A36, S355 или A514: как марка стали влияет на цену сварной конструкции
Материал это самая понятная строка в расчёте стоимости сварной конструкции и та, которой закупщики чаще всего придают слишком большое значение. Цена листа видна сразу. То, что марка делает со сваркой, подогревом, деформациями и мехобработкой, не видно, и обычно это обходится дороже.
Группы материалов
Низкоуглеродистая конструкционная сталь: ASTM A36, EN S235JR. Вариант по умолчанию. Дешёвая, доступна везде, легко сваривается, на обычных сечениях без подогрева. Предел текучести около 235-250 МПа. Плоскостность в состоянии после прокатки невысокая, поэтому оставляйте припуск на обработку.
Конструкционная сталь повышенной прочности: ASTM A572 Grade 50, EN S355J2. Примерно на 50 процентов более высокий предел текучести при умеренном росте цены. Сваривается теми же способами, но на толстых сечениях требует большего внимания к погонной энергии. Для S355J2 предусмотрено испытание на ударный изгиб при минус 20 °C, что важно, когда чертёж или условия применения требуют вязкости. Это основная рабочая марка для станин и тяжёлых конструкций.
Закалённые и отпущенные стали: ASTM A514, EN S690QL. Предел текучести около 690 МПа. Их выбирают, когда важна масса: грузоподъёмные конструкции, стрелы, мобильная техника. Они предъявляют реальные требования к сварке. Предварительный подогрев и межпроходная температура контролируются и не являются опцией, сварочные материалы подбираются по прочности и с контролем водорода, а погонная энергия ограничена с обеих сторон: слишком малая охлаждает соединение слишком быстро, слишком большая разупрочняет зону термического влияния. Послесварочная термообработка может снять эффект отпуска, поэтому план снятия напряжений нужно определять с учётом марки.
Износостойкий лист: Hardox 400 и 450, AR400. Его выбирают ради ресурса по износу, а не ради прочности. Сваривается в пределах погонной энергии и подогрева, опубликованных производителем листа, потому что их превышение уничтожает в зоне соединения ту твёрдость, за которую Вы заплатили. Обычно применяется как износостойкая облицовка на конструкции из низкоуглеродистой стали, а не для всей детали.
Нержавеющая сталь 304L и 316L. Совсем другой разговор, он разобран в статье о сварных конструкциях из нержавеющей стали.
Алюминий 6061 и 5083. Тоже отдельная тема, а проблема зоны термического влияния разобрана здесь.
Прочность и жёсткость: ошибка, которой стоит избежать
Эта ошибка стоит реальных денег.
У всех конструкционных сталей практически одинаковый модуль упругости, около 200 ГПа. Предел текучести у перечисленных выше марок различается в три раза. Упругая жёсткость не различается совсем.
Поэтому:
- Если деталь определяется прочностью, переход на более прочную марку позволяет взять более тонкий лист и сэкономить массу, наплавленный металл и мехобработку.
- Если деталь определяется жёсткостью или прогибом, более прочная марка ничего не даёт. Более тонкий высокопрочный лист будет прогибаться сильнее, а не слабее. Нужны высота сечения и геометрия, а не лучшая марка.
Станины, порталы и всё, где важна точность под нагрузкой, обычно определяются жёсткостью. Грузоподъёмные конструкции и несущие элементы обычно определяются прочностью. Если перепутать, получится либо тяжёлая дорогая деталь, либо рама, которая гнётся.
Что марка меняет на следующих этапах
| Группа марок | Сварка | Деформации | Мехобработка |
|---|---|---|---|
| A36, S235 | Простая, на обычных сечениях без подогрева | Умеренные | Лёгкая, но прокатная окалина абразивна |
| A572 Gr 50, S355 | Те же способы, более строгий контроль тепловложения | Как у низкоуглеродистой | Аналогичная, немного тяжелее |
| A514, S690QL | Контроль подогрева и межпроходной температуры, подобранные сварочные материалы, контроль водорода | Аналогичные, но ремонт ограничен сильнее | Тяжелее, медленнее, больше износ инструмента |
| Hardox, AR400 | Ограничения погонной энергии, подогрев по данным производителя листа | Умеренные | Тяжёлая. Часто шлифуют, а не фрезеруют |
Практический вывод: переход с A36 на A514 добавляет к заказу не 30 процентов из-за того, что лист на 30 процентов дороже. Он добавляет время подогрева, надзор, стоимость сварочных материалов, более медленную мехобработку и более ограниченный путь ремонта.
Сочетание марок намеренно
Это распространено и обычно правильно. Конструкция из низкоуглеродистой стали с износостойкой облицовкой или рама из S355 с ограждениями и кронштейнами из A36 ставит дорогой материал только туда, где он работает.
Но чертёж должен однозначно указывать, какая деталь из какой марки и какая технология применяется к соединениям между ними, потому что соединение разнородных сталей это отдельный случай аттестации.
Плоскостность листа и допуск на толщину
Два факта, на которых часто ошибаются:
Горячекатаный лист поступает с допуском плоскостности, который очень грубый по сравнению с любым допуском обработки. Этот допуск присутствует в детали ещё до первого шва, и это одна из причин, почему припуск на обработку обязателен.
У толщины листа тоже есть допуск. Если конструкции нужна точная толщина на какой-то поверхности, эту поверхность обрабатывают. Указывать номинальную толщину листа как окончательный размер это распространённая ошибка на чертежах.
Короткое правило выбора
- Определяет жёсткость, размер не ограничен: A36 или S355, большая высота сечения.
- Определяет прочность, важна масса: S355 или A514, если экономия массы оправдывает стоимость сварки.
- Износостойкая поверхность: конструкция из низкоуглеродистой стали с износостойкой облицовкой.
- Важна коррозионная стойкость: 316L, и заложите в бюджет то, что приносит с собой нержавеющая сталь.
- Задана вязкость при низкой температуре: марка с испытанием на ударный изгиб, например S355J2, и укажите это на чертеже.
Отправьте чертёж с указанной маркой, и мы подберём предприятия с аттестованной технологией сварки для неё.
Частые вопросы
Высокопрочная сталь всегда дороже в итоге?
Не всегда. Лист A514 дороже за килограмм, но если он позволяет применить более тонкие сечения, могут снизиться общая масса, объём наплавленного металла, время мехобработки и стоимость перевозки. Обычно он проигрывает на деталях, где определяющим является жёсткость, а не прочность, потому что модуль упругости у всех сталей практически одинаков.
Можно ли заменить A36 на S355, чтобы снизить массу?
Для детали, определяемой прочностью, часто да. Для детали, определяемой жёсткостью, нет. Прогиб зависит от модуля упругости и геометрии сечения, а модуль у всех конструкционных сталей примерно одинаков, поэтому более тонкий высокопрочный лист будет прогибаться сильнее.
Влияет ли марка на стоимость сварки?
Да. Стали повышенной прочности и закалённые с отпуском требуют предварительного подогрева, контроля межпроходной температуры, подбора сварочных материалов, а иногда и контроля водорода. Это более медленная сварка и больше надзора, и это видно в часах.
Нужна цена на такую деталь?
Отправьте чертёж. Мы подберём до 3 предприятий, которые сами сваривают и обрабатывают такие детали, и ответим в течение 24 рабочих часов.
Подобрать сварочное производство