HRB335 so với HRB400 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

HRB335 và HRB400 là hai loại thép cốt thép cán nóng biến dạng (thanh cốt thép) được sử dụng rộng rãi, thường được chỉ định trong công tác bê tông kết cấu và nhiều bối cảnh chế tạo. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và nhà hoạch định sản xuất thường cân nhắc giữa việc lựa chọn cốt thép có chi phí thấp hơn, dẻo hơn so với vật liệu có cường độ cao hơn, cho phép tiết diện nhỏ hơn hoặc nhịp dài hơn. Các bối cảnh quyết định điển hình bao gồm việc cân bằng chi phí với trọng lượng kết cấu, lựa chọn cốt thép cho chi tiết kháng chấn khi độ dẻo là tối quan trọng, và lựa chọn loại thép tương thích với các quy trình hàn, uốn hoặc chế tạo.

Sự khác biệt rõ rệt giữa hai loại thép này là giới hạn chảy của chúng: HRB400 được chỉ định ở giới hạn chảy danh nghĩa cao hơn HRB335. Do giới hạn chảy ảnh hưởng mạnh đến kích thước tiết diện, chi tiết gia cố và đặc tính tạo hình/hàn, HRB335 và HRB400 thường được so sánh trong các cuộc thảo luận về thiết kế và mua sắm.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• GB/T 1499.2 (Trung Quốc): định nghĩa rõ ràng về thanh thép gân cán nóng; HRB335 và HRB400 là tên gọi của Trung Quốc.
• ASTM A615 / ASTM A615M (Hoa Kỳ): thông số kỹ thuật cho thanh thép cacbon trơn và biến dạng dùng để gia cố bê tông (sử dụng số hiệu cấp khác nhau).
• EN 10080 / EN 1992 và các phụ lục quốc gia (thực hành châu Âu): tiêu chuẩn chung về gia cố; các ký hiệu châu Âu sử dụng B500 hoặc số cấp tương tự.
• JIS G3112 (Nhật Bản): thông số kỹ thuật cho thanh thép biến dạng dùng cho bê tông.
• Các tiêu chuẩn ISO và độ lệch quốc gia cũng áp dụng cho dung sai và thử nghiệm thanh thép.

Phân loại: Cả HRB335 và HRB400 đều là thép gia cường cacbon-mangan (C-Mn), đôi khi được sản xuất bằng cách bổ sung hợp kim vi lượng (V, Nb, Ti) hoặc cán có kiểm soát; chúng không phải là thép không gỉ, thép dụng cụ hoặc thép hợp kim cao. Chúng thuộc nhóm thép kết cấu cacbon mềm/trung bình, được sử dụng để gia cường hơn là cho các ứng dụng chịu nhiệt độ cao hoặc chịu mài mòn.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Yếu tố	HRB335 (thực hành điển hình)	HRB400 (thực hành điển hình)
C (cacbon)	Được kiểm soát như yếu tố ảnh hưởng chính đến độ cứng/độ bền; giữ ở mức tương đối thấp đối với độ dẻo	Được kiểm soát; có thể cao hơn một chút hoặc cân bằng bằng các phương pháp hợp kim hóa/làm cứng khác để đạt được năng suất cao hơn
Mn (mangan)	Sức mạnh chính và nguyên tố khử oxy; có ở mức được kiểm soát	Có ở mức được kiểm soát hoặc tăng nhẹ để tăng cường độ và khả năng làm cứng
Si (silicon)	Chất khử oxy nhỏ; thường ở mức thấp	Chất khử oxy nhỏ; tương tự như HRB335
P (phốt pho)	Hạn chế tạp chất; giữ ở mức thấp để tăng độ dẻo dai	Hạn chế tạp chất; giữ ở mức thấp để tăng độ dẻo dai
S (lưu huỳnh)	Tạp chất hạn chế; giữ ở mức thấp để cải thiện độ dẻo và khả năng hàn	Tạp chất hạn chế; giữ ở mức thấp
Cr, Ni, Mo	Thông thường không cố ý thêm vào với số lượng đáng kể cho thanh cốt thép tiêu chuẩn	Thông thường không được cố ý thêm vào cho thanh cốt thép tiêu chuẩn (có thể xuất hiện với số lượng vết)
V, Nb, Ti	Có thể có trong các thanh cốt thép hợp kim nhỏ để tinh chỉnh hạt và tăng cường độ bền	Được sử dụng phổ biến hơn trong HRB400 được xử lý nhiệt cơ học hoặc hợp kim vi mô để tăng năng suất mà không làm tăng nhiều carbon
B	Không thường được sử dụng trong cốt thép	Không được sử dụng chung
N (nitơ)	Được kiểm soát như tạp chất/kẽ hở	Được kiểm soát như tạp chất/kẽ hở

Ghi chú: - Các nhà máy cán cốt thép đạt được năng suất danh nghĩa cao hơn ở HRB400 thông qua việc tăng nhẹ độ hợp kim/khả năng tôi luyện hoặc phổ biến hơn là thông qua cán có kiểm soát nhiệt cơ học và làm nguội nhanh cùng với hợp kim vi mô (Nb, V, Ti) để tinh chỉnh kích thước hạt và tăng năng suất trong khi vẫn giữ hàm lượng cacbon ở mức thấp để duy trì khả năng hàn. - Giới hạn hóa chất chính xác được xác định trong các tiêu chuẩn có liên quan và bởi các nhà sản xuất; thành phần thay đổi tùy theo quy trình của nhà máy và tùy thuộc vào việc sản phẩm là HRB “thông thường” hay hợp kim vi mô/xử lý nhiệt cơ học.

Chiến lược hợp kim ảnh hưởng đến hành vi như thế nào: - Cacbon và mangan chủ yếu kiểm soát độ bền cơ bản và khả năng làm cứng. - Hợp kim vi mô với Nb, V, Ti thúc đẩy quá trình kết tủa và tinh chế hạt, cho năng suất cao hơn mà không làm tăng đáng kể lượng cacbon. - Cố ý duy trì hàm lượng hợp kim thấp để bảo toàn độ dẻo và khả năng hàn đặc trưng của thép gia cường.

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

Các cấu trúc vi mô cán sẵn điển hình cho cốt thép là ferit cộng với peclit (ferit-peclit). Sự khác biệt phát sinh từ quá trình xử lý:

• HRB335 (cán nóng thông thường): nhìn chung có cấu trúc vi mô ferit-perlit tương đối thô với độ dẻo tốt. Nếu được sản xuất bằng phương pháp cán nóng cơ bản với làm mát bằng không khí, cấu trúc vi mô vẫn chủ yếu là ferit với các đảo perlit.
• HRB400 (cường độ cao hơn): thường được sản xuất bằng phương pháp cán có kiểm soát và làm nguội có kiểm soát (xử lý nhiệt cơ). Phương pháp này tạo ra hạt ferit mịn hơn, perlit phân tán đồng đều hơn, và trong một số quy trình, vi cấu trúc bainit một phần được tạo ra nhờ làm nguội nhanh. Các kết tủa vi hợp kim (NbC, V(C,N), TiC) giúp tinh luyện hạt tốt hơn và tăng năng suất.

Phản ứng xử lý nhiệt: - Việc chuẩn hóa hoặc làm nguội & ram không phải là phương pháp điển hình đối với thanh cốt thép tiêu chuẩn do chi phí và tính không thực tế đối với các đoạn dài; tuy nhiên, nhiệt cục bộ (hàn) có thể ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô trong vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt (HAZ). - Quá trình xử lý kiểm soát nhiệt cơ học (TMCP) có thể tạo ra các tính chất tương đương HRB400 mà không cần xử lý nhiệt sau cán bằng cách điều chỉnh nhiệt độ cán và tốc độ làm nguội. - Làm nguội và ram là con đường dẫn đến các cấp độ bền cao hơn nhưng phổ biến hơn đối với thép thanh được sử dụng trong các thành phần kỹ thuật thay vì thép gia cố tiêu chuẩn.

4. Tính chất cơ học

Tài sản	HRB335	HRB400
Cường độ chịu kéo (danh nghĩa)	335 MPa (cơ sở chỉ định)	400 MPa (cơ sở chỉ định)
Độ bền kéo	Cường độ kéo trung bình điển hình phù hợp cho cốt thép bê tông	Độ bền kéo cao hơn HRB335; phù hợp với thiết kế tiết diện giảm
Độ giãn dài (độ dẻo)	Độ giãn dài nói chung cao hơn / độ dẻo lớn hơn	Độ giãn dài thường thấp hơn HRB335 nhưng vẫn phải đáp ứng giới hạn độ dẻo trong các quy định
Độ bền va đập	Độ bền tốt ở nhiệt độ môi trường khi được sản xuất theo tiêu chuẩn thực hành	Có thể đạt được độ dẻo dai nếu được sản xuất bằng phương pháp cán có kiểm soát; có thể nhạy cảm hơn với quá trình xử lý
Độ cứng	Thấp hơn HRB400 trong thực hành nhà máy tương đương	Độ cứng cao hơn tương ứng với năng suất cao hơn; có thể dễ bị gãy giòn hơn nếu không được xử lý đúng cách

Giải thích: - Mức giới hạn chảy là thông số cơ học phân biệt chính. HRB400 cung cấp vùng giới hạn chảy cao hơn, cho phép gia cố diện tích nhỏ hơn nhưng vẫn có cùng cường độ thiết kế. - Các yêu cầu về độ dẻo và độ giãn dài được quy định trong các tiêu chuẩn; việc vượt quá độ dẻo tối thiểu là rất quan trọng đối với các chi tiết chống động đất. Vì HRB335 thường đạt được độ dẻo yêu cầu dễ dàng hơn, nên nó có thể được ưu tiên sử dụng khi khả năng chịu biến dạng dẻo được ưu tiên. - Độ bền va đập phụ thuộc nhiều vào tuyến sản xuất hơn là tên loại; HRB400 hiện đại do TMCP sản xuất bằng phương pháp hợp kim vi mô có thể đạt được độ bền chấp nhận được.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn của cốt thép được quyết định bởi hàm lượng cacbon tương đương và khả năng làm cứng; hàm lượng cacbon thấp hơn và khả năng làm cứng thấp hơn sẽ cải thiện khả năng hàn.

Ví dụ về chỉ mục hữu ích: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

Giải thích: - HRB335, với độ cứng thường thấp hơn và hàm lượng carbon tương đương hoặc thấp hơn, thường dễ hàn hơn khi sử dụng các quy trình SMAW, GMAW hoặc FCAW thông thường với các phương pháp làm nóng trước tiêu chuẩn và hàm lượng hydro thấp. - HRB400, đặc biệt nếu được hợp kim hóa vi mô hoặc xử lý nhiệt, có thể có độ cứng cao hơn; cần thận trọng với quá trình nung nóng trước, nhiệt độ giữa các lớp hàn và xử lý nhiệt sau hàn (nếu thiết kế yêu cầu) để tránh nứt vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ). Tuy nhiên, nhiều sản phẩm HRB400 được thiết kế để dễ dàng hàn tại chỗ khi nối và chế tạo. - Đối với các kết nối hàn quan trọng, hãy thực hiện các quy trình kiểm tra mối nối và trước/sau khi hàn theo quy định hàn; sử dụng phép tính CE hoặc Pcm để ước tính khả năng nứt nguội.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• HRB335 và HRB400 là thép cacbon không gỉ; chúng dựa vào lớp bê tông bảo vệ chống ăn mòn trong bê tông cốt thép và lớp phủ khi tiếp xúc.
• Các biện pháp bảo vệ thông thường: mạ kẽm nhúng nóng (lớp phủ kẽm), lớp phủ epoxy, xử lý bề mặt cơ học và thiết kế lớp phủ bê tông phù hợp kết hợp với chất ức chế ăn mòn.
• PREN (Số tương đương khả năng chống rỗ) áp dụng cho hợp kim thép không gỉ để so sánh khả năng chống ăn mòn cục bộ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$ Chỉ số này không áp dụng cho thanh cốt thép cacbon thông thường như HRB335/HRB400.
• Hướng dẫn lựa chọn: đối với môi trường khắc nghiệt (tiếp xúc với clorua, biển), hãy chỉ định thanh cốt thép mạ kẽm hoặc phủ epoxy hoặc xem xét các loại thép không gỉ khi độ bền vượt quá chi phí vật liệu.

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

• Cắt: Cả hai loại thép này thường được cắt bằng cưa mài mòn, cắt bằng ngọn lửa hoặc cắt cơ học. Độ bền cao hơn của HRB400 có thể làm tăng lực cắt và độ mài mòn dụng cụ một chút.
• Tạo hình và uốn: Năng suất cao hơn đòi hỏi lực uốn lớn hơn. Bán kính uốn và quy trình uốn nguội được quy định trong các tiêu chuẩn; HRB400 thường yêu cầu thiết bị uốn lớn hơn và có thể có giới hạn uốn lại chặt chẽ hơn HRB335.
• Khả năng gia công: Thanh cốt thép không được tối ưu hóa để gia công; cả hai loại thép đều có khả năng gia công kém tương tự so với thép không chứa cacbon thấp, có khả năng cắt gọt. Hãy sử dụng dụng cụ và tốc độ gia công phù hợp.
• Hoàn thiện: Khớp nối ren hoặc khớp nối cơ học được sử dụng rộng rãi. HRB400 có thể được sử dụng với các khớp nối được thiết kế cho mức tải cao hơn; đảm bảo khả năng tương thích với quá trình xử lý nhiệt của khớp nối và vật liệu thanh.

8. Ứng dụng điển hình

HRB335 (Công dụng điển hình)	HRB400 (Công dụng điển hình)
Bê tông cốt thép thông thường trong các tòa nhà và cơ sở hạ tầng nơi tính dẻo dai và tính kinh tế được ưu tiên	Các kết cấu đòi hỏi khả năng chịu tải cao hơn trên mỗi thanh, nhịp dài hơn hoặc diện tích gia cố giảm
Chi tiết địa chấn trong đó độ dẻo cao và khả năng quay dẻo lớn hơn là rất quan trọng (tuân theo giới hạn của mã)	Cầu, móng nặng và các yếu tố có năng suất cao hơn cho phép các phần mỏng hơn hoặc ít thanh hơn
Chế tạo không quan trọng và bê tông khối lượng lớn, nơi mà tính nhạy cảm về chi phí là ưu tiên hàng đầu	Các vùng neo ứng suất trước, các thành phần chịu tải nặng và các cải tạo khi cần tăng cường độ mà không cần mở rộng mặt cắt ngang
Công việc sửa chữa sử dụng kích thước thanh tiêu chuẩn và khớp nối thông thường	Các tình huống cho phép kiểm soát chất lượng chính xác hơn và nơi thanh cốt thép có cường độ cao hơn được chỉ định

Cơ sở lựa chọn: - Chọn HRB335 khi độ dẻo, khả năng xử lý dễ dàng và chi phí được ưu tiên—đặc biệt là ở các khu vực địa chấn nơi khả năng biến dạng dẻo là yếu tố quan trọng. - Chọn HRB400 khi thiết kế yêu cầu độ bền cao hơn để giảm số lượng cốt thép, đạt được cấu hình mỏng hơn hoặc đáp ứng các yêu cầu tải trọng kết cấu cụ thể.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí tương đối: HRB335 thường rẻ hơn HRB400 trên mỗi tấn do yêu cầu xử lý thấp hơn và cường độ hợp kim/xử lý thấp hơn. HRB400 có thể có giá cao hơn tùy thuộc vào tuyến sản xuất (TMCP, hợp kim vi mô) và nguồn cung thị trường.
• Tính khả dụng: Cả hai loại thép này đều được sản xuất rộng rãi và có sẵn ở các dạng sản phẩm tiêu chuẩn (cuộn, thẳng, cắt theo chiều dài) từ các nhà máy lớn. Tính khả dụng theo đường kính và hình dạng có thể khác nhau tùy theo khu vực; bộ phận mua hàng cần xác nhận báo cáo thử nghiệm của nhà máy và thời gian giao hàng.
• Hình thức sản phẩm: thanh trơn, thanh biến dạng, tấm hàn, cuộn dây—ghi rõ loại và tuyến sản xuất trong chứng từ mua hàng để tránh hiểu sai.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Tiêu chí	HRB335	HRB400
Khả năng hàn	Rất tốt (CE thấp hơn)	Tốt đến trung bình; có thể cần kiểm soát tùy thuộc vào quá trình xử lý
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Độ dẻo tốt; năng suất thấp hơn	Năng suất cao hơn; có thể có độ dẻo thấp hơn trừ khi được TMCP/hợp kim vi mô cẩn thận
Trị giá	Thấp hơn	Cao hơn (phí bảo hiểm cho năng suất/quy trình cao hơn)

Chọn HRB335 nếu: - Bạn cần độ dẻo dai và khả năng biến dạng dẻo cao hơn để tạo chi tiết chống động đất hoặc các thành phần tiêu tán năng lượng. - Độ nhạy về chi phí của dự án và tính dễ chế tạo/hàn được ưu tiên. - Bố trí cốt thép tiêu chuẩn và diện tích thanh lớn hơn có thể được chấp nhận để đáp ứng công suất.

Chọn HRB400 nếu: - Bạn cần cường độ chịu kéo cao hơn để giảm diện tích gia cố, làm mỏng các phần hoặc đáp ứng nhu cầu tải trọng tăng lên mà không cần thay đổi hình dạng của cấu kiện. - Lộ trình sản xuất (TMCP hoặc hợp kim vi mô) đảm bảo độ dẻo dai và khả năng hàn phù hợp cho ứng dụng dự định. - Các hạn chế của dự án ưu tiên việc thay thế vật liệu để tiết kiệm không gian, trọng lượng hoặc để đáp ứng các mục tiêu hiệu suất kết cấu cụ thể.

Lưu ý cuối cùng: Các ký hiệu số (335 và 400) biểu thị mức năng suất danh nghĩa, nhưng hiệu suất sử dụng phụ thuộc vào quy trình sản xuất tại nhà máy, lịch sử gia công và kiểm soát chất lượng. Luôn ghi rõ tiêu chuẩn vật liệu, các đặc tính cơ học cần thiết, điều kiện giao hàng và khả năng kiểm tra/truy xuất nguồn gốc khi mua cốt thép; yêu cầu chứng chỉ kiểm tra tại nhà máy và, đối với các ứng dụng quan trọng, yêu cầu chứng nhận mối nối hàn và uốn.