Questa è una considerazione ingegneristica critica nota come "effetto spessore" o "effetto dimensione". Le proprietà meccaniche dell'acciaio Q355B degradano con l'aumentare dello spessore, in particolare in termini di carico di snervamento, resistenza alla trazione e resilienza. Ciò è esplicitamente previsto in standard come GB/T 1591-2018.
Ecco una ripartizione dettagliata di come e perché le proprietà cambiano e i dati chiave:
1. Modifiche delle proprietà chiave con lo spessore
a) Carico di snervamento (ReH) e carico di rottura (Rm) – CALORI DI FORZA
All’aumentare dello spessore/lamiera diminuiscono lo snervamento minimo garantito ed il carico di rottura. Questo è il fattore di progettazione più importante.
Valori standard da GB/T 1591-2018 per Q355B:
| Spessore del prodotto (t) o diametro (mm) | Limite di snervamento (ReH) Min (MPa) | Resistenza alla trazione (Rm) (MPa) |
|---|---|---|
| t Inferiore o uguale a 16 | 355 | 470 - 630 |
| 16 < t Inferiore o uguale a 40 | 345 | 470 - 630 |
| 40 < t Inferiore o uguale a 63 | 335 | 470 - 630 |
| 63 < t Inferiore o uguale a 80 | 325 | 470 - 630 |
| 80 < t Inferiore o uguale a 100 | 315 | 470 - 630 |
| 100 < t Inferiore o uguale a 150 | 305 | 450 - 600 |
| 150 < t Inferiore o uguale a 250 | 285 | 450 - 600 |
| t > 250 | 265 | 440 - 590 |
Esempio:Una piastra spessa 20 mm ha una resa minima di 345 MPa, mentre una piastra spessa 100 mm ha solo 315 MPa-una riduzione di circa l'11%. I progettisti devono utilizzare il valore corretto per il loro spessore specifico.
b) Resistenza all'impatto – PERDITE DI RESISTENZA
L'energia d'impatto Charpy garantita a +20 gradi (maggiore o uguale a 34 J per Q355B) si applica ai provini standard da 10x10 mm. Per piastre più spesse:
A causa della-disomogeneità dello spessore:Il nucleo di una piastra spessa si raffredda più lentamente durante la laminazione, determinando una struttura a grana più grossa e una tenacità inferiore rispetto alla superficie a grana-più fine.
Posizione del campione:Se i campioni di impatto vengono prelevati da 1/4 di spessore o dalla posizione del nucleo (come richiesto per alcune specifiche per le piastre pesanti), i valori misurati sarannoinferiorerispetto a quelli provenienti da una località di superficie.
Implicazione pratica:Per applicazioni critiche (ad es. sismiche, offshore), le piastre spesse di Q355B potrebbero richiedere l'aggiornamento a Q355C/D/E per garantire un'adeguata tenacità attraverso lo spessore-.
c) Duttilità – LEGGERMENTE RIDOTTO
Allungamento (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>63mm).
d) Proprietà dello spessore-(direzione Z-) – NOTEVOLMENTE RIDOTTO
Rischio di laminazione:Le piastre più spesse sono più soggette alla segregazione delle impurità (S, P) a metà-spessore durante la solidificazione.
Resistenza alla trazione nella direzione Z-:Se il progetto richiede resistenza attraverso-spessore (per resistere allo strappo lamellare sui giunti saldati), lo standard Q355B potrebbe non essere sufficiente.Acciaio di qualità Z15, Z25 o Z35(secondo GB/T 5313) con riduzione garantita dell'area nella direzione dello spessore deve essere specificato per connessioni saldate spesse e altamente vincolate.
2. Cause profonde dell'effetto spessore
Processo di produzione (laminazione e raffreddamento):
Effetto di estinzione della superficie:Le piastre più sottili si raffreddano più velocemente dopo il passaggio di laminazione finale, determinando una microstruttura di ferrite-perlite più fine sulla superficie, che è più forte e più resistente.
Raffreddamento del nucleo più lento:Il nucleo delle piastre spesse si raffredda molto più lentamente, consentendo ai chicchi di crescere più grandi, risultando in una microstruttura più grossolana e più debole.
Meno riduzione del rotolamento:Il nucleo di una lastra spessa subisce una minore deformazione meccanica (riduzione) durante la laminazione rispetto agli strati superficiali, il che contribuisce anche a grani più grossolani.
Fattori statistici e metallurgici:
Probabilità di difetti:Le sezioni più spesse hanno un volume maggiore di materiale, aumentando la probabilità di contenere inclusioni, micro-vuoti o segregazione chimica che possono indebolire il materiale.
Tensioni residue:Tensioni residue più elevate derivanti da un raffreddamento non uniforme in piastre spesse possono effettivamente ridurre la resistenza allo snervamento misurata.
3. Implicazioni critiche per la progettazione e la fabbricazione
| Attività | Implicazione dell'effetto spessore |
|---|---|
| Progettazione strutturale | La resistenza di progetto (fy) DEVE essere selezionata in base allo spessore effettivo dell'elemento. Utilizzare il valore "t Inferiore o uguale a 16 mm" (355 MPa) per una trave di 50 mm di spessore non è-conservativo e pericoloso. Fai sempre riferimento alla tabella delle proprietà dello spessore- in GB/T 1591. |
| Approvvigionamento di materiali | Negli ordini di acquisto, specificare sia il grado (Q355B) che l'intervallo di spessore (ad esempio, 40 < t Inferiore o uguale a 63 mm) per garantire che l'acciaieria fornisca acciaio che soddisfi la corretta garanzia di resistenza. |
| Saldatura di lamiere spesse | Il preriscaldamento e l'apporto di calore controllato diventano obbligatori per prevenire un eccessivo indurimento e fessurazione nella ZTA delle sezioni spesse di Q355B. Considerare la imburrazione o l'utilizzo di giunti di transizione per saldature molto spesse. |
| Applicazioni critiche | Per piastre spesse in telai momento sismici o nodi offshore, prendere in considerazione l'aggiornamento: • Al Q355C/D/E per una migliore tenacità. • Al Q355GJ (acciaio ad alte-prestazioni) per una resistenza più stabile su tutti gli spessori. • Specifica delle proprietà direzionali Z-per prevenire la lacerazione lamellare. |
Riepilogo
Le proprietà meccaniche dell'acciaio Q355B non sono costanti; sono funzione dello spessore del prodotto. Con spessore crescente:
Diminuzione dello snervamento e del carico di rottura (secondo tabelle standard).
La resistenza all'impatto, soprattutto al centro, diminuisce.
Aumenta il rischio di difetti interni (laminazioni).
Pertanto, gli ingegneri non devono mai utilizzare un singolo "valore manuale" per Q355B. I valori minimi specifici dello spessore- previsti dallo standard dei materiali (GB/T 1591-2018, Tabella 2) sono valori giuridicamente vincolanti per la progettazione e la costruzione. Per le applicazioni critiche a sezione spessa-, sono spesso necessari requisiti supplementari per le proprietà di tenacità e spessore.