SPHC против SPHD – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

SPHC и SPHD — это два класса горячекатаной стали, обозначенные по стандартам JIS, которые обычно указываются в виде листов и полос для конструктивных и формовочных операций. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто сталкиваются с выбором между ними, когда необходимо сбалансировать стоимость, формуемость и требования к последующей обработке. Типичные контексты принятия решений включают в себя приоритет глубокого вытягивания и высокой качества поверхности (части, требующие интенсивной формовки) по сравнению с общими конструктивными приложениями, где стоимость и доступность являются основными факторами.

Основное различие заключается в том, что SPHD производится и указывается для улучшенной вытягиваемости и формовочных характеристик по сравнению с SPHC, который является универсальным коммерческим классом горячекатаной стали. Поскольку оба класса используются для схожих семейств деталей, прямое сравнение часто встречается в обзорах проектирования и спецификациях закупок.

1. Стандарты и обозначения

• JIS (Японские промышленные стандарты):
• SPHC — Горячекатаные стальные пластины, листы и полосы для общего формования (коммерческое качество).
• SPHD — Горячекатаные стальные пластины, листы и полосы для вытягивания (улучшенная формуемость).
• ASTM/ASME: Нет прямого эквивалента ASTM; ближайшие аналоги — это общие горячекатаные низколегированные стали, охватываемые подсемействами ASTM A1011 / A1008 (коммерческое качество против качества для вытягивания), но различия в спецификациях варьируются в зависимости от химического состава и допустимых отклонений.
• EN: Семейство EN 10025 охватывает конструктивные стали, а другие стандарты EN охватывают классы для вытягивания/глубокого вытягивания; эквивалентность требует проверки химического состава и механических свойств в каждом конкретном случае.
• GB (Китай): Китайские горячекатаные коммерческие и вытягиваемые стали (например, серия Q235 для общих классов) могут выполнять схожие функции, но не являются прямыми эквивалентами без перекрестного сравнения.

Классификация: Оба класса SPHC и SPHD являются углеродными (низкоуглеродными) сталями, а не легированными, инструментальными, нержавеющими или HSLA сталями. Некоторые варианты могут включать микроалюминиевые элементы в следовых уровнях для контроля свойств, но оба класса в основном являются низкоуглеродными горячекатаными сталями.

2. Химический состав и стратегия легирования

Примечания: Таблица дает качественную стратегию состава, а не конкретные пределы по весовым процентам. Оба класса намеренно низколегированные/низкоуглеродные; SPHD делает больший акцент на минимизации элементов и примесей, которые ухудшают качество поверхности и формуемость (P, S, свободный N и высокий C).

Как легирование влияет на свойства: - Углерод увеличивает прочность и закаляемость, но снижает пластичность и свариваемость. Низкий углерод в SPHD улучшает формуемость. - Марганец повышает прочность и закаляемость и помогает декарбонизации; избыточный Mn может немного снизить формуемость. - Кремний используется для декарбонизации; высокий Si может снизить качество поверхности и покрываемость. - Микролегирование (V, Nb, Ti), когда присутствует в небольших количествах, может улучшить размер зерна и увеличить прочность без значительных потерь пластичности, но такие элементы обычно избегаются для классов глубокого вытягивания.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

Типичные микроструктуры: - SPHC: Микроструктура феррит-перлита, полученная при горячей прокатке и контролируемом охлаждении. Размер зерна и доля перлита зависят от скорости охлаждения; обычно сбалансированы для умеренной прочности и пластичности. - SPHD: Также феррит-перлит, но с контролем процесса, настроенным на получение более мелкого размера зерна феррита и более низкой доли перлита (или более мелкого ламеллярного расстояния) для улучшения формуемости и равномерного удлинения.

Термообработка и обработка: - Оба класса обычно поставляются в состоянии горячекатаного. Они не предназначены для закалки и отпускания, характерных для сталей с высокой прочностью. - Нормализация может улучшить размер зерна и умеренно увеличить прочность и ударную вязкость для обоих классов, но редко применяется к SPHD, поскольку может изменить формуемость. - Термомеханическая контролируемая обработка (TMCP) не типична для товарных SPHC/SPHD, хотя некоторые заводы могут применять контролируемую прокатку и ускоренное охлаждение для достижения более узких диапазонов свойств. - Холодная обработка (например, травление, обкатка) влияет на качество поверхности и механические свойства; SPHD часто получает более строгую обработку поверхности для приложений по вытягиванию.

4. Механические свойства

Объяснение: SPHD формулируется и обрабатывается для достижения превосходной пластичности и стабильного поведения при формовании; SPHC акцентирует внимание на широкой применимости и конкурентоспособности по цене. Значения механических испытаний зависят от толщины и обработки на заводе; когда нужны точные цифры, обращайтесь к сертификатам завода или таблицам JIS для конкретной партии.

5. Свариваемость

Свариваемость в низкоуглеродных горячекатаных сталях обычно хорошая, но зависит от содержания углерода, легирования и уровней примесей. Два часто используемых индекса свариваемости показаны ниже.

• Эквивалент углерода (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Международный индекс/Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Качественная интерпретация: - Оба класса SPHC и SPHD являются низкоуглеродными и, следовательно, обычно легко свариваются с использованием общих процессов (MIG/MAG, SMAW, TIG). - Более низкий углерод и более строгий контроль примесей в SPHD часто делают его немного более прощительным при сварке (меньшая склонность к холодным трещинам и меньшая тенденция к образованию жестких микроструктур HAZ). - Микролегирование в некоторых вариантах (Nb, V, Ti) может немного повысить $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ и может потребовать предварительного нагрева или контролируемых температур межпрохода для более толстых сечений. - Для критических конструкций следуйте сертификатам завода и рекомендациям по термообработке до/после сварки и проводите контроль водорода, особенно на более толстых сечениях и многослойных сварках.

6. Коррозия и защита поверхности

• Ни SPHC, ни SPHD не являются нержавеющими; коррозионная стойкость соответствует обычной углеродной стали и должна контролироваться для обеспечения срока службы.
• Типичные защитные меры:
• Горячее цинкование для защиты от атмосферной коррозии.
• Электроцинкование, покрытие рулонов или покраска для улучшения эстетики и коррозионной стойкости.
• Преобразовательные покрытия (фосфатирование) перед покраской или формованием для улучшения адгезии.
• PREN (эквивалентный номер стойкости к образованию ямок) применяется к нержавеющим классам и не имеет отношения к SPHC или SPHD, но для справки: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Этот индекс не применим к этим ненержавеющим сталям.

При указании отделки поверхности и защиты учитывайте повреждения покрытий, вызванные формованием: для глубокого вытягивания (SPHD) выбирайте покрытия и предварительные обработки, предназначенные для формования с высоким напряжением, чтобы избежать трещин или деламинации.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Резка: Плазменная, лазерная или механическая резка используются. Оба класса легко резать; улучшенное качество поверхности SPHD может снизить необходимость в дополнительной отделке.
• Сгибание и формование: SPHD превосходит SPHC в глубоком вытягивании и формовании с высоким напряжением благодаря более низкому углероду, более строгому контролю примесей и обработке поверхности; обычно допускает меньшие радиусы изгиба и более сложные геометрии без трещин.
• Обрабатываемость: Оба класса обрабатываемы как низколегированные стали; факторы обрабатываемости в основном зависят от углерода, добавок серы (варианты с легким резанием) и твердости. SPHC и SPHD не оптимизированы для операций с легкой обработкой.
• Отделка: Качество поверхности более стабильное у SPHD; SPHC может демонстрировать больше окалины и неровностей поверхности, требующих травления/пескоструйной обработки для критических отделок.

8. Типичные применения

Обоснование выбора: - Используйте SPHC, когда стоимость, широкая доступность и приемлемая производительность формования достаточны. - Используйте SPHD, когда конструкции требуют высокой вытягиваемости, строгого контроля поверхности или более жестких операций формования.

9. Стоимость и доступность

• SPHC обычно является менее дорогим и более широко доступным товарным горячекатаным листом в различных диапазонах толщины и сервисных центрах.
• SPHD имеет умеренную надбавку из-за более строгого контроля химического состава и поверхности и может иметь более ограниченное предложение в определенных регионах или толщинах.
• Формы продукции: рулоны, листы и заготовки; оба класса обычно производятся в виде рулонов. Для производства по принципу "точно в срок" подтвердите местные запасы завода и сроки поставки для SPHD, так как более длительные сроки закупки могут компенсировать преимущества материала.

10. Резюме и рекомендации

Рекомендации: - Выберите SPHC, если вам нужна экономически эффективная, легко доступная горячекатаная сталь для общих конструктивных, сварных или слабо формованных компонентов, где не требуется экстремальная формуемость. - Выберите SPHD, если ваше применение требует превосходной производительности глубокого вытягивания, более высокого равномерного удлинения и более строгого качества поверхности после формования (например, автомобильные внутренние панели, сложные штампованные детали), и вы готовы принять умеренную надбавку на материал и потенциально более длительные сроки поставки.

Заключительная заметка: Всегда подтверждайте точные химические и механические сертификаты завода для партии, которую вы собираетесь использовать. Поскольку как SPHC, так и SPHD определяются намерением процесса и практикой завода, а не высоколегированной химией, диапазоны свойств могут варьироваться в зависимости от поставщика и толщины; выбор материала должен сочетать в себе обзор спецификаций, испытания формования и сотрудничество с поставщиком для обеспечения номинального поведения в производстве.