SD390 против SD490 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
SD390 и SD490 — это два широко используемых класса высокопрочной конструкционной стали, встречающиеся в строительстве, арматуре и некоторых холоднокатаных конструктивных элементах. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства регулярно сталкиваются с дилеммой выбора между этими классами: балансируя между высокой прочностью и свариваемостью, пластичностью, стоимостью изготовления и доступностью. Типичные контексты принятия решений включают в себя выбор между спецификацией более высокой предельной прочности для уменьшения размеров и веса секций или приоритизацией улучшенной свариваемости и формуемости для сложного изготовления.
Основным отличительным фактором между двумя классами является целевая минимальная предельная прочность: SD390 специфицируется с предельной прочностью около 390 МПа, а SD490 — около 490 МПа в соответствии с соответствующей японской системой обозначений. Поскольку обе стали предназначены в первую очередь как конструкционные углеродные/HSLA-стали, а не нержавеющие или инструментальные стали, их обычно сравнивают, когда дизайнерам необходимо выбрать уровень прочности, не переходя к легированным или нержавеющим категориям.
1. Стандарты и обозначения
- Общие стандарты, в которых встречаются или упоминаются классы SD:
- JIS (Японские промышленные стандарты) — классы SD обычно ассоциируются с обозначениями JIS для арматуры и конструкционных сталей.
- GB/T (национальные стандарты Китая) и другие региональные стандарты иногда используют аналогичную номенклатуру классов прочности для арматуры и конструкционных сталей.
- EN и ASTM не используют префикс SD напрямую, но имеют аналогичные классы прочности (например, S355, эквиваленты арматуры GRADE 50).
- Классификация по металлургии:
- SD390: Структурная/HSLA сталь класса низкого и среднего углерода (углерод/HSLA).
- SD490: Структурная/HSLA сталь класса низкого и среднего углерода (углерод/HSLA с более высокой прочностью).
- Ни один из классов не является нержавеющей, инструментальной или высоколегированной сталью; это обычно обычные углеродные стали, модифицированные контролируемой химией и, часто, микроаллоированием и термомеханической обработкой для достижения целевых свойств.
2. Химический состав и стратегия легирования
Примечание: Точные химические пределы и составы варьируются в зависимости от редакции стандарта и поставщика. Таблица ниже обобщает типичные химические характеристики, найденные в технических паспортах поставщиков для конструкционных сталей серии SD. Всегда подтверждайте состав с помощью сертификатов завода для критических применений.
| Элемент | Типичное содержание в SD390 | Типичное содержание в SD490 |
|---|---|---|
| C (углерод) | Низкий углерод, контролируемый для улучшения свариваемости (типично: ≤ ~0.25%) | Низкий углерод, часто аналогично контролируемый (типично: ≤ ~0.22%) |
| Mn (марганец) | Средние уровни для прочности и закаливаемости (типичный диапазон) | Средние до слегка повышенных для повышения прочности |
| Si (кремний) | Небольшие количества (деоксидирование; ~0.1–0.6%) | Аналогичные уровни, как у SD390 |
| P (фосфор) | Содержится на низком уровне для прочности (следы; например, ≤ ~0.04–0.05%) | Содержится на низком уровне |
| S (сера) | Содержится на низком уровне для пластичности/обрабатываемости (следы; например, ≤ ~0.04–0.05%) | Содержится на низком уровне |
| Cr, Ni, Mo | Обычно минимальные или следовые; присутствуют только при необходимости для конкретных смесей | Могут иметь небольшие добавления в некоторых заводах для достижения более высокой прочности без чрезмерного углерода |
| V, Nb, Ti (микроаллоирование) | Часто присутствуют в следовых до низких количествах для улучшения зерна и повышения прочности/прочности | Часто используются для повышения предельной прочности за счет осаждения |
| B, N | Следовые уровни контролируются для избежания хрупкости; N контролируется для прочности | Те же соображения применимы |
Как легирование влияет на свойства: - Углерод увеличивает прочность и закаливаемость, но снижает свариваемость и пластичность, если его содержание слишком высоко. - Марганец способствует прочности и прочности; он также повышает закаливаемость. - Кремний является деоксидизатором и способствует прочности; чрезмерный Si может ухудшить некоторые покрытия. - Элементы микроаллоирования (V, Nb, Ti) позволяют достигать более высоких предельных прочностей за счет осаждения и улучшения зерна с лишь небольшим снижением свариваемости по сравнению с увеличением углерода.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
- Типичная микроструктура: как SD390, так и SD490 производятся для получения ферритно-перлитной или мелкозернистой ферритной структуры с дисперсным перлитом и/или осадками микроаллоидов. Термомеханическая прокатка (контролируемая прокатка) и ускоренное охлаждение производят мелкозернистые ферритные/перлитные или бенитные структуры в зависимости от скорости охлаждения и химии.
- SD390: С более низкими целями прочности микроструктура обычно ферритно-перлитная с контролируемым размером зерна для хорошей пластичности и прочности при обычных условиях.
- SD490: Для достижения более высоких значений предельной прочности производители часто полагаются на комбинацию слегка повышенного Mn и микроаллоирования, а также термомеханической обработки для получения более мелкой микроструктуры и осаждения; некоторые коммерческие продукты могут иметь переходный бенит или более мелкий перлит.
- Ответ на термообработку:
- Нормализация/очистка: Оба класса реагируют на нормализацию или контролируемую прокатку с улучшением зерна и прочности.
- Закалка и отпуск: Обычно не применяются к поставляемым деформированным сталям, используемым в арматуре или стандартных конструктивных секциях; Q&T может повысить прочность и настроить прочность, но изменяет стоимость и доступность.
- Термомеханическая обработка: Общий путь для достижения прочности класса SD490 без значительного увеличения углерода, сохраняя лучшую свариваемость по сравнению с подходами, увеличивающими углерод.
4. Механические свойства
Определяющим механическим отличием является минимальное предельное напряжение. Другие механические свойства сильно зависят от обработки, формы продукта и температуры испытаний. Таблица ниже дает типичные или стандартизированные минимальные значения, где это применимо, и обычные диапазоны.
| Свойство | SD390 (типичное/минимальное) | SD490 (типичное/минимальное) |
|---|---|---|
| Минимальная предельная прочность (МПа) | ~390 МПа (класс проектирования) | ~490 МПа (класс проектирования) |
| Удлинение (Lo = заданный размер) | Умеренное (обычно ≥10–18% в зависимости от секции и стандарта) | Обычно ниже, чем у SD390 при аналогичных формах продукта (обычно ≥8–16%) |
| Ударная прочность | Хорошая при обычных условиях, когда зерно очищено; варьируется в зависимости от толщины секции | Может быть хорошей, если обработано термомеханически и микроаллоировано; может потребовать более строгого контроля для низких температур |
| Твердость | Умеренная (зависит от прочности на растяжение) | Выше, чем у SD390 для сопоставимых форм |
Кто сильнее, прочнее или более пластичен: - Прочность: SD490 > SD390 по проекту (более высокая предельная и обычно более высокая прочность на растяжение). - Пластичность/прочность: SD390 обычно предлагает более высокую пластичность и может демонстрировать лучшую прочность при низких температурах в эквивалентных формах продукта, если только SD490 не обрабатывается специально для повышения прочности (например, тщательное TMCP и использование микроаллоидов). - Компромисс: Достижение прочности класса SD490 без ущерба для прочности обычно требует микроаллоирования и контролируемой обработки, а не просто добавления углерода.
5. Свариваемость
Свариваемость является критическим фактором выбора. Ключевые соображения включают эквивалент углерода и наличие элементов, которые увеличивают закаливаемость.
Полезные предсказательные формулы (интерпретируйте качественно; не заменяйте квалификацией сварочных процедур): - Эквивалент углерода (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm для оценки свариваемости: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Интерпретация: - Более высокие значения $CE_{IIW}$ или $P_{cm}$ указывают на повышенный риск жестких, хрупких зон термического влияния и большую необходимость в предварительном нагреве, контролируемых температурах межпрохода или постсварочной термообработке. - SD490, благодаря более высокой прочности и часто более высокому содержанию легирующих элементов или микроаллоирования, имеет тенденцию к более высокой закаливаемости, чем SD390 при аналогичных уровнях углерода. Поэтому продукты SD490 могут требовать более тщательных сварочных процедур (предварительный нагрев, контроль более низкого теплового ввода, квалифицированные расходные материалы), особенно в более толстых секциях. - Элементы микроаллоирования (V, Nb, Ti) увеличивают осаждение, но также могут повышать закаливаемость; тщательный контроль теплового ввода снижает твердость HAZ.
6. Коррозия и защита поверхности
- Обе стали SD390 и SD490 являются углеродными/HSLA сталями, не обладающими коррозионной стойкостью, превышающей обычную углеродную сталь.
- Общие методы защиты:
- Горячее цинкование для долгосрочной атмосферной защиты.
- Эпоксидные или цинкосодержащие грунтовки и покрытия для агрессивных сред.
- Системы покраски и катодная защита, где это уместно.
- Индекс PREN не применим к этим не нержавеющим сталям. Для справки, индекс PREN для нержавеющих сплавов: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ но это не применимо к углеродным сталям серии SD.
- Рекомендации по выбору: Если коррозионная стойкость является основным фактором, рассмотрите возможность спецификации защитных покрытий или перехода на коррозионно-стойкий сплав вместо полагания на SD390/SD490.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Формуемость/гибкость:
- SD390 обычно предлагает лучшую гибкость и формуемость для данной формы продукта благодаря своей более низкой предельной прочности и более высокой пластичности.
- SD490 требует более строгого контроля радиусов изгиба, потенциально более высоких сил упругости и более тщательного планирования процесса при холодной формовке.
- Обрабатываемость:
- Обе стали легко обрабатываются с соответствующим инструментом; SD490 может быть несколько более абразивной или трудной в обработке на более высоких уровнях прочности.
- Резка и сварка:
- SD490 может требовать более высоких сил для резки и более надежных параметров резки/сварки.
- Обработка поверхности:
- Обе стали принимают общие операции отделки; высокопрочные микроаллоированные варианты могут демонстрировать несколько разные реакции на шлифовку/полировку.
8. Типичные применения
| SD390 – Типичные применения | SD490 – Типичные применения |
|---|---|
| Арматура и сетка для бетона, где стандартная прочность достаточна | Арматура и конструктивные компоненты, где более высокая предельная прочность уменьшает размер секции |
| Конструктивные элементы в зданиях со стандартными нагрузками, где приоритетом являются пластичность и легкость сварки | Мосты, высокопрочные конструктивные секции и проекты, где критично снижение веса |
| Холоднокатаные секции и общие конструктивные применения, где часто требуется формовка и гибка | Применения, требующие более высокой грузоподъемности на поперечное сечение, или где проектные нормы требуют более высоких классов прочности |
| Изготовление, акцентирующее внимание на свариваемости и низких требованиях к предварительному нагреву | Изготовление, где продвинутая термомеханическая обработка обеспечивает как более высокую прочность, так и приемлемую прочность |
Обоснование выбора: - Выбирайте SD390, когда приоритетом являются сложность изготовления, высокая пластичность и легкость сварки, и когда класс 390 МПа соответствует конструктивным требованиям. - Выбирайте SD490, когда проект требует более высокой предельной прочности для уменьшения толщины секции или когда спецификации проекта требуют более высокого класса, при условии, что команды по закупкам и изготовлению могут управлять последствиями для сварки/формовки.
9. Стоимость и доступность
- Стоимость: SD490 обычно имеет более высокую единичную стоимость, чем SD390 из-за дополнительной обработки (TMCP, микроаллоирование, более строгий контроль) и иногда из-за меньших объемов производства. Однако стоимость материала на элемент может быть компенсирована снижением веса или уменьшением размеров секций.
- Доступность: SD390 обычно более широко доступен в различных формах продукта (арматура, прутки, определенные конструктивные формы). Доступность SD490 зависит от регионального спроса на рынке и возможностей завода; он обычно доступен для арматуры и некоторых конструктивных продуктов, но может иметь сроки поставки или минимальные требования к заказу.
- Форма продукта: Оба класса обычно продаются как арматура, торговые прутки и иногда как горячекатаные секции; проверьте местные запасы и сертификаты завода.
10. Резюме и рекомендации
| Атрибут | SD390 | SD490 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Лучше (низкий CE) | Приемлемо, но требует большего контроля |
| Баланс прочности и прочности | Хорошая пластичность и прочность для общего использования | Более высокая прочность; прочность зависит от обработки |
| Стоимость | Ниже (материальная основа) | Выше (обработка и более строгий контроль) |
Рекомендация: - Выбирайте SD390, если: - Ваши проектные нагрузки могут быть удовлетворены материалом с предельной прочностью ~390 МПа. - Легкость сварки, формовки и высокая пластичность являются приоритетами. - Вы предпочитаете более широкую доступность и более низкую стоимость материала. - Выбирайте SD490, если: - Оптимизация конструкции требует более высокой предельной прочности для уменьшения размеров секций или веса. - Проект допускает более строгие требования к изготовлению (сварка, гибка) или поставщик предоставляет продукт TMCP/микроаллоированный с доказанной прочностью. - У вас есть квалифицированные сварочные процедуры и опытные изготовители для управления проблемами HAZ.
Заключительная заметка: SD390 и SD490 являются полезными классами в семействе конструкционных углеродных/HSLA сталей. Правильный выбор зависит от комплексной оценки конструктивных требований, возможностей изготовления, сварочных процедур, потребностей в покрытиях и общей стоимости проекта. Для критических проектов всегда получайте сертификаты завода, спецификации сварочных процедур (WPS) и, если необходимо, консультируйтесь с производителями стали для выбора точной химии и маршрута обработки, которые обеспечивают необходимый баланс прочности и прочности.