Thép St 60: Tổng quan về tính chất và ứng dụng chính

Thép St 60 là loại thép kết cấu của Đức được phân loại là thép mềm cacbon thấp. Thép này chủ yếu bao gồm sắt (Fe) với hàm lượng cacbon thường dao động từ 0,06% đến 0,12%. Hàm lượng cacbon thấp này góp phần tạo nên khả năng hàn và tạo hình tuyệt vời, khiến thép này phù hợp với nhiều ứng dụng kết cấu khác nhau. Các nguyên tố hợp kim chính trong St 60 bao gồm mangan (Mn), giúp tăng cường độ cứng và độ bền, và silic (Si), giúp cải thiện quá trình khử oxy trong quá trình luyện thép.

Tổng quan toàn diện

Thép St 60 được biết đến với các tính chất cơ học tốt, bao gồm độ bền kéo và độ dẻo vừa phải. Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng xây dựng và kỹ thuật, nơi mà độ bền cao không phải là yêu cầu chính nhưng khả năng hàn và tạo hình tốt là điều cần thiết. Giới hạn chảy của thép thường nằm trong khoảng từ 235 đến 360 MPa, với giá trị độ giãn dài khoảng 20% ​​đến 25%, cho thấy khả năng biến dạng mà không bị gãy.

Thuận lợi:
- Khả năng hàn: St 60 có thể dễ dàng hàn bằng nhiều phương pháp khác nhau, do đó rất lý tưởng cho việc xây dựng và chế tạo.
- Khả năng tạo hình: Hàm lượng carbon thấp cho phép tạo hình tuyệt vời, cho phép sản xuất các hình dạng phức tạp.
- Hiệu quả về mặt chi phí: Nhìn chung, thép hàm lượng carbon thấp như St 60 có giá cả phải chăng hơn so với thép hợp kim cao hơn.

Hạn chế:
- Độ bền thấp hơn: So với thép hợp kim hoặc thép cacbon cao hơn, St 60 có độ bền kéo và độ bền chảy thấp hơn, điều này có thể hạn chế việc sử dụng trong các ứng dụng chịu ứng suất cao.
- Khả năng chống ăn mòn: Có thể cần lớp phủ bảo vệ trong môi trường ăn mòn vì thép không có khả năng chống ăn mòn vốn có.

Theo truyền thống, St 60 đã được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu, đặc biệt là ở Đức, cho các ứng dụng kết cấu như dầm, cột và khung trong các tòa nhà và cầu. Sự phổ biến của nó trên thị trường là do sự cân bằng giữa các đặc tính và chi phí, khiến nó trở thành lựa chọn hàng đầu của nhiều kỹ sư và nhà chế tạo.

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
ĐẠI HỌC	Thánh 60	Đức	Tương đương gần nhất với S235JR
VI	S235JR	Châu Âu	Sự khác biệt nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn ASTM	A36	Hoa Kỳ	Tính chất cơ học tương tự nhưng thành phần hóa học khác nhau
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SS400	Nhật Bản	Độ bền tương đương nhưng độ dẻo thấp hơn
Tiêu chuẩn ISO	10025 S235	Quốc tế	Cấp thép kết cấu chung

Bảng trên nêu bật một số tiêu chuẩn và cấp độ tương đương với St 60. Mặc dù các cấp độ này có thể tương tự về tính chất cơ học, 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, thép A36 có hàm lượng carbon cao hơn, có thể tăng cường độ bền nhưng làm giảm khả năng hàn so với St 60.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,06 - 0,12
Mn (Mangan)	0,30 - 0,60
Si (Silic)	0,10 - 0,40
P (Phốt pho)	≤ 0,045
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,045
Fe (Sắt)	Sự cân bằng

Các nguyên tố hợp kim chính trong St 60 đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các tính chất của nó. Carbon, mặc dù có hàm lượng thấp, nhưng rất cần thiết để đạt được độ bền và độ cứng mong muốn. Mangan tăng cường khả năng làm cứng và độ dẻo dai của thép, trong khi silic hỗ trợ khử oxy trong quá trình sản xuất thép, cải thiện chất lượng tổng thể.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	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	235 - 360MPa	34 - 52 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	≥ 235MPa	≥ 34 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	20-25%	20-25%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Giảm Diện Tích	Ủ	≥ 50%	≥ 50%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Brinell)	Ủ	120 - 160 HB	120 - 160 HB	Tiêu chuẩn ASTM E10
Sức mạnh tác động	Charpy V-notch, -20°C	≥ 27J	≥ 20 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Các tính chất cơ học của St 60 làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng kết cấu khác nhau. Độ bền kéo và độ bền chảy vừa phải của nó cho phép nó chịu được tải trọng thông thường trong xây dựng, trong khi độ giãn dài và giảm diện tích của nó cho thấy độ dẻo tốt, cần thiết cho các ứng dụng đòi hỏi biến dạng mà không bị gãy.

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	490 lb/ft³
Điểm nóng chảy	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	50 W/m·K	34,5 BTU·in/h·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·ft

Mật độ của St 60 cho thấy đây là vật liệu tương đối nặng, đặc trưng của thép kết cấu. Điểm nóng chảy của nó cho thấy độ ổn định nhiệt tốt, trong khi độ dẫn nhiệt và giá trị nhiệt dung riêng rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến truyền nhiệt.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C)	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 ăn mòn 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

St 60 có khả năng chống ăn mòn vừa phải trong nhiều môi trường khác nhau. Nó dễ bị rỉ sét trong điều kiện khí quyển, đặc biệt là khi có hơi ẩm. Clorua gây ra rủi ro đáng kể, dẫn đến ăn mòn rỗ, trong khi phải tránh hoàn toàn việc tiếp xúc với axit. So với thép không gỉ hoặc các loại hợp kim cao hơn, St 60 cần lớp phủ bảo vệ hoặc xử lý trong môi trường ăn mòn.

Khi so sánh với các loại thép như S235JR hoặc A36, khả năng chống ăn mòn của St 60 thường thấp hơn, đòi hỏi các biện pháp bảo vệ bổ sung trong các ứng dụng phải tiếp xúc với điều kiện 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 mục đích sử 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	300 °C	572 °F	Bắt đầu phân hủy ở nhiệt độ này

St 60 duy trì các đặc tính cơ học của nó ở nhiệt độ vừa phải, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng kết cấu nơi tiếp xúc với nhiệt bị hạn chế. Tuy nhiên, ở nhiệt độ vượt quá 400 °C, nguy cơ oxy hóa và mất độ bền tăng lên, đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận trong thiết kế.

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, độ biến dạng thấp
SÚNG BẮN TỪ	E7018	Không có	Thích hợp sử dụng ngoài trời

St 60 có khả năng hàn cao, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng kết cấu. Các kim loại hàn được khuyến nghị đảm bảo khả năng tương thích và độ bền trong các mối hàn. Có thể cần phải gia nhiệt trước cho các phần dày hơn để tránh nứt.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thánh 60	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	70%	100%	Tốt cho gia công nói chung
Tốc độ cắt điển hình	30 m/phút	45 m/phút	Điều chỉnh dựa trên công cụ

Thép St 60 có khả năng gia công hợp lý, mặc dù không dễ gia công như các loại thép gia công tự do như AISI 1212. Tốc độ cắt và dụng cụ thích hợp có thể nâng cao hiệu suất trong quá trình gia công.

Khả năng định hình

St 60 có khả năng định hình tuyệt vời do hàm lượng carbon thấp. Nó có thể được định hình nguội thành nhiều hình dạng khác nhau, bao gồm uốn cong và hình học phức tạp. Đặc tính làm cứng của thép cho phép nó duy trì độ bền trong khi bị biến dạng, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi thiết kế 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 - 850 °C / 1472 - 1562 °F	30 phút	Nước/Dầu	Tăng độ cứng

Các quy trình xử lý nhiệt như ủ và chuẩn hóa có thể thay đổi đáng kể cấu trúc vi mô của St 60, 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 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	Khả năng hàn tốt, độ bền vừa phải	Tiết kiệm chi phí và dễ chế tạo
Ô tô	Các thành phần khung gầm	Độ dẻo, khả năng tạo hình	Nhẹ và mạnh mẽ
Máy móc	Khung và giá đỡ	Sức mạnh, độ bền	Đáng tin cậy dưới tải

St 60 thường được sử dụng trong xây dựng cho dầm và khung kết cấu do khả năng hàn và tạo hình tuyệt vời. Trong ngành công nghiệp ô tô, nó được sử dụng cho các thành phần khung gầm nơi giảm trọng lượng và độ bền là rất quan trọng. Tính linh hoạt của nó làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng máy móc khác nhau.

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Cầu: Được sử dụng trong xây dựng các cấu kiện cầu do tính toàn vẹn về mặt kết cấu của nó.
- Thiết bị công nghiệp: Được sử dụng trong các thiết bị sản xuất đòi hỏi độ bền vừa phải.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thánh 60	S235JR	A36	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 cao hơn	St 60 có khả năng hàn tốt hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Hội chợ	Hội chợ	Nghèo	Tất cả đều cần được bảo vệ trong môi trường ăn mòn
Khả năng hàn	Xuất sắc	Xuất sắc	Tốt	St 60 dễ hàn hơn
Khả năng gia công	Tốt	Hội chợ	Xuất sắc	A36 dễ gia công hơn
Khả năng định hình	Xuất sắc	Tốt	Hội chợ	St 60 cho phép tạo ra các hình dạng phức tạp
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Vừa phải	Thấp	Hiệu quả về mặt chi phí cho mục đích sử dụng kết cấu
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Chung	Rất phổ biến	A36 có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn St 60, cần cân nhắc đến các tính chất cơ học, khả năng hàn và hiệu quả về mặt chi phí. Mặc dù có thể không cung cấp độ bền cao nhất so với các lựa chọn thay thế như A36, nhưng khả năng định hình và khả năng hàn tuyệt vời của nó khiến nó trở thành lựa chọn ưa thích cho nhiều ứng dụng kết cấu. Ngoài ra, tính khả dụng của nó trên thị trường đảm bảo rằng nó có thể dễ dàng được cung cấp cho các dự án.

Tóm lại, thép St 60 là vật liệu đa năng và tiết kiệm chi phí, phù hợp với nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau, đặc biệt là trong xây dựng và sản xuất. Sự cân bằng các đặc tính của nó khiến nó trở thành lựa chọn đáng tin cậy cho tính toàn vẹn của kết cấu trong khi vẫn duy trì tính dễ chế tạo và lắp ráp.