Thép kết cấu S235, S275, S355, S420 và đặc tính của chúng

Thép kết cấu là kim loại đen  thuộc nhóm thép nhẹ . Trong bài đăng này, chúng tôi sẽ đề cập đến cách sử dụng, tính chất cơ học và thành phần hóa học của các loại được sử dụng nhiều nhất – S235, S275, S355 và S420.

Ứng dụng kết cấu thép

Thép kết cấu được sử dụng rộng rãi nhất trong số các loại thép vì đủ chất lượng và giá tương đối thấp. Sự kết hợp này làm cho chúng hữu ích trong các lĩnh vực khác nhau. Hàng năm, khoảng 25% thép kết cấu được sử dụng trong xây dựng các tòa nhà .

Các kỹ sư cơ khí ưa chuộng nó khi chế tạo máy móc không có nhiều nhu cầu đặc biệt như độ bền cao hoặc khả năng chịu tải nặng.

Đôi khi khả năng chống  mài mòn vật liệu là rất quan trọng, đồng thời duy trì trọng lượng thấp. Đây là trường hợp của thiết bị lâm nghiệp và khai thác mỏ chẳng hạn. Sau đó, nên chuyển sang sử dụng các loại thép có độ bền cao và chịu mài mòn, như Hardox và Strenx .

Bảo vệ chống ăn mòn

Kết cấu thép yêu cầu thêm một lớp bảo vệ chống lại thời tiết. Chúng có xu hướng dễ bị ăn mòn, vì vậy sơn tĩnh điện thường được sử dụng, bất kể môi trường xung quanh máy – bên trong hay bên ngoài. Để có lớp phủ bền lâu, bề mặt kim loại phải được xử lý trước (ăn mòn hóa học hoặc phốt phát ) và làm sạch (phun, rửa hoặc lau) trước.

Một cách khác bền hơn để bảo vệ kết cấu thép chống lại sự ăn mòn là mạ điện. Chất lượng và khả năng ứng dụng của lớp mạ kẽm phụ thuộc vào thành phần hóa học của thép – tỷ lệ phốt pho (P) và silicium (Si) là quyết định:

• Si+2,5P<0,05% = chất lượng loại 1
• 0,05%≤Si+2,5P≤0,15% = kết quả xấu (dải Sandelin)
• 0,15%<Si+2,5P<0,25% = chất lượng loại 2
• 0,25%<Si+2,5P = kết quả xấu

Trong trường hợp điều kiện khắc nghiệt hơn, thép không gỉ được sử dụng thay thế, phổ biến nhất là AISI 304 hoặc AISI 316 .

Tính chất cơ học kết cấu thép

Nếu bạn chưa biết về các tính chất cơ học khác nhau của vật liệu, bạn có thể bắt đầu tại đây . Con số trong tên thép kết cấu là cường độ năng suất của nó. Nó cho biết tải trọng tối đa, tính bằng MPa, không kết thúc bằng biến dạng dẻo. Ứng suất trên giá trị đó sẽ làm biến dạng kim loại vĩnh viễn. Trong trường hợp thép S235, giá trị này là 235 MPa. Bất cứ điều gì dưới đây dẫn đến biến dạng đàn hồi, nghĩa là chi tiết của bạn sẽ lấy lại hình dạng cũ sau khi loại bỏ tải trọng.

Độ bền kéo liên quan đến tải trọng tối đa không phá vỡ kim loại. Tiếp tục với ví dụ S235, giá trị này nằm trong khoảng 360…510 MPa. Mặc dù nó cao hơn đáng kể so với cường độ chảy, nhưng bạn nên xem xét giá trị cường độ chảy khi chọn vật liệu phù hợp với điều kiện của mình. Điều này là do vượt quá độ bền kéo có nghĩa là hỏng hóc, trong khi vượt quá độ bền chảy chỉ dẫn đến biến dạng.

Bảng thuộc tính cho thấy rằng các lớp tăng có nghĩa là sức mạnh cao hơn. Thép S235 và S355 phổ biến nhất trong số những loại được trình bày ở đây, vì chúng đáp ứng hầu hết các nhu cầu. S275 không được sử dụng nhiều và có thể khó tìm hơn. S420 phù hợp khi tìm kiếm cường độ cao hơn nhưng cũng có thể không có sẵn ở mọi nhà sản xuất .

Các phép đo độ cứng của tất cả các loại thép kết cấu là khá thấp. Nếu cần, những giá trị đó có thể được cải thiện bằng cách làm cứng.

Phân loại và khả năng chống va đập

Bạn có thể tìm thấy các chữ cái khác nhau trước và sau các số mà chúng tôi đã giải thích. Thép kết cấu có chữ S làm tiền tố, viết tắt của… thép kết cấu. Có nhiều lựa chọn thay thế – ví dụ P cho thép bình chịu áp lực – dành cho các ứng dụng khác nhau.

Thép Ferritic thay đổi hành vi của chúng với nhiệt độ. Chúng trở nên giòn hơn ở nhiệt độ thấp hơn và dễ uốn hơn một chút ở nhiệt độ cao hơn. Điều này phải được tính đến khi các điều kiện cần nó. Một công trình nằm bên ngoài suốt mùa đông, ở nhiệt độ -20°C, có thể bị xe nâng va vào và dẫn đến gãy giòn. Do đó, bạn nên chọn loại thép có khả năng chống va đập phù hợp.

Khi bạn gặp một loại thép có tên như S235J0+N, bây giờ bạn đã chuẩn hóa nó. Bình thường hóa là một phương pháp xử lý nhiệt được sử dụng trên thép để tinh chỉnh cấu trúc tinh thể của nó và mang lại sự phân bố kích thước hạt đồng đều hơn. Nó loại bỏ căng thẳng và căng thẳng bên trong. Đổi lại, điều này cải thiện khả năng gia công, độ dai và độ dẻo của thép mà không ảnh hưởng đến độ cứng và độ bền.

Mặc dù có một số hậu tố khác mà bạn có thể thấy, nhưng chúng tôi đang giới hạn bản thân ở những hậu tố phổ biến nhất. Cuối cùng là MC. Thép S355MC được gia công cơ nhiệt , kết hợp độ bền với các đặc tính phù hợp để tạo hình nguội như uốn .

Thành phần hóa học

Thành phần hóa học chính xác sẽ thay đổi tùy thuộc vào độ bền cần thiết. Ví dụ, thép kết cấu bền hơn phải chịu được thời tiết (ví dụ: S355W) sẽ có một chút hóa học khác so với S355 tiêu chuẩn.

Ngay cả khi tính chất hóa học gần như giống hệt nhau, sự kết hợp của các quy trình sản xuất khác nhau (cán, xử lý nhiệt và làm mát) sẽ quyết định độ bền cuối cùng. Ví dụ, thép càng được cán nhiều thì càng cứng.

EN Thép tương đương

Ví dụ, thép kết cấu có thể được biết đến nhiều hơn với tên gọi thép S355. Nhưng mỗi loại thép kết cấu mà chúng tôi đề cập trong bài viết này đều có EN tương đương. Chúng tôi sẽ đưa ra những cái phổ biến nhất:

• S235JR – EN 1.0038
• S235J2 – VI 1.0117
• S275JR – EN 1.0044
• S275J2 – EN 1.0145
• S355JR – EN 1.0045
• S355J0 – EN 1.0553
• S355J2 – EN 1.0577
• S420M – EN 1.8827

Chọn cái nào?

Nó thực sự phụ thuộc vào nhu cầu của bạn. Bạn chỉ định cắt laser một số bộ phận kim loại ? Bạn có muốn uốn các chi tiết sau đó không? Những loại lớp phủ là cần thiết cho các điều kiện? Nó mang loại tải nào?

Nói một cách đơn giản, vật liệu tốt hơn sẽ có giá cao hơn. Trong trường hợp lắp ráp, tốt nhất là giữ số lượng vật liệu khác nhau ở mức tối thiểu vì nếu không, tất cả các loại chi phí lắp đặt sẽ được cộng vào giá cuối cùng.

Phương pháp phổ biến nhất để lựa chọn là theo giá trị cường độ năng suất. Nhu cầu của bạn có thể được tính toán, sử dụng phân tích cấu trúc. Một cách dễ dàng để thực hiện việc này là sử dụng các tùy chọn mô phỏng có sẵn trong hầu hết các chương trình CAD 3D. Các điểm tới hạn vẫn nên được kiểm tra bằng tính toán thủ công để đảm bảo rằng ít nhất thứ tự độ lớn là chính xác.

Không phải mọi thứ đều có đủ kích cỡ và độ dày. Hơn nữa, không phải mọi thứ đều có trong kho. Các tấm cán nguội lên đến 3 mm, trên đó bạn có được các tấm cán nóng . Những cái cán nguội có lợi thế là cấu trúc đồng đều hơn. S355MC cũng cung cấp cấu trúc đồng nhất và chất lượng uốn tốt, nếu công trình của bạn cần kim loại dày hơn 3 mm. Nếu mỏng hơn thì tốt hơn, hãy dùng DC01 (một loại thép khác).

Bạn có thể thắc mắc tại sao 2 nhà sản xuất lại đưa ra mức giá rất khác nhau cho “cùng một chất liệu”, nếu bạn hỏi về S235. Là vì ​​không có loại thép nào như S235 – các hậu tố luôn có mặt. Một người có thể cung cấp cho bạn chất lượng hơn. Hãy chắc chắn rằng bạn biết những gì bạn đang nhận được bằng cách hỏi kim loại chính xác được sử dụng. Nếu bạn cần chất lượng, hãy yêu cầu nó. Nếu bạn cần một mức giá thấp, hãy yêu cầu nó.