Сталь S690QL: свойства и ключевые области применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Сталь STE 690 (S690QL) — это высокопрочная конструкционная сталь, классифицируемая по стандарту EN 10025-6. Она в первую очередь является закаленной и отбеленной сталью, известной своими отличными механическими свойствами и свариваемостью. Основные легирующие элементы в S690QL включают углерод, марганец, кремний, а также небольшие количества хрома, молибдена и ванадия. Эти элементы значительно способствуют прочности, стойкости и общей производительности стали в условиях высокой нагрузки.
Общий обзор
S690QL характеризуется высокой пределом текучести, обычно около 690 МПа, что позволяет использовать более тонкие сечения в конструкционных применениях без потери прочности. Это свойство особенно выгодно в таких отраслях, как строительство, где снижение веса может привести к экономии в материалах и транспорте. Сталь также показывает хорошую ударную вязкость, что делает ее подходящей для низкотемпературных применений.
Преимущества S690QL:
- Высокое соотношение прочности к весу: Позволяет проектировать более легкие конструкции.
- Хорошая свариваемость: Подходит для различных процессов сварки, что упрощает производство.
- Отличная вязкость: Сохраняет производительность в низкотемпературных условиях.
Ограничения S690QL:
- Стоимость: Выше, чем стандартные конструкционные стали из-за легирующих элементов и обработки.
- Хрупкость при низких температурах: Хотя она имеет хорошую вязкость, следует проявлять осторожность при экстремально низких температурах.
- Ограниченная доступность: Не так часто имеется на складе, как стали более низких марок.
Исторически S690QL пользовалась популярностью в отраслях, требующих материалов высокой производительности, таких как тяжелая техника, морские конструкции и высотные здания, благодаря своей способности выдерживать значительные нагрузки при минимизации использования материала.
Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты
| Стандартная организация | Обозначение/Группа | Страна/Регион происхождения | Примечания/Замечания |
|---|---|---|---|
| UNS | S690QL | Международный | Ближайший аналог ASTM A572 Grade 65 |
| ASTM | A572 Grade 65 | США | Небольшие составные различия, которые следует учитывать |
| EN | S690QL | Европа | Стандарт для высокопрочной конструкционной стали |
| DIN | 1.8928 | Германия | Эквивалентное обозначение в немецких стандартах |
| JIS | - | Япония | Нет прямого аналога, но существуют похожие марки |
Различия между S690QL и ее эквивалентами часто заключаются в конкретных легирующих элементах и механических свойствах, что может повлиять на производительность в определенных приложениях. Например, хотя ASTM A572 Grade 65 предлагает аналогичную прочность, она может не обеспечивать такую же вязкость при низких температурах.
Ключевые свойства
Химический состав
| Элемент (Символ и название) | Диапазон (%)) |
|---|---|
| C (Углерод) | 0.12 - 0.20 |
| Mn (Марганец) | 1.00 - 1.60 |
| Si (Кремний) | 0.10 - 0.50 |
| Cr (Хром) | 0.20 - 0.50 |
| Mo (Молибден) | 0.10 - 0.30 |
| V (Ванадий) | 0.02 - 0.10 |
| P (Фосфор) | ≤ 0.025 |
| S (Сера) | ≤ 0.015 |
Основные легирующие элементы в S690QL играют важные роли:
- Углерод (C): Увеличивает прочность и твердость, но может снижать пластичность.
- Марганец (Mn): Улучшает закаливаемость и вязкость.
- Хром (Cr): Улучшает коррозионную стойкость и прочность при повышенных температурах.
Механические свойства
| Свойство | Состояние/Температура | Температура испытания | Типичное значение/Диапазон (метрическая) | Типичное значение/Диапазон (имперская) | Ссылка на стандарт для метода испытания |
|---|---|---|---|---|---|
| Прочность на разрыв | Закаленная и отбеленная | Температура помещения | 690 - 770 МПа | 100 - 112 ksi | ASTM E8 |
| Предел прочности (0.2% сдвиг) | Закаленная и отбеленная | Температура помещения | ≥ 690 МПа | ≥ 100 ksi | ASTM E8 |
| Удлинение | Закаленная и отбеленная | Температура помещения | ≥ 20% | ≥ 20% | ASTM E8 |
| Снижение площади | Закаленная и отбеленная | Температура помещения | ≥ 50% | ≥ 50% | ASTM E8 |
| Твердость (Бринелль) | Закаленная и отбеленная | Температура помещения | 200 - 250 HB | 200 - 250 HB | ASTM E10 |
| Ударная прочность | Закаленная и отбеленная | -40°C (-40°F) | ≥ 27 J | ≥ 20 ft-lbf | ASTM E23 |
Сочетание высокой прочности на разрыв и предела текучести, наряду с хорошим удлинением, делает S690QL подходящей для применений, требующих высокой механической нагрузки и структурной целостности. Ее ударная прочность при низких температурах обеспечивает надежность в жестких условиях.
Физические свойства
| Свойство | Состояние/Температура | Значение (метрическая) | Значение (имперская) |
|---|---|---|---|
| Плотность | Температура помещения | 7.85 г/см³ | 0.284 фунт/дюйм³ |
| Температура плавления | - | 1420 - 1540 °C | 2590 - 2810 °F |
| Теплопроводность | Температура помещения | 50 Вт/м·К | 34.5 BTU·in/(ч·фут²·°F) |
| Удельная теплоемкость | Температура помещения | 0.46 кДж/кг·К | 0.11 BTU/фунт·°F |
| Электрическое сопротивление | Температура помещения | 0.0000017 Ω·м | 0.0000017 Ω·дюйм |
Ключевые физические свойства, такие как плотность и температура плавления, значимы для приложений, где вес и тепловые характеристики критичны. Теплопроводность указывает на то, насколько хорошо сталь может рассекать тепло, что важно в приложениях с высокими температурами.
Коррозионная стойкость
| Коррозионный агент | Концентрация (%) | Температура (°C/°F) | Рейтинг стойкости | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Атмосферная | - | - | Хорошая | Подвержена ржавчине |
| Хлориды | 3-5 | 20-60 °C (68-140 °F) | Удовлетворительная | Риск точечной коррозии |
| Кислоты | 10-20 | 20-60 °C (68-140 °F) | Плохая | Не рекомендуется |
| Щелочи | 5-10 | 20-60 °C (68-140 °F) | Удовлетворительная | Ограниченная стойкость |
S690QL демонстрирует хорошую устойчивость к атмосферной коррозии, но подвержена точечной коррозии в хлоридных средах. По сравнению с другими высокопрочными сталями, такими как S355, S690QL предлагает улучшенную производительность в конструкционных применениях, но может требовать защитных покрытий в агрессивных средах.
Теплостойкость
| Свойство/Лимит | Температура (°C) | Температура (°F) | Примечания |
|---|---|---|---|
| Максимальная температура непрерывного обслуживания | 400 °C | 752 °F | Подходит для конструкционных применений |
| Максимальная температура прерывистого обслуживания | 500 °C | 932 °F | Только короткое воздействие |
| Температура шкалирования | 600 °C | 1112 °F | Риск окисления при превышении этой температуры |
| Рассмотрение прочности на ползучесть | 400 °C | 752 °F | Начинает деградировать при этой температуре |
S690QL сохраняет свои механические свойства до примерно 400 °C, что делает ее подходящей для применения при повышенных температурах. Однако следует быть осторожным, чтобы избежать длительного воздействия температур выше предела шкалирования, так как это может привести к окислению и потере целостности материала.
Свойства обработки
Свариваемость
| Процесс сварки | Рекомендуемый наполнитель (классификация AWS) | Типичный защитный газ/флюс | Примечания |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | Аргон + CO2 | Хорошо подходит для тонких сечений |
| TIG | ER70S-2 | Аргон | Отлично подходит для точной работы |
| SMAW | E7018 | - | Требует предварительного подогрева |
S690QL прекрасно сваривается, но рекомендуется предварительный подогрев, чтобы избежать растрескивания. Термальная обработка после сварки может улучшить вязкость швов, особенно в критических приложениях.
Обрабатываемость
| Параметр обработки | S690QL | AISI 1212 | Примечания/Советы |
|---|---|---|---|
| Индекс относительной обрабатываемости | 60% | 100% | Требует высокоскоростного инструмента |
| Типичная скорость резания | 20 м/мин | 40 м/мин | Регулировать в зависимости от инструмента |
S690QL имеет умеренную обрабатываемость, требует тщательного выбора режущих инструментов и скоростей для достижения оптимальных результатов. Рекомендуется использовать карбидные инструменты для эффективной обработки.
Формуемость
S690QL демонстрирует ограниченную формуемость из-за высокой прочности. Холодная формовка возможна, но может потребовать значительной силы, в то время как горячая формовка может быть выполнена при повышенных температурах для улучшения пластичности. Минимальный радиус изгиба следует учитывать во время обработки, чтобы избежать растрескивания.
Термическая обработка
| Процесс обработки | Температурный диапазон (°C/°F) | Типичное время выдержки | Метод охлаждения | Основная цель / Ожидаемый результат |
|---|---|---|---|---|
| Закалка | 850-900 °C / 1562-1652 °F | 30-60 минут | Вода/Масло | Закалка |
| Отжиг | 500-600 °C / 932-1112 °F | 1-2 часа | Воздух | Улучшение вязкости |
Процессы термической обработки, такие как закалка и отжиг, значительно улучшают механические свойства S690QL. Процесс закалки увеличивает твердость, в то время как отжиг снижает хрупкость, что приводит к сбалансированному материалу, подходящему для конструкционных применений.
Типичные применеия и конечные использования
| Отрасль/Сектор | Пример конкретного применения | Ключевые свойства стали, использованные в этом приложении | Причина выбора (кратко) |
|---|---|---|---|
| Строительство | Высотные здания | Высокая прочность, хорошая свариваемость | Снижает вес материала |
| Тяжелая техника | Экскаваторы | Вязкость, ударная стойкость | Выдерживает тяжелые нагрузки |
| Морские конструкции | Нефтяные платформы | Коррозионная стойкость, прочность | Выдерживает жесткие условия |
| Транспорт | Мосты | Высокий предел прочности, низкий вес | Увеличивает структурную эффективность |
Другие применения включают:
- Горное оборудование
- Сосуды под давлением
- Судостроение
S690QL выбирается для этих приложений благодаря своей способности выдерживать экстремальные условия при сохранении структурной целостности, что делает его идеальным для критически нагруженных компонентов.
Важные аспекты, критерии выбора и дополнительные сведения
| Особенность/Свойство | S690QL | S355 | S700MC | Краткое примечание о плюсах/минусах или компромиссах |
|---|---|---|---|---|
| Ключевое механическое свойство | Высокая прочность | Умеренная прочность | Очень высокая прочность | S690QL предлагает баланс между прочностью и вязкостью |
| Ключевой аспект коррозии | Удовлетворительный | Хороший | Удовлетворительный | S690QL может требовать покрытия в агрессивных средах |
| Свариваемость | Хорошая | Отличная | Умеренная | S690QL требует предварительного подогрева для оптимальных швов |
| Обрабатываемость | Умеренная | Хорошая | Плохая | S690QL требует тщательных методов обработки |
| Формуемость | Ограниченная | Хорошая | Умеренная | S690QL менее формуемая из-за высокой прочности |
| Приблизительная стоимость | Высокая | Умеренная | Высокая | Стоимость может влиять на выбор |
| Типич availability | Ограниченная | Широко доступна | Ограниченная | Доступность может повлиять на сроки проектов |
При выборе S690QL необходимо учитывать его рентабельность относительно требований к производительности, доступность на рынке и конкретные потребности применения. Его высокая прочность и вязкость делают ее подходящей для жестких условий, но потенциальные покупатели должны взвесить эти преимущества против более высоких затрат и ограниченной доступности по сравнению со сталями более низких марок.
В заключение, S690QL — это универсальная высокопрочная сталь, которая превосходит в конструкционных применениях, требующих прочности и надежности. Его уникальные свойства делают его предпочтительным выбором в отраслях, где производительность критична, несмотря на некоторые ограничения в стоимости и доступности.