Как читать таблицы химического состава и механических свойств стали

Как читать таблицу химического состава и механических свойств стали

Таблица характеристик стали является справочным материалом, а не нормативной спецификацией. В её строках в сжатом виде представлена информация, которая обычно относится к стандарту на продукцию, диапазону размеров, способу изготовления, состоянию после термической обработки и методу испытаний. Обозначение, такое как AISI 4140, 304 или S355, идентифицирует семейство или марку стали, но само по себе не устанавливает все химические ограничения или механические требования, применимые к поставляемой продукции.

В первую очередь имеет значение регламентирующий документ. ASTM A240 распространяется на листы, полосы и листовой прокат из хромистых и хромоникелевых нержавеющих сталей для сосудов, работающих под давлением, и общего применения; ASTM A276 распространяется на прутки и фасонный прокат из нержавеющей стали. Оба стандарта могут включать марки, обозначенные как 304, однако форма продукции, допустимое состояние после изготовления, правила определения размеров и положения об испытаниях у них не идентичны. Аналогично, S355 в соответствии с европейским стандартом на строительную продукцию не является обозначением материала, существующим вне конкретного контекста. Применимый стандарт EN на продукцию определяет требования к листам, профилям, полым профилям и другим формам продукции.

Поэтому в полезной таблице должны быть чётко указаны область применения и исходные условия. В ней следует обозначить стандарт, марку, форму продукции, состояние поставки, толщину или размер профиля, единицы измерения, направление испытания и критерии приемки. При отсутствии этих полей строка может использоваться для предварительного сравнения, но не может подтверждать соответствие требованиям.

Что именно представляет собой строка с маркой стали

Строка с маркой стали представляет один определённый фрагмент системы спецификаций. Как минимум она связывает обозначение с химическим составом и одним или несколькими требованиями к свойствам. В хорошей таблице также может быть указано, относятся ли приведённые значения к горячекатаному прутку, нормализованному листу, легированной стали после закалки и отпуска, нержавеющей стали после растворяющего отжига или к другому состоянию.

ASTM A400 связывает выбор стального прутка с маркой, химическим составом, состоянием после обработки, размером сечения и требуемым минимальным пределом текучести. Strong evidence

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

ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, необычно ясно демонстрирует этот принцип. Его табличные рекомендации связывают выбор стального прутка с маркой, химическим составом, состоянием после обработки, размером сечения и требуемым минимальным пределом текучести. Следовательно, строка — это не просто «свойства стали 4140». Это рекомендации для конкретного контекста, связанного с прутковой продукцией, причём прочность зависит от способа обработки стали и размера сечения.

В другой спецификации на продукцию для того же обозначения могут действовать иные требования. Лист может поставляться в нормализованном состоянии, после нормализации и отпуска либо после закалки и отпуска. Пруток может быть отожжённым или холоднотянутым. Эти состояния изменяют твёрдость, предел текучести, предел прочности при растяжении и пластичность, даже если химический состав плавки соответствует тем же предельным значениям для марки.

Размеры также относятся к идентификационным характеристикам требования. Для конструкционных сталей при большей толщине часто устанавливаются более низкие минимальные значения предела текучести, поскольку скорость охлаждения и условия превращений по сечению различаются. Еврокод 3, EN 1993-1-1 Section 3.2.6, приводит расчётные свойства материалов для S235, S275, S355, S420, S450 и S460, однако эти значения являются расчётными исходными данными, связанными с системой Еврокодов и её положениями, учитывающими толщину. Их не следует переносить в таблицу общего назначения и представлять как универсальные результаты испытаний на растяжение.

Направление испытания является ещё одной границей применимости. У листового проката прочность, удлинение, относительное сужение и ударная вязкость могут различаться в поперечном и продольном направлениях относительно направления прокатки. Строка с механическими свойствами, в которой направление не указано, может скрывать требование, применимое только в продольном или только в поперечном направлении. Важное значение может иметь и температура, особенно при определении ударной энергии.

Стандарты ASTM охватывают химические, механические, металлургические и другие свойства углеродистых, конструкционных, нержавеющих, ферритных, аустенитных и легированных сталей. Такой широкий охват предостерегает от того, чтобы считать краткое обозначение марки полным определением материала.

Предельные значения состава и результаты анализа

Плавочный анализПлавочный анализ Химический анализ, предназначенный для представления состава конкретной плавки или ковша стали.

В таблицах химического состава обычно приводятся предельные значения, а не гарантированный фактический анализ. Спецификация может устанавливать, например, максимальное содержание углерода 0,08 %, максимальное содержание марганца 2,00 % или диапазон содержания хрома с указанными минимальным и максимальным значениями. Это границы приемки, обычно выражаемые в массовых процентах. Они не означают, что каждая плавка содержит среднее значение указанного диапазона.

В сертификате заводских испытаний может быть приведён анализ плавки, например содержание углерода 0,045 %, марганца 1,52 % и хрома 18,20 %. Эти значения характеризуют испытанную плавку с учётом правил отбора проб и химического анализа, установленных стандартом. Они не заменяют предельные значения спецификации. И наоборот, в иллюстративной таблице для марки с допустимым диапазоном содержания углерода 0,17–0,23 % может быть указано одно значение — 0,20 %. Это число полезно для общего представления, но по нему нельзя установить соответствие требованиям.

Различие особенно важно для легирующих и остаточных элементов. Для фосфора и серы могут устанавливаться максимальные значения; для кремния и марганца — диапазоны; содержание азота, меди, ниобия, титана и других элементов может контролироваться в зависимости от марки и стандарта на продукцию. Сравнительная таблица, в которой значения округлены, объединены данные из разных редакций стандартов или пропущены факультативные элементы, может создать ложное представление об эквивалентности.

Например, SSINA публикует таблицы состава в массовых процентах и установленных механических свойств для аустенитных нержавеющих марок, на которые распространяются спецификации ASTM на продукцию. Такая таблица полезна только при сохранении ссылки на указанную спецификацию ASTM и форму продукции. Аналогичным образом, Nickel Institute раздельно представляет в табличной форме химический состав, механические свойства, физические свойства и спецификации. Разделение этих классов свойств предотвращает ошибочное принятие значения химического состава за гарантию эксплуатационных характеристик.

Сравнительные таблицы требуют дополнительной осторожности. Handbook of Comparative World Steel Standards содержит отдельные таблицы химического состава и механических свойств для международных систем обозначений. Такое разделение обоснованно: схожие названия или приблизительно одинаковый состав не доказывают идентичность правил обработки, требований к ударной вязкости, требований к чистоте металла или минимальных механических характеристик для двух марок. Термин «эквивалентный» следует понимать как эквивалентный для указанного применения и стандарта, а не просто как имеющий сходные значения в столбце химического состава.

Установленные и типичные свойства

Установленное свойство является требованием, закреплённым договором или стандартом. Если спецификация на продукцию требует минимальный предел текучести 355 MPa, испытанное значение ниже этого порога означает несоответствие, если только стандарт не предусматривает допустимое исключение или процедуру повторного испытания. Если установлена максимальная твёрдость, аналогичное значение имеет и результат, превышающий этот предел.

Типичное свойство представляет репрезентативную информацию и не заменяет установленное минимальное или максимальное значение. Strong evidence

Типичное свойство — это другое понятие. Оно представляет собой наблюдаемое, репрезентативное или часто публикуемое значение, обычно связанное с конкретной термической обработкой и ориентацией образца. Типичный предел прочности при растяжении для определённого состояния может составлять 700 MPa, тогда как спецификация устанавливает только минимальное значение 655 MPa. Типичное значение помогает инженерам оценить поведение материала, но не повышает минимальное требование до 700 MPa.[2][2] Mechanical Properties of Carbon and Alloy Steels. ASM International. ASM Metals Handbook.

Это различие имеет критическое значение, поскольку прочность определяется не только химическим составом. ASM International указывает, что свойства углеродистых и легированных сталей формируются совокупным воздействием химического состава, технологии обработки и микроструктуры. Скорость закалки, температура отпуска, размер зерна, предшествующая деформация и толщина сечения могут изменять твёрдость, ударную вязкость, предел текучести и удлинение в пределах одной и той же химической марки.

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

В таблице каждое значение должно быть однозначно обозначено как максимальное, минимальное, диапазон, типичное, номинальное, расчётное значение или результат анализа. При необходимости также следует указать стандарт испытания, место расположения образца, ориентацию, температуру и состояние поставки. Для строительных профилей и листов American Institute of Steel Construction отмечает, что спецификации ASTM на продукцию обычно содержат как требования к химическому составу, так и требования к механическим свойствам; ни одна из этих категорий не может безопасно заменять другую.

Редакционное правило просто: никогда не рассматривайте скопированную таблицу как замену применимому стандарту. Используйте таблицу, чтобы найти марку и понять переменные параметры. Затем перед оценкой соответствия или назначением расчётных свойств проверьте регламентирующую спецификацию, форму продукции, состояние материала, размеры, редакцию стандарта и требования к испытаниям.

Структура обозначений и стандартов для сталей

Логика обозначений ASTM и ASME

Обозначение стали не является полной идентификацией материала. Это адрес в рамках определённой системы стандартов. Например, ASTM A36 обозначает спецификацию на углеродистую конструкционную сталь, однако спецификация регулирует не только наименование: она определяет допустимые формы продукции, химические ограничения, требования к пределу прочности и пределу текучести, методы испытаний, состояние поставки и, иногда, дополнительные требования. ASTM A572/A572M Grade 50 обозначает высокопрочную низколегированную конструкционную сталь с установленным минимальным пределом текучести, однако применимые ограничения и положения об испытаниях по-прежнему зависят от вида продукции, охватываемого спецификацией.

Система ASTM обычно объединяет букву, порядковый номер и, при необходимости, обозначение марки, типа, класса или дополнительное обозначение. Буква указывает на общую область применения: «A» охватывает чёрные металлы, тогда как номер идентифицирует конкретную спецификацию. Поэтому «A36» и «A572» — это не два универсальных химических состава. Это идентификаторы спецификаций. «Grade 50» выражает класс прочности в рамках A572/A572M, а не самостоятельную марку, которую можно без изменений переносить на любую стальную продукцию.

Это различие становится очевидным в ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties. Его таблицы связывают марки прутков с химическим составом, состоянием обработки, размером поперечного сечения и требуемым минимальным пределом текучести. Такая структура предостерегает от восприятия одной строки как полного требования к закупке или проектированию. Сплав типа 4140 в горячекатаном, нормализованном, закалённом и отпущенном либо холодно обработанном состоянии может иметь существенно отличающиеся прочность, твёрдость и пластичность. Кроме того, после термической обработки более крупные сечения могут не достигать таких же свойств по всему сечению, как меньшие сечения.

Стандарты ASTM на стали охватывают углеродистые, конструкционные, нержавеющие, ферритные, аустенитные и легированные стали и могут устанавливать химические, механические, металлургические и другие свойства материалов. AISC разъясняет, что спецификации на конструкционные стальные профили и листы обычно содержат как требования к составу, так и требования к механическим свойствам. Ни одна из этих таблиц не заменяет другую. Химический состав определяет допустимые легирующие и остаточные элементы, а требования к механическим свойствам устанавливают характеристики, которых поставляемая продукция должна достичь при испытаниях.

Обозначения ASME часто раскрывают дополнительный уровень контроля. В Разделе по котлам и сосудам под давлением ASME спецификация ASTM может приводиться с префиксом «SA», например SA-516/SA-516M для листовой стали для сосудов под давлением, а не как A516/A516M. Этот префикс указывает на принятие в системе норм ASME, но не отменяет важность указанной спецификации, редакции, формы продукции, марки, термической обработки или дополнительных требований. Метрическая и дюймовая версии также могут содержать различные требования или правила оформления заказа. Поэтому «SA-516 Grade 70» не является независимым обозначением, которое можно заменить любой листовой сталью с маркировкой «A516 Grade 70» без проверки применимого нормативного документа ASME и его редакции.

Упрощённый переход от химического состава к свойствам также несостоятелен с металлургической точки зрения. ASM International указывает, что свойства углеродистых и легированных сталей определяются совокупным воздействием состава, обработки и микроструктуры. Содержание углерода, марганца, хрома, никеля, молибдена и бора влияет на прокаливаемость и фазовые превращения, однако степень обжатия при прокатке, скорость охлаждения, отпуск, размер зерна и толщина сечения изменяют формирующуюся структуру. Таблица состава может показать, укладывается ли плавка в установленные пределы. Но сама по себе она не может доказать соответствие требованиям к пределу текучести, ударной вязкости, твёрдости или свариваемости.

Европейские обозначения, такие как S235 и S355

Европейские конструкционные обозначения кодируют другой набор сведений. В системе EN буква «S» в S235 и S355 обозначает конструкционную сталь, а число указывает номинальный минимальный предел текучести в мегапаскалях для установленного вида продукции и диапазона толщин. Это число не является кодом химического эквивалента. S355 не означает, что каждая продукция с маркировкой S355 имеет один фиксированный состав по углероду, марганцу, кремнию или легирующим элементам.

Суффикс имеет значение. В стандартах на продукцию серии EN 10025 такие обозначения, как S235JR, S355J2 и S355K2, включают категории ударной вязкости. «JR», «J0», «J2» и «K2» соответствуют различным требованиям к ударным испытаниям по Шарпи с V-образным надрезом и к температурам испытаний. «N» или «NL» могут обозначать состояния поставки после нормализации или нормализующей прокатки в соответствующих стандартах на продукцию. Обозначение без полного суффикса может не содержать сведений, определяющих эксплуатационные характеристики при низких температурах и состояние обработки.

Толщина также изменяет значение указанной прочности. Требования EN обычно устанавливают различные минимальные значения предела текучести для интервалов толщины, поэтому показатель 355 МПа, связанный с S355, не обязательно является требуемым пределом текучести для каждого значения толщины листа или размера профиля. Такие стандарты на продукцию, как EN 10025-2, регулируют горячекатаные нелегированные конструкционные стали, тогда как другие стандарты EN распространяются на полые профили, поковки, крепёжные изделия или нержавеющую продукцию. Стандарт на продукцию является частью идентификации материала.

SteelConstruction.info проводит различие между европейской системой обозначений конструкционных сталей и стандартами, регулирующими химический состав и механические свойства. Еврокод 3 затем вводит расчётные свойства материалов посредством EN 1993-1-1, раздел 3.2.6. Его таблица включает S235, S275, S355, S420, S450 и S460, однако это расчётные значения, связанные с системой Еврокодов, а не замена сертификата изготовителя или применимого стандарта EN на продукцию. Расчётная таблица и таблица приёмки материала отвечают на разные вопросы.[4][4] Composition and Properties. Specialty Steel Industry of North America. SSINA technical resources.

Обозначения нержавеющих сталей демонстрируют тот же принцип с другой стороны. «304» может обозначать семейство марок, используемое в различных системах, тогда как ASTM A240 Type 304 относится к листу, полосе и ленте с требованиями, установленными для конкретной формы продукции. SSINA приводит как пределы состава в массовых процентах, так и установленные механические свойства для аустенитных нержавеющих марок, охватываемых стандартами ASTM на продукцию. Строку с химическим составом и строку с требованиями к растяжению необходимо рассматривать совместно, наряду с формой продукции и её состоянием.

Заявления об эквивалентности в национальных и международных стандартах

Сравнительные таблицы полезны для поиска родственных марок. Однако они не являются сертификатами взаимозаменяемости. В Handbook of Comparative World Steel Standards сравнение химических составов и сравнение механических свойств в международных системах обозначений приведены раздельно. Это разделение принципиально важно: две марки могут иметь сходные диапазоны содержания углерода, хрома, никеля или молибдена, но различаться по пределу текучести, требованиям к ударным испытаниям, термической обработке, размерным ограничениям или правилам контроля.

Таблица, в которой ASTM A36 сопоставляется с EN S235JR, может показывать практическую принадлежность к одной группе на основании номинального уровня прочности и распространённого конструкционного применения. Однако она не доказывает, что вся продукция A36 соответствует каждому требованию S235JR или что любая из этих марок удовлетворяет требованиям другой марки к ударной вязкости, толщине, химическому составу или состоянию поставки. То же предостережение относится к ASTM A572 Grade 50 и S355. Их номинальные уровни прочности связаны между собой, но номера марок не устанавливают идентичность свариваемости, характеристик при ударных нагрузках, ограничений по толщине или требований к сертификации.

Таблицы Nickel Institute по этой причине относят химический состав, механические свойства, физические свойства и спецификации к отдельным категориям. Репрезентативные сопоставления содержания углерода, хрома, марганца, молибдена, никеля, фосфора, серы и кремния, представленные Engineering ToolBox, могут помочь определить широкие семейства сплавов, но репрезентативные значения не являются обязательными пределами спецификации. Справочник по нержавеющим сталям Outokumpu, таблицы SSINA и практические данные Metallus выполняют аналогичную справочную функцию.

Обоснованное заявление об эквивалентности должно содержать ссылки на оба стандарта, полное обозначение, форму продукции, толщину или размер поперечного сечения, состояние поставки, направление испытаний, требования к температуре и применимую редакцию стандарта. Если какие-либо из этих сведений отсутствуют, слово «эквивалентный» следует понимать как «сходный для первоначального сравнения», а не как разрешение заменить один материал другим.

Таблицы химического состава: элементы и их функции

В таблицах химического состава содержание каждого элемента обычно указывают в массовых процентах, обозначаемых как wt.% или просто %. Например, значение C 0,20 означает, что на долю углерода приходится 0,20% массы стали. В таблице может быть указано максимальное или минимальное содержание либо допустимый диапазон. Это различие имеет значение: требование «P 0,040 max» не эквивалентно требованию «Mn 0,80–1,20», и ни одно из этих значений не идентифицирует сталь независимо от стандарта на конкретную продукцию.

Таблицы состава и таблицы механических свойств отвечают на разные вопросы. Таблицы химического состава определяют, какие элементы могут присутствовать в плавке; таблицы механических свойств приводят такие результаты, как предел текучести, предел прочности при растяжении, относительное удлинение, твердость или ударная энергия, для конкретной продукции и заданных условий испытания. ASTM A400, Стандартная практика выбора стальных прутков, их состава и механических свойств, связывает марку, состав, состояние после обработки, размер сечения и требуемый минимальный предел текучести именно потому, что один только химический состав не может гарантировать определенный механический результат. В ASM Metals Handbook свойства углеродистых и легированных сталей также связываются с совокупным воздействием состава, обработки и микроструктуры.

Engineering ToolBox приводит сравнительные данные по содержанию элементов в массовых процентах для ряда марок стали, включая углерод, хром, марганец, молибден, никель, фосфор, серу и кремний. Такая таблица полезна для выявления общих химических различий, однако она не должна заменять применимый стандарт на продукцию ASTM, EN, ISO или другой соответствующий документ. Таблицы SSINA для аустенитных нержавеющих сталей, Outokumpu Stainless Steel Handbook и Practical Data for Metallurgists компании Metallus содержат более ориентированные на стандарты или конкретные марки данные, однако ограничения, установленные каждым источником, по-прежнему действуют в пределах заявленной области применения.

Углерод, марганец, кремний, фосфор и сера

Углерод является главным элементом внедрения, обеспечивающим упрочнение обычных углеродистых и легированных сталей. Повышение содержания углерода, как правило, увеличивает твердость, предел прочности при растяжении и достижимую прочность после закалки и отпуска. В определенной степени оно также повышает прокаливаемость, хотя глубина закалки в значительной мере зависит от легирующих элементов и размера сечения. Обратной стороной являются снижение пластичности и свариваемости, а также повышенная чувствительность к образованию хрупких структур в зоне термического влияния. В нержавеющих сталях углерод может соединяться с хромом с образованием карбида хрома, обычно представляемого соединениями типа Cr23C6. Выделение карбидов по границам зерен может снижать локальную коррозионную стойкость из-за образования обедненных хромом участков.

Число в обозначении марки может указывать на уровень содержания углерода, но не является универсальным идентификатором. Пруток AISI 1045, пруток ASTM A576 1045 и другая продукция, реализуемая под аналогичным обозначением 1045, могут иметь различные допустимые химический состав, размеры, режим термической обработки или механические требования. Определяющим документом является стандарт на продукцию, а не краткое обозначение марки.

Марганец упрочняет феррит за счет твердорастворного механизма и соединяется с серой с образованием включений сульфида марганца. Это важно для углеродистых сталей, поскольку марганец снижает вредное воздействие сульфида железа, который может вызывать красноломкость. Марганец также повышает прокаливаемость и может способствовать увеличению прочности после термической обработки. Избыточное или плохо контролируемое содержание марганца может влиять на вязкость, ликвацию, свариваемость и стабильность фаз. В высокомарганцевых аустенитных сталях его роль более существенна: он способствует стабилизации аустенита и может изменять характер превращений и деформационного поведения.

Кремний обычно добавляют в качестве раскислителя в процессе выплавки стали. Он упрочняет феррит и в некоторых применениях может повышать стойкость к окислению, однако повышенное содержание кремния способно снижать вязкость или усложнять сварку и формование. Кремний также имеет большое значение для электротехнических сталей, поскольку повышает электрическое сопротивление и уменьшает потери на вихревые токи. В общей инженерной таблице кремний может быть указан как малый компонент, тогда как конкретный стандарт способен устанавливать более узкий диапазон, если этого требуют технология производства, магнитные свойства или свариваемость.

Фосфор обычно контролируют как примесь. Он может повышать прочность и твердость за счет твердорастворного упрочнения, однако повышенное содержание фосфора, как правило, снижает пластичность и вязкость и может способствовать охрупчиванию, особенно при неблагоприятных термических условиях или ликвации. Сера улучшает обрабатываемость резанием благодаря образованию сульфидных включений, прежде всего сульфида марганца, однако такие включения могут снижать поперечную пластичность, усталостную прочность и вязкость в направлении толщины. Поэтому в автоматных сталях допускается содержание серы, которое ограничивалось бы для продукции, предназначенной для сосудов под давлением, строительных конструкций или ответственных сварных изделий. Таблица состава фиксирует допустимое количество, но сама по себе не описывает форму и распределение включений либо обусловленное ими механическое поведение.

Хром, никель, молибден и азот

Хром повышает прокаливаемость, способствует образованию карбидов и улучшает стойкость к окислению и коррозии в водных средах. Обозначения нержавеющих сталей предполагают достаточное содержание хрома для формирования защитной богатой хромом оксидной пленки, однако требуемые эксплуатационные характеристики зависят не только от общего содержания хрома. Важную роль также играют углерод, азот, молибден, состояние поверхности, история сварки и условия эксплуатации. Хром может стабилизировать феррит, тогда как карбиды хрома или интерметаллические фазы способны извлекать хром из окружающей матрицы и снижать стойкость к локальной коррозии.

Никель стабилизирует аустенит и, как правило, повышает вязкость, особенно при низких температурах. В аустенитных нержавеющих сталях никель способствует сохранению гранецентрированной кубической аустенитной структуры; в легированных сталях он повышает прокаливаемость и вязкость, не проявляя такой же склонности к образованию карбидов, как хром или молибден. Поэтому содержание никеля влияет на фазовый баланс, магнитные свойства, характер превращений и коррозионные характеристики. Распространенное обозначение «18-8» для многих аустенитных нержавеющих сталей указывает на приблизительное семейство хромоникелевых сталей, но не заменяет такой стандарт, как ASTM A240, или точные пределы для конкретной марки, приведенные SSINA или Outokumpu.

Молибден повышает прокаливаемость и стойкость к размягчению при отпуске. В нержавеющих сталях он существенно повышает сопротивление питтинговой и щелевой коррозии, особенно в средах, содержащих хлориды. Он также влияет на образование карбидов и интерметаллических фаз. Сталь, содержащую молибден, нельзя считать эквивалентной номинально сходной стали без молибдена, даже если значения прочности при растяжении в справочной таблице близки.

Азот является сильным стабилизатором аустенита и упрочнителем при твердорастворном механизме. Контролируемые добавки азота могут повышать предел текучести и улучшать стойкость к питтинговой коррозии некоторых нержавеющих сталей. Слишком высокое содержание азота для данного процесса или марки может привести к образованию пор, нитридов или неблагоприятному фазовому балансу. В дуплексных нержавеющих сталях азот помогает сохранять заданное соотношение феррита и аустенита после обработки, поэтому установленный минимум и максимум являются функциональными требованиями, а не формальными значениями состава.

Остаточные элементы, микролегирование и требования к балансу состава

Остаточные элементы поступают из исходных материалов, особенностей работы печи, огнеупоров или легирующих добавок и не всегда являются намеренно вводимыми основными компонентами. Медь, олово, кобальт, сурьма, свинец и ванадий могут присутствовать в таблице, даже если они не являются центральными элементами описания марки. Медь способна повышать стойкость к атмосферной коррозии некоторых конструкционных сталей, тогда как олово и сурьма могут способствовать возникновению проблем, связанных с красноломкостью или отпускной хрупкостью. Свинец улучшает обрабатываемость резанием, но изменяет характеристики включений и требования к сварке. Воздействие зависит от концентрации, термической истории и взаимодействия с другими элементами.

Микролегирующие добавки вводятся в небольших количествах, но оказывают значительное влияние. Ниобий, ванадий и титан образуют карбонитриды, которые ограничивают рост зерна аустенита, обеспечивают дисперсионное упрочнение и изменяют рекристаллизацию при контролируемой прокатке. Сталь, содержащая 0,03% Nb, химически не взаимозаменяема со сталью, содержащей только углерод и марганец при близком номинальном уровне прочности. Конечный размер зерна, состояние растворения выделений, режим прокатки, скорость охлаждения и последующая термическая обработка определяют, насколько полно реализуется этот эффект.

Требования к балансу состава имеют не меньшее значение. В таблицах для нержавеющих сталей может ограничиваться содержание углерода при одновременном требовании поддерживать содержание хрома, никеля, молибдена или азота в установленных диапазонах для сохранения стабильности аустенитной, ферритной или дуплексной структуры. Стандарты на легированные стали могут требовать присутствия бора лишь в узком диапазоне, поскольку небольшая добавка способна повысить прокаливаемость, тогда как избыток бора приводит к образованию нежелательных соединений. Остаточные медь, никель, хром и молибден также могут влиять на прокаливаемость, даже если они не вводились намеренно.

Nickel Institute разделяет в своих таблицах данные о химическом составе, механических и физических свойствах, а также сведения о требованиях стандартов; это является хорошей практикой. Handbook of Comparative World Steel Standards также отделяет сопоставление химического состава от сопоставления механических свойств для международных обозначений. Еврокод 3 приводит расчетные свойства для S235, S275, S355, S420, S450 и S460 в соответствии с EN 1993-1-1, раздел 3.2.6, однако это значения, установленные расчетным стандартом, а не универсальные следствия определенного диапазона химического состава. Форма изделия, толщина, состояние поставки, направление испытания и термическая обработка могут изменять требуемый результат. Таблица состава определяет химический диапазон. Без остальных положений стандарта она не удостоверяет прочность, вязкость, свариваемость, коррозионные характеристики или фазовый баланс.

Почему химический состав сам по себе не определяет механические свойства

Таблица химического состава показывает, какие элементы присутствуют и в каких пределах. Она не отражает полную физическую историю стали. Углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, ванадий, ниобий, титан, фосфор, сера и другие элементы влияют на прокаливаемость, стабильность фаз, упрочнение твёрдого раствора, образование карбидов и характер превращений, однако их воздействие зависит от температуры, деформации, охлаждения и размера сечения.

Это различие занимает центральное место в рассмотрении углеродистых и легированных сталей в ASM Metals Handbook. ASM указывает, что их свойства определяются совокупным воздействием химического состава, технологии производства и микроструктуры. Поэтому обозначение марки идентифицирует контролируемый диапазон в рамках спецификации, а не один универсальный набор значений предела прочности при растяжении, предела текучести, относительного удлинения, твёрдости и вязкости.

ASTM A400, Стандартная практика выбора стальных прутков, их состава и механических свойств, непосредственно демонстрирует это положение. В его справочных таблицах при выборе стальных прутков учитываются марка, химический состав, состояние после обработки, размер сечения и требуемый минимальный предел текучести. Одна лишь запись о составе не может выполнять эти функции. Аналогичным образом стандарты ASTM на продукцию разделяют химические, механические, металлургические и другие требования к материалу для углеродистых, конструкционных, нержавеющих, ферритных, аустенитных и легированных сталей. AISC проводит такое же различие для конструкционной продукции: спецификации ASTM на стальные профили и листы, как правило, содержат требования как к химическому составу, так и к механическим свойствам.

История обработки и термомеханическая обработка

Один и тот же объемный состав может приводить к существенно различающимся свойствам после применения разных технологических маршрутов. Прокатка — это не просто способ превратить слиток или заготовку в лист, пруток или профиль. Горячая прокатка деформирует аустенит, разрушает литую структуру, изменяет морфологию неметаллических включений и при контролируемых температуре окончания прокатки и графике обжатий может измельчать зерно. Контролируемая прокатка при температурах ниже обычных температур окончания прокатки может способствовать образованию мелкозернистого феррита после охлаждения. В результате материал может обладать более высоким пределом текучести и повышенной вязкостью по сравнению с материалом того же химического состава, подвергнутым менее контролируемому режиму.

Ковка также изменяет внутреннюю структуру. Крупные литые зерна и полосы ликвации могут разрушаться в процессе деформации, тогда как температура ковки и величина обжатия определяют рекристаллизацию и измельчение зерна. Две поковки с идентичным ковшевым анализом могут иметь неодинаковые свойства, если одна из них подвергалась большему обжатию или ковалась при иной конечной температуре.

Термическая обработка создаёт ещё более значительные различия. При нормализации сталь нагревают выше интервала аустенитного превращения, а затем охлаждают на воздухе, в результате чего во многих углеродистых и низколегированных сталях формируется относительно измельчённая феррито-перлитная структура. При отжиге обычно применяется более медленное охлаждение, что способствует образованию более мягкой структуры с более грубым перлитом и меньшей твёрдостью. Закалка подавляет диффузионное превращение и может приводить к образованию мартенсита — твёрдой пересыщенной фазы. Закалённую сталь обычно подвергают отпуску для снижения хрупкости и регулирования прочности, твёрдости, пластичности и вязкости. Имеют значение температура и продолжительность отпуска: отпуск при низкой и высокой температуре не дают одинакового сочетания свойств.

ПрокаливаемостьПрокаливаемость Способность стали образовывать твердые продукты превращения на заданную глубину при охлаждении; она отличается от твердости, измеренной в одной точке.

Скорость охлаждения зависит не только от программы работы печи. Толщина сечения определяет интенсивность отвода тепла, поэтому поверхность толстого прутка может охлаждаться значительно быстрее, чем его центр. Тонкий лист может почти полностью превратиться в феррит и перлит, тогда как в центре массивного сечения из стали того же состава при достаточно высокой скорости охлаждения могут образоваться бейнит, мартенсит или смешанные продукты превращения. Прокаливаемость характеризует способность стали образовывать твёрдые продукты превращения по всему сечению; это не то же самое, что твёрдость одного испытательного образца.

Термомеханическая обработка также может создавать свойства, которые невозможно выявить по итоговой таблице химического состава. Сталь может быть микролегирована ниобием, ванадием или титаном, однако вклад в упрочнение зависит от того, остаются ли эти элементы в твёрдом растворе, образуют ли карбонитриды при повторном нагреве или выделяются ли при контролируемом охлаждении. История обработки является частью идентичности материала.

Микроструктура как связующее звено между составом и свойствами

Механические испытания измеряют реакцию сформировавшейся микроструктуры, а не состав, представленный исключительно набором элементов периодической таблицы. Предел текучести отражает сопротивление движению дислокаций. Предел прочности при растяжении зависит от механизмов, продолжающих сопротивляться деформации в процессе пластического течения, а также от начала образования шейки. Относительное удлинение зависит от способности материала равномерно деформироваться до разрушения. Твёрдость отражает сопротивление локализованной пластической деформации. Вязкость зависит от зарождения и распространения трещины, включая температуру, скорость нагружения, состояние надреза и направление испытания.

Микроструктура связывает эти характеристики с химическим составом. Углерод в твёрдом растворе упрочняет феррит, однако избыточный углерод в зависимости от термического пути может также образовывать перлит, цементит или мартенсит. Марганец и никель изменяют характер превращений и могут повышать прокаливаемость или стабилизировать аустенит. Хром и молибден влияют на прокаливаемость и образование карбидов. Кремний упрочняет феррит и влияет на раскисление. Эти эффекты обусловлены конкретными условиями, а не являются аддитивными постоянными, которые можно непосредственно считать из таблицы состава.

Например, низкоуглеродистая сталь, медленно охлаждённая из аустенитного состояния, может содержать феррит и перлит и демонстрировать умеренную прочность при удовлетворительной пластичности. После закалки при достаточной прокаливаемости та же номинальная концентрация углерода может привести к образованию мартенсита или бейнита, значительно повышая твёрдость и прочность, обычно при снижении вязкости неотпущенной стали. Отпуск вновь изменяет мартенсит, обеспечивая перераспределение углерода и выделение карбидов. Итоговые свойства зависят от всей последовательности операций, включая температуру аустенитизации, время выдержки, закалочную среду, размер сечения и режим отпуска.

Продукты превращения могут также различаться в пределах одного компонента. Поверхностные области могут стать твёрже сердцевины, а зоны термического влияния сварки могут приобрести микроструктуру, отличающуюся как от основного листа, так и от металла шва. Сообщённое значение прочности при растяжении, полученное в одной точке, не может автоматически представлять все точки или направления.

Размер зерна, соотношение фаз и выделения

Размер зерна непосредственно объясняет, почему химический состав не может самостоятельно определять прочность или вязкость. Мелкие зёрна феррита обычно повышают предел текучести благодаря упрочнению границами зёрен и могут улучшать сопротивление хрупкому разрушению. Крупные зёрна часто снижают ударную вязкость при низких температурах, хотя измеренный результат также зависит от распределения фаз, включений и ориентации образца при испытании. Измельчение зерна может быть достигнуто контролируемой прокаткой, нормализацией или выделением микролегирующих фаз, ограничивающих рост зёрен аустенита.

Соотношение фаз имеет не меньшее значение. Феррит относительно мягок и пластичен; перлит прочнее, но менее пластичен; бейнит и мартенсит могут обеспечивать высокую прочность, причём их вязкость определяется морфологией и отпуском. Остаточный аустенит может превращаться в процессе эксплуатации или испытания, изменяя размерную стабильность и характер деформации. Таблица химического состава может указать пределы содержания углерода и легирующих элементов, но без сведений о технологии обработки и металлографических данных не может показать, содержит ли готовая сталь 20 % перлита, бейнитную матрицу или отпущенный мартенсит.

Выделения добавляют ещё одну переменную. Мелкие карбонитриды ниобия, ванадия или титана могут закреплять границы зёрен аустенита и упрочнять феррит после превращения. Их размер, плотность, состав и распределение зависят от повторного нагрева, деформации и охлаждения. Крупные выделения могут почти не способствовать повышению прочности, одновременно являясь местами зарождения трещин. В нержавеющих сталях карбиды хрома на границах зёрен могут снижать локальную коррозионную стойкость даже тогда, когда валовой анализ по хрому соответствует пределу, установленному для данной марки.

Именно поэтому таблицы SSINA сопоставляют массовую долю элементов с установленными механическими свойствами аустенитных марок нержавеющей стали, на которые распространяются стандарты ASTM на продукцию, а не рассматривают одну таблицу как замену другой. Nickel Institute аналогичным образом представляет химические, механические, физические и спецификационные данные как отдельные классы свойств. В Eurocode 3 приведены расчётные свойства для S235, S275, S355, S420, S450 и S460 согласно EN 1993-1-1, раздел 3.2.6; эти значения связаны с определяющим расчётным стандартом, категорией продукции, толщиной и назначением при проектировании.

Сравнительные таблицы, включая таблицы из Handbook of Comparative World Steel Standards, могут показывать приблизительные соотношения между международными обозначениями, но не устанавливают эквивалентность. Сопоставления примерного состава, такие как опубликованные Engineering ToolBox, полезны для общей ориентации, тогда как контролируемые пределы и механические требования должны определяться применимой спецификацией на продукцию. Определяющие стандарт, форму изделия, толщину, термическую обработку, направление испытания и метод испытания устанавливают, что означает сообщённое значение. Химический состав начинает объяснение. Но не завершает его.

Таблицы механических свойств: что означают столбцы

Таблица механических свойств — это не вторая версия таблицы химического состава. Она показывает, как конкретное изделие, предположительно или в соответствии с требованиями, должно вести себя при заданном испытании. Результат зависит от обозначения стали, формы изделия, термической обработки, размера поперечного сечения, толщины, места отбора образца, направления испытания, температуры и применяемого стандарта.

Это различие имеет значение, поскольку название марки не является полной идентификацией материала. ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties («Стандартная практика для стальных прутков: руководство по выбору, составу и механическим свойствам»), систематизирует сведения о сортовой стали по марке, составу, состоянию после обработки, размеру поперечного сечения и требуемому минимальному пределу текучести. Поэтому одна и та же номинальная марка может иметь различные требования к свойствам в зависимости от формы изделия или его размеров. Таблица, в которой рядом с маркой указано одно значение прочности без обозначения спецификации на изделие, может быть полезна для общего ознакомления, но не является нормативной спецификацией.

Стандарты ASTM на стали устанавливают химические, механические, металлургические и другие требования к углеродистым, конструкционным, нержавеющим, ферритным, аустенитным и легированным сталям. AISC также поясняет, что спецификации на конструкционные стальные профили и листы обычно содержат требования как к химическому составу, так и к механическим свойствам. Эти два набора столбцов отвечают на разные вопросы: химический состав ограничивает содержание элементов, тогда как механические испытания проверяют реакцию поставленного изделия.

Предел текучести и предел прочности при растяжении

Предел текучести — это напряжение, при котором испытательный образец начинает претерпевать заданную остаточную пластическую деформацию. У некоторых сталей на диаграмме «напряжение–деформация» наблюдаются четко выраженные верхняя и нижняя точки текучести. Для других сталей стандарт использует условный предел текучести, обычно соответствующий напряжению, вызывающему остаточную деформацию 0,2 %, обозначаемому как $R_{p0.2}$ во многих европейских стандартах или указываемому как предел текучести по соответствующей методике ASTM. Точное определение должно быть взято из стандарта на испытание и спецификации на изделие.

Минимальный предел текучести, указанный в таблице, является требованием, а не предсказанием свойства каждого отдельного изделия из стали. Если ASTM A572/A572M устанавливает минимальный предел текучести для указанной марки, диапазона толщин и формы изделия, результат испытания соответствующего требованиям изделия должен достигать или превышать это значение при соблюдении установленной методики. Фактически измеренный предел текучести может быть выше. Он может изменяться в зависимости от плавки, толщины, степени обжатия при прокатке, скорости охлаждения, положения отбора образца и направления испытания. Если представить минимальное значение как измеренное свойство, это различие будет утрачено.

Предел прочности при растяжении, также называемый временным сопротивлением разрыву, — это максимальное инженерное напряжение, достигнутое во время испытания на растяжение. Он рассчитывается как наибольшая приложенная нагрузка, деленная на исходную площадь поперечного сечения образца. После достижения максимальной нагрузки может возникнуть локализованное образование шейки, и инженерное напряжение может снижаться, хотя материал продолжает деформироваться вплоть до разрушения.

Предел прочности при растяжении не равен расчетному сопротивлению. Расчетное значение для конструкций определяется в соответствии с применяемым расчетным кодом, который может учитывать коэффициенты сопротивления, частные коэффициенты, правила расчета на потерю устойчивости, требования к соединениям и ограничения, зависящие от толщины. Еврокод 3, EN 1993-1-1, раздел 3.2.6, приводит расчетные свойства материалов для S235, S275, S355, S420, S450 и S460. Эти значения относятся к расчетной системе; их не следует переносить в общий столбец «предел прочности при растяжении» или рассматривать как непосредственные результаты испытаний.

Само испытание проводится в определенных условиях. ASTM E8/E8M и ISO 6892-1 устанавливают такие параметры, как геометрия образца, расчетная длина, скорость нагружения, измерение деформации и порядок расчетов. Для листа, прутка, трубы и поковки могут быть установлены различные допустимые места и направления вырезки образцов. Результаты для продольного и поперечного направлений нельзя считать взаимозаменяемыми, особенно для проката, в котором неметаллические включения, текстура и полосчатая микроструктура создают различия, зависящие от направления.

Одного химического состава недостаточно для определения результата. В Metals Handbook ASM International свойства углеродистых и легированных сталей описываются как совокупный результат химического состава, обработки и микроструктуры. Углерод, марганец, хром, никель, молибден и другие элементы влияют на прокаливаемость и образование фаз, однако прокатка, закалка, отпуск, нормализация, выделение вторичных фаз и история охлаждения определяют, каким образом этот потенциал реализуется.

Удлинение, сужение и пластичность

Удлинение характеризует пластическое удлинение до разрушения. Обычно оно выражается в процентах:

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

Расчетная длинаРасчетная длина Отмеченная начальная длина образца для испытания на растяжение, на которой измеряют удлинение.

где $L_0$ — исходная расчетная длина, а $L_f$ — расчетная длина после разрушения, измеренная после аккуратного совмещения разрушенных частей образца. Это число имеет смысл только с указанием расчетной длины и типа образца. Указание «удлинение 20 %» не показывает, использовалась ли пропорциональная расчетная длина, длина 50 мм, малоразмерный образец или какая-либо иная конфигурация.

Именно поэтому значения удлинения, полученные по разным стандартам, могут казаться несопоставимыми, даже если стали имеют близкие свойства. При меньшей расчетной длине, как правило, сильнее учитывается вклад локализованного образования шейки, поэтому процентное значение может быть выше, чем при большей расчетной длине. Толщина изделия также влияет на доступную геометрию образца и иногда на минимальное нормируемое удлинение. Поэтому в таблицах следует сохранять обозначение метода испытания и расчетную длину, а не представлять удлинение как универсальную постоянную марки.

Сужение характеризует уменьшение площади поперечного сечения в месте разрушения:

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

где $A_0$ — исходная площадь, а $A_f$ — наименьшая конечная площадь. Этот показатель особенно чувствителен к локализованной пластической деформации и дает сведения, отличные от удлинения. Сталь может демонстрировать значительное сужение, тогда как ее удлинение будет иным, поскольку эти два измерения по-разному зависят от равномерной деформации, образования шейки, геометрии образца и места разрушения.

Оба показателя являются характеристиками пластичности, однако пластичность не представляет собой единственную постоянную материала. Она включает способность выдерживать пластическую деформацию без образования трещин при определенных напряженном состоянии, температуре, скорости деформации и геометрии. Результат испытания на растяжение по удлинению не позволяет установить стойкость к водородному растрескиванию, образованию трещин при гибке, растрескиванию зоны термического влияния сварного соединения или разрушению у надреза. Высокое удлинение также не означает автоматически высокую трещиностойкость.

Таблицы SSINA для марок аустенитных нержавеющих сталей демонстрируют правильный формат: массовая доля компонентов приводится отдельно от заданных механических свойств в соответствии с применяемыми спецификациями ASTM на изделия. Nickel Institute аналогичным образом разделяет химический состав, механические свойства, физические свойства и данные спецификаций. В сравнительной таблице эти категории могут располагаться на соседних страницах, но само соседство не делает их взаимозаменяемыми.

Твердость, ударная вязкость и данные, связанные с усталостью

Твердость — это сопротивление локализованной пластической деформации; обычно ее измеряют методами Бринелля, Роквелла, Виккерса или Кнупа. Такое значение, как HBW 190, 90 HRB или 210 HV, является неполным без указания шкалы, индентора, приложенной силы и стандарта на испытание. ASTM E10 распространяется на твердость по Бринеллю, ASTM E18 — на твердость по Роквеллу, а ASTM E384 — на микротвердость методом вдавливания. Состояние поверхности, кривизна, обезуглероживание, покрытие и локальная микроструктура могут изменить показания.

Пересчет твердости в предел прочности при растяжении представляет собой корреляцию, а не физический закон. Такие зависимости обычно разрабатываются для определенных семейств сталей и диапазонов твердости. Пересчет может быть непригоден для аустенитной нержавеющей стали, высоколегированной инструментальной стали, цементованного материала, металла сварного шва или изделия с резко выраженным градиентом твердости. Таблицы пересчета ASTM не должны заменять предусмотренное испытание на растяжение, если предел прочности при растяжении определяет приемку или расчет.

Ударная энергия характеризует энергию, поглощенную образцом с надрезом при внезапном разрушении; обычно ее определяют испытанием Шарпи с V-образным надрезом по ASTM E23 или эквивалентному стандарту. Полученное значение зависит от ориентации образца, геометрии надреза, температуры, размеров и методики испытания. Результат испытания Шарпи, например 27 Дж при −20 °C, описывает именно эти условия испытания; это не универсальная постоянная вязкости разрушения.

Ударную энергию также необходимо отличать от трещиностойкости. Трещиностойкость, часто выражаемая параметрами $K_{\mathrm{IC}}$, $J_{\mathrm{IC}}$ или связанными с ними величинами, характеризует сопротивление вершины трещины при заданных геометрии и толщине образца, режиме нагружения и условиях стеснения деформации. Энергия по Шарпи может использоваться для предварительной оценки материала и контроля качества, но ее нельзя напрямую подставлять вместо значения трещиностойкости при плоской деформации.

Данные по усталости описывают поведение материала при повторяющихся или переменных напряжениях. Кривая S–N связывает амплитуду напряжения с числом циклов до разрушения, тогда как кривая роста трещины обычно связывает $\mathrm{da}/\mathrm{dN}$ с диапазоном коэффициента интенсивности напряжений $\Delta K$, как в ASTM E647. Результаты зависят от коэффициента асимметрии цикла, частоты, состояния поверхности, остаточных напряжений, окружающей среды, размера образца, состояния надреза и определения разрушения. Поэтому единственное значение предела выносливости в таблице не имеет смысла, если эти условия не указаны вместе с ним.

Handbook of Comparative World Steel Standards по этой причине отдельно сопоставляет химический состав и механические свойства. Сопоставление марок разных стандартов может указывать на близкий предполагаемый химический состав, но не доказывает идентичность предела текучести, ударных характеристик, усталостного поведения или требований к приемке. В добросовестной таблице указываются применяемый стандарт, форма изделия, диапазон толщины или размеров поперечного сечения, метод испытания, направление, температура, а также то, является ли каждое значение минимальным требованием, измеренным результатом, типичным значением или расчетным параметром.

Размер сечения, толщина, форма продукции и направление испытания

Название марки стали не определяет один фиксированный набор механических свойств. Требуемые предел текучести, прочность при растяжении, относительное удлинение, ударная энергия, твердость и допускаемый разброс могут зависеть от толщины, размера поперечного сечения, формы продукции, термической обработки и направления испытания. Поэтому таблица, в которой указано «AISI 4140» или «S355» без этих уточнений, является неполной, даже если ее химический анализ приблизительно верен.

Требования к прочности в зависимости от толщины

Толщина изменяет термическую историю стального изделия. Тонкий лист быстро охлаждается после прокатки или нормализации; массивная поковка или толстый лист охлаждаются медленнее, что приводит к иным фазовым превращениям, росту зерна и эффектам сегрегации. Получающаяся микроструктура может изменять прочность и вязкость, даже если ковшевой анализ остается в пределах тех же ограничений по составу. ASM International описывает свойства углеродистых и легированных сталей как совокупный результат химического состава, технологического процесса и микроструктуры. Химический состав является лишь одной частью спецификации.

Поэтому многие стандарты на продукцию снижают установленный минимальный предел текучести по мере увеличения толщины. Причина не сводится только к геометрии. Толстое сечение сложнее равномерно охладить, и его центральная часть может не получить такого же измельчения структуры или претерпеть не такое же превращение, как поверхность. Следовательно, таблица, присваивающая одно значение предела текучести всем толщинам, может завышать требования к массивному материалу или не отражать различия между размерными категориями.

Номинальный предел текучести при толщине до 16 mm (MPa)Предел текучести при толщине свыше 16 mm и до 40 mm (MPa)

Еврокод 3 иллюстрирует этот момент своей таблицей расчетных характеристик для S235, S275, S355, S420, S450 и S460 в EN 1993-1-1, разделе 3.2.6. Приведенный номинальный предел текучести связан с номинальной толщиной; при увеличении толщины применяются более низкие значения. Таким образом, «S355» не означает, что каждый вид продукции и каждая толщина имеют расчетный предел текучести 355 МПа. Это обозначение определяет класс в рамках соответствующего европейского стандарта, а конкретное значение определяется толщиной.

Такая же осторожность необходима при работе с продукцией по ASTM. ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, содержит рекомендации по выбору прутков с учетом марки, химического состава, состояния после обработки, размера сечения и требуемого минимального предела текучести. Такая структура имеет важное значение. Она показывает, что запись о марке не является полной спецификацией материала, если читателю неизвестно, подвергался ли пруток отжигу, нормализации, закалке и отпуску или поставлялся в другом указанном состоянии, а также каковы его диаметр или эквивалентный размер сечения.

Поэтому таблица механических свойств должна сохранять интервал толщины или размера, указанный в исходном стандарте. Замена нескольких интервалов одним «типичным» значением делает таблицу более удобной для чтения, но менее соответствующей спецификации.

Прутки, листы, профили, поковки и листовой прокат

Форма продукции — это не просто условная маркировка. Она указывает на иной производственный маршрут, который определяет направление волокон, состояние поверхности, остаточные напряжения, распределение неметаллических включений и достижимые механические свойства.

Прутки обычно получают горячей прокаткой, холодной обработкой или механической обработкой более крупных прокатных заготовок. Их требования могут быть организованы по диаметру, ширине или площади поперечного сечения. ASTM A400 особенно полезен в этом отношении, поскольку представляет марки прутков не как изолированные наименования химического состава, а связывает состав и рекомендации по минимальному пределу текучести с состоянием после обработки и размером сечения. Прутку из 4140 в отожженном состоянии нельзя приписывать те же значения прочности, что и прутку из 4140 после закалки и отпуска, только потому, что оба содержат номинально сходные количества хрома, молибдена, углерода и марганца.

Для листов и конструкционных профилей применяются иные режимы прокатки. AISC поясняет, что спецификации ASTM на конструкционные стальные профили и листы обычно включают требования как к химическому составу, так и к механическим свойствам. Например, ASTM A572/A572M распространяется на высокопрочную низколегированную конструкционную сталь в виде листов, профилей и прутков, однако применимые требования по-прежнему зависят от вида продукции и обозначения марки, указанных в спецификации на поставку. Значение, приведенное для катаного конструкционного профиля, нельзя автоматически переносить на толстый лист той же номинальной марки.

Для листового проката установлены собственные требования к формуемости и поверхности. Для холоднокатаного листа механические свойства могут определяться степенью нагартовки, качеством формовки или состоянием с упрочнением при выпечке, тогда как для горячекатаного листа могут применяться отдельная спецификация и другой диапазон толщин. Обозначение «нержавеющая сталь 304» также само по себе недостаточно: требования ASTM A240/A240M к листам, полосам и лентам нельзя считать взаимозаменяемыми с требованиями ASTM A276/A276M к пруткам или ASTM A182/A182M к кованым компонентам. В таблицах SSINA массовый процентный состав сопоставляется с установленными механическими свойствами аустенитных нержавеющих марок, охватываемых спецификациями ASTM на продукцию, однако эти свойства по-прежнему относятся к применимому стандарту на конкретный вид продукции.

Поковки вводят еще одно различие. Деформация при ковке может измельчать зерно и формировать направленное течение металла, тогда как окончательная термическая обработка может быть задана отдельно от обработки, применяемой для листа или прутка. Для крепежных изделий добавляются дополнительные условия, включая холодную высадку, геометрию резьбы, пробную нагрузку и термическую обработку. Таблица химического состава углеродистой или легированной стали может показывать правдоподобное соответствие, однако спецификация на крепеж способна устанавливать механические требования, отсутствующие в общем стандарте на прутки.

Именно поэтому сравнительные справочные материалы необходимо изучать внимательно. В Справочнике по сопоставлению мировых стандартов на стали сравнения химического состава отделены от сравнений механических свойств в различных международных системах обозначений. Совпадение химического состава двух обозначений не доказывает эквивалентность стандартов на продукцию, диапазонов толщины, режимов термической обработки или требований к испытаниям.

Поведение в продольном, поперечном направлениях и через толщину

Прокатка вытягивает зерна, ориентирует включения и перераспределяет сегрегацию. В результате лист или пруток может иметь различные свойства вдоль длины, поперек ширины и по толщине. Продольное направление обычно параллельно основному направлению прокатки или экструзии; поперечное направление перпендикулярно ему в плоскости изделия; при испытании через толщину отбираются образцы в коротком поперечном направлении.

Прочность при растяжении может умеренно различаться в разных направлениях, однако относительное удлинение, сужение, ударная вязкость и вид излома могут различаться значительно сильнее. Например, вытянутые включения сульфида марганца могут служить ослабленными путями в коротком поперечном направлении. В толстом листе также может возникать осевая сегрегация или снижаться сопротивление слоистому надрыву — виду разрушения, связанному с растягивающей деформацией через толщину листа.

Результат продольного испытания на растяжение нельзя представлять так, будто он гарантирует пластичность в поперечном направлении. Аналогично, значение ударной работы по Шарпи, измеренное при одной ориентации, нельзя переносить на другую без проверки правил стандарта по отбору образцов и ориентации надреза. В стандартах на продукцию часто указывается, должны ли образцы быть продольными или поперечными, откуда именно они вырезаются и как толщина влияет на допустимую ориентацию. Эти детали могут изменять полученные значения относительного удлинения, вязкости и анизотропии.

Практическое правило сформулировано непосредственно: необходимо совместно фиксировать марку, применимый стандарт, форму продукции, толщину или размер сечения, состояние после обработки и направление испытания. Без этой цепочки идентификации таблица состава может быть информативной с химической точки зрения, тогда как приведенное рядом значение механического свойства может относиться к другому стальному изделию.

Углеродистые и легированные стали в сравнительных таблицах

Таблица по стали может отвечать на несколько различных вопросов, но не с помощью одной и той же колонки. Таблица химического состава содержит предельные значения или диапазоны для таких элементов, как углерод, марганец, кремний, хром, никель, молибден, фосфор и сера. Таблица прокаливаемости описывает, на какую глубину сталь способна приобрести твердость под закаленной поверхностью. Таблица механических свойств содержит заданные или измеренные значения предела текучести, прочности при растяжении, относительного удлинения, твердости, ударной энергии или характеристик усталости. Смешение этих функций — распространенная причина того, что на страницах со сравнением марок приводятся неточные предельные значения.

Сама маркировка стали не решает этот вопрос. ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, классифицирует прутковые стали по марке, химическому составу, состоянию после обработки, размеру сечения и требуемому минимальному пределу текучести. Такая структура предостерегает от восприятия названия марки как полного идентификатора материала. Таблица может корректно сравнивать химический состав, одновременно ошибочно указывая прочность, если приведенное значение относится к другой форме изделия, термической обработке, диаметру или толщине.

Диапазоны состава углеродистых сталей

Углеродистые стали обычно классифицируют по содержанию углерода и относительно небольшим количествам других легирующих элементов. В сравнительной таблице низкоуглеродистая марка может находиться примерно в диапазоне 0,05–0,25 мас.% C, среднеуглеродистая — около 0,25–0,60 мас.% C, а высокоуглеродистая — выше примерно 0,60 мас.% C. Это классификационные диапазоны, а не универсальные пределы, установленные техническими условиями. Граничные значения различаются в разных технических источниках, национальных системах, стандартах на изделия и исторических системах обозначений.

Сравнительная таблица Engineering ToolBox сопоставляет代表ительные марки стали, используя массовые доли углерода, хрома, марганца, молибдена, никеля, фосфора, серы и кремния. Она полезна для понимания общих химических взаимосвязей: обычная углеродистая сталь, как правило, содержит небольшое количество специально вводимых хрома, никеля или молибдена, тогда как низколегированная сталь содержит контролируемые добавки одного или нескольких из этих элементов. Однако такую таблицу не следует копировать как определяющий химический состав для спецификации закупки или сертификата плавки. Представительные значения показывают типичное семейство марок; стандарт устанавливает допустимый диапазон, максимальное или минимальное значение либо предел для остаточного элемента.

Даже термин «углеродистая сталь» не означает, что контролируется только содержание углерода. Марганец влияет на прочность и прокаливаемость, кремний может использоваться для раскисления и упрочнения, а содержание фосфора и серы обычно ограничивают, поскольку их избыток способен ухудшать ударную вязкость, пластичность, свариваемость или поведение при горячей обработке. Применимый стандарт на изделие ASTM, EN, JIS или другой стандарт определяет, какие пределы действуют. Стандарты ASTM на стали охватывают химические, механические, металлургические требования и требования к материалу для углеродистых, конструкционных, нержавеющих, ферритных, аустенитных и легированных сталей; поэтому обозначение имеет смысл только в рамках соответствующего стандарта и категории изделия.

Содержание углерода также нельзя напрямую преобразовать в гарантированную прочность при растяжении. Одинаковый номинальный химический состав может приводить к различным свойствам после горячей прокатки, нормализации, закалки и отпуска, отжига или холодной обработки. ASM International описывает свойства углеродистых и легированных сталей как совокупный результат химического состава, обработки и микроструктуры. Размер зерна, межпластинчатое расстояние в перлите, доля мартенсита, распределение карбидов, остаточные напряжения и состояние после отпуска могут изменять измеренный результат без изменения обозначения марки.

Упрочнение и прокаливаемость низколегированных сталей

В низколегированных сталях контролируемые добавки сверх основы углерод–марганец используются для изменения прочности, прокаливаемости, ударной вязкости, стойкости к отпуску, износостойкости или поведения при высоких температурах. Термин «низколегированная» является классификационным описанием, а не гарантией определенного уровня прочности. Сталь хромомолибденового типа с содержанием 0,30% C и нормализованная конструкционная сталь могут обе присутствовать в таблице легированных сталей, однако их назначение, требования к ним и методы испытаний различаются.

Прочность может повышаться за счет нескольких механизмов. Легирующие элементы способны измельчать зерно, усиливать твердорастворное упрочнение, образовывать карбиды или нитриды либо обеспечивать образование большей объемной доли мартенсита после охлаждения. Обработка определяет, будут ли эти механизмы фактически реализованы. Закаленная и отпущенная сталь типа 4140 может иметь значительно более высокие прочность и твердость, чем сталь того же химического состава в отожженном состоянии, тогда как нормализованное состояние может обеспечивать иное сочетание пластичности и ударной вязкости.

Прокаливаемость — не то же самое, что твердость. Твердость — это сопротивление деформированию, измеренное в определенной точке или на испытательной поверхности. Прокаливаемость — это способность стали образовывать твердые продукты превращения на заданную глубину при охлаждении. Издание Metallus Practical Data for Metallurgists помещает стандартные стали рядом с данными о химическом составе, прокаливаемости и размерных допусках, показывая, почему эти сведения следует размещать в отдельных полях таблицы. Например, кривая торцевой закалки по Джомини показывает твердость в зависимости от расстояния от закаленного торца; сама по себе она не подтверждает предел текучести готового прутка.

Размер сечения имеет значение, поскольку центр толстого прутка охлаждается медленнее поверхности. Сталь, обладающая достаточной прокаливаемостью для сечения 25 мм, может не обеспечить такую же структуру превращения по всему сечению 100 мм. На результат также влияют закалочная среда, ее перемешивание, режим работы печи, размер исходного аустенитного зерна и отпуск. Следовательно, таблица, в которой указана «типичная твердость» без описания состояния материала, размера сечения и места измерения, содержит сравнительные данные, а не гарантированное свойство.

Требования к механическим свойствам устанавливаются стандартом на изделие. AISC разъясняет, что стандарты ASTM для конструкционных профилей и листов обычно содержат как требования к химическому составу, так и требования к механическим свойствам. Они могут включать минимальные значения предела текучести, прочности при растяжении, относительного удлинения, а иногда и ударной вязкости. Требуемое значение может изменяться в зависимости от толщины. Еврокод 3, EN 1993-1-1, раздел 3.2.6, перечисляет расчетные свойства материалов для S235, S275, S355, S420, S450 и S460; это значения, установленные расчетным стандартом и связанные с соответствующим конструкционным обозначением, а не универсальные свойства любой стали с аналогичным номером в другой системе.

Роль хрома, никеля, молибдена и марганца

Хром повышает прокаливаемость и может способствовать образованию карбидов, повышать износостойкость, стойкость к окислению и коррозионную стойкость. Важны как его содержание, так и металлургическое состояние материала. Умеренная добавка хрома в низколегированной закаленной и отпущенной стали не делает ее эквивалентной нержавеющей марке. Для классификации стали как нержавеющей требуется достаточное содержание хрома в сочетании с установленными пределами содержания углерода и других элементов, обеспечивающими заданную коррозионностойкую структуру.[5][5] Properties of Some Metals and Alloys. Nickel Institute. Nickel Institute technical guide.

Никель повышает прокаливаемость и ударную вязкость, особенно при низких температурах, а при подходящем составе способствует формированию аустенитных структур. Он имеет важное значение в низкотемпературных никелевых сталях и аустенитных нержавеющих сталях, однако само по себе его присутствие не подтверждает принадлежность материала к какой-либо из этих категорий. Nickel Institute в своем справочном табличном издании разделяет химический состав, механические свойства, физические свойства и технические условия, что служит полезным примером разграничения этих типов данных.

Молибден повышает прокаливаемость и помогает сохранять прочность при отпуске. Он также способен снижать определенные риски отпускной хрупкости и способствовать улучшению характеристик при высоких температурах. В хромомолибденовых сталях его влияние зависит от содержания углерода, хрома, режима термической обработки и размера сечения, а не от одного процентного значения, напечатанного в сравнительной таблице.

Марганец широко используется в углеродистых и низколегированных сталях. Он способствует твердорастворному упрочнению, связывается с серой и уменьшает вредное воздействие сульфидов железа, а также повышает прокаливаемость. Однако его избыток может влиять на свариваемость и характер превращений. Поэтому установленный для него диапазон следует рассматривать совместно с содержанием углерода, серы, кремния и состоянием после обработки.

Handbook of Comparative World Steel Standards содержит отдельные сравнительные таблицы химического состава и механических свойств для международных систем обозначений. Такое разделение принципиально важно. Сходное обозначение может указывать на полезное сходство химического состава, но не доказывает эквивалентность предела текучести, ударной вязкости, прокаливаемости или реакции на термическую обработку. Определяющий стандарт, форма изделия, толщина, состояние поставки, направление испытания и установленный метод испытаний определяют, что означает приведенное числовое значение.

Таблицы состава и свойств нержавеющей стали

Таблица по нержавеющей стали полезна только тогда, когда четко определена ее область применения. Например, обозначение «нержавеющая сталь 304» указывает на общепризнанное семейство сплавов, но само по себе не сообщает, идет ли речь о листе, плите, прутке, трубе, поковках или продукции, поставляемой по ASTM A240, ASTM A276, ASTM A479, ASTM A213 либо другой спецификации. Эти стандарты могут устанавливать различные требования к продукции, правила термической обработки, размеры, положения о контроле и предельные значения механических свойств.

Это различие отделяет таблицу состава от таблицы свойств. В таблице состава приводятся допустимые диапазоны массовой доли таких элементов, как хром, никель, углерод, марганец, кремний, молибден, фосфор, сера и азот. В таблице механических свойств указываются такие значения, как минимальный предел прочности при растяжении, предел текучести, относительное удлинение или твердость для конкретного вида продукции и состояния поставки. ASTM A400 формулирует более общий принцип применительно к стальным пруткам: выбор зависит от марки, химического состава, состояния после обработки, размера сечения и требуемого минимального предела текучести. Поэтому обозначение марки является ориентиром для идентификации, но не полной спецификацией материала.

SSINA публикует таблицы состава и установленных механических свойств аустенитных марок нержавеющей стали, на которые распространяются спецификации ASTM для различных видов продукции. В Stainless Steel Handbook компании Outokumpu химический состав марки также отделен от механических и физических данных. Эти источники ценны тем, что показывают ограничения табличного сравнения: химический состав может идентифицировать семейство сплавов, тогда как требование к свойствам относится к конкретному стандарту на продукцию и состоянию поставки.

Аустенитные, ферритные, мартенситные и другие семейства нержавеющих сталей

Аустенитные нержавеющие стали, включая 304, 304L, 316, 316L, 321, 347 и 310S, обычно характеризуются составами на основе хрома и никеля либо хрома, никеля и молибдена, а также аустенитной микроструктурой при комнатной температуре. Обычно их не упрочняют закалкой так, как мартенситные марки. Тем не менее их прочность может существенно изменяться в результате холодной деформации, особенно у листа и полосы.

Ферритные марки, такие как 430 и 409, представляют собой главным образом хромистые стали с небольшим содержанием никеля или без его преднамеренной добавки. Их объемно-центрированная кубическая ферритная структура влияет на магнитные свойства, свариваемость, вязкость и способность к формоизменению. Мартенситные марки, включая 410, 420 и 440C, содержат достаточное количество углерода и легирующих добавок для аустенитизации и закалки. Их твердость и прочность в значительной степени зависят от термической обработки, поэтому таблица, в которой приведен только номинальный химический состав, не может характеризовать поставленный материал.

К другим семействам относятся дисперсионно-твердеющие марки, такие как 17-4 PH, дуплексные марки, такие как 2205, и супердуплексные марки, такие как 2507. Дуплексные нержавеющие стали сочетают ферритную и аустенитную фазы; соотношение фаз зависит от химического состава, растворяющего отжига, скорости охлаждения и толщины продукции. Поэтому таблица для «2205», в которой не указаны применимая спецификация на продукцию и режим термической обработки, может скрывать важное металлургическое требование.

Сами системы обозначений также различаются. В обозначениях ASTM и UNS марка 304 обычно указывается как UNS S30400, а 316 — как UNS S31600; варианты с пониженным содержанием углерода обозначаются как 304L, UNS S30403, и 316L, UNS S31603. Европейские обозначения, такие как X5CrNi18-10 и X2CrNiMo17-12-2, связаны с ними, но не являются автоматически взаимозаменяемыми с каждым обозначением продукции по ASTM. Именно поэтому в Handbook of Comparative World Steel Standards сравнительные таблицы химического состава и механических свойств приведены раздельно. Сходные названия не означают идентичности предельных значений.

Хром, никель, молибден, углерод и азот

Хром является определяющей добавкой нержавеющей стали, поскольку способствует образованию тонкой пассивной пленки, обогащенной хромом. В таблице состава может быть указано минимальное содержание хрома, однако коррозионные характеристики также зависят от состояния поверхности, среды, термической обработки, неметаллических включений, зон сварных швов и воздействия хлоридов или кислот. Коррозионная стойкость не является единичным механическим свойством, таким как предел текучести или относительное удлинение, и ее не следует указывать в одной колонке с пределом прочности при растяжении без описания метода испытания и условий воздействия.

Никель стабилизирует аустенит и влияет на соотношение фаз, вязкость, пластичность и способность к упрочнению при деформации. Две номинально сходные аустенитные марки могут иметь различные пределы содержания никеля, что приводит к различной стабильности при формовании или сварке. Молибден повышает стойкость ко многим видам локальной коррозии в хлоридсодержащих средах. Поэтому 316 и 304 нельзя считать взаимозаменяемыми лишь на том основании, что обе марки являются аустенитными хромоникелевыми нержавеющими сталями: 316 содержит нормированную добавку молибдена, тогда как для 304 такое же требование к молибдену не установлено.

Углерод имеет значение как с химической, так и с металлургической точки зрения. В марках с индексом «L», таких как 304L и 316L, максимально допустимое содержание углерода ограничено по сравнению с соответствующими марками с обычным содержанием углерода. Пониженное содержание углерода снижает риск выделения карбидов хрома при сварке и последующей межкристаллитной коррозии, хотя конечный результат по-прежнему зависит от технологии сварки, толщины сечения, термической истории и послесварочной обработки. Стабилизированные марки имеют еще одно отличие: в 321 используется титан, а в 347 — колумбий (ниобий), связывающие углерод и снижающие риск сенсибилизации в заданных условиях.

Содержание азота может целенаправленно нормироваться, а не рассматриваться как случайная примесь. Азот упрочняет аустенитную нержавеющую сталь и способствует коррозионной стойкости и поддержанию соотношения фаз в дуплексных марках. Таблица, в которой сравниваются только хром и никель, может не отражать существенного различия между двумя марками. Углерод, азот, молибден и стабилизирующие добавки могут объяснять, почему внешне сходные обозначения имеют различные требования к прочности, свариваемости или испытаниям на коррозионную стойкость.

Сравнительные таблицы, включая опубликованные Engineering ToolBox, могут помочь показать общие тенденции в содержании углерода, хрома, марганца, молибдена, никеля, фосфора, серы и кремния. Однако они не заменяют основную спецификацию. Допустимый диапазон по ASTM A240 может отличаться от диапазона по ASTM A276 или эквивалентному европейскому стандарту на продукцию.

Требования спецификаций к аустенитным маркам нержавеющей стали

Для аустенитной марки полная таблица должна как минимум указывать стандарт, вид продукции, марку, состояние после термической обработки, диапазон толщины или размеров сечения, направление испытания и применяемый метод испытания. ASTM A240 распространяется на хромистые и хромоникелевые нержавеющие плиты, листы и полосы для сосудов, работающих под давлением, и общего применения; ASTM A276 — на прутки и фасонные профили из нержавеющей стали; ASTM A479 — на прутки и фасонные профили для сосудов, работающих под давлением, и общего применения; ASTM A213 — на бесшовные ферритные и аустенитные трубы из легированной стали для котлов, пароперегревателей, теплообменников и конденсаторов. Одинаковое обозначение марки в этих документах не означает, что все механические требования идентичны.

Спецификации на аустенитные стали обычно устанавливают минимальный предел прочности при растяжении, минимальный предел текучести и минимальное относительное удлинение, однако эти значения относятся к указанному виду продукции и толщине. Холоднокатаная полоса может иметь более высокую прочность, чем отожженная плита, вследствие деформации. Свойства прутка могут изменяться в зависимости от диаметра и термической обработки. Направление испытания может иметь значение при возникновении анизотропии вследствие прокатки или волочения. Ограничения по твердости могут дополнять испытания на растяжение, а не заменять их.

Стандарты ASTM на продукцию также устанавливают требования, выходящие за рамки химического состава и испытаний на растяжение, включая растворяющий отжиг, закалку, размер зерна, испытания на межкристаллитную коррозию, гидростатические или неразрушающие испытания и, где применимо, предельные отклонения размеров. AISC отмечает, что спецификации ASTM на конструкционные стали обычно содержат требования как к химическому составу, так и к механическим свойствам; тот же принцип применим к продукции из нержавеющей стали, хотя конкретные требования зависят от стандарта на соответствующий вид продукции.

Nickel Institute систематизирует справочные данные по сплавам в отдельных таблицах химического состава, механических свойств, физических свойств и спецификаций. Такой подход надежнее, чем присвоение одной универсальной величины предела прочности при растяжении или одного показателя коррозионной стойкости конкретной марке. Данные ASTM, SSINA и Outokumpu следует рассматривать как информацию, связанную со спецификацией: химический состав определяет допустимый сплав, тогда как технология обработки и микроструктура в значительной степени определяют характеристики поставленного материала. Таблица, в которой эти связи не указаны, может выглядеть аккуратно, но не является достаточной документацией на материал.

Таблицы для конструкционной стали и расчетные значения

В таблицах для конструкционной стали S235, S275, S355, S420, S450 и S460 часто располагают в одной стройной последовательности по уровню прочности. Такое представление полезно, но неполно. Обозначение указывает на класс конструкционной стали в рамках системы стандартов; само по себе оно не определяет универсальный химический состав, форму изделия, термообработку, диапазон толщин или сертифицированный результат испытаний.

Таблица материалов в Eurocode 3 является справочной таблицей расчетных характеристик материала, а не таблицей для закупки или химического состава. Ее значения связаны с EN 1993-1-1, Section 3.2.6 и должны рассматриваться совместно с соответствующим стандартом на продукцию. Лист, горячекатаный профиль, полый профиль, кованая деталь и крепеж могут иметь взаимосвязанные обозначения, но при этом подпадать под действие различных требований.

S235, S275, S355, S420, S450 и S460

Буква «S» в этих европейских обозначениях означает конструкционную сталь, тогда как следующая за ней цифра обычно указывает номинальный минимальный предел текучести в мегапаскалях для заданной исходной толщины — как правило, для материала толщиной до 16 мм. Таким образом, согласно этому принципу, S235 означает 235 МПа, S275 — 275 МПа, а S355 — 355 МПа. Аналогично, S420, S450 и S460 указывают номинальные уровни предела текучести 420, 450 и 460 МПа.

Эти значения не являются постоянными для всех толщин. С увеличением толщины установленный минимальный предел текучести может снижаться, поскольку более толстые изделия в процессе производства охлаждаются иначе и могут приобретать менее благоприятные свойства по толщине. В расчетной таблице EN 1993-1-1 номинальные значения для материала толщиной до 16 мм составляют соответственно 235, 275, 355, 420, 450 и 460 МПа. Допустимое расчетное значение уменьшается в более крупных диапазонах толщин. Например, обычно используемые значения для толщины свыше 16 мм и до 40 мм включительно составляют приблизительно 225 МПа для S235, 265 МПа для S275, 345 МПа для S355, 400 МПа для S420, 430 МПа для S450 и 440 МПа для S460. Точное значение необходимо брать из применимой таблицы и стандарта на материал, а не выводить путем интерполяции.

Предел прочности при растяжении является отдельным требованием. Типичные диапазоны от минимального до максимального значения, связанные с этими марками, включают приблизительно 360–510 МПа для S235, 370–530 МПа для S275, 470–630 МПа для S355, 520–680 МПа для S420, 550–720 МПа для S450 и 540–720 МПа для S460 с учетом типа изделия, толщины и состояния поставки. Эти диапазоны перекрываются. S460 определяется не просто тем, что его предел прочности при растяжении на 105 МПа выше, чем у S355, а результат испытания, близкий к верхней границе диапазона S355, не превращает такой материал в S460.

Суффиксы также несут информацию. Обозначения S355JR, S355J0 и S355J2 включают требования к ударной вязкости, связанные с температурой испытания и поглощенной энергией. Обозначения S355N или S355M указывают состояние поставки в соответствии с семейством стандартов EN 10025. Поэтому обозначение без суффикса может не содержать информации, необходимой для различения требований к ударной вязкости, способа обработки и соответствия спецификации.

Химический состав остается важным, но он не объясняет всю таблицу. ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, организует выбор по марке, химическому составу, состоянию обработки, размеру поперечного сечения и требуемому минимальному пределу текучести. Такая структура иллюстрирует основную мысль: состав и прочность связаны между собой, но это не взаимозаменяемые параметры. ASM International указывает, что свойства углеродистых и легированных сталей обусловлены совокупным воздействием химического состава, обработки и микроструктуры. На заявляемый результат могут влиять содержание углерода, марганец, кремний, легирующие добавки, измельчение зерна, история прокатки, охлаждение и термические циклы сварки.

Свойства материала и расчетное сопротивление

Свойство материала — это характеристика стали, измеренная или установленная нормативно. К этой категории относятся предел текучести, предел прочности при растяжении, относительное удлинение, энергия удара и ограничения по химическому составу. Расчетное сопротивление вычисляется на основе этих свойств после применения расчетным стандартом коэффициентов безопасности, правил для сечений, моделей потери устойчивости, ограничений устойчивости и других условий.

Для поперечного сечения, работающего на растяжение, в упрощенном выражении Eurocode может использоваться сопротивление по пределу текучести:

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

где $A$ — соответствующая площадь, $f_y$ — зависящий от толщины предел текучести, а ${\gamma }_{M0}$ — частный коэффициент, установленный Национальным приложением. Это не результат испытания на растяжение. Это сопротивление, назначенное для конкретной расчетной модели разрушения в соответствии с конкретным проектным стандартом.

При расчете на сжатие и изгиб требуются дополнительные проверки. Местная гибкость элементов листа может помешать всей общей площади достичь пластического сопротивления. Потеря устойчивости стержня приводит к введению понижающего коэффициента, зависящего от гибкости и кривой потери устойчивости. Изгибно-крутильная потеря устойчивости может определять несущую способность балки даже при высоком пределе текучести стали. Для сварных соединений могут потребоваться отдельные проверки металла шва, зон термического влияния, нетто-сечений и качества выполнения работ.

Это различие также объясняет, почему более высокая марка не обеспечивает автоматически пропорционального увеличения каждой расчетной несущей способности. Если несущая способность колонны определяется потерей устойчивости эйлерова типа, переход с S355 на S460 может дать незначительный эффект, если определяющей остается ее геометрическая гибкость. Соединение, для которого определяющими являются площадь нетто по отверстиям под болты или вырыв блока, может не получить преимущества в той же пропорции, что и сечение, разрушающееся по пределу текучести общей площади. Расчетное сопротивление относится к элементу и виду разрушения, а не только к обозначению марки стали.

EN 1993-1-1 и контекст стандартов на продукцию

EN 1993-1-1 устанавливает общие правила проектирования стальных конструкций и приводит номинальные свойства материалов для широко применяемых конструкционных марок в Section 3.2.6. Он не заменяет стандарт на продукцию, регулирующий изготовление, химический состав, допуски, испытания, состояние поставки и сертификацию.

Для конструкционной продукции центральное значение имеет серия EN 10025. EN 10025-2 охватывает нелегированные конструкционные стали; EN 10025-3 — нормализованные или нормализованно-прокатанные свариваемые мелкозернистые конструкционные стали; EN 10025-4 — термомеханически прокатанные свариваемые мелкозернистые стали; другие стандарты на продукцию регулируют полые профили, холодноформованные изделия и нержавеющие конструкционные изделия. Обозначение необходимо рассматривать совместно с формой изделия и стандартом. SteelConstruction.info отражает эту систему, связывая европейские марки конструкционной стали со стандартами, устанавливающими требования к их химическим и механическим характеристикам.

Поэтому таблица химического состава, содержащая данные по углероду, марганцу, фосфору, сере, кремнию, хрому, никелю или молибдену, не заменяет таблицу механических свойств. И механическая таблица также не является полной спецификацией для закупки. AISC проводит такое же различие в своем рассмотрении спецификаций ASTM на конструкционные стали: требования к профилям и листам обычно содержат положения как о химическом составе, так и о механических свойствах. Стандарты ASTM также разделяют углеродистые, конструкционные, нержавеющие, ферритные, аустенитные и легированные стали на спецификации с различными правилами испытаний и приемки.

Справочные таблицы Nickel Institute, SSINA, Engineering ToolBox и справочники по сопоставлению стандартов на стали могут помогать систематизировать марки в различных системах, однако приведенные в них данные могут быть типовыми, сокращенными или сравнительными, а не определяющими предельными значениями. Определяющим документом является указанный стандарт на продукцию в указанной редакции для указанного изделия и толщины. Именно на этом уровне S355 становится специфицированным материалом, а не обозначением, оторванным от контекста его производства и проектирования.

ASTM A400 как модель выбора и интерпретации

ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, представляет собой полезную модель, поскольку не рассматривает марку стали как самодостаточную идентификацию материала. В его таблицах взаимосвязаны несколько параметров, которые в популярных таблицах по сталям часто приводятся раздельно или вовсе опускаются: обозначение марки, химический состав, состояние после обработки, размер сечения и требуемый минимальный предел текучести.

Такая структура имеет принципиальное значение. Таблица химического состава отвечает на один вопрос: какие элементы и в каких пределах нормируются для данной марки? Таблица механических свойств отвечает на другой: какие прочность, твердость, пластичность или вязкость требуются при установленных условиях испытаний и для конкретного вида продукции? ASTM A400 рассматривает эти вопросы в контексте задачи выбора, но не стирает различий между ними.

Обозначения марок AISI или ASTM могут сузить область поиска, но не определяют все требования, предъявляемые к поставляемому прутку. Решающее значение по-прежнему имеет применимая спецификация на продукцию. То же относится к указанному диапазону размеров, термической обработке, состоянию поверхности, месту отбора образца, направлению испытания и критериям приемки. Поэтому одна и та же номинальная марка может иметь различные допустимые свойства при изменении формы продукции или размера сечения.

Выбор марки по требуемому пределу текучести

Предел текучести следует рассматривать как исходный параметр выбора, а не как число, скопированное из универсальной таблицы марок. ASTM A400 систематизирует возможные варианты стальных прутков по требуемому минимальному пределу текучести, одновременно показывая химический состав и варианты обработки, связанные с этими вариантами. Такой подход информативнее, чем ранжирование марок от «низкопрочных» до «высокопрочных» без объяснения того, каким образом были получены указанные значения.

Требуемый минимальный предел текучести в первую очередь устанавливает порог эксплуатационных характеристик. Сам по себе он не определяет марку. Этому порогу могут соответствовать несколько марок, различающихся содержанием углерода, марганца, хрома, никеля, молибдена или других легирующих элементов. Эти различия влияют на прокаливаемость, свариваемость, реакцию на термическую обработку, пригодность для различных размеров сечения и иногда на вязкость. ASM International в Metals Handbook связывает свойства углеродистых и легированных сталей с совокупным воздействием химического состава, обработки и микроструктуры. Химический состав является причиной формирования свойств, но не заменяет требования к самим свойствам.

Это различие видно в справочных материалах по конструкционным сталям. Расчетные таблицы Eurocode 3 идентифицируют S235, S275, S355, S420, S450 и S460, приводя расчетные свойства материалов согласно EN 1993-1-1, раздел 3.2.6. Эти расчетные значения относятся к данной расчетной системе; их не следует автоматически переносить на пруток марки ASTM лишь потому, что в таблице приведены близкие значения предела текучести. «S355» — это обозначение EN с конкретным контекстом продукции и стандарта. Оно не является универсальной химической или механической идентичностью, эквивалентной любой стали, расположенной рядом с ним в перечне.

Таблица выбора может показать компромисс между пределом текучести и другими требованиями. Повышение прочности за счет легирования или термической обработки может изменить относительное удлинение, обрабатываемость, требования к процедуре сварки или характеристики при низких температурах. Марка, обеспечивающая минимальный предел текучести 690 МПа в небольшом закаленном и отпущенном прутке, может не обеспечивать это значение в значительно более крупном сечении и может быть невзаимозаменяемой с нормализованной продукцией, имеющей то же номинальное обозначение.

Для приведенного значения предела текучести также необходимо знать основу испытания. Минимальный нормируемый предел текучести может определяться по площадке текучести или методом заданного условного смещения — в зависимости от стандарта. На результат могут влиять расчетная длина образца, ориентация образца и место отбора. Таблица, в которой указан только «предел текучести» без этих сведений, является неполной, даже если ее числовое значение скопировано правильно.

Состояние после обработки и размер сечения

Обработка служит связующим звеном между химическим составом и механическими свойствами. Горячая прокатка, нормализация, отжиг, закалка и отпуск, холодная обработка и снятие напряжений формируют различную микроструктуру даже при одинаковом химическом составе плавки. Важна также скорость охлаждения. Небольшой пруток теряет тепло быстрее крупного, поэтому при охлаждении в нем может сформироваться иная структура превращения. Центральная часть массивного сечения может охлаждаться настолько медленно, что останется мягче поверхности, либо потребует иного режима термической обработки.

ASTM A400 учитывает это на практике, связывая выбор с состоянием после обработки и размером сечения, а не приводя одно значение прочности для всей марки. Таблица для прутков может различать горячекатаный материал и материал после закалки и отпуска либо разделять диапазоны диаметров перед указанием минимальных значений предела текучести. Причина этого носит металлургический, а не редакционный характер. Содержание углерода и легирующих элементов влияет на прокаливаемость, однако прокаливаемость не означает, что в каждом месте каждого сечения будут достигнуты одинаковые твердость или прочность.

Толщина и диаметр также могут изменять нормируемый минимум. В спецификациях на продукцию механические требования обычно разделяются по размерам, поскольку крупные сечения труднее равномерно прокалить и в их центральных частях могут наблюдаться более низкие свойства. Таблица химического состава не позволяет выявить это ограничение. Механическую таблицу также нельзя правильно интерпретировать, если игнорировать ее столбец размеров.

Фактическое требование приемки определяется спецификацией на продукцию. ASTM A400 представляет собой практику выбора, тогда как спецификация ASTM на конкретную продукцию устанавливает требования к определенному изделию. Стандарты ASTM охватывают химические, механические, металлургические и другие требования к углеродистым, конструкционным, нержавеющим, ферритным, аустенитным и легированным сталям. AISC также разъясняет, что спецификации ASTM на конструкционные профили и листовой прокат обычно содержат как требования к химическому составу, так и требования к механическим свойствам. Поэтому при использовании любой табличной записи для инженерных решений необходимо указывать точную спецификацию, ее редакцию, дополнительные требования и обозначение, приведенное в заказе.

Справочные материалы по нержавеющим сталям демонстрируют такое же разделение. В таблицах SSINA приведены состав в массовых процентах и нормируемые механические свойства аустенитных нержавеющих марок, на которые распространяются спецификации ASTM на продукцию. Nickel Institute представляет данные о химических, механических и физических свойствах, а также сведения о спецификациях как отдельные классы информации. Эти форматы полезны именно потому, что не создают впечатления, будто одного лишь содержания никеля, хрома или углерода достаточно для прогнозирования полного поведения материала в эксплуатации.

Использование справочника по выбору без неправильного его применения

Справочник по выбору позволяет систематизировать возможные варианты, показать, почему две марки невзаимозаменяемы, и выявить зависимость прочности от обработки или размера сечения. Он помогает инженеру перейти от требуемого минимального предела текучести к краткому перечню вероятных марок, а затем сопоставить химический состав, прокаливаемость, пластичность и состояние после обработки. Одновременно такой справочник предостерегает от ложного отождествления. Именно поэтому в Handbook of Comparative World Steel Standards сравнительные таблицы химического состава отделены от сравнительных таблиц механических свойств: соответствие обозначений не доказывает эквивалентность спецификаций.

Справочник не может заменить действующую спецификацию на продукцию. Он не может сертифицировать плавку, подтвердить сертификат заводских испытаний, установить фактические свойства непроверенной детали или гарантировать характеристики за пределами указанных в источнике размера, состояния, ориентации, температуры и метода испытания. Репрезентативные сравнительные таблицы, такие как перечни содержания углерода, хрома, марганца, молибдена, никеля, фосфора, серы и кремния в Engineering ToolBox, полезны для ориентирования, но не заменяют обязательные предельные значения. То же предостережение относится к справочникам, таблицам поставщиков и перечням марок, сопоставленных между различными стандартами.

Таким образом, правильная последовательность проста, но требует строгого соблюдения: определить форму продукции и стандарт, установить требуемые минимальные свойства, определить допустимый размер и состояние после обработки, проверить химический состав и дополнительные требования, а затем сопоставить поставленный материал с применимой сертификацией и результатами испытаний. ASTM A400 помогает на этапе выбора. Он не выполняет за пользователя этапы установления спецификации, изготовления или приемки.

Как сопоставлять марки в системах ASTM, EN и других системах

Название марки — это отправная точка, а не идентификация материала. Системы ASTM, EN, JIS, GB, ISO и другие системы присваивают обозначения в рамках различных стандартов на продукцию, и эти стандарты могут устанавливать требования к химическому составу, прочности, вязкости, термической обработке, размерам, испытаниям и допустимым способам производства. Поэтому «S355», «A572 Grade 50» и «AISI 1045» нельзя считать взаимозаменяемыми обозначениями лишь потому, что справочная таблица помещает их в одну строку.

Handbook of Comparative World Steel Standards на практике демонстрирует это различие: его сравнительные таблицы для деформируемых и литых легированных сталей отделяют химический состав от механических свойств. Такое разделение — не просто редакторское решение. Химический состав описывает пределы содержания таких элементов, как углерод, марганец, хром, никель, фосфор и сера; таблица механических свойств показывает результаты, полученные при определённых условиях обработки и испытаний. Это взаимосвязанные наборы данных, но они не заменяют друг друга.

Сходство химического состава двух обозначений не доказывает идентичность стандартов на изделия, правил обработки, требований к вязкости или минимальных механических характеристик. Strong evidence

Химическое сходство не означает эквивалентность спецификаций

Таблица химического состава может показать, что две марки находятся в близком диапазоне состава. Но сама по себе она не может подтвердить, что эти марки соответствуют одной и той же спецификации на продукцию или одинаково ведут себя в эксплуатации.

Рассмотрим углеродистые и низколегированные конструкционные стали. ASTM A572/A572M Grade 50 и EN 10025-2 S355 часто сопоставляют, поскольку их номинальные минимальные пределы текучести для некоторых форм продукции и диапазонов толщины находятся в близком диапазоне. Однако их системы спецификаций по-прежнему различаются по ограничениям химического состава, категориям продукции, обозначениям вязкости, требованиям к поставке, правилам определения размеров и положениям об испытаниях. Таблица, в которой указаны только углерод, марганец, фосфор и сера, скрывает эти различия.

Та же проблема возникает и в случае нержавеющей стали. «304» может обозначать марку AISI, марку продукции ASTM, например Type 304 в рамках конкретной спецификации на продукцию, либо европейское обозначение, такое как 1.4301, связанное с X5CrNi18-10. В обычной практике эти обозначения частично перекрываются, но обязательные требования зависят от стандарта на конкретную продукцию. SSINA отделяет таблицы состава в массовых процентах от заданных механических свойств для аустенитных марок нержавеющей стали, на которые распространяются спецификации ASTM на продукцию. Такой формат не позволяет ошибочно принять диапазон состава за полный набор требований к поставке.

ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, служит полезным предостережением против упрощённых таблиц марок. В нём приведены рекомендации по выбору с учётом марки, состава, состояния обработки, размера сечения и требуемого минимального предела текучести. Обозначение прутка не имеет того же значения без этих сопутствующих переменных. Холодное волочение, отжиг, нормализация, закалка и отпуск либо горячая прокатка могут приводить к существенно различающимся прочности и пластичности даже при близком химическом составе.

В материалах ASM по углеродистым и легированным сталям указана металлургическая причина этого: свойства являются результатом совокупного воздействия химического состава, обработки и микроструктуры. Содержание углерода может влиять на твёрдость и прокаливаемость, но оно не определяет однозначно предел текучести, ударную вязкость, сопротивление усталости, относительное удлинение или остаточные напряжения. Имеют значение также размер зерна, скорость охлаждения, продукты превращения, отпуск, содержание неметаллических включений и предшествующая деформация.

Сравнение химического состава остаётся полезным. Оно позволяет выявлять очевидные несоответствия, определять, является ли марка низкоуглеродистой или содержащей хром, а также проверять наличие элементов, влияющих на свариваемость или коррозионную стойкость. Однако такие данные следует оставлять в таблице химического состава, указывая рядом с каждой маркой применимый стандарт на продукцию и его редакцию. Показательное сопоставление, например опубликованное Engineering ToolBox, не является обязательным пределом, установленным спецификацией.

Сопоставление механических свойств при согласованных условиях

Механические значения становятся сопоставимыми только после согласования условий испытаний и поставки. Как минимум необходимо зафиксировать форму продукции, применяемый стандарт и его редакцию, состояние поставки, толщину или размер сечения, направление испытания, температуру испытания, метод испытания и требуемый вид свойства.

Прежде всего необходимо учитывать форму продукции. Для листа, горячекатаного прутка, проволоки, трубы, поковки и конструкционного профиля могут применяться разные стандарты, даже если обозначение выглядит одинаковым. ASTM A36/A36M для углеродистой конструкционной стали, ASTM A29/A29M для горячедеформированных прутков из легированной и углеродистой стали и ASTM A276/A276M для прутков из нержавеющей стали — это не взаимозаменяемые документы. Их таблицы механических свойств относятся к разным видам продукции и могут устанавливать различные условия отбора образцов или термической обработки.

Толщина и размер сечения могут изменять требуемое минимальное значение. В таблицах EN для конструкционных сталей требование к пределу текучести для таких марок, как S235, S275, S355, S420, S450 и S460, связано с диапазонами толщины в соответствии с применимыми положениями о продукции и проектировании. Еврокод 3, EN 1993-1-1, раздел 3.2.6, затем устанавливает расчётные свойства материалов для конструкционной стали; эти расчётные значения не являются просто результатами испытания на растяжение, скопированными из общей таблицы марок. Пластина, испытанная в продольном направлении при комнатной температуре, не может автоматически считаться сопоставимой с толстым сечением, испытанным в поперечном направлении, или со значением, скорректированным для проектирования при повышенной температуре.

Необходимо также указывать состояние поставки. Термины «нормализованное», «термомеханически прокатанное», «закалённое и отпущенное», «отожжённое» и «в состоянии после прокатки» описывают различные металлургические состояния. Стандарты ASTM и EN могут связывать с одним и тем же широким семейством марок отдельные суффиксы, классы или требования к состоянию. Минимальная прочность при растяжении, указанная для закалённого и отпущенного прутка, не может использоваться как характеристика отожжённого прутка только потому, что оба изделия имеют одинаковое номинальное обозначение сплава.

Метод испытания влияет на сообщаемое значение. Предел текучести может означать выраженную площадку текучести либо условный предел текучести при 0,2 % пластической деформации. Относительное удлинение зависит от расчётной длины и геометрии образца. Энергия удара по Шарпи зависит от ориентации надреза, температуры испытания, размера образца и правил представления результатов. Пересчёт твёрдости также имеет условный характер: пересчитанное значение по Роквеллу, Бринеллю или Виккерсу не эквивалентно результату прямого испытания без учёта применимого стандарта пересчёта.

Таким образом, обоснованный порядок сопоставления является последовательным:

1. Определить форму продукции и точную спецификацию на продукцию. 2. Зафиксировать применимый стандарт, его редакцию, марку, класс, тип и дополнительные требования. 3. Извлечь пределы химического состава из этого документа, а не из общей таблицы обозначений. 4. Зафиксировать состояние поставки, термическую обработку, толщину, диаметр, толщину стенки или размер сечения. 5. Согласовать направление испытания, геометрию образца, температуру испытания и метод испытания. 6. Сопоставлять одинаковые механические требования: предел текучести с пределом текучести, прочность при растяжении с прочностью при растяжении, энергию удара с энергией удара. 7. Отдельно проверить требования к свариваемости, вязкости, коррозионной стойкости, усталостной прочности и размерам. 8. Убедиться, что предполагаемый проектный код допускает применение предлагаемого материала.

Таблицы Nickel Institute демонстрируют такую дисциплинированную организацию данных, отделяя химические, механические, физические данные и сведения о спецификациях. Аналогичную структуру следует применять и к справочным материалам по сталям: химический состав — в одной таблице, механические требования — в другой, а примечания о квалификации — рядом с обеими.

Ограничения таблиц перекрёстных ссылок

Таблицы перекрёстных ссылок являются инструментами предварительного отбора. Они полезны для поиска возможных марок-кандидатов, выявления семейств с близким содержанием легирующих элементов и определения стандартов, требующих дальнейшего изучения. Однако они не дают оснований для прямой замены одной марки другой.

Таблица может объединять несколько редакций стандарта в одной строке, не указывать форму продукции, приводить типичный состав вместо максимального предела или показывать механическое значение, относящееся к другому диапазону толщины. Она также может смешивать национальное обозначение со стандартом на продукцию. Например, «AISI 1045» обозначает широко известный состав углеродистой стали, но само по себе не устанавливает требования к конкретному прутку, листу, поковке, состоянию после термической обработки или проектной области применения.

Правильный вывод из перекрёстного сопоставления носит условный характер: указанная марка может быть кандидатом для технического рассмотрения по названному стандарту и в указанном состоянии. Замена требует проверки по спецификации материала, сертификату инспекции, проектному коду, производственной процедуре и требованиям эксплуатации. Сходство химического состава свидетельствует о близости, но не доказывает эквивалентность. Ни общий номер, ни знакомое название не могут заменить такую проверку.

Испытания, отбор проб и значение указанного результата

Таблица характеристик стали не сообщает о свойстве изолированно. Она представляет результат определённого химического анализа или механического испытания, выполненного на отобранной пробе при установленных условиях и оценённого по правилу приемки. Исключение любого из этих элементов может изменить значение числового результата.

Именно поэтому обозначение марки не может служить полной идентификацией материала. ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, систематизирует сведения о прутках по марке, химическому составу, состоянию после обработки, размеру поперечного сечения и требуемому минимальному пределу текучести. Его структура ясно показывает существующее ограничение: одна и та же номинальная марка может требовать различной интерпретации при изменении формы изделия, размера, термической обработки или применяемой спецификации.

Плавочный и продукционный анализ

Плавочный, или ковшевой, анализ описывает химический состав жидкой стали, представленной конкретной плавкой. Производитель обычно отбирает пробу в процессе выплавки стали, до разливки материала в слитки или получения непрерывнолитых изделий. Предполагается, что указанные значения характеризуют плавку в целом. Они не обязательно являются прямым измерением состава готового листа, прутка, поковки или трубы.

Продукционный анализ выполняют на материале, взятом из изготовленного изделия. Поэтому его результат может отражать место отбора пробы, ликвацию в процессе затвердевания, состояние поверхности, механическую обработку и локальные изменения химического состава. Предельное значение для продукционного анализа может отличаться от предельного значения для ковшевого анализа, поскольку эти два анализа отвечают на разные вопросы: какой состав был получен в печи и какой состав присутствует в поставляемом изделии в месте отбора пробы?

Это различие особенно важно для элементов, содержание которых ограничено узкими пределами. Углерод, сера, фосфор, азот и легирующие элементы, такие как хром, никель, молибден и ванадий, могут указываться с точностью до нескольких знаков после запятой, однако отображаемая точность не гарантирует эквивалентной точности измерения. Результат 0,018% серы при предельном значении 0,020% всё равно зависит от аналитического метода, калибровки, подготовки пробы и правила округления, установленного применимым стандартом.

В таблице состава может быть указано одно репрезентативное значение для нержавеющей стали 304, например приблизительное содержание хрома или никеля. SSINA, напротив, приводит диапазоны состава в массовых процентах и установленные механические свойства для аустенитных марок нержавеющей стали, охватываемых товарными спецификациями ASTM. Последние являются требованиями спецификации; первые могут служить полезным ориентиром для сравнения. Их не следует считать взаимозаменяемыми.

Такая же осторожность необходима при работе со сравнительными таблицами, в которых обозначения UNS, EN, JIS и ASTM расположены в соседних столбцах. Handbook of Comparative World Steel Standards разделяет сравнительные таблицы химического состава и механических свойств, поскольку химическое сходство не подтверждает идентичность требований к обработке, форм изделий, методам испытаний или критериям приемки. Термин «эквивалентный» часто является сокращённым обозначением ограниченного сравнения, а не доказательством того, что один материал можно заменить другим в рамках любого стандарта.

Максимальное значение является верхней границей. Минимальное значение является нижней границей. Диапазон имеет обе границы. Указанный номинальный или типичный состав может описывать ожидаемую практику, не определяя допустимый интервал приемки. Эти категории должны оставаться разделёнными в таблице.

Условия испытаний на растяжение и твёрдость

Механические свойства зависят от определения условий испытания ещё сильнее, чем значения химического состава. Предел прочности при растяжении, предел текучести, удлинение, относительное сужение и твёрдость описывают реакцию конкретного образца при выполнении конкретной процедуры. Они не являются фиксированными постоянными, которыми обладает каждый фрагмент материала с одним и тем же обозначением марки.

Прежде всего имеет значение место отбора пробы. Образец может быть взят на установленном расстоянии от поверхности, из центра прутка, поперёк толщины листа или с определённого конца изделия. Образец, взятый у поверхности, может показать свойства, отличающиеся от свойств образца из центральной зоны, поскольку скорость охлаждения, ликвация, обезуглероживание и последующая термическая обработка меняются по сечению. Для прокатанного изделия место испытания также может определять, представляет ли образец головную, среднюю или хвостовую часть листа или прутка.

Ориентация изменяет результат. Продольный образец ориентирован вдоль основного направления прокатки или волочения; поперечный образец отбирают поперёк этого направления. Прокатка вытягивает зёрна и включения, тогда как ковка и волочение иным образом изменяют микроструктуру. Поэтому продольное удлинение, поперечный предел текучести и пластичность в направлении толщины не являются разными обозначениями одного универсального свойства.

Важна также расчётная длина образца. Удлинение, измеренное на короткой расчётной длине, нельзя напрямую сопоставлять с удлинением, измеренным на более длинной длине, даже если оба значения указаны в процентах. При разрушении шейка локализуется, поэтому доля общего удлинения, приходящаяся на расчётную длину, изменяется в зависимости от геометрии образца. Таблица, в которой приведено значение удлинения без размеров образца и стандарта испытания, не содержит существенной информации.

Температура испытания является ещё одним граничным условием. Прочность и пластичность могут значительно изменяться при переходе от комнатной температуры к испытанию при отрицательной или повышенной температуре. На указанный результат также могут влиять скорость нагружения, метод применения экстензометра, определение точки текучести и принятый способ расчёта. Термин «предел текучести» может означать физический предел текучести или условный предел текучести при заданном смещении — в зависимости от применяемого стандарта.

Значения твёрдости требуют такой же строгости. При испытаниях по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу применяются разные инденторы, нагрузки, выдержки под нагрузкой и правила пересчёта. Значение по шкале Rockwell B нельзя безоговорочно сравнивать со значением по шкале Rockwell C, а таблица пересчёта твёрдости не превращает пересчитанное число в результат прямого измерения. На вдавливание могут влиять шероховатость поверхности, кривизна, окалина, толщина образца и локальная микроструктура.

Как поясняет American Institute of Steel Construction, спецификации ASTM для конструкционных стальных профилей и листов обычно содержат требования как к химическому составу, так и к механическим свойствам. Эти две группы требований взаимосвязаны. Химический состав устанавливает пределы содержания элементов; испытания подтверждают, что поставленное изделие после предусмотренной обработки соответствует требуемым эксплуатационным характеристикам.

Приемочные значения, средние значения и разброс

Установленный минимум является порогом, которому принятый результат должен соответствовать или превышать его. Установленный максимум является верхним пределом, который нельзя превышать. Установленный диапазон налагает оба условия. Ни одно из этих понятий не является средним значением.

Отдельный результат испытания относится к одному образцу или одному месту испытания. Среднее значение объединяет несколько результатов, однако правило усреднения может быть ограничено стандартом на изделие. Некоторые стандарты оценивают каждый отдельный результат; другие при определённых обстоятельствах допускают повторное испытание, усреднение или замену недействительного образца. Поэтому у материала может быть средний предел прочности при растяжении выше указанного минимума, тогда как один отдельный результат не соответствует требованию к индивидуальному результату.

Разброс не обязательно свидетельствует о плохом качестве материала. Он может возникать вследствие обычных микроструктурных различий, положения образца, воспроизводимости работы испытательной машины, техники оператора и неопределённости измерения. Результат 500 МПа не следует воспринимать как точную физическую границу, если метод испытания и прибор имеют конечное разрешение. Неопределённость не отменяет предела приемки, но объясняет, почему значения, близкие к этому пределу, требуют применения установленного стандартом правила принятия решения, а не произвольного округления.

Это различие видно в расчётных таблицах. Eurocode 3 приводит расчётные характеристики материалов для S235, S275, S355, S420, S450 и S460 в соответствии с EN 1993-1-1, раздел 3.2.6. Это значения, установленные для проектирования конструкций в рамках соответствующей нормативной системы, а не универсальные результаты испытания на растяжение для любого изделия с обозначением S. ASTM A400 аналогичным образом связывает минимальный предел текучести с размером прутка и состоянием после обработки.

Таким образом, табличное значение неотделимо от метода его получения и правила приемки. Прежде чем сравнивать две записи, необходимо установить, относится ли каждая из них к плавочному или продукционному анализу, является ли указанное значение типичным или представляет собой предел спецификации, относится ли оно к среднему или отдельному результату, а также выполнено ли испытание на растяжение или измерение твёрдости при одинаковых температуре, ориентации, расчётной длине, месте отбора пробы и состоянии изделия. Без этой информации числовая точность может создать ложное впечатление сопоставимости.

Распространённые ошибки в таблицах свойств стали

Таблица по стали может выглядеть авторитетно, одновременно незаметно объединяя значения, относящиеся к разным стандартам, видам продукции или условиям испытаний. Первый вопрос должен звучать не «Какова марка?», а «Какому документу и состоянию соответствует это число?». В таблицах химического состава указывают предельные значения или диапазоны содержания элементов, обычно в массовых процентах. В таблицах механических свойств приводят требования или измеренные результаты, такие как предел текучести, предел прочности при растяжении, относительное удлинение, твёрдость, ударная энергия или предел выносливости. Эти два типа таблиц связаны между собой, но не являются взаимозаменяемыми.

ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, прямо подчёркивает это положение: выбор стального прутка включает марку, химический состав, состояние после обработки, размер поперечного сечения и требуемый минимальный предел текучести. Указание марки без этих уточнений является неполным.

Смешение номинальных, типичных, минимальных и максимальных значений

Наиболее распространённая ошибка — размещение несопоставимых значений в соседних столбцах без указания их статуса. Термины «номинальный», «типичный», «минимальный» и «максимальный» описывают разные виды информации.

Номинальный состав — это целевое или обозначенческое значение. В таблице может быть указано приблизительно 0,40 % углерода для среднеуглеродистой стали, однако применимая спецификация на продукцию может допускать диапазон, например 0,37–0,44 % C, а также устанавливать отдельные ограничения для марганца, фосфора, серы, кремния или остаточных элементов. Максимальное значение является границей соответствия требованиям; это не ожидаемый результат анализа. Минимальный предел прочности при растяжении также является граничным значением, а не прочностью, которую будет демонстрировать каждый отдельный образец или изделие.

Типичные значения особенно опасны, когда их статус не указан. Производитель, справочник или лаборатория могут привести репрезентативный предел текучести для нормализованного материала, тогда как стандарт требует лишь минимального значения для определённой толщины и состояния поставки. Репрезентативный результат может быть полезен для сравнения, но он не заменяет приёмочное требование. Таблица, в которой для одной марки указано «предел текучести: 355 MPa» без уточнения, является ли 355 MPa минимальным значением, номинальным расчётным значением или типичным результатом испытания, создаёт условия для ошибочного вывода.

Единицы измерения создают второй вариант той же проблемы. Запись «прочность: ksi» без указания, идёт ли речь о пределе текучести или пределе прочности при растяжении, является некорректной; запись «твёрдость: 220» столь же неполна, поскольку 220 HBW, 220 HV и 220 HRC имеют совершенно разные значения. Для относительного удлинения необходимо указывать расчётную длину, обычно 5,65√A или установленную в дюймах расчётную длину. Для энергии удара по Шарпи необходимо указать температуру испытания, ориентацию образца, размер образца и часто количество образцов. Округление также может скрывать границы соответствия требованиям. Указанные 0,20 % углерода могут соответствовать 0,195 %, 0,204 % или широкому допустимому диапазону, поэтому округлённое сравнение не следует рассматривать как предельное значение спецификации.

В таблице должно быть указано, является ли каждое значение требуемым минимумом, допустимым максимумом, диапазоном состава, номинальным целевым значением или типичным измеренным значением. Если это не указано, читатель должен исходить из того, что такое число непригодно для принятия решений о соответствии.

Перенос значений между стандартами на разные виды продукции

Одно и то же обозначение может встречаться в разных стандартах, не подразумевая идентичных требований. Стальные листы, прутки и конструкционные профили из ASTM A36 не регулируются автоматически одной общей таблицей лишь потому, что обозначение хорошо известно. Стандарты на конкретную продукцию могут устанавливать различные ограничения по химическому составу, правила в отношении толщины, положения об испытаниях, состояния поставки и механические требования.

AISC разъясняет, что спецификации ASTM на конструкционные стальные профили и листы обычно содержат как требования к химическому составу, так и требования к механическим свойствам. Эти требования относятся к конкретной спецификации ASTM на данный вид продукции. Перенос строки о химическом составе из одного документа и строки о прочности из другого может создать материал, который фактически не определён ни одним стандартом.

Толщина часто не указывается. Требования к пределу текучести и пределу прочности могут изменяться в зависимости от толщины листа или профиля, поскольку при увеличении размеров изменяются скорость охлаждения, ликвация и микроструктура по толщине. Поэтому таблица, в которой для S355 приведено одно значение предела текучести, является неполной, если в ней не указаны применимый стандарт и интервал толщины. В разделе 3.2.6 EN 1993-1-1 Еврокод 3 приводит расчётные свойства материалов для S235, S275, S355, S420, S450 и S460, однако это значения, установленные расчётным стандартом, а не разрешение переносить каждое из них в таблицы по ASTM, JIS или в сертификат завода-изготовителя.

Такая же осторожность необходима и в отношении нержавеющих сталей. SSINA приводит состав в массовых процентах и установленные механические свойства для аустенитных марок, охватываемых стандартами ASTM на конкретную продукцию. Значения химического состава и прочности должны оставаться связанными с соответствующим видом продукции и документом ASTM. Строка о составе для листа не может автоматически распространяться на прутки, поковки, проволоку или отливки.

Сопоставление между стандартами требует ещё большей дисциплины. Handbook of Comparative World Steel Standards разделяет сравнительные таблицы химического состава и механических свойств для международных систем обозначений. Это разделение существенно: сходные названия могут указывать на близкий химический состав, но не доказывают идентичность обработки, ударной вязкости, свариваемости, диапазона размеров или требований к сертификации. Репрезентативные сравнения в стиле Engineering ToolBox могут помочь показать, что одна марка содержит больше хрома или никеля, чем другая, но они не устанавливают обязательных предельных значений.

Перед принятием перенесённого значения следует зафиксировать номер стандарта, его издание, вид продукции, состояние поставки, диапазон толщины или диаметра, направление испытания, температуру испытания и систему единиц. Если какой-либо пункт отсутствует, число является основанием для дальнейшей проверки, а не подтверждённым требованием.

Рассмотрение обозначений марок как полных спецификаций материала

«304», «A36», «S355» и «4140» — это обозначения, а не полные описания конкретного изделия из стали. Их значение зависит от документа, который их определяет, и от поставляемой продукции. Даже в пределах одного обозначения состояния после отжига, нормализации, закалки и отпуска, холодной обработки или прокатки могут приводить к различным свойствам.

ASM International указывает, что свойства углеродистых и легированных сталей обусловлены совокупным воздействием химического состава, обработки и микроструктуры. По одному лишь химическому составу нельзя предсказать единственное значение предела текучести, твёрдости, ударного показателя или относительного удлинения. Две плавки с близким содержанием углерода и хрома могут различаться из-за размера зерна, температуры отпуска, степени обжатия, неметаллических включений или истории охлаждения.

Таблица, в которой указано «4140: 0,40 % C, 1,0 % Cr, 1,0 % Mn, 0,25 % Mo», может быть полезным приближённым описанием состава, но она не сообщает, находится ли материал в отожжённом состоянии или состоянии после закалки и отпуска, а также является ли он прутком, листом, трубой или готовой деталью. Аналогично, обозначение «нержавеющая сталь 304» не указывает, относится ли запись к листу по ASTM A240, прутку по ASTM A276 или другой спецификации на продукцию. Применимый документ может устанавливать иные механические испытания или дополнительные требования.

Устаревшие издания создают ещё одну проблему. Стандарты пересматривают предельные значения химического состава, методы испытаний, номенклатуру, интервалы толщины и ссылки на другие документы. Тщательно оформленная таблица может сохранять значения из старого издания, представляя их как действующие. В каждой таблице следует указывать обозначение стандарта, его издание или редакцию, а также дату проверки. Кроме того, необходимо определить, является ли значение требованием спецификации, расчётным значением или типичным свойством из справочника.

Nickel Institute разделяет в своих таблицах данные о химическом составе, механических и физических свойствах, а также данные спецификаций; это полезная модель. В надёжной таблице по стали эти категории должны быть разделены, все единицы и условия испытаний — указаны, округлённые или репрезентативные значения — отмечены, а каждое требование — связано с применимым стандартом. Без этого контекста точность оформления лишь затрудняет обнаружение ошибки.

Шаблон справочной вики-статьи для надёжных таблиц характеристик стали

Надёжная таблица характеристик стали должна указывать документ, который придаёт конкретному значению нормативную силу. Одного обозначения марки недостаточно. «S355», «304», «AISI 4140» или «ASTM A36» могут обозначать родственные группы материалов, однако применимый стандарт на продукцию, форма продукции, состояние поставки, размеры и требования к испытаниям определяют, что именно означает это обозначение в конкретной таблице.

ASTM A400, Standard Practice for Steel Bars, Selection Guide, Composition, and Mechanical Properties, наглядно демонстрирует эту проблему. В его табличных рекомендациях учитываются марка, химический состав, состояние после обработки, размер поперечного сечения и требуемый минимальный предел текучести. Таблица для прутков, скопированная в таблицу для листового проката, является не просто неполной: она может приписать неправильные требования не той продукции. AISC также поясняет, что спецификации ASTM для конструкционных стальных профилей и листов обычно содержат как требования к химическому составу, так и требования к механическим свойствам. Эти две группы требований не следует объединять в одну неразличимую таблицу «свойств стали».

Обязательные поля для таблиц химического состава

Каждая таблица химического состава должна начинаться с точного обозначения марки в том виде, в каком оно приведено в нормативном документе, с последующим указанием формы продукции. Примеры: «плита ASTM A240 Type 304», «пруток ASTM A276 Type 316», «плита EN 10025-2 S355JR» или «SAE J403 4140». Само по себе обозначение «нержавеющая сталь 304» является поисковой меткой, а не полной спецификацией.

Применимый стандарт должен быть указан в отдельном поле. Если это влияет на требование, следует привести редакцию или пересмотр документа, а также указать, является ли цитируемый документ спецификацией на материал, стандартом обозначений, справочником для сопоставления или информационным листком с данными. ASTM A400 содержит рекомендации для стальных прутков; его не следует представлять так, будто он распространяется на любую продукцию, изготовленную из указанной марки. Для европейских конструкционных сталей EN 10025-2 и соответствующий расчётный стандарт выполняют разные функции. Перечень сопоставления обозначений должен быть обозначен именно как сравнительный, а не как нормативный.

Указывайте каждый приведённый элемент с его единицей измерения. Массовую долю следует записывать как wt.% или как массовую долю, не оставляя это на усмотрение читателя. Полезный заголовок может выглядеть так: «C, wt.% максимум», «Mn, wt.%», «P, wt.% максимум», «S, wt.% максимум», «Cr, wt.%», «Ni, wt.%», «Mo, wt.%» и «N, wt.% максимум». Различайте максимальное и минимальное значения, диапазон, остаточное содержание и остальное — баланс. Запись «Fe — остальное» не означает, что все неуказанные элементы допускаются без ограничений.

В таблице должны быть указаны состояние продукции и диапазон размера или толщины, к которому относится требование по химическому составу. В одних стандартах один и тот же плавочный анализ применяется к разным видам продукции, тогда как другие различают плавочный анализ и анализ продукции. Редакционное примечание должно пояснять, какой именно вариант приведён. Если стандарт допускает элемент только в качестве добавки или указывает его как остаточный, этот статус должен быть приведён рядом со значением.

Не превращайте ориентировочные сопоставления в предельные значения спецификации. Например, Engineering ToolBox сопоставляет марки, используя ориентировочные значения массовой доли углерода, хрома, марганца, молибдена, никеля, фосфора, серы и кремния. Такая таблица может показать общие взаимосвязи состава, но не может заменить нормативные пределы, установленные ASTM, EN, JIS, SAE или другим стандартом на продукцию. В Handbook of Comparative World Steel Standards сравнительные таблицы химического состава также отделены от таблиц механических свойств в различных системах обозначений; это разделение следует сохранять.

Таким образом, запись в таблице химического состава должна включать следующие поля: обозначение марки; форма продукции; применимый стандарт; редакция или пересмотр; плавочный анализ или анализ продукции; химический элемент; значение; единица измерения; тип предела; состояние; диапазон размера или толщины; сведения о разрешённых добавках или остаточном содержании; ссылка на источник. Если значение представляет собой редакционное сравнение, помечайте его как «ориентировочное», а не как «нормируемое».

Обязательные поля для таблиц механических свойств

Для механических свойств требуется больше контекста, чем для химического состава. В таблице должно быть указано, является ли каждое число нормируемым, то есть установленным требованием стандарта, или типичным, то есть наблюдаемым либо опубликованным ориентировочным значением. Нормируемый минимальный предел текучести нельзя приравнивать к типичному пределу текучести, и ни один из них автоматически не является расчётным сопротивлением.

Точно определяйте свойство. Термин «прочность» слишком расплывчат. Используйте предел текучести, условный предел текучести, предел прочности при растяжении, относительное удлинение, относительное сужение, твёрдость, ударную энергию, усталостную прочность или трещиностойкость, при необходимости указывая соответствующее обозначение: $R_e$, $R_{p0.2}$, $R_m$ или $A$. Указывайте, измерялось ли удлинение на базе 50 мм, 80 мм или другой расчётной длине. Указывайте шкалу твёрдости — HBW, HRC, HV — и не объединяйте несопоставимые шкалы в один рейтинг без указания источника.

Форма продукции и применимый стандарт по-прежнему обязательны. Таблицу для плиты ASTM A36 нельзя без пояснений применять к прутку ASTM A36, а значение для EN 10025-2 S355JR автоматически не является значением для S355J2. Указывайте состояние поставки, например горячекатаное, нормализованное, нормализованное после прокатки, закалённое и отпущенное, отожжённое, растворённо-отожжённое или холоднодеформированное. Термическая обработка может изменить прочность и пластичность, даже если номинальная марка остаётся неизменной.

Фиксируйте интервал размера или толщины, с которым связано требование. Предел текучести конструкционной стали часто меняется в зависимости от толщины, поэтому одно значение, приведённое рядом с S235, S275, S355, S420, S450 или S460, может вводить в заблуждение. В таблицах свойств материалов для Eurocode 3 указаны расчётные свойства согласно EN 1993-1-1, раздел 3.2.6; эти значения относятся к расчётной системе, а не к универсальной таблице сертификатов металлургического предприятия.

Направление испытания должно быть указано явно: продольное, поперечное, короткопоперечное, по толщине или неуказанное. Добавляйте метод испытания и его редакцию, например ASTM E8/E8M для испытаний на растяжение, ASTM E23 для испытаний на ударный изгиб по Шарпи, ASTM E18 для определения твёрдости по Роквеллу или применимый метод EN. Если источник это устанавливает, указывайте ориентацию образца, температуру испытания и место отбора образца. Значение по Шарпи при −20 °C нельзя сравнивать с неуточнённым значением ударной вязкости при комнатной температуре.

Отделяйте механические данные от физических свойств. Nickel Institute организует химический состав, механические свойства, физические свойства и спецификации как разные классы данных. Такая структура не позволяет принять плотность, модуль упругости, тепловое расширение, электрическое сопротивление и теплопроводность за требования к прочности. Расчётные значения заслуживают отдельной, четвёртой таблицы. Они зависят от применимого расчётного стандарта, формата коэффициентов безопасности, условий воздействия, правил расчёта устойчивости и иногда температуры.

Запись о механических свойствах должна содержать: марку; форму продукции; стандарт и редакцию; состояние; размер или толщину; определение свойства; значение и единицу измерения; статус «нормируемое» или «типичное»; направление испытания; температуру испытания; метод испытания и его редакцию; сведения об образце; ссылку на источник. Везде, где значение пересчитано, усреднено, округлено или взято из вторичного источника, добавляйте явную оговорку.

Практика цитирования, учёта редакций и прослеживаемости

Каждая строка или компактно сгруппированный блок должны содержать ссылку на источник, а не просто ссылку на главную страницу. Указывайте название документа, номер пункта или таблицы, редакцию, дату обращения и номер страницы либо указатель раздела. Редактор вики должен иметь возможность проследить значение «S355, 355 МПа» до конкретного диапазона толщины и пункта, на основании которых оно было получено.

Историю редакций следует сохранять видимой. Когда ASTM, EN, JIS, SAE или справочник какой-либо организации изменяется, сохраняйте прежнее значение с указанием его редакции, а не заменяйте его без пояснений. Отмечайте, является ли источник действующим, заменённым, информационным или вторичным воспроизведением. Например, таблицы аустенитных нержавеющих сталей SSINA содержат составы в массовых процентах и нормируемые механические свойства марок, охватываемых продуктовыми спецификациями ASTM; тем не менее в таблице по-прежнему следует указывать, какая именно спецификация ASTM регулирует каждую позицию.

Не выводите прочность только из химического состава. ASM International указывает, что свойства углеродистых и легированных сталей являются результатом совокупного воздействия состава, обработки и микроструктуры. Более высокое содержание углерода при одной термической обработке может повысить твёрдость, одновременно снизив свариваемость или ударную вязкость; влияние хрома и никеля также зависит от фазового состава и истории обработки.

Повторяемый редакционный и инженерный шаблон имеет следующий вид:

Обозначение марки | Форма продукции | Применимый стандарт и редакция | Состояние | Диапазон размера или толщины | Класс химического состава или свойства | Элемент или определённое свойство | Значение и единица измерения | Тип предела или статус «нормируемое/типичное» | Направление испытания | Метод испытания и редакция | Температура или состояние образца | Источник, пункт и примечание о редакции.

Публикуйте отдельные таблицы для химического состава, механических свойств, физических свойств и расчётных значений. Размещайте ссылки на источники и явные оговорки рядом с каждой таблицей, а каждое сопоставление между стандартами обозначайте как ненормативное, если только цитируемый стандарт прямо не придаёт ему нормативную силу.

Источники

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/