Esta es una consideración crítica de ingeniería conocida como "efecto de espesor" o "efecto de tamaño". Las propiedades mecánicas del acero Q355B se degradan a medida que aumenta el espesor, particularmente en términos de límite elástico, resistencia a la tracción y tenacidad al impacto. Esto se tiene en cuenta explícitamente en estándares como GB/T 1591-2018.
Aquí hay un desglose detallado de cómo y por qué cambian las propiedades, y los datos clave:
1. Cambios clave en las propiedades con el espesor
a) Límite elástico (ReH) y resistencia a la tracción (Rm) – CAÍDAS DE RESISTENCIA
A medida que aumenta el espesor de la placa, el rendimiento mínimo garantizado y la resistencia a la tracción disminuyen. Este es el factor de diseño más importante.
Valores estándar de GB/T 1591-2018 para Q355B:
| Producto Espesor (t) o Diámetro (mm) | Límite elástico (ReH) Mín. (MPa) | Resistencia a la tracción (Rm) (MPa) |
|---|---|---|
| t Menor o igual a 16 | 355 | 470 - 630 |
| 16 < t Menor o igual a 40 | 345 | 470 - 630 |
| 40 < t Menor o igual a 63 | 335 | 470 - 630 |
| 63 < t Menor o igual a 80 | 325 | 470 - 630 |
| 80 < t Menor o igual a 100 | 315 | 470 - 630 |
| 100 < t Menor o igual a 150 | 305 | 450 - 600 |
| 150 < t Menor o igual a 250 | 285 | 450 - 600 |
| t > 250 | 265 | 440 - 590 |
Ejemplo:Una placa de 20 mm de espesor tiene un rendimiento mínimo de 345 MPa, mientras que una placa de 100 mm de espesor tiene solo 315 MPa-una reducción de ~11%. Los diseñadores deben utilizar el valor correcto para su espesor específico.
b) Resistencia al impacto – CAÍDAS DE RESISTENCIA
La energía de impacto Charpy garantizada a +20 grados (mayor o igual a 34 J para Q355B) se aplica a muestras estándar de 10x10 mm. Para placas más gruesas:
Debido a la-inhomogeneidad del espesor:El núcleo de una placa gruesa se enfría más lentamente durante el laminado, lo que da lugar a una estructura de grano más gruesa y una menor tenacidad en comparación con la superficie de grano-más fino.
Ubicación de la muestra:Si las muestras de impacto se toman desde la posición de 1/4 de espesor o del núcleo (como se requiere para placas pesadas según algunas especificaciones), los valores medidos seránmás bajoque los de una ubicación en la superficie.
Implicaciones prácticas:Para aplicaciones críticas (por ejemplo, sísmicas, costa afuera), las placas gruesas de Q355B pueden requerir una actualización a Q355C/D/E para garantizar una tenacidad adecuada-en todo el espesor.
c) Ductilidad – LIGERAMENTE REDUCIDA
Elongación (A%) also has a slight thickness dependency in the standard, with minimum requirements decreasing modestly for thicker sections (e.g., from ≥21% for t≤40mm to ≥19% for t>63 mm).
d) Propiedades de espesor pasante-(dirección Z-): REDUCIDA SIGNIFICATIVAMENTE
Riesgo de laminación:Las placas más gruesas son más propensas a la segregación de impurezas (S, P) en el espesor medio-durante la solidificación.
Resistencia a la tracción en dirección Z-:Si el diseño requiere resistencia en todo el espesor-(para resistir el desgarro laminar en las uniones soldadas), la norma Q355B puede ser insuficiente.Acero de calidad Z15, Z25 o Z35.(según GB/T 5313) con reducción garantizada del área en la dirección del espesor debe especificarse para conexiones soldadas gruesas y altamente restringidas.
2. Causas fundamentales del efecto espesor
Proceso de fabricación (laminación y enfriamiento):
Efecto de enfriamiento de superficie:Las placas más delgadas se enfrían más rápido después del paso final de laminación, lo que da como resultado una microestructura de ferrita-perlita más fina en la superficie, que es más fuerte y resistente.
Enfriamiento del núcleo más lento:El núcleo de las placas gruesas se enfría mucho más lentamente, lo que permite que los granos crezcan, lo que da como resultado una microestructura más gruesa y débil.
Menos reducción de rodadura:El núcleo de una losa gruesa sufre menos deformación mecánica (reducción) durante el laminado en comparación con las capas superficiales, lo que también contribuye a la formación de granos más gruesos.
Factores estadísticos y metalúrgicos:
Probabilidad de defectos:Las secciones más gruesas tienen un mayor volumen de material, lo que aumenta la probabilidad de contener inclusiones, micro{0}}huecos o segregación química que puede debilitar el material.
Tensiones residuales:Las tensiones residuales más altas debido al enfriamiento desigual en placas gruesas pueden reducir efectivamente el límite elástico medido.
3. Implicaciones críticas para el diseño y la fabricación
| Actividad | Implicación del efecto de espesor |
|---|---|
| Diseño Estructural | La resistencia de diseño (fy) DEBE seleccionarse en función del espesor real del miembro. Usar el valor "t menor o igual a 16 mm" (355 MPa) para una viga de 50 mm de espesor no es-conservador y es inseguro. Consulte siempre la tabla de propiedades de espesor-en GB/T 1591. |
| Adquisición de materiales | En las órdenes de compra, especifique tanto el grado (Q355B) como el rango de espesor (por ejemplo, 40 < t Menor o igual a 63 mm) para garantizar que la fábrica suministre acero que cumpla con la garantía de resistencia correcta. |
| Soldadura de Placas Gruesas | El precalentamiento y el aporte de calor controlado se vuelven obligatorios para evitar el endurecimiento excesivo y el agrietamiento en la HAZ de las secciones gruesas de Q355B. Considere untar con mantequilla o usar juntas de transición para soldaduras muy gruesas. |
| Aplicaciones críticas | Para placas gruesas en marcos de momento sísmicos o nodos marinos, considere actualizar: • A Q355C/D/E para una mejor tenacidad. • A Q355GJ (acero de alto-rendimiento) para una resistencia más estable en todos los espesores. • Especificar propiedades direccionales Z-para evitar el desgarro laminar. |
Resumen
Las propiedades mecánicas del acero Q355B no son constantes; son función del espesor del producto. Con espesor creciente:
Disminución del rendimiento y de la resistencia a la tracción (según tablas estándar).
La resistencia al impacto, especialmente en el núcleo, disminuye.
Aumenta el riesgo de defectos internos (laminaciones).
Por lo tanto, los ingenieros nunca deben utilizar un único "valor manual" para Q355B. Los valores mínimos específicos de espesor-de la norma de materiales (GB/T 1591-2018, tabla 2) son los valores legalmente vinculantes para el diseño y la construcción. Para aplicaciones críticas de sección gruesa-, a menudo son necesarios requisitos suplementarios de tenacidad y propiedades de espesor total.