Loại thép A, B và C: Ý nghĩa thực sự của các chữ cái - và tại sao chúng không có ý nghĩa giống nhau hai lần

Đi qua hầu hết mọi loại ống thép hoặc bảng thông số kỹ thuật thép kết cấu và bạn sẽ gặp đi gặp lại ba chữ cái giống nhau: Hạng A, Hạng B, Hạng C. Chúng xuất hiện trên ống ASTM A53, ống ASTM A106, ống kết cấu ASTM A500 và hàng chục thông số kỹ thuật khác trong ngành thép. Hầu hết người mua đều cho rằng những chữ cái này tạo thành một thang đơn giản, phổ quát - A là cơ bản, B là tiêu chuẩn, C là cao cấp - và giả định đó không hoàn toàn sai. Nhưng nó không đầy đủ một cách nguy hiểm. Các tính chất cơ học, hóa học và thậm chí số lượng cấp có sẵn thay đổi theo tiêu chuẩn này sang tiêu chuẩn tiếp theo và ống "Cấp B" theo thông số kỹ thuật này không giống với sản phẩm ống "Cấp B" từ tiêu chuẩn khác. Hiểu được những chữ cái này thực sự mã hóa - và nơi so sánh bị phá vỡ - là một trong những kiến ​​thức thực tế hữu ích hơn mà người mua thép có thể có, bởi vì nhầm lẫn về cấp độ là một trong những lỗi tìm nguồn cung ứng phổ biến và tốn kém nhất trong ngành.

Ký hiệu cấp độ là cách viết tắt của một loạt các yêu cầu được đặt ra theo tiêu chuẩn mà nó thuộc về: hàm lượng cacbon và hợp kim tối đa, cường độ chảy tối thiểu, độ bền kéo tối thiểu và thường là tỷ lệ giãn dài tối thiểu. Nó không phải là cấp chất lượng chủ quan - Thép hạng C không được "chế tạo tốt hơn" thép hạng A theo một nghĩa nào đó. Đây là loại thép được sản xuất có chủ ý theo thông số kỹ thuật cường độ cao hơn, thường thông qua việc tăng hàm lượng cacbon và mangan ở mức độ vừa phải, đi kèm với sự đánh đổi thực sự-về khả năng hàn và khả năng tạo hình. Chọn điểm "cao nhất" hiện có không hẳn là quyết định đúng đắn; đó là quyết định được đưa ra bởi yêu cầu về tải trọng, áp suất hoặc độ uốn thực tế của ứng dụng, chứ không phải bởi giả định rằng các chữ cái cao hơn đơn giản là tốt hơn.

Cách rõ ràng nhất để biết "Cấp A/B/C" hoạt động khác nhau như thế nào trong toàn ngành là xem xét ba thông số kỹ thuật cạnh nhau: ASTM A53 (ống áp lực), ASTM A106 (ống liền mạch ở nhiệt độ-cao) và ASTM A500 (kết cấu rỗng).

ASTM A53chỉ xác định hai lớp - không có lớp C nào cả. Loại A có giới hạn chảy tối thiểu là 30.000 psi (207 MPa) và độ bền kéo tối thiểu là 48.000 psi (330 MPa), dành cho ống cần được uốn nguội-mà không bị nứt. Loại B, tùy chọn được dự trữ phổ biến hơn nhiều, nâng mức đó lên hiệu suất tối thiểu là 35.000 psi (241 MPa) và độ bền kéo là 60.000 psi (415 MPa), đánh đổi một số khả năng định hình để lấy độ bền.

ASTM A106sử dụng cùng các số Cấp A và Cấp B như A53 - không phải ngẫu nhiên, vì cả hai thông số kỹ thuật đều có chung một dòng - nhưng thêm Cấp C chính hãng, với hiệu suất tối thiểu là 40.000 psi (275 MPa) và độ bền kéo là 70.000 psi (485 MPa). Hạng C dành riêng cho dịch vụ có nhiệt độ-áp suất cao,{10}}cao trong đó độ bền cao hơn cho phép thành mỏng hơn cho cùng mức áp suất, với cái giá phải trả là mặt hàng đặt hàng ít phổ biến hơn,{11}}đặc biệt hơn.

ASTM A500, đặc tả phần{0}}rỗng về cấu trúc, phá vỡ hoàn toàn mẫu. Nó xác định Hạng A, B và C (cộng với Hạng D ít phổ biến hơn), nhưng quan trọng là,mỗi lớp có hai bộ thuộc tính tối thiểu khác nhau tùy thuộc vào phần đó là hình tròn hay hình dạng (hình vuông/hình chữ nhật). HSS tròn cấp B mang lại hiệu suất tối thiểu là 42.000 psi (290 MPa), trong khi HSS hình cấp B có cùng ký hiệu mang lại hiệu suất tối thiểu là 46.000 psi (317 MPa) - một sự khác biệt không liên quan gì đến chữ cái loại và mọi thứ liên quan đến ứng suất dư sinh ra khi ống tròn được định hình lại thành hình vuông hoặc hình chữ nhật trong quá trình sản xuất.

Đây là phần phân loại điểm thực sự gây ra vấn đề trong việc mua sắm, chứ không phải phần xuất hiện trong sách giáo khoa. Hai ví dụ minh họa rõ ràng điều đó.

• ASTM A106 hạng BVàAPI 5L hạng Bmang giới hạn năng suất tối thiểu tương tự trên giấy tờ, nhưng chúng bị chi phối bởi các thông số kỹ thuật hoàn toàn khác nhau với dịch vụ dự kiến ​​khác nhau - A106 dành cho đường ống xử lý cơ sở theo ASME B31.1/B31.3, API 5L dành cho đường ống truyền tải có các giả định cho phép-thử nghiệm cụ thể và ăn mòn{6}}đường ống. Một đơn đặt hàng chỉ nói đơn giản là "Ống loại B" mà không nêu tiêu chuẩn quản lý sẽ mở ra cơ hội cho một trong hai sản phẩm được cung cấp và việc thanh tra tiếp nhận kiểm tra chứng chỉ của nhà máy so với các yêu cầu của tiêu chuẩn sai sẽ từ chối thép có nhiệt độ hoàn hảo chỉ vì đó không phải là những gì giấy tờ ngụ ý.
• ASTM A53 hạng BVàASTM A500 hạng BHSS trònrơi vào cùng một cái bẫy từ một hướng khác: một nhà thiết kế chỉ định "Ống cấp B" cho cột kết cấu, cột trụ hoặc trụ lan can có thể đang nghĩ đến các bảng thiết kế kết cấu của A500, trong đó HSS tròn Cấp B có năng suất tối thiểu 42 ksi. Nếu đường ống thực sự được cung cấp là A53 Cấp B - một loại vật liệu ống kết cấu hoàn toàn hợp pháp, có mã số-được công nhận - hiệu suất tối thiểu của nó chỉ là 35 ksi, thấp hơn khoảng 17%. Các kích thước có thể khớp chính xác và chữ cấp có thể khớp chính xác và khả năng chịu tải thực tế của cấu kiện được lắp đặt vẫn không khớp với tính toán ban đầu.

Khi đã hiểu rõ các bẫy đặt tên, việc lựa chọn cấp độ tự nó khá hợp lý và nó phụ thuộc vào việc khớp chữ cái với nhu cầu cơ học thực tế:

• Chọn loại thấp nhất hiện có (Hạng A, nếu được cung cấp)khi đường ống sẽ bị nguội-hình thành hoặc bị uốn cong-sau khi giao hàng. Hàm lượng carbon thấp hơn có nghĩa là độ dẻo cao hơn và ít nguy cơ bị nứt hơn trong quá trình uốn, điều này quan trọng hơn sự hy sinh độ bền nhỏ trong các ứng dụng-áp suất thấp hoặc{4}}tải thấp.
• Chọn cấp-trung bình (Cấp B)cho phần lớn các công việc về đường ống áp lực chung, kết cấu khung và chế tạo. Đó là mặc định vì một lý do - nó cân bằng độ bền, khả năng hàn và tính khả dụng tốt hơn cả hai đầu của thang và hầu như luôn là loại có sẵn trong kho.
• Chọn loại cao nhất (Cấp C, nếu được cung cấp)khi một tính toán kỹ thuật cụ thể yêu cầu cường độ bổ sung - thường để giảm độ dày và trọng lượng của thành trên bộ phận có đường kính-lớn, áp suất-cao hoặc tải trọng-cao. Thép loại C thường có hàm lượng cacbon và hợp kim cao hơn, có nghĩa là thép cần quy trình hàn cẩn thận hơn, thường bao gồm cả việc làm nóng trước và có nhiều khả năng là mặt hàng-đặt hàng đặc biệt với thời gian thực hiện lâu hơn so với loại B.

Một cách hữu ích để suy nghĩ về vấn đề này: việc lựa chọn cấp độ nên bắt đầu từ tính toán của kỹ sư hoặc yêu cầu về mã, chứ không phải từ bảng giá của nhà cung cấp. Làm việc ngược từ "cái gì rẻ nhất" hoặc "cái gì có trong kho" để đưa ra quyết định về cấp độ thì ngay từ đầu sự không khớp như hai ví dụ trên đã xảy ra như thế nào.

Có một thực tế cơ học đằng sau lý do tại sao các loại cao hơn không tự động là lựa chọn "tốt hơn" và nó hiếm khi được đưa vào bảng thông số tóm tắt: độ bền và khả năng hàn di chuyển theo hướng ngược nhau khi hàm lượng carbon và mangan tăng lên. Ví dụ: thép loại C theo tiêu chuẩn ASTM A106 đạt hiệu suất tối thiểu cao hơn 40.000 psi phần lớn nhờ hàm lượng cacbon cho phép cao hơn so với loại B. Lượng cacbon bổ sung đó làm tăng độ cứng, chính xác là nguyên nhân khiến vùng-bị ảnh hưởng nhiệt gần mối hàn dễ bị nứt hơn nếu mối nối không được làm nóng trước và kiểm soát chính xác. Một xưởng chế tạo được thiết lập để hàn ống Cấp B thường xuyên mà không có quy trình làm nóng trước được ghi lại, có thể gặp phải các vấn đề về nứt khi lần đầu tiên đơn hàng Cấp C được thông qua nếu thông số kỹ thuật của quy trình hàn không được điều chỉnh theo sự thay đổi lượng cacbon tương đương. Đây là một trong những lý do thầm lặng hơn Hạng B vẫn là mặc định trong rất nhiều ứng dụng - không chỉ về chi phí và tình trạng sẵn có trong kho mà còn thực tế là nó phù hợp với các quy trình tiêu chuẩn có thể dự đoán được mà hầu hết các cửa hàng đều đã đủ tiêu chuẩn.

Logic tương tự được áp dụng trong chế tạo kết cấu với tiêu chuẩn ASTM A500. HSS hình cấp C, với năng suất tối thiểu 50 ksi, là lựa chọn hợp pháp và phổ biến cho các bộ phận kết cấu chịu tải nặng, nhưng tại xưởng hàn các tấm bản mã hoặc tấm đế lên ống Cấp C phải xác nhận thông số kỹ thuật quy trình hàn thực sự bao gồm phạm vi tương đương cacbon đó, thay vì giả định rằng quy trình đủ tiêu chuẩn cho ống Cấp B sẽ tự động được chuyển tiếp. Điều này thường xảy ra, nhưng "thường" không giống như "đã xác nhận" và việc xác nhận điều đó trước khi cắt thép sẽ rẻ hơn nhiều so với việc phát hiện mối hàn bị nứt sau khi lắp đặt thành viên.

Hãy xem xét một nhà chế tạo trích dẫn gói trụ lan can trong đó bản vẽ kiến ​​trúc chỉ dán nhãn trụ là "Ống loại B 6- inch". Tính toán công suất ban đầu của kỹ sư kết cấu đã giả định HSS tròn loại B theo tiêu chuẩn ASTM A500 ở năng suất 42 ksi. Nhà chế tạo, dựa trên chi phí và tính sẵn có, đã định giá ống ASTM A53 Cấp B có cùng đường kính ngoài và độ dày thành - một loại vật liệu ống kết cấu hợp pháp, có mã-được công nhận, nhưng là loại có hiệu suất tối thiểu 35 ksi. Khi giấy chứng nhận của nhà máy được gửi đến, sự không phù hợp xuất hiện ngay lập tức: cùng kích thước danh nghĩa, cùng chữ cái cấp độ và công suất thiết kế thực sự khác nhau. Cuối cùng, các bài đăng cần một bức tường nặng hơn để đáp ứng mục đích tải ban đầu, thêm một chu trình xem xét mà một từ làm rõ duy nhất trên bản vẽ gốc - đặt tên cho tiêu chuẩn quản lý, không chỉ cấp độ - sẽ ngăn cản được. Loại kịch bản này lặp đi lặp lại liên tục trong toàn ngành dưới các hình thức hơi khác nhau và hầu như luôn có thể ngăn ngừa được ở giai đoạn đặc tả.

Không có điều nào trong số này là lý do để nghi ngờ các chữ cái xếp hạng - đó là lý do để luôn kết hợp điểm với tiêu chuẩn quản lý của nó và coi báo cáo kiểm tra nhà máy là bằng chứng thực tế về sự tuân thủ thay vì chỉ chữ cái điểm. Giấy chứng nhận nhà máy hoàn chỉnh, đáng tin cậy sẽ hiển thị các kết quả hóa học, độ bền kéo và năng suất cụ thể cũng như tiêu chuẩn chính xác của ASTM, API hoặc EN mà nhiệt đã được chứng nhận theo - chứ không chỉ riêng "Cấp B". Khi một nhà cung cấp có thể đưa ra tài liệu đó mà không do dự, một cách nhất quán, cho mọi đơn đặt hàng, đó là tín hiệu mạnh mẽ của một nhà sản xuất hiểu rõ những khác biệt này để có thể thực hiện đúng ngay lần đầu tiên, chứ không phải là người chỉ đơn giản bán lại bất kỳ loại nào có giá rẻ nhất trong tuần đó.

Đây chính xác là nơi làm việc với một nhà sản xuất thép có kinh nghiệm,{0}}tập trung vào chất lượng sẽ tự trả tiền. Một nhà cung cấp có thể tư vấn về cấp độ và tiêu chuẩn chính xác cho ứng dụng thực tế của bạn - chứ không chỉ đáp ứng một thư yêu cầu cấp độ-mơ hồ - sẽ lưu lại công việc làm lại, những lần kiểm tra không thành công và các chu trình thiết kế lại mà sự nhầm lẫn về cấp độ sẽ gây ra sự nhầm lẫn về sau. Cho dù yêu cầu là A53 Cấp B cho đường ống thông thường, A106 Cấp C cho đường hơi-áp suất cao hay A500 Cấp B cho cột kết cấu thì giá trị không có trong chữ cái trên trang - mà là lấy thư, tiêu chuẩn và tài liệu để thực sự phù hợp với công việc trước mắt bạn.

Liên hệ ngay