ST37 против ST52 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

ST37 и ST52 — это устаревшие немецкие марки конструкционной стали, широко используемые в европейской практике и во многих промышленных цепочках поставок. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто сталкиваются с выбором между этими двумя марками, когда необходимо сбалансировать стоимость, формуемость, свариваемость и требуемые механические характеристики для конструктивных и изготовленных компонентов. Типичные контексты принятия решений включают в себя приоритет низкой стоимости и высокой пластичности для общего строительства (предпочтение маркам с низкой прочностью) или уменьшение размеров сечений и веса за счет спецификации сталей с высокой прочностью (предпочтение сталям с высокой прочностью).

Основное практическое различие между ST37 и ST52 заключается в их целевом уровне прочности и соответствующих стратегиях легирования/микролегирования, используемых для достижения этой прочности: ST52 производится и обрабатывается для достижения более высокой предела текучести и прочности на разрыв, чем ST37, что, в свою очередь, влияет на ударную вязкость, пластичность, свариваемость и поведение при формовании. Поскольку обе марки являются некоррозионными конструкционными сталями, их часто сравнивают для применения, такого как балки, плиты, трубопроводы и сварные конструкции.

1. Стандарты и обозначения

• DIN (историческое): ST37 (часто пишется как St37-2) и ST52 (St52-3) происходят из старой серии конструкционных сталей DIN 17100.
• EN эквиваленты: ST37 в целом сопоставим с EN 10025 маркой S235 (например, S235JR/S235J0), в то время как ST52 занимает более высокий класс прочности и часто считается сопоставимым с конструкционными сталями более высокой прочности (некоторые пересечения существуют с EN S355 или другими сталями более высокой прочности в зависимости от подкатегории и обработки).
• Другие стандарты: ASTM/ASME используют другую номенклатуру (например, A36 ~ S235 в некоторых контекстах), JIS и GB (Китай) используют свои собственные системы классификации; прямые соответствия требуют проверки критериев свойств и химического состава.
• Классификация: Обе марки ST37 и ST52 являются обычными углеродными/низколегированными конструкционными сталями (некоррозионными). ST37 ведет себя как обычная низкоуглеродная конструкционная сталь; ST52 часто включает элементы микролегирования (Nb, V, Ti) или контролируемую термомеханическую обработку для достижения более высокой прочности без тяжелого легирования закалкой и отпуском.

2. Химический состав и стратегия легирования

Химический состав ST37 и ST52 отражает целевые характеристики: ST37 использует минимальное легирование для сохранения формуемости и свариваемости, в то время как ST52 использует немного большее легирование и/или микролегирование плюс контролируемую обработку для повышения предела текучести.

Таблица: Типичные диапазоны состава (индикативные; проконсультируйтесь с применимым стандартом или сертификатом завода для точных значений)

Элемент	ST37 (типичный, DIN 17100 / подобный S235)	ST52 (типичный, DIN 17100 высокопрочный)
C (вт%)	до ~0.17–0.22 (низкий)	до ~0.20–0.25 (низкий до умеренного)
Mn (вт%)	~0.50–1.40	~0.60–1.60
Si (вт%)	до ~0.30–0.40	до ~0.30–0.50
P (вт%)	≤ ~0.035–0.045	≤ ~0.035–0.045
S (вт%)	≤ ~0.035–0.045	≤ ~0.035–0.045
Cr (вт%)	обычно следы	обычно следы (не основной закаливатель)
Ni (вт%)	обычно следы	обычно следы
Mo (вт%)	обычно следы	возможны следы при необходимости
V (вт%)	обычно отсутствует	возможное микролегирование (~0.01–0.10)
Nb (вт%)	обычно отсутствует	возможное микролегирование (~0.01–0.06)
Ti (вт%)	обычно отсутствует	возможное микролегирование (~0.01–0.05)
B (вт%)	не типично	редко используется
N (вт%)	следы	следы

Примечания: - Значения выше являются индикативными диапазонами; серия DIN 17100 позволяла ряд подкатегорий и производственных маршрутов. Для закупок всегда указывайте точную редакцию стандарта, подкатегорию и требуйте сертификаты испытаний завода. - Прочность ST52 обычно достигается за счет сочетания немного более высокого углерода и марганца, а также микролегирования (Nb, V, Ti) и/или термомеханической прокатки, а не за счет тяжелых легирующих добавок, таких как Cr/Mo/Ni. - Эффекты легирования: C и Mn увеличивают прочность и закаливаемость, но снижают свариваемость и пластичность при высоких значениях. Микролегирование (Nb, V, Ti) способствует упрочнению за счет осаждения и более мелкого размера зерна феррита-перлита, что позволяет достичь более высокого предела текучести при более низких уровнях углерода.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

• Микроструктура ST37: Как прокатанная, ST37 обычно демонстрирует микроструктуру феррит-перлит с крупными зернами феррита по сравнению с микролегированными сталями. Эта микроструктура обеспечивает хорошую пластичность и поглощение энергии.
• Микроструктура ST52: ST52, в зависимости от производства, обычно показывает более мелкозернистую матрицу феррит-перлит с возможными осадками микролегирования (NbC, VC, TiN), которые сдерживают рост зерна и обеспечивают упрочнение за счет осаждения. Часто используется контролируемая термомеханическая обработка (TMCP) для уточнения структуры зерна и повышения предела текучести.
• Реакция на термообработку:
• Нормализация: Обе марки реагируют на нормализацию с уточнением размера зерна и умеренным увеличением прочности; ST52 больше выигрывает от TMCP, чем от простой нормализации.
• Закалка и отпуск: Не типично для этих сталей в стандартных конструкционных приложениях; циклы закалки и отпуска обеспечивают значительно более высокие прочности, но используются только при спецификации и с химией, подходящей для закаливаемости.
• Термомеханическая обработка: ST52 обычно производится с TMCP для достижения высокой прочности с приемлемой ударной вязкостью и свариваемостью; ST37 обычно не требует TMCP.
• Практическое значение: ST52 может достигать более высокой прочности, сохраняя приемлемую ударную вязкость благодаря микролегированию и обработке, в то время как ST37 получает ударную вязкость и пластичность за счет низкоуглеродной химии и более крупной микроструктуры.

4. Механические свойства

Таблица: Типичные диапазоны механических свойств (как прокатанные / данные поставщика; проконсультируйтесь с сертификатами завода)

Свойство	ST37 (типичный)	ST52 (типичный)
Предел текучести (Rp0.2, МПа)	≈ 235 (общий минимум для сталей, подобных S235)	высший класс — обычно в диапазоне 355–520 МПа в зависимости от подкатегории и обработки
Прочность на разрыв (МПа)	≈ 360–510	≈ 500–700 (варьируется в зависимости от подкатегории и обработки)
Удлинение (%)	≈ 20–30 (хорошая пластичность)	≈ 10–20 (сниженная пластичность по сравнению с ST37)
Ударная вязкость	Часто ≥ 27 Дж при комнатной температуре (JR) или заданной температуре	Может быть спроектирована для соответствия требованиям по ударной вязкости; сниженная пластичность может уменьшить ударную вязкость, если не используется TMCP/микролегирование
Твердость (HB)	Низкая-умеренная (легко обрабатывается/формуется)	Выше (сложнее обрабатывать/формовать)

Объяснение: - ST52 является более прочной маркой; она достигает более высокого предела текучести и прочности на разрыв. Эта более высокая прочность обычно достигается за счет снижения пластичности (меньшее удлинение), если не используются тщательная обработка и микролегирование для сохранения ударной вязкости. - Ударная вязкость сильно зависит от указанной подкатегории и условий поставки (температура, наличие суффиксов J или JR). Обе марки могут быть произведены для соответствия конкретным требованиям по ударной энергии, но варианты с более высокой прочностью часто требуют внимания к ударной вязкости.

5. Свариваемость

Свариваемость в первую очередь зависит от содержания углерода, углеродного эквивалента и наличия элементов микролегирования, которые влияют на закаливаемость и восприимчивость к водородному растрескиванию.

Общие индексы свариваемости: - Углеродный эквивалент IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Формула Pcm (для оценки восприимчивости к холодному растрескиванию): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Качественная интерпретация (без числовых входных данных): - ST37: Низкое содержание углерода и упрощенная химия обеспечивают низкие значения углеродного эквивалента, что дает в целом отличную свариваемость с минимальным подогревом и простыми выборами filler-metal. Риск растрескивания, вызванного водородом, низок для типичных толщин. - ST52: Более высокая прочность и потенциальное наличие элементов микролегирования увеличивают эффективную закаливаемость и повышают индексы, подобные углеродному эквиваленту. В результате ST52 может потребовать контролируемого подогрева, температур межпрохода и соответствующего выбора filler metal, чтобы избежать жестких, хрупких термически обработанных зон и холодного растрескивания на более толстых участках. - Практическое руководство: Для ST52 следуйте рекомендациям поставщика по подогреву, используйте соответствующие или немного превышающие filler metals, где это указано, контролируйте источники водорода и применяйте термообработку после сварки (PWHT), когда это необходимо для критических приложений.

6. Коррозия и защита поверхности

• Обе марки ST37 и ST52 являются углеродными/низколегированными сталями; ни одна из них не является нержавеющей. Они полагаются на защиту поверхности для обеспечения коррозионной стойкости.
• Типичные стратегии защиты: горячее цинкование, металлизация цинком, эпоксидные/полиуретановые покрытия, жертвенные покрытия или коррозионный запас в проектировании.
• PREN (эквивалентный номер стойкости к образованию коррозионных ям) имеет значение только для нержавеющих и дуплексных нержавеющих сталей. Для ST37 и ST52 PREN не применим: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Коррозионная стойкость в значительной степени не зависит от небольших различий в составе между ST37 и ST52; обе марки требуют покрытий в открытых условиях. Подготовка поверхности, система покрытия и окружающая среда определяют срок службы больше, чем небольшие различия в легировании.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Резка и механическая обработка:
• ST37: Легче обрабатывать и резать из-за более низкой твердости; срок службы инструмента и силы резания ниже.
• ST52: Более высокие силы резания и износ инструмента из-за более высокой прочности и твердости; параметры механической обработки должны быть скорректированы, и инструменты могут потребовать модернизации.
• Сгибание и формование:
• ST37: Лучшая формуемость и большие радиусы изгиба допускаются для данной толщины; подходит для холодного формования и прокатных операций.
• ST52: Сниженная пластичность означает, что более жесткое формование требует большего внимания; обратный изгиб выше, и минимальные радиусы изгиба больше, если материал не подвергался специальной обработке.
• Финишная обработка:
• Обе марки принимают стандартные методы финишной обработки (шлифовка, дробеструйная обработка, покраска). Более твердые поверхности ST52 могут потребовать более надежных методов финишной обработки.

8. Типичные применения

Таблица: Типичные применения

ST37 (типичные применения)	ST52 (типичные применения)
Общие конструкционные стальные работы (балки, колонны), где приоритетом являются высокая пластичность и свариваемость	Конструктивные элементы, где требуется более высокое соотношение прочности к весу (уменьшенная толщина сечения)
Изготовленные рамы, кронштейны, конструкции легкой и средней нагрузки	Рамы тяжелой техники, краны, несущие элементы с высоким напряжением
Трубы и трубки для непроцессных приложений, сварные секции	Высокопрочные трубы, компоненты под давлением, когда требуется прочность (с контролем сварки)
Общие плиты и секции для гражданского строительства	Применения, где требуется снижение веса и более высокий предел текучести (рамы транспортных средств, морские конструктивные компоненты при соответствующей обработке)

Обоснование выбора: - Выбирайте ST37, когда стоимость, легкость формования и сварки, а также высокая пластичность/ударная вязкость являются основными факторами. - Выбирайте ST52, когда проект требует более высокой прочности для уменьшения толщины сечения или для выдерживания более высоких статических нагрузок, при условии, что будут установлены контрольные меры для сварки и формования.

9. Стоимость и доступность

• Стоимость: ST37 обычно дешевле за тонну, чем ST52, поскольку содержит меньше добавок микролегирования и требует меньше обработки. ST52 часто стоит дороже из-за микролегирования и TMCP.
• Доступность: Обе марки широко доступны в стандартных формах продукции (плита, лист, горячекатаная рулонная сталь, конструкционные секции). Материалы, подобные ST37 (S235), возможно, более распространены для простой строительной стали, в то время как эквиваленты ST52 могут быть указаны и запасены для приложений, требующих более высокой прочности; сроки поставки для сертифицированных высокопрочных подкатегорий могут быть немного длиннее.

10. Резюме и рекомендации

Таблица: Быстрое сравнение

Критерий	ST37 (низкопрочный)	ST52 (высокопрочный)
Свариваемость	Отличная	Хорошая до умеренной (требует контроля)
Баланс прочности и ударной вязкости	Низкая прочность, высокая пластичность/ударная вязкость	Высокая прочность, потенциально низкая пластичность, если не используется TMCP/микролегирование
Стоимость	Низкая	Высокая

Заключение и рекомендации по выбору: - Выбирайте ST37, если: - Приложение придает приоритет свариваемости, легкости формования и высокой пластичности (например, общие конструкционные стальные работы, простые сварные рамы). - Чувствительность к стоимости и обилие поставок важны. - Требуется ударная вязкость при комнатной температуре и легкость в изготовлении без сложной обработки.

• Выбирайте ST52, если:
• Проект требует более высокой предела текучести и прочности на разрыв для уменьшения размеров сечений или поддержки более высоких статических нагрузок.
• Снижение веса или более высокая грузоподъемность является целью проектирования, и проект может принять умеренно более высокую стоимость материала и контроль за изготовлением.
• Покупатель указывает подкатегории TMCP или микролегирования, и реализуются соответствующие процедуры сварки/изготовления.

Заключительная заметка: ST37 и ST52 охватывают спектр химии и состояний обработки. Всегда указывайте точную редакцию стандарта, условия поставки (например, нормализованные, TMCP) и требуемые механические и ударные свойства в документах на закупку. Требуйте сертификаты испытаний завода и, где это применимо, квалификации процедур сварки и инструкции по подогреву/PWHT, чтобы гарантировать, что эксплуатационные характеристики соответствуют проектным намерениям.