A615 so với A706 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

ASTM A615 và ASTM A706 là hai trong số các loại thép gia cường (thép cốt thép) được chỉ định phổ biến nhất trong xây dựng bê tông. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và nhà chế tạo thường cân nhắc lựa chọn giữa A615 giá rẻ, đa dụng và A706 được kiểm soát chặt chẽ hơn khi chỉ định cốt thép cho các dự án. Các yếu tố quyết định điển hình bao gồm chi phí, tính khả dụng, độ dẻo yêu cầu, và liệu có cần hàn hoặc chi tiết chống động đất hay không.

Sự khác biệt kỹ thuật chính thúc đẩy việc so sánh này là kiểm soát luyện kim hướng đến độ dẻo dai và khả năng chống lại các cấu trúc vi mô dễ bị nứt trong quá trình hàn và tải trọng động đất. Vì A706 được sản xuất với giới hạn hóa học chặt chẽ hơn và hiệu suất cơ học được chỉ định để tăng cường độ bền và độ dẻo dai, hai loại thép này thường được đánh giá cùng nhau khi các dự án yêu cầu hiệu suất cao hơn (ví dụ: mối nối hàn được hoặc khả năng chống động đất) so với khi tính kinh tế và tính khả dụng là tối quan trọng.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• ASTM/ASME:
• ASTM A615: Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thanh thép cacbon trơn và biến dạng dùng để gia cố bê tông.
• ASTM A706: Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thanh thép hợp kim thấp dạng phẳng và dạng biến dạng dùng để gia cố bê tông.
• Tiêu chuẩn tương đương quốc tế/tiêu chuẩn liên quan:
• EN: Nhiều loại EN 10080 / BS 4449 định nghĩa các loại thép gia cường có vai trò tương đương (dẻo so với mục đích chung).
• JIS/GB: Các tiêu chuẩn quốc gia về thép cây ở Nhật Bản và Trung Quốc cung cấp các loại sản phẩm tương đương, nhưng các yêu cầu về hóa học và cơ học lại khác nhau.
• Phân loại:
• A615 — Thanh cốt thép cacbon (trơn hoặc biến dạng).
• A706 — Thanh cốt thép hợp kim thấp có thành phần hóa học và tính chất cơ học được kiểm soát nhằm cải thiện độ dẻo và khả năng hàn.
• Cả hai đều không phải là thép không gỉ hoặc thép dụng cụ; cả hai đều là loại thép có hàm lượng cacbon kết cấu/hợp kim thấp.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Cả hai loại thép này đều chủ yếu là thép sắt-cacbon, nhưng chúng khác nhau về cách kiểm soát các nguyên tố hóa học. Bảng sau tóm tắt sự hiện diện, trọng tâm kiểm soát và mục đích của các nguyên tố phổ biến thay vì tỷ lệ phần trăm chính xác.

Yếu tố	A615 (thanh cốt thép cacbon)	A706 (thép thanh dẻo hợp kim thấp)
C (Cacbon)	Có mặt; thành phần điển hình của thép cacbon và có thể cao hơn A706; ít được kiểm soát chặt chẽ hơn	Được kiểm soát ở mức tối đa thấp hơn để cải thiện độ dẻo và khả năng hàn
Mn (Mangan)	Có mặt như hợp kim cường độ và khử oxy; điển hình của thanh cốt thép cacbon	Có mặt nhưng được kiểm soát; được sử dụng để đạt được sức mạnh với C thấp hơn
Si (Silic)	Có mặt như chất khử oxy; không bị hạn chế chặt chẽ	Hiện tại, vai trò tương tự; giới hạn giúp kiểm soát độ dẻo dai
P (Phốt pho)	Thường bị giới hạn nhưng có thể cao hơn A706 ở một số nguồn	Giới hạn chặt chẽ hơn để giảm nguy cơ giòn
S (Lưu huỳnh)	Thường có hàm lượng thấp; hàm lượng S cao hơn làm giảm độ dẻo	Giới hạn chặt chẽ hơn để cải thiện độ dẻo và giảm độ nóng ngắn
Cr, Ni, Mo (Cr, Ni, Mo)	Nói chung không cố ý pha trộn; có thể có ở mức vết	Nói chung bị hạn chế; phương pháp hợp kim thấp tránh được sự gia tăng đáng kể về khả năng tôi luyện
V, Nb, Ti (hợp kim vi mô)	Có thể có trong một số nhà sản xuất để kiểm soát sức mạnh/tính khí	Có thể có mặt với số lượng được kiểm soát trong A706 để quản lý kích thước hạt và độ dẻo dai, nhưng được giới hạn để tránh khả năng làm cứng
B	Không được kiểm soát thường xuyên; theo dõi	Không thường được sử dụng; được kiểm soát nếu có
N (Nitơ)	Không thường xuyên được kiểm soát ngoài tiêu chuẩn thực hành thép	Được kiểm soát như một phần của hóa học tổng thể khi cần thiết để kiểm soát độ dẻo dai

Hợp kim ảnh hưởng đến hành vi như thế nào: - Hàm lượng cacbon cao hơn làm tăng độ bền và khả năng làm cứng nhưng làm giảm khả năng hàn và độ dẻo. - Mangan làm tăng độ bền và khả năng làm cứng, hỗ trợ quá trình khử oxy; khi kết hợp với C cao hơn, nó có thể làm tăng khả năng tạo ra các cấu trúc vi mô cứng, giòn. - Hợp kim vi mô (V, Nb, Ti) có thể tinh chỉnh hạt và tăng cường độ bằng cách gia cường kết tủa, nhưng lượng quá nhiều hoặc độ cứng cao có thể làm tăng nguy cơ nứt ở các vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt hàn. - Chiến lược hóa học của A706 là giảm thiểu các nguyên tố làm tăng khả năng tôi cứng và nguy cơ nứt do hydro trong khi sử dụng Mn được kiểm soát và hợp kim vi mô để đạt được độ bền mục tiêu với độ dẻo tốt hơn.

3. Cấu trúc vi mô và phản ứng xử lý nhiệt

Quá trình xử lý cốt thép thông thường là cán nóng và làm nguội có kiểm soát thay vì xử lý nhiệt riêng biệt sau khi cán cho hầu hết sản phẩm.

• A615:
• Cấu trúc vi mô điển hình sau khi cán nóng: hỗn hợp ferit-perlit, tùy thuộc vào tốc độ làm nguội và thành phần.
• Vì hóa học hướng đến thanh cốt thép cacbon nên cấu trúc vi mô có thể chứa các thành phần perlit cao hơn hoặc các khuẩn lạc perlit mịn hơn trong các nhiệt cacbon cao hơn.
• Chuẩn hóa, làm nguội hoặc ram không phải là các bước sản xuất thông thường đối với thanh cốt thép A615 tiêu chuẩn; các đặc tính phần lớn được thiết lập bởi thành phần và quá trình cán/làm nguội.
• A706:
• Được sản xuất bằng phương pháp hóa học và cán nhằm tạo ra cấu trúc vi mô dẻo dai và cứng hơn (ma trận ferritic với thành phần perlit và/hoặc bainit được kiểm soát tùy thuộc vào quá trình làm mát).
• Kiểm soát nhiệt cơ học (cán có kiểm soát và làm nguội nhanh) có thể được sử dụng để tinh chỉnh kích thước hạt và tăng cường độ dẻo dai/độ dẻo mà không làm tăng khả năng tôi luyện.
• Phản ứng của A706 với xử lý nhiệt tương tự như các loại thép hợp kim thấp khác, nhưng xử lý nhiệt sau khi cán không phải là tiêu chuẩn đối với các sản phẩm cốt thép; trọng tâm là xử lý cán để đạt được hành vi cơ học cần thiết.

Tác động của quá trình xử lý: - Làm nguội nhanh hơn hoặc hàm lượng hợp kim cao hơn làm tăng khả năng tôi cứng và tiềm năng tạo ra các cấu trúc vi mô cứng hơn; điều này thường được tránh đối với A706. - Sử dụng công nghệ tinh luyện hạt và kiểm soát nhiệt độ biến đổi để cải thiện độ dẻo dai cho các ứng dụng chịu địa chấn.

4. Tính chất cơ học

Cung cấp đặc tính cơ học so sánh thay vì các giá trị số cố định cho tất cả sản phẩm, vì cả hai tiêu chuẩn đều cho phép nhiều cấp độ.

Tài sản	A615 (điển hình)	A706 (điển hình)
Độ bền kéo	Đáp ứng các lớp chịu kéo được chỉ định của thanh cốt thép tiêu chuẩn; cường độ điển hình cho một số cấp nhất định có thể so sánh được	Yêu cầu về độ bền kéo danh nghĩa tương tự để phù hợp với số cấp
Sức chịu lực	Được chỉ định theo cấp độ (ví dụ: 40, 60, 75) — cấp độ 60 được sử dụng rộng rãi là phổ biến	Có sẵn các chỉ định cấp độ giống nhau, nhưng A706 thường yêu cầu hành vi kéo dài/giới hạn chảy cụ thể
Độ giãn dài (độ dẻo)	Có thể chấp nhận được đối với các ứng dụng bê tông nói chung; thấp hơn A706 ở cường độ tương tự trong nhiều trường hợp	Độ dẻo yêu cầu cao hơn và độ giãn dài được kiểm soát; độ giãn dài đồng đều hơn và hành vi sau khi chảy dẻo
Độ bền va đập	Không được chỉ định thống nhất cho tất cả các sản phẩm; có thể thấp hơn tùy thuộc vào tính chất hóa học	Thường có độ dẻo dai và khả năng chống gãy giòn tốt hơn nhờ quá trình xử lý/hóa học được kiểm soát
Độ cứng	Biến đổi; có thể cao hơn ở nhiệt độ carbon cao hơn	Nói chung được kiểm soát để tránh độ cứng cao làm giảm khả năng hàn hoặc độ dẻo dai

Giải thích: - Đối với các số cấp phù hợp (ví dụ: “Cấp 60”), giới hạn chảy/cường độ kéo danh nghĩa giữa A615 và A706 là tương đương nhau; sự khác biệt chủ yếu nằm ở độ dẻo và độ dai ở các mức độ bền tương tự. - A706 được chỉ định để cung cấp khả năng biến dạng và khả năng chống gãy vượt trội trong các tình huống tải trọng động hoặc địa chấn.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn phụ thuộc vào lượng cacbon tương đương, hàm lượng hydro và độ tôi. Hai chỉ số thực nghiệm thường được sử dụng:

• Tương đương carbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Pcm quốc tế: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Giải thích định tính: - Giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ thấp hơn cho thấy khả năng hàn dễ dàng hơn với nguy cơ nứt nguội thấp hơn. A706 được sản xuất với hàm lượng carbon tương đương thấp hơn (thông qua hàm lượng carbon thấp hơn và hợp kim được kiểm soát) để cải thiện khả năng hàn và giảm nguy cơ nứt do hydro trong vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn. - A615 có thể có hàm lượng cacbon cao hơn và hàm lượng hợp kim vi mô không được kiểm soát trong một số lần nung, có thể tạo ra khả năng tôi cứng cao hơn và nguy cơ nứt lớn hơn khi hàn, đặc biệt là khi nhiệt lượng đầu vào cao hoặc quá trình nung nóng trước/sau nung nóng không đủ và điều kiện nhiệt độ môi trường thấp. - Hướng dẫn thực tế: chỉ định A706 khi hiệu suất sau hàn và khả năng chống nứt là quan trọng; đối với A615, cần thận trọng khi hàn và áp dụng các biện pháp kiểm soát kỹ thuật (làm nóng trước, điện cực hydro thấp, quy trình đủ tiêu chuẩn).

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả A615 và A706 đều là thép cacbon/hợp kim thấp không gỉ và dễ bị ăn mòn trong môi trường clorua hoặc môi trường ăn mòn.
• Các chiến lược bảo vệ phổ biến:
• Lớp phủ epoxy của cốt thép
• Mạ kẽm (lớp phủ kẽm), mặc dù biến dạng và độ bám dính của lớp phủ cần được chú ý
• Thanh thép bọc thép không gỉ hoặc thép không gỉ cho môi trường khắc nghiệt
• Lớp phủ bê tông, phụ gia và hệ thống bảo vệ catốt
• PREN (Số tương đương khả năng chống rỗ) không áp dụng cho các loại thép cây không phải thép không gỉ này. Để lựa chọn thép cây không gỉ, hãy sử dụng: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$
• Lưu ý khi lựa chọn: nếu khả năng chống ăn mòn là yếu tố chính, thì nên chỉ định A615 hoặc A706 có lớp phủ thích hợp hoặc thay thế bằng vật liệu thép không gỉ hoặc chống ăn mòn.

7. Chế tạo, khả năng gia công và khả năng định hình

• Uốn và tạo hình:
• A706 thường được ưa chuộng khi cần độ dẻo cao và bán kính uốn cong chặt hơn (chi tiết địa chấn, uốn tại hiện trường).
• A615 có hiệu suất chấp nhận được khi uốn theo tiêu chuẩn nhưng có thể có độ dẻo kém hơn khi uốn ở nhiệt độ cực thấp hoặc ứng suất tập trung lớn.
• Cắt/gia công:
• Cả hai loại thép này thường được cắt bằng cưa mài mòn, kéo cắt cơ học hoặc cắt oxy-nhiên liệu/nhiệt. Khả năng gia công không phải là mối quan tâm chính của thép thanh.
• Hoàn thiện:
• Lớp phủ bề mặt (epoxy, mạ kẽm) được áp dụng sau khi cán trong cả hai trường hợp; tính chất hóa học của A706 không cản trở quá trình phủ và có thể gián tiếp kéo dài tuổi thọ lớp phủ bằng cách hỗ trợ hành vi liên kết bê tông tốt hơn do chế độ hỏng dẻo.

8. Ứng dụng điển hình

A615 — Công dụng điển hình	A706 — Công dụng điển hình
Bê tông cốt thép thông thường trong các tòa nhà, móng, tấm sàn và các công trình không chịu động đất nơi hàn là tối thiểu	Các vùng và kết cấu chịu địa chấn đòi hỏi độ dẻo cao; cốt thép hàn và kết nối kết cấu
Bê tông khối lớn là ưu tiên hàng đầu về mặt kinh tế và khả năng cung cấp rộng rãi	Cầu, cơ sở hạ tầng quan trọng và các công trình đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ hành vi nứt gãy
Các thành phần kết cấu không quan trọng và cải tạo khi sử dụng cốt thép phủ để giảm thiểu ăn mòn	Các ứng dụng yêu cầu hàn tại hiện trường, mối nối cơ học có nhu cầu biến dạng cao và tuân thủ quy định được kiểm soát

Cơ sở lựa chọn: - Chọn A615 vì tính kinh tế và khả năng sử dụng rộng rãi trong các vai trò gia cố thông thường. - Chọn A706 cho các ứng dụng quan trọng đòi hỏi độ dẻo, khả năng hàn và khả năng chống gãy được cải thiện, đặc biệt là trong thiết kế chống động đất hoặc khi cần hàn thanh.

9. Chi phí và tính khả dụng

• A615: Được sản xuất rộng rãi và thường là lựa chọn tiết kiệm nhất; có nhiều kích cỡ và cấp độ khác nhau từ nhiều nhà máy.
• A706: Giá thường cao hơn do kiểm soát hóa học chặt chẽ hơn và đôi khi phải xử lý chuyên biệt; tính khả dụng có thể hạn chế hơn và thời gian giao hàng lâu hơn tùy thuộc vào khu vực và nhà cung cấp.
• Ghi chú mua sắm: tổng chi phí dự án phải bao gồm khoản tiết kiệm tiềm năng từ việc đơn giản hóa chi tiết (nếu sử dụng A706 cho phép kết nối hàn) so với chi phí vật liệu cao hơn.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Thuộc tính	A615	A706
Khả năng hàn	Phù hợp với các đầu nối căng sau khi được kiểm soát; nhìn chung nhạy cảm hơn với mối hàn	Cao cấp — được thiết kế để có khả năng hàn và giảm nguy cơ nứt
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Đáp ứng các cấp độ bền danh nghĩa; độ dẻo dai thấp hơn cho độ bền tương tự	Độ dẻo dai và độ dai tốt hơn ở các cấp độ bền tương đương
Trị giá	Thấp hơn, có sẵn rộng rãi hơn	Cao hơn, có thể có thời gian dẫn dài hơn

Khuyến nghị: - Chọn A615 nếu yếu tố chính là chi phí và tính khả dụng rộng rãi, thiết kế không yêu cầu hàn cốt thép và độ dẻo tiêu chuẩn có thể chấp nhận được. - Chọn A706 nếu dự án yêu cầu độ dẻo, độ bền và khả năng hàn được cải thiện — ví dụ, trong chi tiết chống động đất, mối hàn hoặc cơ sở hạ tầng quan trọng cần giảm thiểu nguy cơ nứt gãy.

Lưu ý thực tế cuối cùng: luôn ghi rõ cấp độ, kích thước, quy trình hàn cần thiết và bất kỳ lớp phủ hoặc biện pháp chống ăn mòn nào trong tài liệu hợp đồng. Đối với các ứng dụng hàn, hãy bao gồm các yêu cầu về quy trình hàn, yêu cầu gia nhiệt trước/sau và kiểm soát hydro trong thông số kỹ thuật để đảm bảo hiệu suất tại hiện trường phù hợp với mục đích thiết kế.