1. Indledning
ASTM A36 er standardspecifikationen for et konstruktionsstål med lavt kulstofindhold, der i vid udstrækning anvendes til plader, former, stænger og svejsede komponenter i bygnings- og generelle strukturelle applikationer.
Den er værdsat for forudsigelig, duktile mekaniske egenskaber, fremragende svejsbarhed og bred tilgængelighed i mange produktformer.
A36 kulstofstål er ikke en højstyrkelegering - dens appel ligger i økonomien, robust sejhed ved omgivende temperaturer, og let fremstilling.
Designere skal tage højde for dens relativt beskedne flydespænding, grundlæggende korrosionsadfærd (ubeskyttet blødt stål vil ruste) og begrænset hærdbarhed, når det skal afgøres, om A36 er det rigtige materiale til en komponent eller struktur.
2. Hvad er ASTM A36 Carbon Steel?
ASTM A36 er den mest almindelige specifikation for en kulstoffattig, strukturel stålkvalitet, der anvendes i generel konstruktion og fremstilling.
Det er en varmvalset, blødt stål designet til at give forudsigeligt, duktil mekanisk opførsel, let svejsbarhed og bred tilgængelighed i plader, former, stænger og andre mølleprodukter, der bruges til at bygge rammer, broer, maskinbaser og generel konstruktionsfremstilling.
Hvorfor navnet betyder noget
Betegnelsen "A36" kommer fra ASTM-specifikationen, hvorunder materialet er standardiseret (ASTM A36/A36M).
Tallet "36" henviser til den nominelle minimum flydespænding i ksi (36 ksi ≈ 250 MPA) at materialet skal opfylde i sin oprullede tilstand.
Denne enkelt metrik er en af grundene til, at A36 ofte behandles som standard konstruktionsstål i mange regioner og industrier.
Almindelige produktformer:
- Varmvalsede plader (tykkelser fra få millimeter til 150+ mm)
- Strukturelle former (jeg, H, C, U sektioner), vinkler og kanaler
- Barer: rund, firkantet og fladt (til bearbejdning og smedning af emner)
- Valsede spoler og ark (begrænset tykkelsesområde)
3. Kemisk sammensætning af ASTM A36 Carbon Steel
| Element | Typisk rækkevidde (Wt.%) — vejledende |
| Kulstof (C) | ≤ ~0,25-0,29 (Indhold med lavt kulstofindhold) |
| Mangan (Mn) | ~0,60-1,20 |
| Fosfor (S) | ≤ 0.04 (maks) |
| Svovl (S) | ≤ 0.05 (maks) |
| Silicium (Og) | ≤ 0.40 – 0.50 (Spor) |
| Kobber, I, Cr, Mo | resterende eller lave ppm-niveauer |
4. Mekaniske egenskaber af ASTM A36 kulstofstål
De viste værdier er repræsentant for varmvalset, rullet ASTM A36. Faktiske egenskaber afhænger af snittykkelsen, rullepraksis og varmekemi.
| Ejendom | Typisk / Minimumsværdi | Noter |
| Minimum flydespænding (RP0.2) | 36 KSI (≈ 250 MPA) | Grundlag for A36-betegnelsen; brug som minimumsudbytte til foreløbig konstruktionsdesign, medmindre MTR viser højere værdi. |
| Trækstyrke (Rm) | 58 – 80 KSI (≈ 400 – 550 MPA) | Udvalget varierer med produktform og tykkelse; bekræfte nøjagtig værdi på MTR. |
| Forlængelse | ≥ 20% (i 2 i / 50 mm gauge længde) | Indikerer god duktilitet; forlængelsen aftager med stigende tykkelse. |
| Elasticitetsmodul (E) | ≈ 200 GPA (29,000 KSI) | Standard konstruktionsstålværdi, der bruges til stivheds- og nedbøjningsberegninger. |
Forskydningsmodul (G) |
≈ 79 GPA (11,500 KSI) | Anvendes til torsions- og forskydningsdeformationsberegninger. |
| Poissons forhold (n) | ≈ 0.28 | Typisk værdi for konstruktionsstål med lavt kulstofindhold. |
| Brinell hårdhed (HBW) | ~120 – 160 HBW | Vejledende område for as-rullet tilstand; korrelerer med trækstyrke. |
| Charpy slagfasthed | Ikke specificeret af ASTM A36 | Slagsejhed er ikke obligatorisk; specificer CVN-test, hvis lav temperatur eller brudkritisk service forventes. |
5. Fysisk & Termiske egenskaber af ASTM A36 kulstofstål
De angivne tal er repræsentative typisk værdier ved eller nær stuetemperatur, medmindre andet er angivet - faktiske værdier afhænger af kemi, rulle-/homogeniseringshistorie og temperatur.
| Ejendom | Typisk værdi (repræsentant) | Praktisk note |
| Densitet | ≈ 7.85 g·cm⁻³ (7850 kg·m⁻³) | Bruges til masse, inerti og strukturel vægtberegninger. |
| Termisk ledningsevne, k | ≈ 50–60 W·m⁻¹·K⁻¹ (≈54 W·m⁻¹·K⁻¹ almindeligvis angivet ved 20–25 °C) | Ledningsevnen falder med stigende temperatur; vigtig for varmegennemstrømningen, køle- og slukningsdesign. |
| Specifik varmekapacitet, cp | ≈ 460–500 J·kg⁻¹·K⁻¹ (bruge ≈ 470 J·kg⁻¹·K⁻¹ som en praktisk værdi ved 20–25 °C) | cp stiger med temperaturen; styrer den energi, der kræves til at opvarme/køle sektioner. |
| Termisk diffusivitet, α = k/(ρ·cp) | ≈ 1,4–1,6 × 10⁻⁵ m²·s⁻¹ (ved at bruge k = 54, ρ = 7850, cp = 470 → a ≈ 1,46 x 10⁻⁵) | Styrer hvor hurtigt temperaturændringer trænger ind i materialet (forbigående termisk respons). |
| Koefficient for lineær termisk udvidelse, αL | ≈ 11,7-12,5 × 10⁻⁶ K⁻¹ (typisk: 12×10⁻⁶ K⁻¹) | Anvendes til termiske vækstberegninger og fugeafstande. |
Smelteområde (ca.) |
Solidus ≈ 1425 ° C.; Væske ≈ 1540 ° C. | Smelte/solidus-intervaller varierer lidt med sammensætningen. Bruges ikke til normalt konstruktionsdesign. |
| Emissionsevne (overfladeafhængig) | 0.1 – 0.95 (typisk oxideret stål ≈ 0.7–0,9; lys polering ≈ 0.05–0,2) | Bruges til modeller med strålingsvarmeoverførsel; Vælg altid emissivitet i overensstemmelse med overfladefinish og oxidationstilstand. |
| Elektrisk resistivitet (solid) | ≈ 0.10 – 0.20 μΩ · m (≈ 1.0–2,0 × 10⁻⁷ Ω·m) | Varierer med kemi og temperatur; påvirker elektrisk opvarmning og hvirvelstrømstab. |
| Magnetisk adfærd | Ferromagnetisk under Curie-punktet (~770 °C for jern) | Magnetiske egenskaber påvirker NDT (Mpi) og induktionsopvarmningsadfærd. |
6. Fabrikationsadfærd: dannelse, bearbejdning og koldt arbejde
Dannelse (kold & varmt):
- A36 varmvalsede produkter dannes godt ved bøjning, rullende og enkel tegning.
- Kold formning (bøjning, stempling) er praktisk inden for designgrænser - sørg for bøjningsradier og reduktionsgrænser matcher materialetykkelse og temperament for at undgå revner.
Typiske minimale bøjningsradier anbefales ved formning af borde og afhænger af tykkelse og fræsetilstand.
Bearbejdning:
- A36 bearbejdes nemt med konventionelt kulstof- og karbidværktøj. Bearbejdeligheden er sammenlignelig med andre bløde stål; standardhastigheder og feeds gælder.
Kraftig spånbelastning, dybe afbrudte snit og dårlig kølevæske kan hærde overflader og reducere værktøjets levetid.
Kolde arbejde effekter:
- Kold bukning eller trækning øger udbyttet lokalt ved strækhærdning; efterfølgende spændingsudglødning er mulig, hvis duktiliteten skal genoprettes.
7. Svejsning og sammenføjning
Svejsbarhed: Fremragende. Lavt kulstofindhold og begrænset legering gør A36 let svejsbar med alle gængse fusions- og faststofteknikker (SMAW, Gtaw, GMAW/MIG, Fcaw).
Valg af spartelmetal:
- Almindelige forbrugsvarer: fyldstænger/tråde af blødt stål (F.eks., ER70S-serien til GMAW, E7018 eller E7016 til SMAW) matchet for styrke og duktilitet.
Vælg forbrugsstoffer, der leverer duktilt, revnebestandigt svejsemetal.
Forvarm og interpass:
- Til typiske pladetykkelser (<25 mm) og godartede miljøer, ingen forvarmning er normalt påkrævet. Til tykkere sektioner, fastspændte led, eller kolde omgivelser, beskeden forvarmning (F.eks., 50–150 °F / 10–65 °C) reducerer risiko for brint-revner og resterende spændinger.
Interpass temperaturkontrol er afgørende for multi-pass svejsninger.
Eftervældende varmebehandling (PWHT):
- Ikke påkrævet for de fleste A36-svejsede samlinger. PWHT kan bruges til at reducere restspænding, eller når svejseprocedurekvalifikation kræver det (tryk- eller udmattelseskritiske komponenter), men A36 mangler hærdbarhed;
PWHT involverer generelt afspændingsudglødning (F.eks., ~600–650 °C) frem for at hærde.
8. Varmebehandling: muligheder og begrænsninger for A36
ASTM A36 er ikke en varmebehandlelig legering i betydningen bratkøling & temperament hærdning (lavt kulstofindhold og mangel på legering hindrer martensitisk transformation).
Typiske termiske behandlinger:
- Udglødning / Normalisering: muligt at forfine korn og genoprette duktiliteten efter tungt koldt arbejde eller svejsning. Udglødningstemperaturer typisk ~ 700-900 °C afhængig af tykkelse og ønsket effekt.
- Afspændingsudglødning: lav temperatur (~ 550–650 ° C.) for at reducere resterende svejsespændinger.
- Quench & temperament: ikke effektiv til væsentlig styrkeforøgelse på grund af lav kulstof/hærdbarhed; bratkøling giver begrænset hærdning og væsentlig forvrængning.
Design implikation: stol ikke på varmebehandling for at øge udbyttestyrken; vælg et stål med højere styrke, hvis der er behov for større tilladte spændinger.
9. Korrosionsadfærd og overfladebeskyttelsesstrategier
Indre korrosion: A36 er ulegeret kulstofstål og vil korrodere (danne jernoxid) når de udsættes for fugt og ilt. Prisen afhænger af miljøet (fugtighed, salte, forurenende stoffer).
Beskyttelsesstrategier:
- Malingssystemer: primer + topcoats (epoxy, polyurethan) er økonomiske til atmosfærisk beskyttelse.
Overfladeforberedelse (slibeblæsning til Sa 2½, SSPC SP10) forbedrer vedhæftning og lang levetid. - Galvanisering: varmgalvanisering (HDG) giver offerbeskyttelse; almindeligvis brugt til udvendige konstruktionselementer, befæstelser og komponenter udsat for vejrlig.
- Katodisk beskyttelse: bruges til nedsænkede eller nedgravede strukturer (overtræk + offeranoder).
- Korrosionsgodtgørelser: specificere tykkelsestillæg og inspektionsplaner i aggressive miljøer.
Opretholdelse: periodisk inspektion og efterbehandling er afgørende for lang levetid - belægningsfejl muliggør lokal korrosion og grubetæring.
10. Typiske anvendelser af ASTM A36 stål
A36 er standardvalget, hvor økonomi, tilgængelighed og enkelhed i fremstillingen er prioriteter. Typiske applikationer inkluderer:
- Bygningskonstruktioner: bjælker, Søjler, plader og afstivning
- Broer (ikke-højstyrke komponenter), gangbroer, platforme
- Generel fremstilling: rammer, Understøtter, trailere
- Maskiner baser, huse, komponenter uden tryk
- Fittings og svejsede samlinger, hvor duktilitet og svejsbarhed er afgørende
11. Fordele & Begrænsninger for ASTM A36 Carbon Steel
Kerne fordele
- Omkostningseffektivitet: Laveste pris blandt konstruktionsstål (30-40% billigere end HSLA stål som A572 Gr.50, 70-80% billigere end rustfrit stål 304).
- Overlegen svejsbarhed: Eliminerer forvarmning af tynde sektioner, reducere produktionstid og omkostninger.
- Fremragende bearbejdelighed: Let at forme, maskine, og smede, velegnet til både simple og komplekse komponenter.
- Bred tilgængelighed: Global forsyningskæde, med forskellige produktformer (plader, barer, former, smede) og størrelser.
- Afbalanceret styrke: Opfylder de fleste strukturelle krav (statiske belastninger, lave dynamiske belastninger) uden over-engineering.
Nøglebegrænsninger
- Dårlig korrosionsbestandighed: Kræver overfladebeskyttelse til udendørs eller korrosive miljøer; ikke egnet til marine/kemiske anvendelser uden belægning.
- Begrænset sejhed ved lav temperatur: Umodificeret A36 er skørt under 0°C, anbefales ikke til kryogene applikationer (F.eks., Arktiske strukturer).
- Ikke-opvarmning: Kan ikke forstærkes væsentligt via varmebehandling (max trækstyrke ~550 MPa); utilstrækkelig til højspændingskomponenter.
- Lavere træthedsmodstand: Ikke ideel til dynamiske belastninger med høj cyklus (F.eks., Automotive motordele) – brug i stedet HSLA eller legeret stål.
12. Standard overholdelse & Internationale ækvivalenter
ASTM A36 er globalt anerkendt, med tilsvarende standarder i større industriregioner, sikring af grænseoverskridende kompatibilitet:
| Område | Tilsvarende standard | Karakterbetegnelse | Nøgleforskelle |
| Europa | I 10025-2:2004 | S235JR | Lavere flydespænding (235 MPA vs.. 250 MPa for A36 ≤19 mm); lignende duktilitet og svejsbarhed. |
| Kina | GB/T. 700-2006 | Q235B | Udbyttestyrke 235 MPA; grænserne for fosfor/svovl skærpes (≤0,045 % vs. A36'er 0.040% S, 0.050% S). |
| Japan | HE G3101:2015 | SS400 | Ingen specificeret flydespænding (træk 400-510 MPA); tilsvarende til strukturelle anvendelser. |
| Indien | ER 2062:2011 | E250A | Udbyttestyrke 250 MPA; kompatibel med A36 i byggeri og maskiner. |
13. Sammenlignende analyse — A36 vs. højere styrke konstruktionsstål
| Aspekt | A36 (baseline) | A572 Gr 50 (HSLA) | A992 (Strukturelle former) | A514 (Q&T højstyrkeplade) |
| Metallurgisk klasse | Kulstoffattigt stål (varmvalset) | Høj styrke, lavlegeret (HSLA) | Strukturel HSLA med kontrolleret kemi for former | Slukket & tempereret, højstyrke legeret plade |
| Typisk minimumsudbytte | 36 KSI (≈250 MPa) | 50 KSI (≈345 MPa) | 50 KSI (≈345 MPa) | 100 KSI (≈690 MPa) |
| Typisk trækstyrkeområde | 58–80 ksi (≈400–550 MPa) | 60–80 ksi (≈415–550 MPa) | 60–80 ksi (≈415–550 MPa) | ~110-140 ksi (≈760–965 MPa) (varierer efter klasse) |
| Forlængelse | ≥ ~20 % (afhænger af tykkelsen) | ~18-22 % (sektionsafhængig) | ~18-22 % | Lavere - ofte ~10-18 % (sektion og varmeafhængig) |
| Svejsbarhed (butik) | Fremragende; almindelige forbrugsvarer | Meget god; lignende praksis som A36 | Meget god; specificeret til bygning af søjler/bjælker | Mere krævende — svejsning skal kontrolleres; forvarme/interpass og kvalificeret WPS ofte påkrævet |
Mulighed for varmebehandling |
Kan ikke varmebehandles for styrke | Ikke beregnet til quench/temperering; styrket af kemi/termomekanisk bearbejdning | Kan ikke varmebehandles for at styrke | Varmebehandlet (Q&T) — styrke opnået ved bratkøling & temperament |
| Sejhed / lav temperatur adfærd | God til generel service; angiv CVN, hvis det kræves | Forbedret sejhed i forhold til A36 (afhængig af spec) | God — specificeret kemi for strukturelle sektioner og kontrolleret sejhed | Kan have god sejhed hvis specificeret, men kræver kontrol; risiko for sprød adfærd, hvis den ikke leveres/behandles korrekt |
| Formbarhed & Koldt arbejde | Gode formegenskaber | God, men større tilbagespring; mindre duktil end A36 | God til grov formning af former | Begrænset — formbarhed dårlig sammenlignet med A36/A572; koldformning anbefales ikke til brug i fuld styrke |
Anvendelige plade-/formtykkelsesintervaller |
Bred, standard møllelager | Bred; almindeligvis tilgængelig i plade og former | Primært bredflangeformer og bjælker | Typisk tung tallerken (Tykkere sektioner) til højspændingskomponenter |
| Typiske applikationer | Generelle konstruktionsrammer, parenteser, ikke-kritiske medlemmer | Broer, bygningsmedlemmer, strukturelle sektioner, hvor højere tilladt stress reducerer vægten | Bredflangebjælker/søjler i bygninger — industristandard for strukturelle former | Maskinrammer med høj styrke, graveudstyr, stærkt stressede strukturelle medlemmer |
| Relativ materialeomkostning | Lav (mest økonomiske) | Moderat | Moderat (ligner A572) | Høj (premium for høj styrke og Q&T forarbejdning) |
| Design afvejninger | Lave omkostninger, enkel fremstilling, men tungere sektioner | Vægtbesparelse, højere tilladt stress, beskeden ekstra fabrikationskontrol | Optimeret til bygning af stålværker (sektionstolerancer, flangegeometri) | Større vægtreduktion mulig, men kræver omhyggelig svejsning/fremstilling og NDE |
14. Livscyklus, vedligeholdelse og genanvendelighed
Levetid: Med standard malingssystemer og vedligeholdelse, A36 strukturelle komponenter holder normalt årtier i moderate atmosfærer. Korrosive eller marine miljøer kræver større vedligeholdelse eller galvanisering.
Reparation & opretholdelse: Svejsereparation er ligetil. Strukturelle inspektioner, korrosionsovervågning og rettidig overmaling forlænger levetiden.
Genanvendelighed: Stål er yderst genanvendeligt (et af de mest genbrugte ingeniørmaterialer). A36-skrot forbruges let i lysbueovne (EAF) eller integrerede møller; det er muligt at specificere genbrugsindhold.
15. Konklusion
ASTM A36 blødt/lavt kulstofstål forbliver et hjørnestensmateriale til almindeligt strukturelt stålværk, fordi det kombinerer økonomi, forudsigelige duktile egenskaber og ligetil fremstilling.
Det er det rigtige valg, når belastninger og miljøforhold stemmer overens med dens designramme, og når fremstillingsenkelhed og omkostninger er dominerende faktorer.
Imidlertid, når højere tilladte spændinger, større spændvidder, vægttab, forbedret sejhed ved lav temperatur eller overlegen korrosionsbestandighed er påkrævet, ingeniører bør vurdere højere styrke konstruktionsstål, HSLA legeringer, vejrbestandige stål eller korrosionsbestandige legeringer efter behov.
