Thép S690QL: Tính chất và ứng dụng chính

Thép STE 690 (S690QL) là loại thép kết cấu có độ bền cao được phân loại theo tiêu chuẩn EN 10025-6. Đây chủ yếu là thép tôi và ram, được biết đến với các tính chất cơ học và khả năng hàn tuyệt vời. Các nguyên tố hợp kim chính trong S690QL bao gồm cacbon, mangan, silic và một lượng nhỏ crom, molypden và vanadi. Các nguyên tố này góp phần đáng kể vào độ bền, độ dẻo dai và hiệu suất tổng thể của thép trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

Tổng quan toàn diện

S690QL được đặc trưng bởi độ bền kéo cao, thường vào khoảng 690 MPa, cho phép tạo ra các phần mỏng hơn trong các ứng dụng kết cấu mà không làm giảm độ bền. Tính chất này đặc biệt có lợi trong các ngành công nghiệp như xây dựng, nơi mà việc giảm trọng lượng có thể dẫn đến tiết kiệm chi phí vật liệu và vận chuyển. Thép cũng thể hiện độ bền va đập tốt, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ thấp.

Ưu điểm của S690QL:
- Tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao: Cho phép thiết kế các cấu trúc nhẹ hơn.
- Khả năng hàn tốt: Thích hợp cho nhiều quy trình hàn khác nhau, giúp đơn giản hóa quá trình chế tạo.
- Độ bền tuyệt vời: Duy trì hiệu suất trong môi trường nhiệt độ thấp.

Hạn chế của S690QL:
- Chi phí: Cao hơn thép kết cấu tiêu chuẩn do có chứa các thành phần hợp kim và quá trình chế biến.
- Giòn ở nhiệt độ thấp: Mặc dù có độ dẻo dai tốt nhưng vẫn phải cẩn thận khi sử dụng ở nhiệt độ cực thấp.
- Số lượng có hạn: Không được dự trữ phổ biến như thép chất lượng thấp.

Theo truyền thống, S690QL đã thu hút được sự chú ý trong các lĩnh vực đòi hỏi vật liệu hiệu suất cao, chẳng hạn như máy móc hạng nặng, công trình ngoài khơi và tòa nhà cao tầng, do khả năng chịu được tải trọng lớn đồng thời giảm thiểu việc sử dụng vật liệu.

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	S690QL	Quốc tế	Tương đương gần nhất với ASTM A572 Cấp 65
Tiêu chuẩn ASTM	A572 Lớp 65	Hoa Kỳ	Những khác biệt nhỏ về thành phần cần lưu ý
VI	S690QL	Châu Âu	Tiêu chuẩn cho thép kết cấu cường độ cao
ĐẠI HỌC	1.8928	Đức	Chỉ định tương đương trong tiêu chuẩn Đức
Tiêu chuẩn Nhật Bản	-	Nhật Bản	Không có sự tương đương trực tiếp nhưng có những cấp độ tương tự

Sự khác biệt giữa S690QL và các sản phẩm tương đương thường nằm ở các thành phần hợp kim và tính chất cơ học cụ thể, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi ASTM A572 Cấp 65 có độ bền tương tự, nhưng có thể không có độ dẻo dai tương tự ở nhiệt độ thấp.

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)	1,00 - 1,60
Si (Silic)	0,10 - 0,50
Cr (Crom)	0,20 - 0,50
Mo (Molipden)	0,10 - 0,30
V (Vanadi)	0,02 - 0,10
P (Phốt pho)	≤ 0,025
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,015

Các nguyên tố hợp kim chính trong S690QL đóng vai trò quan trọng:
- Cacbon (C): Tăng độ bền và độ cứng nhưng có thể làm giảm độ dẻo.
- Mangan (Mn): Tăng độ cứng và độ dai.
- Crom (Cr): Cải thiện khả năng chống ăn mòn và độ bền ở nhiệt độ cao.

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	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	690 - 770MPa	100 - 112 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	≥ 690MPa	≥ 100 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	≥ 20%	≥ 20%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Giảm Diện Tích	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	≥ 50%	≥ 50%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Brinell)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	200 - 250 HB	200 - 250 HB	Tiêu chuẩn ASTM E10
Sức mạnh tác động	Làm nguội & tôi luyện	-40°C (-40°F)	≥ 27 J	≥ 20 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp giữa độ bền kéo và độ bền chảy cao, cùng với độ giãn dài tốt, khiến S690QL phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tải trọng cơ học cao và tính toàn vẹn về mặt cấu trúc. Độ bền va đập ở nhiệt độ thấp đảm bảo độ tin cậy trong môi trường khắc nghiệt.

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/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	0,46 kJ/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,0000017 Ω·m	0,0000017 Ω·trong

Các tính chất vật lý chính như mật độ và điểm nóng chảy có ý nghĩa quan trọng đối với các ứng dụng mà trọng lượng và hiệu suất nhiệt là yếu tố quan trọng. Độ dẫn nhiệt cho biết thép có thể tản nhiệt tốt như thế nào, điều này rất cần thiết trong các ứng dụng liên quan đến nhiệt độ cao.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Khí quyển	-	-	Tốt	Dễ bị rỉ sét
Clorua	3-5	20-60 °C (68-140 °F)	Hội chợ	Nguy cơ rỗ
Axit	10-20	20-60 °C (68-140 °F)	Nghèo	Không khuyến khích
kiềm	5-10	20-60 °C (68-140 °F)	Hội chợ	Sức đề kháng hạn chế

S690QL có khả năng chống ăn mòn trong khí quyển tốt nhưng dễ bị rỗ trong môi trường clorua. So với các loại thép có độ bền cao khác như S355, S690QL có hiệu suất được cải thiện trong các ứng dụng kết cấu nhưng có thể cần lớp phủ bảo vệ trong môi trường khắc nghiệt.

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 này

S690QL duy trì các đặc tính cơ học của nó lên đến khoảng 400 °C, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến nhiệt độ cao. Tuy nhiên, phải cẩn thận để tránh tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ vượt quá giới hạn đóng cặn của nó, vì điều này có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và mất tính toàn vẹn của 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	Argon + CO2	Tốt cho các phần mỏng
TIG	ER70S-2	Khí Argon	Tuyệt vời cho công việc chính xác
SÚNG BẮN TỪ	E7018	-	Yêu cầu làm nóng trước

S690QL có khả năng hàn cao, nhưng nên gia nhiệt trước để tránh nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể tăng cường độ bền của mối hàn, đặc biệt là trong các ứng dụng quan trọng.

Khả năng gia công

Thông số gia công	S690QL	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	60%	100%	Yêu cầu dụng cụ tốc độ cao
Tốc độ cắt điển hình	20 m/phút	40 m/phút	Điều chỉnh dựa trên công cụ

S690QL có khả năng gia công ở mức trung bình, đòi hỏi phải lựa chọn cẩn thận các công cụ cắt và tốc độ để đạt được kết quả tối ưu. Nên sử dụng các công cụ carbide để gia công hiệu quả.

Khả năng định hình

S690QL có khả năng định hình hạn chế do độ bền cao. Có thể định hình nguội nhưng có thể cần lực đáng kể, trong khi có thể định hình nóng ở nhiệt độ cao để cải thiện độ dẻo. Bán kính uốn tối thiểu nên được xem xét trong quá trình chế tạo để tránh nứt.

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
Làm nguội	850-900 °C / 1562-1652 °F	30-60 phút	Nước/Dầu	Làm cứng
Làm nguội	500-600 °C / 932-1112 °F	1-2 giờ	Không khí	Cải thiện độ bền

Các quy trình xử lý nhiệt như tôi và ram tăng cường đáng kể các tính chất cơ học của S690QL. Quy trình tôi làm tăng độ cứng, trong khi ram giảm độ giòn, tạo ra vật liệu cân bằng phù hợp cho các ứng dụng kết cấu.

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	Tòa nhà cao tầng	Độ bền cao, khả năng hàn tốt	Giảm trọng lượng vật liệu
Máy móc hạng nặng	Máy đào	Độ bền, khả năng chống va đập	Chịu được tải trọng nặng
Cấu trúc ngoài khơi	Giàn khoan dầu	Khả năng chống ăn mòn, độ bền	Chịu được môi trường khắc nghiệt
Vận tải	Cầu	Độ bền kéo cao, trọng lượng thấp	Tăng cường hiệu quả cấu trúc

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Thiết bị khai thác
- Bình chịu áp suất
- Đóng tàu

S690QL được lựa chọn cho các ứng dụng này vì khả năng chịu được điều kiện khắc nghiệt trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc, khiến nó trở nên lý tưởng cho các thành phần chịu tải quan trọng.

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

Tính năng/Thuộc tính	S690QL	S355	S700MC	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Sức mạnh vừa phải	Sức mạnh rất cao	S690QL mang đến sự cân bằng giữa sức mạnh và độ bền
Góc nhìn ăn mòn chính	Hội chợ	Tốt	Hội chợ	S690QL có thể yêu cầu lớp phủ trong môi trường khắc nghiệt
Khả năng hàn	Tốt	Xuất sắc	Vừa phải	S690QL cần được gia nhiệt trước để có mối hàn tối ưu
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Nghèo	S690QL đòi hỏi kỹ thuật gia công cẩn thận
Khả năng định hình	Giới hạn	Tốt	Vừa phải	S690QL ít có khả năng định hình do có độ bền cao
Chi phí tương đối xấp xỉ	Cao	Vừa phải	Cao	Những cân nhắc về chi phí có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn
Khả năng cung cấp điển hình	Giới hạn	Có sẵn rộng rãi	Giới hạn	Tính khả dụng có thể ảnh hưởng đến thời gian của dự án

Khi lựa chọn S690QL, cần cân nhắc đến hiệu quả về mặt chi phí so với yêu cầu về hiệu suất, tính khả dụng trên thị trường và nhu cầu ứng dụng cụ thể. Độ bền và độ dẻo dai cao của nó khiến nó phù hợp với các môi trường khắc nghiệt, nhưng người mua tiềm năng nên cân nhắc những lợi ích này so với chi phí cao hơn và tính khả dụng hạn chế so với thép cấp thấp hơn.

Tóm lại, S690QL là loại thép cường độ cao đa năng, vượt trội trong các ứng dụng kết cấu đòi hỏi độ bền và độ tin cậy. Các đặc tính độc đáo của nó khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên trong các ngành công nghiệp mà hiệu suất là yếu tố quan trọng, mặc dù có một số hạn chế về chi phí và tính khả dụng.