналогично |
| Cr, Ni, Mo | Как правило, минимально в Q345R; иногда небольшие добавки в специальных вариантах | Могут включать небольшие количества (следовые до низких десятых процентов) у некоторых производителей для повышения закаливаемости и прочности |
| V, Nb, Ti | Обычно отсутствуют или на очень низком уровне в основной Q345R | Варианты Q370R более вероятно будут включать микроалюминирование (V, Nb, Ti) для упрочнения осаждением и улучшения структуры зерна |
| B, N | Не является основной стратегией легирования; N контролируется | N контролируется; следовой B иногда используется в микроалюминированных сталях для контроля закаливаемости |
Примечания: - Точные химические пределы определяются поставщиком и применимым стандартом. Таблица предназначена для подчеркивания стратегий легирования: Q345R использует консервативную химию для балансировки прочности и свариваемости; Q370R обычно полагается на немного более высокое легирование и/или микроалюминирование плюс контроль обработки для достижения более высоких значений текучести при сохранении прочности.
Как легирование влияет на свойства: - Углерод увеличивает прочность и закаливаемость, но снижает свариваемость и прочность, если его слишком много. - Марганец увеличивает прочность и закаливаемость и помогает деоксидированию. - Микроалюминирование с Nb, V, Ti обеспечивает прочность за счет мелких осадков и улучшения структуры зерна, улучшая прочность без пропорционального увеличения углерода. - Небольшие добавки Cr, Mo, Ni увеличивают закаливаемость и прочность при повышенных температурах, но используются экономно в сталях для сосудов под давлением, чтобы контролировать затраты и поддерживать свариваемость.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
Типичные микроструктуры: - Q345R: Производится для получения мелкозернистой микроструктуры феррит–перлита или игольчатого феррита после контролируемой прокатки и нормализации; микроструктура выбрана для обеспечения баланса прочности и пластичности при обычных рабочих температурах. - Q370R: Достигает более высокого предела текучести за счет комбинации немного более высокого упрочнения дислокациями/растворителями и осадков микроалюминирования. Микроструктура часто состоит из более мелкого феррита с контролируемым перлитом и увеличенной долей бейнита в некоторых термомеханических процессах.
Реакция на термообработку и обработку: - Нормализация: Оба класса реагируют на нормализацию с улучшением структуры зерна и предсказуемыми механическими свойствами. Температуры нормализации должны контролироваться, чтобы предотвратить переобжиг осадков микроалюминирования в Q370R. - Закалка и отпуск: Не стандартны для этих плит сосудов под давлением (обычно производятся как нормализованные или контролируемо прокатанные), но если применяются, легирование Q370R будет сильнее влиять на закаливаемость и реакцию на отпуск, чем Q345R. - Термомеханическая контролируемая обработка (TMCP): Особенно важна для Q370R для достижения более высокой прочности с требуемой прочностью; TMCP помогает производить мелкозернистые микроструктуры и однородные свойства за счет интенсивной прокатки и ускоренного охлаждения.
4. Механические свойства
Таблица: Типичное сравнение механических свойств (представительные диапазоны; подтвердите с сертификатом)
| Свойство | Q345R — Типичный | Q370R — Типичный |
|---|---|---|
| Предел текучести (МПа) | Номинальный ~345 | Номинальный ~370 |
| Прочность на растяжение (МПа) | Типичный диапазон ~470–630 | Типичный диапазон ~500–700 |
| Удлинение (%) | Обычно ≥20 (в зависимости от толщины) | Обычно ≥17–20 (немного ниже при равной толщине) |
| Ударная прочность | Указанная ударная энергия при температуре (разработана для приемлемой прочности при низких температурах) | Нацелена на соответствие Q345R при аналогичных температурах испытаний, но иногда требует более строгого контроля |
| Твердость (HB или HRC) | Умеренная (соответствует пластинчатой стали) | Немного выше из-за добавленных механизмов прочности |
Интерпретация: - Q370R прочнее (более высокий номинальный предел текучести и более высокая прочность на растяжение) благодаря легированию и обработке. Эта более высокая прочность может сопровождаться умеренным снижением однородного удлинения и потенциально повышенной чувствительностью к термическим циклам сварки, если присутствуют элементы с высокой закаливаемостью. - Прочность является критерием проектирования для обоих классов; производители Q370R обычно контролируют состав и процесс, чтобы сохранить требования к ударной энергии, необходимые по кодам для сосудов под давлением.
5. Свариваемость
Соображения по свариваемости зависят от эквивалента углерода и закаливаемости. Два полезных индекса:
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Качественная интерпретация: - Более высокий $CE_{IIW}$ или $P_{cm}$ указывает на большую закаливаемость и более высокий риск образования мартенсита в зоне термического влияния (HAZ), увеличивая требования к предварительному нагреву/после сварочной термообработке (PWHT). - Q345R обычно имеет более низкий эквивалент углерода и, следовательно, более легкую свариваемость с обычными сварочными процедурами и меньшими требованиями к предварительному нагреву. - Q370R, из-за небольших увеличений содержания легирующих добавок и микроалюминирования, может иметь более высокий эквивалент углерода; это требует более тщательной спецификации сварочной процедуры (предварительный нагрев, температура межпроходного шва, выбор присадочного материала и иногда PWHT), чтобы избежать хрупкости HAZ или холодных трещин. - Элементы микроалюминирования (Nb, V, Ti) улучшают размер зерна и могут повысить прочность, но они также увеличивают прочность при высоких температурах и могут немного повысить меры эквивалента углерода; рекомендуется квалификация сварочной процедуры.
6. Коррозия и защита поверхности
- Оба класса Q345R и Q370R являются низколегированными не нержавеющими сталями. Они не устойчивы к коррозии по химическому составу и обычно требуют защиты поверхности для атмосферного или коррозионного обслуживания.
- Общие защиты: горячее цинкование (где это уместно для толщины и обслуживания), органические покрытия (краски, эпоксидные, полиуретановые), металлизация (распыленный цинк/алюминий) или обшивка коррозионно-стойкими сплавами, когда это необходимо.
- Формула PREN не применима (нержавеющие стали). Для нержавеющих материалов индекс PREN: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- При спецификации Q345R или Q370R для сред с риском коррозии выбор должен учитывать соответствующую систему покрытия и режим инспекции; цинкование может изменить сварочные и постобработочные процедуры.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Резка: Оба класса резаются аналогично с использованием кислородно-газового, плазменного или лазерного резания; более высокая прочность Q370R может привести к немного большему износу инструмента при обработке смежных фитингов.
- Формование/гиб: Q345R, будучи более пластичным, обычно легче формуется на тех же радиусах изгиба; Q370R требует немного больших минимальных радиусов изгиба или контролируемого изгиба, чтобы избежать трещин, особенно в более толстых плитах.
- Обрабатываемость: Повышенная прочность и микроалюминирование в Q370R могут снизить обрабатываемость и могут потребовать корректировки подач/скоростей и выбора инструмента по сравнению с Q345R.
- Термообработка и снятие напряжений: PWHT может быть обязательным по кодексу или сварочной процедуре чаще для сталей с более высокой прочностью; соответственно координируйте последовательности обработки.
8. Типичные применения
| Q345R — Типичные применения | Q370R — Типичные применения |
|---|---|
| Котлы низкого и среднего давления, резервуары, где приоритет отдается пластичности и свариваемости | Сосуды под давлением и оболочки, где желательны более высокие проектные напряжения или уменьшенная толщина плит |
| Общие конструктивные компоненты в изготовлении сварных резервуаров и сосудов низкотемпературного назначения | Применения, требующие более высоких допустимых напряжений, уменьшенного веса или более толстых секций с сохранением прочности |
| Большие, легко свариваемые плиты, где стоимость является основным ограничением | Ситуации, когда код допускает более прочные плиты для уменьшения веса или толщины материала; модернизации, требующие большей мощности без изменения геометрии |
Обоснование выбора: - Выбирайте Q345R, когда простота изготовления, проверенная свариваемость и контроль затрат являются приоритетами. - Выбирайте Q370R, когда требуются экономия веса на уровне конструкции, более высокие допустимые напряжения или более высокие проектные запасы, и когда проект может учитывать более строгие требования к сварке/изготовлению.
9. Стоимость и доступность
- Стоимость: Q370R, как правило, дороже за тонну, чем Q345R из-за более строгого контроля обработки, возможных добавок микроалюминирования и дополнительных испытаний или сертификации для достижения более жестких механических целей.
- Доступность: Q345R исторически более распространен и широко представлен на многих рынках и в различных толщинах. Доступность Q370R растет, особенно там, где коды признают стали для сосудов под давлением с высокой прочностью; однако форма продукта (толщина плиты, сертификаты) должна быть подтверждена с заводами и дистрибьюторами на ранних этапах закупки.
10. Резюме и рекомендации
Таблица: Быстрое сравнение
| Атрибут | Q345R | Q370R |
|---|---|---|
| Свариваемость | Очень хорошая (низкий CE) | Хорошая, но требует квалифицированной WPS и возможного PWHT |
| Баланс прочности и прочности | Сбалансирован для типичного обслуживания | Более высокая прочность при том же или близком уровне прочности с более строгим контролем |
| Стоимость | Ниже | Выше |
Рекомендации: - Выбирайте Q345R, если свариваемость, широкая доступность, более низкая стоимость материала и легкость в изготовлении являются основными приоритетами — например, стандартные котлы, резервуары и многие сварные детали под давлением, где достаточно стандартных допустимых напряжений. - Выбирайте Q370R, если вам нужна более высокая прочность на текучесть/растяжение для уменьшения толщины плиты, достижения более высокого проектного напряжения или оптимизации веса при сохранении ударной прочности — при условии, что вы можете реализовать квалифицированные сварочные процедуры, контролируемое изготовление и принять немного более высокую стоимость материала и обработки.
Заключительная заметка: Всегда проверяйте отчет о испытаниях на заводе производителя и применимые требования кодекса (стандарт для сосудов под давлением, пределы толщины, требуемые температуры удара) перед окончательным выбором. Квалификация сварочной процедуры и прослеживаемость материала являются обязательными для обоих классов, и они становятся более критичными по мере увеличения прочности и закаливаемости.