ST37 против ST52 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
ST37 и ST52 — это устаревшие европейские марки конструкционной стали, с которыми инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства все еще сталкиваются в спецификациях, сертификатах на материалы и устаревших чертежах. Проблема выбора обычно заключается в компромиссах между прочностью и стоимостью, а также между свариваемостью/формуемостью и несущей способностью. Короче говоря: ST52 обеспечивает значительно более высокую прочность и проектную напряженность, в то время как ST37 предлагает более простую обработку и более низкую стоимость материала.
Эти две марки часто сравниваются, поскольку они занимают соседние позиции в семействе конструкционных сталей: одна является низкопрочной, высокообрабатываемой углеродной сталью, подходящей для общего строительства; другая — это высокопрочная конструкционная сталь, предназначенная для случаев, когда более высокие пределы текучести/прочности уменьшают размеры сечений или мертвый вес. Понимание состава, микроструктуры, реакции на термообработку и последствий обработки имеет решающее значение для выбора правильной марки для данного применения.
1. Стандарты и обозначения
- Исторические/региональные стандарты:
- DIN 17100: оригинальные обозначения ST37, ST52 (старый немецкий стандарт).
- EN 10025: современные европейские эквиваленты (например, серия S235 ≈ ST37; серия S355 ≈ ST52 в инженерной практике).
- ASTM/ASME: нет прямого соответствия (ASTM A36, A572 grade 50 являются приблизительными функциональными эквивалентами).
- JIS/GB: разные системы; местные эквиваленты варьируются и требуют перекрестной ссылки.
- Классификация по типу:
- ST37: обычная углеродная/низколегированная конструкционная сталь (не нержавеющая, не инструментальная).
- ST52: высокопрочная углеродная/низколегированная конструкционная сталь (часто термомеханически или микроаллоированная для повышения предела текучести).
- Обе не являются нержавеющими или инструментальными сталями; их обычно рассматривают как углеродные/микроаллоированные стали строительного класса (поведение, подобное HSLA, в современных эквивалентах).
2. Химический состав и стратегия легирования
Ниже приведены типичные диапазоны состава, используемые для общего инженерного руководства. Точные пределы зависят от конкретного подтипа, поставщика и применимого стандарта; рассматривайте числа как представительные диапазоны массовых процентов для общих коммерческих вариантов.
| Элемент | Типичный ST37 (представительный) | Типичный ST52 (представительный) |
|---|---|---|
| C | ≤ ~0.17–0.20 % | ≤ ~0.20–0.24 % |
| Mn | ≤ ~1.40 % | ≤ ~1.40–1.60 % |
| Si | ≤ ~0.40 % | ≤ ~0.20–0.50 % |
| P | ≤ 0.035 % (макс) | ≤ 0.035 % (макс) |
| S | ≤ 0.035 % (макс) | ≤ 0.035 % (макс) |
| Cr | ≤ 0.30 % | следы до ≤ 0.30 % |
| Ni | следы | следы |
| Mo | следы | следы |
| V | обычно нет | возможное микроаллоирование (≤ 0.10 %) |
| Nb | обычно нет | возможное микроаллоирование (≤ 0.05 %) |
| Ti | обычно нет | возможные следы |
| B | следы, если присутствуют | следы, если присутствуют |
| N | следы | следы |
Стратегия легирования и эффекты: - ST37: состав акцентирует внимание на очень низком содержании углерода и минимальном легировании — направлен на хорошую свариваемость, пластичность и простую горячекатаную обработку. - ST52: немного более высокое содержание углерода и контролируемые добавки (или микроаллоирование с V/Nb/Ti) и более строгий контроль за Mn/Si обеспечивают более высокие пределы текучести и прочности за счет содействия более тонким микроструктурам феррит-перлита и упрочнения осаждением; эти изменения повышают закаливаемость и прочность за счет несколько сниженной формуемости/свариваемости по сравнению с ST37.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
- Типичные микроструктуры (как горячекатаные):
- ST37: грубая до тонкой ферритная и перлитная структура в зависимости от скорости охлаждения; в основном ферритная матрица с низким содержанием перлита. Микроструктура прощает стандартную обработку и сварку.
- ST52: более мелкозернистая ферритно-перлитная или ферритно-байнитная смесь, особенно когда микроаллоирована или произведена с термомеханическим контролем процессов (TMCP). Осаждение очень мелких карбидов/ниобия/титановых карбонитридов в микроаллоированных вариантах помогает повысить предел прочности.
- Реакция на термообработку:
- Нормализация/очистка размера зерна: обе марки выигрывают от нормализации в критических компонентах для уточнения размера зерна и улучшения ударной вязкости; ST52 обычно показывает большие приросты прочности от контролируемого охлаждения (TMCP) и нормализации.
- Закалка и отпуск: не является стандартной практикой для этих марок в конструкционных применениях; превращение любой из них в закаленные и отпущенные условия возможно, но изменит обозначение и свойства — современный подход к повышенной прочности для конструкционных сталей — это TMCP и микроаллоирование, а не циклы закалки-отпуска.
- Термомеханическая обработка: стали, эквивалентные ST52, часто производятся с помощью TMCP для достижения более высокой прочности с приемлемой вязкостью; ST37 обычно получает более простые горячекатаные проходы с меньшим упрочнением от контролируемой деформации.
4. Механические свойства
Представительные диапазоны механических свойств для проектирования (фактические значения сертификатов варьируются в зависимости от толщины, термообработки и подтипа).
| Свойство | ST37 (представительный) | ST52 (представительный) |
|---|---|---|
| Минимальная прочность на текучесть (Rp0.2) | ~235 MPa | ~355 MPa |
| Прочность на разрыв (Rm) | ~360–510 MPa | ~510–680 MPa |
| Удлинение (A, % на 50 мм) | ≥ ~22–26 % | ≥ ~16–22 % |
| Ударная вязкость (типичное испытание) | 20–27 Дж при +20 °C (варьируется) | 27 Дж при −20 °C (возможны варианты J2) |
| Твердость (HB) | ~120–160 HB | ~150–220 HB (выше из-за прочности) |
Интерпретация: - ST52 явно является более прочной маркой (более высокая текучесть и прочность). Этот прирост прочности обусловлен контролем состава и обработкой (TMCP, микроаллоирование). - ST37, как правило, более пластична и легче поддается пластической деформации; она часто демонстрирует сопоставимую или адекватную вязкость для конструкционных приложений при комнатной температуре. - Вязкость сильно зависит от подтипа (например, варианты J0, J2), толщины и термообработки; многие стали, эквивалентные ST52, доступны с улучшенными ударными свойствами при отрицательных температурах.
5. Свариваемость
Свариваемость зависит от содержания углерода, эквивалентов углерода и наличия микроаллоирующих элементов, которые увеличивают закаливаемость. Полезные индексы:
-
Эквивалент углерода (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
Pcm (Ито-Бессё): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Качественная интерпретация: - ST37, как правило, имеет более низкие $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$, чем ST52, из-за более низкого содержания углерода и меньшего количества легирующих элементов, повышающих закаливаемость; поэтому его легче сваривать с меньшим предварительным подогревом и меньшим риском холодных трещин. - Микроаллоирование ST52 или немного более высокое содержание C и Mn увеличивает закаливаемость; это повышает риск образования твердых мартенситных микроструктур в зоне термического влияния (HAZ) при быстром охлаждении, требуя контролируемого предварительного подогрева, температуры межпрохода и, возможно, термообработки после сварки (PWHT) в более толстых сечениях. - Для критически сварных конструкций проведите оценку свариваемости на основе измеренного состава и толщины, используя пороговые значения $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$, и включите соответствующие спецификации сварочных процедур (PQR/WPS).
6. Коррозия и защита поверхности
- Обе марки ST37 и ST52 являются углеродными сталями, не подверженными коррозии, и уязвимы к общей и атмосферной коррозии.
- Типичные стратегии защиты:
- Горячее цинкование для наружных/подверженных хранению компонентов.
- Органические покрытия (эпоксидные грунтовки, полиуретановые верхние покрытия) для улучшения эстетики и коррозионной стойкости.
- Металлизация (термическое распыление) или жертвенные аноды в агрессивных средах.
- PREN (эквивалентный номер сопротивления к коррозии) не применим к углеродным сталям, не подверженным коррозии. Для нержавеющих или дуплексных сталей используется: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ но этот индекс не применим к материалам ST37/ST52.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Формуемость:
- ST37: лучшая холодная формуемость и производительность при изгибе из-за более низкой прочности на текучесть и более высокого удлинения; легче прокатывать, прессовать и растягивать.
- ST52: сниженная формуемость; упругость выше, а минимальные радиусы изгиба больше для той же толщины.
- Обрабатываемость:
- Высокопрочные микроаллоированные стали (ST52) часто обрабатываются немного сложнее, чем низкопрочные стали; износ инструмента может увеличиваться из-за более высокой прочности на разрыв и твердых фаз.
- Обе марки хорошо реагируют на стандартные режущие жидкости и практики обработки; выбор скоростей резания и подач должен учитывать разницу в прочности.
- Сварка и отделка:
- ST37: нарезка резьбы, холодное пробивание и формовка являются простыми.
- ST52: может потребовать более надежного инструмента и мощностей пресса; создание отверстий и нарезка резьбы могут потребовать более прочного инструмента и более медленных подач.
8. Типичные применения
| ST37 (типичные применения) | ST52 (типичные применения) |
|---|---|
| Общие конструктивные элементы: балки, колонны, прогон для некритических нагрузок | Высокопрочные конструктивные элементы: рельсы кранов, тяжелые балки, где критично уменьшение сечения |
| Вторичные конструкции, рамы, некритические компоненты шасси | Сварные рамки под давлением, рамы тяжелой техники, компоненты подъемников |
| Трубопроводы для низкого давления, общие изготовленные детали | Применения, требующие более высокой грузоподъемности с уменьшенной толщиной сечения (например, шасси грузовиков, компоненты мостов) |
| Обработка, где приоритетами являются стоимость и легкость сварки/формовки | Применения, где требуется уменьшение веса, более высокие коэффициенты безопасности или меньшие поперечные сечения |
Обоснование выбора: - Выбирайте ST37, когда легкость обработки, стоимость и адекватная ударная вязкость при комнатной температуре имеют приоритет. Выбирайте ST52, когда проект требует более высокой прочности на текучесть для уменьшения размеров сечений или соответствия более высоким критериям нагрузки/жесткости.
9. Стоимость и доступность
- Относительная стоимость: ST37 обычно дешевле за тонну, чем ST52 из-за более простой химии и более широких производственных маршрутов. ST52 имеет более высокую цену за более высокопрочную обработку и возможное микроаллоирование.
- Доступность: обе марки или их современные эквиваленты EN (семейства S235 / S355) широко доступны в виде листов, рулонов, конструктивных форм и листов; доступность по толщине и подтипу (варианты с испытанием на удар) зависит от предложений заводов и региональных цепочек поставок.
- Совет по закупкам: указывайте химические и механические критерии приемки и требуемую температуру ударной вязкости в заказах на покупку, чтобы избежать неоднозначности между устаревшими обозначениями ST и текущими обозначениями EN.
10. Резюме и рекомендации
| Метрика | ST37 | ST52 |
|---|---|---|
| Свариваемость | Отличная (низкий CE) | Хорошая до умеренной (требует контроля) |
| Баланс прочности и вязкости | Низкая прочность, высокая пластичность/вязкость | Высокая прочность, хорошая вязкость, если указана и обработана |
| Стоимость | Ниже | Выше |
Заключение и прямые рекомендации: - Выбирайте ST37, если вы придаете приоритет легкости обработки, более низкой стоимости и хорошей свариваемости/формуемости для общих конструкционных и некритических приложений, где приемлема более низкая прочность на текучесть. - Выбирайте ST52, если вам нужна более высокая прочность на текучесть и прочность на разрыв для уменьшения размера сечения или веса, или для соответствия более высоким требованиям нагрузки или усталости — принимая более высокую стоимость материала и необходимость более контролируемых процедур сварки и формовки.
Практические следующие шаги для спецификации: - Всегда перекрестно ссылайтесь на устаревшие обозначения ST с текущими стандартами (например, S235 / S355) и требуйте сертификаты испытаний завода, показывающие химию и механические свойства. - Для сварных, толстых или холодных компонентов рассчитывайте индексы эквивалента углерода и указывайте требования к предварительному подогреву/PWHT и ударной вязкости, если это актуально. - В случае сомнений проведите простой анализ компромиссов (уменьшение массы против стоимости обработки против премии за материал) и выполните квалификацию сварочной процедуры, если это требуется кодом или контрактом.