HRB500 so với HRB600 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

HRB500 và HRB600 là hai loại thép thanh cán nóng biến dạng phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng bê tông cốt thép và cốt thép kết cấu. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và nhà hoạch định sản xuất thường cân nhắc giữa chi phí vật liệu, khả năng thi công, khả năng hàn và hiệu suất vận hành khi lựa chọn. Các bối cảnh quyết định điển hình bao gồm tối ưu hóa kích thước cấu kiện cho thiết kế chịu động đất hoặc tải trọng cao, giảm tắc nghẽn trong các đoạn được gia cố nhiều, hoặc đáp ứng các mục tiêu khắt khe hơn về tỷ lệ cường độ trên trọng lượng trong khi vẫn duy trì độ dẻo và hiệu suất hàn phù hợp.

Sự khác biệt chính giữa các loại thép này là mức giới hạn chảy thiết kế mục tiêu của chúng: HRB600 được chỉ định cho giới hạn chảy danh nghĩa cao hơn HRB500. Độ bền cao hơn này làm thay đổi các chiến lược hợp kim và gia công, và do đó ảnh hưởng đến độ dẻo, độ dai, hành vi hàn và các cân nhắc về chế tạo — những yếu tố đánh đổi chính xác quyết định loại thép nào phù hợp nhất cho một ứng dụng cụ thể.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Trung Quốc: GB/T 1499.2 (thanh thép gân cán nóng dùng cho bê tông cốt thép) — Dòng HRB (HRB335, HRB400, HRB500, HRB600).
• Châu Âu: Các định danh EN 10080 / EN 1992 thường sử dụng B500A/B/C hoặc B500B/C (tương đương về mặt chức năng với HRB500 trong hành vi thiết kế); các tương đương trực tiếp HRB600 ít phổ biến hơn trong các tiêu chuẩn Euro.
• Nhật Bản: JIS G3112 bao gồm các thanh thép biến dạng; danh pháp cấp độ khác nhau (ví dụ: SD345, SD400) và tính tương đương trực tiếp phải được kiểm tra bằng các đặc tính cơ học.
• ASTM/ASME: ASTM A615/A706 phân loại thanh cốt thép theo số cấp khác nhau (ví dụ: Cấp 60 tương ứng với độ bền kéo 420 MPa); việc ánh xạ trực tiếp sang cấp HRB được thực hiện theo đặc tính, không phải theo tên.
• Phân loại: HRB500 và HRB600 không phải là thép không gỉ hoặc thép dụng cụ; chúng thuộc nhóm thép cacbon hợp kim thấp/cường độ cao (thường được sản xuất dưới dạng HSLA hoặc thanh cốt thép hợp kim vi mô). Thành phần hóa học và quy trình chế tạo của chúng được điều chỉnh để mang lại cường độ chịu kéo cao hơn với độ dẻo và độ dai chấp nhận được.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Bảng: so sánh định tính vai trò của các yếu tố điển hình và mức độ tương đối (HRB500 so với HRB600)

Yếu tố	Vai trò điển hình trong HRB500	Vai trò điển hình trong HRB600
C (Cacbon)	Thấp-trung bình; được kiểm soát để cân bằng độ bền và khả năng hàn	Trung bình; có thể cao hơn một chút hoặc được kiểm soát tương tự bằng hợp kim vi mô để hạn chế giòn
Mn (Mangan)	Chất khử oxy chính và chất tăng cường dung dịch rắn; mức độ vừa phải	Thường tương tự hoặc cao hơn một chút để tăng cường độ và khả năng làm cứng
Si (Silic)	Khử oxy và độ bền; thường thấp	Thấp; kiểm soát khả năng hàn
P (Phốt pho)	Giữ ở mức rất thấp để duy trì độ dẻo dai	Giữ ở mức rất thấp
S (Lưu huỳnh)	Giữ ở mức rất thấp để tránh hiện tượng nóng chảy và mất độ dẻo	Giữ ở mức rất thấp
Cr, Ni, Mo	Thông thường không đáng kể trong thanh cốt thép cacbon thông thường; được sử dụng với số lượng nhỏ nếu cần tăng khả năng làm cứng	Có thể xuất hiện trong các phần bổ sung nhỏ cho các thanh cốt thép cường độ cao đặc biệt, nhưng không điển hình cho HRB600 tiêu chuẩn
V, Nb, Ti (hợp kim vi mô)	Đôi khi có mặt với số lượng nhỏ để tinh chế hạt và tăng cường lượng mưa	Được sử dụng phổ biến hơn trong HRB600 (hoặc các thanh cốt thép cường độ cao tương tự) để tăng năng suất thông qua các chất kết tủa mịn và kiểm soát nhiệt cơ học
B	Bổ sung dấu vết vào một số loại thép đã qua xử lý để cải thiện khả năng tôi luyện	Hiếm, chỉ có ở thép được kiểm soát đặc biệt
N	Được kiểm soát; có thể tương tác với hợp kim vi mô để tạo thành nitrua	Được kiểm soát để ngăn ngừa mất độ dẻo dai

Giải thích - HRB500 thường đạt được độ bền thông qua sự kết hợp giữa carbon và mangan được kiểm soát cùng với quy trình kiểm soát (cán nhiệt cơ học hoặc chuẩn hóa), giữ hàm lượng carbon ở mức đủ thấp để duy trì độ dẻo và khả năng hàn. - HRB600 thường cần các cơ chế gia cường bổ sung (hợp kim hóa vi mô với V, Nb, Ti và/hoặc cán nhiệt cơ học tăng cường và làm nguội có kiểm soát) để đạt được mục tiêu năng suất cao hơn mà không làm tăng hàm lượng cacbon quá mức. Phương pháp này giúp duy trì độ dẻo dai và khả năng định hình hợp lý đồng thời tăng cường độ bền.

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

• Cấu trúc vi mô điển hình: Trong quá trình cán nóng tiêu chuẩn và làm nguội có kiểm soát, HRB500 thường thể hiện hỗn hợp ferit và bainit dạng hạt hoặc ferit đa giác với một số vùng giàu sai lệch, tùy thuộc vào tốc độ làm nguội và thành phần hóa học. HRB600, được sản xuất thông qua quá trình hợp kim hóa cao hơn hoặc kiểm soát nhiệt cơ học chặt chẽ hơn, cho thấy kích thước hạt mịn hơn, tỷ lệ thành phần bainit/martensit ram cao hơn ở các trường hợp biên, hoặc cấu trúc sai lệch được giữ lại chắc chắn hơn nhờ các phương pháp gia cường.
• Chuẩn hóa: Chuẩn hóa có thể tinh chỉnh hạt và cải thiện độ dẻo dai cho cả hai loại thép; điều này hữu ích khi sản xuất các thanh thép từ phôi có thành phần hóa học thay đổi. HRB600 được hưởng lợi từ quá trình chuẩn hóa cẩn thận để giảm các cấu trúc vi mô thô có thể ảnh hưởng đến độ dẻo dai.
• Cán nhiệt cơ học (TMT): Được sử dụng rộng rãi để sản xuất cốt thép cường độ cao mà không chứa hàm lượng cacbon cao. TMT đạt được kích thước hạt mịn và gia cường kết tủa — đặc biệt hiệu quả đối với HRB600 để đạt được năng suất mục tiêu với độ giãn dài chấp nhận được.
• Làm nguội và ram: Không phổ biến đối với các thanh cốt thép biến dạng sản xuất hàng loạt nhưng được sử dụng cho các thanh thép cường độ cao đặc biệt, nơi cần kiểm soát chặt chẽ sự cân bằng giữa độ cứng/độ dai. Quá trình làm nguội và ram sẽ tăng cường độ nhưng có thể làm giảm độ dẻo nếu không được ram đúng cách.
• Tác động của quá trình xử lý: Làm nguội nhanh hơn làm tăng độ bền/khả năng tôi cứng nhưng có thể làm giảm độ dẻo/độ dai nếu thành phần hóa học thúc đẩy các pha cứng; hợp kim vi mô và cán có kiểm soát cho phép độ bền cao hơn ở tốc độ làm nguội thấp hơn, duy trì độ dai.

4. Tính chất cơ học

Bảng: so sánh định tính (lưu ý: cường độ chịu kéo là đặc tính quyết định)

Tài sản	HRB500	HRB600
Cường độ chịu kéo (danh nghĩa)	~500 MPa (cấp thiết kế)	~600 MPa (cấp thiết kế)
Độ bền kéo (tối đa)	Cao hơn năng suất; tỷ lệ UTS/Y vừa phải	UTS tuyệt đối cao hơn; Tỷ lệ UTS/Y thường tương tự hoặc giảm nhẹ
Độ giãn dài (độ dẻo)	Độ dẻo tương đối cao hơn	Độ dẻo giảm so với HRB500, nhưng phụ thuộc vào quá trình xử lý
Độ bền va đập	Độ dẻo dai xuyên suốt tốt hơn nói chung	Thông thường thấp hơn HRB500 ở cùng thành phần hóa học trừ khi được hợp kim hóa/xử lý để tăng độ dẻo dai
Độ cứng	Vừa phải	Cao hơn, tương quan với năng suất tăng

Giải thích - HRB600 có độ bền kéo và độ bền kéo cao hơn. Tuy nhiên, độ bền cao hơn thường làm giảm độ giãn dài đồng đều và tổng thể, đồng thời có thể giảm năng lượng va đập, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp, trừ khi áp dụng hợp kim và gia công bù trừ. - Các nhà thiết kế phải cân nhắc xem liệu cường độ lớn hơn (cho phép kích thước thanh nhỏ hơn hoặc ít thanh hơn) có bù đắp cho độ dẻo giảm về mặt hiệu suất chống động đất, khả năng chống mỏi và khả năng ngăn chặn vết nứt hay không.

5. Khả năng hàn

• Các yếu tố chính: hàm lượng cacbon, cacbon tương đương (khả năng tôi luyện) và các nguyên tố hợp kim vi mô ảnh hưởng đến yêu cầu gia nhiệt trước/sau gia nhiệt và khả năng nứt do hydro gây ra.
• Tương đương cacbon (IIW) hữu ích cho đánh giá định tính: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• Chỉ số $CE_{IIW}$ cao hơn cho thấy khả năng tôi luyện tốt hơn và khả năng kiểm soát hàn chặt chẽ hơn (làm nóng trước, nhiệt độ giữa các mối hàn, kiểm soát hydro).
• Công thức PCM cho khả năng hàn thực tế: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• $P_{cm}$ cao hơn có nghĩa là khả năng hàn giảm; việc bổ sung hợp kim vi mô như Nb và V làm tăng $P_{cm}$ một cách khiêm tốn.
• Giải thích:
• HRB500 thường có hàm lượng cacbon hiệu dụng thấp hơn HRB600, giúp dễ hàn hơn khi hàn tại hiện trường theo quy trình tiêu chuẩn.
• HRB600, đặc biệt nếu được gia cường thông qua hợp kim vi mô và tăng Mn, có thể cần phải gia nhiệt trước, kiểm soát nhiệt độ giữa các mối hàn, quy trình hàm lượng hydro thấp và có thể phải xử lý nhiệt sau hàn đối với các kết nối quan trọng.
• Vật tư hàn, thiết kế mối hàn và chất lượng hàn phải được lựa chọn dựa trên tiêu chuẩn CE/Pcm của loại hàn; luôn thực hiện chất lượng quy trình hàn khi chuyển đổi loại hàn.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả HRB500 và HRB600 đều không phải thép không gỉ; khả năng chống ăn mòn thấp nếu không được bảo vệ.
• Các phương pháp bảo vệ điển hình: mạ kẽm nhúng nóng, phủ epoxy, bọc polyme, chất ức chế ăn mòn xi măng, bảo vệ catốt hoặc thông số kỹ thuật che phủ bê tông.
• PREN (số tương đương khả năng chống rỗ) chỉ áp dụng cho hợp kim thép không gỉ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$
• Không áp dụng cho thép HRB vì hàm lượng Cr/Mo/N không nằm trong phạm vi thép không gỉ.
• Lưu ý thực tế: Cấp độ bền cao hơn có thể nhạy cảm hơn với hiện tượng nứt cục bộ do ăn mòn dưới ứng suất. Đối với môi trường khắc nghiệt, hãy chọn lớp phủ và thiết kế bê tông phù hợp (lớp phủ, chất lượng, chất ức chế) thay vì dựa vào thành phần hóa học của thép nền.

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

• Cắt: Cả hai loại đều được cắt bằng máy cắt oxy-nhiên liệu, plasma hoặc cơ học tiêu chuẩn; HRB600 sẽ tạo ra phoi cứng hơn và làm tăng nhẹ độ mài mòn của dụng cụ cắt.
• Uốn/tạo hình: Giới hạn chảy cao hơn của HRB600 đòi hỏi lực uốn lớn hơn và bán kính uốn tối thiểu lớn hơn so với HRB500 để tránh nứt. Tuân thủ khuyến nghị về đường kính uốn của nhà sản xuất/nhà cung cấp.
• Tạo hình nguội và tạo ren: HRB600 đòi hỏi lực tạo hình cao hơn; một số hoạt động tạo hình nguội (ép nguội, dập) có thể yêu cầu điều chỉnh quy trình hoặc các bước ram.
• Khả năng gia công: Nhìn chung là tương tự; HRB600 có thể mài mòn hơn một chút và khó gia công tốc độ cao hơn do có độ bền/độ cứng cao hơn.
• Hoàn thiện bề mặt: Độ cứng cao hơn có thể làm tăng độ mài mòn của dụng cụ trong quá trình mài hoặc hoàn thiện. Đối với các ứng dụng cốt thép, hình dạng bề mặt và hình dạng gân được kiểm soát theo thiết kế và thường không được thay đổi sau khi sản xuất.

8. Ứng dụng điển hình

HRB500 – Công dụng phổ biến	HRB600 – Công dụng phổ biến
Bê tông cốt thép thông thường (tòa nhà, bản sàn, dầm, cột) trong đó thiết kế sử dụng giới hạn chảy tiêu chuẩn	Các kết cấu chịu tải trọng cao hoặc chịu trọng lượng lớn, cần số lượng thanh giảm hoặc đường kính thanh nhỏ hơn (cầu, móng nhịp dài)
Thiết kế chi tiết chống động đất khi cần độ dẻo dai thích hợp và các quy định của mã cho phép	Ứng dụng ứng suất trước hoặc ứng suất sau trong đó cường độ cao hơn có thể làm giảm diện tích sợi/thanh (với khả năng kiểm soát độ dẻo cẩn thận)
Bê tông khối lớn và cơ sở hạ tầng nơi chi phí và tính khả dụng là quan trọng	Các thành phần kết cấu đặc biệt có hạn chế về không gian hoặc công việc cải tạo đòi hỏi công suất cao hơn
Các ứng dụng ưu tiên khả năng hàn tại hiện trường và dễ chế tạo	Các ứng dụng mà việc chế tạo và hàn được thực hiện trong môi trường xưởng được kiểm soát và có độ bền cao hơn là điều cần thiết

Cơ sở lựa chọn - Chọn HRB500 khi độ dẻo, khả năng hàn và chi phí được ưu tiên và khi thiết kế kết cấu cho phép. - Chọn HRB600 khi cần độ bền danh nghĩa cao hơn để giảm tắc nghẽn cốt thép, giảm kích thước thành phần hoặc đáp ứng các yêu cầu về độ bền cao hơn — với điều kiện giải quyết được các vấn đề về chế tạo và độ bền.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí: HRB600 thường đắt hơn HRB500 trên mỗi đơn vị khối lượng do được xử lý bổ sung (kiểm soát nhiệt cơ, bổ sung hợp kim vi mô) và kiểm soát chất lượng chặt chẽ hơn. Mức giá chênh lệch tùy theo thị trường và khu vực.
• Tính khả dụng: HRB500 được cung cấp rộng rãi ở hầu hết các thị trường và dạng sản phẩm tiêu chuẩn (thanh, cuộn). Tính khả dụng của HRB600 phụ thuộc vào nhu cầu khu vực và năng lực của nhà sản xuất; thời gian giao hàng có thể lâu hơn và dạng sản phẩm (chiều dài, hình dạng) bị hạn chế hơn.
• Mẹo mua sắm: Đối với các dự án lớn, hãy chốt nguồn cung sớm và chỉ định các phương án thay thế có thể chấp nhận được cũng như công thức hàn/chế tạo trong tài liệu mua sắm.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng: so sánh cấp cao

Thuộc tính	HRB500	HRB600
Khả năng hàn	Tốt (hàn tại chỗ dễ dàng hơn)	Yêu cầu khắt khe hơn (tiềm năng CE/Pcm cao hơn)
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Cân bằng (độ dẻo/độ bền tốt)	Độ bền cao hơn, độ dẻo dai khó duy trì hơn
Trị giá	Thấp hơn (phổ biến hơn)	Cao hơn (phí xử lý cao hơn)

Khuyến nghị cuối cùng - Chọn HRB500 nếu: thiết kế của bạn đáp ứng yêu cầu về cường độ với giới hạn chảy 500 MPa, bạn ưu tiên tính dẻo, dễ hàn tại hiện trường, chi phí thấp hơn và khả năng cung cấp rộng rãi. HRB500 là lựa chọn mặc định mạnh mẽ cho hầu hết các ứng dụng bê tông cốt thép. - Chọn HRB600 nếu: bạn cần giảm thiểu tắc nghẽn cốt thép, giảm kích thước thanh hoặc bộ phận, hoặc đáp ứng yêu cầu thiết kế tải trọng cao cụ thể trong đó năng suất cao hơn là cần thiết — và bạn có thể kiểm soát quá trình chế tạo (quy trình hàn, bán kính uốn), đảm bảo độ dẻo dai thích hợp (thông qua lựa chọn hợp kim và quy trình) và chấp nhận chi phí vật liệu cao hơn.

Khi thay thế các cấp độ, hãy luôn xác minh các yêu cầu về tính chất cơ học trong thông số kỹ thuật của dự án, đánh giá lại quy trình hàn bằng các số liệu tương đương cacbon và xác nhận rằng chiều dài phát triển uốn cong/neo và chi tiết địa chấn vẫn tuân thủ các quy tắc hiện hành.