B450NQR so với B480GNQR – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

B450NQR và B480GNQR là các ký hiệu thép kết cấu cường độ cao hiện đại thường được sử dụng trong các thông số kỹ thuật mua sắm và kỹ thuật cho các bộ phận chịu lực, kết cấu hàn và chế tạo nặng. Các kỹ sư và quản lý mua sắm thường cân nhắc các yếu tố đánh đổi như độ bền so với khả năng hàn, độ bền so với chi phí, khả năng chống ăn mòn so với độ phức tạp trong quá trình gia công khi lựa chọn giữa chúng.

Sự khác biệt thực tế chính giữa hai loại thép này nằm ở chiến lược hợp kim hóa của chúng: một loại được thiết kế chủ yếu để cân bằng độ bền và hiệu suất chế tạo chung, trong khi loại còn lại chứa các nguyên tố hợp kim bổ sung giúp tăng độ cứng và độ bền danh nghĩa (và ảnh hưởng nhẹ đến hành vi ăn mòn). Do những khác biệt về thành phần này làm thay đổi phản ứng xử lý nhiệt, hành vi vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) và dung sai chế tạo, nên hai loại thép này thường được đánh giá cùng nhau trong quá trình thiết kế và lựa chọn nhà cung cấp.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Các nhóm tiêu chuẩn có khả năng xuất hiện các cấp độ tương tự: GB (tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc), EN (tiêu chuẩn châu Âu), JIS (tiêu chuẩn Nhật Bản) và ASTM/ASME (tiêu chuẩn Mỹ). Việc xác định chính xác phụ thuộc vào hệ thống chỉ định quốc gia và tên thương mại cụ thể của từng nhà máy.
• Phân loại:
• B450NQR — Thép cacbon kết cấu cường độ cao hoặc thép hợp kim thấp (HSLA) với thành phần hóa học được kiểm soát để có khả năng hàn và độ bền.
• B480GNQR — Thép kết cấu loại HSLA / tôi và ram có độ bền cao hơn với hợp kim bổ sung để cải thiện khả năng làm cứng và độ bền.
• Không có tên gọi nào biểu thị thép không gỉ hoặc thép dụng cụ; cả hai đều thuộc loại thép kết cấu/kỹ thuật được tối ưu hóa về độ bền và độ dẻo dai.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Yếu tố	B450NQR (chiến lược điển hình)	B480GNQR (chiến lược điển hình)
C (Cacbon)	Thấp-trung bình, được kiểm soát để cân bằng độ bền và khả năng hàn	Thấp-trung bình, kiểm soát tương tự; có thể có xu hướng tương đương
Mn (Mangan)	Được kiểm soát để phát triển sức mạnh và khả năng làm cứng	Được kiểm soát; có thể tương tự hoặc được điều chỉnh một chút
Si (Silic)	Mức độ khử oxy; giới hạn về độ bền	Vai trò tương tự; không phải là yếu tố phân biệt chính
P (Phốt pho)	Giữ ở mức thấp (giới hạn tạp chất)	Giữ ở mức thấp
S (Lưu huỳnh)	Giữ ở mức thấp (giới hạn tạp chất)	Giữ ở mức thấp
Cr (Crom)	Thấp hoặc tối thiểu; không nhằm mục đích chống ăn mòn	Hàm lượng crom tương đối cao hơn giúp tăng khả năng làm cứng và khả năng chịu nhiệt
Ni (Niken)	Có thể tối thiểu hoặc không có	Thông thường là tối thiểu; không phải là một tính năng xác định
Mo (Molypden)	Có thể có mặt với số lượng nhỏ để hỗ trợ khả năng làm cứng	Có thể có mặt để bổ sung Cr cho khả năng làm cứng tốt hơn
V (Vanadi)	Có thể hợp kim hóa vi mô (dấu vết) để tinh chế hạt	Có thể hợp kim hóa vi mô; được sử dụng để cân bằng độ bền/độ dẻo dai
Nb (Niobi)	Có thể hợp kim hóa vi mô để tinh chế hạt TMCP	Có thể nhưng không xác định
Ti (Titan)	Dấu vết, chủ yếu là chất khử oxy / ổn định	Theo dõi nếu sử dụng
B (Bo)	Đôi khi bổ sung thêm dấu vết để cải thiện khả năng làm cứng	Có thể có ở mức vết để tăng khả năng làm cứng
N (Nitơ)	Được kiểm soát để kiểm soát sự bao gồm và tương tác sức mạnh	Được kiểm soát; tương tác với Nb/Ti khi có mặt
Cu (Đồng)	Nói chung là thấp hoặc được kiểm soát để tránh tình trạng nóng quá	Đồng cao hơn so với các loại khác có thể được sử dụng để tăng khả năng chống ăn mòn trong khí quyển một cách khiêm tốn và ảnh hưởng đến độ bền

Ghi chú: - Các mục trên là mô tả định tính về các chiến lược hợp kim điển hình chứ không phải thông số kỹ thuật hóa học cố định. Giới hạn chính xác và giá trị đo được thiết lập bởi hóa học nhà máy và tiêu chuẩn kiểm soát. - Sự khác biệt chính về thành phần giữa các loại thép này là sự gia tăng khiêm tốn các nguyên tố làm tăng khả năng tôi và khả năng chịu nhiệt (ví dụ: Cr, Mo, Cu) trong B480GNQR so với B450NQR.

Hợp kim ảnh hưởng đến tính chất như thế nào - Cacbon và mangan kiểm soát độ bền cơ bản và khả năng làm cứng; hàm lượng cacbon cao hơn làm tăng độ bền nhưng làm giảm khả năng hàn và độ dẻo dai. - Các nguyên tố hợp kim vi mô (Nb, V, Ti) làm mịn hạt và cho phép tăng cường độ với độ dẻo dai tốt thông qua quá trình gia cường kết tủa. - Crom và molypden làm tăng khả năng làm cứng và khả năng chịu nhiệt, tạo ra độ bền cao hơn sau khi xử lý nhiệt và giảm hiện tượng mềm ở nhiệt độ cao. - Đồng với hàm lượng nhỏ có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn trong khí quyển nhưng hàm lượng Cu quá nhiều có thể gây ra các vấn đề trong sản xuất (ví dụ: đong nóng) nếu không được quản lý đúng cách.

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

• Cấu trúc vi mô điển hình (tùy thuộc vào quá trình xử lý):
• B450NQR: Gia công kiểm soát nhiệt cơ học (TMCP) hoặc cấu trúc chuẩn hóa tạo ra ferrite-pearlite, bainite hoặc martensite ram mịn tùy thuộc vào quá trình làm nguội và xử lý nhiệt. Được thiết kế để đạt được sự cân bằng có kiểm soát giữa độ bền và độ dẻo dai.

• B480GNQR: Công thức và quy trình chế biến tạo ra khả năng làm cứng cao hơn dẫn đến xu hướng hình thành các vi cấu trúc martensitic bainit hoặc ram trong chế độ làm nguội hoặc làm nguội nhanh hơn; vi cấu trúc cuối cùng được điều chỉnh bằng cách ram để tối ưu hóa độ bền-độ dẻo dai.

• Hiệu quả của xử lý nhiệt:

• Chuẩn hóa: Tinh chỉnh hạt và cải thiện độ dẻo dai ở cả hai cấp độ. B480GNQR có thể tạo ra độ cứng được duy trì cao hơn sau cùng một chu kỳ chuẩn hóa do được hợp kim hóa.
• Làm nguội và ram: Cả hai đều có thể phản ứng với Q&T, nhưng các thành phần làm cứng cao cấp của B480GNQR cho phép độ cứng và độ bền cao hơn ở tốc độ làm nguội tương đương hoặc ở các phần dày hơn.

• TMCP: Chung cho cả hai; các nguyên tố hợp kim vi mô ở cả hai cấp đều hỗ trợ độ bền cao với độ dẻo dai tốt thông qua cấu trúc ferit/bainit hạt mịn.

• Ý nghĩa thực tiễn: Hợp kim B480GNQR làm tăng độ nhạy của các cấu trúc vi mô HAZ với tốc độ làm mát và có xu hướng tạo ra độ cứng HAZ cao hơn nếu không được quản lý đúng cách.

4. Tính chất cơ học

Tài sản	B450NQR (hành vi điển hình)	B480GNQR (hành vi điển hình)
Độ bền kéo	Cao đối với HSLA có cấu trúc	Thông thường cao hơn B450NQR
Sức chịu lực	Cao và được chỉ định sử dụng cho kết cấu	Năng suất danh nghĩa cao hơn B450NQR
Độ giãn dài (độ dẻo)	Độ dẻo tốt cho chế tạo	Độ dẻo thấp hơn một chút ở cùng mức độ bền
Độ bền va đập	Được thiết kế để có độ bền tốt ở nhiệt độ quy định	Có thể đạt được độ dẻo dai tốt nhưng phụ thuộc nhiều hơn vào xử lý nhiệt và độ dày
Độ cứng	Trung bình đến cao tùy thuộc vào quá trình xử lý	Độ cứng cao hơn có thể có được nhờ hợp kim và khả năng tôi luyện

Giải thích - B480GNQR thường bền hơn vì các nguyên tố hợp kim làm tăng khả năng tôi và khả năng chịu nhiệt cho phép đạt được độ bền cao hơn, đặc biệt là ở các tiết diện lớn hơn hoặc sau khi tôi/ram. Sự gia tăng độ bền này thường đi kèm với độ dẻo giảm và đòi hỏi phải kiểm soát vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) cẩn thận để duy trì độ dẻo dai. - Giá trị tính chất cơ học thực tế được thiết lập theo tiêu chuẩn hiện hành và chứng nhận của nhà máy; thử nghiệm chất lượng là điều cần thiết đối với các thành phần quan trọng.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn phụ thuộc vào lượng cacbon tương đương, khả năng làm cứng và hợp kim vi mô.

Các công thức thực nghiệm hữu ích (diễn giải theo định tính): - Tương đương carbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Công thức PCM đánh giá khả năng nứt nguội: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Diễn giải (định tính) - B450NQR: Việc giảm hàm lượng các thành phần làm cứng thường mang lại $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ thấp hơn so với B480GNQR, cho thấy khả năng hàn dễ dàng hơn và nguy cơ nứt nguội thấp hơn. Các phương pháp gia nhiệt trước/sau tiêu chuẩn thường là đủ. - B480GNQR: Hàm lượng Cr, Mo, Cu cao hơn và có thể cả hợp kim vi mô làm tăng $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$, làm tăng khả năng tôi cứng HAZ và dễ bị nứt nguội cũng như các cấu trúc HAZ giòn. Việc nung nóng sơ bộ, kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp hàn và đôi khi cần xử lý nhiệt sau hàn (PWHT) hoặc ram sau hàn (ram) cho các tiết diện dày hơn hoặc các ứng dụng quan trọng. - Hợp kim vi mô (Nb, V, Ti) có thể làm tăng độ cứng HAZ và làm giảm khả năng hàn nếu tốc độ cacbon và tốc độ làm nguội không được kiểm soát. - Khuyến nghị: Thực hiện theo thông số kỹ thuật về quy trình hàn của nhà cung cấp, thực hiện thẩm định quy trình (PQR/WPS) và xem xét kiểm soát hydro, luyện kim phụ thích hợp và gia nhiệt trước/sau khi gia nhiệt khi cần thiết.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả hai loại thép này đều là thép kết cấu không gỉ; hàm lượng Cr và Cu danh nghĩa của chúng không đủ để chống ăn mòn như thép không gỉ.
• Các lựa chọn bảo vệ bề mặt: mạ kẽm nhúng nóng, lớp phủ kép (mạ kẽm + sơn), lớp phủ gốc dung môi hoặc bột và bảo vệ catốt khi thích hợp.
• Nếu hàm lượng đồng được tăng nhẹ trong B480GNQR, điều này có thể cải thiện một chút khả năng chống ăn mòn trong khí quyển, nhưng không loại bỏ nhu cầu phủ lớp trong môi trường khắc nghiệt.
• PREN (số tương đương khả năng chống rỗ) có ý nghĩa đối với các loại thép không gỉ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$
• PREN không áp dụng cho các loại thép kết cấu không gỉ này; không suy ra hiệu suất thép không gỉ từ việc bổ sung hợp kim vết.

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

• Khả năng gia công: Độ bền cao hơn và cấu trúc vi mô cứng hơn (như trong B480GNQR) làm giảm tuổi thọ dụng cụ và yêu cầu tốc độ cắt thấp hơn cũng như dụng cụ nặng hơn so với B450NQR. Sử dụng các phương pháp điều chỉnh cấp độ dụng cụ và làm mát.
• Khả năng tạo hình/uốn cong: B450NQR dễ dàng tạo hình nguội và uốn cong ở độ dày tương tự; B480GNQR yêu cầu bán kính uốn lớn hơn hoặc các bước tạo hình/nhiệt trung gian để tránh nứt.
• Hàn và cắt (oxyfuel, plasma): Độ cứng cao hơn và vùng HAZ cứng hơn trong B480GNQR khiến quá trình cắt nhiệt và khoét lỗ có nhiều khả năng tạo ra các vùng cứng và giòn; có thể nên mài và ram sau khi cắt.
• Hoàn thiện bề mặt: Cả hai đều chấp nhận hoàn thiện theo tiêu chuẩn, nhưng có thể chỉ định giảm ứng suất và ram cho các bộ phận có dung sai chặt chẽ hoặc chịu mỏi, đặc biệt là đối với cấp độ bền cao hơn.

8. Ứng dụng điển hình

B450NQR (sử dụng thông thường)	B480GNQR (sử dụng thông thường)
Các thành phần kết cấu cần cân bằng giữa khả năng hàn và độ bền (ví dụ: tòa nhà, khung hàn)	Các thành phần kết cấu nặng đòi hỏi độ bền kéo/giới hạn chảy cao hơn (ví dụ: khung máy móc hạng nặng, một số thành phần cần cẩu)
Ống chế tạo và giá đỡ bình chịu áp lực trong đó độ bền và khả năng hàn tốt là quan trọng	Ứng dụng với các phần dày hơn, nơi khả năng tôi luyện được tăng cường đảm bảo độ bền xuyên suốt sau khi xử lý nhiệt
Các thành phần kỹ thuật chung và các bộ phận chế tạo có lớp phủ bảo vệ thông thường	Các thành phần là Q&T hoặc yêu cầu khả năng chịu nhiệt cao hơn; các trường hợp hiệu suất khí quyển được cải thiện đôi chút (do Cu) là có lợi

Cơ sở lựa chọn: - Chọn B450NQR khi tốc độ chế tạo, khả năng hàn và độ bền được ưu tiên và tải trọng nằm trong giới hạn chịu lực của nó. - Chọn B480GNQR khi cường độ thiết kế hoặc độ dày tiết diện cao hơn khiến việc duy trì các đặc tính cơ học cần thiết trở nên khó khăn với thành phần hóa học hợp kim thấp hơn.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí: B480GNQR thường đắt hơn tính theo tấn do hợp kim bổ sung và yêu cầu kiểm soát xử lý nhiệt/xử lý khắt khe hơn; B450NQR thường tiết kiệm chi phí hơn cho công việc kết cấu thông thường.
• Tính khả dụng: Các loại thép HSLA tiêu chuẩn tương tự B450NQR được sản xuất rộng rãi; các loại thép hợp kim có độ bền cao hơn như B480GNQR có thể được sản xuất theo đơn đặt hàng hoặc theo các dòng sản phẩm nhà máy hạn chế hơn, ảnh hưởng đến thời gian giao hàng và số lượng đặt hàng tối thiểu. Tính khả dụng thay đổi tùy theo khu vực và dạng kho (tấm, cuộn, thanh, rèn).

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Diện mạo	B450NQR	B480GNQR
Khả năng hàn	Tốt hơn (xu hướng làm cứng thấp hơn)	Yêu cầu khắt khe hơn (độ cứng cao hơn)
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Hiệu suất cân bằng tốt	Tiềm năng sức mạnh cao hơn; đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ hơn về độ dẻo dai
Trị giá	Thấp hơn	Cao hơn

Khuyến nghị - Chọn B450NQR nếu: bạn cần khả năng hàn và độ bền tốt cho chế tạo kết cấu thông thường, muốn chi phí vật liệu thấp hơn và khả năng cung cấp rộng rãi, và đang thiết kế trong giới hạn độ bền tầm trung khi hiệu quả chế tạo là quan trọng. - Chọn B480GNQR nếu: thiết kế của bạn yêu cầu độ bền kéo/giới hạn chảy cao hơn, bạn phải đạt được các đặc tính đã chỉ định ở các phần dày hơn hoặc sau khi làm nguội mạnh, hoặc bạn cần hiệu suất tôi/làm cứng được tăng cường mà việc bổ sung một lượng nhỏ crom, molypden hoặc đồng mang lại — và bạn có thể đáp ứng các quy trình kiểm soát hàn và xử lý nhiệt nghiêm ngặt hơn.

Lưu ý cuối cùng: Việc thẩm định và lựa chọn chính xác nên được hướng dẫn bởi tiêu chuẩn hiện hành hoặc chứng nhận nhà máy, thử nghiệm mối nối (PQR/WPS) và các yêu cầu kiểm tra cấp linh kiện. Khi có nghi ngờ, hãy yêu cầu báo cáo thử nghiệm hóa học và cơ học được chứng nhận và tham khảo ý kiến ​​nhà cung cấp thép và kỹ sư hàn để xác định nhu cầu gia nhiệt trước, hàn liên tục và hàn nóng chảy (PWHT) cho các kết cấu quan trọng.