Thử uốn nguội thép là gì? Góc uốn 90-180° và yêu cầu không nứt

Thử uốn nguội (cold bending test) là phương pháp thử theo TCVN 198:2008 đánh giá khả năng uốn cong của thép ở nhiệt độ phòng mà không xuất hiện vết nứt trên bề mặt vùng uốn. Đây là thử nghiệm bổ sung sau thử kéo, phát hiện các khuyết tật bên trong như phân lớp, bẫy khí hoặc hàm lượng tạp chất cao mà thử kéo không phát hiện được.

Nguyên lý và mục đích

Trong quá trình uốn nguội, bề mặt ngoài vùng uốn chịu ứng suất kéo lớn trong khi bề mặt trong chịu nén. Vùng ngoài có biến dạng dẻo lớn nhất — đây là nơi các khuyết tật tiềm ẩn sẽ phát triển thành vết nứt nhìn thấy được nếu thép không đủ dẻo hoặc có khuyết tật luyện kim. Mục đích là xác nhận thép có thể chịu được quá trình uốn cơ học tại công trường (uốn đai, móc neo) mà không bị suy giảm tính toàn vẹn.

Thiết bị thử uốn nguội

Thử uốn nguội thực hiện trên máy thử kéo vạn năng có gá uốn (bending fixture) hoặc máy uốn chuyên dụng. Gá uốn gồm trục uốn (chốt uốn) đường kính xác định và hai gối đỡ. Mẫu đặt lên hai gối đỡ, trục uốn đè từ trên xuống và uốn mẫu đến góc quy định. Tốc độ uốn theo TCVN 198 không quá 1°/s để đảm bảo điều kiện “nguội” (biến dạng tĩnh, không có tác động nhiệt hay động lực học).

Kích thước mẫu thử

Mẫu thử uốn nguội cắt từ thanh thép nguyên, chiều dài tối thiểu: L ≥ 5d + 150 mm (d = đường kính danh nghĩa). Ví dụ: mẫu D16 dài tối thiểu 5×16 + 150 = 230 mm. Mẫu không được gia nhiệt, mài hay gia công bề mặt tại vùng uốn. Đầu mẫu được kẹp hoặc đỡ trên gối — vùng uốn phải nằm ở giữa mẫu.

Thông số uốn theo từng mác thép

Chú thích: d = đường kính danh nghĩa của mẫu. Bán kính uốn r tăng theo mác thép — thép có giới hạn chảy cao hơn (CB500V) đòi hỏi bán kính uốn lớn hơn để tránh nứt, phù hợp với độ dẻo A5 thấp hơn.

Đánh giá kết quả sau thử

Sau khi uốn đến góc quy định, quan sát toàn bộ bề mặt vùng uốn (mặt ngoài cung uốn) bằng mắt thường hoặc kính lúp độ phóng đại 2×. Tiêu chí “đạt” là không có vết nứt nhìn thấy được. Các hiện tượng sau không phải lý do loại mẫu: vảy cán nứt tách nhỏ (do vảy cán có cơ tính khác thép nền); gân vằn bề ngoài bị bẹp nhẹ (không phải nứt); thép bị trầy xước do tiếp xúc gá uốn.

Phân biệt thử uốn nguội và thử uốn lại (rebending test)

Thử uốn lại (rebending) là thử bổ sung đặc biệt — mẫu được uốn đến góc nhất định, gia nhiệt lên 100°C trong 30 phút, để nguội rồi uốn ngược lại. Thử nghiệm này kiểm tra khả năng chống lại “hiện tượng lão hóa biến dạng” (strain aging) — thép chất lượng kém sẽ trở nên giòn sau gia nhiệt-uốn lại. TCVN 1651 hiện không yêu cầu bắt buộc thử rebending cho tất cả trường hợp, nhưng một số dự án đặc biệt (cầu, công trình kháng chấn) có thể yêu cầu bổ sung.

Ứng dụng thực tế: thử uốn nguội liên quan đến gia công thép tại công trường

Kết quả thử uốn nguội trong phòng thí nghiệm phản ánh gián tiếp khả năng gia công của thép tại công trường. Nếu mẫu thử CB400V không đạt (nứt khi uốn 90° với r=2d), thép đó cũng có nguy cơ nứt khi uốn đai hình chữ nhật tại góc uốn. Ngược lại, thép đạt thử uốn nguội có thể uốn đai thoải mái với bán kính uốn thực tế (thường 2–4d) mà không lo nứt — miễn là thực hiện đúng kỹ thuật, không uốn đột ngột và không uốn ở thời tiết lạnh (dưới 5°C).

Số lượng mẫu và tần suất thử

Theo TCVN 1651, mỗi lô thử cần tối thiểu 2 mẫu uốn nguội. Lô = cùng mác, cùng đường kính, cùng lò nấu hoặc cùng ca sản xuất (theo thỏa thuận). Tần suất tại công trình thường 1 bộ mẫu/50 tấn thép, thực hiện cùng đợt với thử kéo. Kết quả thử uốn và thử kéo lưu vào hồ sơ hoàn công.

Điểm khác biệt với thử kéo

Thử kéo cho kết quả số lượng (Re, Rm, A5 tính được). Thử uốn nguội cho kết quả định tính (đạt hoặc không đạt). Hai phương pháp bổ sung cho nhau: một mẫu có thể đạt đủ Re/Rm nhưng nứt khi uốn do có vết nứt dọc tiềm ẩn bên trong (phân lớp). Do đó TCVN 1651 yêu cầu thực hiện cả hai phương pháp thử để đánh giá đầy đủ chất lượng thép.

Tham chiếu: TCVN 198:2008 — Kim loại — Thử uốn; TCVN 1651-1:2008; TCVN 1651-2:2008; ISO 7438:2016 — Metallic materials — Bend test.