Thép Q235 vs 45 Thép so với thép 40Cr

Trong thực hành kỹ thuật, lựa chọn thép ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, sản xuất, độ tin cậy, và chi phí linh kiện.

Ba loại thép thường được tham chiếu theo tiêu chuẩn Trung Quốc và quốc tế - Q235, 45 thép, Và 40Cr - bao gồm một phạm vi rộng các yêu cầu thiết kế, từ hỗ trợ kết cấu cơ bản đến các bộ phận cơ khí có độ bền cao.

Mặc dù mỗi cái đều dựa trên luyện kim sắt-cacbon, chiến lược hợp kim của họ, hành vi cấu trúc vi mô, Hiệu suất cơ học, và các ứng dụng tối ưu khác nhau đáng kể.

Bài viết này cung cấp một góc nhìn đa chiều, có thẩm quyền, và so sánh chuyên sâu để hướng dẫn lựa chọn vật liệu và ra quyết định kỹ thuật.

1. Nhận dạng và phân loại luyện kim

Thép Q235

Q235 là một thép kết cấu carbon thấp được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng kỹ thuật và xây dựng nói chung.

Đây là tiếng Trung Quốc phổ biến nhất thép cacbon cấp, tương đương với ASTM A36 Và Một chiếc S235JR. Q235 cung cấp một cân bằng sức mạnh, độ dẻo, và khả năng hàn, làm cho nó phù hợp cho các cây cầu, các tòa nhà, cấu trúc tàu, đường ống, và khung máy móc.

Đặc trưng

• Thành phần hóa học: Cacbon ≤ 0,20–0,25%, Mn 0,30–0,70%, dấu vết S và P.
• Tính chất cơ học: Sức mạnh năng suất ≈ 235 MPa, độ bền kéo ≈ 375–500 MPa.
• Có thể hàn và định hình: Có thể dễ dàng cắt, hàn, và tạo hình nguội.
• Tiết kiệm chi phí: Lựa chọn kinh tế cho các ứng dụng kết cấu chung.
• Ứng dụng: Dầm xây dựng, khung cấu trúc, đóng tàu, bình chịu áp lực.

45 Thép (còn được gọi là C45 hoặc 1.1191)

45 thép là một thép cacbon trung bình được sử dụng rộng rãi ở Trung Quốc và quốc tế để các bộ phận cơ khí đòi hỏi độ bền và độ cứng cao hơn thép có hàm lượng carbon thấp.

Nó đại khái tương ứng với AISI 1045. Nó phù hợp cho trục, bánh răng, và các ốc vít được được nạp cơ học và có thể được xử lý nhiệt.

Đặc trưng

• Thành phần hóa học: Cacbon ≈ 0,42–0,50%, Mn 0,50–0,80%, S/P <0.05%.
• Tính chất cơ học (ủ): Độ bền kéo ≈ 570–700 MPa, cường độ năng suất ≈ 330–500 MPa.
• có thể xử lý nhiệt: Có thể được làm nguội và tôi luyện để đạt được độ cứng và khả năng chống mài mòn cao hơn.
• Khả năng gia công tốt và độ dẻo dai vừa phải: Cân bằng sức mạnh và khả năng xử lý.
• Ứng dụng: Trục, bánh răng, bu lông, trục, thanh kết nối, và các bộ phận cơ khí chịu tải vừa phải.

40Thép Cr (còn được gọi là 1.7035)

40Cr là một carbon trung bình, crom-thép hợp kim được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đòi hỏi sức mạnh cao hơn, độ cứng, và chống mài mòn hơn thép cacbon trung bình thông thường.

Crom cải thiện độ cứng, chống ăn mòn, và độ bền mỏi. Nó gần tương đương với AISI 5140.

Đặc trưng

• Thành phần hóa học: Cacbon ≈ 0,37–0,44%, Crom ≈ 0,80–1,10%, Mn 0,50–0,80%, S/P <0.035%.
• Tính chất cơ học (bình thường hóa): Độ bền kéo ≈ 745–930 MPa, cường độ năng suất ≈ 435–600 MPa.
• Độ cứng tuyệt vời: Có thể được làm nguội và tôi luyện để đạt được độ cứng cao (lên đến HRC 50) cho các bộ phận chống hao mòn.
• Khả năng chống mỏi và độ dẻo dai tốt: Thích hợp cho các thành phần cơ khí quan trọng.
• Ứng dụng: Trục, bánh răng, trục khuỷu, Trục hạng nặng, cọc sợi, và các bộ phận cơ khí có độ bền cao khác.

2. So sánh thành phần hóa học: Thép Q235 vs 45 Thép so với thép 40Cr

Thành phần hóa học của thép quyết định trực tiếp đến hành vi biến đổi pha và tính chất cơ học của nó.

Bảng sau đây trình bày phạm vi thành phần tiêu chuẩn (theo tiêu chuẩn quốc gia của Trung Quốc) và cơ chế hoạt động của các nguyên tố chính của ba loại thép:

Sự khác biệt chính:

Q235 có lượng carbon thấp và không có nguyên tố hợp kim có chủ ý, tập trung vào khả năng xử lý; 45 thép có lượng carbon cao hơn và kiểm soát tạp chất chặt chẽ hơn, cho phép xử lý nhiệt;

40Cr bổ sung crom để tối ưu hóa độ cứng và tính chất cơ học, thu hẹp khoảng cách giữa thép carbon và thép hợp kim cao.

3. Đặc điểm vi cấu trúc: Từ trạng thái được giao đến trạng thái được xử lý nhiệt

Cấu trúc vi mô là mối liên hệ giữa thành phần hóa học và tính chất cơ học.

Ba loại thép thể hiện cấu trúc vi mô riêng biệt ở các trạng thái khác nhau, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của họ:

Trạng thái khi giao hàng (cán nóng)

• Thép Q235: Bao gồm ferit (α-Fe) + Ngọc trai (hỗn hợp tầng của ferit và xi măng). Ferrite là pha chính (70–80%), đảm bảo độ dẻo và khả năng hàn tốt.
  hàm lượng ngọc trai (20–30%) cung cấp sức mạnh vừa phải. Cấu trúc hạt thô do hàm lượng hợp kim thấp và quy trình cán nóng đơn giản.
• 45 Thép: Ferrite + Ngọc trai, với hàm lượng ngọc trai cao hơn (40–50%) hơn Q235 do hàm lượng carbon cao hơn.
  Cấu trúc mịn hơn và đồng đều hơn (Thép chất lượng cao), với ít tạp chất hơn, dẫn đến sự cân bằng sức mạnh và độ dẻo dai tốt hơn.
• 40Thép Cr: Ferrite + Ngọc trai + vết cacbua giàu crom. Crom tinh chỉnh kích thước hạt, làm cho các tấm ngọc trai mỏng hơn 45 thép.
  Sự hiện diện của cacbua crom (Cr₃C) đặt nền tảng cho việc tăng cường xử lý nhiệt tiếp theo.

Trạng thái xử lý nhiệt (Làm nguội + ủ, Q&T)

• Thép Q235: Độ cứng kém; dập tắt (làm mát bằng nước) chỉ hình thành martensite ở lớp bề mặt, với lõi còn lại là ferit-pearlite.
  Xử lý nhiệt hiếm khi được sử dụng, vì nó không thể cải thiện đáng kể hiệu suất tổng thể và có thể gây biến dạng/nứt.
• 45 Thép: Sau khi làm nguội (840–Làm mát bằng nước/dầu 860oC), cấu trúc chuyển thành lath martensite (cứng nhưng giòn).
  Ủ ở 200–300oC (ủ thấp) sản xuất martensite tôi luyện, cải thiện độ dẻo dai đồng thời duy trì độ cứng cao.
  Ủ ở 500–600oC (ủ trung bình) hình thức sorbite, đạt được sự cân bằng sức mạnh (σᵤ ≥600 MPa) và độ dẻo (δ ≥15%).
• 40Thép Cr: Độ cứng tuyệt vời; làm mát dầu (thay vì làm mát bằng nước) có thể đạt được sự biến đổi martensite hoàn toàn ngay cả đối với phôi có đường kính 50 mm.
  Sau khi ủ vừa (520–560oC), cấu trúc trở thành sorbite được tôi luyện (sorbite hạt mịn + phân tán cacbua), với sức mạnh và độ dẻo dai cao hơn 45 thép. Crom ổn định cấu trúc martensite, giảm tính nóng nảy.

4. So sánh tính chất cơ học - Thép Q235 so với 45 Thép so với thép 40Cr

5. Đặc điểm xử lý nhiệt: Độ cứng và khả năng thích ứng quy trình

Khả năng đáp ứng xử lý nhiệt (Độ cứng, tính khí ổn định) xác định phạm vi ứng dụng của thép. Ba loại thép khác nhau đáng kể về mặt này:

Độ cứng

• Thép Q235: Độ cứng rất kém. Tốc độ làm mát tới hạn cao; chỉ phôi mỏng (5 mm) có thể tạo thành một lượng nhỏ martensite sau khi làm mát bằng nước, trong khi phôi dày vẫn giữ nguyên ferit-ngọc trai.
  Xử lý nhiệt không hiệu quả về mặt kinh tế, vì vậy nó được sử dụng ở trạng thái được giao.
• 45 Thép: Độ cứng vừa phải. Phôi có đường kính 20 mm có thể đạt được martensite đầy đủ bằng cách làm mát bằng nước; cho phôi dày hơn (20–40 mm), làm mát dầu dẫn đến đông cứng không hoàn toàn (cốt lõi là sorbite).
  Nó phù hợp cho kích thước trung bình, các bộ phận tải trung bình cần xử lý nhiệt.
• 40Thép Cr: Độ cứng tuyệt vời. Crom làm giảm tốc độ làm mát tới hạn, cho phép biến đổi martensite hoàn toàn trong phôi có đường kính ≤50 mm bằng cách làm mát bằng dầu (tránh biến dạng/nứt do làm mát bằng nước).
  Đối với phôi lên đến 80 mm, làm nguội bằng dầu-nước có thể đạt được độ cứng đồng đều, làm cho nó phù hợp cho lớn, bộ phận tải nặng.

Các quy trình và tác dụng xử lý nhiệt thông thường

• Ủ: ủ Q235 (600–650oC) làm giảm căng thẳng lăn; 45/40Ủ Cr tinh luyện hạt và giảm độ cứng cho gia công. 40Ủ Cr cũng hòa tan cacbua crom, chuẩn bị dập tắt.
• Bình thường hóa: Bình thường hóa Q235 (880–920oC) cải thiện tính đồng nhất của cấu trúc; 45/40Cr bình thường hóa tăng cường sức mạnh và độ dẻo dai, được sử dụng làm tiền xử lý cho các bộ phận phức tạp.
• Làm nguội + ủ: Quy trình cốt lõi cho 45/40Cr. 45 thép sử dụng nước làm nguội + ủ trung bình; 40Cr sử dụng dầu làm nguội + ủ trung bình, đạt được hiệu suất toàn diện tốt hơn và biến dạng thấp hơn.
• Bề mặt cứng: 45/40Cr có thể trải qua quá trình làm cứng cảm ứng hoặc cacbon hóa (45 thép) để cải thiện độ cứng bề mặt (HRC 50–60) cho các bộ phận chống hao mòn.
  40Hàm lượng crom của Cr tăng cường hiệu quả làm cứng bề mặt và chống mài mòn.

6. Hiệu suất xử lý: Đúc, rèn, Hàn, và Gia công

Hiệu suất xử lý ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và chi phí sản xuất, và là yếu tố then chốt trong việc lựa chọn nguyên liệu trong sản xuất hàng loạt:

Hiệu suất đúc

• Thép Q235: Khả năng thi công kém. Hàm lượng carbon và hợp kim thấp dẫn đến tính lưu động nóng chảy kém và tốc độ co ngót cao, dễ bị co rút sâu răng và độ xốp. Ít dùng để đúc; chủ yếu để cán và tạo hình.
• 45 Thép: Khả năng thi triển vừa phải. Hàm lượng carbon cao hơn giúp cải thiện tính lưu động so với Q235, nhưng vẫn dễ bị nứt nóng. Được sử dụng cho các bộ phận đúc cỡ nhỏ và vừa với yêu cầu độ chính xác thấp.
• 40Thép Cr: Khả năng thi công tốt hơn 45 thép. Crom tinh chỉnh cấu trúc đúc, giảm độ co ngót và xu hướng nứt nóng.
  Thích hợp cho các bộ phận đúc chính xác cần xử lý nhiệt, nhưng chi phí đúc cao hơn cán.

Hiệu suất rèn

• Thép Q235: Hiệu suất rèn tuyệt vời. Phạm vi nhiệt độ rèn (1150–850oC) rộng, với độ dẻo tốt và khả năng chống biến dạng thấp. Thích hợp để rèn nóng các hình dạng đơn giản (ví dụ., bu lông, dấu ngoặc đơn).
• 45 Thép: Hiệu suất rèn tốt. Nhiệt độ rèn (1100–800oC); yêu cầu gia nhiệt đồng đều để tránh nứt. Các bộ phận rèn có hạt tinh chế, cải thiện hiệu quả xử lý nhiệt.
• 40Thép Cr: Hiệu suất rèn vừa phải. Crom tăng khả năng chống biến dạng, đòi hỏi lực rèn cao hơn và kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ hơn (1100–820oC).
  Ủ sau rèn là cần thiết để loại bỏ căng thẳng bên trong và chuẩn bị cho quá trình xử lý nhiệt.

Hiệu suất hàn

• Thép Q235: Hiệu suất hàn tuyệt vời. Hàm lượng carbon thấp tránh sự hình thành martensite trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt (HAZ), không cần gia nhiệt trước hoặc xử lý nhiệt sau hàn (PWHT) cần thiết cho phôi mỏng. Tương thích với mọi phương pháp hàn (SMAW, GMAW, GTAW).
• 45 Thép: Hiệu suất hàn kém. Hàm lượng carbon cao dẫn đến martensite cứng trong HAZ, dễ bị nứt lạnh.
  Làm nóng sơ bộ (150–200oC) và PWHT (ủ ở 600–650oC) là bắt buộc. Hàn chỉ được sử dụng để sửa chữa, không dành cho mối hàn chịu tải.
• 40Thép Cr: Hiệu suất hàn kém hơn 45 thép. Crom tăng độ cứng HAZ, làm cho nứt lạnh và giòn nóng dễ xảy ra hơn.
  Làm nóng trước nghiêm ngặt (200–300oC), hàn đầu vào nhiệt độ thấp, và PWHT là bắt buộc. Hàn nói chung là tránh; nối cơ khí (chốt, hấp dẫn) được ưu tiên.

Gia công Hiệu suất

• Thép Q235: Hiệu suất gia công tuyệt vời. Độ cứng thấp và độ dẻo tốt giúp cắt dễ dàng, với độ mòn dụng cụ thấp.
  Thích hợp cho dây chuyền gia công tốc độ cao và dây chuyền sản xuất tự động (ví dụ., gia công giá đỡ, tấm).
• 45 Thép: Hiệu suất gia công tốt ở trạng thái được giao (HBW 190–230). Sau khi xử lý nhiệt (độ cứng ＞ HRC 30), độ khó gia công tăng lên, yêu cầu các công cụ bằng hợp kim cứng. Nó là một loại thép được xử lý nhiệt có thể gia công điển hình.
• 40Thép Cr: Hiệu suất gia công vừa phải ở trạng thái được giao. Crom tăng khả năng chống cắt, vì vậy độ mài mòn của dụng cụ cao hơn 45 thép.
  Sau Q&T (HBW 280–320), gia công yêu cầu tốc độ cắt và kiểm soát tốc độ tiến dao cao hơn, với chi phí gia công cao hơn 15–20% so với 45 thép.

7. Chống ăn mòn

Cả ba loại thép đều là thép kết cấu cacbon/hợp kim không có thành phần hợp kim chống ăn mòn có chủ ý (Hàm lượng Cr trong 40Cr quá thấp để tạo màng thụ động), nên khả năng chống ăn mòn của chúng nhìn chung là kém, với sự khác biệt nhỏ:

• Thép Q235: Khả năng chống ăn mòn kém. Hàm lượng tạp chất cao (S, P) và hàm lượng hợp kim thấp làm tăng tốc độ ăn mòn trong khí quyển và nước ngọt, với tốc độ ăn mòn 0,1–0,3 mm/năm trong môi trường công nghiệp. Phải được bảo vệ (bức vẽ, mạ điện) cho dịch vụ ngoài trời.
• 45 Thép: Khả năng chống ăn mòn tốt hơn một chút so với Q235. Hàm lượng tạp chất thấp hơn và cấu trúc mịn hơn làm giảm các vị trí bắt đầu ăn mòn.
  Tốc độ ăn mòn là 0,08–0,25 mm/năm trong môi trường công nghiệp, vẫn cần được bảo vệ để phục vụ lâu dài.
• 40Thép Cr: Khả năng chống ăn mòn tốt nhất trong số ba. Crom tạo thành một màng oxit mỏng trên bề mặt, ức chế ăn mòn.
  Tốc độ ăn mòn là 0,05–0,20 mm/năm trong môi trường công nghiệp, và nó có khả năng kháng axit/bazơ nhẹ tốt hơn Q235 và 45 thép.
  Tuy nhiên, nó vẫn bị ăn mòn rỗ trong môi trường có hàm lượng clorua cao, yêu cầu xử lý chống ăn mòn (mạ crom, bức vẽ).

8. Kịch bản ứng dụng Q235 Steel vs 45 Thép so với thép 40Cr

Việc áp dụng ba loại thép này hoàn toàn dựa trên hiệu suất và chi phí của chúng, bao gồm các lĩnh vực công nghiệp khác nhau:

Thép Q235

Chi phí thấp, thép kết cấu thông dụng. Ứng dụng bao gồm:

• Xây dựng và xây dựng: Khung thép, dầm, cột, tấm thép, và thanh cốt thép cho các tòa nhà thông thường, cầu, và hội thảo.
• Sản xuất cơ khí: Bộ phận không chịu tải (dấu ngoặc đơn, căn cứ, bao gồm), bu lông, quả hạch, và vòng đệm cho thiết bị tải thấp.
• Đường ống và container: Đường ống dẫn nước áp suất thấp, bể chứa, và giá đỡ cho phương tiện không ăn mòn.

45 Thép

Cường độ trung bình, thép cacbon chịu nhiệt. Ứng dụng bao gồm:

• Bộ phận cơ khí: Trục bánh răng, thanh kết nối, trục khuỷu, bu lông, và đai ốc cho thiết bị tải trung bình (ví dụ., động cơ nhỏ, máy bơm, và máy móc nông nghiệp).
• Thành phần công cụ: lưỡi dao, cú đấm, và chết vì tốc độ thấp, dụng cụ ít mài mòn (sau khi làm cứng bề mặt).
• Công nghiệp ô tô: Các bộ phận không quan trọng (ví dụ., Bàn đạp phanh, tay lái) dành cho xe cấp thấp.

40Thép Cr

Độ bền cao, kết cấu thép hợp kim. Ứng dụng bao gồm:

• Bộ phận truyền động cơ khí: Trục bánh răng chịu tải cao, Lái xe trục, bánh răng, và vòng bi cho máy móc hạng nặng (ví dụ., máy móc kỹ thuật, máy công cụ).
• ô tô và hàng không vũ trụ: Các bộ phận quan trọng (ví dụ., trục khuỷu động cơ, trục cam, bánh răng truyền động) dành cho xe cao cấp và máy bay hạng nhẹ.
• Công nghiệp hóa dầu: Mặt bích đường ống cao áp, van, và trục bơm chống ăn mòn trung bình, môi trường tải cao.

9. So sánh chi phí và hiệu quả chi phí

Chi phí là yếu tố then chốt trong sản xuất quy mô lớn. Chi phí tương đối (lấy Q235 làm cơ sở) và hiệu quả chi phí của ba loại thép như sau:

10. Phần kết luận

Việc phân tích so sánh của thép Q235, 45 thép, và thép 40Cr nêu bật cách hàm lượng cacbon, hợp kim, và xử lý nhiệt ảnh hưởng đến hiệu suất cơ khí, sản xuất, và sự phù hợp của ứng dụng.

• thép Q235 là một thép kết cấu carbon thấp với độ dẻo tuyệt vời, khả năng hàn, và khả năng định hình.
  Hiệu quả chi phí của nó làm cho nó lý tưởng cho ứng dụng kết cấu và chế tạo chung, nhưng nó có sức bền hạn chế và cần được bảo vệ chống ăn mòn.
• 45 thép là một carbon trung bình, thép chịu nhiệt cung cấp độ bền và độ cứng cao hơn Q235.
  Khi dập tắt và nóng nảy, nó đạt được độ bền kéo và khả năng chống mài mòn được cải thiện đáng kể, làm cho nó phù hợp với các bộ phận cơ khí như trục, bánh răng, và trục.
• 40Thép Cr là một thép hợp kim crom cacbon trung bình Được thiết kế cho ứng dụng cường độ cao và chống mỏi.
  Của nó độ cứng sâu và khả năng chống mài mòn cho phép nó hoạt động dưới tải nặng theo chu kỳ, Như đã thấy trong trục khuỷu, thanh kết nối, và các bộ phận máy móc tải trọng cao.

Điểm mấu chốt: Lựa chọn chất liệu nên cân bằng sức mạnh, sự dẻo dai, khả năng gia công, khả năng hàn, và chi phí chống lại yêu cầu dịch vụ.
Q235 phù hợp với các ứng dụng kết cấu và tải trọng thấp, 45 thép bao gồm các bộ phận cơ khí chịu tải vừa phải, và thép 40Cr vượt trội về độ bền cao, mệt mỏi cao độ, và các bộ phận quan trọng bị mài mòn.

 

Câu hỏi thường gặp

Sự khác biệt chính giữa Q235 là gì?, 45, và thép 40Cr?

• Q235 là thép kết cấu carbon thấp; 45 thép có hàm lượng carbon trung bình và có thể xử lý nhiệt; 40Cr là thép hợp kim crom cacbon trung bình có độ bền và độ cứng cao.

Thép Q235 có thể được xử lý nhiệt để nâng cao độ bền không?

• KHÔNG, Hàm lượng carbon thấp của Q235 hạn chế quá trình làm cứng xử lý nhiệt. Cải thiện sức mạnh dựa vào gia công nguội hoặc tối ưu hóa thiết kế.

Loại thép nào tốt nhất cho trục và bánh răng?

• 45 thép thích hợp cho trục và bánh răng chịu tải vừa phải; 40Cr được ưu tiên cho độ bền cao, mệt mỏi cao độ, và các bộ phận cơ khí chịu mài mòn.

Thép 40Cr có chống ăn mòn không?

• Vốn dĩ không phải. Lớp phủ bảo vệ, mạ, hoặc cân nhắc thiết kế là cần thiết cho môi trường ăn mòn.

Xử lý nhiệt ảnh hưởng như thế nào 45 và thép 40Cr?

• Làm nguội và ủ cải thiện đáng kể độ bền kéo, độ cứng, và khả năng chống mỏi, làm cho chúng phù hợp với các thành phần đòi hỏi cơ khí.