Thép S235JR: Tính chất và ứng dụng chính

Thép 1.0037 (S235JR) là loại thép kết cấu có hàm lượng cacbon thấp được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng xây dựng và kỹ thuật. Được phân loại theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 10025, S235JR được biết đến với khả năng hàn, khả năng gia công và tính toàn vẹn về mặt kết cấu tốt. Nguyên tố hợp kim chính trong S235JR là cacbon, với hàm lượng cacbon tối đa là 0,20%, góp phần tạo nên độ bền và độ dẻo của thép. Loại thép này thường được sử dụng trong chế tạo các thành phần kết cấu như dầm, cột và tấm.

Tổng quan toàn diện

S235JR được phân loại là thép mềm ít cacbon, phù hợp với nhiều ứng dụng kết cấu. Thành phần hóa học của nó chủ yếu bao gồm sắt (Fe) với một tỷ lệ nhỏ cacbon và các nguyên tố hợp kim khác như mangan (Mn) và silic (Si). Sự hiện diện của các nguyên tố này làm tăng tính chất cơ học của nó, khiến nó trở thành lựa chọn linh hoạt cho các kỹ sư và nhà chế tạo.

Đặc điểm chính:
- Độ bền: S235JR có độ bền kéo tối thiểu là 235 MPa, phù hợp cho nhiều ứng dụng kết cấu.
- Độ dẻo: Hàm lượng cacbon thấp trong thép cho phép kéo dài tốt và giảm diện tích, giúp dễ dàng tạo hình và định hình.
- Khả năng hàn: S235JR được biết đến với khả năng hàn tuyệt vời, cho phép thực hiện quy trình ghép nối dễ dàng mà không cần phải làm nóng trước.

Thuận lợi:
- Hiệu quả về mặt chi phí cho các dự án xây dựng quy mô lớn.
- Có sẵn ở nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau.
- Tính chất cơ học tốt đảm bảo tính toàn vẹn của kết cấu.

Hạn chế:
- Khả năng chống ăn mòn hạn chế so với thép hợp kim cao hơn.
- Không phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao do độ bền thấp hơn ở nhiệt độ cao.

Theo truyền thống, S235JR là vật liệu chủ lực trong ngành xây dựng, thường được sử dụng trong sản xuất cầu, tòa nhà và các dự án cơ sở hạ tầng khác do có sự cân bằng thuận lợi giữa độ bền, độ dẻo và 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	K02401	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với S235JR
AISI/SAE	-	Hoa Kỳ	-
Tiêu chuẩn ASTM	A36	Hoa Kỳ	Tính chất tương tự, nhưng thành phần hóa học khác nhau
VI	S235JR	Châu Âu	Tiêu chuẩn chỉ định
ĐẠI HỌC	St37-2	Đức	Tính chất tương tự, sự khác biệt nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SS400	Nhật Bản	Có thể so sánh được, nhưng có độ bền kéo khác nhau
Anh	Câu hỏi 235	Trung Quốc	Cấp độ tương đương với các ứng dụng tương tự
Tiêu chuẩn ISO	S235JR	Quốc tế	Tiêu chuẩn chỉ định

Bảng trên nêu bật các tiêu chuẩn khác nhau và các cấp tương đương cho S235JR. Đáng chú ý, trong khi các cấp như ASTM A36 và DIN St37-2 thường được coi là tương đương, chúng có thể có những khác biệt nhỏ về thành phần hóa học và tính chất cơ học có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,12 - 0,20
Mn (Mangan)	0,30 - 0,60
Si (Silic)	0,10 - 0,40
P (Phốt pho)	≤ 0,045
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,045

Vai trò chính của carbon trong S235JR là tăng cường độ bền và độ cứng của nó. Mangan góp phần cải thiện khả năng làm cứng và độ bền kéo, trong khi silic giúp khử oxy trong quá trình luyện thép và tăng cường độ bền. Hàm lượng phốt pho và lưu huỳnh thấp rất quan trọng để đảm bảo độ dẻo và khả năng hàn tốt.

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
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	cán nóng	Nhiệt độ phòng	235MPa	34,1 ksi	EN 10002-1
Độ bền kéo	cán nóng	Nhiệt độ phòng	360 - 510MPa	52,2 - 73,8 ksi	EN 10002-1
Độ giãn dài	cán nóng	Nhiệt độ phòng	≥ 20%	≥ 20%	EN 10002-1
Giảm Diện Tích	cán nóng	Nhiệt độ phòng	≥ 40%	≥ 40%	EN 10002-1
Độ cứng (Brinell)	cán nóng	Nhiệt độ phòng	≤ 160 HB	≤ 160 HB	EN 10003-1
Sức mạnh tác động	Charpy V-notch	-20°C (-4°F)	≥ 27J	≥ 20 ft-lbf	EN 10045-1

Các tính chất cơ học của S235JR làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng kết cấu khác nhau. Độ bền kéo của nó cho phép nó chịu được tải trọng đáng kể, trong khi độ giãn dài và giảm diện tích cho thấy độ dẻo tốt, làm cho nó lý tưởng cho các quy trình tạo hình và hàn. Độ bền va đập ở nhiệt độ thấp đảm bảo rằng nó có thể hoạt động tốt trong môi trường lạnh hơn.

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	-	1420 - 1540 °C	2590 - 2810 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	50 W/m·K	34,5 BTU·in/h·ft²·°F
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	0,49 kJ/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,0000175 Ω·m	0,000011 Ω·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	Nhiệt độ phòng	11,0 x 10⁻⁶/K	6,1 x 10⁻⁶/°F

Mật độ của S235JR cho thấy đây là vật liệu tương đối nặng, đặc trưng của thép kết cấu. Phạm vi điểm nóng chảy của nó cho thấy nó có thể chịu được nhiệt độ cao trước khi chuyển sang trạng thái lỏng. Độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng cho thấy S235JR có thể tản nhiệt hiệu quả, khiến nó phù hợp với các ứng dụng mà việc quản lý nhiệt là rất quan trọng.

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 nếu không có lớp phủ bảo vệ
Clorua	-	-	Nghèo	Nguy cơ ăn mòn rỗ
Axit	-	-	Nghèo	Không khuyến khích sử dụng trong môi trường có tính axit
kiềm	-	-	Hội chợ	Sức đề kháng ở mức trung bình, nhưng khuyến cáo áp dụng biện pháp bảo vệ
Hữu cơ	-	-	Tốt	Nói chung là kháng dung môi hữu cơ

S235JR có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, phù hợp với nhiều ứng dụng nhưng cần có biện pháp bảo vệ trong môi trường khắc nghiệt. Khả năng dễ bị rỉ sét trong điều kiện khí quyển đòi hỏi phải sử dụng lớp phủ hoặc mạ kẽm cho các ứng dụng ngoài trời. So với các loại thép hợp kim cao hơn như S355 hoặc thép không gỉ, khả năng chống ăn mòn của S235JR bị hạn chế, đặc biệt là trong môi trường giàu clorua, nơi có thể xảy ra hiện tượng rỗ.

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	Hạn chế sử dụng ở nhiệt độ cao
Nhiệt độ đóng băng	600 °C	1112 °F	Nguy cơ oxy hóa ở nhiệt độ cao
Cân nhắc về sức bền biến dạng	300 °C	572 °F	Sự biến dạng có thể trở thành mối lo ngại ở nhiệt độ cao

S235JR hoạt động tốt ở nhiệt độ cao, nhưng các đặc tính cơ học của nó có thể suy giảm đáng kể ở nhiệt độ trên 400 °C (752 °F). Hạn chế này khiến nó ít phù hợp hơn với các ứng dụng liên quan đến tải nhiệt cao hoặc tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ cao. Nguy cơ oxy hóa và đóng cặn ở nhiệt độ cao đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận khi thiết kế và lựa chọn vật liệu.

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	Tốt cho các phần mỏng
TIG	ER70S-2	Khí Argon	Tuyệt vời cho hàn chính xác
SÚNG BẮN TỪ	E7018	-	Thích hợp cho các phần dày hơn

S235JR được biết đến với khả năng hàn tuyệt vời, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho nhiều quy trình hàn khác nhau. Nhìn chung không cần gia nhiệt trước, nhưng xử lý nhiệt sau khi hàn có thể có lợi để giảm ứng suất. Các khuyết tật thường gặp bao gồm độ xốp và cắt rãnh, có thể giảm thiểu bằng kỹ thuật phù hợp và lựa chọn vật liệu hàn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	S235JR	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	70%	100%	Khả năng gia công tốt cho các ứng dụng kết cấu
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	80 m/phút	120 m/phút	Điều chỉnh dựa trên công cụ và thiết lập

S235JR thể hiện khả năng gia công tốt, cho phép xử lý hiệu quả trong nhiều hoạt động gia công khác nhau. Các điều kiện tối ưu bao gồm sử dụng dụng cụ sắc bén và tốc độ cắt phù hợp để giảm thiểu hao mòn và đạt được bề mặt hoàn thiện mong muốn.

Khả năng định hình

S235JR có khả năng định hình cao, phù hợp với các quy trình định hình nguội và nóng. Hàm lượng carbon thấp cho phép biến dạng đáng kể mà không bị nứt. Thép có thể uốn cong, cán và định hình thành nhiều hình dạng khác nhau, với bán kính uốn cong khuyến nghị thường gấp 2-3 lần độ dày vật liệu.

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 cường độ bền
Làm nguội & tôi luyện	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	1 giờ	Dầu hoặc nước	Tăng độ cứng và sức mạnh

Các quy trình xử lý nhiệt như ủ và chuẩn hóa có thể thay đổi đáng kể cấu trúc vi mô của S235JR, tăng cường các tính chất cơ học của nó. Ủ cải thiện độ dẻo, trong khi chuẩn hóa tinh chỉnh cấu trúc hạt, dẫn đến độ bền và độ dẻo dai được cải thiện.

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	Độ bền kéo cao, khả năng hàn tốt	Cần thiết cho các kết cấu chịu lực
Ô tô	Các thành phần khung gầm	Độ dẻo, khả năng gia công	Cần vật liệu nhẹ và chắc chắn
Chế tạo	Khung máy móc	Sức mạnh, khả năng định hình	Hình dạng tùy chỉnh và yêu cầu độ bền cao
Đóng tàu	Cấu trúc thân tàu	Khả năng chống ăn mòn, khả năng hàn	Bền và chắc chắn cho môi trường biển

Trong xây dựng, S235JR thường được lựa chọn vì sự cân bằng giữa độ bền và độ dẻo, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng kết cấu. Trong ngành công nghiệp ô tô, khả năng gia công và định hình của nó cho phép sản xuất các hình dạng phức tạp trong khi vẫn duy trì được độ bền.

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

Tính năng/Thuộc tính	S235JR	S355	A36	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Giới hạn chảy: 235 MPa	Giới hạn chảy: 355 MPa	Giới hạn chảy: 250 MPa	S355 có độ bền cao hơn nhưng giá thành cao hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Hội chợ	Tốt	Hội chợ	S355 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn do hàm lượng hợp kim cao hơn
Khả năng hàn	Xuất sắc	Tốt	Tốt	Tất cả các loại đều có thể hàn được, nhưng S235JR là loại dễ hàn nhất
Khả năng gia công	Tốt	Hội chợ	Tốt	S235JR dễ gia công hơn S355
Khả năng định hình	Xuất sắc	Tốt	Tốt	S235JR có khả năng định hình tốt hơn do hàm lượng carbon thấp hơn
Chi phí tương đối xấp xỉ	Thấp	Trung bình	Thấp	S235JR tiết kiệm chi phí cho các dự án lớn
Khả năng cung cấp điển hình	Cao	Trung bình	Cao	S235JR có sẵn rộng rãi ở nhiều dạng khác nhau

Khi lựa chọn S235JR, 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. Trong khi S355 có độ bền cao hơn, S235JR vẫn là lựa chọn phổ biến cho nhiều ứng dụng kết cấu do tính cân bằng giữa các đặc tính và chi phí thấp hơn. Khả năng hàn và gia công tuyệt vời của nó khiến nó trở thành lựa chọn linh hoạt cho cả kỹ sư và nhà chế tạo.

Tóm lại, S235JR là loại thép kết cấu có hàm lượng carbon thấp được sử dụng rộng rãi, có sự kết hợp giữa độ bền, độ dẻo và hiệu quả về mặt chi phí, phù hợp với nhiều ứng dụng trong ngành xây dựng, sản xuất và ô tô.