S235JR против S275JR – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

S235JR и S275JR — это два наиболее часто указываемых европейских конструкционных углеродных сталей, используемых в листах, листах и прокатных профилях. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства регулярно сталкиваются с дилеммой выбора между ними: балансируя стоимость и легкость обработки с необходимостью более высокой прочности и проектных запасов. Типичные контексты принятия решений включают выбор стали для сварных несущих конструкций, экономичной обработки, где формовка и покраска являются основными защитами, или когда незначительные увеличения прочности могут уменьшить размер и вес профиля.

Основное техническое различие между этими марками заключается в установленной минимальной предельной прочности (числовой идентификатор марки), что определяет различные проектные решения: S275JR обеспечивает более высокую минимальную предельную прочность, чем S235JR, при сохранении аналогичной химии и основных технологических процессов. Поскольку они принадлежат к одной группе низколегированных, не нержавеющих сталей по стандарту EN 10025, их часто сравнивают в конструкционном проектировании и производстве по их компромиссам в прочности, ударной вязкости, свариваемости и стоимости.

1. Стандарты и обозначения

• EN: Обе марки S235JR и S275JR определены в EN 10025-2 (нелегированные конструкционные стали).
• ISO: Соответствующие идентификаторы ISO/EN часто перекрестно ссылаются; описания эквивалентов ISO отражают классы минимальной предельной прочности.
• ASTM/ASME: Эти марки не имеют прямых одноименных названий ASTM; аналогичные низкоуглеродные конструкционные стали в практике ASTM доступны, но язык спецификации и критерии приемки различаются.
• JIS/GB: Японские (JIS) и китайские (GB) стандарты предоставляют сопоставимые конструкционные углеродные стали, но прямые эквиваленты требуют проверки механических и химических критериев приемки.
• Классификация: Обе марки S235JR и S275JR являются обычными углеродными/низколегированными конструкционными сталями (не нержавеющими, не инструментальными сталями, не высокопрочными низколегированными (HSLA) с значительным микроаллоированием), обычно группируются как конструкционные углеродные стали.

2. Химический состав и стратегия легирования

Таблица: Типичный химический состав (приблизительные диапазоны; проконсультируйтесь с EN 10025 и сертификатами поставщика для точных значений — значения варьируются в зависимости от толщины и условий поставки)

Примечания: - Эти стали намеренно имеют низкое содержание углерода и низколегированного содержания для сохранения свариваемости и формуемости. Точные максимумы зависят от толщины и конкретной таблицы EN; поставщики выдают сертификаты испытаний на прокат (MTC), в которых фиксируются измеренные значения. - Стратегия легирования: обе марки используют подход "низкого углерода" с контролируемым содержанием марганца и кремния для обезуглероживания. Они избегают значительных добавок Cr, Mo, Ni или микроаллоидных элементов в стандартных версиях, сохраняя низкими закаляемость и эквивалент углерода.

Как легирование влияет на свойства: - Углерод увеличивает прочность и закаляемость, но снижает свариваемость и ударную вязкость при повышении; обе марки сохраняют низкое содержание углерода для сохранения ударной вязкости и легкости сварки. - Марганец способствует закаляемости и прочности на растяжение и ограничен для поддержания ударной вязкости. - Кремний функционирует как обезуглероживатель и немного увеличивает прочность. - Фосфор и сера контролируются для минимизации хрупкости и горячей хрупкости; их максимумы допускаются только на низких уровнях.

3. Микроструктура и реакция на термическую обработку

Типичная микроструктура: - Микроструктуры S235JR и S275JR в состоянии после производства (нормализованные/прокатанные) состоят в основном из феррита и перлита. Относительная доля перлита немного увеличивается с повышением содержания углерода и марганца, поэтому S275JR (с незначительно более высоким содержанием углерода/марганца) может демонстрировать немного более высокую прочность. - Ни одна из марок не предназначена для закалки и отпускания в стандартных условиях поставки; они поставляются в горячекатаном, нормализованном или отожженном состоянии в зависимости от процесса и заказа на заводе.

Реакция на общие термические обработки: - Нормализация: Уточняет размер зерна, немного увеличивает ударную вязкость и прочность; обе марки реагируют аналогично, и нормализация может быть использована, когда требуется улучшенная механическая однородность или чистота. - Отжиг: Смягчает сталь и улучшает формуемость; используется, когда требуется повышенная пластичность перед операциями формовки. - Закалка и отпуск: Возможны, но не типичны — поскольку эти марки не имеют значительного легирования для закаляемости, закалка и отпуск не приведут к высокой прочности без риска плохой ударной вязкости, если химический состав и толщина профиля не контролируются строго. - Термомеханическая обработка (контролируемый прокат): Не является стандартной особенностью S235JR или S275JR, но при применении может увеличить предельную прочность и ударную вязкость — приближая продукт к поведению HSLA. Такие продукты обычно обозначаются иначе.

4. Механические свойства

Таблица: Типичные механические свойства (индикативные диапазоны — проверьте с стандартами или MTC)

Интерпретация: - Прочность: S275JR является более прочной из двух по спецификации — его более высокая минимальная предельная прочность и обычно более высокая прочность на растяжение позволяют уменьшить размеры сечения для тех же нагрузок. - Пластичность и ударная вязкость: S235JR обычно демонстрирует немного более высокое удлинение из-за более низкой предельной прочности, что может привести к немного лучшей формуемости. Обе марки требуют проверки ударной вязкости (JR = 27 Дж при +20°C), обеспечивая базовую ударную вязкость в обычных условиях. - Почему существуют различия: Небольшое увеличение допустимого содержания углерода и марганца (в среднем) в S275JR увеличивает прочность за счет большего баланса перлита/феррита и потенциала упрочнения при деформации.

5. Свариваемость

Соображения по свариваемости: - Обе марки широко считаются легко свариваемыми с использованием общих процессов (SMAW, GMAW/MIG, FCAW, TIG) из-за низкого содержания углерода и низкого эквивалента углерода. - Индексы эквивалента углерода помогают сварщикам и инженерам оценивать предварительный подогрев и выбор расходных материалов. Полезные формулы включают: - $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - Интерпретация: Поскольку как S235JR, так и S275JR имеют низкое содержание углерода и низкие количества других легирующих элементов, их значения $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ низкие, что указывает на низкую закаляемость и низкую предрасположенность к холодным трещинам. S275JR может быть немного менее прощающе, поскольку его более высокое номинальное содержание углерода/марганца может немного повысить эквивалент углерода — это может потребовать умеренного предварительного подогрева в толстых сечениях или ограниченных сварках. - Практические советы: Используйте стандартные сварочные металлы, совместимые с конструкционными сталями (соответствующие или немного более высокой прочности, чем основной металл для уменьшения деформации), контролируйте температуру между проходами и применяйте соответствующий предварительный подогрев на основе толщины, ограничения и измеренного эквивалента углерода, а не только на основе названия марки.

6. Коррозия и защита поверхности

• Эти марки являются не нержавеющими углеродными сталями; их внутренняя коррозионная стойкость ограничена. Выбор должен учитывать воздействие окружающей среды и предполагаемые защитные системы.
• Типичные варианты защиты поверхности:
• Горячее цинкование: распространено для конструкционной стали, где требуется коррозионная стойкость к атмосферным воздействиям.
• Системы покраски: грунтовки, промежуточные и верхние покрытия обеспечивают индивидуальную защиту для атмосферных, промышленных или морских условий.
• Металлизация (цинковые/алюминиевые покрытия), порошковые покрытия или обшивка, где это необходимо.
• PREN: Формула эквивалента стойкости к питтингу, $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ не применима здесь, поскольку S235JR и S275JR не являются нержавеющими сталями и не содержат значительного количества Cr, Mo или N, чтобы сделать локализованные коррозионные индексы значимыми.
• Практическое руководство: Выбирайте защитные схемы на основе класса воздействия (ISO 12944 или аналогичные рекомендации) и приоритизируйте покрытия или цинкование для долговечности.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Резка: Процессы плазменной, газовой и кислородно-топливной резки используются регулярно; механическая обработка с использованием стандартных карбидов и HSS инструмента проста из-за относительно низкой твердости.
• Обрабатываемость: Умеренная — типичная обрабатываемость углеродной стали; S235JR может быть немного легче обрабатываться, чем S275JR, из-за более низкой предельной прочности и немного меньшей тенденции к упрочнению при деформации.
• Формуемость и изгиб: Обе марки хорошо формуются в поставленном состоянии; S235JR немного более прощающе для резких изгибов и глубоких вытяжек из-за более высокого удлинения. Пределы формования должны быть подтверждены испытаниями на изгиб или рекомендациями поставщика для конкретных толщин.
• Обработка поверхности: Обе марки хорошо реагируют на обычные обработки поверхности (шлифовка, дробеструйная обработка, покраска). Постсварочные термические обработки редко требуются для этих марок, если только не требуется специфическое снятие остаточных напряжений или изменения свойств по проекту.

8. Типичные применения

Обоснование выбора: - Выбирайте S235JR, когда приоритетом являются максимальная формуемость, более низкая стоимость материала и большая пластичность, и когда требуемая предельная прочность находится в пределах его пределов. - Выбирайте S275JR, когда требуется более высокая минимальная предельная прочность для уменьшения размеров сечения или удовлетворения проектных нагрузок, сохраняя при этом хорошую свариваемость и ударную вязкость при обычных температурах.

9. Стоимость и доступность

• Относительная стоимость: S275JR обычно стоит немного дороже, чем S235JR из-за его более высокой спецификации прочности и немного более строгих химических и механических требований, хотя рыночные цены колеблются в зависимости от циклов стальных товаров.
• Доступность: Обе марки широко производятся и доступны во многих формах продукции (плиты, листы, рулоны, профили). S235JR, как правило, более распространен на очень низком уровне потребительских конструкционных рынков, в то время как S275JR активно запасается поставщиками конструкционной стали и сервисными центрами.
• Формы продукции: Доступность может варьироваться в зависимости от толщины и отделки — проконсультируйтесь с поставщиками о сроках поставки горячекатаных нормализованных плит, прокатанных и масляных листов или предварительно оцинкованных вариантов.

10. Резюме и рекомендации

Таблица: Быстрое сравнительное резюме

Выводы: - Выбирайте S235JR, если вы придаете приоритет максимальной формуемости, немного большей пластичности, более низкой стоимости материала, и требования к предельной прочности проекта не превышают 235 МПа. Он идеален для общих конструкционных изделий, архитектурных компонентов и ситуаций, где важна легкость изгиба/формовки. - Выбирайте S275JR, если вам нужна более высокая минимальная предельная прочность для уменьшения размеров сечения или удовлетворения более высоких проектных нагрузок, сохраняя при этом хорошую свариваемость и адекватную ударную вязкость. Он подходит для более тяжелых конструкционных приложений, где важны преимущества прочности к весу и умеренное увеличение допустимого напряжения.

Заключительные практические заметки: - Всегда проверяйте механические и химические значения по сертификату испытаний на прокат поставщика и применимому стандарту (EN 10025 или указанному стандарту поставки). - Основывайте выбор предварительного подогрева и расходных материалов на измеренном эквиваленте углерода ($CE_{IIW}$ или $P_{cm}$) и ограничении детали, а не только на названии марки. - Рассматривайте защитные покрытия на ранних этапах закупки, чтобы обеспечить совместимость с этапами обработки (например, сварка через покрытия, горячее цинкование после обработки).