1.2379 so với D2 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

Các kỹ sư, quản lý mua sắm và lập kế hoạch sản xuất thường phải đối mặt với sự lựa chọn giữa các loại thép công cụ hiệu suất cao khi xác định khuôn, dụng cụ cắt hoặc chi tiết chịu mài mòn. Hai loại thép thường được so sánh là 1.2379 (một ký hiệu châu Âu thường được sử dụng cho thép công cụ gia công nguội có hàm lượng crom cao, được kiểm soát, "giống D2") và AISI/ASTM D2 (một loại thép khuôn có hàm lượng crom cao, hàm lượng cacbon cao được sử dụng rộng rãi). Các bối cảnh quyết định điển hình bao gồm cân bằng giữa khả năng chống mài mòn và độ bền, ưu tiên khả năng hàn hoặc dễ gia công, và tối ưu hóa chi phí vòng đời cho sản xuất hàng loạt.

Điểm khác biệt cơ bản giữa hai loại thép này là 1.2379 thường được giới thiệu như một biến thể tinh chỉnh, được thiết kế chặt chẽ hơn của khái niệm hóa học và gia công D2 cổ điển: nó được thiết kế để mang lại khả năng chống mài mòn tương tự hoặc được cải thiện đôi chút, đồng thời có độ bền và độ sạch được kiểm soát tốt hơn. Vì cả hai đều là thép công cụ gia công nguội hàm lượng carbon cao, hàm lượng crom cao, nên chúng thường được so sánh khi cần tuổi thọ lưỡi dao dài hạn và khả năng chống mài mòn cùng với khả năng sản xuất và kiểm soát chi phí.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• D2: Thường được gọi là AISI/ASTM D2 (cũng có sẵn theo nhiều tiêu chuẩn quốc gia khác nhau). Được phân loại là thép dụng cụ gia công nguội có hàm lượng cacbon cao, hàm lượng crom cao.
• 1.2379: Ký hiệu số EN Châu Âu, thường đi kèm với tên thương mại X153CrMoV12 hoặc các biến thể độc quyền tương tự. Cũng là thép dụng cụ gia công nguội/nhiều cacbon, nhiều crom nhưng thường được kiểm soát tạp chất chặt chẽ hơn và hợp kim hóa vi mô được thiết kế riêng để cải thiện hiệu suất.

Phân loại: cả hai đều là thép dụng cụ làm nguội (tôi bằng khí hoặc dầu) (không phải thép dụng cụ không gỉ mặc dù có hàm lượng crom cao), được sử dụng làm khuôn, mũi đột, dao cắt và các bộ phận chịu mài mòn.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Dưới đây là các phạm vi thành phần tiêu biểu, điển hình cho từng loại. Thành phần chính xác thay đổi tùy theo nhà cung cấp và thông số kỹ thuật; hãy sử dụng những thông tin này như hướng dẫn so sánh thay vì giá trị chứng nhận nghiêm ngặt.

Yếu tố	1.2379 (điển hình / đại diện)	D2 (điển hình / đại diện)
C	1,45 – 1,60%	1,40 – 1,60%
Mn	0,20 – 0,60%	0,30 – 0,60%
Si	0,20 – 0,60%	0,20 – 1,00%
P	≤ 0,03%	≤ 0,03%
S	≤ 0,03%	≤ 0,03%
Cr	11,0 – 13,0%	11,0 – 13,0%
Ni	≤ 0,50% (vết)	≤ 0,40% (vết)
Mo	0,8 – 1,4%	0,7 – 1,3%
V	0,6 – 1,0%	0,1 – 0,6%
Nb (Cb)	thường là 0 hoặc dấu vết	thường là 0 hoặc dấu vết
Ti	vết đến 0,1%	vết đến 0,1%
B	dấu vết (hiếm)	dấu vết (hiếm)
N	dấu vết	dấu vết

Hợp kim ảnh hưởng đến hiệu suất như thế nào: - Carbon: nguyên tố làm cứng chính; tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn thông qua quá trình hình thành cacbua nhưng làm giảm khả năng hàn và độ dẻo dai ở mức cao. - Crom (cao): tạo thành các cacbua crom cứng (loại M7C3/M23C6) và góp phần tăng khả năng chống mài mòn và độ ổn định khi ram; riêng nó không làm cho thép trở nên “không gỉ” trong môi trường thực tế. - Molypden và vanadi: tạo thành hợp kim cacbua mịn giúp tinh chỉnh cấu trúc vi mô, cải thiện khả năng tôi và tôi thứ cấp, đồng thời tăng cường khả năng chống mài mòn và độ dẻo dai khi cân bằng chính xác. Các biến thể 1.2379 thường sử dụng V và Mo cao hơn một chút để tinh chỉnh cacbua và cải thiện khả năng giữ cạnh/độ dẻo dai so với D2 cơ bản. - Silic và mangan: tác nhân khử oxy và tăng độ bền; Mn quá nhiều có thể làm tăng khả năng tôi luyện nhưng có thể làm giảm độ dẻo dai. - Hợp kim vi lượng (Nb, Ti, B) khi có mặt được sử dụng để tinh chế hạt và cải thiện phản ứng ram.

3. Cấu trúc vi mô và phản ứng xử lý nhiệt

Cấu trúc vi mô (đã tôi và ram): - Cả hai loại đều phát triển một ma trận martensitic với mạng lưới các cacbua sơ cấp giàu crom và các cacbua hợp kim thứ cấp. Đặc tính cacbua là chìa khóa cho hiệu suất chống mài mòn: cacbua thô mang lại khả năng chống mài mòn cao nhưng có thể đóng vai trò là điểm bắt đầu nứt; cacbua hợp kim mịn, phân bố đều mang lại sự cân bằng tốt hơn giữa độ mài mòn và độ bền. - Các biến thể 1.2379 thường được sản xuất với sự kiểm soát chặt chẽ hơn về hàm lượng tạp chất và hợp kim vi mô bổ sung (V, Mo) để tạo ra sự phân bố cacbua mịn hơn so với một số loại D2 nóng chảy thông thường.

Thực hành xử lý nhiệt (điển hình): - Chuẩn hóa/ủ để gia công trước khi làm cứng. - Austenit hóa trong phạm vi điển hình cho thép dụng cụ C cao, Cr cao (nhà sản xuất chỉ định nhiệt độ chính xác). Có thể sử dụng nhiều lần gia nhiệt trước cho các phần lớn để tránh sốc nhiệt. - Làm nguội: D2 và 1.2379 thường được làm nguội bằng dầu hoặc bằng khí nén/khí nén tùy thuộc vào kích thước tiết diện và hướng dẫn của nhà cung cấp. Một số biến thể tinh xảo cho phép kiểm soát quá trình làm nguội ít nghiêm ngặt hơn do khả năng tôi luyện được cải thiện. - Tôi luyện: tôi luyện nhiều bước để giảm austenit còn lại và đạt được độ cứng ổn định; lựa chọn nhiệt độ tôi luyện là đòn bẩy chính để đạt được sự cân bằng HRC so với độ dẻo dai mong muốn.

Tác động của các tuyến đường: - Chuẩn hóa sau đó làm nguội có kiểm soát để tinh chỉnh kích thước hạt và giảm austenit giữ lại. - Quá trình austenit hóa mạnh hoặc nung nóng không đều sẽ tạo ra cacbua thô hơn và làm giảm độ dẻo dai. - Xử lý nhiệt cơ học (phôi dụng cụ rèn hoặc cán) cùng với ủ có kiểm soát trong 1.2379 có thể tạo ra sự phân bố cacbua đồng đều hơn và độ dẻo dai được cải thiện so với D2 thông thường.

4. Tính chất cơ học

Tính chất cơ học phụ thuộc rất nhiều vào quá trình xử lý nhiệt, kích thước tiết diện và quy trình gia công của nhà cung cấp. Bảng này cung cấp các phạm vi điển hình cho các điều kiện tôi và ram được sử dụng trong gia công khuôn mẫu (các giá trị chỉ mang tính chất tham khảo).

Tài sản	1.2379 (điển hình, cứng và tôi luyện)	D2 (điển hình, cứng và tôi luyện)
Độ bền kéo (Rm)	~1500 – 2500 MPa (tùy thuộc vào quy trình)	~1400 – 2400 MPa
Giới hạn chảy (0,2 Rp)	~1000 – 2000 MPa	~1000 – 1900 MPa
Độ giãn dài (A%)	~4 – 12%	~4 – 12%
Độ bền va đập (Charpy V-notch)	thấp đến trung bình; cải thiện trong các biến thể 1.2379 đã tinh chỉnh (ví dụ, giá trị J cao hơn ở cùng độ cứng)	thấp đến trung bình
Độ cứng (HRC)	Phạm vi dịch vụ điển hình 55 – 62 HRC (tùy thuộc vào quy trình)	Phạm vi dịch vụ điển hình 55 – 62 HRC

Cái nào bền hơn, cứng hơn hay dẻo hơn: - Độ bền/độ cứng: cả hai đều có thể được làm cứng đến mức HRC tương tự; sự khác biệt là không đáng kể và phụ thuộc vào quá trình xử lý nhiệt. - Độ dẻo dai: Các biến thể 1.2379 thường được thiết kế để có độ dẻo dai tốt hơn một chút ở độ cứng tương đương thông qua các loại cacbua mịn hơn và thép sạch hơn; điều này làm cho chúng ít bị mẻ hơn đối với một số ứng dụng dụng cụ. - Độ dẻo: cả hai đều có độ dẻo hạn chế ở trạng thái tôi; trạng thái gia công ủ mang lại độ dẻo cao hơn đáng kể để tạo hình/gia công.

5. Khả năng hàn

Cả hai loại thép đều khó hàn do hàm lượng cacbon và crom cao làm tăng khả năng tôi cứng và nguy cơ nứt nguội cũng như vùng martensitic giòn. Những cân nhắc điển hình về khả năng hàn: - Thường cần phải gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau hàn (PWHT) để tránh nứt do hydro và để làm nguội vùng HAZ. - Sử dụng điện cực/chất độn có hàm lượng hydro thấp và hợp kim độn phù hợp để giảm sự hình thành pha cứng.

Chỉ số khả năng hàn phổ biến (hữu ích cho việc giải thích định tính): - Đương lượng cacbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (xu hướng nứt mối hàn): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Giải thích: - Giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ cao cho thấy nguy cơ xuất hiện vùng HAZ cứng, giòn cao hơn và cần phải gia nhiệt sơ bộ/PWHT nghiêm ngặt. Cả thép 1.2379 và D2 ​​đều tạo ra chỉ số cao hơn so với thép hợp kim thấp. Việc sử dụng hợp kim vi mô và quy trình nấu chảy sạch hơn của thép 1.2379 có thể làm giảm đáng kể xu hướng nứt nhưng không làm cho nó "dễ hàn". Khi cần hàn, hãy sử dụng các quy trình chuyên biệt và/hoặc chọn hợp kim hàn phù hợp hoặc thêm vùng chuyển tiếp có thể hàn được.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả thép 1.2379 và D2 ​​đều không phải thép không gỉ khi sử dụng: mặc dù chúng chứa hàm lượng crom cao (~11–13%), nhưng ma trận và sự phân bố cacbua không mang lại khả năng chống ăn mòn tương đương với thép không gỉ. Đối với những môi trường có nguy cơ ăn mòn, cần phải bảo vệ thường xuyên.
• Các biện pháp bảo vệ thông thường: dầu/mỡ, lớp phủ bảo vệ, mạ hoặc xử lý bề mặt tại chỗ như thấm nitơ, phủ PVD hoặc mạ kẽm (khi áp dụng và tương thích).
• PREN (Số tương đương khả năng chống rỗ) không áp dụng cho các loại thép dụng cụ không gỉ này trong bảng xếp hạng ăn mòn thực tế, nhưng để tham khảo, công thức PREN là: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$ Vì hàm lượng nitơ thường thấp và thép không có cấu trúc vi mô đạt chuẩn thép không gỉ nên PREN không thể dự đoán một cách có ý nghĩa khả năng chống ăn mòn tại hiện trường đối với các loại thép này.

7. Chế tạo, khả năng gia công và khả năng định hình

• Khả năng gia công: ở trạng thái ủ, cả hai đều có thể gia công được; D2 rất dễ hiểu và nhiều xưởng có quy trình gia công cho nó. Các biến thể 1.2379 có V và Mo cao hơn có thể mài mòn dụng cụ nhiều hơn một chút nhưng thường gia công tốt khi được chỉ định ở trạng thái ủ.
• Mài và hoàn thiện cứng: cả hai đều cần đến đá mài cacbua; cacbua mịn hơn của 1.2379 có thể cho phép hoàn thiện bề mặt và chất lượng cạnh tốt hơn một chút.
• Khả năng định hình/uốn cong: hạn chế ở trạng thái tôi cứng. Hầu hết việc định hình được thực hiện ở trạng thái ủ; quá trình tôi cứng cuối cùng diễn ra sau quá trình xử lý hình dạng gần như lưới.
• Các phương pháp xử lý bề mặt (thấm nitơ, phun bi, phủ) thường được sử dụng để kéo dài tuổi thọ; thấm nitơ đòi hỏi phải chú ý đến tính chất hóa học và xử lý nhiệt trước đó.

8. Ứng dụng điển hình

1.2379 (sử dụng điển hình)	D2 (sử dụng điển hình)
Khuôn dập, đục và dụng cụ dập nguội chính xác, nơi cần độ giữ cạnh tốt hơn và độ bền được cải thiện	Khuôn dập nguội đa năng, lưỡi cắt, dao cắt, đục tạo hình
Các công cụ cắt và cắt có độ mài mòn cao được hưởng lợi từ cacbua tinh luyện và độ cứng có thể dự đoán được	Các hoạt động cắt và dập dài hạn với các cửa sổ quy trình đã được thiết lập
Chèn, khuôn kéo và các thành phần yêu cầu độ ổn định kích thước chặt chẽ hơn và khả năng mài được cải thiện	Dụng cụ giá rẻ, nơi có tính khả dụng rộng rãi và thành phần đã được chứng minh được ưu tiên
Các bộ phận yêu cầu kỹ thuật bề mặt tiếp theo (nitriding, PVD) trong đó tính đồng nhất của cấu trúc vi mô cơ bản cải thiện hiệu suất phủ	Sử dụng D2 truyền thống cho mài mòn nặng với các phương pháp xử lý nhiệt đã được chứng minh

Cơ sở lựa chọn: - Chọn 1.2379 khi ứng dụng cần cân bằng giữa khả năng chống mài mòn cao với khả năng chống sứt mẻ tốt hơn (độ bền được cải thiện và kiểm soát tạp chất). - Chọn D2 cho những mục đích sử dụng tiết kiệm chi phí và nơi mà kinh nghiệm về quy trình hiện có, sự quen thuộc với nhà cung cấp và tính khả dụng rộng rãi là những yếu tố chính.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí: D2 là loại thép được sản xuất rộng rãi trên toàn cầu và thường có giá thành rẻ hơn một chút nếu tính theo chi phí vật liệu thuần túy. 1.2379, khi được bán dưới dạng thép có thương hiệu hoặc thép có thông số kỹ thuật chặt chẽ, có thể có mức giá cao hơn một chút do thép nóng chảy sạch hơn, kiểm soát hóa học chặt chẽ hơn hoặc quy trình xử lý độc quyền.
• Tính khả dụng: D2 được cung cấp rộng rãi ở dạng thanh, tấm và phôi đã tôi cứng trước trên toàn thế giới. 1.2379 có sẵn ở các khu vực tuân thủ tiêu chuẩn EN và thông qua các nhà cung cấp thép công cụ chuyên dụng; trên thực tế, cả hai loại này đều có sẵn, nhưng kích thước hình dạng và độ cứng cụ thể có thể khác nhau tùy theo nhà cung cấp.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Thuộc tính	1.2379	D2
Khả năng hàn	Kém — cải thiện một chút với hóa chất được kiểm soát; yêu cầu làm nóng trước/PWHT nghiêm ngặt	Kém — những hạn chế đã biết; yêu cầu thực hành hàn D2 tiêu chuẩn
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Rất tốt cho thép làm việc nguội có hàm lượng Cr cao; được thiết kế để cải thiện độ dẻo dai ở độ cứng nhất định	Độ bền và khả năng chống mài mòn tốt; độ dẻo dai thường thấp hơn ở cùng HRC so với các biến thể tinh chế
Trị giá	Trung bình (đôi khi cao cấp so với D2 cơ bản)	Thông thường thấp hơn / cạnh tranh rộng rãi

Kết luận và khuyến nghị thực tế: - Chọn 1.2379 nếu bạn cần thép D2 cải tiến, được kiểm soát chặt chẽ với cấu trúc carbide mịn hơn, độ dẻo dai tốt hơn một chút ở độ cứng tương đương, và khả năng mài và hiệu suất phủ tốt hơn. Đây là một lựa chọn tốt khi khả năng chống mẻ và tuổi thọ lưỡi dao có thể dự đoán được là rất quan trọng. - Chọn D2 nếu bạn cần loại thép gia công nguội có hàm lượng crom cao đã được chứng minh, có sẵn rộng rãi và tiết kiệm chi phí cho các chương trình gia công khối lượng lớn hoặc đã được thiết lập lâu đời, trong đó các phương pháp chế tạo và xử lý nhiệt tiêu chuẩn đã được tối ưu hóa.

Lưu ý cuối cùng: cả hai loại thép đều yêu cầu quy trình xử lý nhiệt, bù trừ kích thước tiết diện và hoàn thiện sau xử lý nhiệt cẩn thận để đạt được sự kết hợp mong muốn giữa độ cứng, độ dai và độ ổn định kích thước. Hãy làm việc với các nhà cung cấp thép và đơn vị xử lý nhiệt để xác nhận các đặc tính hóa học và cơ học đã được chứng nhận cho hình dạng và ứng dụng cụ thể của sản phẩm.