SS400 против Q235 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
SS400 и Q235 — это два наиболее часто указываемых углеродных конструкционных стали, используемых по всему миру для общего производства, строительства и машиностроения. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто взвешивают компромиссы, такие как стоимость против гарантированной механической производительности, свариваемость против прочности и местная доступность против соответствия стандартам при выборе между ними. Типичные контексты принятия решений включают конструкционные рамы, сварные конструкции и общие детали машин, где требуются предсказуемая текучесть и разумная пластичность.
Хотя оба сорта являются низкоуглеродными конструкционными сталями с широко схожими применениями, они происходят из разных национальных систем стандартов и, следовательно, имеют немного разные гарантированные химические диапазоны и пределы свойств. Эта разница в стандартах и практике испытаний — не фундаментальная металлургическая пропасть — является причиной, по которой эти два сорта часто сравниваются в обсуждениях по проектированию и закупкам.
1. Стандарты и обозначения
- SS400: обозначение Японских промышленных стандартов (JIS), обычно используемое для общей конструкционной стали (исторически семья JIS G3101 / JIS G3131). Классифицируется как углеродная конструкционная сталь.
- Q235: обозначение китайского стандарта GB/T 700 для углеродной конструкционной стали (несколько подкатегорий Q235A/B/C/D/E). Классифицируется как углеродная конструкционная сталь.
- Сравнимые международные эквиваленты:
- ASTM/ASME: ASTM A36 (обычно используется как грубый западный эквивалент для общего конструкционного использования, хотя и не идентичен).
- EN: S235 (европейская конструкционная сталь с аналогичным пространством применения; разные гарантированные значения и испытания).
- Категория: как SS400, так и Q235 являются углеродными (мягкими) конструкционными сталями — не нержавеющими, не инструментальными или высокопрочными низколегированными (HSLA) сталями. Некоторые формы продукции могут включать микроалюминированные или термомеханически обработанные варианты, но сами сорта определяются как углеродные конструкционные стали.
2. Химический состав и стратегия легирования
Ниже приведены представительные диапазоны состава (в %). Значения отражают типичные максимумы и общие диапазоны из соответствующих стандартов и практики; точные значения должны быть подтверждены в каждом сертификате завода, поскольку подкатегории и пределы толщины могут изменять лимиты.
| Элемент | SS400 (представительный, в %) | Q235 (представительный, в %) |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.25 (типичный диапазон 0.05–0.25) | ≤ 0.22 (типичный диапазон 0.05–0.22) |
| Mn | ≤ 1.60 (обычно 0.3–1.6) | ≤ 1.40 (обычно 0.3–1.4) |
| Si | ≤ 0.50 (часто ≤ 0.35) | ≤ 0.35 |
| P | ≤ 0.050 | ≤ 0.045 |
| S | ≤ 0.050 | ≤ 0.045 |
| Cr | следы / не указано (≤0.30 типичная примесь) | следы / не указано |
| Ni | следы / не указано | следы / не указано |
| Mo | следы / не указано | следы / не указано |
| V, Nb, Ti, B, N | в основном следы / не указано | в основном следы / не указано |
Примечания: - Стандарты определяют максимальные концентрации и критерии приемки; оба сорта намеренно низки в элементах легирования, повышающих закаляемость. Значительные добавки Cr, Ni, Mo, V или Nb не являются частью типичных составов SS400/Q235. - Основные элементы, повышающие прочность, — это углерод и марганец; кремний контролируется для дегазации и может влиять на ударную вязкость при наличии в больших количествах. - Небольшие различия в максимумах (например, немного более высокий допустимый Mn или Si в SS400) означают, что SS400 может выглядеть немного иначе в некоторых партиях, но оба сорта спроектированы так, чтобы быть свариваемыми, пластичными конструкционными сталями.
Как легирование влияет на производительность: - Углерод увеличивает прочность и закаляемость, но снижает свариваемость и пластичность по мере увеличения. - Марганец увеличивает прочность и закаляемость и помогает дегазировать; умеренный Mn улучшает ударную вязкость. - Кремний является дегазатором и немного увеличивает прочность, но может влиять на свойства сварного шва. - Фосфор и сера контролируются, поскольку они снижают ударную вязкость и вызывают хрупкость и проблемы с обработкой при повышенных уровнях.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
- Типичные микроструктуры: при нормальных условиях горячей прокатки или рекристаллизации как SS400, так и Q235 представляют собой микроструктуры феррит-перлит. Размер зерна и морфология перлита зависят от скорости прокатки и охлаждения.
- Нормальная обработка: горячая прокатка с последующим контролируемым охлаждением обычно дает мелкозернистую феррит-перлитную структуру, обеспечивающую баланс прочности и пластичности.
- Реакция на термообработку:
- Отжиг/нормализация: обе стали реагируют на отжиг и нормализацию, уточняя размер зерна и улучшая ударную вязкость. Нормализация используется для гомогенизации и уточнения микроструктуры для улучшения механических свойств.
- Закалка и отпуск: эти сорта не предназначены для закалки путем закалки и отпуска; им не хватает легирующего содержания для формирования высокозакаленного мартенсита без чрезмерного риска трещинообразования. Если термообработка проводится агрессивно, стали могут образовывать мартенсит в тонких секциях, но поведение на растяжение и ударную вязкость будет непредсказуемым.
- Термомеханическая обработка: для обеих сталей более строгий контроль прокатки и ускоренное охлаждение могут немного увеличить прочность и ударную вязкость; однако они остаются в режиме мягкой/низкой средней прочности по сравнению с HSLA или закаленными и отпущенными сталями.
4. Механические свойства
Представительные диапазоны механических свойств (подтверждайте по сертификатам материалов; свойства зависят от толщины, метода испытания и подкатегории):
| Свойство | SS400 (типично) | Q235 (типично) |
|---|---|---|
| Прочность на растяжение (МПа) | 400–510 (зависит от толщины) | 370–500 |
| Предельная прочность (МПа) | ≈ 245 (обычно указывается для многих толщин) | 235 (номинальная проектная предельная прочность — обозначение “Q235”) |
| Удлинение (% в 50 мм или 65 мм) | 20–26% | 20–26% |
| Ударная вязкость по Шарпи | Не универсально указано; подкатегории могут указывать значения (улучшаются нормализацией) | Не универсально указано; некоторые подкатегории/условия испытаний указывают значения |
| Твердость (HB) | ~120–170 HB (типичное состояние горячей прокатки) | ~120–170 HB |
Интерпретация: - Q235 назван в честь номинальной минимальной предельной прочности 235 МПа; SS400 часто имеет аналогичную или немного более высокую гарантированную предельную прочность в зависимости от толщины и продукта. Во многих формах продукции практические различия в прочности скромны. - Пластичность и ударная вязкость в обоих достаточны для общего конструкционного использования; улучшенная ударная вязкость достигается путем указания нормализованных или испытанных ударных свойств. - Ни один из сортов не предназначен для высокой твердости или работы при высоких температурах.
5. Свариваемость
Свариваемость в основном определяется содержанием углерода, эквивалентами углерода (закаляемостью) и остатками легирующих элементов.
Общие формулы эквивалента углерода, используемые для оценки свариваемости: - Эквивалент углерода IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Международный 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: - Как SS400, так и Q235 являются низкоуглеродными и имеют низкие концентрации элементов, повышающих закаляемость, поэтому их значения $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ низки по сравнению с легированными или высокопрочными сталями. Это переводится в общую хорошую свариваемость с обычными дуговыми процессами (SMAW, MIG/MAG, TIG). - Поскольку Q235 часто имеет немного более низкий максимальный углерод, его может быть немного легче сваривать без предварительного нагрева; однако фактические квалификации сварочных процедур должны использовать химический состав сертификатов завода, толщину секции и конструкцию соединения для установки температур предварительного нагрева/между проходами. - Микролегирование или более высокий Mn/Si в конкретной партии могут немного увеличить закаляемость; для толстых секций разумно применять предварительный нагрев и контролируемые температуры между проходами, чтобы избежать холодного трещинообразования и трещинообразования от водорода.
6. Коррозия и защита поверхности
- Как SS400, так и Q235 являются углеродными сталями, не содержащими нержавеющих компонентов; коррозионная стойкость ограничена и зависит от окружающей среды и воздействия.
- Стратегии защиты:
- Барьерные покрытия (краски), горячее цинкование, электроцинкование и полимерные покрытия являются стандартными защитами для наружных или коррозионных сред.
- Катодная защита используется для закопанных или погруженных конструкций.
- PREN (эквивалентный номер сопротивления к коррозии) не применим к этим не нержавеющим сталям. Для справки: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ применяется к нержавеющим сплавам и не имеет смысла для углеродных сталей, таких как SS400 или Q235.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Формуемость/гибкость: оба сорта хорошо формуются и гнутся в состоянии горячей прокатки. Минимальные радиусы изгиба зависят от толщины и указанной пластичности; Q235 и SS400 ведут себя аналогично.
- Резка и обработка: обрабатываемость умеренная. Более низкие углеродные сорта и контролируемая сера улучшают обрабатываемость; ни один из сортов не оптимизирован для высокоскоростной обработки.
- Обработка поверхности: горячепрокатные поверхности приемлемы для многих конструкционных применений; дробеструйная обработка, шлифовка или травление применяются перед покраской или сваркой по мере необходимости.
- Холодная формовка: оба могут быть холодноформованы; упругость и остаточное напряжение зависят от толщины и точной химии.
8. Типичные применения
| Типичные применения SS400 | Типичные применения Q235 |
|---|---|
| Конструктивные балки, колонны и фермы, изготовленные в соответствии с требованиями JIS; строительная сталь для каркасов зданий | Общие конструкционные компоненты, сварные сборки и профили в Китае; строительство и легкое машиностроение |
| Прокатные формы, плиты и листы для механической обработки, где требуется соответствие JIS | Плиты, рулоны, прутки и секции для общего производства по стандартам GB |
| Сварные мосты, краны и платформы, когда указаны приемка и испытания по стандарту JIS | Конструкции общего назначения, опоры, контейнеры и коммерческие конструкции, где ключевыми являются стоимость и местная доступность |
Обоснование выбора: - Выбирайте на основе требуемого проектного кода, стандарта, указанного в контракте, местной цепочки поставок и любых указанных механических или ударных испытательных требований. Например, проекты, указывающие стандарты JIS, обычно будут требовать SS400; проекты, использующие стандарты GB, будут требовать Q235.
9. Стоимость и доступность
- Относительная стоимость: оба сорта являются товарными углеродными сталями и имеют близкие цены; местная рыночная динамика, тарифы и логистика определяют окончательную стоимость. Q235 может быть дешевле в регионах с сильным китайским предложением; SS400 может быть легче найти там, где установлены продуктовые линии JIS.
- Доступность по форме продукта: оба широко доступны в виде плит, рулонов, листов, прутков и конструкционных форм. Время выполнения обычно короткое для стандартных размеров; специальные толщины или сертифицированные заводские испытательные отчеты могут увеличить время выполнения.
10. Резюме и рекомендации
Резюме таблицы (качественное):
| Атрибут | SS400 | Q235 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Очень хорошая (низкий C, низкое легирование) | Очень хорошая (немного ниже C; низкое легирование) |
| Баланс прочности и ударной вязкости | Хороший; часто немного выше гарантированная прочность на растяжение/предельная прочность в некоторых формах продукции | Хороший; спроектирован для номинальной прочности 235 МПа |
| Стоимость и доступность | Широко доступен там, где хранятся продукты JIS; цены варьируются по регионам | Широко доступен в Китае и регионах с китайским предложением; часто конкурентоспособен по цене |
Выводы: - Выбирайте Q235, если: - Ваш проект указывает стандарты GB/T или ограничен в закупках местными китайскими материалами. - Вам нужна конкурентоспособная по цене общая конструкционная сталь с номинальной прочностью ≈ 235 МПа и хорошей свариваемостью для обычных сварных конструкций. - Выбирайте SS400, если: - Ваш проект, контракт или клиент указывает стандарты JIS, или вам требуются определенные формы продукции и испытательные практики, связанные с соблюдением JIS. - Вам нужны немного другие гарантированные механические пределы, предлагаемые по стандарту JIS для определенных толщин, или вы предпочитаете поставщиков и сертификаты, связанные с экосистемой JIS.
Заключительная заметка: SS400 и Q235 в значительной степени взаимозаменяемы для многих общих конструкционных применений, но они регулируются разными стандартами. Всегда проверяйте конкретные сертификаты завода, гарантии, зависящие от толщины, и любые требуемые испытания на удар или специальную обработку перед окончательным выбором.