BQ so với DQ – 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 hai loại thép cacbon thấp cán nguội phổ biến: BQ và DQ. Quyết định này thường cân bằng giữa hiệu suất tạo hình (khả năng kéo hoặc dập của tấm thép) với khả năng sản xuất và chi phí — ví dụ, lựa chọn mác thép cho các hoạt động dập khối lượng lớn và đơn giản so với lựa chọn mác thép cho các hoạt động kéo sâu khắc nghiệt, trong đó hình thức bề mặt, độ giãn dài và khả năng tạo hình là những yếu tố chiếm ưu thế.

Ở cấp độ thực tế, sự khác biệt chính nằm ở chức năng: BQ được tối ưu hóa cho các hoạt động đột dập/đục lỗ và dập tổng quát, trong đó chất lượng tiên tiến và độ ổn định kích thước là quan trọng, trong khi DQ được tối ưu hóa cho kéo sâu và tạo hình phức tạp, trong đó độ dẻo, độ đồng đều biến dạng và khả năng kéo (kiểm soát giá trị r) là tối quan trọng. Vì chúng được sử dụng trong các dạng sản phẩm chồng chéo (cuộn, tấm, dải), các nhà thiết kế thường so sánh chúng khi chỉ định các tấm ốp bên trong ô tô, vỏ thiết bị gia dụng hoặc bất kỳ bộ phận nào yêu cầu cắt phôi tiết kiệm hoặc tạo hình phức tạp.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

BQ và DQ là các ký hiệu thương mại/chức năng chứ không phải là thông số kỹ thuật hợp kim quốc tế đơn lẻ. Chúng tương ứng với các loại thép cacbon thấp cán nguội được quy định trong các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế, bao gồm các giới hạn hóa học, tính chất cơ học và chất lượng bề mặt.

• Tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia có liên quan:
• EN (Châu Âu): EN 10130 (thép cacbon thấp cán nguội để tạo hình) — ví dụ: DC01, DC03, DC04 — chủ yếu là thép cacbon để tạo hình.
• JIS (Nhật Bản): JIS G3141 / SPCC, SPCD — tấm và dải thép cán nguội dùng cho quá trình tạo hình tổng quát và kéo sâu.
• ASTM/ASME (Hoa Kỳ): ASTM A1008 — thép tấm và dải thép cacbon cán nguội; ASTM A569/A653 cho sản phẩm phủ (lớp phủ kẽm).
• GB (Trung Quốc): GB/T 2518, GB/T 709 và các tiêu chuẩn GB khác đề cập đến thép cán nguội và thép mạ kẽm; các ký hiệu thương mại quốc gia thường bao gồm "BQ" và "DQ".
• Phân loại: Cả BQ và DQ đều là các loại thép cacbon cán nguội hàm lượng cacbon thấp (không phải thép không gỉ, thép dụng cụ hoặc thép HSLA theo mặc định). Chúng được thiết kế cho các ứng dụng tạo hình chứ không phải cho khả năng chống ăn mòn hợp kim cao hoặc hoạt động ở nhiệt độ cao.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Sự khác biệt về chức năng giữa BQ và DQ chủ yếu xuất phát từ quá trình hợp kim hóa vi mô và kiểm soát quy trình, chứ không phải từ sự khác biệt lớn trong việc bổ sung hợp kim khối. Kiểm soát thành phần thông thường tập trung vào việc giữ hàm lượng cacbon và cặn thấp, đồng thời kiểm soát các nguyên tố ảnh hưởng đến quá trình cứng khi nung, kích thước hạt và tính dị hướng phẳng.

Yếu tố	BQ (dập phôi/dập chung)	DQ (kéo sâu/tạo hình nghiêm ngặt)
C (Cacbon)	Thấp — được kiểm soát để duy trì độ bền và chất lượng cắt bề mặt thích hợp	Rất thấp — giữ thấp hơn BQ để cải thiện độ dẻo và giảm xu hướng gãy khi kéo
Mn (Mangan)	Được kiểm soát (cường độ + khử oxy)	Được kiểm soát, đôi khi thấp hơn BQ để hạn chế sức mạnh và tăng cường khả năng tạo hình
Si (Silic)	Dấu vết đến trung bình (khử oxy)	Thấp đến trung bình
P (Phốt pho)	Giảm thiểu (sự giòn và khuyết tật bề mặt)	Được thu nhỏ nghiêm ngặt để có thể vẽ được
S (Lưu huỳnh)	Thấp; được kiểm soát để gia công/phôi (có thể cao hơn một chút nếu muốn cải thiện khả năng cắt)	Rất thấp; kiểm soát sunfua để tránh tạp chất giòn trong quá trình kéo
Cr, Ni, Mo (hợp kim)	Không điển hình trong tiêu chuẩn BQ	Thông thường không được thêm vào; thép kéo sâu đạt được các đặc tính thông qua quá trình xử lý thay vì hợp kim nặng
V, Nb, Ti (hợp kim vi mô)	Thỉnh thoảng được sử dụng để kiểm soát kích thước hạt hoặc độ bền	Thỉnh thoảng được sử dụng với số lượng được kiểm soát để ổn định hạt mà không làm ảnh hưởng đến khả năng tạo hình
B, N	Dấu vết; nitơ thường được kiểm soát	Nitơ được kiểm soát (giới hạn ở các khe hở cải thiện độ dẻo)

Hợp kim ảnh hưởng đến hiệu suất như thế nào: - Hàm lượng cacbon thấp hơn và kiểm soát chặt chẽ hơn các chất dư (P, S, N) giúp cải thiện độ giãn dài đồng đều và giảm nguy cơ nứt trong quá trình kéo sâu. - Hợp kim vi mô và các chất bổ sung rất nhỏ (Nb, Ti, V) có thể xác định ranh giới hạt và cải thiện độ bền mà không làm giảm đáng kể độ dẻo khi được xử lý nhiệt cơ học đúng cách. - Cấp BQ có thể chấp nhận C hoặc S cao hơn một chút nếu ưu tiên là chất lượng cắt và cạnh sạch trong quá trình cắt phôi; DQ ưu tiên kiểm soát kẽ hở và tính dị hướng phẳng.

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

Cả BQ và DQ đều được sản xuất dưới dạng cán nguội, thường được ủ mẻ hoặc ủ liên tục. Cấu trúc vi mô khi giao hàng của chúng thường là một nền ferit mịn với hàm lượng perlit thấp và các chất kết tủa được kiểm soát; sự khác biệt nằm ở kích thước hạt, kết cấu và khả năng kiểm soát tạp chất.

• Cấu trúc vi mô BQ:
• Ma trận ferritic mịn, được thiết kế để có tính chất cắt đồng đều và các cạnh cắt sạch sau khi cắt phôi.
• Chu trình ủ nhằm mục đích tạo ra các đặc tính cơ học ổn định và điều kiện bề mặt chấp nhận được để sơn hoặc phủ.
• Cấu trúc vi mô DQ:
• Ferit mịn hơn, đồng nhất hơn với kết cấu tinh thể được tối ưu hóa (kiểm soát dị hướng phẳng) để tăng giá trị r trung bình và khả năng kéo.
• Ủ liên tục với quá trình làm mát có kiểm soát để đạt được giới hạn chảy thấp và độ giãn dài đồng đều cao; đôi khi cán mỏng hoặc cán nhẹ để điều chỉnh bề mặt và độ căng.

Các tuyến xử lý nhiệt và chế biến: - Thường hóa/ủ: Cả hai loại đều được ủ để làm mềm vật liệu sau khi cán nguội. DQ thường được kiểm soát chặt chẽ hơn về nhiệt độ và môi trường ủ để giảm thiểu sự bám dính giữa các khe và tạo ra kết cấu tốt hơn. - Làm nguội và ram: Không áp dụng cho các loại thép kéo cán nguội có hàm lượng cacbon thấp này; chúng không được xử lý nhiệt để tạo ra martensit. - Xử lý nhiệt cơ: DQ được hưởng lợi nhiều nhất từ ​​các trình tự cán và ủ có kiểm soát giúp tinh chỉnh hạt và điều chỉnh kết cấu để có giá trị r cao hơn và hiệu suất kéo sâu.

4. Tính chất cơ học

Sự khác biệt về chức năng điển hình trong hành vi cơ học là về mặt định tính — BQ đánh đổi một số độ dẻo để có chất lượng cạnh cao hơn và độ ổn định về kích thước, trong khi DQ nhấn mạnh vào độ dẻo và khả năng tạo hình.

Tài sản	BQ	DQ
Độ bền kéo	Trung bình — phù hợp với các bộ phận dập chung	Trung bình đến thấp hơn một chút — được tối ưu hóa để kéo dài
Cường độ chịu kéo	Trung bình — cung cấp khả năng kiểm soát kích thước tốt trong quá trình dập phôi	Hạ thấp — giảm độ nảy và dễ kéo hơn
Độ giãn dài (%)	Tốt, nhưng thấp hơn DQ trong quá trình hình thành nghiêm trọng	Cao hơn — cải thiện độ giãn dài đồng đều và độ giãn dài tổng thể
Độ bền va đập	Phù hợp để sử dụng; sự hiện diện của tạp chất được kiểm soát	Thông thường có thể so sánh hoặc vượt trội hơn về mặt khả năng định hình
Độ cứng	Độ cứng bề mặt vừa phải để cải thiện cạnh cắt	Thấp hơn một chút để tăng độ dẻo và giảm khả năng nứt

Tại sao có sự khác biệt: - Năng suất thấp hơn và độ giãn dài cao hơn trong DQ xuất phát từ hàm lượng xen kẽ giảm (C, N), kiểm soát hạt mịn hơn và kết cấu được tối ưu hóa; điều này cho phép kim loại trải qua biến dạng dẻo lớn hơn trước khi thắt nút hoặc nứt. - BQ đạt hiệu suất tốt hơn trong các quy trình cắt hoặc xén vật liệu bằng cách chịu được cường độ cao hơn một chút và các đặc tính tạp chất khác nhau.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn của thép cán nguội ít cacbon nhìn chung là tốt, nhưng có sự khác biệt khi hàn sau đó là tạo hình hoặc sơn.

Chỉ số khả năng hàn như IIW Carbon Equivalent có thể được sử dụng để đánh giá khả năng bị nứt hydro và nhu cầu gia nhiệt trước:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

Một thông số liên quan đến thép có hợp kim vi mô là Pcm:

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Diễn giải (định tính): - Cả BQ và DQ đều có hàm lượng hợp kim thấp và thường có điểm $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ thấp, cho thấy khả năng hàn tốt với các quy trình nung chảy thông thường. - Hàm lượng carbon thấp hơn và khả năng kiểm soát kẽ hở chặt chẽ hơn của DQ khiến nó dễ bị nứt nguội hơn sau khi hàn, đặc biệt là khi tạo hình tiếp theo. - Đối với các ứng dụng quan trọng hoặc vật liệu khổ lớn, cần lựa chọn phương pháp gia nhiệt trước, kiểm soát nhiệt đầu vào và xử lý nhiệt sau hàn dựa trên hiệu ứng kết hợp của thành phần và hình dạng chi tiết thay vì chỉ dựa trên tên loại.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

BQ và DQ không phải là thép không gỉ; khả năng chống ăn mòn phụ thuộc vào xử lý bề mặt và lớp phủ hơn là thành phần.

• Các biện pháp bảo vệ phổ biến: mạ kẽm (nhúng nóng hoặc điện phân), mạ điện, lớp phủ hữu cơ (sơn, bột), lớp phủ chuyển đổi và thụ động hóa trước khi sơn.
• Khi thép không gỉ không nằm trong phạm vi áp dụng, PREN không được áp dụng. Để tham khảo, chỉ số PREN cho thép không gỉ là:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$

• Khuyến nghị: Chỉ định hệ thống sơn phủ và xử lý sơ bộ cho môi trường làm việc (ví dụ: mạ kẽm nhúng nóng cho các bộ phận tiếp xúc ngoài trời; phủ phosphat và sơn lót epoxy cho các bộ phận sơn trong nhà). Các bộ phận DQ dành cho bề mặt nhìn thấy được bên trong có thể yêu cầu độ hoàn thiện bề mặt cao hơn và kiểm soát độ bám dính của lớp phủ chặt chẽ hơn.

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

Hình thành: - DQ vượt trội trong việc kéo sâu, tạo hình kéo giãn phức tạp và các thao tác đòi hỏi độ giãn dài đồng đều cao. Nó thể hiện khả năng chống mỏng cục bộ và co giãn tốt hơn khi kết cấu và giá trị r được kiểm soát. - BQ thích hợp cho việc đột dập, đột lỗ, dập vừa phải và các chi tiết cần ưu tiên cạnh cắt sạch và khả năng lặp lại kích thước.

Khả năng gia công: - Cả hai đều tương tự nhau đối với gia công thứ cấp; khả năng gia công thường tăng khi hàm lượng lưu huỳnh cao hơn (BQ có thể chịu được hàm lượng lưu huỳnh cao hơn một chút), nhưng điều đó có thể làm giảm khả năng kéo. - Đối với việc cắt tỉa và các hoạt động thứ cấp có độ chính xác cao, chất lượng cạnh của BQ sau khi cắt có thể giúp giảm chi phí hoàn thiện thứ cấp.

Hoàn thiện bề mặt: - DQ thường được kiểm soát bề mặt chặt chẽ hơn trong quá trình ủ và cán nguội để đảm bảo khả năng sơn đồng đều và giảm nguy cơ khuyết tật bề mặt sau khi kéo sâu.

8. Ứng dụng điển hình

BQ (Tẩy trắng/Dập chung)	DQ (Kéo sâu/Tạo hình nghiêm ngặt)
Viền ngoại thất ô tô, giá đỡ, kẹp (nơi chất lượng phôi và kiểm soát kích thước là quan trọng)	Tấm ốp bên trong ô tô, các bộ phận bình nhiên liệu, vỏ bọc phức tạp
Các thành phần đồ nội thất bằng kim loại, vỏ bọc dập đơn giản	Vỏ thiết bị (lồng máy giặt, lớp lót bên trong tủ lạnh) cần phải rút sâu
Các bộ phận mà việc dập và cắt phôi tiết kiệm chiếm ưu thế	Cốc, chảo và các bộ phận phức tạp đòi hỏi độ giãn dài cao và ít nhăn

Cơ sở lựa chọn: - Chọn BQ khi chi phí, chất lượng cạnh và năng suất cắt phôi là yếu tố quyết định. - Chọn DQ khi các đường kéo lớn, liền mạch, hình dạng bề mặt sau khi tạo hình và khả năng chống gãy xuyên qua độ dày chi phối hiệu suất của bộ phận.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí tương đối: DQ thường có giá cao hơn BQ thông thường do kiểm soát thành phần chặt chẽ hơn, xử lý bổ sung (ủ có kiểm soát, kiểm soát kết cấu) và đảm bảo chất lượng cao hơn về bề mặt và tính chất cơ học.
• Phân loại theo dạng sản phẩm: Cả hai loại thép này thường có dạng cuộn, dạng tấm và dạng dải. DQ có thể được dự trữ phổ biến hơn cho ngành công nghiệp ô tô và thiết bị gia dụng, do đó có sẵn ở các điều kiện ram/ủ cụ thể; BQ được phân phối rộng rãi dưới dạng thép cán nguội thương mại thông thường.
• Mẹo mua sắm: Chỉ rõ tình trạng vật liệu (ủ, cán màng, phủ) và các chỉ số hiệu suất quan trọng (giá trị r, năng suất, độ giãn dài, độ hoàn thiện bề mặt) thay vì chỉ dựa vào tên loại để đảm bảo nguồn cung và giá cả rõ ràng.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Diện mạo	BQ	DQ
Khả năng hàn	Tốt (điển hình là ít carbon)	Tốt hơn một chút về khả năng định hình sau khi hàn do ít khe hở hơn
Sức mạnh-Độ dẻo dai	Độ bền vừa phải, hành vi cạnh tốt	Năng suất thấp hơn một chút, độ dẻo cao hơn và độ giãn dài đồng đều
Trị giá	Thấp hơn (cấp thương mại chung)	Cao hơn (quy trình chặt chẽ và kiểm soát bề mặt)

Kết luận và khuyến nghị: - Chọn BQ nếu ưu tiên của bạn là cắt phôi tiết kiệm và dập thông thường, trong đó chất lượng cạnh, độ ổn định kích thước và năng suất là yếu tố chính. BQ phù hợp cho các chi tiết không yêu cầu tạo hình phức tạp, hiệu suất cắt và yêu cầu độ hoàn thiện bề mặt thấp là chấp nhận được. - Chọn DQ nếu ưu tiên của bạn là dập sâu, tạo hình phức tạp, độ giãn dài đồng đều cao và bề mặt sau khi tạo hình tốt. DQ là lựa chọn phù hợp cho các chi tiết chịu được biến dạng dẻo lớn mà không bị nhăn hay nứt, và khả năng tạo hình vượt trội vượt trội hơn chi phí vật liệu gia tăng.

Lời khuyên mua sắm cuối cùng: chỉ định các đặc tính cơ học, bề mặt hoàn thiện và lộ trình xử lý cần thiết (ủ liên tục so với ủ mẻ, yêu cầu về lớp phủ) thay vì chỉ dựa vào nhãn "BQ" hoặc "DQ". Khi khả năng tạo hình hoặc hình thức bề mặt là yếu tố quan trọng, hãy yêu cầu báo cáo thử nghiệm vật liệu hiển thị dữ liệu giá trị r/độ dị hướng và các thông số ủ để đảm bảo hiệu suất lặp lại trên dây chuyền sản xuất.