DC01 so với DC03 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

DC01 và DC03 là thép cán nguội, hàm lượng carbon thấp, thường được sử dụng cho gia công kim loại tấm trong ngành ô tô, thiết bị gia dụng và chế tạo công nghiệp nhẹ. Các kỹ sư và quản lý mua sắm thường phải đối mặt với tình huống khó xử khi lựa chọn giữa các mác thép này khi cân bằng giữa khả năng định hình, độ bền, chất lượng bề mặt và chi phí - ví dụ, quyết định nên ưu tiên khả năng kéo sâu dễ dàng hơn và dập phức tạp (khả năng định hình) so với độ bền cao hơn một chút hoặc chi phí đơn vị thấp hơn.

Sự khác biệt chính giữa DC01 và DC03 là hiệu suất tạo hình mong muốn: DC03 được chỉ định và xử lý để cải thiện khả năng kéo và chất lượng bề mặt cho các hoạt động tạo hình so với DC01. Vì cả hai đều thuộc cùng một dòng thép mềm cán nguội, chúng thường được so sánh khi các nhà thiết kế cần kết hợp tính chất của tấm (độ đàn hồi, độ mỏng cục bộ) với khả năng gia công và xử lý.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Tiêu chuẩn chính
• EN: EN 10130 — Thép cacbon thấp cán nguội dùng để tạo hình
• JIS: JIS G3141 / JIS G3143 (thép cán nguội tương tự; tên cấp khác nhau)
• GB: Họ GB/T 2518 / GB/T 700 (thép cacbon liên quan theo tiêu chuẩn Trung Quốc)
• ASTM/ASME: ASTM có các tên gọi riêng (tấm thép cacbon cán nguội), nhưng tên gọi trực tiếp cấp 1:1 như DC01/DC03 là tên gọi EN
• Phân loại
• Cả DC01 và DC03 đều là thép cacbon (không hợp kim) (thép mềm) trong nhóm sản phẩm cán nguội.
• Chúng không phải là thép không gỉ, thép dụng cụ hoặc thép HSLA; lượng hợp kim bổ sung rất ít và chủ yếu là dư lượng.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Dòng sản phẩm EN DC0x có hàm lượng hợp kim rất thấp một cách có chủ đích để tối đa hóa khả năng tạo hình và kiểm soát chất lượng bề mặt. Trọng tâm thành phần điển hình là giảm thiểu carbon, silic, phốt pho và lưu huỳnh (tạp chất) thay vì bổ sung các nguyên tố hợp kim gia cường.

Bảng: Trọng tâm thành phần điển hình (mang tính chất tham khảo; tham khảo phiên bản tiêu chuẩn chính xác hoặc giấy chứng nhận của nhà cung cấp để biết giới hạn chính xác)

Yếu tố	DC01 (nhấn mạnh điển hình)	DC03 (nhấn mạnh điển hình)
C (cacbon)	Thấp; được kiểm soát để cho phép cán nguội và khả năng tạo hình vừa phải (giới hạn DC01 cao hơn DC03)	Thấp hơn DC01 để cải thiện khả năng kéo sâu và giảm độ nhạy của quá trình làm cứng
Mn (mangan)	Bổ sung nhỏ để kiểm soát sức mạnh và độ lăn (mức độ kiểm soát)	Tương tự như DC01 (được sử dụng để kiểm soát độ bền/độ cứng khi nung)
Si (silicon)	Thấp (mức độ khử oxy; có xu hướng giới hạn ở bề mặt kiểm soát và hình thành)	Giữ ở mức thấp hoặc thấp hơn để cải thiện khả năng kéo
P (phốt pho)	Giữ ở mức thấp (tạp chất)	Giữ ở mức thấp (tương tự như DC01)
S (lưu huỳnh)	Giữ ở mức thấp (tạp chất)	Giữ ở mức thấp (tương tự như DC01)
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Không cố ý thêm vào với số lượng đáng kể; có mặt ở dạng dư/vết nếu có	Không cố ý thêm vào (chỉ còn lại)
N (nitơ)	Được kiểm soát để tránh giòn; thường thấp	Được kiểm soát; thấp để hỗ trợ khả năng tạo hình

Ghi chú: - Giá trị tối đa phụ thuộc vào phiên bản cụ thể của EN 10130 và sự kiểm soát của nhà cung cấp. Bảng này tập trung vào chiến lược hợp kim: giảm thiểu các nguyên tố C và tạp chất để tăng khả năng tạo hình và giảm độ biến thiên bề mặt và độ đàn hồi. - DC03 được sản xuất với sự kiểm soát chặt chẽ hơn về các thành phần và quy trình xử lý để cải thiện khả năng kéo sâu so với DC01.

Hợp kim ảnh hưởng đến tính chất như thế nào - Carbon làm tăng độ bền và khả năng làm cứng nhưng làm giảm độ dẻo và khả năng tạo hình; do đó, hàm lượng DC03 trong carbon được giữ ở mức thấp hơn một chút để cải thiện khả năng tạo hình. - Mangan làm tăng độ bền và ảnh hưởng đến khả năng chịu nhiệt khi nung; Mn được kiểm soát cân bằng độ bền và khả năng kéo. - Silic là chất khử oxy; hàm lượng Si quá cao có thể làm tăng độ bền và giảm độ dẻo. Hàm lượng Si thấp giúp cải thiện chất lượng bề mặt và độ sâu khi kéo. - Các nguyên tố hợp kim vi lượng (V, Nb, Ti) không được sử dụng cố ý trong các loại thép này vì chúng làm tăng độ bền và làm giảm khả năng tạo hình.

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

• Cấu trúc vi mô điển hình
• Cả DC01 và DC03 trong điều kiện cán nguội và ủ thương mại đều chủ yếu là ferit với perlit phân tán rất mịn và cấu trúc nền còn sót lại từ quá trình cán nguội. Chu trình ủ được sử dụng sau khi cán nguội tạo ra cấu trúc hạt ferit mịn với mật độ lệch vị thấp để tối đa hóa độ dẻo.
• Các tuyến xử lý tiêu chuẩn
• Cán nguội, sau đó ủ liên tục hoặc ủ mẻ và cán phẳng. DC03 thường được cung cấp ở trạng thái ủ mềm hơn, ủ hoàn toàn hơn, được tối ưu hóa cho các hoạt động kéo.
• Phản ứng với xử lý nhiệt
• Đây là loại thép có hàm lượng cacbon thấp và không được làm cứng bằng phương pháp tôi và ram thông thường để tạo ra độ bền cao; chúng chủ yếu phản ứng với quá trình ủ (làm mềm) và làm cứng bằng ứng suất trong quá trình tạo hình.
• Chu trình nhiệt chuẩn hóa hoặc khắc nghiệt hơn thường không được sử dụng trong sản xuất các loại tấm cán nguội này vì sản phẩm tấm đã được định cỡ và xử lý bề mặt để tạo hình.
• Các phương pháp xử lý nhiệt cơ học (thường dùng cho HSLA) không liên quan đến DC01/DC03: cấu trúc vi mô được kiểm soát bằng cách cán nguội và ủ cuối cùng để đạt được giới hạn chảy thấp và độ dẻo cao khi tạo hình.

4. Tính chất cơ học

Bảng: Hành vi cơ học so sánh (phạm vi định tính — giá trị thực tế phụ thuộc vào độ cứng, độ dày và nhà cung cấp)

Tài sản	DC01	DC03	Bình luận
Độ bền kéo (phạm vi tấm điển hình)	Vừa phải	Trung bình đến thấp hơn một chút	DC03 thường được cung cấp mềm hơn để tạo khả năng kéo tốt hơn
Sức chịu lực	Cao hơn DC03 (một chút)	Thấp hơn DC01	Năng suất thấp hơn làm giảm lực đấm cần thiết và giảm nguy cơ bật ngược
Độ giãn dài (độ dẻo)	Tốt	Tốt hơn DC01	DC03 được tối ưu hóa để có độ giãn dài đồng đều hơn khi kéo sâu
Độ bền va đập	Đủ ở nhiệt độ phòng	Tương tự hoặc tốt hơn một chút	Không phải là một yếu tố phân biệt chính; cả hai đều dẻo ở nhiệt độ môi trường xung quanh
Độ cứng	Cao hơn một chút (tùy thuộc vào độ hoàn thiện)	Thấp hơn một chút	Độ cứng phản ánh tình trạng làm việc nguội/ủ; DC03 mềm hơn ở điều kiện điển hình

Giải thích - DC03 thường được xử lý để tạo ra độ giãn dài đồng đều hơn và độ bền kéo thấp hơn so với DC01 để hỗ trợ các hoạt động tạo hình sâu hơn và phức tạp hơn với ít nguy cơ nứt hoặc thắt nút hơn. - DC01, mặc dù vẫn là thép cacbon thấp cán nguội, có thể có độ bền và độ cứng cao hơn một chút ở một số nhiệt độ nhất định và là loại thép đa dụng tốt cho việc tạo hình ít đòi hỏi hơn hoặc khi có thể chấp nhận được độ bền cao hơn một chút.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn đối với thép cán nguội ít cacbon như DC01 và DC03 nhìn chung là tốt, nhưng tùy thuộc vào hàm lượng cacbon tương đương và hàm lượng tạp chất.

Chỉ số khả năng hàn hữu ích: - Tương đương Carbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Công thức Pcm để dự đoán khả năng nứt nguội: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Diễn giải (định tính) - Cả DC01 và DC03 đều có hàm lượng cacbon thấp và ít hợp kim bổ sung, tạo ra giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ thấp—cho thấy khả năng hàn tốt với phương pháp hàn điểm điện trở hoặc hàn hồ quang kim loại khí tiêu chuẩn. - Vì DC03 có hàm lượng cacbon thấp hơn một chút và thường kiểm soát chặt chẽ hơn lượng cặn nên nó có thể có khả năng chống cứng tốt hơn một chút ở vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt và khả năng nứt nguội thấp hơn một chút. - Đối với hàn điểm điện trở, tình trạng bề mặt (lớp phủ, dầu) và độ dày của chồng tấm quan trọng hơn sự khác biệt nhỏ giữa DC01 và DC03. - Các loại thép này hiếm khi cần xử lý trước và sau khi hàn ở độ dày thông thường; tuy nhiên, hãy tham khảo thông số kỹ thuật về quy trình hàn khi các bộ phận quan trọng hoặc khi có lớp phủ (ví dụ: mạ kẽm).

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Các loại thép này là thép cacbon thông thường (không phải thép không gỉ); chúng dựa vào lớp phủ bảo vệ và sơn để chống ăn mòn.
• Các phương pháp bảo vệ bề mặt điển hình
• Mạ kẽm nhúng nóng (lớp phủ kẽm)
• Mạ điện (lớp kẽm mỏng đồng nhất)
• Lớp phủ hữu cơ (phốt phát + sơn, lớp phủ cuộn)
• Phủ điện hóa (điện phân) cho các bộ phận ô tô
• PREN (Số tương đương khả năng chống rỗ) không áp dụng cho DC01/DC03 vì PREN áp dụng cho thép không gỉ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$
• Hướng dẫn thực tế
• Đối với các bộ phận ngoài trời, hãy chọn cuộn mạ kẽm hoặc sơn cho cả hai loại. Hàm lượng carbon thấp hơn một chút của DC03 không làm thay đổi đáng kể hiệu suất chống ăn mòn; hệ thống sơn phủ quyết định tuổi thọ sử dụng.
• Lưu ý rằng phương pháp xử lý bề mặt (mạ điện, sơn) tương tác với quá trình tạo hình: lớp phủ dày hơn có thể bị nứt trong quá trình kéo sâu; khả năng tạo hình tốt hơn của DC03 có thể cho phép sử dụng lớp phủ dày hơn hoặc tạo hình mạnh hơn mà không làm hỏng lớp phủ.

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

• Khả năng định hình
• DC03 là lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng kéo sâu, dập phức tạp và yêu cầu độ giãn dài đồng đều cao và độ đàn hồi tối thiểu. Quá trình gia công này cho năng suất thấp hơn và độ co giãn cao hơn.
• DC01 phù hợp với các hoạt động tạo hình đơn giản hơn, uốn cong và ưu tiên độ bền cao hơn một chút hoặc chi phí vật liệu thấp hơn.
• Uốn cong và đàn hồi
• Độ đàn hồi thấp hơn ở DC03 làm giảm độ nảy và giúp uốn cong dễ dự đoán hơn để gia công chính xác.
• Cắt và gia công
• Cả hai loại thép này đều dễ dàng gia công bằng dụng cụ thông thường. Sự khác biệt về khả năng gia công là không đáng kể vì cả hai đều có hàm lượng carbon thấp; tuy nhiên, các chi tiết được tạo thành từ thép DC01 có độ cứng cao hơn có thể làm tăng nhẹ độ mòn dụng cụ.
• Hoàn thiện bề mặt và hoàn thiện
• DC03 thường được cung cấp với bề mặt hoàn thiện và lớp phủ được tối ưu hóa để giảm thiểu hiện tượng dính trượt và đảm bảo độ bám dính của lớp phủ trong các bước hoàn thiện tiếp theo.

8. Ứng dụng điển hình

Bảng: Các ứng dụng điển hình theo cấp độ

DC01 (sử dụng điển hình)	DC03 (sử dụng điển hình)
Các bộ phận cán nguội thông thường, tấm kết cấu nhẹ, giá đỡ dập đơn giản, tấm thiết bị gia dụng yêu cầu tạo hình vừa phải	Các thành phần được kéo sâu, các tấm bên trong ô tô được dập phức tạp, bình nhiên liệu (khi kết hợp với lớp phủ thích hợp), đồ dùng nhà bếp được kéo, các bộ phận HVAC được kéo sâu
Các bộ phận sẽ được sơn hoặc phủ sơn tĩnh điện khi chi phí là ưu tiên hàng đầu	Các bộ phận có khả năng định hình cao, trong đó việc giảm thiểu vết nứt, nếp nhăn và độ đàn hồi là rất quan trọng
Các ứng dụng có lợi cho cường độ chịu kéo cao hơn một chút	Các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác về kích thước nhất quán sau khi tạo hình

Cơ sở lựa chọn - Chọn DC03 khi hình dạng chi tiết yêu cầu phải kéo sâu hoặc thực hiện các thao tác kéo giãn phức tạp và khi chất lượng bề mặt của khu vực được tạo hình (tính toàn vẹn của lớp phủ) là rất quan trọng. - Chọn DC01 khi tạo hình vừa phải, dụng cụ đơn giản hơn và có thể chấp nhận được cường độ gia công cao hơn một chút hoặc chi phí vật liệu thấp hơn một chút.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí tương đối
• DC01 thường có giá thành rẻ hơn một chút trên thị trường hàng hóa vì đây là loại thép cán nguội tiêu chuẩn, dùng cho mục đích chung.
• DC03 có thể có mức giá cao hơn một chút do quy trình kiểm soát chặt chẽ hơn và chu kỳ ủ được điều chỉnh để tăng khả năng tạo hình.
• Tính khả dụng theo hình thức sản phẩm
• Cả hai loại này đều được cung cấp rộng rãi dưới dạng cuộn và tấm cắt theo chiều dài ở Châu Âu và nhiều khu vực khác vì chúng đều đạt tiêu chuẩn EN.
• Tính khả dụng ở các độ dày cụ thể, bề mặt hoàn thiện và các biến thể phủ (mạ điện, sơn sẵn) sẽ khác nhau tùy theo nhà máy và khu vực; thời gian giao hàng cho DC03 ở dạng đặc biệt hoặc phủ có thể lâu hơn một chút.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng: So sánh nhanh

Thuộc tính	DC01	DC03
Khả năng hàn	Tốt	Tốt hơn một chút (một chút)
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Độ bền vừa phải với độ dẻo tốt	Năng suất thấp hơn và độ giãn dài đồng đều cao hơn — khả năng tạo hình tốt hơn
Trị giá	Thông thường thấp hơn	Thông thường cao hơn một chút
Tốt nhất cho	Dập và tấm tổng hợp	Vẽ sâu và tạo hình phức tạp

Kết luận và khuyến nghị - Chọn DC03 nếu: - Chi tiết của bạn cần được vẽ sâu, tạo hình co giãn đáng kể hoặc kiểm soát chặt chẽ độ đàn hồi. - Cần giảm thiểu nguy cơ nứt vỡ và bảo vệ lớp phủ bề mặt trong quá trình tạo hình khắc nghiệt. - Độ chính xác về kích thước sau khi tạo hình và tính toàn vẹn của lớp phủ được ưu tiên hàng đầu. - Chọn DC01 nếu: - Các thao tác tạo hình ở mức độ vừa phải (dập đơn giản, uốn) và quá trình này không đòi hỏi khả năng kéo tối đa. - Chi phí vật liệu thấp hơn hoặc cường độ giao hàng cao hơn một chút là một lợi thế. - Bạn cần một loại tấm cán nguội thông dụng, có sẵn rộng rãi để sản xuất tiết kiệm.

Lưu ý cuối cùng: DC01 và DC03 thuộc họ thép cacbon thấp cán nguội, trong đó sự khác biệt thực tế bắt nguồn từ quá trình gia công cán (chu trình ủ, cán màng, hoàn thiện bề mặt) cũng như từ thành phần hóa học danh nghĩa. Luôn xác nhận chính xác các giá trị hóa học và cơ học trên chứng chỉ thử nghiệm cán và, đối với các hoạt động tạo hình quan trọng, hãy yêu cầu mẫu để thử nghiệm quy trình hoặc yêu cầu nhà cung cấp thép cung cấp chứng chỉ cấp kéo, trong đó ghi rõ độ tôi và các đặc tính tạo hình được đảm bảo.