Q195L so với Q195 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

Các kỹ sư, chuyên gia mua sắm và nhà hoạch định sản xuất thường lựa chọn giữa các loại thép cacbon thấp có liên quan chặt chẽ với nhau khi cân bằng chi phí, khả năng định hình, khả năng hàn và hiệu suất cơ học. Q195 và Q195L đều là thành viên của họ thép kết cấu cacbon thấp thường được quy định trong các tiêu chuẩn Trung Quốc và được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong chế tạo nói chung, nhưng chúng hướng đến các ưu tiên về định hình và mục đích sử dụng cuối cùng hơi khác nhau.

Điểm khác biệt thực tế chính là Q195L được điều chế và xử lý để cải thiện hiệu suất kéo sâu và tạo hình thông qua hàm lượng cacbon hiệu dụng thấp hơn và kiểm soát chặt chẽ hơn các nguyên tố vi lượng và quy trình xử lý, trong khi Q195 là loại thép đa dụng được tối ưu hóa cho mục đích sử dụng kết cấu tiết kiệm. Điều này khiến cặp thép này trở thành một sự so sánh phổ biến khi các nhà thiết kế phải lựa chọn giữa khả năng tạo hình tối đa (Q195L) và tính khả dụng rộng rãi/hiệu quả chi phí (Q195).

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Tiêu chuẩn chung nơi xuất hiện các cấp độ này (hoặc các cấp độ tương đương):
• GB (Trung Quốc): Q195, Q195L (được sử dụng trong các thông số kỹ thuật chung về thép kết cấu và tiêu chuẩn sản phẩm tấm/dải).
• ISO/EN/JIS/ASTM: Không có giá trị tương đương trực tiếp một-một — các kỹ sư ánh xạ các đặc tính chức năng với EN S235/S235JR, ASTM A36 hoặc thép mềm ít cacbon có độ bền kéo và tính chất hóa học tương tự.
• Phân loại:
• Q195: Thép kết cấu cacbon (thép mềm ít cacbon).
• Q195L: Biến thể thép kết cấu cacbon được tối ưu hóa để có hàm lượng cacbon thấp và khả năng định hình được cải thiện (vẫn được phân loại là thép cacbon thấp/thép mềm).
• Không loại nào được coi là thép không gỉ, thép dụng cụ hoặc hợp kim thấp có độ bền cao (HSLA) trong bối cảnh thông số kỹ thuật thông thường.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Bảng: so sánh định tính về sự nhấn mạnh của yếu tố điển hình (không phải số).

Yếu tố	Q195 (trọng tâm điển hình)	Q195L (nhấn mạnh điển hình)
C (Cacbon)	Hàm lượng carbon thấp cho độ bền cơ bản; kiểm soát kinh tế	Thấp hơn Q195 để cải thiện khả năng tạo hình và giảm khả năng làm cứng
Mn (Mangan)	Có tác dụng kiểm soát sức mạnh và khử oxy	Tương tự hoặc thấp hơn một chút; được kiểm soát để duy trì độ dẻo
Si (Silic)	Khử oxy; dung nạp một lượng nhỏ	Lượng nhỏ để khử oxy; giữ ở mức thấp để hỗ trợ hình thành
P (Phốt pho)	Giữ ở mức thấp nhưng cho phép trong giới hạn cấu trúc bình thường	Kiểm soát chặt chẽ hơn (thấp hơn) để giảm độ giòn và cải thiện khả năng kéo
S (Lưu huỳnh)	Được kiểm soát; có thể cao hơn một chút so với các cấp độ vẽ đặc biệt	Giảm lưu huỳnh để tránh nứt cạnh trong quá trình kéo sâu
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N	Nói chung là không có hoặc ở lượng rất nhỏ; không được hợp kim hóa để làm cứng	Tương tự như vậy, tối thiểu; kiểm soát chặt chẽ hơn các nguyên tố vi lượng có thể giúp ổn định hành vi vẽ

Giải thích: - Hợp kim ở các cấp độ này được thiết kế ở mức tối thiểu; độ bền chủ yếu đến từ cấu trúc vi mô ferit/perit được điều khiển bởi cacbon và mangan. - Hàm lượng cacbon hiệu dụng thấp hơn và khả năng kiểm soát tạp chất chặt chẽ hơn của Q195L làm giảm tỷ lệ thể tích của perlit và xu hướng hình thành martensite ở các vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt, cải thiện độ dẻo và hiệu suất kéo sâu. - Hàm lượng hợp kim cao hơn (ví dụ: Cr, Mo, V) sẽ làm tăng khả năng tôi luyện và độ bền nhưng không phải là đặc điểm của cả hai loại.

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

• Cấu trúc vi mô điển hình:
• Câu hỏi 195: Chủ yếu là ferit với perlit phân bố rộng. Ma trận ferit tạo ra độ dẻo; perlit góp phần tạo nên độ bền. Kích thước hạt và thành phần perlit phụ thuộc vào quá trình cán và tốc độ làm nguội.

• Q195L: Thành phần ferit cao hơn và cấu trúc vi mô mịn hơn, đồng nhất hơn do hàm lượng carbon thấp hơn và kiểm soát quá trình chặt chẽ hơn; điều này dẫn đến khả năng tạo hình được cải thiện và giảm xu hướng hình thành các pha cứng cục bộ.

• Phản ứng với quá trình xử lý nhiệt/nhiệt cơ thông thường:

• Ủ (ủ kết tinh lại, ủ hoàn toàn): Cả hai loại đều đáp ứng tốt; ủ làm giảm giới hạn chảy, tăng độ dẻo và hiệu suất kéo sâu. Q195L đạt độ giãn dài tốt hơn và hiệu suất thấp hơn do hàm lượng carbon thấp hơn sau khi ủ.
• Chuẩn hóa: Tạo ra sự phân bố ferit/perit đồng đều hơn; hữu ích cho tính ổn định về kích thước nhưng ít phổ biến hơn đối với các sản phẩm dạng tấm.
• Làm nguội và ram: Không điển hình đối với các loại thép có hàm lượng carbon thấp này — khả năng làm nguội bị hạn chế do hàm lượng carbon thấp và không có các nguyên tố hợp kim mạnh, do đó, việc tăng cường độ đáng kể thông qua quá trình chuyển đổi martensitic là khó khăn nếu không bổ sung hợp kim.
• Cán nhiệt cơ học/cán có kiểm soát: Cả hai đều có lợi, nhưng mục tiêu của Q195L là khả năng định hình, do đó, lịch trình biến dạng nặng thường được điều chỉnh để bảo toàn cấu trúc vi mô ferit mịn và tránh hình thành perlit quá mức.

4. Tính chất cơ học

Bảng: so sánh tính chất định tính (không có dữ liệu số được tạo ra).

Tài sản	Câu hỏi 195	Q195L
Độ bền kéo	Trung bình cho các ứng dụng kết cấu chung	Có thể so sánh hoặc thấp hơn một chút tùy thuộc vào quá trình xử lý
Sức chịu lực	Trung bình; được thiết kế để sử dụng cho kết cấu tiết kiệm	Năng suất thấp hơn một chút có thể đạt được để ủng hộ việc hình thành
Độ giãn dài / Độ dẻo	Tốt cho thép mềm	Tốt hơn Q195 — cải thiện độ giãn dài và khả năng chống thắt nút
Độ bền va đập	Phù hợp ở nhiệt độ môi trường xung quanh	Tương tự hoặc cải thiện đôi chút, đặc biệt là ở các phần mỏng
Độ cứng	Thấp-trung bình	Thấp hơn một chút ở mức trung bình để hỗ trợ hình thành

Giải thích: - Q195 và Q195L không phải là thép có độ bền cao; sự khác biệt chủ yếu nằm ở độ dẻo/khả năng tạo hình hơn là sự khác biệt đáng kể về độ bền. - Hàm lượng carbon thấp hơn và quá trình xử lý được tối ưu hóa của Q195L làm giảm năng suất và tăng độ giãn dài, đó là lý do tại sao sản phẩm này được ưa chuộng khi cần kéo sâu, uốn cong nhiều hoặc tạo hình kéo giãn. - Độ bền thường đủ cho cả ứng dụng môi trường thông thường; đối với ứng dụng ở nhiệt độ thấp, cần phải thử nghiệm va đập cụ thể.

5. Khả năng hàn

• Hàm lượng carbon thấp ở cả hai loại thép đều mang lại khả năng hàn tuyệt vời cho các quy trình hàn nóng chảy thông thường (MIG/MAG, TIG, SMAW). Hàm lượng carbon tương đương càng thấp, nguy cơ nứt nguội càng thấp và nhu cầu gia nhiệt trước/sau càng ít.
• Việc sử dụng công thức tính lượng cacbon tương đương giúp đánh giá khả năng hàn một cách định tính. Các chỉ số phổ biến:
• Tương đương carbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• Pcm của Viện hàn 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:
• Q195L, với hàm lượng carbon thấp hơn và khả năng kiểm soát tạp chất chặt chẽ hơn, thường có $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ nhỏ hơn, nghĩa là giảm nguy cơ nứt nguội do hydro và ít cần gia nhiệt trước hơn, đặc biệt là đối với các phần dày hoặc mối hàn bị hạn chế.
• Q195 cũng dễ hàn, nhưng khi so sánh với Q195L, nó có thể đòi hỏi quy trình hàn thận trọng hơn một chút ở các mối nối khó hoặc các bộ phận dày hơn.
• Lưu ý thực tế: Việc lựa chọn vật liệu hàn phù hợp, kiểm soát hydro và tuân thủ các quy trình hàn đạt tiêu chuẩn vẫn rất cần thiết đối với cả hai loại vật liệu hàn.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả Q195 và Q195L đều không phải thép không gỉ; cả hai đều dựa vào lớp bảo vệ bề mặt để chống ăn mòn. Các biện pháp bảo vệ phổ biến:
• Mạ kẽm nhúng nóng, mạ điện hoặc mạ kẽm nhiều lớp để bảo vệ chống ăn mòn trong khí quyển.
• Lớp phủ hữu cơ (sơn, sơn lót epoxy) và lớp phủ chuyển đổi cho các môi trường cụ thể.
• Màng dầu hoặc bao bì bảo vệ để lưu trữ trong thời gian ngắn.
• Các chỉ số thép không gỉ như PREN không áp dụng cho thép cacbon thông thường: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$
• Thông tin này chỉ mang tính thông tin đối với các loại thép không gỉ; Q195/Q195L sẽ không được đánh giá bằng PREN.
• Hướng dẫn lựa chọn:
• Đối với môi trường khắc nghiệt, hãy chọn phương pháp xử lý bề mặt phù hợp hoặc thép không gỉ/hợp kim thay vì sử dụng Q195/Q195L.

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

• Khả năng định hình:
• Q195L có khả năng kéo sâu, tạo hình kéo giãn và uốn bán kính hẹp nhờ hàm lượng carbon thấp và mức độ tạp chất/phức tạp thấp hơn.
• Q195 có hiệu suất tốt trong việc tạo hình chung nhưng dễ bị nứt cạnh hoặc nảy trở lại trong các thao tác kéo mạnh.
• Khả năng gia công:
• Cả hai đều dễ gia công so với thép cacbon cao hơn hoặc thép hợp kim. Sự khác biệt về khả năng gia công là không đáng kể; độ bền hơi thấp hơn của Q195L có thể giúp giảm lực cắt trong một số ứng dụng.
• Cắt/hàn/hoàn thiện:
• Áp dụng các quy trình gia công và hoàn thiện tiêu chuẩn. Q195L có thể yêu cầu dụng cụ ít gây chấn động hơn hoặc lực cắt thấp hơn trong một số thao tác tạo hình, giúp cải thiện tuổi thọ dụng cụ cho các chi tiết dập.
• Lớp phủ và bề mặt hoàn thiện:
• Độ sạch và độ phẳng của bề mặt quan trọng hơn đối với quá trình kéo sâu; tấm Q195L thường được sản xuất với chất lượng bề mặt được kiểm soát để tạo hình.

8. Ứng dụng điển hình

Bảng: các trường hợp sử dụng song song.

Câu hỏi 195	Q195L
Các thành phần kết cấu chung, khung hàn, kênh, giá đỡ, chế tạo chung trong đó yếu tố kinh tế là then chốt	Các thành phần được kéo sâu, tấm ốp bên trong ô tô, vỏ thiết bị gia dụng, thân lon nước giải khát (yêu cầu hàm lượng carbon thấp và khả năng định hình vượt trội)
Tấm giá rẻ, dập phổ thông khi không yêu cầu bản vẽ phức tạp	Dập chính xác, các bộ phận hình thành phức tạp với bán kính hẹp và độ biến dạng cao
Các bộ phận xây dựng, phần nhẹ và hàng rào	Các thành phần cần có bề mặt hoàn thiện cao cấp cho các hoạt động tạo hình và hoàn thiện

Cơ sở lựa chọn: - Chọn Q195 trong đó chi phí và hiệu suất kết cấu chung được ưu tiên và nhu cầu tạo hình ở mức trung bình. - Chọn Q195L khi cần thực hiện các thao tác tạo hình lặp đi lặp lại hoặc nghiêm ngặt, cải thiện chất lượng bề mặt và giảm thiểu hiện tượng nứt cạnh/nứt do phản lực.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Trị giá:
• Q195 thường là lựa chọn kinh tế hơn do được sử dụng rộng rãi hơn, dung sai tạp chất lỏng lẻo hơn và sản lượng lớn.
• Q195L thường có mức giá cao hơn một chút do kiểm soát hóa học chặt chẽ hơn và các yêu cầu về xử lý bổ sung hoặc chất lượng bề mặt liên quan đến thông số kỹ thuật kéo sâu.
• Khả dụng:
• Q195 được cung cấp rộng rãi dưới nhiều dạng sản phẩm (tấm cán nóng, tấm cán nguội, cuộn, thanh).
• Q195L có dạng tấm và cuộn được tối ưu hóa cho việc tạo hình; tình trạng cung cấp có thể thay đổi tùy theo khu vực và năng lực của nhà máy.
• Mẹo mua sắm: Chỉ định chính xác các yêu cầu về chất lượng bề mặt và hóa chất (và dạng sản phẩm) để tránh việc thay thế tiêu chuẩn Q195 khi cần hiệu suất kéo sâu.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng tóm tắt những sự đánh đổi chính.

Thuộc tính	Câu hỏi 195	Q195L
Khả năng hàn	Rất tốt	Rất tốt — tốt hơn một chút cho các khớp dễ nứt
Sức mạnh-Độ dẻo dai	Phù hợp cho mục đích sử dụng kết cấu chung	Độ dẻo dai tương đương; độ dẻo dai thấp hơn một chút để tăng độ dẻo dai
Trị giá	Thấp hơn (tiết kiệm)	Phí bảo hiểm nhẹ (xử lý và thông số kỹ thuật chặt chẽ hơn)

Kết luận và hướng dẫn lựa chọn: - Chọn Q195 nếu chi phí và tính khả dụng rộng rãi là yếu tố chính, và yêu cầu tạo hình ở mức trung bình: các ứng dụng thông thường bao gồm các bộ phận kết cấu chung, khung hàn và các ứng dụng tấm tiết kiệm. - Chọn Q195L nếu thiết kế yêu cầu độ kéo sâu tuyệt vời, độ dẻo cao, dung sai tạo hình chặt chẽ hoặc giảm thiểu nguy cơ nứt cạnh và nảy ngược trong quá trình tạo hình phức tạp.

Lưu ý cuối cùng: Khi lựa chọn giữa Q195 và Q195L, hãy ghi rõ các đặc tính cơ học, độ hoàn thiện bề mặt, các chỉ số về khả năng định hình (ví dụ: giá trị r, giá trị n nếu có) và các ràng buộc về hàn trong hồ sơ mua sắm. Nếu còn nghi ngờ, hãy yêu cầu chứng chỉ kiểm tra tại nhà máy và mẫu dập thử để xác nhận rằng loại thép đã chọn đáp ứng nhu cầu sản xuất và hiệu suất.