CR1 so với CR2 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

CR1 và CR2 là các ký hiệu viết tắt thường được sử dụng trong công nghiệp để phân biệt hai loại thép cacbon cán nguội, với điểm khác biệt chính nằm ở quy định về chất lượng bề mặt và kiểm soát quy trình liên quan. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và nhà hoạch định sản xuất thường xuyên phải đối mặt với quyết định: lựa chọn phương án chi phí thấp hơn với bề mặt hoàn thiện tiêu chuẩn hoặc trả thêm tiền cho chất lượng bề mặt cao hơn giúp đơn giản hóa quy trình xử lý tiếp theo (ví dụ: hoàn thiện, phủ hoặc tạo hình). Các bối cảnh quyết định bao gồm việc cân bằng ngân sách chống ăn mòn so với hình thức bề mặt cuối cùng, ưu tiên khả năng hàn và khả năng tạo hình hơn là hoàn thiện thẩm mỹ, và phù hợp với cấp độ bề mặt tấm hoặc dải với các quy trình tiếp theo như kéo sâu hoặc sử dụng trong kiến ​​trúc ngoại thất.

Mặc dù CR1 và CR2 có chung các họ luyện kim (thép ít cacbon, cán nguội), chúng thường được so sánh vì một loại có yêu cầu về hình thức bề mặt và giới hạn khuyết tật chặt chẽ hơn, trong khi loại còn lại chấp nhận nhiều biến động hơn về tình trạng bề mặt. Sự khác biệt này ảnh hưởng đến việc lựa chọn nhà cung cấp, tiêu chuẩn kiểm tra và thường là các quy trình phụ trợ (ngâm, ủ, cán màng và xử lý bề mặt).

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

CR1 và CR2 là các mác thép cán nguội thương mại. Chúng không phải là các ký hiệu hợp kim quốc tế phổ biến như ASTM A36 hoặc EN 10025, nhưng thường được liên kết với các tiêu chuẩn sản phẩm thép cacbon cán nguội và thông số kỹ thuật của nhà cung cấp. Các tiêu chuẩn và nhóm tiêu chuẩn liên quan cần tham khảo bao gồm: - EN 10130 — Thép không hợp kim cán nguội dùng để tạo hình nguội (Châu Âu). - JIS G3141 — Tấm và dải thép cacbon cán nguội (Nhật Bản). - Tiêu chuẩn GB/T cho thép cacbon cán nguội (Trung Quốc). - Thông số kỹ thuật của nhà cung cấp và sản phẩm quốc gia xác định các lớp bề mặt, dung sai và hoạt động hoàn thiện.

Phân loại: CR1 và CR2 là thép các-bon (mềm) được sản xuất bằng phương pháp cán nguội; chúng không phải là thép dụng cụ, thép không gỉ hoặc cấp HSLA trừ khi được nhà sản xuất sửa đổi cụ thể. Việc phân loại chúng chủ yếu liên quan đến cấp chất lượng bề mặt và kiểm soát gia công chứ không phải là một họ hợp kim khác.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Các dòng sản phẩm được dán nhãn CR1/CR2 thường là thép cán nguội hàm lượng cacbon thấp. Thay vì đại diện cho các thành phần hóa học riêng biệt, các mác thép này thường phản ánh sự kết hợp giữa thành phần hóa học danh nghĩa và các tiêu chuẩn xử lý/kiểm tra bề mặt được chỉ định. Bảng dưới đây tóm tắt ý định hợp kim điển hình và sự hiện diện của các nguyên tố cho hai loại thép này về mặt định tính.

Yếu tố	CR1 (lớp bề mặt A)	CR2 (lớp bề mặt B; kiểm soát chặt chẽ hơn)
C	Thấp (thép cacbon thương mại)	Thấp (tương tự CR1)
Mn	Thấp-trung bình (khử oxy và cường độ)	Thấp-trung bình (tương tự)
Si	Thấp (khử oxy)	Thấp (tương tự)
P	Theo dõi (có kiểm soát)	Theo dõi (có thể kiểm soát ở mức giới hạn chặt chẽ hơn)
S	Dấu vết (được kiểm soát; có thể thấp hơn một chút để cải thiện bề mặt)	Dấu vết (thường thấp hơn để cải thiện độ hoàn thiện)
Cr	Không cố ý thêm vào (trừ khi đặc biệt)	Không cố ý thêm vào
Ni	Không cố ý thêm vào	Không cố ý thêm vào
Mo	Không cố ý thêm vào	Không cố ý thêm vào
V	Không được thêm vào một cách cố ý (trừ khi có biến thể hợp kim vi mô)	Không cố ý thêm vào
Nb, Ti	Hợp kim vi mô thỉnh thoảng xuất hiện trong các sản phẩm đặc biệt	Không phổ biến ở các cấp độ CR tiêu chuẩn
B	Dấu vết (không điển hình)	Dấu vết (không điển hình)
N	Nitơ hòa tan ở mức thấp	Nitơ hòa tan ở mức thấp

Ghi chú: - Giới hạn hóa chất chính xác được thiết lập theo thông số kỹ thuật của nhà cung cấp/sản phẩm hoặc theo tiêu chuẩn quốc gia được tham chiếu. Cặp CR1/CR2 thường nằm trong nhóm thép cán nguội ít carbon: sự khác biệt về thành phần là không đáng kể; sự khác biệt trong công nghiệp nằm ở các khuyết tật bề mặt được phép và kiểm soát quy trình (độ sạch, lịch trình ủ, cán màng). - Chiến lược hợp kim hóa cho các loại thép này nhằm mục đích giữ hàm lượng cacbon và các nguyên tố còn lại ở mức thấp để có khả năng định hình và hàn tốt. Nếu cần độ bền cao hơn, các loại HSLA hoặc hợp kim vi mô riêng biệt sẽ được sử dụng.

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

Cấu trúc vi mô điển hình: - Cả hai loại thép này đều được sản xuất bằng phương pháp cán nguội thép cacbon thấp, sau đó ủ để phục hồi độ dẻo. Cấu trúc vi mô thu được thường là ferit với hàm lượng perlit khác nhau (tùy thuộc vào cacbon và lịch sử làm nguội). - Khử lạnh tạo ra cấu trúc vi mô ferit biến dạng với các hạt dài; ủ tạo ra các hạt ferit đẳng trục kết tinh lại khi ủ hoàn toàn.

Xử lý và phản hồi: - Ủ toàn phần (ủ kết tinh lại): khôi phục độ dẻo và tạo ra cấu trúc vi mô mềm, đồng nhất, thích hợp cho việc tạo hình. Cả CR1 và CR2 đều phản ứng tương tự nhau với ủ toàn phần vì thành phần hóa học khối của chúng tương tự nhau. - Có thể sử dụng phương pháp ủ liên tục hoặc ủ hộp; các sản phẩm CR2 (lớp bề mặt chặt hơn) thường được ủ theo chu kỳ kiểm soát chặt chẽ hơn để giảm cặn và khử cacbon bề mặt và để đạt được các đặc tính oxit bề mặt đồng nhất. - Xử lý nhiệt cơ (TMT) và tôi & ram không phải là đặc trưng của thép cán nguội cacbon thấp CR1/CR2 tiêu chuẩn. Nếu cần độ bền cao hơn, nhà sản xuất sẽ cung cấp mác thép khác (HSLA hoặc hợp kim vi mô) thay vì thay đổi nhãn CR1/CR2.

Ý nghĩa: - Sự khác biệt chính về cấu trúc vi mô bắt nguồn từ mức độ gia công nguội, chất lượng ủ và xử lý bề mặt hơn là hợp kim khối. CR2 thường được xử lý với sự kiểm soát chặt chẽ hơn về môi trường ủ, làm mát và làm sạch để hạn chế khuyết tật bề mặt và quá trình khử cacbon.

4. Tính chất cơ học

Tính chất định lượng phụ thuộc vào hóa học chính xác, quá trình khử lạnh và thực hành ủ. Thay vì các con số tuyệt đối, bảng dưới đây so sánh hành vi cơ học dự kiến ​​theo các thuật ngữ định tính.

Tài sản	CR1	CR2
Độ bền kéo	Dòng thép cán nguội thương mại; kiểm soát tiêu chuẩn	Tương tự như CR1; có thể được chỉ định với dung sai chặt chẽ hơn
Sức chịu lực	Điển hình cho thép cán nguội nhẹ; vừa phải	Có thể so sánh được, với khả năng kiểm soát chặt chẽ hơn theo giới hạn thông số kỹ thuật
Độ giãn dài (độ dẻo)	Tốt sau khi ủ	Tốt; ủ có kiểm soát có thể cải thiện khả năng lặp lại
Độ bền va đập	Điển hình cho thép cacbon thấp ở nhiệt độ phòng	Tương tự như CR1
Độ cứng	Thấp-trung bình, thích hợp để hình thành	Tương tự; một số nhà cung cấp kiểm soát độ cứng chặt chẽ hơn đối với CR2

Giải thích: - Không loại nào có thành phần tự nhiên mạnh hơn; sự khác biệt về tính chất cơ học chủ yếu là do kiểm soát quy trình và dung sai. Quy trình kiểm soát chặt chẽ hơn của CR2 có thể tạo ra sự phân tán tính chất hẹp hơn, rất có giá trị cho việc tạo hình chính xác hoặc lắp ráp đòi hỏi sự phù hợp cơ học chặt chẽ.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn của CR1 và CR2 nhìn chung là tuyệt vời vì cả hai đều là thép cán nguội ít cacbon với khả năng làm cứng hạn chế. Các yếu tố chính: - Hàm lượng carbon thấp làm giảm nguy cơ vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) cứng, giòn. - Hàm lượng hợp kim và các nguyên tố còn lại thấp giúp giảm thiểu khả năng nứt nguội.

Chỉ số khả năng hàn hữu ích: - Đương lượng cacbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Công thức PCM tính độ nhạy nứt nguội: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Hướng dẫn giải thích: - Vì cấp CR có hàm lượng cacbon và hợp kim thấp nên các giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ thường thấp, cho thấy khả năng hàn tốt đối với các quy trình hàn nóng chảy và hàn điện trở thông thường. - Khác biệt về chất lượng bề mặt: Bề mặt vượt trội của CR2 giúp giảm thiểu nguy cơ khuyết tật mối hàn do nhiễm bẩn bề mặt, cặn sơn hoặc vảy. Đối với các sản phẩm được phủ hoặc sơn, việc làm sạch trước khi hàn vẫn là điều cần thiết. - Xử lý nhiệt trước và sau khi hàn hiếm khi cần thiết đối với thép CR1/CR2 tiêu chuẩn ở phạm vi độ dày thông thường, nhưng có thể cần thiết đối với các phần nặng hoặc khi nối với thép hợp kim cao hơn.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

Thép không gỉ (CR1/CR2) không có khả năng chống ăn mòn đáng kể bằng hợp kim; khả năng bảo vệ phụ thuộc vào lớp phủ và bề mặt hoàn thiện. - Các biện pháp bảo vệ thông thường: mạ kẽm (nhúng nóng hoặc mạ điện), lớp phủ hữu cơ (lớp sơn lót, hệ thống sơn), lớp phủ chuyển đổi (phosphate) và thụ động hóa bề mặt được phủ. - Chất lượng bề mặt quan trọng: Độ sạch bề mặt được cải thiện và tỷ lệ khuyết tật thấp hơn của CR2 giúp lớp phủ bám dính tốt hơn và bảo vệ chống ăn mòn đồng đều hơn. Giảm hư hỏng bề mặt cục bộ giúp giảm thiểu các điểm bắt đầu ăn mòn.

Nếu thảo luận về thép không gỉ (không điển hình đối với CR1/CR2), số tương đương khả năng chống rỗ (PREN) sẽ được sử dụng: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$ Đối với CR1/CR2, chỉ số này không áp dụng vì đây không phải là hợp kim không gỉ.

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

• Tạo hình và kéo sâu: Thép cán nguội ít cacbon (cả CR1 và CR2) thường có khả năng tạo hình tuyệt vời sau khi ủ đúng cách. CR2, với khả năng kiểm soát bề mặt chặt chẽ hơn, được ưu tiên sử dụng khi việc tạo hình bề mặt sau khi tạo hình là rất quan trọng (ví dụ: tấm ốp hở, thiết bị).
• Uốn và dập: Cả hai loại đều hoạt động tốt trong các hoạt động dập và khuôn liên tục. Độ dày và dung sai bề mặt chặt chẽ hơn của CR2 giúp giảm nguy cơ xuất hiện các khuyết tật có thể nhìn thấy (nếp nhăn, vết khía) trên các chi tiết hoàn thiện.
• Khả năng gia công: Thép cán nguội có khả năng gia công ở mức trung bình. Sự khác biệt về khả năng gia công giữa CR1 và CR2 là nhỏ; tuy nhiên, độ đồng đều bề mặt của CR2 có thể rút ngắn thời gian hoàn thiện thứ cấp.
• Hoàn thiện: Vì CR2 được xử lý để cải thiện tính toàn vẹn bề mặt nên có thể cần ít hoàn thiện về mặt cơ học hoặc hóa học hơn trước khi sơn hoặc mạ, giúp tiết kiệm các bước sản xuất.

8. Ứng dụng điển hình

CR1 (kiểm soát bề mặt tiêu chuẩn)	CR2 (kiểm soát bề mặt được cải thiện)
Các thành phần cấu trúc mà bề mặt hoàn thiện không quan trọng (khung phụ, giá đỡ bên trong)	Tấm ốp bên ngoài có thể nhìn thấy, lớp vỏ thiết bị, tấm ốp kiến ​​trúc
Chế tạo chung và các bộ phận hình thành không quan trọng	Các thành phần được kéo sâu yêu cầu bề mặt nhẵn, không có khuyết tật
Các bộ phận được sơn lót hoặc phủ dày có bề mặt nền bị che khuất	Các bộ phận dành cho lớp phủ mỏng hoặc mạ điện trong đó chất lượng bề mặt ảnh hưởng đến lớp hoàn thiện
Ứng dụng số lượng lớn nhạy cảm về chi phí, hình dạng cổ phiếu	Các ứng dụng mà tiêu chuẩn kiểm tra yêu cầu tỷ lệ khuyết tật bề mặt thấp

Cơ sở lựa chọn: - Chọn CR1 khi quy trình tiếp theo (phủ dày, hàn hoặc sử dụng bên trong) chấp nhận được các khuyết điểm bề mặt và chi phí là ưu tiên hàng đầu. - Chọn CR2 khi khâu hoàn thiện hạ lưu, hình thức bên ngoài hoặc lớp phủ nhạy cảm với độ bám dính đòi hỏi bề mặt đồng nhất, vượt trội.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí: CR2 thường có giá cao hơn CR1 do quy trình kiểm soát chặt chẽ hơn, kiểm tra nghiêm ngặt hơn và các bước ủ và làm sạch có thể nghiêm ngặt hơn. Mức giá cao hơn tùy theo nhà cung cấp, khu vực và số lượng đặt hàng.
• Tính khả dụng: Cả hai loại thép này thường được sản xuất tại các nhà máy cán nguội và được các nhà phân phối dự trữ. CR1 có thể được cung cấp rộng rãi hơn với số lượng lớn, trong khi CR2 có thể được dự trữ với phạm vi chiều rộng/độ dày hẹp hơn và các loại bề mặt hạn chế hơn.
• Dạng sản phẩm: Cuộn, tấm và cuộn xẻ rãnh là các dạng cung cấp tiêu chuẩn. Thời gian giao hàng cho CR2 có thể lâu hơn một chút nếu lớp bề mặt yêu cầu ít được sản xuất phổ biến hoặc nếu yêu cầu xử lý đặc biệt (ủ sạch, cán màng).

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Thuộc tính	CR1	CR2
Khả năng hàn	Xuất sắc (tiêu chuẩn)	Ưu điểm tuyệt vời (tiêu chuẩn); độ sạch bề mặt
Sức mạnh-Độ dẻo dai	Phạm vi cán nguội carbon thấp điển hình; dung sai tiêu chuẩn	Tính chất khối tương tự; kiểm soát quy trình chặt chẽ hơn mang lại sự phân tán hẹp hơn
Trị giá	Thấp hơn (tiết kiệm hơn)	Cao hơn (cao cấp hơn về chất lượng bề mặt và khả năng kiểm soát)

Sự giới thiệu: - Chọn CR1 nếu bạn cần thép cacbon cán nguội tiết kiệm chi phí cho các bộ phận kết cấu bên trong, các ứng dụng mà lớp phủ dày che phủ bề mặt nền hoặc các khuyết tật bề mặt không ảnh hưởng đến hiệu suất. - Chọn CR2 nếu bạn cần cải thiện độ đồng đều bề mặt cho các thành phần có thể nhìn thấy, độ bám dính lớp phủ vượt trội, kiểm soát độ dày/dung sai chặt chẽ hoặc giảm thiểu các thao tác hoàn thiện (đánh bóng/sửa chữa). CR2 được ưu tiên sử dụng khi các khuyết tật bề mặt đòi hỏi phải gia công lại hoặc gây ra hiện tượng bong tróc về mặt thẩm mỹ.

Lưu ý cuối cùng: Vì thuật ngữ CR1 và CR2 có thể khác nhau tùy theo nhà cung cấp và khu vực, hãy luôn kiểm tra chính xác lớp bề mặt, dung sai tính chất cơ học và thành phần hóa học trên giấy chứng nhận sản phẩm hoặc nhà máy trước khi mua. Đối với các ứng dụng quan trọng (hàn trên các kim loại khác nhau, tạo hình khắc nghiệt hoặc yêu cầu ăn mòn chặt chẽ), hãy yêu cầu dữ liệu thử nghiệm của nhà cung cấp và thống nhất các tiêu chí chấp nhận về khuyết tật bề mặt, khả năng tương thích của lớp phủ và tính chất cơ học.