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.