HSLA-80 Сталь: Свойства и основные применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Сталь HSLA-80 классифицируется как высокопрочная низколегированная (HSLA) сталь, разработанная для обеспечения улучшенных механических свойств и повышенной устойчивости к атмосферной коррозии по сравнению с обычными углеродными сталями. Основными легирующими элементами в HSLA-80 являются марганец, кремний и небольшие количества хрома и никеля, которые способствуют его общей прочности, вязкости и свариваемости.
Общий обзор
Сталь HSLA-80 характеризуется высокой пределом преломления примерно 550 МПа (80 тыс. фунт/дюйм²), что позволяет использовать более тонкие детали в конструктивных приложениях без ущерба для производительности. Этот сорт стали демонстрирует отличную вязкость, что делает его подходящим для применений, требующих высокой прочности и ударной устойчивости. Низкое содержание углерода улучшает свариваемость и снижает риск образования трещин в процессе изготовления.
Преимущества стали HSLA-80:
- Высокое соотношение прочности к весу: Позволяет проектировать более легкие конструкции, снижая затраты на материалы и общий вес.
- Улучшенная свариваемость: Облегчает процесс изготовления и сборки, особенно в сложных структурах.
- Повышенная устойчивость к коррозии: Обеспечивает лучшую производительность в суровых условиях по сравнению со стандартными углеродными сталями.
Ограничения стали HSLA-80:
- Стоимость: Обычно более дорогая, чем обычные углеродные стали из-за легирующих элементов.
- Доступность: Может быть не так широко доступна, как более распространенные сорта стали, что может привести к длительным срокам поставки.
Исторически стальные сплавы HSLA приобрели популярность в строительной и автомобильной отраслях благодаря своим выгодным свойствам, что делает их предпочтительным выбором для приложений, требующих высокой прочности и долговечности.
Альтернативные наименования, стандарты и эквиваленты
Стандартная организация | Обозначение/Класс | Страна/Регион происхождения | Примечания/Комментарии |
---|---|---|---|
UNS | K12080 | США | Ближайший эквивалент ASTM A572 Grade 80 |
ASTM | A572 Grade 80 | США | Широко используется в конструктивных приложениях |
EN | S460NL | Европа | Небольшие различия в составе; более высокая прочность |
JIS | SM490YB | Япония | Схожие механические свойства, но другой химический состав |
ISO | 460Y | Международный | Сравним с ASTM A572 Grade 80 |
В таблице выше представлены различные стандарты и эквиваленты для стали HSLA-80. Примечательно, что хотя S460NL и SM490YB демонстрируют схожие механические свойства, их химические составы могут различаться, что влияет на их производительность в определенных условиях.
Ключевые свойства
Химический состав
Элемент (Символ и название) | Процентный диапазон (%) |
---|---|
C (Углерод) | 0.05 - 0.15 |
Mn (Марганец) | 1.00 - 1.50 |
Si (Кремний) | 0.15 - 0.40 |
Cr (Хром) | 0.20 - 0.40 |
Ni (Никель) | 0.20 - 0.30 |
P (Фосфор) | ≤ 0.025 |
S (Сера) | ≤ 0.025 |
Основные легирующие элементы в стали HSLA-80 играют важные роли:
- Марганец: Повышает закаливаемость и прочность, улучшая вязкость.
- Кремний: Способствует обезуглероживанию в процессе производства стали и увеличивает прочность.
- Хром и никель: Улучшают устойчивость к коррозии и вязкость при повышенных температурах.
Механические свойства
Свойство | Состояние/Температура | Температура испытания | Типичное значение/Диапазон (Метрика) | Типичное значение/Диапазон (Имперская) | Эталонный стандарт метода испытания |
---|---|---|---|---|---|
Усталостная прочность | Закаленная и подверженная отпуску | Комнатная температура | 550 - 690 МПа | 80 - 100 тыс. фунт/дюйм² | ASTM E8 |
Предел текучести (0.2% смещение) | Закаленная и подверженная отпуску | Комнатная температура | 480 - 620 МПа | 70 - 90 тыс. фунт/дюйм² | ASTM E8 |
Удлинение | Закаленная и подверженная отпуску | Комнатная температура | 18% - 22% | 18% - 22% | ASTM E8 |
Снижение площади | Закаленная и подверженная отпуску | Комнатная температура | 50% - 60% | 50% - 60% | ASTM E8 |
Твердость (Бринелля) | Закаленная и подверженная отпуску | Комнатная температура | 170 - 210 НВ | 170 - 210 НВ | ASTM E10 |
Ударная прочность (Шарпи) | Закаленная и подверженная отпуску | -20°C (-4°F) | 27 Дж | 20 фут-фунт | ASTM E23 |
Механические свойства стали HSLA-80 делают ее особенно подходящей для конструктивных приложений, где высокие прочность и вязкость имеют критическое значение. Предел текучести позволяет проектировать более легкие конструкции, в то время как удлинение и снижение площади указывают на хорошую пластичность, важную для поглощения энергии при ударе.
Физические свойства
Свойство | Состояние/Температура | Значение (Метрика) | Значение (Имперская) |
---|---|---|---|
Плотность | - | 7.85 г/см³ | 0.284 фунт/дюйм³ |
Температура плавления/Диапазон | - | 1425 - 1540°C | 2600 - 2800°F |
Теплопроводность | 20°C | 50 Вт/м·К | 34.5 BTU·дюйм/ч·фут²·°F |
Удельная теплоемкость | 20°C | 0.46 кДж/кг·К | 0.11 BTU/фунт·°F |
Электрическое сопротивление | 20°C | 0.0000017 Ом·м | 0.0000017 Ом·дюйм |
Коэффициент теплового расширения | 20°C | 11.5 x 10⁻⁶/К | 6.4 x 10⁻⁶/°F |
Плотность стали HSLA-80 способствует ее общему весу, в то время как температура плавления указывает на хорошую производительность в условиях высокой температуры. Теплопроводность и удельная теплоемкость важны для приложений, связанных с тепловым циклом, обеспечивая, чтобы материал мог выдерживать быстрые изменения температуры, не нарушая структурной целостности.
Устойчивость к коррозии
Коррозионный агент | Концентрация (%) | Температура (°C/°F) | Оценка устойчивости | Примечания |
---|---|---|---|---|
Хлориды | 3% | 25°C (77°F) | Удовлетворительная | РискLocalized pitting |
Серная кислота | 10% | 20°C (68°F) | Плохая | Не рекомендуется |
Атмосферная | - | Переменная | Хорошая | Хорошо работает на улице |
Щелочные растворы | 5% | 25°C (77°F) | Удовлетворительная | Уязвимость к SCC |
Сталь HSLA-80 демонстрирует хорошую устойчивость к атмосферной коррозии, что делает ее подходящей для наружных приложений. Однако она подвержена коррозии в виде точек в условиях хлора и должна использоваться с осторожностью в кислых или щелочных условиях. По сравнению с другими сортами, такими как A572 и S460, HSLA-80 предлагает лучшую производительность в отношении устойчивости к коррозии, особенно в конструкциях, подверженных влиянию элементов.
Устойчивость к теплу
Свойство/Граница | Температура (°C) | Температура (°F) | Примечания |
---|---|---|---|
Максимальная температура непрерывного обслуживания | 400°C | 752°F | Подходит для конструктивных приложений |
Максимальная температура прерывистого обслуживания | 500°C | 932°F | Рекомендуется ограниченное воздействие |
Температура обгона | 600°C | 1112°F | Риск окисления выше этой температуры |
Учитывать прочность на сдвиг | 400°C | 752°F | Начинает ухудшаться при повышенных температурах |
Сталь HSLA-80 сохраняет свои механические свойства при повышенных температурах, что делает ее подходящей для приложений, где термостойкость имеет решающее значение. Однако длительное воздействие температур выше 400°C может привести к ухудшению механических свойств, что требует тщательного рассмотрения в условиях высоких температур.
Свойства обработки
Свариваемость
Процесс сварки | Рекомендуемый сварочный материал (классификация AWS) | Типичный защитный газ/флюс | Примечания |
---|---|---|---|
SMAW | E7018 | Аргон + CO2 | Рекомендуется предварительный подогрев |
GMAW | ER70S-6 | Аргон + CO2 | Хорошие характеристики слияния |
FCAW | E71T-1 | Флюсовая проволока | Подходит для использования на улице |
Сталь HSLA-80 обычно считается хорошей свариваемой, особенно с электродами с низким содержанием водорода. Часто рекомендуется предварительный подогрев, чтобы минимизировать риск трещин, особенно в более толстых участках. Термическая обработка после сварки может дополнительно улучшить свойства сварного шва.
Обрабатываемость
Параметр обработки | Сталь HSLA-80 | AISI 1212 | Примечания/Советы |
---|---|---|---|
Индекс относительной обрабатываемости | 60% | 100% | Умеренная обрабатываемость |
Типичная скорость резания (точение) | 50 м/мин | 80 м/мин | Используйте вольфрамовые инструменты для достижения наилучших результатов |
Сталь HSLA-80 демонстрирует умеренную обрабатываемость, требуя тщательного выбора резцов и скоростей. Рекомендуется использовать вольфрамовые инструменты для оптимальной производительности, а также использовать охлаждающую жидкость для управления теплом во время обработки.
Формуемость
Сталь HSLA-80 может быть сформирована как холодными, так и горячими методами. Холодное формование возможно, но может требовать осторожного обращения, чтобы избежать работы на упрочнение. Горячее формование предпочтительно для сложных форм, позволяя легкую обработку без нарушения целостности материала.
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 | Снижение твердости, улучшение пластичности |
Закалка | 800 - 900°C / 1472 - 1652°F | 30 минут | Вода/Масло | Увеличение твердости и прочности |
Отпуск | 400 - 600°C / 752 - 1112°F | 1 час | Воздух | Снижение хрупкости, улучшение вязкости |
Процессы термической обработки, такие как закалка и отпуск, значительно улучшают механические свойства стали HSLA-80. Процесс закалки увеличивает твердость, в то время как отпуск снижает хрупкость, что приводит к сбалансированному сочетанию прочности и вязкости.
Типичные применения и конечные использования
Отрасль/Сектор | Пример конкретного применения | Ключевые свойства стали, использованные в этом применении | Причина выбора (кратко) |
---|---|---|---|
Строительство | Балка моста | Высокая прочность, вязкость | Нагрузочная способность |
Автомобильная промышленность | Компоненты шасси | Легкость, высокая прочность | Топливная эффективность |
Энергетика | Башни ветровых турбин | Устойчивость к коррозии, структурная целостность | Долговечность в суровых условиях |
Тяжелое оборудование | Рычаги погрузчиков | Устойчивость к ударам, свариваемость | Применение с высокими нагрузками |
Другие применения стали HSLA-80 включают:
- Конструктивные балки в зданиях
- Железнодорожные вагоны и грузовые контейнеры
- Военные автомобили и оборудование
Выбор стали HSLA-80 для этих применений обусловлен её высоким соотношением прочности к весу и отличной вязкостью, что делает её идеальной для требовательных условий.
Важные соображения, критерии выбора и дополнительная информация
Характеристика/Свойство | Сталь HSLA-80 | A572 Grade 50 | S460NL | Краткое Преимущество/Недостаток или примечание |
---|---|---|---|---|
Ключевое механическое свойство | Высокий предел текучести | Умеренный предел текучести | Высокий предел текучести | HSLA-80 обеспечивает баланс прочности и пластичности |
Ключевой аспект коррозии | Хорошая | Удовлетворительная | Хорошая | HSLA-80 хорошо работает в атмосферных условиях |
Свариваемость | Хорошая | Удовлетворительная | Хорошая | HSLA-80 легче сваривать, чем некоторые альтернативы |
Обрабатываемость | Умеренная | Высокая | Умеренная | A572 легче обрабатывать, чем HSLA-80 |
Формуемость | Хорошая | Хорошая | Удовлетворительная | HSLA-80 можно эффективно формовать с помощью правильных техник |
Приблизительная относительная стоимость | Выше | Ниже | Сходная | Стоимость может быть определяющим фактором при выборе |
Типичная доступность | Умеренная | Высокая | Умеренная | A572 более широко доступна |
При выборе стали HSLA-80 следует учитывать соотношение затрат, доступность и конкретные требования применения. Ее уникальное сочетание свойств делает ее подходящей для высокопроизводительных приложений, но потенциальным пользователям следует взвесить эти факторы по сравнению с такими альтернативами, как A572 и S460NL.
В заключение, сталь HSLA-80 является универсальным материалом, который превосходит в применениях, требующих высокой прочности, вязкости и устойчивости к коррозии. Ее свойства делают её предпочтительным выбором в различных отраслях, особенно там, где структурная целостность и производительность имеют первостепенное значение.