Q355NHC so với COR-TEN B – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

Các kỹ sư, quản lý mua sắm và lập kế hoạch sản xuất thường phải đối mặt với sự lựa chọn giữa thép kết cấu cường độ cao và thép chịu thời tiết (chống ăn mòn trong khí quyển). Quyết định này thường cân bằng các yếu tố như khả năng chịu tải và độ bền cần thiết so với hiệu suất chống ăn mòn lâu dài, chi phí bảo trì vòng đời và các hạn chế chế tạo (hàn, tạo hình, hoàn thiện bề mặt). Q355NHC và COR-TEN B đại diện cho hai phương pháp tiếp cận khác nhau: thép kết cấu cường độ cao hợp kim vi mô được thiết kế để có hiệu suất cơ học đồng đều, và thép chịu thời tiết được thiết kế để tạo lớp gỉ bảo vệ bề mặt, giúp giảm nhu cầu sơn phủ.

Sự khác biệt kỹ thuật chính giữa hai loại này nằm ở chiến lược hợp kim hóa và hành vi bề mặt của chúng: loại thứ nhất sử dụng vi hợp kim và hóa học được kiểm soát để tăng cường độ bền và độ dẻo dai (Q355NHC), trong khi loại thứ hai chứa nồng độ cố định các nguyên tố thúc đẩy quá trình phong hóa (Cu, Cr, P, và đôi khi là Ni) để tạo ra lớp gỉ ổn định (COR-TEN B). Sự khác biệt này tạo nên sự tương phản về khả năng chống ăn mòn, quy trình chế tạo và các ứng dụng điển hình.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Q355NHC: Được áp dụng theo tiêu chuẩn Trung Quốc như GB/T 1591 (dòng Q355). Được phân loại là thép kết cấu hợp kim thấp cường độ cao (HSLA). Các biến thể (Q355B, Q355C, Q355D, Q355N, Q355NH, Q355NC, Q355NHC) thể hiện sự khác biệt về quy trình gia công (thường hóa, cán nhiệt cơ) và yêu cầu về độ va đập.
• COR-TEN B: Thường được liên kết với thép chịu thời tiết được quy định theo thông lệ quốc tế và Bắc Mỹ, ví dụ: ASTM A242, ASTM A588 (khái niệm tương tự) và các thông số kỹ thuật COR-TEN độc quyền trước đây. Cũng liên quan đến các chỉ định EN 10025-5 dành cho thép kết cấu có khả năng chống ăn mòn khí quyển được cải thiện. Được phân loại là thép chịu thời tiết hợp kim thấp (không phải thép không gỉ).

Tóm tắt danh mục: - Q355NHC: Thép kết cấu hợp kim siêu nhỏ/carbon HSLA. - COR-TEN B: Thép cacbon hợp kim thấp chịu được thời tiết (chống ăn mòn trong khí quyển).

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Bảng sau đây liệt kê các phạm vi thành phần nguyên tố điển hình được báo cáo trong các tiêu chuẩn và bảng dữ liệu của nhà sản xuất. Các giá trị thay đổi tùy theo thông số kỹ thuật, quy trình sản xuất và độ dày; bảng này thể hiện các phạm vi đại diện, không phải là cam kết chắc chắn — hãy luôn kiểm tra thông số kỹ thuật khi mua hàng.

Yếu tố	Q355NHC (phạm vi điển hình, wt%)	COR-TEN B (phạm vi điển hình, wt%)
C	0,10 – 0,20	≤ 0,20
Mn	0,60 – 1,60	0,60 – 1,30
Si	0,10 – 0,50	0,10 – 0,50
P	≤ 0,025 (thấp)	0,03 – 0,15 (tăng lên ở một số thông số kỹ thuật)
S	≤ 0,035	≤ 0,035
Cr	dấu vết – 0,30 (đôi khi không có)	0,30 – 0,65
Ni	dấu vết – 0,30 (đôi khi không có)	0,15 – 0,65
Mo	thường không có (dấu vết)	thường là không có
V	lên đến ~0,10 (hợp kim vi mô)	dấu vết
Nb (Cb)	lên đến ~0,05 (hợp kim vi mô)	dấu vết
Ti	dấu vết (được sử dụng trong một số lần nấu chảy)	dấu vết
B	dấu vết (được kiểm soát nếu có)	dấu vết
N	được kiểm soát (thấp)	được kiểm soát (thấp)
Cu	thường thấp	0,20 – 0,60 (yếu tố phong hóa chính)

Hợp kim ảnh hưởng đến hành vi như thế nào - Q355NHC: Các nguyên tố hợp kim vi mô (V, Nb, Ti), cacbon và nitơ được kiểm soát, cùng với quy trình xử lý nhiệt cơ học giúp tăng năng suất và độ bền kéo thông qua quá trình tinh luyện hạt và gia cường kết tủa, đồng thời vẫn giữ được độ dẻo dai tốt. Hàm lượng P và S thấp giúp cải thiện độ dẻo dai và chất lượng mối hàn. - COR-TEN B: Hàm lượng Cu cao hơn, cộng với Cr, P, và đôi khi là Ni, thúc đẩy hình thành lớp gỉ oxit dày đặc, bám dính, làm chậm quá trình ăn mòn tiếp theo. Các nguyên tố hợp kim này được thêm vào đặc biệt để tăng hiệu suất chống ăn mòn trong khí quyển hơn là để tối đa hóa độ bền.

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

Cấu trúc vi mô điển hình: - Q355NHC: Được sản xuất bằng phương pháp cán nhiệt cơ học hoặc làm nguội có kiểm soát với hợp kim vi mô; cấu trúc vi mô thường là ferit hạt mịn với hàm lượng peclit được kiểm soát và các kết tủa cacbua/nitrit phân tán (giàu V, Nb, Ti). Quá trình thường hóa tạo ra kết cấu ferit-peclit hoặc bainit tinh chế tùy thuộc vào tốc độ làm nguội và độ dày. - COR-TEN B: Cấu trúc vi mô ferit-pearlit cán nóng thông thường phù hợp với thép cacbon hợp kim thấp. Không có quá trình vi hợp kim đặc biệt nào nhằm mục đích gia cường; cấu trúc vi mô tập trung vào tính chất hóa học ổn định để hình thành lớp gỉ.

Hiệu ứng xử lý nhiệt và chế biến: - Q355NHC phản ứng tốt với quá trình chuẩn hóa và kiểm soát nhiệt cơ học để cải thiện độ dẻo dai và độ đồng nhất. Tôi và ram không phải là phương pháp tiêu chuẩn cho loại kết cấu này nhưng có thể được sử dụng cho các thành phần cụ thể; làm như vậy sẽ biến đổi cấu trúc vi mô và tăng cường độ bền, nhưng lại giảm chi phí. - COR-TEN B thường được cung cấp dưới dạng tấm cán nóng mà không qua xử lý nhiệt sau cán nhằm tăng cường độ bền. Có thể thường hóa nhưng thường không cần thiết vì giá trị cốt lõi của nó là khả năng chống ăn mòn hơn là hiệu suất cơ học tối đa.

4. Tính chất cơ học

So sánh tính chất cơ học tiêu biểu (phạm vi điển hình; kiểm tra theo thông số kỹ thuật của dự án):

Tài sản	Q355NHC (điển hình)	COR-TEN B (điển hình)
Cường độ chịu kéo tối thiểu (MPa)	~355 (ý định thiết kế của họ Q355)	~345 (thay đổi theo tiêu chuẩn và độ dày)
Độ bền kéo (MPa)	~490 – 630 (tùy thuộc vào độ dày và độ cứng)	~470 – 620
Độ giãn dài (A5, %)	18 – 24% (độ dẻo tốt)	16 – 22%
Độ bền va đập (Charpy)	Được kiểm soát đối với các cấp độ nhiệt độ thấp; thường được chỉ định ≥ 27 J ở –20°C đối với các biến thể NH	Biến đổi; thép chịu thời tiết có thể đáp ứng các yêu cầu về va đập nhưng các phần dày hơn hoặc nhiệt độ thấp hơn có thể yêu cầu phải có trình độ
Độ cứng (HB)	Thông thường 140 – 200 HB (tùy thuộc vào quá trình xử lý)	Phạm vi tương tự cho tấm hợp kim thấp

Cái nào mạnh hơn/cứng hơn/dẻo hơn - Độ bền: Q355NHC được chỉ định để cung cấp giới hạn chảy tối thiểu đáng tin cậy là ~355 MPa và thường được hưởng lợi từ quá trình gia cường hợp kim vi mô và xử lý nhiệt cơ học; trong nhiều trường hợp, nó cung cấp giới hạn chảy được đảm bảo vượt trội so với một số loại thép chịu thời tiết. - Độ bền và độ dẻo: Các biến thể Q355NHC được thiết kế cho hiệu suất chịu va đập (ký tự "N" / "NH") có xu hướng mang lại độ bền ở nhiệt độ thấp dễ dự đoán hơn. COR-TEN B có thể có độ bền tốt nhưng phải được lựa chọn và đánh giá theo độ dày và nhiệt độ nếu hiệu suất chịu va đập là yếu tố quan trọng.

5. Khả năng hàn

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

Chỉ số hữu ích: - Tương đương carbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm quốc tế (độ nhạy đối với nứt HAZ): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Diễn giải (định tính) - Q355NHC: Được thiết kế để có khả năng hàn tốt — hàm lượng carbon tương đối thấp và hợp kim vi mô được kiểm soát giúp giảm thiểu khả năng tôi cứng và nguy cơ nứt nguội, với điều kiện áp dụng quy trình gia nhiệt sơ bộ và hàn phù hợp cho các tiết diện dày. Các nguyên tố hợp kim vi mô ở nồng độ thấp không làm giảm đáng kể khả năng hàn nhưng làm tăng độ nhạy với việc kiểm soát nhiệt đầu vào. - COR-TEN B: Các nguyên tố hợp kim được thêm vào để chống chịu thời tiết (Cu, Cr, P, Ni) có thể làm tăng nhẹ CE; hàn có thể dễ dàng thực hiện bằng kim loại hàn phù hợp, nhưng vùng hàn sẽ không tạo được lớp gỉ hoặc khả năng chống ăn mòn giống như vật liệu gốc trừ khi sử dụng vật liệu hàn và xử lý sau hàn phù hợp. P tăng cao và độ cứng cục bộ có thể làm tăng nguy cơ nứt nếu quy trình hàn không được kiểm soát.

Hướng dẫn thực tế: sử dụng vật tư tiêu hao có hàm lượng hydro thấp, kiểm soát nhiệt độ nung nóng trước/nhiệt độ giữa các lớp theo độ dày và CE/Pcm, và chọn chất độn phù hợp với các đặc tính cơ học và hiệu suất chống ăn mòn (đối với thép chịu thời tiết) hoặc được nhà máy khuyến nghị.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• COR-TEN B (thép chịu thời tiết): Được thiết kế để tạo lớp oxit bảo vệ, bám dính (lớp gỉ) trong điều kiện khí quyển ẩm/khô xen kẽ, giúp giảm thiểu sự ăn mòn đồng đều lâu dài so với thép cacbon thông thường. Điều này làm cho COR-TEN trở nên hấp dẫn đối với mặt tiền không sơn, cầu và các tác phẩm điêu khắc ngoài trời. Lưu ý: Hiệu suất của COR-TEN phụ thuộc vào môi trường — không phù hợp với môi trường ẩm ướt liên tục, giàu clorua biển hoặc ô nhiễm nặng nếu không có biện pháp bảo vệ bổ sung.
• Q355NHC: Không phải thép chịu thời tiết. Yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn thông thường: sơn/lớp phủ, mạ kẽm hoặc bảo vệ catốt tùy thuộc vào mức độ tiếp xúc. Đối với nhiều ứng dụng kết cấu, chi phí vật liệu ban đầu thấp hơn cộng với lớp phủ tiêu chuẩn được ưu tiên.

Khi các chỉ số kiểu thép không gỉ không áp dụng - PREN (chỉ số tương đương khả năng chống rỗ) được sử dụng cho hợp kim thép không gỉ và không áp dụng cho các loại thép không gỉ này. Để đầy đủ hơn, công thức PREN là: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$ nhưng không được sử dụng cho Q355NHC hoặc COR-TEN B.

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

• Cắt và gia công: Cả hai loại thép đều gia công tương tự như thép kết cấu thông thường; hợp kim vi mô Q355NHC có thể bị mài mòn dụng cụ cao hơn một chút so với thép cacbon thấp thông thường do nền thép và tạp chất cứng hơn. Sử dụng tốc độ và dụng cụ phù hợp.
• Tạo hình và uốn: Q355NHC thường cho khả năng tạo hình được kiểm soát tốt hơn nhờ độ dẻo và độ chảy ổn định. COR-TEN B có thể tạo hình được, nhưng uốn cong đến bán kính hẹp có thể bị nứt nếu vật liệu quá dày hoặc nhiệt độ tạo hình thấp; khuyến nghị nên kiểm tra hoặc tham khảo hướng dẫn của nhà sản xuất.
• Hoàn thiện: Bề mặt COR-TEN sẽ bị oxy hóa theo thời gian; hàn, mài hoặc xử lý bề mặt sẽ làm thay đổi hình thức bên ngoài. Q355NHC yêu cầu phủ lớp hoặc mạ kẽm để bảo vệ chống ăn mòn lâu dài.

8. Ứng dụng điển hình

Công dụng của Q355NHC (HSLA)	Công dụng của COR-TEN B (Thép chịu thời tiết)
Các thành phần kết cấu nặng, dầm, cột, khung hàn yêu cầu độ bền và độ dẻo dai được chứng nhận	Mặt tiền kiến ​​trúc, cầu, tác phẩm điêu khắc ngoài trời và lớp phủ nơi cần có vẻ ngoài không sơn lâu dài và ít bảo trì
Đường ray cần cẩu, khung nâng, bệ máy, giá đỡ chịu áp lực (nếu có thông số kỹ thuật phù hợp)	Cầu đường bộ và cầu dành cho người đi bộ (ở điều kiện khí hậu thích hợp), biển báo, thùng chứa tiếp xúc với chu trình làm khô bằng không khí
Cấu trúc hàn chế tạo đòi hỏi độ bền và quy trình hàn được kiểm soát	Các công trình trang trí hoặc lộ thiên, nơi tính thẩm mỹ của lớp gỉ đồng và việc giảm thiểu bảo trì lớp phủ là ưu tiên hàng đầu

Cơ sở lựa chọn: chọn Q355NHC khi các đặc tính cơ học được đảm bảo, khả năng hàn cho các tiết diện dày và độ bền dự đoán được là những yếu tố quan trọng hàng đầu. Chọn COR-TEN B khi hiệu suất chống ăn mòn trong khí quyển và việc giảm thiểu bảo trì lớp phủ bù đắp cho bất kỳ khoản phí bảo hiểm nào và khi điều kiện môi trường thuận lợi cho việc hình thành lớp gỉ.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Q355NHC: Được sản xuất rộng rãi ở dạng tấm và cuộn tại các khu vực áp dụng tiêu chuẩn GB/T; giá thành thường cạnh tranh đối với thép kết cấu và có thể thấp hơn các loại thép chịu thời tiết đặc biệt. Nguồn cung dồi dào tại các thị trường được phục vụ bởi các nhà máy thép lớn cung cấp thép tấm HSLA.
• COR-TEN B: Thường có giá cao hơn thép tấm cacbon thông thường do bổ sung hợp kim và vị thế trên thị trường là thép chịu thời tiết đặc biệt. Tính khả dụng phụ thuộc vào nhu cầu khu vực; phổ biến trong thị trường kiến ​​trúc và cầu đường, nhưng thời gian giao hàng có thể lâu hơn đối với các đơn đặt hàng tấm lớn hoặc độ dày đặc biệt.

Kinh tế: bao gồm chi phí vòng đời — COR-TEN B có thể giảm chi phí sơn và bảo trì trong môi trường thích hợp, có thể bù đắp cho chi phí vật liệu ban đầu cao hơn.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng tóm tắt (định tính)

Tiêu chí	Q355NHC	COR-TEN B
Khả năng hàn	Tốt — được thiết kế để hàn kết cấu với các quy trình tiêu chuẩn	Tốt nếu được chăm sóc — mối hàn cần chất độn phù hợp và chú ý đến việc mất lớp gỉ đồng
Sức mạnh-Độ dẻo dai	Cao và nhất quán (hợp kim vi mô HSLA)	Trung bình đến cao; độ dẻo dai thay đổi theo độ dày
Khả năng chống ăn mòn (khi cung cấp)	Yêu cầu phủ/mạ kẽm	Vượt trội trong điều kiện khí quyển thích hợp (tạo thành lớp gỉ)
Trị giá	Chi phí vật liệu thấp hơn ở nhiều thị trường	Chi phí vật liệu cao hơn nhưng có thể tiết kiệm vòng đời
Khả dụng	Rộng cho tấm/cuộn kết cấu	Phổ biến nhưng tùy thuộc vào khu vực; thời gian giao hàng có thể thay đổi

Kết luận với hướng dẫn - Chọn Q355NHC nếu bạn cần loại thép kết cấu có năng suất cao đáng tin cậy với độ dẻo dai được kiểm soát, khả năng hàn tốt cho các kết cấu hàn nặng và sẽ sử dụng lớp phủ thông thường hoặc mạ kẽm để chống ăn mòn. - Chọn COR-TEN B nếu bạn cần khả năng chống ăn mòn trong khí quyển mà không cần sơn lại thường xuyên, mong muốn tính thẩm mỹ bền bỉ và môi trường làm việc của bạn ưa chuộng sự hình thành lớp gỉ (không liên tục ẩm ướt, nước biển bắn vào hoặc môi trường có clorua mạnh).

Lưu ý cuối cùng: Luôn kiểm tra chính xác các yêu cầu về hóa chất và cơ học trong thông số kỹ thuật của dự án và tham khảo chứng chỉ nhà máy. Đối với các ứng dụng hàn, mạ hoặc phơi sáng, hãy chạy thiết kế mối nối, lựa chọn kim loại trám và mô hình để xác nhận hiệu suất chống ăn mòn, đặc tính mối hàn và hình thức cuối cùng trước khi mua sắm hoặc chế tạo quy mô lớn.