S235 против S275 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
S235 и S275 — это два широко используемых европейских конструкционных углеродных стали, указанные в стандартах EN. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства обычно взвешивают компромиссы между стоимостью, свариваемостью, формуемостью и прочностью при выборе между ними. Типичные контексты принятия решений включают выбор более экономичного сорта для слабо нагруженных конструкций по сравнению с немного более прочным сортом, где критически важны размер сечения, снижение веса или минимальная предельная прочность по нормативам.
Основное техническое различие между S235 и S275 заключается в их минимальной гарантированной предельной прочности: S275 имеет более высокую гарантированную прочность, чем S235. Это различие определяет выбор в несущих приложениях, но оба сорта схожи по химическому составу и обработке, поэтому другие факторы (свариваемость, ударная вязкость, доступность и защита поверхности) часто определяют окончательный выбор.
1. Стандарты и обозначения
- EN: серия EN 10025 (наиболее распространенная для S235, S275, такие как S235JR, S235J0, S235J2, S275JR и т.д.).
- ASTM/ASME: Нет прямых аналогов ASTM; сопоставимые сорта ASTM обычно указываются на основе требуемых свойств, а не прямой замены.
- JIS: Японские стандарты классифицируют конструкционные стали иначе; выбор требует соответствия по свойствам.
- GB (Китай): Стандарты GB включают конструкционные стали, аналогичные по применению, но не прямые обозначения; соответствие по механическим и химическим требованиям.
Классификация по общей семейной принадлежности стали: - И S235, и S275 являются обычными углеродными/низколегированными конструкционными сталями (не нержавеющими, не инструментальными, не высоколегированными). Некоторые варианты проката могут включать микроалюминирование (Nb, V, Ti) или термомеханическую обработку, что все равно классифицирует их как конструкционные стали (часто группируются с HSLA, когда намеренно микроалюминированы).
2. Химический состав и стратегия легирования
| Элемент | S235 (типичное содержание) | S275 (типичное содержание) |
|---|---|---|
| C (Углерод) | Низкий углерод; контролируется для свариваемости | Низкий углерод; может быть немного выше, чем у S235 |
| Mn (Марганец) | Умеренное (основной фактор прочности и закаляемости) | Умеренное; аналогичные или немного более высокие пределы для достижения целевой прочности |
| Si (Кремний) | Небольшие количества (деоксидирование) | Небольшие количества |
| P (Фосфор) | Содержится на низком уровне (примесь) | Содержится на низком уровне |
| S (Сера) | Содержится на низком уровне (примесь) | Содержится на низком уровне |
| Cr, Ni, Mo | Не легируются намеренно в стандартных сортах (возможны следы) | То же самое |
| V, Nb, Ti (микроалюминирование) | Могут присутствовать в специфических термомеханически обработанных вариантах (следы до небольшого процента) | Могут присутствовать в специфических вариантах |
| B (Бор) | Обычно не добавляется в стандартные сорта | Обычно не добавляется |
| N (Азот) | Контролируется; влияет на старение и ударную вязкость | Контролируется |
Примечания: - Сорта EN указывают максимальные пределы, которые зависят от толщины и варианта (например, JR, J0). Общая стратегия легирования — это низкоуглеродная химия с марганцем для достижения целевых значений прочности/растяжения при сохранении хорошей свариваемости и формуемости. Микроалюминирование и термомеханическая прокатка могут использоваться для повышения прочности без значительного увеличения углерода.
Как легирование влияет на поведение: - Углерод увеличивает прочность и закаляемость, но снижает свариваемость и ударную вязкость при повышении. - Марганец способствует прочности и закаляемости и противодействует хрупкости от серы. - Кремний в основном является деоксидизатором; более высокий кремний может немного увеличить прочность. - Элементы микроалюминирования (V, Nb, Ti) уточняют размер зерна и позволяют достичь более высоких предельных прочностей за счет упрочнения осаждением и контролируемой прокатки без значительного увеличения углерода.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
Типичная микроструктура: - Прокатанные и нормализованные S235 и S275 в основном имеют ферритно-перлитную микроструктуру. Размер зерна и доля перлита будут варьироваться в зависимости от скорости охлаждения и термомеханической обработки. - Термомеханически прокатанные или микроалюминированные варианты показывают более мелкие размеры зерен феррита и дисперсные карбиды/осадки (NbC, VC, TiC), обеспечивая повышенную предельную прочность при аналогичных уровнях углерода в химическом составе.
Реакция на термообработку: - Эти сорта предназначены в первую очередь для использования в прокатанном или нормализованном состоянии. Обычно они не поставляются для закалки и отпускания, если не заказаны специально как другой сорт. - Нормализация (нагрев выше критической температуры и воздушное охлаждение) уточняет размер зерна и гомогенизирует микроструктуру, улучшая ударную вязкость. - Закалка и отпуск увеличивают прочность и ударную вязкость, но это редко для стандартных спецификаций S235/S275 и может изменить соответствие требованиям EN 10025. - Термомеханически контролируемая обработка (TMCP) обычно используется для достижения более высокой прочности (например, свойства S275) с низким содержанием углерода за счет уточнения зерна и распределения микроалюминированных осадков.
4. Механические свойства
| Свойство | S235 (типичное по обозначению EN) | S275 (типичное по обозначению EN) |
|---|---|---|
| Минимальная предельная прочность (ReH) | 235 МПа (основа обозначения) | 275 МПа (основа обозначения) |
| Прочность на растяжение (Rm) | Типичный диапазон перекрывает диапазоны конструкционных сталей (например, несколько сотен МПа) | Как правило, более высокий верхний предел, чем у S235 |
| Удлинение (A) | Как правило, хорошая пластичность; удлинение обычно достаточно для формования (варьируется в зависимости от толщины) | Немного ниже удлинение при сопоставимой толщине из-за более высокой прочности, но все еще хорошая пластичность |
| Ударная вязкость | Варианты (JR, J0, J2) определяют мин. ударные энергии при заданных температурах; как правило, хорошая при комнатной температуре | Доступны аналогичные варианты по вязкости; выбор зависит от требуемой ударной температуры |
| Твердость | Низкая до умеренной твердость, типичная для конструкционных сталей; легко обрабатывается | Немного более высокая твердость в среднем из-за более высокой прочности |
Объяснение: - S275 является более прочным сортом по конструкции, поскольку его гарантированная минимальная прочность выше. Увеличение прочности часто сопровождается умеренным увеличением прочности на растяжение и небольшим снижением удлинения/формуемости, но вязкость можно сопоставить, выбрав соответствующий вариант JR/J0/J2 или используя нормализованную обработку. - Поскольку оба сорта являются низкоуглеродными, они сохраняют хорошую пластичность и ударную вязкость, когда поставляются в соответствующем состоянии.
5. Свариваемость
Ключевые факторы: - Низкое содержание углерода и легирующих элементов в S235 и S275 обычно обеспечивают хорошую свариваемость при соблюдении стандартных процедур. - Более высокая эквивалентность углерода или наличие микроалюминирующих элементов увеличивают закаляемость и потенциальную возможность холодного растрескивания; поэтому могут быть указаны температуры предварительного нагрева и межпроходного шва для более толстых сечений или для сталей с более высоким CE или Pcm.
Полезные индексы свариваемости:
- Эквивалент углерода (IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- Pcm (уменьшающий свариваемость):
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Интерпретация: - Для обоих сортов значения CE и Pcm обычно низкие по сравнению с высокопрочными легированными сталями, что указывает на простоту сварки с использованием стандартных расходных материалов и процедур. Однако, по мере увеличения толщины или при наличии микроалюминирования, CE/Pcm увеличиваются, и должны быть применены соответствующие контрольные меры при сварке (предварительный нагрев, температура межпроходного шва, термообработка после сварки, если требуется). - Укажите правильный сварочный металл, чтобы соответствовать механическим свойствам и избежать недоразмеривания критических соединений. Для циклических или чувствительных к усталости конструкций учитывайте остаточные напряжения и возможную твердость в зоне термического влияния.
6. Коррозия и защита поверхности
- S235 и S275 являются углеродными сталями, не обладающими нержавеющими свойствами; они не обеспечивают внутренней устойчивости к атмосферной или агрессивной коррозии. Стратегии защиты включают:
- Горячее цинкование для защиты от атмосферной коррозии и длительного воздействия на открытом воздухе.
- Краски и грунтовки (например, эпоксидные, полиуретановые, грунтовки, богатые цинком).
-
Местные покрытия (распыление, кисть) или металлизация для ремонта и подкраски.
-
Показатели нержавеющих сталей, такие как PREN, не применимы к не нержавеющим конструкционным сталям. Для полноты, формула PREN (используемая для нержавеющих сплавов) следующая:
$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Этот индекс не имеет значения для S235/S275, поскольку их содержание хрома, молибдена и азота очень низкое и не предназначено для обеспечения коррозионной стойкости.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Формование: Оба сорта являются пластичными и формуемыми; S235 обычно легче формовать из-за его более низкой прочности. Когда требуются жесткие радиусы, S235 может быть предпочтительным, если только проект не требует более высокой прочности S275.
- Сгибание: Упругость немного больше для S275 из-за более высокой прочности; при необходимости отрегулируйте инструменты/обратное сгибание.
- Резка и сверление: Оба легко обрабатываются плазмой, кислородно-газовыми, лазерными или механическими процессами. Износ инструмента увеличивается умеренно с увеличением прочности; отрегулируйте подачу и инструменты при переходе от S235 к S275.
- Обрабатываемость: Хорошая для обоих в нормализованном/прокатном состоянии; если используются варианты с более высокой твердостью или сильно микроалюминированные продукты, обрабатываемость может снизиться.
- Финишная обработка: Типичные требования к подготовке поверхности и грунтовке схожи; удаление брызг сварки и шлифовальные практики идентичны.
8. Типичные применения
| S235 (типичные применения) | S275 (типичные применения) |
|---|---|
| Легкие и средние конструкционные компоненты: общие строительные секции, рамы, опоры, перила, мягкие конструктивные элементы | Более тяжелые конструктивные элементы, где требуется более высокая минимальная прочность: рамы шасси, компоненты кранов, большие балки и колонны |
| Холоднокатаные секции, сварные рамы, где высокие пластичность и хорошая свариваемость являются приоритетами | Ситуации, требующие меньших сечений для той же нагрузки или где экономия веса является выгодной |
| Некритичные механические детали, сельскохозяйственное оборудование, ограждения | Механические детали средней нагрузки, несущие компоненты в инфраструктуре, где немного более высокая прочность улучшает характеристики |
Обоснование выбора: - Выбирайте S235, если приоритетом являются формование, стоимость и легкость сварки, и если требование к прочности по проекту удовлетворяется 235 МПа. - Выбирайте S275, если проектные нормы, нагрузки или оптимизация веса/сечения требуют более высокой гарантированной прочности (275 МПа), сохраняя при этом хорошую свариваемость и вязкость.
9. Стоимость и доступность
- Относительная стоимость: S275 обычно немного дороже, чем S235 из-за более высокой спецификации прочности и иногда более строгого контроля производства/процессов. Разница в цене часто умеренная на рынках проката.
- Доступность: Оба сорта широко доступны в виде плит, рулонов, прутков и конструкционных форм в большинстве рынков. S235 чрезвычайно распространен для общего конструкционного запаса; S275 также распространен, особенно в регионах или приложениях, где указывается более высокий предел прочности.
- Формы продукции: Плиты и листы различной толщины; длинные изделия (уголки, каналы) и секции; доступность по толщине и состоянию поставки (JR, J0, J2; нормализованные; TMCP) варьируется в зависимости от завода и региона.
10. Резюме и рекомендации
| Атрибут | S235 | S275 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Отличная (очень хорошая) | Очень хорошая, но немного более чувствительная при большей толщине или микроалюминировании |
| Баланс прочности и вязкости | Низкая минимальная прочность; отличная пластичность | Высокая минимальная прочность; аналогичные варианты вязкости доступны с соответствующим состоянием поставки |
| Стоимость | Как правило, ниже | Как правило, немного выше |
Рекомендации: - Выбирайте S235, если: - Минимальное требование к прочности проекта не превышает 235 МПа. - Легкость формования, более низкая стоимость и максимальная пластичность являются приоритетами. - Вам требуется наиболее широкий стандартный ассортимент для легких и средних конструкционных частей.
- Выбирайте S275, если:
- Проект требует более высокой гарантированной прочности 275 МПа для уменьшения размеров сечений или веса.
- Нужны немного более высокие свойства прочности/предельной прочности без перехода на высоколегированные стали.
- Вы предпочитаете запас прочности для конструктивных элементов, сохраняя хорошую свариваемость и вязкость при правильной обработке.
Заключительная заметка: При выборе между S235 и S275 всегда проверяйте требуемое состояние поставки (JR/J0/J2, нормализованное, TMCP), ограничения, зависящие от толщины, и любые специфические ограничения проекта (процедуры сварки, ударная температура, защита от коррозии). Соответствуйте сорт стали функциональным требованиям (нагрузка, усталость, окружающая среда), а не только цене, чтобы избежать переделок и обеспечить долгосрочную эксплуатацию.