S690 Сталь: Обзор свойств и ключевых применений

Сталь S690, классифицируемая как высокопрочная конструкционная сталь, является частью европейского стандарта EN 10025-6. Она характеризуется высокой прочностью и отличной свариваемостью, что делает ее подходящей для различных требовательных приложений в строительстве и инженерии. Основные легирующие элементы в стали S690 включают углерод (C), марганец (Mn) и кремний (Si), а также небольшое количество других элементов, таких как хром (Cr), никель (Ni) и молибден (Mo), которые улучшают ее механические свойства.

Полный обзор

Сталь S690 известна своей высокой пределом прочности на текучесть, обычно варьирующейся от 690 МПа до 960 МПа, что позволяет использовать более тонкие прокладки в конструкционных приложениях без ущерба для прочности. Эта характеристика не только снижает вес конструкций, но и приводит к экономии на материалах и транспортировке. Сталь проявляет хорошую стойкость к ударам и пластичность, что имеет критическое значение для приложений, подверженных динамическим нагрузкам.

Преимущества стали S690:
- Высокое соотношение прочности к весу: Обеспечивает проектирование легких конструкций.
- Отличная свариваемость: Подходит для различных процессов сварки, упрощая изготовление.
- Хорошая стойкость к ударам: Поддерживает производительность в условиях низких температур.

Ограничения стали S690:
- Стоимость: Выше, чем у обычных конструкционных сталей из-за легирующих элементов.
- Хрупкость при низких температурах: Требует тщательного учета в холодных условиях.
- Ограниченная коррозионная стойкость: Могут потребоваться защитные покрытия в агрессивных средах.

Сталь S690 приобрела значительное внимание на рынке благодаря своей производительности в тяжелом строительстве, горнодобывающей промышленности и оффшорных приложениях. Ее историческое значение заключается в разработке для удовлетворения растущих требований к более прочным и эффективным материалам в современном инженерии.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Грейд	Страна/Регион происхождения	Примечания/Комментарии
UNS	S690QL	США	Ближайший эквивалент EN 10025-6
ASTM	A572 Grade 65	США	Небольшие различия в составе
EN	S690QL	Европа	Широко используется в конструкционных приложениях
DIN	1.8928	Германия	Эквивалент S690QL
JIS	SM490YB	Япония	Похожие пределы прочности, но другой состав
ISO	10025-6	Международный	Стандарт для сталей с высокой прочностью на растяжение

Различия между этими сортами могут значительно влиять на производительность. Например, хотя S690QL и A572 Grade 65 могут иметь схожие пределы прочности на текучесть, их химический состав и характеристики стойкости к ударам могут различаться, влияя на их пригодность для конкретных приложений.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и название)	Процентный диапазон (%)
C (Углерод)	0.10 - 0.20
Mn (Марганец)	1.20 - 1.60
Si (Кремний)	0.10 - 0.50
Cr (Хром)	0.30 макс
Ni (Никель)	0.30 макс
Mo (Молибден)	0.10 - 0.15

Основные легирующие элементы в стали S690 играют ключевую роль:
- Углерод (C): Увеличивает прочность и твердость, но может снижать пластичность.
- Марганец (Mn): Увеличивает закаливаемость и ударную вязкость.
- Кремний (Si): Улучшает обезгазирование и увеличивает прочность.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Температура испытания	Типичное значение/Диапазон (метрическая система)	Типичное значение/Диапазон (имперская система)	Ссылочный стандарт для метода испытания
Предел прочности на текучесть (0.2% смещение)	Закаленная и отпущенная	Комнатная температура	690 - 960 МПа	100 - 139 ksi	ASTM E8
Прочность на растяжение	Закаленная и отпущенная	Комнатная температура	770 - 1100 МПа	112 - 160 ksi	ASTM E8
Удлинение	Закаленная и отпущенная	Комнатная температура	12 - 20%	12 - 20%	ASTM E8
Твердость (Бринелля)	Закаленная и отпущенная	Комнатная температура	200 - 300 HB	200 - 300 HB	ASTM E10
Ударная прочность (Шарпи)	Закаленная и отпущенная	-20°C	27 Дж	20 фут-фунт	ASTM E23

Сочетание высокой прочности на текучесть и прочности на растяжение делает сталь S690 подходящей для приложений, которые требуют значительной несущей способности при сохранении структурной целостности. Ее удлинение и ударная прочность обеспечивают возможность выдерживать динамические нагрузки без разрушения.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрическая система)	Значение (имперская система)
Плотность	-	7850 кг/м³	0.284 фунт/дюйм³
Температура плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	20 °C	50 Вт/м·К	34.5 BTU·дюйм/час·фут²·°F
Удельная теплоемкость	20 °C	460 Дж/кг·К	0.11 BTU/фунт·°F
Коэффициент теплового расширения	20 - 100 °C	12 x 10⁻⁶ /К	6.67 x 10⁻⁶ /°F

Плотность стали S690 влияет на ее вес, что является важным фактором в конструкционном проектировании. Теплопроводность и удельная теплоемкость критически важны для приложений, связанных с передачей тепла, в то время как коэффициент теплового расширения необходимо учитывать в условиях температурных колебаний.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C)	Рейтинг стойкости	Примечания
Хлориды	3-5	20-60	Умеренная	Риск глубококоррозионного повреждения
Серная кислота	10-20	20-40	Плохо	Не рекомендуется
Морская вода	-	20-30	Умеренная	Необходима защитная обработка

Сталь S690 проявляет умеренную коррозионную стойкость, особенно в морской среде, где присутствуют хлориды. Однако она подвержена глубококоррозионным и стрессовым трещинам (SCC) в агрессивных условиях, что требует применения защитных мер, таких как покрытия или катодная защита.

По сравнению с другими высокопрочными сталями, такими как S355 и S460, S690 предлагает превосходную прочность, но может потребовать более строгих стратегий защиты от коррозии из-за своего более низкого естественного сопротивления.

Жаропрочность

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура постоянной эксплуатации	400	752	Подходит для конструкционных применений
Максимальная температура временной эксплуатации	500	932	Ограниченная стойкость к окислению
Температура корки	600	1112	Риск корки при повышенных температурах

При повышенных температурах сталь S690 сохраняет свою прочность, но может подвергаться окислению, что может повлиять на ее производительность в условиях высоких температур. Важно внимательно учитывать условия эксплуатации, чтобы избежать ухудшения.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый filler металл (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
MIG	ER70S-6	Аргон + CO2	Хорошо подходит для тонких сечений
TIG	ER70S-2	Аргон	Подходит для точных работ
SMAW	E7018	-	Требует предварительного подогрева

Сварка стали S690 очень высокая, что делает ее подходящей для различных процессов сварки. Предварительный подогрев может быть необходим для избежания трещин, особенно в более толстых сечениях. Обработка после сварки может улучшить механические свойства сварного шва.

Обрабатываемость

Параметр обработки	[Сталь S690]	[AISI 1212]	Примечания/Советы
Относительный индекс обрабатываемости	60	100	Требует инструмента с высокой скоростью резания
Типичная скорость резания (точение)	30 м/мин	50 м/мин	Используйте карбидные инструменты для эффективности

Сталь S690 представляет трудности в обработке из-за своей высокой прочности. Оптимальные условия и инструменты необходимы для достижения желаемой шероховатости поверхности и допусков.

Формуемость

Сталь S690 может быть холодно и горячо формована, но ее высокая прочность на текучесть требует тщательного учета радиусов изгиба и эффектов упрочнения. Холодное формование может привести к увеличению твердости, в то время как горячее формование может улучшить пластичность.

Термическая обработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Закалка	850 - 900	30 мин	Воздух или масло	Увеличение твердости и прочности
Отпуск	500 - 700	1 - 2 часа	Воздух	Улучшение ударной вязкости и пластичности

Процессы термической обработки значительно влияют на микроструктуру стали S690, улучшая ее механические свойства. Закалка увеличивает твердость, в то время как отпуск снижает хрупкость, делает сталь более пластичной.

Типичные приложения и конечные применения

Отрасль/Сектор	Конкретный пример применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора
Строительство	Многоэтажные здания	Высокий предел прочности, свариваемость	Снижает вес конструкции
Горное дело	Ковши экскаваторов	Ударная вязкость, стойкость к ударам	Выдерживает тяжелые нагрузки
Оффшор	Нефтяные платформы	Коррозионная стойкость, прочность	Терпит жесткие условия
Транспорт	Мосты	Высокое соотношение прочности к весу	Увеличивает грузоподъемность

Другие применения включают:
- Компоненты тяжелой техники
- Конструкционные рамы для промышленных зданий
- Стреловые механизмы и опоры

Сталь S690 выбирается для этих приложений из-за своей способности выдерживать значительные нагрузки, сохраняющуя структурную целостность, что делает ее идеальной для сложных условий.

Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения

Особенность/Свойство	[Сталь S690]	[Сталь S355]	[Сталь S460]	Краткая заметка о плюсах и минусах или компромиссах
Предел прочности	690 МПа	355 МПа	460 МПа	Более высокая прочность в S690
Коррозионный аспект	Умеренная	Хорошая	Умеренная	S355 предлагает лучшую коррозионную стойкость
Свариваемость	Отличная	Хорошая	Умеренная	S690 легче сваривать
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Плохая	S690 требует специализированного инструмента
Приблизительная относительная стоимость	Высокая	Умеренная	Высокая	Учет стоимости для проектов
Типичная доступность	Умеренная	Высокая	Умеренная	S355 более широко доступна

При выборе стали S690 необходимо учитывать такие факторы, как стоимость, доступность и конкретные требования к применению. Хотя она предлагает превосходную прочность, ее более высокая стоимость и потенциальные трудности в обработке и коррозионной стойкости могут повлиять на выбор.

В заключение, сталь S690 является универсальным и прочным материалом, который превосходно подходит для высокопрочных приложений, что делает ее предпочтительным выбором в современном строительстве и инженерии. Ее уникальные свойства и характеристики обработки предоставляют значительные преимущества, хотя внимательное рассмотрение ее ограничений необходимо для достижения оптимальной производительности.