Thép A37: Tổng quan về tính chất và ứng dụng chính

Thép A37 là loại thép kết cấu cacbon thấp chủ yếu được sử dụng trong ngành xây dựng và sản xuất. Được phân loại là thép mềm , A37 có đặc điểm là khả năng hàn, khả năng gia công và độ bền vừa phải tuyệt vời, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau, đặc biệt là khi cần độ dẻo và độ bền tốt. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép A37 bao gồm cacbon, mangan và silic, góp phần tạo nên các đặc tính cơ học và hiệu suất tổng thể của thép.

Tổng quan toàn diện

Thép A37 được phân loại là thép mềm có hàm lượng cacbon thấp, với hàm lượng cacbon thường dưới 0,25%. Các nguyên tố hợp kim chính bao gồm:

• Cacbon (C) : Tăng cường độ bền và độ cứng.
• Mangan (Mn) : Cải thiện khả năng làm cứng và độ bền kéo.
• Silic (Si) : Hoạt động như một chất khử oxy và tăng cường độ bền.

Các đặc tính vốn có của thép A37 bao gồm khả năng hàn tốt, độ dẻo và độ bền kéo vừa phải, khiến nó trở thành lựa chọn linh hoạt cho các ứng dụng kết cấu. Hàm lượng carbon thấp cho phép chế tạo và tạo hình dễ dàng, trong khi các đặc tính cơ học của nó đảm bảo hiệu suất đầy đủ trong các điều kiện tải khác nhau.

Ưu điểm của thép A37:
- Khả năng hàn tuyệt vời, cho phép ghép nối các thành phần dễ dàng.
- Độ dẻo tốt, có khả năng chịu được biến dạng mà không bị gãy.
- Tiết kiệm chi phí do có sẵn rộng rãi và chi phí sản xuất thấp.

Hạn chế của thép A37:
- Độ bền kéo thấp hơn so với thép cacbon cao hơn hoặc thép hợp kim.
- Khả năng chống ăn mòn hạn chế, cần có lớp phủ bảo vệ trong môi trường khắc nghiệt.

Theo truyền thống, thép A37 là vật liệu chính trong xây dựng và sản xuất, thường được sử dụng để chế tạo dầm, khung và các thành phần kết cấu khác đòi hỏi độ bền và chắc chắn.

Tên thay thế, Tiêu chuẩn và Tương đương

Tổ chức tiêu chuẩn	Chỉ định/Cấp bậc	Quốc gia/Khu vực xuất xứ	Ghi chú/Nhận xét
Liên Hiệp Quốc	K03504	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với ASTM A36
Tiêu chuẩn ASTM	A37	Hoa Kỳ	Thường được sử dụng trong các ứng dụng kết cấu
VI	S235JR	Châu Âu	Tính chất tương tự, sự khác biệt nhỏ về thành phần
ĐẠI HỌC	St37-2	Đức	Cấp độ tương đương với các ứng dụng tương tự
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SS400	Nhật Bản	Tương đương với những thay đổi nhỏ về tính chất cơ học

Cấp thép A37 thường được so sánh với các loại thép kết cấu khác như ASTM A36 và EN S235JR. Mặc dù các cấp thép này có các đặc tính cơ học tương tự nhau, nhưng sự khác biệt nhỏ về thành phần hóa học có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, S235JR có thể cung cấp độ bền kéo tốt hơn một chút, khiến nó được ưa chuộng hơn trong một số ứng dụng kết cấu nhất định.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Cacbon (C)	0,10 - 0,25
Mangan (Mn)	0,60 - 0,90
Silic (Si)	0,10 - 0,40
Phốt pho (P)	≤ 0,04
Lưu huỳnh (S)	≤ 0,05

Vai trò chính của các nguyên tố hợp kim quan trọng trong thép A37 như sau:
- Carbon : Cung cấp độ bền và độ cứng, nhưng với hàm lượng thấp để duy trì độ dẻo.
- Mangan : Tăng cường độ bền kéo và cải thiện khả năng làm cứng, giúp thép cứng cáp hơn khi chịu ứng suất.
- Silic : Hoạt động như chất khử oxy trong quá trình sản xuất thép, góp phần tạo nên độ bền và độ ổn định tổng thể.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	Nhiệt độ thử nghiệm	Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị đo lường)	Giá trị/Phạm vi điển hình (Anh)	Tiêu chuẩn tham chiếu cho phương pháp thử nghiệm
Độ bền kéo	Ủ	Nhiệt độ phòng	370 - 510MPa	54 - 74 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	Nhiệt độ phòng	235 - 355MPa	34 - 52 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	Nhiệt độ phòng	20-25%	20-25%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Brinell)	Ủ	Nhiệt độ phòng	120 - 160 HB	120 - 160 HB	Tiêu chuẩn ASTM E10
Sức mạnh tác động	Charpy V-notch	-20°C	27 tháng 1	20 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các tính chất cơ học này làm cho thép A37 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền vừa phải và độ dẻo tốt. Độ bền chảy của nó cho phép nó chịu được tải trọng đáng kể, trong khi độ giãn dài và độ bền va đập đảm bảo nó có thể hấp thụ năng lượng mà không bị gãy, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các thành phần kết cấu.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	7850 kg/m³	0,284 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	50 W/m·K	29 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,0000017 Ω·m	0,0000017 Ω·trong

Ý nghĩa thực tế của mật độ và điểm nóng chảy của thép A37 là rất quan trọng trong các ứng dụng mà trọng lượng và tính chất nhiệt là cần thiết. Mật độ tương đối cao của nó cung cấp độ bền mà không có trọng lượng quá mức, trong khi điểm nóng chảy của nó cho thấy hiệu suất tốt ở nhiệt độ cao, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng kết cấu trong nhiều môi trường khác nhau.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Khí quyển	-	-	Hội chợ	Dễ bị rỉ sét
Clorua	-	-	Nghèo	Nguy cơ rỗ
Axit	-	-	Nghèo	Không khuyến khích
kiềm	-	-	Hội chợ	Sức đề kháng vừa phải

Thép A37 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong điều kiện khí quyển. Tuy nhiên, thép này dễ bị rỉ sét và rỗ trong môi trường clorua, đòi hỏi phải có lớp phủ bảo vệ hoặc xử lý trong các ứng dụng hàng hải hoặc hóa chất. So với thép không gỉ, khả năng chống ăn mòn của thép A37 thấp hơn đáng kể, khiến thép này ít phù hợp với môi trường có khả năng ăn mòn cao.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	400 °C	752 °F	Thích hợp cho các ứng dụng kết cấu
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	500 °C	932 °F	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ thang đo	600 °C	1112 °F	Nguy cơ oxy hóa vượt quá nhiệt độ này
Cân nhắc về sức bền biến dạng	400 °C	752 °F	Bắt đầu phân hủy ở nhiệt độ cao

Thép A37 hoạt động tốt ở nhiệt độ cao, với nhiệt độ làm việc liên tục tối đa là 400 °C (752 °F). Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên giới hạn này có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và suy giảm các đặc tính cơ học. Hiểu được các giới hạn này là rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến tiếp xúc với nhiệt, chẳng hạn như trong các thành phần kết cấu của tòa nhà hoặc cầu.

Tính chất chế tạo

Khả năng hàn

Quy trình hàn	Kim loại phụ gia được đề xuất (Phân loại AWS)	Khí/Nhiệt che chắn điển hình	Ghi chú
MIG	ER70S-6	Hỗn hợp Argon/CO2	Tuyệt vời cho các phần mỏng
TIG	ER70S-2	Khí Argon	Tốt cho công việc chính xác
Dán	E7018	-	Yêu cầu làm nóng trước cho các phần dày

Thép A37 được biết đến với khả năng hàn tuyệt vời, khiến nó phù hợp với nhiều quy trình hàn khác nhau. Có thể cần phải gia nhiệt trước cho các phần dày hơn để tránh nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể tăng cường các đặc tính cơ học của mối hàn, đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép A37	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	70	100	A37 khó gia công hơn 1212
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30 m/phút	50 m/phút	Điều chỉnh dựa trên công cụ

Thép A37 có khả năng gia công hợp lý, mặc dù không dễ gia công như một số loại thép hợp kim cao hơn. Nên chọn tốc độ cắt và dụng cụ tối ưu để giảm thiểu hao mòn và đạt được độ hoàn thiện bề mặt mong muốn.

Khả năng định hình

Thép A37 có khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện cả quá trình định hình nguội và nóng. Thép này có thể uốn cong và định hình mà không có nguy cơ nứt đáng kể, do đó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi hình học phức tạp. Hiệu ứng làm cứng khi gia công nên được xem xét trong quá trình định hình vì nó có thể làm tăng độ bền của vật liệu nhưng cũng có thể dẫn đến khó khăn trong quá trình gia công tiếp theo.

Xử lý nhiệt

Quy trình điều trị	Phạm vi nhiệt độ (°C/°F)	Thời gian ngâm điển hình	Phương pháp làm mát	Mục đích chính / Kết quả mong đợi
Ủ	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 giờ	Không khí hoặc nước	Cải thiện độ dẻo và giảm độ cứng
Chuẩn hóa	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	1 - 2 giờ	Không khí	Cải thiện cấu trúc hạt và tăng độ dẻo dai
Làm nguội	800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F	30 phút	Nước hoặc dầu	Tăng độ cứng và sức mạnh

Các quy trình xử lý nhiệt cho thép A37, chẳng hạn như ủ và chuẩn hóa, ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của nó. Ủ cải thiện độ dẻo và giảm độ cứng, trong khi chuẩn hóa tinh chỉnh cấu trúc hạt, tăng cường độ dẻo dai và độ bền.

Ứng dụng điển hình và mục đích sử dụng cuối cùng

Ngành/Lĩnh vực	Ví dụ ứng dụng cụ thể	Các tính chất chính của thép được sử dụng trong ứng dụng này	Lý do lựa chọn (Tóm tắt)
Sự thi công	Dầm kết cấu	Khả năng hàn tốt, độ bền vừa phải	Tiết kiệm chi phí và dễ chế tạo
Chế tạo	Khung máy móc	Độ dẻo, khả năng gia công	Thích hợp cho các hình dạng phức tạp
Ô tô	Các thành phần khung gầm	Sức mạnh, độ bền	Thiết yếu cho sự an toàn và độ bền
Đóng tàu	Cấu trúc thân tàu	Khả năng chống ăn mòn, khả năng hàn	Yêu cầu cho các ứng dụng hàng hải

Các ứng dụng khác của thép A37 bao gồm:
- Cầu : Được sử dụng trong xây dựng khung cầu do độ bền và tính dẻo của nó.
- Đường ống : Được sử dụng trong sản xuất đường ống khi yêu cầu độ bền vừa phải.
- Thiết bị nặng : Được sử dụng trong sản xuất máy móc hạng nặng và khung thiết bị.

Thép A37 được lựa chọn cho các ứng dụng này vì có độ bền, độ dẻo và hiệu quả về mặt chi phí, khiến đây trở thành lựa chọn đáng tin cậy cho tính toàn vẹn của kết cấu.

Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn

Tính năng/Thuộc tính	Thép A37	Tiêu chuẩn ASTMA36	S235JR	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Sức mạnh vừa phải	Sức mạnh vừa phải	Sức mạnh vừa phải	Tính chất tương tự, có sự thay đổi nhỏ
Góc nhìn ăn mòn chính	Hội chợ	Hội chợ	Tốt	S235JR có khả năng chống ăn mòn tốt hơn
Khả năng hàn	Xuất sắc	Xuất sắc	Tốt	Tất cả các loại đều có thể hàn được, A37 là tốt nhất cho các phần mỏng
Khả năng gia công	Vừa phải	Vừa phải	Tốt	A37 có khả năng gia công kém hơn S235JR
Khả năng định hình	Tốt	Tốt	Tốt	Tất cả các cấp độ đều có khả năng định hình tốt
Chi phí tương đối xấp xỉ	Thấp	Thấp	Thấp	Các lựa chọn tiết kiệm chi phí trên mọi phương diện
Khả năng cung cấp điển hình	Cao	Cao	Cao	Có sẵn rộng rãi ở nhiều dạng khác nhau

Khi lựa chọn thép A37, cần cân nhắc đến các tính chất cơ học, khả năng hàn và hiệu quả về mặt chi phí. Mặc dù đây là lựa chọn đáng tin cậy cho nhiều ứng dụng, nhưng các lựa chọn thay thế như S235JR có thể được ưa chuộng hơn trong các môi trường đòi hỏi khả năng chống ăn mòn tốt hơn. Ngoài ra, tính khả dụng của thép A37 ở nhiều dạng khác nhau (tấm, tấm và tiết diện) giúp tăng khả năng sử dụng của thép này trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Tóm lại, thép A37 vẫn là lựa chọn phổ biến trong ngành xây dựng và sản xuất do có sự cân bằng thuận lợi giữa các đặc tính, chi phí và dễ chế tạo. Hiểu được các đặc điểm và hạn chế của nó là điều cần thiết để các kỹ sư và nhà thiết kế đưa ra lựa chọn vật liệu sáng suốt cho các ứng dụng cụ thể của họ.