Сталь S235JR: свойства и ключевые применения

1.0037 Сталь (S235JR) - это низкоуглеродная конструкционная сталь, которая широко используется в строительстве и инженерных приложениях. Классифицированная по европейскому стандарту EN 10025, S235JR известна своей хорошей свариваемостью, обрабатываемостью и общей структурной целостностью. Основным легирующим элементом в S235JR является углерод, с максимальным содержанием углерода 0,20%, что способствует его прочности и пластичности. Этот сорт стали часто используется в производстве конструктивных элементов, таких как балки, колонны и плиты.

Комплексный обзор

S235JR относится к низкоуглеродной мягкой стали, что делает ее подходящей для различных конструкционных приложений. Ее химический состав в основном состоит из железа (Fe) с небольшой долей углерода и другими легирующими элементами, такими как марганец (Mn) и кремний (Si). Наличие этих элементов улучшает механические свойства, что делает ее универсальным выбором для инженеров и производителей.

Ключевые характеристики:
- Прочность: S235JR обладает минимальной пределом текучести 235 МПа, что вполне достаточно для многих конструкционных приложений.
- Пластичность: Низкое содержание углерода в стали обеспечивает хорошую удлинение и уменьшение площади, что делает ее легкой в формовке и обработке.
- Свариваемость: S235JR известна своей отличной свариваемостью, позволяя легко соединять без необходимости предварительного подогрева.

Преимущества:
- Экономически эффективно для масштабных строительных проектов.
- Широко доступна в различных формах и размерах.
- Хорошие механические свойства для структурной целостности.

Ограничения:
- Ограниченная коррозионная стойкость по сравнению с более легированными сталями.
- Не подходит для высокотемпературных приложений из-за меньшей прочности при повышенных температурах.

Исторически S235JR была основной в строительной отрасли, часто используемой в производстве мостов, зданий и других инфраструктурных проектов благодаря своему благоприятному балансу прочности, пластичности и стоимости.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Сорт	Страна/Регион происхождения	Заметки/Замечания
UNS	K02401	США	Ближайший эквивалент S235JR
AISI/SAE	-	США	-
ASTM	A36	США	Похожие свойства, но с другим химическим составом
EN	S235JR	Европа	Стандартное обозначение
DIN	St37-2	Германия	Похожие свойства, незначительные различия в составе
JIS	SS400	Япония	Сопоставимы, но с различной прочностью на сжатие
GB	Q235	Китай	Эквивалентный сорт с аналогичными приложениями
ISO	S235JR	Международный	Стандартное обозначение

В таблице выше представлены различные стандарты и эквивалентные сорта для S235JR. Обратите внимание, что хотя такие сорта, как ASTM A36 и DIN St37-2, часто считаются эквивалентными, они могут иметь незначительные различия в химическом составе и механических свойствах, которые могут повлиять на производительность в конкретных приложениях.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и Название)	Диапазон процентов (%)
C (Углерод)	0,12 - 0,20
Mn (Марганец)	0,30 - 0,60
Si (Кремний)	0,10 - 0,40
P (Фосфор)	≤ 0,045
S (Сера)	≤ 0,045

Основная роль углерода в S235JR - это повышение прочности и твердости. Марганец способствует улучшению закаливаемости и прочности на разрыв, в то время как кремний помогает в десорбции во время производства стали и повышает прочность. Низкие уровни фосфора и серы важны для обеспечения хорошей пластичности и свариваемости.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Температура испытаний	Типичное значение/Диапазон (Метрика)	Типичное значение/Диапазон (Империя)	Справочный стандарт для метода испытания
Предел текучести (смещение 0,2%)	Горячекатаный	Температура окружающей среды	235 МПа	34,1 ksi	EN 10002-1
Прочность на разрыв	Горячекатаный	Температура окружающей среды	360 - 510 МПа	52,2 - 73,8 ksi	EN 10002-1
Удлинение	Горячекатаный	Температура окружающей среды	≥ 20%	≥ 20%	EN 10002-1
Уменьшение площади	Горячекатаный	Температура окружающей среды	≥ 40%	≥ 40%	EN 10002-1
Твердость (Бринелля)	Горячекатаный	Температура окружающей среды	≤ 160 HB	≤ 160 HB	EN 10003-1
Ударная вязкость	Нож с ключом Charpy	-20°C (-4°F)	≥ 27 Дж	≥ 20 фут-фунтов	EN 10045-1

Механические свойства S235JR делают его подходящим для различных конструкционных приложений. Его предел текучести позволяет выдерживать значительные нагрузки, в то время как удлинение и уменьшение площади указывают на хорошую пластичность, что делает его идеальным для процессов формовки и сварки. Ударная вязкость при низких температурах обеспечивает его хорошую работу в более холодных условиях.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (Метрика)	Значение (Империя)
Плотность	Температура окружающей среды	7,85 г/см³	0,284 фунта/дюйм³
Температура плавления	-	1420 - 1540 °C	2590 - 2810 °F
Теплопроводность	Температура окружающей среды	50 Вт/м·K	34,5 BTU·дюйм/ч·фут²·°F
Удельная теплоемкость	Температура окружающей среды	0,49 кДж/кг·K	0,12 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	Температура окружающей среды	0,0000175 Ом·м	0,000011 Ом·дюйм
Коэффициент теплового расширения	Температура окружающей среды	11,0 x 10⁻⁶/K	6,1 x 10⁻⁶/°F

Плотность S235JR указывает на то, что это относительно тяжелый материал, что типично для конструкционных сталей. Его диапазон температуры плавления показывает, что он может выдерживать высокие температуры, прежде чем перейти в жидкое состояние. Теплопроводность и удельная теплоемкость предполагают, что S235JR может эффективно рассеивать тепло, что делает его подходящим для приложений, где управление теплом является критическим.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг устойчивости	Заметки
Атмосферный	-	-	Удовлетворительно	Предрасположен к ржавчине без защитных покрытий
Хлористые соли	-	-	Плохо	Риск коррозии в виде ямок
Кислоты	-	-	Плохо	Не рекомендуется для кислых сред
Щелочи	-	-	Удовлетворительно	Умеренная устойчивость, но рекомендуются защитные меры
Органические вещества	-	-	Хорошо	В общем, устойчива к органическим растворителям

S235JR обладает умеренной коррозионной стойкостью, что делает его подходящим для многих приложений, но требует защитных мер в суровых условиях. Его предрасположенность к ржавчине в атмосферных условиях требует использования покрытий или глазирования для наружных применений. По сравнению с более легированными сталями, такими как S355 или нержавеющие стали, коррозионная стойкость S235JR ограничена, особенно в средах, богатых хлористыми соединениями, где могут возникать ямки.

Теплоустойчивость

Свойство/Лимит	Температура (°C)	Температура (°F)	Замечания
Максимальная температура постоянного обслуживания	400 °C	752 °F	Подходит для конструкционных приложений
Максимальная температура прерывистого обслуживания	500 °C	932 °F	Ограниченное использование при повышенных температурах
Температура скалывания	600 °C	1112 °F	Риск окисления при высоких температурах
Учёт прочности на ползучесть	300 °C	572 °F	Ползучесть может стать проблемой при повышенных температурах

S235JR показывает адекватную работу при повышенных температурах, но его механические свойства могут значительно ухудшиться выше 400 °C (752 °F). Это ограничение делает его менее подходящим для приложений, связанных с высокими тепловыми нагрузками или длительным воздействием повышенных температур. Риск окисления и образования корки при высоких температурах требует внимательного рассмотрения при проектировании и выборе материалов.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый наполнитель (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Замечания
MIG	ER70S-6	Смесь аргона + CO2	Хорошо для тонких сечений
TIG	ER70S-2	Аргон	Отлично для точной сварки
SMAW	E7018	-	Подходит для более толстых сечений

S235JR известна своей отличной свариваемостью, что делает ее предпочтительным выбором для различных процессов сварки. Предварительный подогрев обычно не требуется, но термическая обработка после сварки может быть полезна для снятия напряжений. Общие дефекты включают пористость и недосечку, которые можно минимизировать с помощью правильной техники и выбора наполнителя.

Обрабатываемость

Параметр обработки	S235JR	AISI 1212	Замечания/Советы
Относительный индекс обрабатываемости	70%	100%	Хорошая обрабатываемость для конструкционных применений
Типичная скорость резания (Токарная обработка)	80 м/мин	120 м/мин	Корректировать в зависимости от инструмента и настройки

S235JR демонстрирует хорошую обрабатываемость, позволяя эффективную обработку в различных операциях механической обработки. Оптимальные условия включают использование острых инструментов и соответствующих скоростей резания для минимизации износа и достижения требуемых поверхностных качеств.

Формовка

S235JR обладает высокой формуемостью, что делает ее подходящей для процессов холодной и горячей формовки. Низкое содержание углерода позволяет значительные деформации без растрескивания. Сталь может быть согнута, прокатана и сформирована в различные формы, при этом рекомендуемые радиусы изгиба обычно составляют 2-3 раза толщину материала.

Термическая обработка

Процесс обработки	Диапазон температур (°C/°F)	Типичное время выдержки	Способ охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 часа	Воздух или вода	Улучшение пластичности и уменьшение твердости
Нормализация	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	1 - 2 часа	Воздух	Уточнение зерновой структуры и повышение прочности
Закалка и отпуск	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	1 час	Масло или вода	Повышение твердости и прочности

Процессы термической обработки, такие как отжиг и нормализация, могут значительно изменить микроструктуру S235JR, улучшая ее механические свойства. Отжиг улучшает пластичность, тогда как нормализация уточняет зерновую структуру, что приводит к повышению прочности и ударной вязкости.

Типичные применения и конечные применения

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора (кратко)
Строительство	Конструкционные балки	Высокий предел текучести, хорошая свариваемость	Необходимо для несущих конструкций
Автомобильная промышленность	Компоненты шасси	Пластичность, обрабатываемость	Необходимы легкие и прочные материалы
Производство	Каркасы машин	Прочность, формуемость	Требуются нестандартные формы и высокая прочность
Судостроение	Структуры корпуса	Коррозионная стойкость, свариваемость	Прочные и надежные для морских условий

В строительстве S235JR часто выбирается из-за своего баланса прочности и пластичности, что делает ее идеальной для конструкционных приложений. В автомобильной промышленности ее обрабатываемость и формуемость позволяют производить сложные формы при сохранении прочности.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие сведения

Особенность/Свойство	S235JR	S355	A36	Краткое замечание о плюсах/минусах или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Предел текучести: 235 МПа	Предел текучести: 355 МПа	Предел текучести: 250 МПа	S355 предлагает более высокую прочность, но по более высокой цене
Ключевой аспект коррозии	Удовлетворительно	Хорошо	Удовлетворительно	S355 обладает лучшей коррозионной стойкостью благодаря более высокому содержанию легирующих элементов
Свариваемость	Отлично	Хорошо	Хорошо	Все сорта свариваемы, но S235JR легче всего сварить
Обрабатываемость	Хорошо	Удовлетворительно	Хорошо	S235JR легче обрабатывать, чем S355
Формуемость	Отлично	Хорошо	Хорошо	S235JR более формуемая из-за низкого содержания углерода
Приблизительная относительная стоимость	Низкая	Средняя	Низкая	S235JR является экономически эффективным для крупных проектов
Типичная доступность	Высокая	Средняя	Высокая	S235JR широко доступна в различных формах

При выборе S235JR важно учитывать стоимость, доступность и конкретные механические свойства, необходимые для этого применения. Хотя S355 предлагает более высокую прочность, S235JR остается популярным выбором для многих конструкционных приложений благодаря своему балансу свойств и более низкой стоимости. Его отличная свариваемость и обрабатываемость делают его универсальным вариантом для инженеров и производителей.

В заключение, S235JR - это широко используемая низкоуглеродная конструкционная сталь, которая предлагает комбинацию прочности, пластичности и экономической эффективности, что делает ее подходящей для различных приложений в строительстве, производстве и автомобильной промышленности.