Сталь St 60: Обзор свойств и основных применений

Сталь St 60 — это немецкий строительный сорт стали, классифицируемый как углеродная низколегированная. Он в основном состоит из железа (Fe) с содержанием углерода, как правило, в диапазоне от 0,06% до 0,12%. Это низкое содержание углерода способствует его отличной свариваемости и формуемости, что делает его подходящим для различных строительных приложений.

Всесторонний обзор

Сталь St 60 известна своими хорошими механическими свойствами, включая умеренную прочность на растяжение и пластичность. Она часто используется в строительстве и инженерных приложениях, где высокая прочность не является первоочередным требованием, но хорошая свариваемость и формуемость имеют важное значение. Прочность материала на текучесть, как правило, составляет от 235 до 360 МПа, при этом значения удлинения находятся в пределах около 20% до 25%, что указывает на его способность к деформации без разрушения.

Преимущества:
- Свариваемость: Сталь St 60 может быть легко сварена различными методами, что делает её идеальной для строительства и производства.
- Формуемость: Низкое содержание углерода позволяет обеспечивать отличную формуемость, что позволяет изготавливать сложные формы.
- Экономическая эффективность: Как правило, низколегированные стали, такие как St 60, более доступны по цене по сравнению с более легированными сталями.

Ограничения:
- Низкая прочность: По сравнению с высокоуглеродными или легированными сталями, St 60 имеет более низкую прочность на растяжение и текучесть, что может ограничивать его использование в высоконагруженных приложениях.
- Коррозионная стойкость: Может требовать защитных покрытий в коррозионной среде, так как не обладает естественной коррозионной стойкостью.

Исторически сталь St 60 широко использовалась в Европе, особенно в Германии, для строительных приложений, таких как балки, колонны и каркасные конструкции в зданиях и мостах. Её распространённость на рынке объясняется балансом свойств и стоимости, что делает её выбором многих инженеров и производителей.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Класс	Страна/Регион происхождения	Примечания/Комментарии
DIN	St 60	Германия	Ближайший эквивалент к S235JR
EN	S235JR	Европа	Незначительные различия в составе
ASTM	A36	США	Похожие механические свойства, но другой химический состав
JIS	SS400	Япония	Сравнимая прочность, но менее пластична
ISO	10025 S235	Международный	Общий сорт строительной стали

В таблице выше выделены несколько стандартов и эквивалентов класса St 60. Хотя эти классы могут быть схожи по механическим свойствам, тонкие различия в химическом составе могут влиять на эффективность в конкретных приложениях. Например, сталь A36 имеет более высокое содержание углерода, что может повышать прочность, но снижать свариваемость по сравнению с St 60.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и Название)	Диапазон процентов (%)
C (Углерод)	0.06 - 0.12
Mn (Марганец)	0.30 - 0.60
Si (Кремний)	0.10 - 0.40
P (Фосфор)	≤ 0.045
S (Сера)	≤ 0.045
Fe (Железо)	Остальное

Основные легирующие элементы в St 60 играют решающую роль в определении его свойств. Углерод, присутствующий в небольших количествах, необходим для достижения желаемой прочности и твердости. Марганец улучшает закаливаемость и прочность стали, в то время как кремний помогает в декарбонизации в процессе производства стали, улучшая общее качество.

Механические свойства

Свойство	Условие/Температура	Типичное значение/Диапазон (Метрическое)	Типичное значение/Диапазон (Имперское)	Справочный стандарт для метода испытания
Прочность на растяжение	Отожжённая	235 - 360 MPa	34 - 52 ksi	ASTM E8
Прочность текучести (сдвиг 0.2%)	Отожжённая	≥ 235 MPa	≥ 34 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожжённая	20 - 25%	20 - 25%	ASTM E8
Сокращение площади	Отожжённая	≥ 50%	≥ 50%	ASTM E8
Твердость (Бринелля)	Отожжённая	120 - 160 HB	120 - 160 HB	ASTM E10
Ударная прочность	Узкий контроль Чарпи, -20°C	≥ 27 J	≥ 20 ft-lbf	ASTM E23

Механические свойства St 60 делают его пригодным для различных строительных приложений. Его умеренные прочность на растяжение и текучесть позволяют ему выдерживать типичные нагрузки в строительстве, в то время как его удлинение и сокращение площади показывают хорошую пластичность, необходимую для приложений, требующих деформации без разрушения.

Физические свойства

Свойство	Условие/Температура	Значение (Метрическое)	Значение (Имперское)
Плотность	Комнатная температура	7850 kg/m³	490 lb/ft³
Температура плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	50 W/m·K	34.5 BTU·in/h·ft²·°F
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	460 J/kg·K	0.11 BTU/lb·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0.0000017 Ω·m	0.0000017 Ω·ft

Плотность St 60 указывает на то, что это относительно тяжелый материал, что характерно для строительных сталей. Его температура плавления свидетельствует о хорошей термической стабильности, в то время как значения теплопроводности и удельной теплоемкости важны для приложений, связанных с теплопередачей.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C)	Рейтинг стойкости	Примечания
Атмосферная	Меняется	Амбиент	Умеренная	Подвержен ржавчине
Хлориды	Меняется	Амбиент	Плохая	Риск точечной коррозии
Кислоты	Меняется	Амбиент	Плохая	Не рекомендуется
Щелочные	Меняется	Амбиент	Умеренная	Умеренная стойкость

St 60 демонстрирует умеренную коррозионную стойкость в различных средах. Он подвержен ржавчине в атмосферных условиях, особенно в присутствии влаги. Хлориды представляют собой значительный риск, приводя к точечной коррозии, а воздействие кислот следует полностью избегать. По сравнению с нержавеющими сталями или более легированными сортами St 60 требует защитных покрытий или обработок в коррозионных условиях.

Сравнивая с сортами, такими как S235JR или A36, коррозионная стойкость St 60, как правило, ниже, что требует дополнительных защитных мер в применениях, подверженных жестким условиям.

Теплостойкость

Свойство/Лимит	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Макс. температура непрерывной работы	400 °C	752 °F	Подходит для конструктивного использования
Макс. температура прерывистой работы	500 °C	932 °F	Только для кратковременного воздействия
Температура образования окалины	600 °C	1112 °F	Риск окисления при превышении этой температуры
Соображения прочности при ползучести	300 °C	572 °F	Начинает терять прочность при этой температуре

St 60 сохраняет свои механические свойства при умеренных температурах, что делает его подходящим для конструктивных приложений, где тепловое воздействие ограничено. Однако при температурах выше 400 °C риск окисления и потери прочности возрастает, что требует тщательного учета при проектировании.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый сварочный материал (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
MIG	ER70S-6	Аргон + CO2	Хорошо для тонких секций
TIG	ER70S-2	Аргон	Чистые сварные швы, низкая деформация
SMAW	E7018	Нет	Подходит для использования на открытом воздухе

St 60 обладает высокой свариваемостью, что делает его предпочтительным выбором для конструктивных приложений. Рекомендуемые сварочные материалы обеспечивают совместимость и прочность сварных соединений. Для более толстых секций может потребоваться подогрев, чтобы избежать трещин.

Обрабатываемость

Параметр обработки	St 60	AISI 1212	Примечания/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	70%	100%	Хорошо для общей обработки
Типичная скорость резания	30 м/мин	45 м/мин	Регулируйте в зависимости от инструмента

St 60 предлагает разумную обрабатываемость, хотя он не так легко обрабатывается, как стали с высокой обрабатываемостью, такие как AISI 1212. Правильные инструменты и скорости резания могут улучшить показатели в процессе обработки.

Формуемость

St 60 демонстрирует отличную формуемость благодаря низкому содержанию углерода. Его можно холодной деформацией формовать в различные формы, включая изгибы и сложные геометрические конструкции. Характеристики упрочнения при деформации стали позволяют сохранять прочность при деформации, что делает её подходящей для приложений, требующих сложных конструкций.

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	Улучшение пластичности и снижение твердости
Нормализация	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	1 - 2 часа	Воздух	Улучшение структуры зерна
Закалка	800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F	30 минут	Вода/Масло	Увеличение твердости

Процессы термической обработки, такие как отжиг и нормализация, могут значительно изменить микроструктуру St 60, улучшая его механические свойства. Отжиг улучшает пластичность, в то время как нормализация улучшает структуру зерна, что приводит к повышению стойкости к ударным нагрузкам.

Типичные приложения и области применения

Отрасль/Сектор	Конкретный пример применения	Ключевые свойства стали, использованные в этом применении	Причина выбора (кратко)
Строительство	Структурные балки	Хорошая свариваемость, умеренная прочность	Экономически эффективное и легкое в обработке
Автомобильная	Компоненты шасси	Пластичность, формуемость	Небольшой вес и высокая прочность
Машиностроение	Каркасы и опоры	Прочность, стойкость к ударам	Надежен под нагрузкой

St 60 обычно используется в строительстве для структурных балок и каркасов благодаря своей отличной свариваемости и формуемости. В автомобильной промышленности он используется для компонентов шасси, где важны снижение веса и прочность. Его универсальность также делает его подходящим для различных машиностроительных приложений.

Другие приложения включают:
- Мосты: Используется в строительстве компонентов мостов из-за своей структурной целостности.
- Промышленное оборудование: Применяется в производственном оборудовании, где требуется умеренная прочность.

Важные соображения, критерии выбора и дополнительная информация

Функция/Свойство	St 60	S235JR	A36	Краткая примечание по плюсам/минусам или компромиссам
Ключевое механическое свойство	Умеренная прочность	Умеренная прочность	Более высокая прочность	St 60 более сварима
Ключевой аспект коррозии	Умеренная	Умеренная	Poor	Все требуют защиты в коррозионных средах
Свариваемость	Отличная	Отличная	Хорошая	St 60 легче сварить
Обрабатываемость	Хорошая	Умеренная	Отличная	A36 легче обрабатывать
Формуемость	Отличная	Хорошая	Умеренная	St 60 позволяет создавать сложные формы
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Умеренная	Низкая	Экономически эффективно для конструктивного использования
Типичная доступность	Распространённая	Распространённая	Очень распространённая	A36 широко доступна

При выборе St 60 следует учитывать его механические свойства, свариваемость и экономическую эффективность. Хотя он может не предлагать высшую прочность по сравнению с альтернативами, такими как A36, его отличная формуемость и свариваемость делают его предпочтительным выбором для множества конструктивных приложений. Кроме того, его доступность на рынке гарантирует, что его можно легко получить для проектов.

В заключение, сталь St 60 является универсальным и экономически эффективным материалом, подходящим для различных инженерных приложений, особенно в строительстве и производстве. Её баланс свойств делает её надежным выбором для структурной целостности при сохранении простоты обработки и сборки.