Thép chất lượng thương mại (CQ): Tính chất và ứng dụng chính

Thép chất lượng thương mại (CQ) là một loại thép mềm cacbon thấp chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ dẻo và khả năng hàn tốt. Được phân loại theo loại thép cacbon rộng hơn, thép CQ thường chứa hàm lượng cacbon dưới 0,25%, khiến nó phù hợp cho các quy trình tạo hình và hàn. Nguyên tố hợp kim chính trong thép CQ là cacbon, ảnh hưởng đến độ bền, độ cứng và độ dẻo của nó. Các nguyên tố khác như mangan, phốt pho và lưu huỳnh có thể có mặt ở dạng vết, ảnh hưởng đến các đặc tính chung của thép.

Các đặc tính quan trọng nhất của thép CQ bao gồm khả năng định hình, khả năng hàn và độ bền kéo vừa phải. Thép này thường được sử dụng trong các ứng dụng mà độ bền cao không phải là yêu cầu chính nhưng tính chất cơ học tốt và dễ chế tạo là điều cần thiết.

Ưu điểm và hạn chế

Thuận lợi:
- Độ dẻo tốt: Thép CQ có thể dễ dàng tạo thành nhiều hình dạng khác nhau mà không bị nứt.
- Khả năng hàn: Có thể hàn bằng các kỹ thuật tiêu chuẩn, thích hợp cho việc chế tạo.
- Tiết kiệm chi phí: Nhìn chung, thép CQ rẻ hơn so với các loại thép chất lượng cao hơn.

Hạn chế:
- Độ bền thấp hơn: So với thép có hàm lượng cacbon hoặc hợp kim cao hơn, thép CQ có độ bền kéo và độ bền chảy thấp hơn.
- Khả năng chống ăn mòn: Dễ bị ăn mòn hơn thép không gỉ hoặc các loại hợp kim khác.
- Hiệu suất nhiệt độ cao hạn chế: Thép CQ có thể không hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt.

Theo truyền thống, thép CQ là mặt hàng chủ lực trong ngành sản xuất và xây dựng, thường được sử dụng cho các ứng dụng kết cấu, linh kiện ô tô và chế tạo nói chung. Vị thế thị trường của nó vẫn vững mạnh nhờ tính linh hoạt và hiệu quả về chi phí.

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	G10100	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với thép A36
AISI/SAE	1010	Hoa Kỳ	Thép cacbon thấp, tốt cho việc tạo hình
Tiêu chuẩn ASTM	A36	Hoa Kỳ	Thép kết cấu có tính chất tương tự
VI	S235JR	Châu Âu	Có thể so sánh về sức mạnh và ứng dụng
ĐẠI HỌC	St37-2	Đức	Tính chất cơ học tương tự
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SS400	Nhật Bản	Cấp thép kết cấu thông dụng
Anh	Câu hỏi 235	Trung Quốc	Tương đương với A36, được sử dụng rộng rãi trong xây dựng
Tiêu chuẩn ISO	Tiêu chuẩn ISO630	Quốc tế	Tiêu chuẩn kết cấu thép chung

Trong khi nhiều loại thép được coi là tương đương với thép CQ, sự khác biệt nhỏ trong thành phần có thể ảnh hưởng đến hiệu suất. Ví dụ, thép A36 có độ bền kéo cao hơn một chút, khiến nó phù hợp hơn cho các ứng dụng kết cấu, trong khi thép CQ có độ dẻo tốt hơn.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,05 - 0,25
Mn (Mangan)	0,30 - 0,60
P (Phốt pho)	≤ 0,04
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,05
Si (Silic)	≤ 0,40

Vai trò chính của carbon trong thép CQ là tăng cường độ bền và độ cứng. Mangan góp phần cải thiện khả năng làm cứng và độ bền kéo, trong khi phốt pho và lưu huỳnh được kiểm soát để giảm thiểu độ giòn và cải thiện khả năng gia công.

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 - 490MPa	54 - 71 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	Nhiệt độ phòng	250 - 350MPa	36 - 51 kilôgam	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	Nhiệt độ phòng	20-30%	20-30%	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 (-4°F)	27 - 40 giờ	20 - 30 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các tính chất cơ học này làm cho thép CQ phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền vừa phải và độ dẻo tuyệt vời, chẳng hạn như tấm thân ô tô và các bộ phận 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	7,85g/cm³	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	0,49 kJ/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	1,68 x 10^-8 Ω·m	1,68 x 10^-8 Ω·ft
Hệ số giãn nở nhiệt	Nhiệt độ phòng	11,0 x 10^-6/K	6,1 x 10^-6/°F

Mật độ của thép CQ làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng cần cân nhắc đến trọng lượng, trong khi tính dẫn nhiệt của nó có lợi trong các ứng dụng liên quan đến truyền nhiệt.

Chống ăn mòn

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

Thép CQ có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, phù hợp với các ứng dụng trong nhà nhưng không lý tưởng cho môi trường ngoài trời hoặc môi trường biển. Thép dễ bị rỉ sét trong điều kiện ẩm ướt và có thể bị rỗ trong môi trường giàu clorua. So với thép không gỉ như 304 hoặc 316, khả năng chống ăn mòn của thép CQ thấp hơn đáng kể, đòi hỏi phải có lớp phủ bảo vệ hoặc xử lý trong môi trường ăn mòn.

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 nhiệt độ vừa phải
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	500 °C	932 °F	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	600 °C	1112 °F	Nguy cơ oxy hóa vượt quá nhiệt độ này

Ở nhiệt độ cao, thép CQ vẫn giữ được các đặc tính cơ học nhưng có thể bắt đầu mất đi độ bền và độ dẻo. Quá trình oxy hóa có thể xảy ra ở nhiệt độ trên 600 °C, đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận trong các ứng dụng nhiệt độ cao.

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	Argon + CO2	Tốt cho các phần mỏng
TIG	ER70S-2	Khí Argon	Mối hàn sạch, nhiệt lượng tỏa ra thấp
Dán	E7018	-	Thích hợp sử dụng ngoài trời

Thép CQ có khả năng hàn cao bằng nhiều quy trình khác nhau, bao gồm hàn MIG, TIG và hàn que. Có thể cần phải gia nhiệt trước cho các phần dày hơn để tránh nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể cải thiện các đặc tính nhưng không phải lúc nào cũng cần thiết.

Khả năng gia công

Thông số gia công	[Thép CQ]	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	70	100	Thép CQ có khả năng gia công ở mức trung bình
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30 m/phút	50 m/phút	Sử dụng các công cụ sắc bén để có kết quả tốt nhất

Thép CQ có khả năng gia công vừa phải, phù hợp cho các hoạt động gia công. Tuy nhiên, cần phải cẩn thận để tránh làm cứng khi gia công.

Khả năng định hình

Thép CQ phù hợp cho cả quá trình tạo hình nguội và nóng. Hàm lượng carbon thấp cho phép biến dạng đáng kể mà không bị nứt. Bán kính uốn tối thiểu thường gấp 1,5 lần độ dày vật liệu, đảm bảo có thể tạo thành các hình dạng phức tạp.

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	Cải thiện độ dẻo và giảm độ cứng
Chuẩn hóa	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	1 - 2 giờ	Không khí	Tinh chỉnh cấu trúc hạt
Làm nguội	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	30 phút	Nước/Dầu	Tăng độ cứng

Trong quá trình xử lý nhiệt, thép CQ trải qua các biến đổi luyện kim có thể làm thay đổi đáng kể cấu trúc vi mô và tính chất của nó. Ví dụ, ủ làm giảm độ cứng và tăng độ dẻo, giúp dễ gia công hơn.

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)
Ô tô	Tấm thân xe	Khả năng định hình tốt, khả năng hàn	Tiết kiệm chi phí và dễ chế tạo
Sự thi công	Dầm kết cấu	Độ bền vừa phải, độ dẻo dai	Thích hợp cho xây dựng chung
Chế tạo	Khung máy móc	Khả năng gia công, hàn tốt	Dễ dàng làm việc và chế tạo
Thiết bị gia dụng	Vỏ thiết bị	Khả năng chống ăn mòn tốt (có lớp phủ)	Nhẹ và tiết kiệm chi phí

Các ứng dụng khác bao gồm:
* - Thiết bị nông nghiệp
* - Sản xuất đồ nội thất
* - Công tác chế tạo và sửa chữa chung

Thép CQ được lựa chọn cho các ứng dụng này do độ bền, độ dẻo và hiệu quả về mặt chi phí, khiến nó trở nên lý tưởng cho các bộ phận đòi hỏi tính chất cơ học tốt mà không cần vật liệu có độ bền cao.

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

Tính năng/Thuộc tính	[Thép CQ]	[Thép A36]	[Thép không gỉ 304]	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Vừa phải	Cao hơn	Cao hơn nhiều	CQ ít bền hơn nhưng dẻo hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Hội chợ	Hội chợ	Xuất sắc	CQ dễ bị rỉ sét hơn
Khả năng hàn	Tốt	Tốt	Xuất sắc	Tất cả đều có thể hàn được, nhưng CQ dễ hơn
Khả năng gia công	Vừa phải	Vừa phải	Nghèo	CQ dễ gia công hơn
Khả năng định hình	Tốt	Tốt	Hội chợ	CQ có thể được hình thành thành các hình dạng phức tạp
Chi phí tương đối xấp xỉ	Thấp	Thấp	Cao	CQ tiết kiệm chi phí hơn
Khả năng cung cấp điển hình	Cao	Cao	Vừa phải	CQ có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn thép CQ, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các đặc tính cơ học cụ thể cần thiết cho ứng dụng. Mặc dù thép này có hiệu suất tốt cho nhiều ứng dụng, nhưng có thể không phù hợp với môi trường đòi hỏi khả năng chống ăn mòn cao hoặc độ bền cực cao.

Tóm lại, Thép chất lượng thương mại (CQ) là vật liệu đa năng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau do các đặc tính thuận lợi và hiệu quả về chi phí. Hiểu được các đặc điểm, ưu điểm và hạn chế của nó là rất quan trọng để đưa ra quyết định lựa chọn vật liệu sáng suốt trong các ứng dụng kỹ thuật và sản xuất.