Q235B so với Q235C – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

Q235 là một dòng thép kết cấu carbon thấp tiêu chuẩn Trung Quốc, được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật và xây dựng nói chung. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và nhà hoạch định sản xuất thường xuyên cân nhắc giữa các cấp thép nền như Q235B và Q235C khi cân nhắc giữa chi phí, khả năng hàn và độ bền khi sử dụng. Các bối cảnh quyết định điển hình bao gồm các thành phần kết cấu hàn, khung máy và các bộ phận tiếp xúc với nhiệt độ thấp hoặc dễ bị va đập.

Sự khác biệt thực tế chính giữa Q235B và Q235C là mức độ bền va đập cần thiết trong các điều kiện thử nghiệm cụ thể: Q235C được phân loại có khả năng chống va đập cao hơn Q235B và thường được lựa chọn khi cần độ bền va đập tốt hơn hoặc hiệu suất ở nhiệt độ thấp hơn. Về mặt hóa học, cả hai loại đều rất giống nhau; sự khác biệt chủ yếu nằm ở khâu thử nghiệm và thẩm định (và đôi khi là kiểm soát quy trình) để đạt được độ bền đó.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Tiêu chuẩn Trung Quốc: GB/T 700 — họ Q235 được định nghĩa tại đây. Các cấp độ A, B, C, D, E biểu thị các yêu cầu kiểm tra va đập ngày càng nghiêm ngặt hơn và/hoặc các nhiệt độ thử nghiệm và quy trình kiểm soát cho phép khác nhau.
• Thông số kỹ thuật liên quan/tương đương quốc tế:
• ASTM/ASME: không có tiêu chuẩn tương đương trực tiếp một-một, nhưng Q235 thường được so sánh với ASTM A36 (thép cacbon kết cấu) về tính chất cơ học và ứng dụng.
• EN (Châu Âu): sử dụng tương tự như thép kết cấu S235, nhưng có sự khác biệt về thành phần và thử nghiệm.
• JIS (Nhật Bản): không có sự đối chiếu trực tiếp; cách sử dụng và phân loại khác nhau.
• Phân loại vật liệu: Các biến thể Q235 là thép kết cấu cacbon thông thường (không phải thép không gỉ, không phải hợp kim theo nghĩa hợp kim cao, không phải HSLA theo định nghĩa hiện đại nghiêm ngặt). Chúng được sử dụng làm thép kết cấu cacbon đa dụng.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Yếu tố	Phạm vi điển hình / bình luận (họ Q235)
C (cacbon)	≤ 0,22% (kiểm soát độ bền và khả năng hàn)
Mn (mangan)	≤ 1,40% (độ bền, khả năng tôi, khả năng khử oxy)
Si (silicon)	≤ 0,35% (chất khử oxy; tác dụng cường độ nhỏ)
P (phốt pho)	≤ 0,035% (kiểm soát tạp chất; ảnh hưởng đến độ dẻo dai)
S (lưu huỳnh)	≤ 0,035% (kiểm soát tạp chất; khả năng gia công)
Cr (crom)	Không xác định hoặc dấu vết (thường ≤ 0,30% dư lượng)
Ni (niken)	Không xác định hoặc dấu vết (thường ≤ 0,30% dư lượng)
Mo (molypden)	Không xác định hoặc theo dõi
V, Nb, Ti, B	Hợp kim vi mô không điển hình đối với Q235; thường không có hoặc ở mức vết
N (nitơ)	Còn lại; được kiểm soát để ngăn ngừa giòn

Ghi chú: - Q235B và Q235C về cơ bản có cùng giới hạn thành phần hóa học theo GB/T 700; sự khác biệt chính nằm ở thử nghiệm va đập và quy trình kiểm định để đảm bảo độ bền. Các nguyên tố dư nhỏ hoặc hợp kim vi mô cố ý không phải là tiêu chuẩn cho Q235 nhưng có thể xuất hiện trong các sản phẩm biến thể hoặc độc quyền. - Chiến lược hợp kim hóa: Q235 là chiến lược hàm lượng carbon thấp, ưu tiên khả năng hàn và khả năng định hình hơn là tăng cường độ bền nhờ hợp kim hóa. Hàm lượng carbon thấp giúp duy trì hàm lượng carbon tương đương ở mức thấp, cải thiện khả năng hàn và giảm thiểu khả năng tôi.

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

Cấu trúc vi mô: - Thép Q235 cán thường có cấu trúc vi mô ferit-perlit: một ma trận ferit mềm với các đảo perlit kiểm soát độ bền. - Sự cân bằng của ferit và perlit và kích thước hạt phụ thuộc vào lịch trình cán, tốc độ làm nguội và bất kỳ quá trình xử lý nhiệt cơ học nào.

Phản ứng xử lý nhiệt: - Thép Q235 chủ yếu được cung cấp ở dạng cán nóng hoặc thường hóa. Chúng không được thiết kế để làm cứng đáng kể bằng phương pháp tôi và ram vì tính chất hóa học và kích thước tiết diện của chúng hạn chế khả năng tôi cứng. - Chuẩn hóa có thể tinh chỉnh kích thước hạt một chút và đồng nhất cấu trúc vi mô, cải thiện độ dẻo dai một cách khiêm tốn. - Quá trình tôi và ram thường không được áp dụng cho Q235 trong sản xuất thông thường vì hàm lượng cacbon thấp và thiếu các nguyên tố hợp kim hạn chế độ cứng có thể đạt được và có thể không kinh tế; thay vào đó, thép có độ bền cao hơn được lựa chọn khi cần các đặc tính tôi/ram. - Một số nhà máy có thể cung cấp các biến thể xử lý kiểm soát nhiệt cơ (TMCP) để cải thiện độ dẻo dai và tinh chỉnh cấu trúc vi mô mà không làm thay đổi thành phần hóa học; các tuyến quy trình như vậy có thể tạo ra độ dẻo dai đạt tiêu chuẩn Q235C mà không cần thay đổi thành phần.

So sánh: - Về mặt vi cấu trúc, Q235C có xu hướng trải qua quá trình kiểm soát bổ sung hoặc nhiệt độ cán/làm nguội cuối cùng thấp hơn để đạt được ferit-pearlit hạt mịn hơn và hiệu suất va đập tốt hơn so với Q235B tiêu chuẩn. Pha cơ bản vẫn là ferit và perlit ở cả hai cấp.

4. Tính chất cơ học

Tài sản	Q235B (điển hình)	Q235C (điển hình)	Ghi chú
Giới hạn chảy (Rp0.2 / ReH)	≈ 235 MPa (giới hạn chảy thiết kế)	≈ 235 MPa	Ký hiệu “235” biểu thị mức năng suất danh nghĩa tối thiểu
Độ bền kéo	~370–500 MPa	~370–500 MPa	Phạm vi kéo phụ thuộc vào độ dày và thực hành nhà máy; tương tự cho cả hai loại
Độ giãn dài (A)	≥ ~20–26% (tùy thuộc vào độ dày)	≥ ~20–26%	Độ dẻo tương đương; Q235C có thể có độ giãn dài tốt hơn một chút ở một số lô hàng máy nghiền
Độ bền va đập (định tính)	Đáp ứng các yêu cầu về tác động loại B	Đáp ứng các yêu cầu tác động nghiêm ngặt hơn của hạng C	Q235C được chỉ định và thử nghiệm để có năng lượng va chạm cao hơn ở nhiệt độ nhất định
Độ cứng	~120–160 HB (điển hình, cán nóng)	~120–160 HB	Độ cứng tương tự; kết quả của hóa học ít carbon

Giải thích: - Độ bền (giới hạn chảy/độ bền kéo) về cơ bản là như nhau: cả hai đều là thép có giới hạn chảy danh nghĩa 235 MPa. Sự khác biệt cơ học thực tế nằm ở độ bền va đập trong các điều kiện thử nghiệm cụ thể—Q235C được kiểm soát theo yêu cầu độ bền cao hơn. - Độ dẻo và độ cứng chồng chéo đáng kể; quá trình kiểm soát và độ dày ảnh hưởng đến giá trị nhiều hơn chữ cái nền đất trong nhiều trường hợp.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn của dòng thép Q235 rất tốt nhờ hàm lượng carbon thấp và hàm lượng carbon tương đương (CE) thấp. Việc sử dụng công thức carbon tương đương giúp đánh giá nguy cơ nứt nguội và yêu cầu gia nhiệt trước.

Chỉ số khả năng hàn chung: - Viện Hàn Quốc tế quy đổi cacbon: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm toàn diện hơn: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Giải thích định tính: - Đối với cả Q235B và Q235C, $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ thường thấp do hàm lượng C và các nguyên tố hợp kim hạn chế, cho thấy khả năng hàn tốt với các kim loại hàn thông thường và các quy trình tiêu chuẩn. - Yêu cầu về độ dẻo dai cao hơn của Q235C không làm tăng đáng kể hàm lượng carbon; tuy nhiên, các bước quy trình được sử dụng để đảm bảo độ dẻo dai (ví dụ: hạt mịn hơn, giảm tạp chất) có thể ảnh hưởng đến khả năng tôi cứng cục bộ. Trên thực tế, quy trình hàn Q235C tương tự như Q235B, nhưng các kỹ sư có thể áp dụng các biện pháp kiểm soát nung nóng trước hoặc kiểm soát đường hàn kín hơn một chút khi hàn các phần dày hơn hoặc khi cần duy trì độ dẻo dai va đập trong vùng HAZ. - Luôn thực hiện kiểm tra chất lượng hàn và xem xét thiết kế mối hàn, vật tư hàn và nhu cầu xử lý nhiệt sau hàn cho các kết cấu quan trọng.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Thép Q235 là thép cacbon thông thường và không có khả năng chống ăn mòn như thép không gỉ. Chúng cần được bảo vệ bề mặt khi sử dụng ngoài trời.
• Các chiến lược bảo vệ phổ biến:
• Mạ kẽm nhúng nóng để bảo vệ lâu dài khỏi tác động của khí quyển.
• Lớp phủ hữu cơ (sơn, sơn bột) dành cho môi trường kiến ​​trúc hoặc môi trường nhẹ.
• Dầu hoặc lớp phủ tạm thời để bảo vệ ngắn hạn trong quá trình lưu trữ/vận chuyển.
• PREN (Số tương đương khả năng chống rỗ) không áp dụng cho Q235 vì PREN được sử dụng để đánh giá thép không gỉ austenit: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$
• Đối với các thành viên trong họ Q235, các tiêu chuẩn về ăn mòn, thông số kỹ thuật của hệ thống sơn phủ và kế hoạch kiểm tra là các biện pháp kiểm soát thiết kế phù hợp hơn là thành phần hóa học của hợp kim.

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

• Khả năng định hình: Khả năng định hình và uốn nguội tuyệt vời là đặc trưng của thép Q235 nhờ hàm lượng cacbon thấp và cấu trúc vi mô ferit-pearlit đồng đều. Độ đàn hồi và độ mỏng tuân theo các mẫu thép cacbon thấp thông thường; quy trình ép phanh được áp dụng cho thép mềm.
• Khả năng gia công: Q235 hoạt động giống như các loại thép mềm thông thường; khả năng gia công ở mức trung bình. Các phiên bản có hàm lượng lưu huỳnh cao hơn (không phải là tiêu chuẩn trong Q235) cải thiện khả năng phá phoi nhưng có thể làm giảm độ dẻo dai.
• Cắt/laser/plasma: Các quy trình cắt và nhiệt tiêu chuẩn được áp dụng dễ dàng; các vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt được kiểm soát dễ dàng.
• Sự khác biệt giữa Q235B và Q235C: tối thiểu cho việc tạo hình và gia công. Cấu trúc vi mô cứng hơn của Q235C có thể cải thiện khả năng chống gãy giòn trong quá trình tạo hình, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp.

8. Ứng dụng điển hình

Q235B — Công dụng điển hình	Q235C — Công dụng điển hình
Các thành phần kết cấu chung (dầm, kênh, tấm) cho các tòa nhà và kỹ thuật chung	Các thành phần và bộ phận kết cấu có độ bền cao hơn một chút hoặc hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn (khung, gầm xe, các bộ phận cho khí hậu lạnh hơn)
Khung máy móc chế tạo, cụm hàn, bồn chứa ở nhiệt độ môi trường	Các kết cấu hàn có tải trọng va đập dự kiến ​​hoặc nơi các bài kiểm tra chất lượng yêu cầu độ bền cao hơn
Các phần được tạo hình nguội, ống hàn tròn, chế tạo chung	Các thành phần có hiệu suất va đập được kiểm tra tại nhà máy (cấp độ C) cung cấp thêm sự đảm bảo cho tải trọng động hoặc tải trọng va đập
Thiết bị nông nghiệp, phụ tùng máy móc không quan trọng	Vật liệu dành cho các nhà thầu chỉ định vật liệu đã được thử nghiệm va đập để cải thiện khả năng phục hồi dịch vụ

Cơ sở lựa chọn: - Chọn Q235B cho các ứng dụng kết cấu tiêu chuẩn, trong đó hiệu suất ở nhiệt độ phòng, dễ tìm nguồn cung ứng và hiệu quả về chi phí là ưu tiên hàng đầu. - Chọn Q235C cho các hạng mục phải chứng minh được năng lượng va đập cao hơn hoặc có khả năng chịu tải trọng động hoặc điều kiện nhiệt độ thấp hơn đạt đến giới hạn thử nghiệm thông số kỹ thuật.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Q235B là loại nền phổ biến và có sẵn rộng rãi nhất; nhìn chung đây là lựa chọn có chi phí thấp nhất trong dòng Q235 vì nó được sản xuất theo quy trình cán nóng tiêu chuẩn mà không cần thêm tiêu chuẩn về độ dẻo dai.
• Q235C có thể có mức phí bảo hiểm khiêm tốn phản ánh quy trình kiểm soát, thử nghiệm hoặc tiêu chí lựa chọn bổ sung mà các nhà máy yêu cầu để đáp ứng các yêu cầu về năng lượng tác động cao hơn.
• Tính khả dụng theo dạng sản phẩm: cả hai loại thép này đều được cung cấp rộng rãi dưới dạng tấm cán nóng, cuộn, tiết diện kết cấu và ống hàn. Việc chỉ định Q235C đôi khi có thể dẫn đến thời gian giao hàng lâu hơn nếu nhà máy phải thực hiện thêm thử nghiệm va đập hoặc xử lý nhiệt cơ học cụ thể.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Tiêu chí	Q235B	Q235C
Khả năng hàn	Tuyệt vời (CE thấp)	Tuyệt vời (CE thấp); quy trình tương tự; có thể yêu cầu kiểm soát HAZ cẩn thận trong các mối hàn quan trọng
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Độ bền kết cấu tiêu chuẩn	Độ bền va đập được cải thiện ở các điều kiện thông số kỹ thuật (bảo đảm cao hơn chống gãy giòn)
Trị giá	Thấp hơn / tiết kiệm nhất	Cao hơn một chút (phí thử nghiệm/xử lý)

Sự giới thiệu: - Chọn Q235B nếu bạn cần loại thép kết cấu tiết kiệm chi phí, có sẵn rộng rãi cho các bộ phận hàn và tạo hình ở nhiệt độ môi trường xung quanh, nơi hiệu suất va đập tiêu chuẩn là đủ. - Chọn Q235C nếu bộ phận sẽ phải chịu tải trọng va đập, nhiệt độ làm việc thấp hơn hoặc chứng nhận va đập theo yêu cầu hợp đồng; hãy chỉ định Q235C khi độ bền chắc chắn cao hơn là quan trọng ngay cả khi thành phần hóa học về cơ bản vẫn giữ nguyên.

Lưu ý cuối cùng: Đối với các kết cấu quan trọng, hãy luôn xem xét toàn bộ chứng chỉ thử nghiệm tại nhà máy, chỉ định nhiệt độ và năng lượng thử nghiệm va đập cần thiết và xác nhận trình độ quy trình hàn cũng như kiểm tra sau khi chế tạo để đảm bảo vật liệu được giao đáp ứng các yêu cầu của dự án.