Az acél kémiai összetételére és mechanikai tulajdonságaira vonatkozó táblázatok olvasása

Hogyan olvassunk acélösszetételi és mechanikai tulajdonságokat tartalmazó táblázatot?

Az acéltáblázat hivatkozási alap, nem pedig specifikáció. Sorai olyan információkat sűrítenek, amelyek rendes körülmények között egy termékszabványhoz, mérettartományhoz, gyártási eljáráshoz, hőkezelési állapothoz és vizsgálati módszerhez tartoznak. Az olyan jelölés, mint az AISI 4140, a 304 vagy az S355, egy anyagcsaládot vagy egy acélminőséget azonosít, de önmagában nem határozza meg a szállított termékre vonatkozó valamennyi kémiai határértéket vagy mechanikai követelményt.

Elsőként az irányadó dokumentum számít. Az ASTM A240 a nyomástartó edényekhez és általános alkalmazásokhoz használt króm-, illetve króm-nikkel rozsdamentes acéllemezekre, -táblákra és -szalagokra vonatkozik; az ASTM A276 rozsdamentes acélrudakat és idomacélokat szabályoz. Mindkettő tartalmazhat 304 jelölésű minőségeket, azonban a termék alakja, a megengedett gyártási állapot, a méretszabályok és a vizsgálati előírások nem azonosak. Hasonlóképpen, az európai szerkezeti termékszabvány szerinti S355 nem önálló, minden összefüggéstől független anyagazonosító. Az alkalmazandó EN termékszabvány határozza meg a lemezekre, szelvényekre, zártszelvényekre vagy más termékformákra vonatkozó követelményeket.

Ezért egy hasznos táblázatnak egyértelműen meg kell határoznia az alkalmazási kört. Fel kell tüntetnie a szabványt, a minőségjelölést, a termékformát, a szállítási állapotot, a vastagságot vagy a szelvényméretet, a mértékegységeket, a vizsgálat irányát és az elfogadási kritériumokat. E mezők nélkül egy sor alkalmas lehet előzetes összehasonlításra, de nem igazolhatja a megfelelőséget.

Mit képvisel valójában egy minőségi sor?

Egy minőségi sor egy specifikációs rendszer egy meghatározott részét képviseli. Legalább egy jelölést kapcsol össze a kémiai összetétellel és egy vagy több tulajdonságkövetelménnyel. Egy jó táblázat azt is azonosíthatja, hogy az értékek melegen hengerelt rúdra, normalizált lemezre, edzett és megeresztett ötvözött acélra, oldatban hőkezelt rozsdamentes acélra vagy más állapotra vonatkoznak-e.

Az ASTM A400 az acélrúd kiválasztását az anyagminőséggel, a kémiai összetétellel, a feldolgozási állapottal, a szelvénymérettel és a kívánt minimális folyáshatárral kapcsolja össze. Strong evidence

[1][1] Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties. ASTM International. ASTM standard.

Az ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties című szabvány különösen világosan fogalmazza meg ezt. Táblázatos útmutatása az acélrudak kiválasztását a minőséggel, a kémiai összetétellel, a feldolgozási állapottal, a szelvénymérettel és a kívánt minimális folyáshatárral kapcsolja össze. Egy sor ezért nem egyszerűen „a 4140 tulajdonságait” mutatja be. Egy adott rúdtípusú termékkörnyezetre vonatkozó útmutatásról van szó, amelyben a szilárdságot befolyásolja az acél feldolgozási módja és a szelvény mérete.

Ugyanaz a jelölés egy másik termékspecifikációban eltérő követelményeket jelenthet. Egy lemezt szállíthatnak normalizált, normalizált és megeresztett, illetve edzett és megeresztett állapotban. Egy rúd lehet lágyított vagy hidegen húzott. Ezek az állapotok módosítják a keménységet, a folyáshatárt, a szakítószilárdságot és a duktilitást akkor is, ha az üstanalízis ugyanazon minőség határértékein belül marad.

A méretek szintén a követelményazonosító részét képezik. A szerkezeti acéloknál a nagyobb vastagságokhoz gyakran alacsonyabb minimális folyáshatárok tartoznak, mivel a hűtési sebességek és az átalakulási feltételek a szelvényen belül eltérnek. Az Eurocode 3, EN 1993-1-1 Section 3.2.6, a S235, S275, S355, S420, S450 és S460 acélminőségek tervezési anyagjellemzőit sorolja fel, ezek az értékek azonban az Eurocode-rendszerhez és a vastagsággal kapcsolatos előírásaihoz kötött tervezési bemeneti adatok. Nem szabad ezeket általános célú táblázatba átmásolni, majd egyetemes szakítóvizsgálati eredményekként feltüntetni.

A vizsgálat iránya egy másik korlát. A hengerelt lemez szilárdsága, nyúlása, kontrakciója és szívóssága eltérő lehet a hengerlés irányára merőlegesen és azzal párhuzamosan. Az olyan mechanikaitulajdonság-sor, amely nem tünteti fel az irányt, elrejthet egy olyan követelményt, amely csak hosszirányban vagy csak keresztirányban érvényes. A hőmérséklet is fontos lehet, különösen az ütőmunka esetében.

Az ASTM szabványok a szénacélok, szerkezeti acélok, rozsdamentes acélok, ferrites acélok, ausztenites acélok és ötvözött acélok kémiai, mechanikai, metallurgiai és egyéb anyagtulajdonságaira vonatkozó előírásokat tartalmaznak. Ez a széles kör olyan figyelmeztetés, amely óvatosságra int azzal szemben, hogy egy rövid minőségjelölést teljes anyagmeghatározásként kezeljünk.

Összetételi határértékek és jelentett analízisek

OlvadékelemzésOlvadékelemzés Egy meghatározott acélolvadék vagy üstacél összetételét reprezentáló kémiai elemzés.

A kémiai összetételt tartalmazó táblázatok általában határértékeket, nem pedig garantált analízist mutatnak. Egy specifikáció például előírhat legfeljebb 0,08% szenet, legfeljebb 2,00% mangánt, illetve meghatározott minimum- és maximumértékek közötti krómtartalmat. Ezek elfogadási határértékek, amelyeket rendszerint tömegszázalékban adnak meg. Nem jelentik azt, hogy minden üst a tartomány középértékét tartalmazza.

Egy gyártóművi vizsgálati tanúsítvány olyan üstanalízist jelenthet, mint például 0,045% szén, 1,52% mangán és 18,20% króm. Ezek az adatok a vizsgált üstöt írják le, a szabvány mintavételi és analitikai szabályainak megfelelően. Nem helyettesítik a specifikáció határértékeit. Ezzel szemben egy szemléltető táblázat 0,20% szenet tüntethet fel egy olyan minőségnél, amelynek megengedett tartománya 0,17–0,23%. Ez az egyetlen szám hasznos tájékoztató érték, de nem alkalmas a megfelelőség megállapítására.

A különbség különösen fontos az ötvözőelemek és a maradékelemek esetében. A foszforra és a kénre maximumértékek vonatkozhatnak; a szilíciumra és a mangánra tartományok; a nitrogén, a réz, a nióbium, a titán vagy más elemek pedig a minőségtől és a termékszabványtól függően lehetnek szabályozva. Egy olyan összehasonlító táblázat, amely kerekíti az értékeket, különböző kiadásokat egyesít, vagy elhagyja az opcionális elemeket, hamis egyenértékűség látszatát keltheti.

Az SSINA például tömegszázalékban megadott összetételi táblázatokat és az ASTM termékspecifikációi által lefedett ausztenites rozsdamentes acélminőségek meghatározott mechanikai tulajdonságait teszi közzé. Egy ilyen táblázat csak akkor hasznos, ha a hivatkozott ASTM specifikációt és a termékformát megőrizzük. A Nickel Institute hasonlóképpen külön táblázatokban választja el egymástól a kémiai összetételt, a mechanikai tulajdonságokat, a fizikai tulajdonságokat és a specifikációkat. E tulajdonságcsoportok elkülönítése megakadályozza, hogy egy kémiai összetételi értéket teljesítménygaranciának tekintsünk.

Az összehasonlító táblázatok további óvatosságot igényelnek. A Handbook of Comparative World Steel Standards külön táblázatokat biztosít a kémiai összetételekhez és a mechanikai tulajdonságokhoz a nemzetközi jelölési rendszerekben. Ez az elkülönítés indokolt: a hasonló elnevezések vagy a hozzávetőlegesen azonos összetételek nem bizonyítják, hogy két minőség feldolgozási szabályai, szívóssági követelményei, tisztasági előírásai vagy mechanikai minimumértékei azonosak. Az „egyenértékű” kifejezésnek egy megadott felhasználás és szabvány tekintetében kell egyenértékűséget jelentenie, nem csupán hasonlóságot egy kémiai összetételi oszlopban.

Meghatározott és jellemző tulajdonságok

A meghatározott tulajdonság szerződéses vagy szabványon alapuló követelmény. Ha egy termékspecifikáció legalább 355 MPa folyáshatárt ír elő, akkor az ennél alacsonyabb vizsgálati érték nem felel meg a követelménynek, kivéve, ha a szabvány érvényes kivételt vagy ismételt vizsgálati eljárást biztosít. Ha maximumkeménységet határoz meg, az e határérték feletti jelentett érték hasonlóképpen jelentős.

A jellemző tulajdonság reprezentatív információ, és nem helyettesít egy előírt minimum- vagy maximumértéket. Strong evidence

A jellemző tulajdonság ettől eltérő fogalom. Megfigyelt, reprezentatív vagy gyakran közzétett érték, amely rendszerint egy adott hőkezeléshez és próbatest-orientációhoz kapcsolódik. Egy adott állapot jellemző szakítószilárdsága lehet 700 MPa, miközben a specifikáció csak legalább 655 MPa értéket ír elő. A jellemző érték segít a mérnököknek a viselkedés becslésében, de nem emeli a minimális követelményt 700 MPa értékre.[2][2] Mechanical Properties of Carbon and Alloy Steels. ASM International. ASM Metals Handbook.

A különbség döntő fontosságú, mivel a szilárdságot nem kizárólag a kémiai összetétel határozza meg. Az ASM International szerint a szénacélok és ötvözött acélok tulajdonságai a kémiai összetétel, a feldolgozás és a mikroszerkezet együttes hatásából erednek. A hűtési sebesség, a megeresztési hőmérséklet, a szemcseméret, a korábbi alakváltozás és a szelvényvastagság ugyanazon kémiai minőségen belül is módosíthatja a keménységet, a szívósságot, a folyáshatárt és a nyúlást.

[3][3] General Content and Format of ASTM Standard Specifications for Steel Products. American Institute of Steel Construction. AISC Engineering FAQ.

A táblázatnak minden értéket egyértelműen meg kell jelölnie: maximum, minimum, tartomány, jellemző, névleges, tervezési érték vagy jelentett analízis. Ahol alkalmazható, fel kell tüntetnie a vizsgálati szabványt, a próbatest helyét, az orientációt, a hőmérsékletet és a szállítási állapotot is. Szerkezeti szelvények és lemezek esetében az American Institute of Steel Construction megjegyzi, hogy az ASTM termékspecifikációi általában kémiaiösszetétel- és mechanikaitulajdonság-követelményeket egyaránt tartalmaznak; egyik kategória sem helyettesítheti biztonságosan a másikat.

A szerkesztési szabály egyszerű: soha ne kezeljünk egy átmásolt táblázatot az alkalmazandó szabvány helyettesítőjeként. A táblázat segítségével azonosítsuk a minőséget, és értsük meg a változókat. Ezután a megfelelőség vagy a mérnöki anyagtulajdonságok megállapítása előtt ellenőrizzük az irányadó specifikációt, a termékformát, az állapotot, a méreteket, a kiadást és a vizsgálati követelményeket.

Az acéljelölések és szabványok rendszere

Az ASTM- és ASME-jelölések logikája

Az acéljelölés nem jelenti az anyag teljes azonosítását. Egy adott szabványrendszeren belüli címként értelmezhető. Az ASTM A36 például szénacélból készült szerkezeti acélra vonatkozó előírást jelöl, azonban a specifikáció nem csupán a megnevezést szabályozza: meghatározza a megengedett termékformákat, a kémiai határértékeket, a szakítószilárdságra és folyáshatárra vonatkozó követelményeket, a vizsgálati módszereket, a szállítási állapotot, valamint esetenként a kiegészítő követelményeket is. Az ASTM A572/A572M Grade 50 meghatározott minimális folyáshatárral rendelkező, nagy szilárdságú, gyengén ötvözött szerkezeti acélra utal, azonban az alkalmazandó határértékek és vizsgálati előírások továbbra is a specifikáció hatálya alá tartozó terméktől függnek.

Az ASTM rendszere általában egy betűt, egy sorszámot és szükség esetén egy minőséget, típust, osztályt vagy kiegészítő jelölést egyesít. A betű az általános tárgykört jelöli: az „A” a vastartalmú anyagokat foglalja magában, míg a szám egy adott specifikációt azonosít. Az „A36” és az „A572” ezért nem két univerzális kémiai receptúra. Ezek specifikációazonosítók. A „Grade 50” az A572/A572M szabványon belüli szilárdsági osztályt fejez ki, nem pedig olyan önálló minőséget, amely változatlanul átvihető minden acéltermékre.

A különbség jól látható az ASTM A400 szabványban, Az acélrudak kiválasztására, összetételére és mechanikai tulajdonságaira vonatkozó szabványos gyakorlat, kiválasztási útmutató (Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties). Táblázatai a rúdminőségeket a kémiai összetétellel, a feldolgozási állapottal, a keresztmetszeti mérettel és a kívánt minimális folyáshatárral kapcsolják össze. Ez arra figyelmeztet, hogy egyetlen sort nem szabad teljes beszerzési vagy tervezési követelményként értelmezni. Egy 4140 típusú ötvözet melegen hengerelt, normalizált, edzett és megeresztett, illetve hidegen készre munkált állapotban lényegesen eltérő szilárdságot, keménységet és duktilitást mutathat. A hőkezelést követően a nagyobb keresztmetszetű termékek ugyancsak nem feltétlenül érik el ugyanazokat a keresztmetszeten át érvényes tulajdonságokat, mint a kisebb keresztmetszetűek.

Az ASTM acélszabványai szénacélokra, szerkezeti acélokra, rozsdamentes, ferrites, ausztenites és ötvözött acélokra vonatkoznak, és kémiai, mechanikai, metallurgiai, valamint egyéb anyagtulajdonságokat írhatnak elő. Az AISC magyarázata szerint az idomacélokra és lemezekre vonatkozó szerkezetiacél-specifikációk általában összetételi és mechanikai tulajdonságokra vonatkozó követelményeket egyaránt tartalmaznak. Egyik táblázat sem helyettesíti a másikat. A kémiai összetétel meghatározza, hogy milyen ötvöző- és maradékelemek megengedettek; a mechanikai követelmények pedig rögzítik, hogy a szállított terméknek mit kell teljesítenie a vizsgálatok során.

Az ASME-jelölések gyakran az ellenőrzés egy második szintjét is megjelenítik. Az ASME Boiler and Pressure Vessel Code szabályzatban egy ASTM-specifikáció „SA” előtaggal szerepelhet, például az SA-516/SA-516M nyomástartó edénylemezek esetében, az A516/A516M helyett. Ez az előtag az ASME szabályzatrendszerén belüli elfogadást jelzi, azonban nem teszi jelentéktelenné a hivatkozott specifikációt, annak kiadását, a termékformát, a minőséget, a hőkezelést vagy a kiegészítő követelményeket. A metrikus és a szokásos mértékegységeket alkalmazó változatok külön követelményeket vagy rendelési előírásokat is tartalmazhatnak. Az „SA-516 Grade 70” ezért nem önálló, szabadon értelmezhető azonosító, amelyet az „A516 Grade 70” megjelölésű bármely lemezzel ellenőrzés nélkül helyettesíteni lehetne; ehhez meg kell vizsgálni az irányadó szabályzatot és annak kiadását.

A kémiai összetételből a tulajdonságokra való közvetlen következtetés metallurgiai szempontból is hibás. Az ASM International szerint a szén- és ötvözött acélok tulajdonságai az összetétel, a feldolgozás és a mikrostruktúra együttes hatásából erednek. A széntartalom, a mangán, a króm, a nikkel, a molibdén és a bór befolyásolja az edzhetőséget és a fázisátalakulásokat, azonban a hengerlési redukció, a hűtési sebesség, a megeresztés, a szemcseméret és a keresztmetszet vastagsága módosítja a kialakuló szerkezetet. Egy összetételi táblázat megmutathatja, hogy egy adag megfelel-e valamely határértéknek. Önmagában azonban nem bizonyítja a folyáshatárt, az ütőszívósságot, a keménységet vagy a hegeszthetőséget.

Az olyan európai jelölések, mint az S235 és az S355

Az európai szerkezetiacél-jelölések eltérő információkat kódolnak. Az EN rendszerében az S235 és S355 jelölésekben az „S” a szerkezeti acélt azonosítja, míg a szám a meghatározott termék- és vastagságtartományhoz tartozó névleges minimális folyáshatárt jelöli megapascalban. A szám nem kémiai ekvivalenciakód. Az S355 nem azt jelenti, hogy minden S355 jelölésű terméknek azonos szén-, mangán-, szilícium- vagy ötvözőtartalma van.

A toldat jelentőséggel bír. Az EN 10025 termékszabványaiban az olyan jelölések, mint az S235JR, az S355J2 és az S355K2, ütőszívóssági kategóriákat is tartalmaznak. A „JR”, „J0”, „J2” és „K2” különböző Charpy V-bemetszéses ütővizsgálati követelményeknek és vizsgálati hőmérsékleteknek felel meg. Az „N” vagy „NL” a vonatkozó termékszabványokban normalizált vagy normalizáló hengerléssel előállított szállítási osztályt jelölhet. A teljes toldat nélküli jelölés olyan információt hagyhat el, amely meghatározza az alacsony hőmérsékleten tanúsított teljesítményt és a feldolgozási állapotot.

A vastagság a megadott szilárdság jelentését is módosítja. Az EN-követelmények rendszerint különböző minimális folyáshatárértékeket rendelnek a vastagságtartományokhoz, ezért az S355-höz kapcsolódó 355 MPa-os érték nem feltétlenül a minden lemezvastagságra vagy idomacélra előírt folyáshatár. Az olyan termékszabványok, mint az EN 10025-2, a melegen hengerelt, ötvözetlen szerkezeti acélokra vonatkoznak, míg más EN-szabványok az üreges szelvényeket, a kovácsdarabokat, a kötőelemeket vagy a rozsdamentes termékeket szabályozzák. A termékszabvány az azonosítás részét képezi.

A SteelConstruction.info megkülönbözteti az európai szerkezetiacél-jelölési rendszert a kémiai összetételt és a mechanikai tulajdonságokat szabályozó szabványoktól. Az Eurocode 3 ezt követően az EN 1993-1-1 szabvány 3.2.6. szakaszán keresztül vezeti be a tervezési anyagjellemzőket. Táblázata az S235, S275, S355, S420, S450 és S460 jelöléseket tartalmazza, ezek azonban az Eurocode keretrendszeréhez kötött tervezési értékek, és nem helyettesítik a gyártóművi tanúsítványt vagy az alkalmazandó EN termékszabványt. A tervezési táblázat és az anyagátvételi táblázat eltérő kérdésekre ad választ.[4][4] Composition and Properties. Specialty Steel Industry of North America. SSINA technical resources.

A rozsdamentes acélok jelölései ugyanezt az elvet más irányból szemléltetik. A „304” több szabványrendszerben használt családjelölésre utalhat, míg az ASTM A240 Type 304 a lemezekre, szalagokra és táblákra vonatkozó, termékspecifikus követelményeket jelöl. Az SSINA mind tömegszázalékban megadott összetételi határértékeket, mind meghatározott mechanikai tulajdonságokat közöl az ASTM termékspecifikációi által lefedett ausztenites rozsdamentes acélminőségekre. A kémiai összetételt és a szakítószilárdságot megadó sort együttesen kell értelmezni, a termékformával és az állapottal együtt.

Nemzeti és nemzetközi ekvivalenciaállítások

Az összehasonlító táblázatok hasznosak lehetnek a rokon minőségek azonosításában. Nem tanúsítják azonban a felcserélhetőséget. A Handbook of Comparative World Steel Standards a nemzetközi jelölési rendszerek közötti kémiaiösszetétel-összehasonlításokat elkülöníti a mechanikaitulajdonság-összehasonlításoktól. Ez az elkülönítés alapvető fontosságú: két minőség hasonló széntartományokkal, krómtartalommal, nikkeltartalommal vagy molibdéntartalommal rendelkezhet, miközben eltér a folyáshatáruk, az ütővizsgálatuk, a hőkezelésük, a mérettartományaik vagy az ellenőrzési szabályaik.

Egy olyan táblázat, amely az ASTM A36-ot az EN S235JR mellé helyezi, gyakorlati rokonságot mutathat a névleges szilárdság és az általános szerkezeti felhasználás alapján. Nem bizonyítja azonban, hogy minden A36 termék megfelel minden S235JR-követelménynek, vagy hogy bármelyik minőség teljesíti a másik ütőszívósságra, vastagságra, kémiai összetételre vagy szállítási állapotra vonatkozó előírásait. Ugyanez az óvatosság szükséges az ASTM A572 Grade 50 és az S355 összehasonlításakor is. Névleges szilárdsági szintjeik összefüggenek, de a minőségszámok nem bizonyítják a hegeszthetőség, az ütőszilárdság, a vastagsági korlátok vagy a tanúsítási követelmények azonosságát.

A Nickel Institute táblázatai ezért külön kategóriákban kezelik a kémiai összetételt, a mechanikai tulajdonságokat, a fizikai tulajdonságokat és a specifikációkat. Az Engineering ToolBox szénre, krómra, mangánra, molibdénre, nikkelre, foszforra, kénre és szilíciumra vonatkozó reprezentatív összehasonlításai segíthetnek az általános ötvözetcsaládok azonosításában, a reprezentatív értékek azonban nem tekinthetők irányadó specifikációs határértékeknek. Az Outokumpu rozsdamentesacél-kézikönyve, az SSINA táblázatai és a Metallus gyakorlati adatai hasonló referenciafunkciót töltenek be.

A megalapozott ekvivalenciaállításnak mindkét szabványt, a teljes jelölést, a termékformát, a vastagságot vagy keresztmetszeti méretet, a szállítási állapotot, a vizsgálat irányát, a hőmérsékleti követelményeket és az alkalmazandó kiadást meg kell neveznie. Ha ezek közül bármelyik hiányzik, az „ekvivalens” kifejezést úgy kell értelmezni, hogy „a kezdeti összehasonlításhoz hasonló”, nem pedig úgy, mint az egyik anyag másikkal való helyettesítésének engedélyét.

Kémiai összetételi táblázatok: az elemek és funkcióik

A kémiai összetételi táblázatok rendszerint az egyes elemek tömegszázalékát adják meg, amelyet általában wt.% vagy egyszerűen % formában írnak. A C 0,20 érték például azt jelenti, hogy a szén az acél tömegének 0,20%-át teszi ki. A táblázat maximális, minimális vagy megengedett tartományértéket adhat meg. Ez a különbségtétel lényeges: a „P 0,040 max” nem ugyanazt a követelményt jelenti, mint az „Mn 0,80–1,20”, és önmagában egyik érték sem azonosítja az acélt a termékszabványtól függetlenül.

Az összetételi táblázatok és a mechanikai tulajdonságokat tartalmazó táblázatok eltérő kérdésekre adnak választ. A kémiai összetételi táblázatok meghatározzák, hogy az olvasztási adagban milyen elemek lehetnek jelen; a mechanikai táblázatok pedig olyan eredményeket közölnek, mint a folyáshatár, a szakítószilárdság, a nyúlás, a keménység vagy az ütőmunka, meghatározott termék és vizsgálati körülmények esetén. Az ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties összekapcsolja az anyagminőséget, az összetételt, a feldolgozási állapotot, a keresztmetszeti méretet és a kívánt minimális folyáshatárt, éppen azért, mert a kémiai összetétel önmagában nem képes garantált mechanikai eredményt meghatározni. Az ASM Metals Handbook szintén az összetétel, a feldolgozás és a mikroszerkezet együttes hatására vezeti vissza a szénacélok és ötvözött acélok tulajdonságait.

Az Engineering ToolBox reprezentatív tömegszázalékos összehasonlításokat közöl különböző acélminőségekre, többek között a szén, a króm, a mangán, a molibdén, a nikkel, a foszfor, a kén és a szilícium tekintetében. Egy ilyen táblázat hasznos a főbb kémiai különbségek áttekintésére, de nem helyettesítheti az alkalmazandó ASTM, EN, ISO vagy egyéb termékspecifikációt. Az ausztenites rozsdamentes acélokra vonatkozó SSINA-táblázatok, az Outokumpu Stainless Steel Handbook és a Metallus Practical Data for Metallurgists című kiadványa specifikációorientáltabb vagy egyes anyagminőségekre összpontosító adatokat nyújtanak, azonban korlátaik továbbra is az egyes források által meghatározott hatókörön belül érvényesek.

Szén, mangán, szilícium, foszfor és kén

A szén a közönséges szénacélok és ötvözött acélok legfontosabb rácsközi szilárdító eleme. A széntartalom növelése általában növeli a keménységet, a szakítószilárdságot és az edzés, majd megeresztés után elérhető szilárdságot. Bizonyos mértékig az átedzhetőséget is növeli, bár a keményedés mélységét az ötvözőelemek és a keresztmetszeti méret jelentősen befolyásolják. Ennek ára a kisebb képlékenység, a gyengébb hegeszthetőség és a rideg hőhatásövezeti mikroszerkezetekkel szembeni nagyobb érzékenység. Rozsdamentes acélokban a szén a krómmal króm-karbidot képezhet, amelyet gyakran olyan vegyülettel jelölnek, mint a Cr23C6. A szemcsehatárokon bekövetkező kiválás csökkentheti a helyi korrózióállóságot, mivel krómszegény tartományokat hoz létre.

Az anyagminőség jelölésében szereplő szám utalhat a széntartalomra, de nem jelent univerzális azonosítót. Az AISI 1045, az ASTM A576 szerinti 1045 rúdacél és egy hasonló 1045 jelöléssel forgalmazott másik termék eltérő megengedett kémiai összetétellel, méretekkel, hőkezelési vagy mechanikai követelményekkel rendelkezhet. Az irányadó dokumentum a termékspecifikáció, nem pedig a rövid anyagminőség-jelölés.

A mangán szilárd oldatos hatások révén szilárdítja a ferritet, és a kénnel mangán-szulfid zárványokat képez. Ez a szénacélok esetében fontos, mivel a mangán csökkenti a vas-szulfid káros hatását, amely vörösizzó ridegséget okozhat. A mangán emellett növeli az átedzhetőséget, és hőkezelés után hozzájárulhat a nagyobb szilárdsághoz. A túl nagy vagy nem megfelelően szabályozott mangántartalom befolyásolhatja a szívósságot, a szegregációt, a hegeszthetőséget és a fázisstabilitást. A nagy mangántartalmú ausztenites acélokban szerepe még jelentősebb: segít stabilizálni az ausztenitet, és módosíthatja az átalakulási, valamint az alakváltozási viselkedést.

A szilíciumot az acélgyártás során rendszerint dezoxidálószerként adagolják. Szilárdítja a ferritet, és bizonyos alkalmazásokban javíthatja az oxidációval szembeni ellenállást, a nagyobb szilíciumtartalom azonban csökkentheti a szívósságot, illetve megnehezítheti a hegesztést és az alakítást. A szilícium az elektrotechnikai acélokban is jelentős, mivel növeli a fajlagos elektromos ellenállást és csökkenti az örvényáram-veszteségeket. Egy általános mérnöki táblázat a szilíciumot kisebb mennyiségben jelen lévő alkotóként tüntetheti fel, míg egy adott specifikáció szűkebb tartományt írhat elő, ha ezt a feldolgozás, a mágneses teljesítmény vagy a hegeszthetőség megköveteli.

A foszfort általában szennyező elemként szabályozzák. Szilárd oldatos szilárdítás révén növelheti a szilárdságot és a keménységet, a magas foszfortartalom azonban rendszerint csökkenti a képlékenységet és a szívósságot, valamint ridegedést okozhat, különösen kedvezőtlen hő- vagy szegregációs körülmények között. A kén a szulfidzárványok, különösen a mangán-szulfid képződésén keresztül javítja a forgácsolhatóságot, ezek a zárványok azonban csökkenthetik a keresztirányú képlékenységet, a kifáradási ellenállást és a lemezvastagság irányában mért szívósságot. A könnyen forgácsolható anyagminőségek ezért olyan kéntartalmat is megengednek, amelyet nyomástartó edényekhez, szerkezeti célokra vagy igényes hegesztett termékekhez korlátoznának. Az összetételi táblázat a megengedett mennyiséget rögzíti, de önmagában nem írja le a zárványok alakját, eloszlását vagy az ebből következő mechanikai viselkedést.

Króm, nikkel, molibdén és nitrogén

A króm növeli az átedzhetőséget, elősegíti a karbidképződést, valamint javítja az oxidációval és a vizes korrózióval szembeni ellenállást. A rozsdamentes acélok jelölései megfelelő krómtartalmat írnak elő a krómoxidos védőréteg kialakításához, a kívánt teljesítmény azonban nem csak a teljes krómtartalomtól függ. A szén, a nitrogén, a molibdén, a felületi állapot, a hegesztési előzmények és az üzemi környezet mind szerepet játszanak. A króm stabilizálhatja a ferritet, míg a króm-karbidok vagy az intermetallikus fázisok a környező mátrixból krómot vonhatnak el, és csökkenthetik a helyi korrózióval szembeni ellenállást.

A nikkel stabilizálja az ausztenitet, és általában javítja a szívósságot, különösen alacsony hőmérsékleten. Az ausztenites rozsdamentes acélokban a nikkel segít fenntartani a lapközepes köbös ausztenites szerkezetet; az ötvözött acélokban pedig hozzájárul az átedzhetőséghez és a szívóssághoz, anélkül hogy a krómhoz vagy a molibdénhez hasonló mértékben képezne karbidokat. A nikkeltartalom ezért hatással van a fázisegyensúlyra, a mágneses viselkedésre, az átalakulási folyamatokra és a korróziós teljesítményre. A sok ausztenites rozsdamentes acél esetében ismert „18-8” megjelölés hozzávetőleges króm–nikkel családot jelöl, és nem helyettesíti az olyan specifikációt, mint az ASTM A240, illetve az SSINA vagy az Outokumpu által megadott pontos anyagminőségi határértékeket.

A molibdén növeli az átedzhetőséget és javítja a megeresztési kilágyulással szembeni ellenállást. Rozsdamentes acélokban jelentősen javítja a lyukkorrózióval és a réskorrózióval szembeni ellenállást, különösen kloridokat tartalmazó környezetben. Emellett befolyásolja a karbidok és az intermetallikus fázisok képződését. A molibdént tartalmazó anyagminőség nem tekinthető egyenértékűnek egy névlegesen hasonló, de molibdént nem tartalmazó anyagminőséggel, még akkor sem, ha a kézikönyv táblázata szerint a szakítóvizsgálati tulajdonságaik közel azonosak.

A nitrogén erős ausztenit-stabilizáló és szilárd oldatos szilárdító elem. Szabályozott adagolása növelheti a folyáshatárt, és egyes rozsdamentes acélokban javíthatja a lyukkorrózióval szembeni ellenállást. Ha a feldolgozási eljáráshoz vagy az anyagminőséghez képest túl sok nitrogén van jelen, porozitás, nitridképződés vagy kedvezőtlen fázisegyensúly alakulhat ki. Duplex rozsdamentes acélokban a nitrogén segít fenntartani a feldolgozás utáni, előírt ferrit–ausztenit arányt, ezért a feltüntetett maximális és minimális értékek funkcionális követelmények, nem pedig pusztán díszítő jellegű kémiai adatok.

Maradó elemek, mikroötvözés és egyensúlyi követelmények

A maradó elemek a nyersanyagokból, a kemenceüzemből, a tűzálló anyagokból vagy az ötvözőanyagokból kerülnek az acélba, és nem mindig szándékosan adagolt fő alkotóelemek. A réz, az ón, a kobalt, az antimon, az ólom és a vanádium akkor is megjelenhet a táblázatban, ha nem központi elemei az anyagminőség leírásának. A réz bizonyos szerkezeti acélokban javíthatja a légköri korrózióval szembeni ellenállást, míg az ón és az antimon hozzájárulhat a vörösizzó ridegséggel vagy a megeresztési ridegedéssel kapcsolatos problémákhoz. Az ólom javíthatja a forgácsolhatóságot, ugyanakkor módosítja a zárványok viselkedését, és a hegesztés szempontjait is megváltoztatja. A hatás a koncentrációtól, a hőtörténettől és a többi elemmel való kölcsönhatásoktól függ.

A mikroötvöző adalékok kis mennyiségben is jelentős hatásúak. A nióbium, a vanádium és a titán karbonitrideket képez, amelyek korlátozzák az ausztenitszemcsék növekedését, kiválási szilárdítást eredményeznek, és szabályozott hengerlés során módosítják az újrakristályosodást. Egy 0,03% Nb-t tartalmazó acél kémiailag nem cserélhető fel olyan acéllal, amely hasonló névleges szilárdság mellett csak szenet és mangánt tartalmaz. Az elérhető előny mértékét a végső szemcseméret, a kiválások oldott állapota, a hengerlési menetrend, a hűtési sebesség és az ezt követő hőkezelés határozza meg.

Az egyensúlyi követelmények ugyanilyen fontosak. A rozsdamentes acélok táblázatai korlátozhatják a széntartalmat, miközben meghatározott tartományban írják elő a króm, a nikkel, a molibdén vagy a nitrogén mennyiségét az ausztenites, ferrites vagy duplex fázisstabilitás fenntartása érdekében. Az ötvözött acélokra vonatkozó specifikációk a bórt csak szűk tartományban írhatják elő, mivel a nyomnyi mennyiségű adagolás javíthatja az átedzhetőséget, a túl sok bór viszont nemkívánatos vegyületeket képez. A maradó réz, nikkel, króm és molibdén szintén befolyásolhatja az átedzhetőséget akkor is, ha nem szándékosan adagolt ötvözőelemek.

A Nickel Institute ötvözeti táblázataiban elkülöníti a kémiai, mechanikai, fizikai és specifikációs adatokat; ez jó gyakorlat. A Handbook of Comparative World Steel Standards szintén külön kezeli a nemzetközi jelölések szerinti kémiaiösszetétel-összehasonlításokat és a mechanikai tulajdonságok összehasonlítását. Az Eurocode 3 az EN 1993-1-1 szabvány 3.2.6. szakasza szerint megadja az S235, S275, S355, S420, S450 és S460 tervezési jellemzőit, ezek azonban tervezési szabvány szerinti értékek, nem pedig egy kémiai összetételi tartomány univerzális következményei. A termék alakja, vastagsága, szállítási állapota, a vizsgálat iránya és a hőkezelés módosíthatja az előírt eredményt. Az összetételi táblázat egy kémiai tartományt határoz meg. A specifikáció többi része nélkül nem tanúsítja a szilárdságot, a szívósságot, a hegeszthetőséget, a korróziós teljesítményt vagy a fázisegyensúlyt.

Miért nem határozza meg önmagában a kémiai összetétel a mechanikai tulajdonságokat?

A kémiai összetételi táblázat azt mutatja meg, hogy mely elemek vannak jelen, és milyen határértékek között. Nem tartalmazza azonban az acél teljes fizikai előtörténetét. A szén, a mangán, a szilícium, a króm, a nikkel, a molibdén, a vanádium, a nióbium, a titán, a foszfor, a kén és más elemek hatással vannak az edzhetőségre, a fázisstabilitásra, a szilárd oldatos szilárdításra, a karbidképződésre és az átalakulási viselkedésre, hatásuk azonban a hőmérséklettől, az alakváltozástól, a hűtéstől és a keresztmetszet méretétől függ.

Ez a megkülönböztetés központi jelentőségű az ASM Metals Handbook szénacélokkal és ötvözött acélokkal foglalkozó részeiben. Az ASM szerint ezek tulajdonságai a kémiai összetétel, a feldolgozás és a mikroszerkezet együttes hatásából erednek. Az acélminőség megjelölése ezért egy specifikáción belül szabályozott tartományt azonosít, nem pedig a szakítószilárdság, a folyáshatár, a nyúlás, a keménység és a szívósság egyetlen, minden esetben érvényes értékkészletét.

Az ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties közvetlenül szemlélteti ezt. A benne található táblázatos útmutatás az acélrudak kiválasztásakor figyelembe veszi az acélminőséget, a kémiai összetételt, a feldolgozási állapotot, a keresztmetszet méretét és az előírt minimális folyáshatárt. Egyetlen összetételi adat nem képes ellátni ezeket a feladatokat. Az ASTM termékszabványai hasonlóképpen külön kezelik a kémiai, mechanikai, metallurgiai és egyéb anyagkövetelményeket a szénacélok, szerkezeti acélok, rozsdamentes acélok, ferrites, ausztenites és ötvözött acélok esetében. Az AISC ugyanezt a különbségtételt alkalmazza a szerkezeti termékekre: az acélidomokra és lemezekre vonatkozó ASTM-előírások általában egyaránt tartalmaznak kémiaiösszetétel- és mechanikaijellemző-követelményeket.

A feldolgozás előzményei és a termomechanikai kezelés

Ugyanaz a tömbi összetétel jelentősen eltérő tulajdonságokat eredményezhet különböző gyártási útvonalak után. A hengerlés nem csupán arra szolgál, hogy egy brammát lemezzé, rúddá vagy idommá alakítson. A meleghengerlés alakítja az ausztenitet, felbontja az öntött szerkezetet, megváltoztatja a zárványok morfológiáját, és a szemcséket is finomíthatja, ha a hengerlés befejezési hőmérséklete és a redukciós program szabályozott. A hagyományos befejezési hőmérsékletek alatti szabályozott hengerlés elősegítheti finom ferrit kialakulását a hűtés során. Ennek eredményeként azonos kémiai összetételű, de kevésbé szabályozott hengerlési programmal előállított anyaghoz képest nagyobb folyáshatár és jobb szívósság érhető el.

A kovácsolás szintén megváltoztatja a belső szerkezetet. A nagy öntött szemcséket és a szegregációs sávokat az alakváltozás megszakíthatja, miközben a kovácsolási hőmérséklet és a redukció mértéke meghatározza az újrakristályosodást és a szemcsefinomodást. Két, azonos üstanalízissel rendelkező kovácsdarab tulajdonságai nem feltétlenül lesznek azonosak, ha az egyik nagyobb redukciót vagy eltérő végső kovácsolási hőmérsékletet kapott.

A hőkezelés még nagyobb különbségeket hozhat létre. A normalizálás során az acélt az ausztenites átalakulási tartomány fölé hevítik, majd levegőn hűtik, ami számos szénacél és gyengén ötvözött acél esetében viszonylag finom ferrit-perlites szerkezetet eredményez. A lágyítás általában lassabb hűtést alkalmaz, így lágyabb szerkezet alakul ki durvább perlittel és kisebb keménységgel. Az edzés visszaszorítja a diffúziós átalakulást, és martenzit, azaz kemény, túltelített fázis képződéséhez vezethet. Az edzett acélt rendszerint megeresztik a ridegség csökkentése, valamint a szilárdság, a keménység, a képlékenység és a szívósság beállítása érdekében. A megeresztési hőmérséklet és idő egyaránt fontos; az alacsony hőmérsékletű és a magas hőmérsékletű megeresztés nem eredményezi a tulajdonságok azonos egyensúlyát.

EdzhetőségEdzhetőség Az acél azon képessége, hogy hűtés közben meghatározott mélységig kemény átalakulási termékeket hozzon létre; ez különbözik az egyetlen helyen mért keménységtől.

A hűtési sebességet nem csupán a kemenceprogram befolyásolja. A keresztmetszet vastagsága meghatározza a hőelvonást, ezért egy vastag rúd felülete sokkal gyorsabban hűlhet, mint a közepe. Egy vékony lemez szinte teljes egészében ferritté és perlitté alakulhat, míg az azonos összetételű vastag keresztmetszet közepe bainitet, martenzitet vagy vegyes átalakulási termékeket képezhet, ha a hűtési sebessége kellően nagy. Az edzhetőség azt írja le, hogy az acél milyen mértékben képes kemény átalakulási termékeket létrehozni a keresztmetszetében; ez nem azonos egyetlen próbatest keménységével.

A termomechanikai feldolgozás olyan tulajdonságokat is létrehozhat, amelyeket a végső kémiai összetételi táblázat nem képes feltárni. Az acél mikroötvözhető nióbiummal, vanádiummal vagy titánnal, a szilárdító hatás azonban attól függ, hogy ezek az elemek oldatban maradnak-e, újrahevítés közben karbonitrideket képeznek-e, vagy szabályozott hűtés során kiválnak. A feldolgozás előzményei az anyag azonosságának részét képezik.

A mikroszerkezet mint a kémia és a tulajdonságok közötti kapcsolat

A mechanikai vizsgálat a kialakult mikroszerkezet válaszát méri, nem pedig a periódusos rendszer szerinti összetételt önmagában. A folyáshatár a diszlokációk mozgásával szembeni ellenállást tükrözi. A szakítószilárdság az alakváltozást képlékeny folyás közben továbbra is gátló mechanizmusoktól, valamint a nyak kialakulásának kezdetétől függ. A nyúlás azt mutatja meg, hogy az anyag mennyire egyenletesen képes alakváltozni a törés előtt. A keménység a lokalizált képlékeny alakváltozással szembeni ellenállást tükrözi. A szívósság a repedés keletkezésétől és terjedésétől függ, beleértve a vizsgálat hőmérsékletét, terhelési sebességét, bemetszési állapotát és irányát.

A mikroszerkezet kapcsolja össze ezeket a válaszokat a kémiával. A szilárd oldatban lévő szén szilárdítja a ferritet, a felesleges szén azonban a hőmérsékleti útvonaltól függően perlitet, cementitet vagy martenzitet is képezhet. A mangán és a nikkel módosítja az átalakulási viselkedést, és javíthatja az edzhetőséget vagy stabilizálhatja az ausztenitet. A króm és a molibdén hatással van az edzhetőségre és a karbidok képződésére. A szilícium szilárdítja a ferritet, és befolyásolja a dezoxidációt. Ezek a hatások feltételesek, nem pedig olyan additív állandók, amelyek közvetlenül leolvashatók egy összetételi táblázatból.

Egy alacsony széntartalmú, ausztenitből lassan hűtött acél például ferritet és perlitet tartalmazhat, és mérsékelt szilárdságot, valamint hasznos képlékenységet mutathat. Ugyanez a névleges széntartalom – ha az edzhetőség lehetővé teszi – edzés után martenzitet vagy bainitet eredményezhet, és jelentősen nagyobb keménységet és szilárdságot adhat, rendszerint kisebb megeresztetlen szívósság mellett. A megeresztés ismét megváltoztatja a martenzitet, mivel lehetővé teszi a szén újraeloszlását és a karbidkiválást. A végső tulajdonságok a teljes folyamatfüggvénytől függenek, beleértve az ausztenitesítési hőmérsékletet, a hőntartási időt, az edzőközeget, a keresztmetszet méretét és a megeresztési programot.

Az átalakulási termékek egyetlen alkatrészen belül is változhatnak. A felületi tartományok keményebbé válhatnak, mint a mag, a hegesztés hőhatásövezetei pedig az alaplemeztől és a hegesztési fémtől egyaránt eltérő mikroszerkezetet alakíthatnak ki. Egyetlen helyről származó szakítószilárdsági érték ezért automatikusan nem képviselheti minden hely és minden irány tulajdonságait.

Szemcseméret, fázisegyensúly és kiválások

A szemcseméret közvetlenül szemlélteti, miért nem képes a kémiai összetétel önállóan meghatározni a szilárdságot vagy a szívósságot. A finom ferritszemcsék általában növelik a folyáshatárt a szemcsehatár-szilárdításon keresztül, és javíthatják a ridegtöréssel szembeni ellenállást. A durva szemcsék gyakran csökkentik az alacsony hőmérsékletű ütőszívósságot, bár a mért eredmény a fáziseloszlástól, a zárványoktól és a vizsgálat irányától is függ. A szemcsefinomodás származhat szabályozott hengerlésből, normalizálásból vagy olyan mikroötvözési kiválásból, amely korlátozza az ausztenitszemcsék növekedését.

A fázisegyensúly ugyanolyan fontos. A ferrit viszonylag lágy és képlékeny; a perlit erősebb, de kevésbé képlékeny; a bainit és a martenzit nagy szilárdságot biztosíthat, szívósságukat pedig a morfológiájuk és a megeresztés határozza meg. A visszamaradt ausztenit az üzemelés vagy a vizsgálat során átalakulhat, ezáltal módosítva a méretstabilitást és az alakváltozási viselkedést. Egy összetételi táblázat megadhatja a szén- és ötvözőelem-tartalom határértékeit, de feldolgozási és metallográfiai információk nélkül nem tudja megmondani, hogy a kész acél 20% perlitet, bainites mátrixot vagy megeresztett martenzitet tartalmaz-e.

A kiválások újabb változót jelentenek. A finom nióbium-, vanádium- vagy titán-karbonitridek rögzíthetik az ausztenit szemcsehatárait, és az átalakulás után szilárdíthatják a ferritet. Méretük, számsűrűségük, összetételük és eloszlásuk az újrahevítéstől, az alakváltozástól és a hűtéstől függ. A durva kiválások alig járulhatnak hozzá a szilárdsághoz, ugyanakkor repedésindulási helyként szolgálhatnak. Rozsdamentes acélokban a szemcsehatárokon kialakuló króm-karbidok csökkenthetik a helyi korrózióállóságot még akkor is, ha a tömbi krómanalízis megfelel az acélminőség határértékének.

Ezért párosítják az SSINA táblázatai a tömegszázalékban megadott összetételt az ASTM termékspecifikációi által lefedett ausztenites rozsdamentesacél-minőségek meghatározott mechanikai tulajdonságaival, ahelyett hogy az egyik táblázatot a másik helyettesítőjeként kezelnék. A Nickel Institute hasonlóképpen külön tulajdonságosztályokként mutatja be a kémiai, mechanikai, fizikai és specifikációs adatokat. Az Eurocode 3 az EN 1993-1-1 szabvány 3.2.6. szakasza alapján tervezési tulajdonságokat ad meg az S235, S275, S355, S420, S450 és S460 acélminőségekre; ezek az értékek egy irányadó tervezési szabványhoz, termékkategóriához, vastagsághoz és tervezési felhasználáshoz kötődnek.

Az összehasonlító táblázatok – köztük a Handbook of Comparative World Steel Standards című kiadványban szereplők – hozzávetőleges kapcsolatokat mutathatnak a nemzetközi megjelölések között, de nem állapítanak meg egyenértékűséget. Az olyan, az Engineering ToolBox által közzétett reprezentatív összetétel-összehasonlítások, mint ezek, hasznosak lehetnek tájékozódásra, a kötelező határértékeknek és mechanikai követelményeknek azonban az alkalmazandó termékspecifikációból kell származniuk. A vonatkozó szabvány, a termék alakja, a vastagság, a hőkezelés, a vizsgálat iránya és a vizsgálati módszer határozza meg, mit jelent egy közölt érték. A kémia megkezdi a magyarázatot. De nem zárja le.

Mechanikai tulajdonságokat bemutató táblázatok: mit jelentenek az oszlopok?

A mechanikai tulajdonságokat bemutató táblázat nem a kémiai összetételt bemutató táblázat második változata. Azt mutatja be, hogy egy meghatározott terméktől milyen viselkedés várható el, illetve milyen viselkedést írnak elő számára egy meghatározott vizsgálat során. Az eredmény az acélminőségjeltől, a termékformától, a hőkezeléstől, a keresztmetszet méretétől, a vastagságtól, a mintavételi helytől, a vizsgálat irányától, a hőmérséklettől és az irányadó szabványtól függ.

Ez a megkülönböztetés azért fontos, mert a minőségjel nem határozza meg teljeskörűen az anyagot. Az ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties a rúdacélokra vonatkozó információkat a minőségjel, az összetétel, a feldolgozási állapot, a keresztmetszet mérete és a kívánt minimális folyáshatár szerint rendszerezi. Ezért ugyanaz a névleges minőségjel eltérő tulajdonságkövetelményekkel jelenhet meg, ha megváltozik a termékforma vagy a méret. Az a táblázat, amely egy minőségjel mellett egyetlen szilárdsági értéket ad meg, de nem nevezi meg a termékre vonatkozó specifikációt, tájékozódásra hasznos lehet, de nem tekinthető mértékadó specifikációnak.

Az ASTM acélszabványai a szénacélok, szerkezeti acélok, rozsdamentes acélok, ferrites acélok, ausztenites acélok és ötvözött acélok kémiai, mechanikai, metallurgiai és egyéb anyagkövetelményeit fedik le. Az AISC szintén kifejti, hogy a szerkezeti acélból készült idomokra és lemezekre vonatkozó specifikációk általában kémiaiösszetétel- és mechanikaitulajdonság-követelményeket egyaránt tartalmaznak. A két oszlopcsoport eltérő kérdésekre ad választ: a kémiai összetétel meghatározza, hogy milyen elemek és milyen határértékeken belül lehetnek jelen, míg a mechanikai vizsgálat igazolja a szállított termék viselkedését.

Folyáshatár és szakítószilárdság

A folyáshatár az a feszültség, amelynél a vizsgálati próbatest megkezdi az előírt mértékű maradó képlékeny alakváltozást. Egyes acéloknál a feszültség–alakváltozás görbe határozott felső és alsó folyáspontot mutat. Más acélok esetében a szabvány a bizonyítási feszültséget alkalmazza, amely rendszerint a 0,2%-os maradó alakváltozást előidéző feszültség; ezt számos európai szabvány $R_{p0.2}$ jelöléssel adja meg, vagy az alkalmazandó ASTM-módszer szerint folyáshatárként közli. A pontos meghatározást a vizsgálati szabványnak és a termékspecifikációnak kell tartalmaznia.

A táblázatban szereplő minimális folyáshatár követelmény, nem pedig minden egyes acéldarab tulajdonságának előrejelzése. Ha az ASTM A572/A572M egy megadott minőségjelhez, vastagságtartományhoz és termékformához minimális folyáshatárt ír elő, akkor a megfelelő vizsgálati eredménynek az előírt eljárás szerint el kell érnie vagy meg kell haladnia ezt az értéket. A ténylegesen mért folyáshatár ennél magasabb is lehet. Értéke függhet az üsttől, a vastagságtól, a hengerlési redukciótól, a hűtési sebességtől, a mintavételi helytől és a vizsgálat irányától. Ha a minimális értéket úgy közlik, mintha az lenne a mért tulajdonság, ez a különbség elvész.

A szakítószilárdság, más néven maximális szakítószilárdság, a szakítóvizsgálat során elért legnagyobb mérnöki feszültség. Kiszámítása a legnagyobb alkalmazott terhelésnek a próbatest eredeti keresztmetszeti területével való osztásával történik. A maximális terhelés után helyi nyakadás alakulhat ki, és a mérnöki feszültség csökkenhet akkor is, amikor az anyag a törésig tovább alakváltozik.

A maximális szakítószilárdság nem azonos a méretezési ellenállással. A szerkezeti méretezéshez használt értéket az irányadó méretezési szabvány alapján vezetik le, amely alkalmazhat ellenállási tényezőket, parciális tényezőket, kihajlási szabályokat, kapcsolati előírásokat és vastagságfüggő korlátozásokat. Az Eurocode 3, az EN 1993-1-1 3.2.6. szakasza, az S235, S275, S355, S420, S450 és S460 minőségű acélok méretezési anyagjellemzőit sorolja fel. Ezek az értékek egy méretezési keretrendszerhez tartoznak; nem szabad őket általános „szakítószilárdság” oszlopába átmásolni, illetve közvetlen vizsgálati eredményként kezelni.

Maga a vizsgálat is meghatározott feltételeket ír elő. Az ASTM E8/E8M és az ISO 6892-1 többek között a próbatest geometriáját, a mérési hosszt, a terhelési sebességet, az alakváltozás mérését és a számítást határozza meg. Lemez, rúd, cső és kovácsdarab esetében eltérhet a próbatest megengedett helye és iránya. A hosszirányú és a keresztirányú eredmények nem cserélhetők fel, különösen hengerelt termékeknél, ahol a zárványok, a textúra és a sávos mikroszerkezet irányfüggő különbségeket hoz létre.

Az eredmény önmagában a kémiai összetételből nem határozható meg. Az ASM International Metals Handbook című kiadványa a szén- és ötvözött acélok tulajdonságait a kémiai összetétel, a feldolgozás és a mikroszerkezet együttes hatásaként írja le. A szén, a mangán, a króm, a nikkel, a molibdén és más elemek befolyásolják az edzhetőséget és a fázisképződést, de a hengerlés, az edzés, a megeresztés, a normalizálás, a kiválás és a hűtési előzmények határozzák meg, hogyan érvényesül ez a lehetőség.

Nyúlás, keresztmetszet-csökkenés és duktilitás

A nyúlás a törés előtti képlékeny megnyúlást méri. Általában százalékban adják meg:

$$A=\frac{L_f-L_0}{L_0}\times 100$$

MérőhosszMérőhossz A szakítóvizsgálati próbatest megjelölt kezdeti hossza, amelyen belül a nyúlást mérik.

ahol $L_0$ az eredeti mérési hossz, $L_f$ pedig a törés utáni mérési hossz; ez utóbbit a törött darabok gondos összeillesztése után kell meghatározni. Az érték csak a mérési hosszal és a próbatest típusával együtt értelmezhető. A „20%-os nyúlás” megadása önmagában nem árulja el, hogy az eredmény arányos mérési hosszal, 50 mm-es mérési hosszal, csökkentett méretű próbatesttel vagy más kialakítással készült-e.

Ezért tűnhetnek eltérő szabványokból származó nyúlási értékek ellentmondásosnak akkor is, ha az acélok hasonlóak. A rövidebb mérési hosszak általában nagyobb mértékben veszik figyelembe a helyi nyakadás hatását, ezért a hosszabb mérési hosszakhoz képest nagyobb százalékos értéket eredményezhetnek. A termék vastagsága szintén befolyásolja a kialakítható próbatest geometriáját és esetenként az előírt minimális nyúlást. A táblázatoknak ezért meg kell őrizniük a vizsgálat megjelölését és a mérési hosszat, ahelyett hogy a nyúlást az adott minőségjel egyetemes állandójaként tüntetnék fel.

A keresztmetszet-csökkenés a törési helyen bekövetkező keresztmetszeti területveszteséget méri:

$$Z=\frac{A_0-A_f}{A_0}\times 100$$

ahol $A_0$ az eredeti terület, $A_f$ pedig a legkisebb végső terület. Ez a jellemző különösen érzékeny a helyi képlékeny alakváltozásra, és a nyúlástól eltérő információt szolgáltat. Egy acél jelentős keresztmetszet-csökkenést mutathat, miközben a nyúlása eltérő, mivel a két mérés eltérően reagál az egyenletes alakváltozásra, a nyakadásra, a próbatest geometriájára és a törés helyére.

Mindkét jellemző a duktilitás mutatója, de a duktilitás nem egyetlen anyagállandó. Magában foglalja azt a képességet, hogy az anyag meghatározott feszültségi állapot, hőmérséklet, alakváltozási sebesség és geometria mellett repedés nélkül képes képlékeny alakváltozást elszenvedni. A szakítóvizsgálatból származó nyúlási eredmény nem igazolja a hidrogén okozta repedéssel, a hajlítási repedéssel, a hegesztés hőhatásövezetének repedésével vagy bemetszés alatti töréssel szembeni ellenállást. A nagy nyúlás továbbá automatikusan nem jelent nagy szívósságot.

Az SSINA ausztenites rozsdamentesacél-minőségekre vonatkozó táblázatai a megfelelő formátumot szemléltetik: a tömegszázalékban megadott összetételt a vonatkozó ASTM termékspecifikációk szerinti előírt mechanikai tulajdonságoktól elkülönítve mutatják be. A Nickel Institute hasonlóképpen külön kezeli a kémiai összetételt, a mechanikai tulajdonságokat, a fizikai tulajdonságokat és a specifikációs adatokat. Egy összehasonlító táblázat ezeket a kategóriákat egymást követő oldalakon is bemutathatja, de az egymás mellé helyezésük nem teszi őket felcserélhetővé.

Keménység, ütőszívósság és kifáradással kapcsolatos adatok

A keménység a helyi képlékeny alakváltozással szembeni ellenállás, amelyet leggyakrabban Brinell-, Rockwell-, Vickers- vagy Knoop-módszerrel mérnek. Az olyan érték, mint a HBW 190, a 90 HRB vagy a 210 HV, nem teljes körű a mérési skála, a behatolótest, az alkalmazott erő és a vizsgálati szabvány megadása nélkül. A felületi állapot, a görbület, a dekarbonizáció, a bevonat és a helyi mikroszerkezet módosíthatja a mérési eredményt.

A keménység és a szakítószilárdság közötti átszámítások korrelációk, nem pedig fizikai törvények. Ezeket általában meghatározott acélcsaládokra és keménységtartományokra dolgozzák ki. Egy átszámítás alkalmatlan lehet ausztenites rozsdamentes acél, erősen ötvözött szerszámacél, kérgedzett anyag, hegesztési fém vagy jelentős keménységi gradienssel rendelkező termék esetében. Az ASTM átszámítási táblázatai nem helyettesíthetik az előírt szakítóvizsgálatot, ha az átvételt vagy a méretezést a szakítószilárdság határozza meg.

Az ütőmunka a bemetszett próbatest hirtelen törése során elnyelt energiát méri; erre gyakran az ASTM E23 szerinti Charpy V-bemetszéses vizsgálatot vagy azzal egyenértékű szabványt alkalmazzák. A közölt érték függ a próbatest irányától, a bemetszés geometriájától, a hőmérséklettől, a méretektől és a vizsgálati eljárástól. Egy olyan Charpy-eredmény, mint a −20 °C-on mért 27 J, az adott vizsgálati feltételt írja le; nem egyetemes szívóssági állandó.

Az ütőmunkát meg kell különböztetni a törési szívósságtól is. A gyakran $K_{\mathrm{IC}}$, $J_{\mathrm{IC}}$ vagy kapcsolódó paraméter formájában megadott törési szívósság a repedéscsúccsal szembeni ellenállást jellemzi meghatározott próbatestgeometria, vastagság, terhelési mód és kényszerállapot mellett. A Charpy-ütőmunka támogathatja az anyagszűrést és a minőség-ellenőrzést, de nem helyettesíthető vele közvetlenül a síkbeli alakváltozási állapothoz tartozó törési szívóssági érték.

A kifáradási adatok ismétlődő vagy változó feszültség alatti viselkedést írnak le. Az S–N görbe a feszültségamplitúdót kapcsolja össze a törésig elviselt ciklusszámmal, míg a repedésterjedési görbe rendszerint a $\mathrm{da}/\mathrm{dN}$ értékét kapcsolja össze a feszültségintenzitási tényező tartományával, $\Delta K$-val, az ASTM E647 szerint. Az eredmények függnek a feszültségviszonytól, a frekvenciától, a felületi érdességtől, a maradó feszültségtől, a környezettől, a próbatest méretétől, a bemetszés állapotától és a tönkremenetel meghatározásától. Ezért egyetlen kifáradási szilárdsági érték csak akkor értelmezhető, ha ezeket a feltételeket is megadják.

A Handbook of Comparative World Steel Standards ezért külön kezeli a kémiai összetétel és a mechanikai tulajdonságok összehasonlítását. A szabványok közötti minőségjel-megfeleltetések hasonló célzott kémiai összetételre utalhatnak, de nem bizonyítják azonos folyáshatár, ütőteljesítmény, kifáradási viselkedés vagy átvételi követelmények fennállását. A felelősen összeállított táblázat megnevezi az irányadó szabványt, a termékformát, a vastagság- vagy keresztmetszettartományt, a vizsgálati módszert, az irányt, a hőmérsékletet, valamint azt, hogy az egyes értékek minimális követelményt, mért eredményt, jellemző értéket vagy méretezési paramétert jelentenek-e.

A szelvény mérete, vastagsága, termékformája és a vizsgálat iránya

Az acélminőség megnevezése nem azonosítja a mechanikai tulajdonságok egyetlen, rögzített készletét. Az előírt folyáshatár, szakítószilárdság, nyúlás, ütőenergia, keménység és a megengedett eltérés függhet a vastagságtól, a keresztmetszeti mérettől, a termékformától, a hőkezeléstől és a vizsgálat irányától. Ezért egy olyan táblázat, amely ezeket a kiegészítő adatokat nem tartalmazva „AISI 4140” vagy „S355” jelölést közöl, hiányos, még akkor is, ha a kémiai összetétele hozzávetőlegesen helyes.

Vastagságfüggő szilárdsági követelmények

A vastagság megváltoztatja az acéltermék hőtörténetét. A vékony lemez hengerlés vagy normalizálás után gyorsan lehűl; egy nagyméretű kovácsdarab vagy vastag lemez lassabban hűl, ami eltérő fázisátalakulásokat, szemcsenövekedést és szegregációs hatásokat tesz lehetővé. Az így kialakuló mikroszerkezet akkor is megváltoztathatja a szilárdságot és a szívósságot, ha az üstanalízis ugyanazon összetételi határértékeken belül marad. Az ASM International leírása szerint a szénacélok és ötvözött acélok tulajdonságai a kémiai összetétel, a feldolgozás és a mikroszerkezet együttes eredményei. A kémiai összetétel a specifikációnak csupán az egyik része.

Ennek következtében számos termékszabvány a névleges minimális folyáshatárt a vastagság növekedésével csökkenti. Ennek oka nem pusztán geometriai. A vastag keresztmetszetet nehezebb egyenletesen lehűteni, és a középső része nem feltétlenül részesül ugyanabban a szemcsefinomodásban vagy átalakulásban, mint a felülete. Ezért egy olyan táblázat, amely minden vastagsághoz ugyanazt a folyáshatárértéket rendeli, túl szigorúan adhatja meg a követelményt nagy vastagságú anyagokra, illetve elfedheti a méretkategóriák közötti különbségeket.

Névleges folyáshatár legfeljebb 16 mm-ig (MPa)Folyáshatár 16 mm felett és legfeljebb 40 mm-ig (MPa)

Az Eurocode 3 ezt szemlélteti az S235, S275, S355, S420, S450 és S460 acélminőségekre vonatkozó tervezési jellemzők táblázatán keresztül, az EN 1993-1-1 szabvány 3.2.6. szakaszában. A táblázatban szereplő névleges folyáshatár a névleges vastagsághoz kötődik, és a vastagság növekedésével alacsonyabb értékek alkalmazandók. Így az „S355” nem jelenti azt, hogy minden termék és minden vastagság esetén 355 MPa a tervezési folyáshatár. A jelölés az irányadó európai szabvány szerinti osztályt azonosítja; az alkalmazandó értéket a vastagság határozza meg.

Ugyanez az óvatosság szükséges az ASTM-termékek esetében is. Az ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties című szabvány az acélrudak kiválasztásához nyújt útmutatást az acélminőség, a kémiai összetétel, a feldolgozási állapot, a keresztmetszeti méret és a kívánt minimális folyáshatár alapján. Ez a felépítés jelentőséggel bír. Azt mutatja, hogy egy acélminőségre vonatkozó bejegyzés nem teljes anyagspecifikáció, hacsak az olvasó nem tudja azt is, hogy a rudat lágyították, normalizálták, edzették és megeresztették, vagy más felsorolt állapotban szállították-e, továbbá nem ismeri a vonatkozó átmérőt vagy azzal egyenértékű keresztmetszeti méretet.

A mechanikai tulajdonságokat tartalmazó táblázatnak ezért meg kell őriznie a forrásszabványban feltüntetett vastagság- vagy mérettartományt. Több tartomány egyetlen „jellemző” értékkel való helyettesítése áttekinthetőbbé teszi a táblázatot, de kevésbé lesz hű a specifikációhoz.

Rudak, lemezek, idomacélok, kovácsdarabok és lemezek

A termékforma nem pusztán külső megjelölés. Eltérő gyártási útvonalat azonosít, amely meghatározza a szemcsefolyást, a felületi állapotot, a maradó feszültséget, a zárványok eloszlását és az elérhető mechanikai tulajdonságokat.

A rudakat rendszerint melegalakítással, hidegfiniseléssel vagy nagyobb hengerelt féltermékből történő megmunkálással állítják elő. Követelményeiket átmérő, szélesség vagy keresztmetszeti terület szerint határozhatják meg. Az ASTM A400 ebből a szempontból különösen hasznos, mivel a rúdanyag-minőségeket nem elszigetelt kémiai összetétel-megnevezésekként mutatja be, hanem az összetételre és a minimális folyáshatárra vonatkozó útmutatást a feldolgozási állapottal és a keresztmetszeti mérettel kapcsolja össze. Egy lágyított állapotú 4140 rúdhoz nem rendelhetők ugyanazok a szilárdsági értékek, mint egy edzett és megeresztett 4140 rúdhoz, pusztán azért, mert mindkettő névlegesen hasonló mennyiségben tartalmaz krómot, molibdént, szenet és mangánt.

A lemezek és a szerkezeti idomacélok eltérő hengerlési eljárásokat követnek. Az AISC magyarázata szerint a szerkezeti acél idomacéljaira és lemezeire vonatkozó ASTM-specifikációk általában a kémiai összetételre és a mechanikai tulajdonságokra vonatkozó követelményeket egyaránt tartalmazzák. Az ASTM A572/A572M például a nagy szilárdságú, gyengén ötvözött szerkezeti acélra vonatkozik olyan termékek esetében, mint a lemezek, az idomacélok és a rudak, azonban az alkalmazandó követelmények továbbra is a megrendelési specifikációban rögzített terméktől és acélminőség-jelöléstől függenek. Egy hengerelt szerkezeti idomacélra megadott érték nem vihető át automatikusan azonos névleges acélminőségű vastag lemezre.

A lemezek esetében saját alakítási és felületi követelmények érvényesülnek. A hidegen redukált lemez mechanikai tulajdonságait a hőfokozat, az alakíthatósági minőség vagy a sütési keményedési állapot szabályozhatja, míg a melegen hengerelt lemezre külön specifikáció és vastagságtartomány vonatkozhat. A „304-es rozsdamentes acél” megjelölés önmagában szintén nem elegendő: az ASTM A240/A240M lemezre, szalagra és lemezcsíkra vonatkozó követelményei nem cserélhetők fel az ASTM A276/A276M rúdkövetelményeivel vagy az ASTM A182/A182M kovácsolt alkatrészekre vonatkozó követelményeivel. Az SSINA táblázatai tömegszázalékban megadott összetételt kapcsolnak össze az ASTM termékspecifikációi által lefedett ausztenites rozsdamentes acélminőségek előírt mechanikai tulajdonságaival, azonban ezek a tulajdonságok továbbra is az adott termékszabványhoz kötődnek.

A kovácsdarabok további különbséget jelentenek. A kovácsolási alakváltozás finomíthatja a szemcséket és irányított folyást hozhat létre, miközben a végső hőkezelést a lemez vagy rúd esetében alkalmazott hőkezeléstől külön is előírhatják. A kötőelemek további feltételeket vezetnek be, többek között a hidegfejezést, a menetgeometriát, a próbaterhelést és a hőkezelést. Egy szén- vagy ötvözöttacél-összetételtáblázat elfogadható egyezést mutathat, a kötőelem-specifikáció azonban olyan mechanikai követelményeket is előírhat, amelyek egy általános rúdszabványban nem szerepelnek.

Ezért kell az összehasonlító hivatkozásokat körültekintően olvasni. A Handbook of Comparative World Steel Standards című kézikönyv a kémiai összetétel összehasonlítását elkülöníti a mechanikai tulajdonságok összehasonlításától a nemzetközi jelölési rendszerek között. Két jelölés kémiai egyezése nem bizonyítja, hogy termékszabványaik, vastagságtartományaik, hőkezeléseik vagy vizsgálati követelményeik egyenértékűek.

Hosszirányú, keresztirányú és vastagságirányú viselkedés

A hengerlés megnyújtja a szemcséket, beállítja a zárványokat és újraelosztja a szegregációt. Ennek eredményeként egy lemez vagy rúd eltérő tulajdonságokat mutathat a hossza mentén, a szélességén keresztül és a vastagságán át. A hosszirány általában párhuzamos a fő hengerlési vagy extrúziós iránnyal; a keresztirány erre merőleges a termék síkjában; a vastagságirányú vizsgálat a rövid keresztirányú irányból vesz mintát.

A szakítószilárdság irányonként mérsékelten eltérhet, a nyúlás, a keresztmetszetcsökkenés, az ütőszívósság és a törési felület megjelenése azonban ennél lényegesen nagyobb mértékben is különbözhet. A megnyúlt mangán-szulfid-zárványok például gyenge útvonalakként viselkedhetnek a rövid keresztirányban. A vastag lemez középvonali szegregációtól vagy a lemezes szakadás csökkent ellenállásától is szenvedhet; ez olyan tönkremeneteli mód, amely a lemez vastagságán át ébredő húzóalakváltozással kapcsolatos.

Egy hosszirányú szakítóvizsgálati eredményt nem szabad úgy közölni, mintha az garantálná a keresztirányú alakíthatóságot. Hasonlóképpen, az egyik irányban mért Charpy-ütőmunka értéke sem vihető át egy másik irányra anélkül, hogy ellenőriznék a szabvány mintavételi és bemetszésirányra vonatkozó szabályait. A termékszabványok gyakran meghatározzák, hogy a próbatestek hosszirányúak vagy keresztirányúak legyenek-e, honnan kell azokat kivenni, és hogyan befolyásolja a vastagság a megengedett irányt. Ezek a részletek módosíthatják a megadott nyúlást, szívósságot és anizotrópiát.

A gyakorlati szabály közvetlenül alkalmazható: az acélminőséget, az irányadó szabványt, a termékformát, a vastagságot vagy a keresztmetszeti méretet, a feldolgozási állapotot és a vizsgálat irányát együtt kell rögzíteni. Ezen az azonosítási láncon belül egy összetételtáblázat kémiailag informatív lehet, miközben a hozzá kapcsolt mechanikai tulajdonságérték egy másik acéltermékhez tartozik.

Szénacélok és ötvözött acélok összehasonlító táblázatokban

Egy acéltáblázat többféle kérdésre is választ adhat, de nem ugyanazzal az oszloppal. A kémiai összetételi táblázat olyan elemek határértékeit vagy tartományait adja meg, mint a szén, a mangán, a szilícium, a króm, a nikkel, a molibdén, a foszfor és a kén. Az átedzhetőségi táblázat azt írja le, hogy az acél milyen mélységig képes keménységet kialakítani az edzett felület alatt. A mechanikai tulajdonságok táblázata a megadott vagy vizsgálattal meghatározott folyáshatárt, szakítószilárdságot, nyúlást, keménységet, ütőmunkát vagy fáradási adatokat tartalmazza. E funkciók összekeverése gyakori oka annak, hogy a minőség-összehasonlító oldalak pontatlan határértékeket közölnek.

Önmagában a minőségjelölés nem dönti el a kérdést. Az ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties a rúdacélokat minőség, kémiai összetétel, feldolgozási állapot, keresztmetszeti méret és kívánt minimális folyáshatár szerint rendszerezi. Ez a felépítés arra figyelmeztet, hogy a minőségnevet ne tekintsük a teljes anyagazonosságot meghatározó tényezőnek. Egy táblázat a kémiai összetételt helyesen hasonlíthatja össze, miközben mégis téves szilárdságot rendel hozzá, mert a feltüntetett érték más termékformára, hőkezelésre, átmérőre vagy vastagságra vonatkozik.

A szénacélok összetételi tartományai

A szénacélokat általában a széntartalom és az egyéb ötvözőelemek viszonylag kis mennyisége alapján rendszerezik. Egy összehasonlító táblázatban a kis széntartalmú acélminőség körülbelül 0,05–0,25 tömeg% C, a közepes széntartalmú acélminőség körülbelül 0,25–0,60 tömeg% C, a nagy széntartalmú acélminőség pedig nagyjából 0,60 tömeg% C felett szerepelhet. Ezek osztályozási tartományok, nem pedig univerzális szabványos határértékek. A határértékek eltérhetnek a műszaki hivatkozások, a nemzeti rendszerek, a termékszabványok és a történeti alkalmazás szerint.

Az Engineering ToolBox összehasonlító táblázata reprezentatív acélminőségeket állít egymás mellé a szén, a króm, a mangán, a molibdén, a nikkel, a foszfor, a kén és a szilícium tömegszázalékos mennyisége alapján. Hasznos a széles körű kémiai összefüggések szemléltetésére: egy ötvözetlen szénacél általában csak kevés, szándékosan hozzáadott krómot, nikkelt vagy molibdént tartalmaz, míg egy kis ötvözésű acélban ezek közül egy vagy több elem szabályozott mennyiségben van jelen. A táblázatot azonban nem szabad egy beszerzési specifikáció vagy egy hőtanúsítvány irányadó kémiai összetételeként lemásolni. A reprezentatív értékek egy tipikus acélminőség-családot mutatnak; a szabvány megengedett tartományt, maximális vagy minimális értéket, illetve maradékelem-határértéket ír elő.

Még a „szénacél” sem jelenti azt, hogy kizárólag a széntartalom szabályozott. A mangán befolyásolja a szilárdságot és az átedzhetőséget, a szilíciumot dezoxidálásra és szilárdoldatos szilárdításra lehet használni, a foszfor és a kén mennyiségét pedig általában korlátozzák, mert a túlzott mennyiség ronthatja a szívósságot, a képlékenységet, a hegeszthetőséget vagy a melegalakítási viselkedést. Az alkalmazandó ASTM-, EN-, JIS- vagy más termékszabvány határozza meg, hogy mely korlátozások érvényesek. Az ASTM acélszabványai a kémiai, mechanikai, metallurgiai és anyagkövetelményeket egyaránt lefedik a szénacélok, szerkezeti acélok, rozsdamentes acélok, ferrites acélok, ausztenites acélok és ötvözött acélok körében; ezért a jelölés csak az irányadó szabvány és a termékkategória keretében értelmezhető.

A széntartalom továbbá nem alakítható át közvetlenül garantált szakítószilárdsággá. Ugyanaz a névleges kémiai összetétel eltérő tulajdonságokat eredményezhet meleghengerlés, normalizálás, edzés és megeresztés, lágyítás vagy hidegmegmunkálás után. Az ASM International szerint a szénacélok és ötvözött acélok tulajdonságai a kémiai összetétel, a feldolgozás és a mikroszerkezet együttes eredményei. A szemcseméret, a perlitlamellák távolsága, a martenzit hányada, a karbidok eloszlása, a maradó feszültség és a megeresztési állapot megváltoztathatja a mért eredményt anélkül, hogy a minőségjelölés megváltozna.

A kis ötvözésű acélok szilárdítása és átedzhetősége

A kis ötvözésű acélokban a szén–mangán alaphoz képest szabályozott mennyiségben további ötvözőelemeket alkalmaznak a szilárdság, az átedzhetőség, a szívósság, a megeresztéssel szembeni ellenállás, a kopási viselkedés vagy a magas hőmérsékleten mutatott tulajdonságok módosítására. A „kis ötvözésű” osztályozási leírás, nem pedig meghatározott szilárdsági szintre vonatkozó ígéret. Egy 0,30% C-tartalmú króm-molibdénacél és egy normalizált szerkezeti acél egyaránt szerepelhet egy ötvözött acélokat tartalmazó táblázatban, mégis eltérő célokra specifikálják és vizsgálják őket.

A szilárdság több mechanizmus révén növelhető. Az ötvözőelemek finomíthatják a szemcseméretet, növelhetik a szilárdoldatos szilárdítást, karbidokat vagy nitrideket képezhetnek, illetve lehetővé tehetik nagyobb mennyiségű martenzit kialakulását hűtés után. A feldolgozás határozza meg, hogy ezek a mechanizmusok ténylegesen kialakulnak-e. Egy edzett és megeresztett, 4140 típusú acél szilárdsága és keménysége jelentősen nagyobb lehet, mint ugyanazon kémiai összetételű, lágyított állapotú acélé, míg a normalizált állapot a képlékenység és a szívósság eltérő egyensúlyát biztosíthatja.

Az átedzhetőség nem azonos a keménységgel. A keménység egy adott helyen vagy vizsgálati felületen mért ellenállás. Az átedzhetőség annak a képességnek a mértéke, hogy az acél hűtés közben milyen mélységig képes kemény átalakulási termékeket létrehozni. A Metallus Practical Data for Metallurgists című kiadványa a szabványos acélminőségeket kémiai összetételekkel, átedzhetőségi adatokkal és mérettűrésekkel együtt mutatja be, szemléltetve, hogy ezeknek az adatoknak miért külön táblázatmezőkben van a helyük. Egy Jominy-féle homlokedzési görbe például a keménységet az edzett végétől mért távolság függvényében mutatja; önmagában nem tanúsítja egy kész rúd folyáshatárát.

A keresztmetszeti méret azért fontos, mert egy vastag rúd közepe lassabban hűl, mint a felülete. Egy 25 mm-es keresztmetszethez elegendő átedzhetőségű acél nem feltétlenül alakít ki ugyanilyen átalakult szerkezetet egy 100 mm-es keresztmetszet teljes vastagságában. Az edzőközeg, a keverés, a kemenceüzemeltetés, a korábbi ausztenitszemcse-méret és a megeresztés szintén befolyásolja az eredményt. Következésképpen egy olyan táblázat, amely a „tipikus keménységet” az állapot, a keresztmetszeti méret és a vizsgálati hely megadása nélkül tünteti fel, összehasonlító adatot szolgáltat, nem pedig garantált tulajdonságot.

A mechanikai tulajdonságokra vonatkozó követelményeket a termékszabvány szabályozza. Az AISC ismertetése szerint a szerkezeti idomacélokra és lemezekre vonatkozó ASTM-szabványok általában egyaránt tartalmaznak kémiai összetételi és mechanikai tulajdonságokra vonatkozó követelményeket. Ezek közé tartozhat a minimális folyáshatár, a szakítószilárdság, a nyúlás és esetenként az ütőszívósság. Az előírt érték a vastagságtól függően változhat. Az Eurocode 3, az EN 1993-1-1 szabvány 3.2.6. szakasza az S235, S275, S355, S420, S450 és S460 minőségek tervezési anyagjellemzőit sorolja fel; ezek a vonatkozó szerkezeti jelöléshez kötött tervezési szabványértékek, nem pedig minden, másutt hasonló számot viselő acél univerzális tulajdonságai.

A króm, a nikkel, a molibdén és a mangán szerepe

A króm növeli az átedzhetőséget, továbbá hozzájárulhat a karbidképződéshez, a kopásállósághoz, az oxidációval szembeni ellenálláshoz és a korrózióállósághoz. Fontos az adagolt mennyiség és a metallurgiai állapot. Egy kis ötvözésű, edzett és megeresztett acél mérsékelt krómtartalma nem teszi az acélt egyenértékűvé valamely rozsdamentes acélminőséggel. A rozsdamentes acélok osztályozása megfelelő króm­tartalmat, valamint az előírt korrózióálló szerkezet kialakulását biztosító szén- és egyéb elemhatárértékeket követel meg.[5][5] Properties of Some Metals and Alloys. Nickel Institute. Nickel Institute technical guide.

A nikkel növeli az átedzhetőséget és a szívósságot, különösen alacsony hőmérsékleten, valamint megfelelő összetétel esetén elősegíti az ausztenites szerkezetek kialakulását. Fontos szerepet játszik a nikkellel ötvözött, alacsony hőmérsékletre szánt acélokban és az ausztenites rozsdamentes acélokban, de puszta jelenléte önmagában egyik kategóriát sem határozza meg. A Nickel Institute táblázatos hivatkozási anyagában külön kezeli a kémiai összetételt, a mechanikai tulajdonságokat, a fizikai tulajdonságokat és a specifikációkat; ez hasznos modell ezen bizonyítéktípusok elkülönítéséhez.

A molibdén javítja az átedzhetőséget, és elősegíti a szilárdság megőrzését megeresztés közben. Bizonyos megeresztési ridegedési kockázatokat is csökkenthet, továbbá javíthatja a magas hőmérsékleten mutatott teljesítményt. A króm-molibdénacélokban a hatása a széntartalomtól, a krómtartalomtól, a hőkezeléstől és a keresztmetszeti mérettől függ, nem pedig egy összehasonlító táblázatban feltüntetett egyetlen százalékértéktől.

A mangán gyakori összetevő a szénacélokban és a kis ötvözésű acélokban. Hozzájárul a szilárdoldatos szilárdításhoz, a kénnel egyesülve csökkenti a káros vas-szulfid-hatások kialakulását, és növeli az átedzhetőséget. Túl nagy mennyisége azonban befolyásolhatja a hegeszthetőséget és az átalakulási viselkedést. Ezért az előírt tartományát a szén-, kén- és szilíciumtartalommal, valamint a feldolgozási állapottal együtt kell értelmezni.

A Handbook of Comparative World Steel Standards a nemzetközi jelölési rendszerekben külön kezeli a kémiai összetételekre és a mechanikai tulajdonságokra vonatkozó összehasonlító táblázatokat. Ez az elkülönítés alapvető fontosságú. Egy hasonló jelölés hasznos összehasonlítást tehet lehetővé az összetétel tekintetében, de nem bizonyítja a folyáshatár, a szívósság, az átedzhetőség vagy a hőkezelési viselkedés egyenértékűségét. Az irányadó szabvány, a termékforma, a vastagság, a szállítási állapot, a vizsgálat iránya és a megadott vizsgálati módszer határozza meg, hogy mit jelent a közölt szám.

Rozsdamentes acélok összetételi és tulajdonságtáblázatai

Egy rozsdamentesacél-táblázat csak akkor hasznos, ha egyértelműen meghatározza a hatókörét. A „304 rozsdamentes acél” például egy általánosan ismert ötvözetcsaládot jelöl, de önmagában nem mondja meg, hogy az anyag lemez, vastaglemez, rúd, cső, kovácsdarab, illetve ASTM A240, ASTM A276, ASTM A479, ASTM A213 vagy más szabvány szerint szállított termék-e. Ezek a szabványok eltérő termékkövetelményeket, hőkezelési szabályokat, méreteket, vizsgálati előírásokat és mechanikai tulajdonsághatárokat írhatnak elő.

Ez a különbség választja el egymástól az összetételi és a tulajdonságtáblázatot. Az összetételi táblázat az olyan elemek megengedett tömegszázalékos tartományait adja meg, mint a króm, a nikkel, a szén, a mangán, a szilícium, a molibdén, a foszfor, a kén és a nitrogén. A mechanikai tulajdonságokat tartalmazó táblázat egy meghatározott termékre és állapotra vonatkozó értékeket közöl, például minimális szakítószilárdságot, folyáshatárt, nyúlást vagy keménységet. Az ASTM A400 a rú­dacélokra vonatkozóan tágabb összefüggésre mutat rá: a kiválasztás a minőségtől, a kémiai összetételtől, a feldolgozási állapottól, a keresztmetszeti mérettől és az előírt minimális folyáshatártól függ. A minőségjel tehát azonosítási támpont, nem pedig teljes anyagspecifikáció.

Az SSINA az ASTM termékszabványai által lefedett ausztenites rozsdamentes acélminőségekhez összetételi táblázatokat és meghatározott mechanikai tulajdonságokat közöl. Az Outokumpu Stainless Steel Handbook szintén külön kezeli a minőségek kémiai összetételét, valamint mechanikai és fizikai adatait. Ezek a hivatkozások azért értékesek, mert megmutatják a táblázatalapú összehasonlítás korlátait: a kémiai összetétel azonosíthat egy ötvözetcsaládot, míg a tulajdonságkövetelmény egy meghatározott termékszabványhoz és szállítási állapothoz tartozik.

Ausztenites, ferrites, martenzites és egyéb rozsdamentesacél-családok

Az ausztenites rozsdamentes acélokat, köztük a 304, 304L, 316, 316L, 321, 347 és 310S minőségeket, általában króm-nikkel vagy króm-nikkel-molibdén összetétel és szobahőmérsékleten fennálló ausztenites mikrostruktúra alapján azonosítják. Ezeket rendszerint nem lehet martenzites minőségekhez hasonló módon, edzéssel keményíteni. Szilárdságuk ennek ellenére jelentősen változhat a hidegalakítás hatására, különösen lemezek és szalagok esetében.

A ferrites minőségek, például a 430 és 409, elsősorban olyan krómacélok, amelyek kevés vagy egyáltalán nem tartalmaznak szándékosan hozzáadott nikkelt. Térközepes köbös ferrites szerkezetük hatással van a mágneses viselkedésre, a hegeszthetőségre, a szívósságra és az alakíthatóságra. A martenzites minőségek, köztük a 410, 420 és 440C, elegendő szenet és ötvözőelemet tartalmaznak ahhoz, hogy reagáljanak az ausztenitesítésre és az edzésre. Keménységük és szilárdságuk erősen függ a hőkezeléstől, ezért egy kizárólag a névleges kémiai összetételt bemutató táblázat nem képes jellemezni a leszállított anyagot.

Az egyéb családok közé tartoznak a kiválásosan keményedő minőségek, például a 17-4 PH, a duplex minőségek, például a 2205, valamint a szuperduplex minőségek, például a 2507. A duplex rozsdamentes acélok ferrites és ausztenites fázisokat egyesítenek; a fázisegyensúly a kémiai összetételtől, az oldó hőkezeléstől, a hűtéstől és a termék vastagságától függ. Ezért egy olyan „2205” táblázat, amely nem tünteti fel az irányadó termékszabványt és a hőkezelést, fontos metallurgiai követelményt rejthet el.

Maguk a jelölési rendszerek is eltérnek. Az ASTM- és UNS-hivatkozások a 304 minőséget általában UNS S30400-ként, a 316 minőséget pedig UNS S31600-ként azonosítják, míg az alacsony széntartalmú változatok jelölése 304L, UNS S30403, illetve 316L, UNS S31603. Az olyan európai jelölések, mint az X5CrNi18-10 és az X2CrNiMo17-12-2, kapcsolódnak ezekhez, de nem cserélhetők fel automatikusan minden ASTM-termékjelöléssel. A Handbook of Comparative World Steel Standards ezért külön kezeli az összehasonlító kémiai összetételi és mechanikai tulajdonságokat tartalmazó táblázatokat. A hasonló elnevezések nem bizonyítják azonos határértékek fennállását.

Króm, nikkel, molibdén, szén és nitrogén

A króm a rozsdamentes acél meghatározó ötvözőeleme, mivel elősegíti egy vékony, krómban gazdag passzív film kialakulását. Az összetételi táblázat feltüntetheti a minimális krómtartalmat, a korróziós teljesítményt azonban a felületi állapot, a környezet, a hőkezelés, a zárványok, a hegesztési zónák, valamint a kloridoknak vagy savaknak való kitettség is befolyásolja. A korrózióállóság nem olyan egyetlen mechanikai tulajdonság, mint a folyáshatár vagy a nyúlás, ezért vizsgálati módszer és expozíciós körülmény megadása nélkül nem szabad ugyanabban az oszlopban feltüntetni a szakítószilárdsággal.

A nikkel stabilizálja az ausztenitet, és hatással van a fázisegyensúlyra, a szívósságra, a képlékenységre és a hidegalakítás közbeni keményedési viselkedésre. Két névlegesen hasonló ausztenites minőség nikkeltartományai eltérhetnek, ami különböző stabilitást eredményezhet alakítás vagy hegesztés során. A molibdén számos kloridtartalmú környezetben javítja a lokális korrózióval szembeni ellenállást. Ezért a 316 és a 304 nem cserélhető fel pusztán azért, mert mindkettő ausztenites króm-nikkel rozsdamentes acél; a 316 szabályozott molibdénadalékot tartalmaz, míg a 304 esetében nem áll fenn ugyanez a molibdénkövetelmény.

A szén kémiai és metallurgiai szempontból egyaránt fontos. Az olyan „L” jelű minőségek, mint a 304L és a 316L, a szabványos széntartalmú megfelelőikhez képest korlátozzák a maximális széntartalmat. Az alacsonyabb széntartalom csökkenti a krómszén-karbidok kiválásának, majd az ezt követő szemcseközi korrózió kialakulásának kockázatát hegesztés során, bár a végső eredmény továbbra is függ a hegesztési gyakorlattól, a keresztmetszet vastagságától, a hőtörténettől és a hegesztés utáni kezeléstől. A stabilizált minőségek további különbséget jelentenek: a 321 titánt, míg a 347 kolumbiumot (nióbiumot) használ a szén megkötésére és az előírt körülmények között fennálló érzékenyülési kockázat csökkentésére.

A nitrogént szándékosan is szabályozhatják, nem csupán járulékos szennyezőként kezelik. Erősíti az ausztenites rozsdamentes acélt, továbbá hozzájárul a korrózióállósághoz és a fázisegyensúlyhoz a duplex minőségekben. Egy olyan táblázat, amely csak a krómot és a nikkelt hasonlítja össze, lényeges különbséget hagyhat figyelmen kívül két minőség között. A szén, a nitrogén, a molibdén és a stabilizáló ötvözőelemek lehetnek az okai annak, hogy a hasonló megnevezésekhez eltérő szilárdsági, hegeszthetőségi vagy korrózióvizsgálati követelmények társulnak.

A reprezentatív összehasonlító táblázatok, köztük az Engineering ToolBox által közzétett táblázatok, segítséget nyújthatnak a szén, a króm, a mangán, a molibdén, a nikkel, a foszfor, a kén és a szilícium általános tendenciáinak bemutatásában. Nem helyettesítik az irányadó szabványt. Az ASTM A240-ben megengedett tartomány eltérhet az ASTM A276-ban vagy egy azzal egyenértékű EN-termékszabványban megadott tartománytól.

Az ausztenites rozsdamentes acélminőségekre vonatkozó szabványkövetelmények

Egy ausztenites minőség teljes körű táblázatának legalább a szabványt, a termékformát, a minőséget, a hőkezelési állapotot, a vastagság- vagy keresztmetszeti tartományt, a vizsgálat irányát és az alkalmazandó vizsgálati módszert meg kell adnia. Az ASTM A240 a nyomástartó edényekhez és általános alkalmazásokhoz készült króm-, valamint króm-nikkel rozsdamentesacél-lemezekre, vastaglemezekre és szalagokra vonatkozik; az ASTM A276 rozsdamentesacél-rudakat és idomacélokat; az ASTM A479 nyomástartó edényekhez és általános alkalmazásokhoz készült rudakat és idomacélokat; az ASTM A213 pedig a kazánok, túlhevítők, hőcserélők és kondenzátorok varrat nélküli ferrites és ausztenites ötvözöttacél-csöveit fedi le. Az, hogy ugyanaz a minőségjelölés szerepel ezekben a dokumentumokban, nem jelenti azt, hogy minden mechanikai követelmény azonos.

Az ausztenites szabványok általában minimális szakítószilárdságot, minimális folyáshatárt és minimális nyúlást írnak elő, de ezek az értékek a meghatározott termékhez és vastagsághoz tartoznak. A hidegen hengerelt szalag szilárdsága a képlékeny alakítás miatt nagyobb lehet, mint a lágyított vastaglemezé. A rudak tulajdonságai az átmérőtől és a hőkezeléstől függően változhatnak. A vizsgálat iránya is számíthat, ha a hengerlés vagy húzás következtében anizotrópia alakul ki. A keménységhatárok kiegészíthetik, nem pedig feltétlenül helyettesítik a szakítóvizsgálatot.

Az ASTM-termékszabványok a kémiai összetételen és a szakítóvizsgálaton túlmenően is írnak elő követelményeket, többek között oldó hőkezelést, edzést, szemcseméretet, szemcseközi korróziós vizsgálatot, hidrosztatikus vagy roncsolásmentes vizsgálatot, valamint adott esetben mérettűréseket. Az AISC megjegyzi, hogy az ASTM szerkezetiacél-szabványai általában kémiaiösszetétel- és mechanikaitulajdonság-követelményeket egyaránt tartalmaznak; ugyanez az elv érvényes a rozsdamentes acéltermékekre is, jóllehet az egyes követelmények a termékszabványtól függnek.

A Nickel Institute az ötvözetekre vonatkozó hivatkozásokat külön kémiai, mechanikai, fizikai és szabványkövetelményeket tartalmazó táblázatokba rendezi. Ez megbízhatóbb, mint egyetlen, általánosan érvényes szakítószilárdságot vagy korrózióállósági besorolást rendelni egy minőséghez. Az ASTM, az SSINA és az Outokumpu adatait szabványhoz kötött információként kell értelmezni: a kémiai összetétel meghatározza a megengedett ötvözetet, míg a feldolgozás és a mikrostruktúra nagymértékben meghatározza a leszállított anyag viselkedését. Az a táblázat, amely ezeket az összefüggéseket elhagyja, lehet áttekinthető, de nem elegendő anyagnyilvántartásként.

Szerkezeti acélokra vonatkozó táblázatok és tervezési értékek

A szerkezeti acélokra vonatkozó táblázatok gyakran egyetlen, áttekinthető szilárdsági sorrendben tüntetik fel az S235, S275, S355, S420, S450 és S460 minőségeket. Ez a bemutatás hasznos, de nem teljes körű. A jelölés egy szabványrendszeren belüli szerkezetiacél-osztályt azonosít; önmagában azonban nem határoz meg univerzális kémiai összetételt, termékformát, hőkezelést, vastagságtartományt vagy tanúsított vizsgálati eredményt.

Az Eurocode 3 anyagtáblázata tervezési anyagadat-referencia, nem pedig beszerzési vagy kémiai összetételi táblázat. Az értékek az EN 1993-1-1, 3.2.6. szakaszához kapcsolódnak, és a vonatkozó termékszabvánnyal együtt kell őket értelmezni. Egy lemez, melegen hengerelt szelvény, üreges szelvény, kovácsolt alkatrész és kötőelem viselhet egymáshoz kapcsolódó jelöléseket, miközben eltérő követelmények vonatkoznak rájuk.

S235, S275, S355, S420, S450 és S460

Európai jelölésekben az „S” szerkezeti acélt jelent, az ezt követő szám pedig hagyományosan a névleges legkisebb folyáshatárt azonosítja megapascalban, egy meghatározott referencia-vastagságra, rendszerint a legfeljebb 16 mm vastag anyagokra vonatkozóan. Ennek megfelelően az S235 235 MPa-t, az S275 275 MPa-t, az S355 pedig 355 MPa-t jelent. Hasonlóképpen az S420, S450 és S460 a 420, 450, illetve 460 MPa névleges folyáshatár-szinteket jelöli.

Ezek a számértékek nem állandók minden vastagság esetén. A vastagság növekedésével a megadott legkisebb folyáshatár csökkenhet, mivel a vastagabb termékek a gyártás során eltérő módon hűlnek le, és vastagságirányban kedvezőtlenebb tulajdonságok alakulhatnak ki bennük. Az EN 1993-1-1 tervezési táblázatában a legfeljebb 16 mm vastag anyagokra vonatkozó névleges értékek sorrendben 235, 275, 355, 420, 450 és 460 MPa. A megengedett tervezési érték a nagyobb vastagsági tartományokban csökken. Például a 16 mm-nél nagyobb, de legfeljebb 40 mm vastagság esetén gyakran használt értékek körülbelül 225 MPa az S235, 265 MPa az S275, 345 MPa az S355, 400 MPa az S420, 430 MPa az S450 és 440 MPa az S460 esetén. A pontos értéket a vonatkozó táblázatból és anyagszabványból kell megállapítani; interpolációval nem vezethető le.

A szakítószilárdság ettől elkülönülő követelmény. Az ezekhez a minőségekhez kapcsolódó jellemző, alsó és felső határértékek közötti tartományok körülbelül 360–510 MPa az S235, 370–530 MPa az S275, 470–630 MPa az S355, 520–680 MPa az S420, 550–720 MPa az S450 és 540–720 MPa az S460 esetén, a termék típusától, vastagságától és szállítási állapotától függően. A tartományok átfednek egymással. Az S460-et nem pusztán az határozza meg, hogy szakítószilárdsága 105 MPa-lal nagyobb az S355-énél, és az S355 tartományának felső részéhez közeli vizsgálati eredmény sem teszi az anyagot S460 minőségűvé.

A toldatok szintén információt hordoznak. Az olyan jelölések, mint az S355JR, S355J0 és S355J2, a vizsgálati hőmérséklethez és az elnyelt energiához kapcsolódó ütőmunka-követelményeket is tartalmaznak. Az olyan jelölések, mint az S355N vagy S355M, az EN 10025 szabványsorozat szerinti szállítási állapotot azonosítják. A toldat nélküli jelölés ezért elhagyhat olyan információkat, amelyek szükségesek a szívósság, a feldolgozási út és az előírásoknak való megfelelőség megkülönböztetéséhez.

A kémiai összetétel továbbra is fontos, de önmagában nem magyarázza meg a teljes táblázatot. Az ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties című szabvány a kiválasztást a minőség, a kémiai összetétel, a feldolgozási állapot, a keresztmetszeti méret és a kívánt legkisebb folyáshatár alapján rendszerezi. Ez a felépítés jól szemlélteti a lényeget: az összetétel és a szilárdság összefügg, de nem felcserélhető fogalmak. Az ASM International szerint a szén- és ötvözött acélok tulajdonságai a kémiai összetétel, a feldolgozás és a mikroszerkezet együttes hatásából erednek. A széntartalom, a mangán, a szilícium, az ötvözőadalékok, a szemcsefinomítás, a hengerlési előzmények, a hűtés és a hegesztés hőciklusai mind befolyásolhatják a jelentett eredményt.

Anyagtulajdonságok és tervezési ellenállás

Az anyagtulajdonság az acél mért vagy előírt jellemzője. Ebbe a kategóriába tartozik a folyáshatár, a szakítószilárdság, a szakadási nyúlás, az ütőmunka és a kémiai határértékek. A tervezési ellenállást ezekből a tulajdonságokból számítják, miután a tervezési szabvány alkalmazza a biztonsági tényezőket, a keresztmetszeti szabályokat, a kihajlási modelleket, a stabilitási korlátokat és az egyéb feltételeket.

Húzott keresztmetszet esetén egy egyszerűsített Eurocode-összefüggés a következő folyási ellenállást alkalmazhatja:

$$N_{\mathrm{pl},\mathrm{Rd}}=\frac{A{f}_y}{{\gamma }_{M0}},$$

ahol $A$ a releváns terület, $f_y$ a vastagságfüggő folyáshatár, ${\gamma }_{M0}$ pedig a Nemzeti Mellékletben meghatározott parciális tényező. Ez nem szakítóvizsgálati eredmény, hanem egy meghatározott tervezési szabvány szerinti, meghatározott tönkremeneteli modellhez hozzárendelt ellenállás.

Nyomás és hajlítás esetén további ellenőrzések szükségesek. A helyi lemezkarcsúság megakadályozhatja, hogy a teljes bruttó keresztmetszet elérje a képlékeny ellenállást. A rúdkihajlás a karcsúságon és a kihajlási görbén alapuló redukciós tényezőt vezet be. A laterális-torziós kihajlás meghatározhatja egy gerenda teherbírását akkor is, ha az acél folyáshatára magas. A hegesztett kötések esetén külön ellenőrzések válhatnak szükségessé a hegesztési fémre, a hőhatásövezetekre, a nettó keresztmetszetekre és a kivitelezés minőségére.

Ez a megkülönböztetés azt is megmagyarázza, hogy egy magasabb minőség nem teszi automatikusan lehetővé minden tervezési teherbírás arányos növelését. Egy Euler-típusú kihajlás által meghatározott oszlop keveset profitálhat az S355-ről S460-ra való áttérésből, ha továbbra is a geometriai karcsúság a mértékadó. A csavarlyukak nettó keresztmetszete vagy a blokkos kiszakadás által meghatározott kapcsolat nem feltétlenül részesül ugyanakkora arányú előnyben, mint a bruttó keresztmetszet folyása esetén. A tervezési ellenállás a szerkezethez és a tönkremeneteli módhoz tartozik, nem csupán a minőségjelhez.

Az EN 1993-1-1 és a termékszabványi háttér

Az EN 1993-1-1 a szerkezetek acélból történő tervezésére vonatkozó általános szabályokat tartalmazza, és a 3.2.6. szakaszban megadja a gyakran használt szerkezetiacél-minőségek névleges anyagtulajdonságait. Nem helyettesíti azonban azt a termékszabványt, amely a gyártást, a kémiai összetételt, a tűréseket, a vizsgálatokat, a szállítási állapotot és a tanúsítást szabályozza.

A szerkezeti termékek esetében központi jelentőségű az EN 10025 szabványsorozat. Az EN 10025-2 az ötvözetlen szerkezeti acélokra vonatkozik; az EN 10025-3 a normalizált vagy normalizálóan hengerelt, hegeszthető, finomszemcsés szerkezeti acélokat fedi le; az EN 10025-4 a termomechanikusan hengerelt, hegeszthető, finomszemcsés acélokra vonatkozik; más termékszabványok pedig az üreges szelvényeket, a hidegen alakított termékeket és a korrózióálló szerkezeti termékeket szabályozzák. A jelölést mindig a termékformával és a szabvánnyal együtt kell értelmezni. A SteelConstruction.info ezt a rendszert tükrözi azáltal, hogy az európai szerkezetiacél-minőségeket a kémiai és mechanikai követelményeiket szabályozó szabványokhoz kapcsolja.

Ezért a szén, a mangán, a foszfor, a kén, a szilícium, a króm, a nikkel vagy a molibdén értékeit feltüntető kémiai összetételi táblázat nem helyettesíti a mechanikai tulajdonságokra vonatkozó táblázatot. A mechanikai táblázat sem teljes körű beszerzési előírás. Az AISC ugyanezt a megkülönböztetést teszi az ASTM szerkezetiacél-előírásairól szóló tárgyalásában: a szelvényekre és lemezekre vonatkozó követelmények általában egyaránt tartalmaznak kémiaiösszetétel- és mechanikaitulajdonság-előírásokat. Az ASTM szabványai továbbá külön előírásokba sorolják a szénacélokat, a szerkezeti acélokat, a korrózióálló acélokat, a ferrites, ausztenites és ötvözött acélokat, eltérő vizsgálati és elfogadási szabályokkal.

A Nickel Institute, az SSINA, az Engineering ToolBox és az összehasonlító acélszabvány-kézikönyvek referenciatáblázatai segíthetnek a különböző rendszerek szerinti minőségek rendszerezésében, de bejegyzéseik lehetnek jellemző, rövidített vagy összehasonlító adatok, nem pedig kötelező érvényű határértékek. Az irányadó dokumentum a hivatkozott termékszabvány, annak hivatkozott kiadása, valamint a hivatkozott termék és vastagság. Ezen a szinten válik az S355 olyan meghatározott anyaggá, amely nem választható el a gyártási és tervezési környezetétől.

Az ASTM A400 mintája a kiválasztáshoz és az értelmezéshez

Az ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties (Acélrudak kiválasztási útmutatója, összetétele és mechanikai tulajdonságai), hasznos modell, mivel az acélminőséget nem önmagában értelmezhető anyagazonosságként kezeli. Táblázatai több olyan feltételt kapcsolnak össze, amelyeket a népszerű acéltáblázatok gyakran különválasztanak vagy elhagynak: a minőségjelölést, a kémiai összetételt, a feldolgozási állapotot, a keresztmetszeti méretet és az előírt minimális folyáshatárt.

Ennek a felépítésnek jelentősége van. A kémiai összetételi táblázat egy kérdésre ad választ: mely elemeket és milyen határértékeken belül írják elő az adott minőséghez? A mechanikai tulajdonságokat tartalmazó táblázat egy másik kérdésre válaszol: milyen szilárdság, keménység, képlékenység vagy szívósság szükséges a meghatározott vizsgálati és termékfeltételek mellett? Az ASTM A400 ezeket a kérdéseket a kiválasztási problémával együtt kezeli, de nem törli el a köztük fennálló különbségeket.

Az AISI- vagy ASTM-minőségjelek szűkíthetik a lehetőségek körét anélkül, hogy azonosítanák a szállított rúdra vonatkozó valamennyi követelményt. Továbbra is az alkalmazandó termékszabvány az irányadó. Ugyanez vonatkozik a megadott mérettartományra, a hőkezelésre, a felületkikészítésre, a mintavétel helyére, a vizsgálat irányára és az átvételi kritériumokra. Ezért ugyanaz a névleges minőség eltérő megengedett tulajdonságokkal jelenhet meg, ha megváltozik a termék alakja vagy a keresztmetszeti méret.

A minőség kiválasztása a szükséges folyáshatár alapján

A folyáshatárt kiválasztási bemenetként kell kezelni, nem pedig általános minőségtáblázatból kimásolt számként. Az ASTM A400 a jelölteket az előírt minimális folyáshatár szerint rendezi, miközben bemutatja az ezekhez a jelöltekhez kapcsolódó kémiai összetételt és feldolgozási eljárásokat is. Ez informatívabb annál, mint ha a minőségeket „alacsony szilárdságútól” „nagy szilárdságúig” sorolnánk anélkül, hogy megmagyaráznánk, hogyan határozták meg az értékeket.

Az előírt minimális folyáshatár először egy teljesítményküszöböt határoz meg. Önmagában azonban nem határozza meg a minőséget. Több minőség is elérheti ezt a küszöbértéket, miközben különböző a szén-, mangán-, króm-, nikkel-, molibdén- vagy egyéb ötvözőelem-tartalmuk. Ezek a különbségek hatással vannak az edzhetőségre, a hegeszthetőségre, a hőkezelésre adott reakcióra, a keresztmetszeti méret által lehetővé tett tulajdonságokra és esetenként a szívósságra. Az ASM International Metals Handbook című kiadványa az ötvözetlen és ötvözött acélok tulajdonságait a kémiai összetétel, a feldolgozás és a mikroszerkezet együttes hatásának tulajdonítja. A kémiai összetétel a tulajdonságok egyik oka, nem pedig a tulajdonságkövetelmény helyettesítője.

Ez a különbség a szerkezeti acélokra vonatkozó hivatkozásokban is látható. Az Eurocode 3 méretezési táblázatai az S235, S275, S355, S420, S450 és S460 minőségeket az EN 1993-1-1 szabvány 3.2.6. szakasza szerinti méretezési anyagtulajdonságokkal azonosítják. Ezek a méretezési értékek az adott méretezési keretrendszerhez tartoznak; nem vihetők át automatikusan egy ASTM szerinti rúdminőségre pusztán azért, mert egy táblázat hasonló folyáshatárértékeket mutat. Az „S355” egy meghatározott termék- és szabványkörnyezethez tartozó EN-jelölés. Nem olyan univerzális kémiai vagy mechanikai azonosság, amely minden, mellette felsorolt acéllal egyenértékű lenne.

A kiválasztási táblázat feltárhatja a folyáshatár és az egyéb követelmények közötti kompromisszumot. Az ötvözéssel vagy hőkezeléssel elért nagyobb szilárdság módosíthatja a szakadási nyúlást, a megmunkálhatóságot, a hegesztési eljárással szembeni követelményeket vagy az alacsony hőmérsékleten tanúsított teljesítményt. Az a minőség, amely egy kis méretű, edzett és megeresztett rúdban teljesíti a 690 MPa minimális folyáshatárt, nem feltétlenül biztosítja ugyanezt az értéket egy sokkal nagyobb keresztmetszetben, és nem feltétlenül csereszabatos egy azonos névleges jelölésű, normalizált termékkel.

A megadott folyáshatárérték vizsgálati alapját is figyelembe kell venni. Az előírt minimális folyáshatárt a szabványtól függően folyásponttal vagy meghatározott maradó alakváltozáson alapuló módszerrel állapíthatják meg. A mérőhossz, a próbatest iránya és a mintavétel helye befolyásolhatja a kapott eredményt. Az a táblázat, amely ezeket a részleteket nem közli, a számérték helyes átvétele esetén is hiányos.

A feldolgozási állapot és a keresztmetszeti méret

A feldolgozás teremti meg a kapcsolatot a kémiai összetétel és a mechanikai tulajdonságok között. Az ugyanabból az olvadékból származó kémiai összetétel esetén a melegen hengerlés, a normalizálás, a lágyítás, az edzés és megeresztés, a hidegfolyatás vagy hideghúzás, valamint a feszültségmentesítés eltérő mikroszerkezetet hoz létre. A hűlési sebesség szintén fontos. Egy kis méretű rúd gyorsabban adja le a hőt, mint egy nagy méretű rúd, ezért a hűlés során eltérő átalakulási szerkezet alakulhat ki benne. Egy nagy keresztmetszet közepe elég lassan hűlhet ahhoz, hogy lágyabb maradjon, mint a felülete, vagy hogy eltérő hőkezelési ciklust igényeljen.

Az ASTM A400 ezt a gyakorlatban úgy kezeli, hogy a kiválasztást a feldolgozási állapothoz és a keresztmetszeti mérethez kapcsolja, ahelyett hogy egyetlen szilárdsági értéket mutatna be egy teljes minőségre. A rúdtáblázat megkülönböztetheti a melegen hengerelt anyagot az edzett és megeresztett anyagtól, vagy külön átmérőtartományokat adhat meg, mielőtt hozzárendeli a minimális folyáshatárértékeket. Ennek oka kohászati, nem szerkesztési jellegű. A szén- és ötvözőelem-tartalom befolyásolja az edzhetőséget, az edzhetőség azonban nem jelenti azt, hogy minden keresztmetszet minden pontja azonos keménységet vagy szilárdságot ér el.

A vastagság és az átmérő az irányadó minimális követelményt is módosíthatja. A termékszabványok a mechanikai követelményeket gyakran méret szerint osztják fel, mivel a nagyobb keresztmetszeteket nehezebb egyenletesen átalakítani, és a magjukban alacsonyabb tulajdonságokat mutathatnak. Ezt a korlátozást a kémiai összetételi táblázat nem tárja fel. A mechanikai táblázat sem értelmezhető helyesen, ha figyelmen kívül hagyják a méretoszlopát.

A tényleges átvételi követelményt a termékszabvány határozza meg. Az ASTM A400 kiválasztási gyakorlat, míg egy ASTM szerinti termékszabvány meghatározza egy adott termékre vonatkozó követelményeket. Az ASTM szabványai az ötvözetlen, szerkezeti, rozsdamentes, ferrites, ausztenites és ötvözött acélok kémiai, mechanikai, kohászati és egyéb anyagkövetelményeit szabályozzák. Az AISC szintén kifejti, hogy a szerkezeti acélidomokra és lemezekre vonatkozó ASTM-előírások általában kémiai összetételi és mechanikai tulajdonságokra vonatkozó követelményeket egyaránt tartalmaznak. Ezért a mérnöki döntésekhez felhasznált minden táblázati bejegyzést a pontos szabványnak, annak kiadásának, a kiegészítő követelményeknek és a beszerzési jelölésnek is kísérnie kell.

A rozsdamentes acélokra vonatkozó hivatkozások ugyanezt a különválasztást mutatják. Az SSINA táblázatai tömegszázalékban megadott összetételt és az ASTM termékszabványai alá tartozó ausztenites rozsdamentes acélminőségek előírt mechanikai tulajdonságait közlik. A Nickel Institute a kémiai, mechanikai, fizikai és szabványadatokat külön információs kategóriákként mutatja be. Ezek a formátumok éppen azért hasznosak, mert nem sugallják azt, hogy a nikkel-, króm- vagy széntartalom önmagában előre jelezné a teljes üzemi viselkedést.

A kiválasztási útmutató használata és a helytelen alkalmazás elkerülése

A kiválasztási útmutató rendszerezheti a jelölteket, feltárhatja, miért nem csereszabatos két minőség, és megmutathatja, hogy a szilárdság hol függ a feldolgozástól vagy a keresztmetszeti mérettől. Segíthet a mérnöknek abban, hogy az előírt minimális folyáshatárból kiindulva összeállítson egy lehetséges minőségekből álló rövid listát, majd összevesse a kémiai összetételt, az edzhetőséget, a képlékenységet és a kezelési állapotot. Egyben a hamis egyenértékűségre is figyelmeztet. A Handbook of Comparative World Steel Standards ezért külön kezeli az összehasonlító kémiai összetételi táblázatokat és az összehasonlító mechanikai tulajdonságokat bemutató táblázatokat: a jelölések megfeleltetése nem bizonyítja a specifikációk egyenértékűségét.

Az útmutató nem helyettesítheti az irányadó termékszabványt. Nem tanúsíthat egy olvasztási adagot, nem igazolhat egy gyártói vizsgálati bizonylatot, nem állapíthatja meg egy nem vizsgált alkatrész tényleges tulajdonságait, és nem garantálhatja a teljesítményt a forrásban megadott méreten, állapoton, irányon, hőmérsékleten és vizsgálati módszeren kívül. Az olyan tájékoztató jellegű összehasonlító táblázatok, mint az Engineering ToolBox szén-, króm-, mangán-, molibdén-, nikkel-, foszfor-, kén- és szilíciumtartalomra vonatkozó felsorolásai, hasznosak az orientációhoz, de nem írják felül az irányadó határértékeket. Ugyanez az óvatosság szükséges a kézikönyvek, a beszállítói táblázatok és a különböző szabványok szerinti minőséglisták esetében is.

A helyes sorrend ezért egyszerű, de szigorú: meg kell határozni a termék alakját és a szabványt, meg kell adni a szükséges minimális tulajdonságokat, azonosítani kell a megengedett méretet és feldolgozási állapotot, ellenőrizni kell a kémiai összetételt és a kiegészítő követelményeket, majd a szállított anyagot össze kell vetni az alkalmazandó tanúsítással és vizsgálatokkal. Az ASTM A400 a kiválasztási lépésben nyújt segítséget. A felhasználó helyett azonban nem hajtja végre a specifikációs, gyártási vagy átvételi lépéseket.

Az anyagminőségek összehasonlítása az ASTM, az EN és más rendszerek között

Az anyagminőség megnevezése kiindulópont, nem pedig az anyag azonosítója. Az ASTM, az EN, a JIS, a GB, az ISO és más rendszerek eltérő termékszabványokon belül rendelnek megnevezéseket az anyagokhoz, és ezek a szabványok szabályozhatják a kémiai összetételt, a szilárdságot, a szívósságot, a hőkezelést, a méreteket, a vizsgálatokat és az engedélyezett gyártási eljárásokat. Ezért az „S355”, az „A572 Grade 50” és az „AISI 1045” nem kezelhető egymással felcserélhető megnevezésként pusztán azért, mert egy összehasonlító táblázat ugyanabba a sorba helyezi őket.

A Handbook of Comparative World Steel Standards című kézikönyv ezt a különbségtételt gyakorlatiasan mutatja be: a kovácsolt és öntött ötvözött acélokra vonatkozó összehasonlító táblázatai különválasztják a kémiai összetételt a mechanikai tulajdonságoktól. Ez az elkülönítés nem csupán szerkesztési döntés. A kémiai összetétel olyan elemekre vonatkozó határértékeket ír le, mint a szén, a mangán, a króm, a nikkel, a foszfor és a kén; a mechanikai táblázat pedig meghatározott feldolgozási és vizsgálati feltételek mellett kapott eredményeket közöl. Ezek összefüggő adathalmazok, de nem helyettesítik egymást.

A két megjelölés közötti hasonló kémiai összetétel nem bizonyítja azonos termékszabványok, feldolgozási szabályok, szívóssági követelmények vagy mechanikai minimumértékek meglétét. Strong evidence

A kémiai hasonlóság nem jelenti a specifikációk egyenértékűségét

Egy kémiai összetételi táblázat megmutathatja, hogy két anyagminőség hasonló összetételi tartományba esik. Önmagában azonban nem bizonyíthatja, hogy az anyagminőségek ugyanazon termékspecifikáció követelményeinek felelnek meg, vagy hogy az alkalmazás során azonosan viselkednek.

Vegyük példaként a szénacélokat és a gyengén ötvözött szerkezeti acélokat. Az ASTM A572/A572M Grade 50 és az EN 10025-2 S355 anyagminőségeket gyakran hasonlítják össze, mivel egyes termékformák és vastagságok esetében a névleges minimális folyáshatáruk hasonló tartományban van. A specifikációs rendszereik azonban eltérnek egymástól a kémiai határértékek, a termékkategóriák, a szívóssági jelölések, a szállítási követelmények, a méretszabályok és a vizsgálati előírások tekintetében. Az a táblázat, amely csak a szén, a mangán, a foszfor és a kén értékeit sorolja fel, elfedi ezeket a különbségeket.

Ugyanez a probléma a rozsdamentes acélok esetében is megjelenik. A „304” utalhat AISI-jelölésre, egy adott termékspecifikáció szerinti ASTM-termékminőségre, például a Type 304-re, vagy olyan európai jelölésre, mint az 1.4301, amely az X5CrNi18-10 jelöléshez kapcsolódik. Ezek a hivatkozások a közhasználatban átfedhetnek, de az irányadó követelményeket a termékszabvány határozza meg. Az SSINA külön táblázatokban mutatja be az ausztenites rozsdamentesacél-anyagminőségek tömegszázalékos összetételét és a meghatározott mechanikai tulajdonságokat, amelyeket az ASTM termékszabványai lefednek. Ez a formátum helyesen akadályozza meg, hogy egy összetételi tartományt teljes szállítási követelményként értelmezzenek.

Az ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties hasznos figyelmeztetés az egyszerűsített anyagminőség-táblázatokkal szemben. Az anyagminőségenkénti kiválasztási útmutató mellett bemutatja az összetételt, a feldolgozási állapotot, a keresztmetszeti méretet és az elérni kívánt minimális folyáshatárt is. Egy rúd megjelölése ezen kísérő változók nélkül nem hordoz azonos jelentést. A hideghúzás, a lágyítás, a normalizálás, az edzés és megeresztés, illetve a meleghengerlés lényegesen eltérő szilárdságot és duktilitást eredményezhet még hasonló kémiai összetétel esetén is.

Az ASM a szénacélok és ötvözött acélok tárgyalásakor ismerteti ennek metallurgiai okát: a tulajdonságok a kémiai összetétel, a feldolgozás és a mikroszerkezet együttes hatásából erednek. A széntartalom befolyásolhatja a keménységet és az edzhetőséget, de önmagában nem határozza meg egyértelműen a folyáshatárt, az ütőszívósságot, a kifáradással szembeni ellenállást, a nyúlást vagy a maradó feszültséget. A szemcseméret, a hűtési sebesség, az átalakulási termékek, a megeresztés, a zárványtartalom és a korábbi képlékeny alakváltozás szintén fontos.

A kémiai összehasonlítások továbbra is hasznosak. Segítségükkel azonosíthatók a nyilvánvaló eltérések, megállapítható, hogy egy anyagminőség alacsony széntartalmú vagy krómtartalmú-e, továbbá kiszűrhetők a hegeszthetőséget vagy a korrózióállóságot befolyásoló elemek. Ezeket azonban kémiai összetételi táblázatban kell feltüntetni, minden anyagminőség mellett megadva az alkalmazandó termékszabványt és annak kiadását. Az Engineering ToolBox által közzétett reprezentatív összehasonlítás például nem tekinthető irányadó specifikációs határértéknek.

A mechanikai tulajdonságok összehasonlítása azonosított feltételek mellett

A mechanikai értékek csak akkor hasonlíthatók össze, ha a vizsgálati és szállítási feltételeket összehangolták. Legalább a termékformát, az irányadó szabványt és annak kiadását, a szállítási állapotot, a vastagságot vagy a keresztmetszeti méretet, a vizsgálat irányát, a vizsgálati hőmérsékletet, a vizsgálati módszert és a megkövetelt tulajdonság típusát kell rögzíteni.

Elsőként a termékformát kell meghatározni. A lemez, a melegen hengerelt rúd, a huzal, a cső, a kovácsdarab és a szerkezeti szelvény eltérő szabványok hatálya alá eshet, még akkor is, ha a jelölés hasonlónak tűnik. A szénacél szerkezeti termékekre vonatkozó ASTM A36/A36M, a melegen megmunkált ötvözött és szénacél rudakra vonatkozó ASTM A29/A29M, valamint a rozsdamentesacél-rudakra vonatkozó ASTM A276/A276M nem felcserélhető dokumentumok. Mechanikai táblázataik eltérő termékekre vonatkoznak, és eltérő mintavételi vagy hőkezelési feltételeket írhatnak elő.

A vastagság és a keresztmetszeti méret módosíthatja az előírt minimális értéket. Az EN szerkezetiacél-táblázataiban az olyan anyagminőségek folyáshatár-követelménye, mint az S235, az S275, az S355, az S420, az S450 és az S460, az alkalmazandó termék- és tervezési előírások szerinti vastagságtartományokhoz kötött. Az Eurocode 3, vagyis az EN 1993-1-1 szabvány 3.2.6. szakasza ezt követően a szerkezeti acél tervezési anyagjellemzőit adja meg; ezek a tervezési értékek nem egyszerűen egy általános anyagminőség-táblázatból átvett szakítóvizsgálati eredmények. A szobahőmérsékleten, hosszirányban vizsgált lemez nem hasonlítható össze automatikusan egy keresztirányban vizsgált vastag szelvénnyel, illetve egy magas hőmérsékletű tervezéshez módosított értékkel.

A szállítási állapotot szintén meg kell adni. A „normalizált”, a „termomechanikusan hengerelt”, az „edzett és megeresztett”, a „lágyított” és a „hengerelt állapotú” eltérő metallurgiai állapotokat jelöl. Az ASTM- és EN-szabványok ugyanazon széles anyagminőség-családon belül külön utótagokat, osztályokat vagy állapotkövetelményeket kapcsolhatnak az anyagokhoz. Egy edzett és megeresztett rúdra megadott minimális szakítószilárdság nem használható lágyított rúd jellemzésére csupán azért, mert mindkettő ugyanahhoz a névleges ötvözetjelöléshez tartozik.

A vizsgálati módszer befolyásolja a közölt számértéket. A folyáshatár jelentheti a kifejezett folyási pontot vagy a 0,2%-os maradó képlékeny alakváltozáshoz tartozó bizonyító feszültséget. A nyúlás függ a mérőhossztól és a próbatest geometriájától. A Charpy-ütőmunka függ a bemetszés irányától, a vizsgálati hőmérséklettől, a próbatest méretétől és a közlési szabályoktól. A keménységátszámítás szintén feltételhez kötött; az átszámított Rockwell-, Brinell- vagy Vickers-érték nem tekinthető a közvetlen vizsgálat eredményével egyenértékűnek az alkalmazandó átszámítási szabvány figyelembevétele nélkül.

Ezért a megalapozott összehasonlítási munkafolyamat lépései a következők:

1. Azonosítsa a termékformát és a pontos termékspecifikációt. 2. Rögzítse az irányadó szabványt, annak kiadását, az anyagminőséget, az osztályt, a típust és a kiegészítő követelményeket. 3. A kémiai összetétel határértékeit az adott dokumentumból vegye ki, ne egy általános jelölési táblázatból. 4. Rögzítse a szállítási állapotot, a hőkezelést, a vastagságot, az átmérőt, a falvastagságot vagy a keresztmetszeti méretet. 5. Egyeztesse a vizsgálat irányát, a próbatest geometriáját, a vizsgálati hőmérsékletet és a vizsgálati módszert. 6. Ugyanazt a mechanikai követelményt hasonlítsa össze: folyáshatárt folyáshatárral, szakítószilárdságot szakítószilárdsággal, ütőmunkát ütőmunkával. 7. A hegeszthetőségi, szívóssági, korróziós, kifáradási és méretkövetelményeket külön ellenőrizze. 8. Ellenőrizze, hogy a tervezett tervezési szabvány elismeri-e a javasolt anyagot.

A Nickel Institute táblázatai ezt a következetes rendszerezést szemléltetik azzal, hogy különválasztják a kémiai, mechanikai, fizikai és specifikációs adatokat. Az acélokra vonatkozó hivatkozások esetében hasonló szerkezetet kell alkalmazni: a kémiai összetétel külön táblázatban, a mechanikai követelmények egy másik táblázatban, a minősítési megjegyzések pedig mindkettő mellett szerepeljenek.

A kereszthivatkozási táblázatok korlátai

A kereszthivatkozási táblázatok szűrőeszközök. Hasznosak a lehetséges anyagminőségek megkeresésére, a hasonló ötvözőtartalmú anyagminőség-családok azonosítására, valamint a további felülvizsgálatot igénylő szabványok felkutatására. Nem engedélyezik azonban az egy az egyben történő helyettesítést.

Egy táblázat több kiadást is egyetlen sorba sűríthet, elhagyhatja a termékformát, jellemző összetételt közölhet maximális határérték helyett, vagy más vastagságtartományból származó mechanikai értéket tüntethet fel. Összetévesztheti továbbá a nemzeti jelölést a termékszabvánnyal. Az „AISI 1045” például egy széles körben elismert szénacél-összetételt jelöl, de önmagában nem határozza meg egy adott rúd, lemez, kovácsdarab, hőkezelési állapot vagy tervezési alkalmazás követelményeit.

A kereszthivatkozásból levonható helyes következtetés feltételes: a felsorolt anyagminőség műszaki felülvizsgálat jelöltje lehet egy megnevezett szabvány és állapot alapján. A helyettesítéshez ellenőrizni kell az anyagspecifikációt, a vizsgálati tanúsítványt, a tervezési szabványt, a gyártási eljárást és az üzemi követelményeket. A hasonló kémiai összetétel közelségre utaló bizonyíték, nem pedig az egyenértékűség bizonyítéka. Sem a közös szám, sem az ismerős megnevezés nem helyettesítheti ezt az ellenőrzést.

A vizsgálat, a mintavétel és a közölt érték jelentése

Egy acéltáblázat nem önmagában közöl egy tulajdonságot. Egy meghatározott kémiai elemzés vagy mechanikai vizsgálat eredményét közli, amelyet egy kiválasztott mintán, rögzített feltételek mellett végeztek el, majd egy elfogadási szabály alapján értékeltek. Ha ezen elemek bármelyikét eltávolítjuk, a szám jelentése megváltozhat.

Ezért a minőségjelölés nem szolgálhat teljes anyagazonosítóként. Az ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties a rúddal kapcsolatos információkat a minőség, a kémiai összetétel, a feldolgozási állapot, a keresztmetszeti méret és a kívánt minimális folyáshatár szerint rendezi. Felépítése egyértelművé teszi a korlátot: ugyanaz a névleges minőségjelölés eltérő értelmezést igényelhet, ha megváltozik a termék alakja, mérete, hőkezelése vagy az irányadó előírás.

Üstanalízis és termékanalízis

Az üstanalízis, más néven kanálanalízis, egy adott olvasztást képviselő folyékony acél kémiai összetételét írja le. A gyártó rendszerint az acélgyártás során veszi a mintát, mielőtt az anyagot tömbökké vagy folyamatos öntéssel gyártott termékekké öntenék. A közölt értékek célja, hogy az egész olvasztást jellemezzék. Ezek nem feltétlenül jelentik a kész lemez, rúd, kovácsdarab vagy cső közvetlen mérését.

A termékanalízist a gyártott termékből vett anyagon végzik. Ezért tükrözheti a mintavételi helyet, a megszilárdulás közbeni szegregációt, a felületi állapotot, a megmunkálást és a helyi kémiai eltéréseket. A termékanalízisre vonatkozó határérték eltérhet az üstanalízis határértékétől, mivel a két elemzés különböző kérdésekre ad választ: milyen összetételű acél készült a kemencében, és milyen összetétel van jelen a szállított termékben a mintavétel helyén?

Ez a különbség különösen fontos a szűk határértékekkel rendelkező elemek esetében. A szenet, a ként, a foszfort, a nitrogént, valamint az olyan ötvözőelemeket, mint a króm, a nikkel, a molibdén és a vanádium, több tizedesjegy pontossággal közölhetik, de a megjelenített pontosság nem garantál azonos mértékű pontosságot. A 0,018% kéntartalmú eredmény és a 0,020%-os határérték továbbra is függ az alkalmazott analitikai módszertől, a kalibrálástól, a minta-előkészítéstől és az alkalmazandó szabványban meghatározott kerekítési szabálytól.

Egy összetételi táblázat egyetlen jellemző értéket adhat meg a 304-es rozsdamentes acélra, például hozzávetőleges krómtartalmat vagy nikkeltartalmat. Ezzel szemben az SSINA tömegszázalékban megadott összetételi tartományokat és meghatározott mechanikai tulajdonságokat közöl az ASTM termékelőírásai által lefedett ausztenites rozsdamentesacél-minőségekre. Az utóbbiak előírás szerinti követelmények; az előbbiek hasznos összehasonlítási alapot jelenthetnek. A kettőt nem szabad egymással felcserélhetőnek tekinteni.

Ugyanez az óvatosság szükséges az olyan összehasonlító táblázatok esetében is, amelyek az UNS, az EN, a JIS és az ASTM jelöléseit egymás melletti oszlopokban tüntetik fel. A Handbook of Comparative World Steel Standards a kémiai összetételekre, illetve a mechanikai tulajdonságokra vonatkozó összehasonlító táblázatokat különválasztja, mivel a kémiai hasonlóság nem bizonyítja azonos feldolgozási követelmények, termékformák, vizsgálati módszerek vagy elfogadási kritériumok fennállását. Az „egyenértékű” gyakran egy korlátozott összehasonlítás rövidített megjelölése, nem pedig annak bizonyítéka, hogy az egyik anyag minden szabvány szerint és minden körülmények között helyettesíthető a másikkal.

A maximum felső határ. A minimum alsó határ. A tartománynak mindkét határa megvan. A megadott névleges vagy tipikus összetétel a szokásos gyakorlatot írhatja le anélkül, hogy megengedett elfogadási tartományt határozna meg. Ezeket a kategóriákat egy táblázatban elkülönítve kell kezelni.

A szakító- és keménységvizsgálat feltételei

A mechanikai tulajdonságok még inkább függnek a vizsgálat meghatározásától, mint az összetételi értékek. A szakítószilárdság, a folyáshatár, a nyúlás, a kontrakció és a keménység egy adott próbatest adott eljárás szerinti viselkedését írja le. Nem olyan állandó értékek, amelyekkel minden, ugyanazon minőségjelölést viselő darab rendelkezik.

Elsőként a mintavétel helye számít. A próbatestet előírt, a felület alatti mélységből, egy rúd középpontjából, a lemez vastagságán keresztül vagy a termék kijelölt végéről vehetik. A felületi próbatest eltérő tulajdonságokat mutathat, mint a középső próbatest, mivel a hűlési sebesség, a szegregáció, a dekarbonizáció és a későbbi hőkezelés a keresztmetszeten belül változik. Hengerelt termék esetében a vizsgálat helye azt is meghatározhatja, hogy a próbatest egy lemez vagy rúd elejét, középső részét vagy végét képviseli-e.

A tájolás megváltoztatja az eredményt. A hosszirányú próbatest a fő hengerlési vagy húzási irányban helyezkedik el; a keresztirányú próbatestet erre merőlegesen veszik. A hengerlés megnyújtja a szemcséket és a zárványokat, míg a kovácsolás és a húzás más módon módosítja a mikroszerkezetet. Következésképpen a hosszirányú nyúlás, a keresztirányú folyáshatár és a vastagságon át érvényes duktilitás nem ugyanazon univerzális tulajdonság alternatív megnevezései.

A mérőhossz szintén fontos. A rövid mérőhosszon mért nyúlás nem hasonlítható össze közvetlenül a hosszabb mérőhosszon mért nyúlással, még akkor sem, ha mindkét értéket százalékban adják meg. A nyakképződés a törés során lokalizálódik, ezért a teljes nyúlásnak a mérőhosszhoz rendelt hányada a próbatest geometriájával együtt változik. Az a táblázat, amely a nyúlás értékét a próbatest méretei és a vizsgálati szabvány nélkül másolja át, lényeges információkat hagy el.

A vizsgálati hőmérséklet egy másik peremfeltétel. A szilárdság és a duktilitás jelentősen változhat a szobahőmérséklet, valamint a fagypont alatti vagy emelt hőmérsékleten végzett vizsgálat között. A terhelési sebesség, az extenzométeres módszer, a folyáspont meghatározása és a számítási konvenció szintén befolyásolhatja a közölt eredményt. A „folyáshatár” az irányadó szabványtól függően jelenthet folyáspontot vagy meghatározott eltolás mellett mért bizonyítási feszültséget.

A keménységi értékek esetében hasonló következetesség szükséges. A Brinell-, Rockwell- és Vickers-értékek eltérő benyomótesteket, terheléseket, terhelési időket és átszámítási gyakorlatokat alkalmaznak. A Rockwell B-érték nem hasonlítható össze hallgatólagosan a Rockwell C-értékkel, és a keménységátszámítási táblázat az átszámított számot nem alakítja közvetlen méréssé. A felületi érdesség, a görbület, a reve, a próbatest vastagsága és a helyi mikroszerkezet befolyásolhatja a benyomódást.

Az amerikai acélszerkezeti intézet magyarázata szerint a szerkezeti acélprofilokra és lemezekre vonatkozó ASTM-előírások általában kémiaiösszetétel- és mechanikaitulajdonság-követelményeket egyaránt tartalmaznak. A követelmények e két csoportja együtt működik. A kémiai összetétel az összetételi határértékeket azonosítja; a vizsgálat pedig azt ellenőrzi, hogy a szállított termék a meghatározott feldolgozást követően megfelel-e az előírt teljesítménynek.

Elfogadási értékek, átlagok és szóródás

A meghatározott minimum olyan küszöbérték, amelyet az elfogadott eredménynek el kell érnie vagy meg kell haladnia. A meghatározott maximum olyan felső határ, amelyet nem szabad túllépni. A meghatározott tartomány mindkét feltételt előírja. Ezek egyike sem átlag.

Az egyedi vizsgálati eredmény egy próbatesthez vagy egy vizsgálati helyhez tartozik. Az átlag több eredményt egyesít, de az átlagolás szabályát a termékszabvány korlátozhatja. Egyes szabványok minden egyedi eredmény alapján ítélnek; mások meghatározott körülmények között megengedik az ismételt vizsgálatot, az átlagolást vagy egy érvénytelen próbatest eredményének helyettesítését. Ezért előfordulhat, hogy egy anyag átlagos szakítószilárdsága meghaladja a felsorolt minimumot, miközben egy egyedi eredmény nem felel meg az egyedi eredményre vonatkozó követelménynek.

A szóródás önmagában nem bizonyítja az anyag gyenge minőségét. Okozhatja a mikroszerkezet szokásos változatossága, a próbatest elhelyezése, a berendezés ismételhetősége, a vizsgálatot végző személy technikája és a mérési bizonytalanság. Az 500 MPa-os közölt eredményt nem szabad egzakt fizikai határként értelmezni, ha a vizsgálati módszer és a műszer véges felbontású. A bizonytalanság nem szünteti meg az elfogadási határértéket, de megmagyarázza, hogy a határértékhez közeli eredményeknél miért van szükség a szabványban előírt döntési szabályra az alkalmi kerekítés helyett.

A különbség a tervezési táblázatokban is látható. Az Eurocode 3 az EN 1993-1-1 szabvány 3.2.6. szakasza szerint tervezési anyagtulajdonságokat ad meg az S235, S275, S355, S420, S450 és S460 minőségekre. Ezek az irányadó keretrendszeren belüli szerkezeti tervezés céljára meghatározott értékek, nem pedig az S jelölést viselő minden termékre érvényes univerzális szakítóvizsgálati eredmények. Az ASTM A400 szintén összekapcsolja a minimális folyáshatárt a rúd méretével és a feldolgozási állapottal.

Egy táblázatban szereplő érték ezért elválaszthatatlan a módszerétől és az elfogadási szabályától. Két bejegyzés összehasonlítása előtt meg kell határozni, hogy mindkettő üstanalízis vagy termékanalízis, tipikus érték vagy előírás szerinti határérték, átlag vagy egyedi eredmény-e, továbbá hogy a szakító- vagy keménységmérést azonos hőmérsékleten, tájolással, mérőhosszon, mintavételi helyen és termékállapotban végezték-e. Ezen információk nélkül a számszerű pontosság a valódi összehasonlíthatóság hamis benyomását keltheti.

Az acél tulajdonságtáblázataiban előforduló gyakori hibák

Egy acéltáblázat megbízhatónak tűnhet, miközben észrevétlenül különböző szabványokhoz, termékformákhoz vagy vizsgálati feltételekhez tartozó értékeket egyesít. Az első kérdés nem az, hogy „Mi az anyagminőség?”, hanem az, hogy „Melyik dokumentumhoz és milyen állapothoz tartozik ez a szám?”. A kémiai összetételre vonatkozó táblázatok az egyes elemek határértékeit vagy tartományait adják meg, általában tömegszázalékban. A mechanikai tulajdonságokat tartalmazó táblázatok olyan követelményeket vagy mért eredményeket közölnek, mint a folyáshatár, a szakítószilárdság, a nyúlás, a keménység, az ütőmunka vagy a kifáradási szilárdság. Ez a két táblázattípus összefügg egymással, de nem felcserélhető.

Az ASTM A400, Az acélrudak kiválasztására, összetételére és mechanikai tulajdonságaira vonatkozó szabványos gyakorlat és útmutató, közvetlenül rámutat erre: egy acélrúd kiválasztásakor figyelembe kell venni az anyagminőséget, a kémiai összetételt, a feldolgozási állapotot, a keresztmetszeti méretet és a kívánt minimális folyáshatárt. Egy, e minősítő adatok nélküli anyagminőség-bejegyzés hiányos.

A névleges, jellemző, minimális és maximális értékek keverése

A leggyakoribb hiba az eltérő jellegű értékek egymás mellé helyezése anélkül, hogy feltüntetnék azok státuszát. A „névleges”, „jellemző”, „minimális” és „maximális” kifejezések nem ugyanazt az információtípust írják le.

A névleges összetétel cél- vagy megjelölési érték. Egy táblázat például körülbelül 0,40% szenet adhat meg közepes széntartalmú acél esetén, miközben az alkalmazandó termékszabvány 0,37–0,44% C közötti tartományt engedélyezhet, és külön határértékeket írhat elő a mangánra, foszforra, kénre, szilíciumra vagy a maradék elemekre. A maximális érték megfelelőségi határérték; nem a várható vizsgálati eredmény. A minimális szakítószilárdság szintén határérték, nem pedig olyan szilárdság, amelyet minden egyes darab mutatni fog.

A jellemző értékek különösen veszélyesek, ha státuszuk nincs feltüntetve. Egy gyártó, kézikönyv vagy laboratórium normalizált anyagra vonatkozó reprezentatív folyáshatárt közölhet, miközben egy szabvány egy adott vastagság és szállítási állapot esetén csak minimális értéket ír elő. A reprezentatív eredmény összehasonlításra hasznos lehet, de nem helyettesítheti az átvételi követelményt. Az a táblázat, amely egy anyagminőséghez „folyáshatár: 355 MPa” értéket rendel anélkül, hogy megadná, vajon a 355 MPa minimális, névleges tervezési vagy tipikus vizsgálati érték-e, téves következtetésre ad lehetőséget.

A mértékegységek ugyanezen probléma egy második változatát hozzák létre. A „szilárdság: ksi” megjelölés, amely nem jelzi, hogy folyáshatárról vagy szakítószilárdságról van-e szó, hibás; a „keménység: 220” ugyanilyen hiányos, mivel a 220 HBW, a 220 HV és a 220 HRC nagyon eltérő jelentéssel bír. A nyúlásnál meg kell adni a mérési hosszt, amely általában 5,65√A vagy egy meghatározott hüvelykalapú mérési hossz. A Charpy-ütőmunka esetében szükség van a vizsgálati hőmérséklet, a próbatest tájolása, a próbatest mérete és gyakran a próbatestek száma megadására is. A kerekítés szintén elrejtheti a megfelelőségi határértékeket. A közölt 0,20% széntartalom jelenthet 0,195%-ot, 0,204%-ot vagy széles megengedett tartományt is, ezért egy kerekített összehasonlítást nem szabad szabványos határértékként kezelni.

A táblázatnak meg kell adnia, hogy az egyes bejegyzések előírt minimális értékek, megengedett maximális értékek, összetételi tartományok, névleges célértékek vagy tipikus mért értékek-e. Ha ezt nem teszi meg, az olvasónak abból kell kiindulnia, hogy a szám átvételi döntésekhez nem alkalmas.

Értékek átmásolása különböző termékszabványok között

Egy megjelölés több szabványban is előfordulhat anélkül, hogy azonos követelményeket hordozna. Az ASTM A36 acéllemezre, rúdra és szerkezeti idomokra vonatkozó követelményeket nem szabályozza automatikusan egyetlen közös táblázat pusztán azért, mert a megjelölés ismert. A termékszabványok eltérő kémiai határértékeket, vastagságra vonatkozó szabályokat, vizsgálati előírásokat, szállítási állapotokat és mechanikai követelményeket határozhatnak meg.

Az AISC ismerteti, hogy a szerkezeti acél idomaira és lemezeire vonatkozó ASTM-szabványok általában kémiai összetételre és mechanikai tulajdonságokra vonatkozó követelményeket egyaránt tartalmaznak. Ezek a követelmények az adott ASTM-termékszabványhoz tartoznak. Ha egy dokumentumból átmásolják az összetételi sort, egy másikból pedig a szilárdsági sort, olyan anyag jöhet létre, amelyet valójában egyetlen szabvány sem határoz meg.

A vastagság gyakran kimarad. A folyáshatárra és a szakítószilárdságra vonatkozó követelmények a lemez vagy a szelvény vastagságával változhatnak, mivel a méretek növekedésével változik a hűlési sebesség, a szegregáció és a vastagságon átmenő mikroszerkezet. Ezért egy, az S355-höz egyetlen folyáshatárértéket hozzárendelő táblázat hiányos, ha nem azonosítja az irányadó szabványt és a vastagsági tartományt. Az Eurocode 3 az EN 1993-1-1 3.2.6. szakasza szerint tervezési anyagjellemzőket sorol fel az S235, S275, S355, S420, S450 és S460 anyagminőségekre, ezek azonban tervezési szabványértékek, és nem adnak felhatalmazást arra, hogy minden értéket ASTM-, JIS- vagy gyártóművi tanúsítványtáblázatba átmásoljanak.

Ugyanez az óvatosság szükséges a rozsdamentes acélok esetében is. Az SSINA tömegszázalékban megadott összetételt és meghatározott mechanikai tulajdonságokat közöl az ASTM termékszabványai által lefedett ausztenites anyagminőségekre. A kémiai összetételre és a szilárdságra vonatkozó értékeknek továbbra is a vonatkozó termékformához és ASTM-dokumentumhoz kell kapcsolódniuk. A lemezre vonatkozó összetételi sor nem alkalmazható automatikusan rúdra, kovácsdarabra, huzalra vagy öntvényre.

A szabványok közötti összehasonlítás még nagyobb körültekintést igényel. A Handbook of Comparative World Steel Standards külön kezeli a kémiai összetételek és a mechanikai tulajdonságok összehasonlító táblázatait a nemzetközi megjelölési rendszerek között. Ennek a különválasztásnak jelentősége van: a hasonló elnevezések utalhatnak hasonló kémiára, de nem bizonyítják azonos feldolgozás, szívósság, hegeszthetőség, mérettartomány vagy tanúsítási követelmények meglétét. Az Engineering ToolBox jellegű, reprezentatív összehasonlítások segíthetnek annak bemutatásában, hogy az egyik anyagminőség több krómot vagy nikkelt tartalmaz-e a másiknál, de nem határozzák meg az irányadó határértékeket.

Egy átmásolt érték elfogadása előtt fel kell jegyezni a szabványszámot, a kiadást, a termékformát, a szállítási állapotot, a vastagság- vagy átmérőtartományt, a vizsgálat irányát, a vizsgálati hőmérsékletet és a mértékegységrendszert. Ha ezek közül bármelyik hiányzik, a szám további ellenőrzés kiindulópontja, nem pedig megerősített követelmény.

Az anyagminőség-megjelölések teljes anyagspecifikációként való kezelése

A „304”, „A36”, „S355” és „4140” megjelölések nem egy acéldarab teljes leírásai. Jelentésük attól a dokumentumtól függ, amely meghatározza őket, valamint a szállított terméktől. Még egyetlen megjelölésen belül is eltérő tulajdonságokat eredményezhet a lágyított, normalizált, edzett és megeresztett, hidegen alakított, illetve hengerelt állapot.

Az ASM International szerint a szénacélok és ötvözött acélok tulajdonságai a kémiai összetétel, a feldolgozás és a mikroszerkezet együttes hatásából származnak. A kémiai összetétel önmagában nem képes előre jelezni egyetlen folyáshatár, keménység, ütőérték vagy nyúlás értékét. Két, hasonló szén- és krómtartalmú adag tulajdonságai eltérhetnek a szemcseméret, a megeresztési hőmérséklet, a redukciós arány, a zárványok vagy a hűlési előzmények miatt.

Egy táblázat, amely a „4140: 0,40% C, 1,0% Cr, 1,0% Mn, 0,25% Mo” adatokat sorolja fel, hasznos közelítő összetételt adhat, de nem azonosítja, hogy az anyag lágyított vagy edzett és megeresztett állapotú-e, illetve hogy rúd, lemez, cső vagy kész alkatrész formájában van-e jelen. Hasonlóképpen, a „304 rozsdamentes acél” megjelölés nem határozza meg, hogy a bejegyzés ASTM A240 szerinti lemezre, ASTM A276 szerinti rúdra vagy más termékszabványra vonatkozik-e. Az irányadó dokumentum eltérő mechanikai vizsgálatokat vagy kiegészítő követelményeket írhat elő.

Az elavult kiadások újabb csapdát jelentenek. A szabványok módosítják a kémiai határértékeket, a vizsgálati módszereket, a nómenklatúrát, a vastagsági határokat és a hivatkozott dokumentumokat. Egy gondosan szerkesztett táblázat megőrizhet egy korábbi kiadást, miközben értékeit aktuálisként mutatja be. Minden táblázatnak fel kell tüntetnie a szabvány megjelölését, kiadását vagy módosítását, valamint az ellenőrzés dátumát. Azt is azonosítania kell, hogy egy adott érték szabványos követelmény, tervezési érték vagy kézikönyvből származó tipikus tulajdonság-e.

A Nickel Institute táblázatos bemutatásaiban elkülöníti a kémiai, mechanikai, fizikai és specifikációs adatokat; ez hasznos mintát kínál. A megbízható acéltáblázat ezeket a kategóriákat külön kezeli, minden mértékegységet és vizsgálati feltételt megad, jelöli a kerekített vagy reprezentatív értékeket, és minden követelményt az irányadó szabványhoz kapcsol. E háttér-információ nélkül a formázás pontossága csupán nehezebben felismerhetővé teszi a hibát.

Megbízható acéladat-táblázatok referencia-wiki-sablonja

Egy megbízható acéladat-táblázatnak azonosítania kell azt a dokumentumot, amely az adott érték hitelességét biztosítja. Önmagában az anyagminőség-jelölés nem elegendő. Az „S355”, a „304”, az „AISI 4140” vagy az „ASTM A36” egymással rokon anyagcsaládokra utalhat, azonban az alkalmazandó termékszabvány, a termék alakja, a szállítási állapot, a méretek és a vizsgálati követelmények határozzák meg, hogy az adott jelölés mit jelent egy konkrét táblázatban.

Az ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, világosan bemutatja a problémát. Táblázatos útmutatója figyelembe veszi az anyagminőséget, a kémiai összetételt, a feldolgozási állapotot, a keresztmetszet méretét és a kívánt minimális folyáshatárt. Egy rúdtáblázat lemezadat-táblázatba történő átmásolása nem pusztán hiányos megoldás; előfordulhat, hogy ezáltal helytelen követelményeket rendelnek a nem megfelelő termékhez. Az AISC hasonlóképpen kifejti, hogy a szerkezeti acélprofilokra és lemezekre vonatkozó ASTM-előírások általában egyaránt tartalmaznak kémiai összetételre és mechanikai tulajdonságokra vonatkozó követelményeket. Ezt a két követelménycsoportot nem szabad egyetlen, differenciálatlan „acéljellemzők” táblázatban összevonni.

Az összetételi táblázatok kötelező mezői

Minden összetételi táblázatnak a vonatkozó dokumentumban szereplő pontos anyagminőség-jelöléssel, majd a termék alakjának megadásával kell kezdődnie. Példák: „ASTM A240 Type 304 plate”, „ASTM A276 Type 316 bar”, „EN 10025-2 S355JR plate” vagy „SAE J403 4140”. A „304 stainless steel” önmagában keresési címke, nem teljes előírás.

Az irányadó szabványt saját mezőben kell feltüntetni. Ha az követelményt érint, azonosítani kell a kiadást vagy a módosítást is, továbbá meg kell adni, hogy a hivatkozott dokumentum anyagszabvány, jelölési szabvány, összehasonlító kézikönyv vagy tájékoztató adatlap. Az ASTM A400 acélrudakra vonatkozó útmutató; nem szabad úgy feltüntetni, mintha az minden, a felsorolt anyagminőségből készült terméket szabályozna. Szerkezeti acélok esetében az EN 10025-2 és a vonatkozó tervezési szabvány eltérő szerepet tölt be. Az összehasonlító anyagminőség-jegyzéket összehasonlító jellegűként, nem pedig irányadóként kell megjelölni.

Minden feltüntetett elemet a mértékegységével együtt kell felsorolni. A tömegszázalékot wt.% formában vagy tömegarányként kell megadni, nem szabad az értelmezésre bízni. Hasznos fejléc lehet például: „C, wt.% maximum”, „Mn, wt.%”, „P, wt.% maximum”, „S, wt.% maximum”, „Cr, wt.%”, „Ni, wt.%”, „Mo, wt.%” és „N, wt.% maximum”. Meg kell különböztetni a maximumot, a minimumot, a tartományt, a maradékértéket és a mérleget. A „Fe—balance” nem jelenti azt, hogy minden fel nem sorolt elem korlátozás nélkül megengedett.

A táblázatnak azonosítania kell a termékállapotot, valamint a kémiai összetételi követelményhez tartozó méret- vagy vastagságtartományt. Egyes szabványok valamennyi termékre azonos üstanalízist alkalmaznak, míg mások különbséget tesznek az üstanalízis és a termékanalízis között. A szerkesztői megjegyzésben meg kell adni, hogy melyik szerepel a táblázatban. Ha egy szabvány egy elemet csak ötvöző hozzáadásként engedélyez, vagy maradékértékként ad meg, ezt az állapotot az érték mellett kell feltüntetni.

A reprezentatív összehasonlításokat nem szabad előírt határértékekké alakítani. Az Engineering ToolBox például az anyagminőségeket a szén, a króm, a mangán, a molibdén, a nikkel, a foszfor, a kén és a szilícium reprezentatív tömegszázalékos értékeivel hasonlítja össze. Egy ilyen táblázat bemutathatja az összetétel általános összefüggéseit, de nem helyettesítheti az ASTM, EN, JIS, SAE vagy más termékszabványban meghatározott, irányadó határértékeket. A Handbook of Comparative World Steel Standards szintén elkülöníti az anyagminőség-rendszerek közötti összehasonlító kémiai összetételi táblázatokat a mechanikai tulajdonságok táblázataitól; ezt az elkülönítést meg kell őrizni.

Egy összetételi táblázat rekordjának ezért a következő mezőkre van szüksége: anyagminőség-jelölés; termékforma; irányadó szabvány; kiadás vagy módosítás; üst- vagy termékanalízis; kémiai elem; érték; mértékegység; határérték típusa; állapot; méret- vagy vastagságtartomány; engedélyezett ötvöző hozzáadások vagy maradékérték-státusz; valamint forráshivatkozás. Ha egy érték szerkesztői összehasonlítás, akkor „reprezentatív” jelölést kell alkalmazni, nem pedig „előírt” megjelölést.

A mechanikai tulajdonságokat tartalmazó táblázatok kötelező mezői

A mechanikai tulajdonságok több kontextust igényelnek, mint az összetétel. A táblázatnak meg kell adnia, hogy az egyes számértékek előírtak-e, vagyis szabványos követelményt jelentenek, illetve tipikusak-e, vagyis megfigyelt vagy közzétett reprezentatív értékek. Az előírt minimális folyáshatár nem cserélhető fel a tipikus folyáshatárral, és egyik sem tekinthető automatikusan tervezési ellenállásnak.

A tulajdonságot pontosan meg kell határozni. A „szilárdság” túl általános megnevezés. Folyáshatárt, bizonyítási feszültséget, szakítószilárdságot, nyúlást, keresztmetszetcsökkenést, keménységet, ütőmunkát, kifáradási szilárdságot vagy törési szívósságot kell használni, ahol pedig hasznos, ott a megfelelő jelet is fel kell tüntetni: $R_e$, $R_{p0.2}$, $R_m$ vagy $A$. Meg kell adni, hogy a nyúlást 50 mm-es, 80 mm-es vagy más mérőhosszon mérték-e. Fel kell tüntetni a keménységi skálát — HBW, HRC, HV —, és különböző skálákat nem szabad egyetlen, forrással nem alátámasztott rangsorban összevonni.

A termék alakja és az irányadó szabvány továbbra is kötelező adat. Az ASTM A36 lemezre vonatkozó táblázat nem alkalmazható hallgatólagosan ASTM A36 rúdféltermékre, és az EN 10025-2 szerinti S355JR-re vonatkozó érték nem tekinthető automatikusan az S355J2 értékének. Fel kell tüntetni a szállítási állapotot, például: hengerelt, normalizált, normalizáló hengerléssel előállított, nemesített, lágyított, oldatban hőkezelt vagy hidegen alakított. A hőkezelés megváltoztathatja a szilárdságot és a képlékenységet, miközben a névleges anyagminőség változatlan marad.

Rögzíteni kell a követelményhez tartozó méret- vagy vastagságintervallumot. A szerkezeti acélok folyáshatára gyakran a vastagsággal változik, ezért egyetlen, az S235, S275, S355, S420, S450 vagy S460 mellett feltüntetett érték félrevezető lehet. Az Eurocode 3 anyagtulajdonságokat tartalmazó táblázatai az EN 1993-1-1 szabvány 3.2.6. szakasza szerinti tervezési tulajdonságokat azonosítják; ezek tervezési keretrendszerhez tartozó értékek, nem pedig univerzális gyártóművi tanúsítványtáblázat adatai.

A vizsgálat irányát egyértelműen meg kell adni: hosszirányú, keresztirányú, rövid keresztirányú, vastagságirányú vagy nem meghatározott. Fel kell tüntetni a vizsgálati módszert és annak kiadását is, például az ASTM E8/E8M szabványt szakítóvizsgálathoz, az ASTM E23 szabványt Charpy-féle ütővizsgálathoz, az ASTM E18 szabványt Rockwell-keménység vizsgálatához vagy a vonatkozó EN-módszert. Ha a forrás meghatározza, a próbatest irányát, a vizsgálati hőmérsékletet és a mintavétel helyét is meg kell adni. A −20 °C-on mért Charpy-érték nem hasonlítható össze egy minősítés nélküli, szobahőmérsékleten mért ütőértékkel.

A mechanikai adatokat el kell különíteni a fizikai tulajdonságoktól. A Nickel Institute a kémiai összetételt, a mechanikai tulajdonságokat, a fizikai tulajdonságokat és a specifikációkat külön adatcsoportokként rendezi. Ez az elrendezés megakadályozza, hogy a sűrűséget, a rugalmassági modulust, a hőtágulást, a villamos fajlagos ellenállást és a hővezető képességet szilárdsági követelményként értelmezzék. A tervezési értékek számára külön, negyedik táblázat szükséges. Ezek egy irányadó tervezési szabványtól, a biztonsági formátumtól, a környezeti feltételezésektől, a kihajlási szabályoktól és esetenként a hőmérséklettől függenek.

Egy mechanikai tulajdonságokat tartalmazó rekordnak a következőket kell tartalmaznia: anyagminőség; termékforma; szabvány és kiadás; állapot; méret vagy vastagság; a tulajdonság meghatározása; érték és mértékegység; előírt vagy tipikus státusz; vizsgálati irány; vizsgálati hőmérséklet; vizsgálati módszer és kiadás; próbatestadatok; valamint forráshivatkozás. Minden olyan esetben, amikor egy értéket átszámítottak, átlagoltak, kerekítettek vagy másodlagos forrásból vettek át, kifejezett fenntartást kell hozzáadni.

A hivatkozások, módosítások és nyomonkövethetőség gyakorlata

Minden egyes sornak vagy szorosan összetartozó blokknak a forrására kell hivatkoznia, nem csupán egy kezdőoldalra. Rögzíteni kell a dokumentum címét, a pont- vagy táblázatszámot, a kiadást, a hozzáférés dátumát, valamint az oldalszámot vagy a szakaszazonosítót. A wiki szerkesztőjének képesnek kell lennie arra, hogy az „S355, 355 MPa” értéket visszavezesse az azt eredményező pontos vastagsági tartományhoz és szabványpontjához.

A módosítási előzményeket láthatóan kell megőrizni. Ha az ASTM, az EN, a JIS, a SAE vagy valamely szervezet kézikönyve megváltozik, a korábbi értéket a hozzá tartozó kiadással együtt kell megőrizni, nem pedig magyarázat nélkül felülírni. Meg kell jelölni, hogy a forrás aktuális, hatályon kívül helyezett, tájékoztató jellegű vagy másodlagosan közölt. Az SSINA ausztenites rozsdamentes acélokra vonatkozó táblázatai például az ASTM termékszabványok által lefedett anyagminőségek tömegszázalékos összetételét és előírt mechanikai tulajdonságait adják meg; a táblázatnak ennek ellenére azonosítania kell, hogy az egyes bejegyzéseket melyik ASTM-specifikáció szabályozza.

A szilárdságot nem szabad kizárólag a kémiai összetételből levezetni. Az ASM International szerint a szénacélok és ötvözött acélok tulajdonságai az összetétel, a feldolgozás és a mikroszerkezet együttes hatásából erednek. A nagyobb széntartalom egy adott hőkezelés mellett növelheti a keménységet, miközben csökkentheti a hegeszthetőséget vagy az ütőtörési szívósságot; a króm és a nikkel hatása szintén a fázisegyensúlytól és a feldolgozás előzményeitől függ.

Az ismételhető szerkesztési és műszaki sablon a következő:

Anyagminőség-jelölés | Termékforma | Irányadó szabvány és kiadás | Állapot | Méret- vagy vastagságtartomány | Kémiai összetételi vagy tulajdonságosztály | Elem vagy meghatározott tulajdonság | Érték és mértékegység | Határérték típusa vagy előírt/tipikus státusz | Vizsgálati irány | Vizsgálati módszer és kiadás | Hőmérséklet vagy próbatestállapot | Forrás, pont és módosítási megjegyzése.

A kémiai összetétel, a mechanikai tulajdonságok, a fizikai tulajdonságok és a tervezési értékek számára külön táblázatokat kell közzétenni. A forráshivatkozásokat és a kifejezett fenntartásokat minden táblázat mellett fel kell tüntetni, és minden szabványok közötti összehasonlítást nem irányadóként kell megjelölni, kivéve, ha a hivatkozott szabvány kifejezetten irányadóvá teszi azt.

Hivatkozások

1. [1]ASTM International. Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties. ASTM standard. https://store.astm.org/a0400-69r12.html
2. [2]ASM International. Mechanical Properties of Carbon and Alloy Steels. ASM Metals Handbook. https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/49/chapter-abstract/613530/Mechanical-Properties-of-Carbon-and-Alloy-Steels
3. [3]American Institute of Steel Construction. General Content and Format of ASTM Standard Specifications for Steel Products. AISC Engineering FAQ. https://www.aisc.org/aisc/solutions-center/engineering-faqs/10-general-content-and-format-of-astm-standard-specifications-for-steel-products/
4. [4]Specialty Steel Industry of North America. Composition and Properties. SSINA technical resources. https://www.ssina.com/education/technical-resources/composition-properties/
5. [5]Nickel Institute. Properties of Some Metals and Alloys. Nickel Institute technical guide. https://nickelinstitute.org/en/resources/technical-guides/properties-of-some-metals-and-alloys-297/