Коммерческая сталь качества (CQ): Свойства и ключевые применения

Коммерческая качественная сталь (CQ) — это категория низкоуглеродистой мягкой стали, в первую очередь используемой в областях, требующих хорошей пластичности и свариваемости. Классифицируется в более широкую категорию углеродных сталей, сталь CQ обычно содержит углерод менее 0,25%, что делает ее подходящей для процессов формования и сварки. Основным легирующим элементом в стали CQ является углерод, который влияет на ее прочность, твердость и пластичность. Другие элементы, такие как марганец, фосфор и сера, могут присутствовать вTrace-количествах, влияя на общие свойства стали.

Самыми значительными характеристиками стали CQ являются ее отличная формуемость, свариваемость и умеренная прочность на растяжение. Она часто используется в ситуациях, где высокая прочность не является основной необходимостью, но где хороши механические свойства и легкость обработки имеют решающее значение.

Преимущества и ограничения

Преимущества:
- Хорошая пластичность: Сталь CQ легко формируется в различные формы без трещин.
- Свариваемость: Ее можно сваривать с использованием стандартных методов, что делает ее подходящей для обработки.
- Экономичность: Обычно сталь CQ дешевле, чем сталей более высокого сорта.

Ограничения:
- Низкая прочность: По сравнению с углеродными или легированными сталями более высокого качества, сталь CQ имеет более низкую прочность на растяжение и текучесть.
- Коррозионная стойкость: Она более восприимчива к коррозии, чем нержавеющие стали или другие легированные марки.
- Ограниченная производительность при высоких температурах: Сталь CQ может не демонстрировать хорошие результаты в экстремальных температурных условиях.

Исторически сталь CQ была основным материалом в производстве и строительной индустрии, часто использовалась в конструктивных применениях, автомобильных компонентах и общей обработке. Ее рыночная позиция остается сильной благодаря универсальности и экономичности.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Класс	Страна/Регион происхождения	Примечания/Замечания
UNS	G10100	США	Ближайший эквивалент стали A36
AISI/SAE	1010	США	Низкоуглеродистая сталь, хороша для формования
ASTM	A36	США	Конструкционная сталь с похожими свойствами
EN	S235JR	Европа	Сравнима по прочности и применению
DIN	St37-2	Германия	Похожие механические свойства
JIS	SS400	Япония	Распространенный класс конструкционной стали
GB	Q235	Китай	Эквивалент A36, широко используется в строительстве
ISO	ISO 630	Международный	Общий стандарт конструкционной стали

Хотя многие классы считаются эквивалентными стали CQ, тонкие различия в составе могут влиять на производительность. Например, сталь A36 имеет немного более высокую прочность текучести, что делает ее более подходящей для конструктивных применений, в то время как сталь CQ предлагает лучшую пластичность.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и название)	Процентный диапазон (%)
C (углерод)	0,05 - 0,25
Mn (марганец)	0,30 - 0,60
P (фосфор)	≤ 0,04
S (сера)	≤ 0,05
Si (кремний)	≤ 0,40

Основная роль углерода в стали CQ заключается в увеличении прочности и твердости. Марганец способствует улучшению закаливаемости и прочности на растяжение, в то время как содержание фосфора и серы контролируется, чтобы минимизировать хрупкость и улучшить обрабатываемость.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Температура испытания	Типичное значение/Диапазон (метрическое)	Типичное значение/Диапазон (имперское)	Справочный стандарт для метода испытания
Прочность на растяжение	Отожженная	Комнатная температура	370 - 490 МПа	54 - 71 ksi	ASTM E8
Прочность текучести (0,2% смещение)	Отожженная	Комнатная температура	250 - 350 МПа	36 - 51 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженная	Комнатная температура	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
Твердость (Бринелля)	Отожженная	Комнатная температура	120 - 160 HB	120 - 160 HB	ASTM E10
Ударная прочность	С Charpy V-прорезью	-20°C (-4°F)	27 - 40 Дж	20 - 30 фут-фунтов	ASTM E23

Сочетание этих механических свойств делает сталь CQ подходящей для применений, требующих умеренной прочности и отличной пластичности, таких как кузовные панели автомобилей и конструктивные компоненты.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрическое)	Значение (имперское)
Плотность	Комнатная температура	7,85 г/см³	0,284 фунт/дюйм³
Температура плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	50 Вт/м·K	29 BTU·дюйм/(ч·фут²·°F)
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	0,49 кДж/кг·K	0,12 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	1,68 x 10^-8 Ом·м	1,68 x 10^-8 Ом·фут
Коэффициент теплового расширения	Комнатная температура	11,0 x 10^-6/K	6,1 x 10^-6/°F

Плотность стали CQ делает ее подходящей для применений, в которых важно учитывать вес, в то время как ее теплопроводность полезна в применениях, связанных с теплообменом.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг стойкости	Примечания
Атмосферная	Меняется	Окружение	Удовлетворительная	Подвержена ржавлении
Хлориды	Меняется	Окружение	Плохая	Риск коррозии
Кислоты	Меняется	Окружение	Плохая	Не рекомендуется
Щелочи	Меняется	Окружение	Удовлетворительная	Умеренная стойкость

Сталь CQ обладает умеренной коррозионной стойкостью, что делает ее подходящей для внутреннего использования, но менее идеальной для наружных или морских условий. Она подвержена ржавчине в условиях влажности и может подвергаться коррозии в средах, богатых хлоридами. По сравнению с нержавеющими сталями, такими как 304 или 316, коррозионная стойкость стали CQ значительно ниже, что требует применения защитных покрытий или обработок в коррозионных средах.

Тепловая стойкость

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Замечания
Максимальная температура непрерывной эксплуатации	400 °C	752 °F	Подходит для умеренных температур
Максимальная температура прерывистого обслуживания	500 °C	932 °F	Только для краткосрочного воздействия
Температура окисления	600 °C	1112 °F	Риск окисления за пределами этой температуры

При повышенных температурах сталь CQ сохраняет свои механические свойства, но может начать терять прочность и пластичность. Окисление может происходить при температурах выше 600 °C, что требует осторожного подхода в высокотемпературных применениях.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый наполнитель (Классификация AWS)	Типичный защитный газ/Флюс	Примечания
MIG	ER70S-6	Аргон + CO2	Хорошо для тонких секций
TIG	ER70S-2	Аргон	Чистые сварные швы, низкий тепловой ввод
Электрод	E7018	-	Подходит для наружного использования

Сталь CQ хорошо сваривается с использованием различных процессов, включая MIG, TIG и электродную сварку. Предварительный подогрев может потребоваться для более толстых секций, чтобы предотвратить трещины. Постсварочная термическая обработка может улучшить свойства, но не всегда требуется.

Обрабатываемость

Параметр обработки	[Сталь CQ]	AISI 1212	Примечания/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	70	100	Сталь CQ умеренно обрабатываема
Типичная скорость резания (Токарная обработка)	30 м/мин	50 м/мин	Используйте острые инструменты для наилучших результатов

Сталь CQ обладает умеренной обрабатываемостью, что делает ее подходящей для операций обработки. Однако необходимо проявлять осторожность, чтобы избежать упрочнения.

Формуемость

Сталь CQ подходит как для холодных, так и для горячих процессов формования. Ее низкое содержание углерода позволяет значительное деформирование без трещин. Минимальный радиус изгиба обычно составляет 1,5 раза толщину материала, что обеспечивает возможность формования в сложные формы.

Термическая обработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 часа	Воздух	Улучшить пластичность и снизить твердость
Нормализация	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	1 - 2 часа	Воздух	Улучшение структуры зерен
Закалка	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	30 мин	Вода/Масло	Увеличение твердости

Во время термической обработки сталь CQ подвергается металлургическим преобразованиям, которые могут значительно изменить ее микроструктуру и свойства. Например, отжиг снижает твердость и повышает пластичность, что упрощает дальнейшую обработку.

Типичные применения и конечные применения

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора (кратко)
Автомобильная	Кузовные панели	Хорошая формуемость, свариваемость	Экономически эффективна и легко обрабатывается
Строительство	Конструкционные балки	Умеренная прочность, пластичность	Подходит для общего строительства
Производство	Каркасы машин	Хорошая обрабатываемость, свариваемость	Легко обрабатывается и сваривается
Приборы	Корпуса приборов	Хорошая коррозионная стойкость (с покрытиями)	Легкий и экономически эффективный

Другие применения включают:
* - Сельскохозяйственное оборудование
* - Производство мебели
* - Общая обработка и ремонтные работы

Сталь CQ выбирают для этих приложений благодаря ее балансу прочности, пластичности и экономичности, что делает ее идеальной для деталей, которые требуют хороших механических свойств без необходимости в материалах высокой прочности.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие сведения

Свойство/Качество	[Сталь CQ]	[Сталь A36]	[304 Нержавеющая сталь]	Краткая заметка о преимуществах/недостатках или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Умеренное	Выше	Гораздо выше	CQ менее прочная, но более пластичная
Ключевой аспект коррозии	Удовлетворительная	Удовлетворительная	Отличная	CQ более подвержена ржавлению
Свариваемость	Хорошая	Хорошая	Отличная	Все можно сваривать, но CQ легче
Обрабатываемость	Умеренная	Умеренная	Плохая	CQ легче обрабатывать
Формуемость	Хорошая	Хорошая	Удовлетворительная	CQ можно формовать в сложные формы
Приблизительная относительная стоимость	Низкая	Низкая	Высокая	CQ более экономически эффективна
Типичное наличие	Высокое	Высокое	Умеренное	CQ широко доступна

При выборе стали CQ необходимо учитывать экономическую эффективность, доступность и конкретные механические свойства, необходимые для применения. Хотя она предлагает хорошую производительность для многих приложений, она может не подходить для условий, требующих высокой коррозионной стойкости или экстремальной прочности.

В заключение, коммерческая качественная сталь (CQ) является универсальным материалом, широко используемым в различных отраслях благодаря ее благоприятным свойствам и экономичности. Понимание ее характеристик, преимуществ и ограничений является важным для принятия обоснованных решений по выбору материалов в инженерных и производственных приложениях.