St12 против St13 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

St12 и St13 — это традиционные низкоуглеродистые стали, часто встречающиеся в европейской промышленной практике, особенно в линиях холоднокатаных листов и полос. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто сталкиваются с дилеммой выбора между ними при оптимизации конкурирующих целей, таких как минимальная стоимость против немного более высокой прочности или максимальная формуемость против слегка улучшенной износостойкости. Типичные контексты принятия решений включают глубокую вытяжку против легких конструктивных частей, сварные сборки против потребительских открытых панелей и требования к ударной прочности при низких температурах против общей обрабатываемости.

Основное практическое различие между St12 и St13 заключается в небольшом, преднамеренном изменении состава и истории закалки, ориентированном на холоднокатаные характеристики: одна марка акцентирует внимание на максимальной пластичности и качестве поверхности для формовочных операций, в то время как другая настроена на немного более высокие характеристики текучести/прочности и размерную стабильность. Поскольку обе марки занимают соседние позиции в спектре низкоуглеродистых сталей, их часто сравнивают при выборе материала, где важны незначительные компромиссы по свойствам.

1. Стандарты и обозначения

• Происхождение и картирование:
• Названия St12 и St13 происходят от традиционной немецкой/ДИН номенклатуры для не легированных, холоднокатаных мягких сталей.
• Современные спецификации и поставки регулируются более широкими стандартами, такими как EN (европейский), JIS (японский), GB (китайский) и национальными вариантами; точные эквиваленты должны быть подтверждены по сертификатам материалов и актуальным редакциям стандартов.
• Классификация:
• Обе марки St12 и St13 являются обычными углеродными сталями (не легированными/мягкими углеродными сталями).
• Они не являются нержавеющими, инструментальными или HSLA марками в современном смысле; их лучше всего описать как низкоуглеродные мягкие стали, оптимизированные для формовки и качества поверхности.

2. Химический состав и стратегия легирования

Следующая таблица суммирует характерные тенденции легирования для этих марок без указания конкретных числовых пределов — всегда обращайтесь к сертификатам завода и применимым стандартным документам для точных процентов.

Как стратегия легирования влияет на свойства: - Низкое содержание углерода сохраняет пластичность, улучшает холодную формуемость и снижает риск трещинообразования в зоне термического влияния (HAZ) сварки. - Низкий марганец и отсутствие сильных легирующих элементов означают ограниченную закаливаемость; увеличение прочности достигается за счет холодной обработки и прокатки, а не за счет содержания легирующих элементов. - Следы микроалюминирования в некоторых производственных маршрутах могут уточнить размер зерна и немного улучшить предел текучести без ущерба для формуемости.

3. Микроструктура и реакция на термическую обработку

Типичные микроструктуры: - Обе марки будут показывать ферритную матрицу с возможным полигональным ферритом и небольшими количествами перлита в зависимости от точного содержания углерода и истории охлаждения. Для холоднокатаного и отожженного продукта структура представляет собой мелкий феррит с дисперсными карбидами в сталях с немного более высоким содержанием углерода. - St12 (ориентированная на формуемость) обычно отжигается для получения более мягкой, более однородной ферритной микроструктуры с минимальным количеством перлита. - St13 (с немного более высокой прочностью) может иметь немного более высокую долю перлита или более мелкий ферритный размер зерна, если произведен с контролируемым охлаждением или добавками микроалюминирования.

Реакция на общие маршруты обработки: - Отжиг (отжиг рекристаллизации для холоднокатаных катушек): обе марки восстанавливают пластичность; St12 восстанавливается до очень высоких значений удлинения, St13 восстанавливает пластичность, но может сохранять немного более высокий предел текучести. - Нормализация: не типична для холоднокатаных применений, но будет производить относительно однородную ферритно-перлитную микроструктуру; ограниченная польза, поскольку это низкоуглеродистые стали. - Закалка и отпуск: в значительной степени неприменимы для этих низкоуглеродистых марок, поскольку содержание углерода недостаточно для значительного образования мартенсита; увеличение прочности по этому маршруту минимально. - Термомеханическая обработка: если применяется на этапе (горячекатаные или микроалюминированные стали), уточнение зерна может повысить предел текучести при сохранении пластичности; тем не менее, номинальная химия ограничивает достижимую закаливаемость.

4. Механические свойства

Ниже представлено качественное сравнение. Конкретные числовые значения должны быть получены из сертификатов испытаний завода или спецификации на закупку.

Почему возникают эти различия: - Небольшие изменения в углероде, марганце и размере зерна, вызванные процессом, приводят к наблюдаемым изменениям. Поскольку различия в легировании незначительны, большинство вариаций свойств обусловлено термомеханической историей и холодной обработкой, а не химией.

5. Сварка

Сварка обеих марок в целом отличная благодаря их низким углеродным эквивалентам. Ниже приведены две широко используемые формулы углеродного эквивалента, которые помогают оценить свариваемость; они количественно определяют склонность к закаливанию HAZ и холодному трещинообразованию.

• Углеродный эквивалент IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

Интерпретация: - Низкие значения $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ указывают на низкую восприимчивость к твердости HAZ и холодному трещинообразованию; обе марки St12 и St13 обычно дают благоприятные (низкие) значения, поскольку они низкоуглеродистые и не легированные. - St13, с его немного более высокой прочностью, может демонстрировать немного более высокий углеродный эквивалент в зависимости от его точной химии, но в большинстве практических партий обе марки легко свариваются с обычными сварочными материалами, и стандартные предварительные нагревания/межпроходные контроля обычно не требуются для тонких секций. - Для критически важных сварных конструкций проверьте $CE_{IIW}$ или $P_{cm}$ по фактической химии и следуйте квалификации сварочных процедур, если условия эксплуатации требуют этого.

6. Коррозия и защита поверхности

• Обе марки St12 и St13 являются не нержавеющими низкоуглеродистыми сталями и, следовательно, полагаются на защиту поверхности для коррозионной стойкости.
• Типичные стратегии защиты:
• Горячее цинкование для наружного воздействия и частей, требующих жертвенной коррозионной защиты.
• Электроцинкование для контролируемого внешнего вида поверхности и последующей покраски.
• Органические покрытия (катушечные покрытия, порошковая окраска или системы покраски) для эстетической и барьерной защиты.
• Преобразовательные покрытия (фосфатные, пассивирующие слои) для улучшения адгезии краски.
• PREN (эквивалентный номер устойчивости к образованию ямок) используется для нержавеющих сплавов; он не применим к этим не нержавеющим маркам. Для справки, PREN: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• При спецификации обработки поверхности учитывайте последовательности формовки и сварки (цинкование после формовки или местное повторное цинкование после сварки) и влияние покрытий на последующую обработку.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Формуемость:
• St12 оптимизирована для глубокой вытяжки и агрессивных формовочных операций (высокое удлинение, низкий предел текучести).
• St13 сохраняет хорошую формуемость, но немного менее допускает экстремальную вытяжку; конструкция инструмента может потребовать небольших корректировок.
• Обрабатываемость:
• Обе марки хорошо обрабатываются; более мягкая St12 обычно предлагает немного лучшую долговечность инструмента и более низкие силы резания.
• Смазка, геометрия инструмента и подача/скорости больше влияют на поведение при обработке, чем незначительные различия в химии.
• Сгибание и штамповка:
• Упругость немного выше для более прочной St13; может потребоваться компенсация в инструментах или допусках на изгиб.
• Качество поверхности и качество штамповки:
• Холоднокатаные отожженные катушки обеих марок обеспечивают высокое качество поверхности; St12 часто специфицируется, когда требуется превосходная непрерывность поверхности и минимальное микротрещинообразование.

8. Типичные применения

Обоснование выбора: - Выбирайте St12, когда формуемость, качество поверхности и минимальная упругость являются доминирующими требованиями. - Выбирайте St13, когда умеренное увеличение прочности или контроль размеров дает преимущества в производстве или эксплуатации без значительной потери формуемости.

9. Стоимость и доступность

• Стоимость:
• Обе марки являются обычными низкоуглеродистыми сталями и обычно относятся к самым дешевым сталям по стоимости материала.
• Ценовые различия между ними обычно незначительны; однако объем производства, обработка поверхности (оцинкованная/покрытая) и запасы поставщика влияют на единичную стоимость больше, чем название марки.
• Доступность:
• Холоднокатаные катушки и листы St12 и St13 широко доступны от сталелитейных заводов и сервисных центров в регионах, где продолжают использовать традиционные обозначения ДИН/ЕН.
• Доступность по форме продукта (катушка, нарезка по длине, заготовки) обычно сильна для обеих марок, но подтвердите сроки поставки для специализированных обработок поверхности.

10. Резюме и рекомендации

Рекомендация: - Выбирайте St12, если ваши основные потребности — максимальная холодная формуемость, минимальная упругость, превосходное качество поверхности для окраски или видимых панелей и минимальные возможные силы обработки. - Выбирайте St13, если вам нужно небольшое, но полезное увеличение предела текучести или прочности и размерной стабильности при сохранении хорошей формуемости и свариваемости — например, когда требуется легкая конструктивная производительность или когда желательна умеренная уменьшение толщины для экономии веса/стоимости.

Заключительная заметка: St12 и St13 являются соседними марками в спектре низкоуглеродистых сталей; их практические различия часто обусловлены не только химией, но и историей обработки (отжиг, прокатка, обработка поверхности) и практикой поставщиков. Всегда запрашивайте сертификаты завода, проводите пробный процесс на представительном материале и указывайте необходимые механические и поверхностные критерии в документах на закупку, а не полагайтесь исключительно на название марки.