DC03 so với DC04 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

DC03 và DC04 là hai loại thép cacbon thấp cán nguội, không hợp kim, thường được sử dụng cho các ứng dụng dập sâu và tạo hình tổng quát. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và lập kế hoạch sản xuất thường phải lựa chọn giữa hai loại thép này khi cân bằng giữa khả năng tạo hình, năng suất quy trình, chi phí và các hoạt động tiếp theo như hàn và phủ.

Vấn đề nan giải trong lựa chọn thực tế tập trung vào khả năng tạo hình so với độ bền biên — một loại được tối ưu hóa cho khả năng kéo và giãn dài tốt hơn một chút, trong khi loại còn lại duy trì độ bền tương đương với các phản ứng cơ học hơi khác nhau trong một số thao tác tạo hình hoặc ghép nối. Vì cả hai đều được cung cấp dưới dạng cuộn và tấm cán nguội theo các quy trình gia công tương tự, nên sự khác biệt của chúng tuy nhỏ nhưng lại có ý nghĩa quan trọng đối với dung sai tạo hình chặt chẽ, thao tác kéo sâu và dập sản xuất tốc độ cao.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Tên gọi chính: EN 10130 — DC03 và DC04 được định nghĩa theo loạt EN 10130 là thép cán nguội, hàm lượng carbon thấp dùng để tạo hình nguội.
• Các tiêu chuẩn tham chiếu phổ biến khác cho thép kéo cán nguội tương đương:
• ASTM/ASME: ASTM A1008 / A1008M (có chất lượng bản vẽ thương mại tương đương, nhưng tính tương đương chính xác cần phải xác minh nhà cung cấp)
• JIS: JIS G3141 (SPCC và các loại liên quan là các loại có thể so sánh được trong hệ thống của Nhật Bản; phải kiểm tra tính tương đương trực tiếp)
• GB (Trung Quốc): Nhiều tiêu chuẩn GB/T áp dụng cho thép cán nguội; tính tương đương nên được thiết lập theo từng trường hợp cụ thể với giấy chứng nhận của nhà máy
• Phân loại: Cả DC03 và DC04 đều là thép cán nguội cacbon (ít cacbon), không phải thép không gỉ, không phải thép HSLA hay thép dụng cụ. Chúng được thiết kế để tạo hình chứ không phải cho các ứng dụng kết cấu cường độ cao.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Bảng: Các yếu tố điển hình cần xem xét đối với DC03 và DC04 (hướng dẫn định tính)

Yếu tố	DC03 (điển hình)	DC04 (điển hình)	Vai trò và tác dụng
C (Cacbon)	Rất thấp (được thiết kế cho điểm năng suất thấp)	Rất thấp (thường tương tự hoặc thấp hơn một chút để tăng độ dẻo)	Yếu tố chính tạo nên độ bền; hàm lượng C cao hơn làm tăng độ bền và khả năng làm cứng nhưng làm giảm độ dẻo và khả năng hàn.
Mn (Mangan)	Thấp (kiểm soát sức mạnh và khử oxy)	Thấp (tương tự như DC03)	Tăng cường độ bền kéo, hỗ trợ quá trình khử oxy; lượng dư sẽ làm giảm khả năng tạo hình.
Si (Silic)	Rất thấp	Rất thấp	Chất khử oxy; lượng nhỏ ảnh hưởng đến độ đàn hồi và phản ứng bề mặt.
P (Phốt pho)	Rất thấp (được kiểm soát)	Rất thấp	Tạp chất; tăng độ bền nhưng giảm độ dẻo và chất lượng bề mặt.
S (Lưu huỳnh)	Rất thấp (được kiểm soát)	Rất thấp	Tạp chất; thúc đẩy khả năng gia công nhưng làm giảm độ dẻo và khả năng tạo hình.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N	Không có dấu vết	Không có dấu vết	Không có thành phần hợp kim cố ý trong các loại thép này; hợp kim vi mô có thể xuất hiện trong một số biến thể nhà máy để kiểm soát kích thước hạt hoặc độ cứng, nhưng các loại thép DC không phải là thép hợp kim.

Giải thích: - Cả hai loại đều có hàm lượng cacbon và hợp kim thấp một cách có chủ đích để tối đa hóa khả năng tạo hình nguội và hành vi đồng nhất, có thể dự đoán được khi kéo sâu và uốn. - Nhà máy sẽ cố tình thêm bất kỳ hợp kim vi mô nào (ví dụ Ti, Nb) để kiểm soát kích thước hạt hoặc tính chất bề mặt; những điều này không nằm trong định nghĩa tiêu chuẩn cho DC03/DC04 và thay đổi tùy theo nhà cung cấp. - Hàm lượng hợp kim vừa phải giúp duy trì độ cứng thấp, đơn giản hóa quá trình tạo hình và cho phép hoàn thiện bề mặt và phủ tốt.

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

• Cấu trúc vi mô điển hình: Thép DC03 và DC04 cán nguội nguyên trạng thường có cấu trúc vi mô ferit với nền ferit hạt mịn và các hiệu ứng còn sót lại từ quá trình gia công nguội (hạt kéo dài và mật độ sai lệch). Ủ kết tinh lại (ủ liên tục hoặc ủ mẻ) được sử dụng để khôi phục độ dẻo và tinh chỉnh cấu trúc hạt trước khi cán nguội và cán màng cuối cùng.
• Các tuyến xử lý:
• Ủ cán nguội: Hầu hết các loại thép DC đều được ủ ở trạng thái mềm, dẻo (ferit kết tinh hoàn toàn). Điều này mang lại khả năng định hình tuyệt vời và các tính chất cơ học đồng nhất.
• Thường hóa/tôi & ram: Không điển hình hoặc cần thiết cho thép DC03/DC04; các thao tác này được sử dụng cho thép cường độ cao hơn. Việc thử tôi/ram trên thép DC hợp kim thấp sẽ không tạo ra khả năng tôi đáng kể do hàm lượng cacbon và hợp kim thấp.
• Kiểm soát nhiệt cơ học: Không áp dụng theo cách tương tự như đối với thép HSLA; điều chỉnh quy trình (làm mát có kiểm soát sau khi ủ) ảnh hưởng đến kích thước hạt và giá trị r (tính dị hướng dẻo) từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất kéo sâu.
• Hiệu ứng ròng: DC04 thường được sản xuất hoặc lựa chọn để tạo ra cấu trúc vi mô ủ dẻo hơn một chút (độ giãn dài cao hơn và phân bổ ứng suất tốt hơn khi tạo hình) so với DC03, có thể mang lại năng suất cao hơn một chút hoặc phản ứng cứng hơn một chút trong một số trường hợp.

4. Tính chất cơ học

Bảng: Các đặc tính so sánh (phạm vi định tính và hành vi điển hình; các giá trị thay đổi theo độ dày, độ cứng và thực hành nhà máy)

Tài sản	DC03 (điển hình)	DC04 (điển hình)	Ghi chú
Độ bền kéo	Trung bình (phạm vi phụ thuộc vào nhà sản xuất)	Tương tự như thấp hơn một chút	Cả hai đều ở mức thấp đến trung bình hàng trăm MPa; con số chính xác phụ thuộc vào cỡ và độ cứng.
Sức chịu lực	Vừa phải	Thấp hơn một chút (thường xuyên)	DC04 thường được chỉ định có độ chảy thấp hơn để cải thiện khả năng kéo.
Độ giãn dài (độ dẻo)	Tốt	Cao hơn (khả năng định hình tốt hơn)	DC04 được chọn khi độ giãn dài và độ kéo sâu là rất quan trọng.
Độ bền va đập	Trung bình (nhiệt độ phòng, không dành cho tác động mạnh)	Tương tự như DC03	Cả hai đều không dùng cho mục đích chịu tác động mạnh hoặc nhiệt độ thấp.
Độ cứng	Thấp	Thấp (thường thấp hơn một chút)	Tình trạng cán nguội, ủ tạo ra độ cứng thấp thích hợp cho việc tạo hình.

Giải thích: - Sự khác biệt cơ học chính: DC04 thường được tối ưu hóa để có độ giãn dài lớn hơn một chút và giới hạn chảy thấp hơn, dẫn đến hiệu suất kéo sâu/tạo hình tốt hơn. - Cả hai loại đều không được thiết kế cho các ứng dụng chịu va đập hoặc nhiệt độ cao; chúng được tối ưu hóa cho các hoạt động tạo hình, sơn và phủ kim loại tấm. - Mức độ tính chất cơ học phụ thuộc rất nhiều vào độ dày, dung sai đo lường và chu trình ủ được sử dụng bởi máy nghiền.

5. Khả năng hàn

Những cân nhắc về khả năng hàn cho DC03 và DC04: - Hàm lượng carbon thấp và lượng hợp kim tối thiểu giúp cả hai loại thép này đều có khả năng hàn tốt bằng các phương pháp thông thường (MIG/MAG, TIG, hàn điểm điện trở). Độ tôi thấp của chúng giúp giảm nguy cơ hình thành martensite giòn ở vùng HAZ so với thép có hàm lượng carbon cao hơn. - Việc hợp kim hóa vi mô hoặc hàm lượng Mn cao hơn trong một số biến thể máy cán có thể làm tăng nhẹ khả năng tôi luyện; do đó, cần phải thực hiện kiểm tra quy trình hàn khi dùng cho các kết cấu quan trọng.

Các chỉ số và công thức định tính hữu ích: - Carbon tương đương (IIW) để đánh giá định tính: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Công thức Pcm đưa ra góc nhìn mở rộng: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Giải thích: - Đối với cả DC03 và DC04, giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ đều thấp do các nguyên tố hợp kim gần như không đáng kể; điều này báo hiệu khả năng hàn thuận lợi với các biện pháp phòng ngừa tiêu chuẩn (đầu vào nhiệt được kiểm soát, vật liệu độn phù hợp, thiết kế mối nối). - Nhiệt độ nung nóng trước/nhiệt độ giao thoa thường không cần thiết đối với các loại mỏng, nhưng các phần hoặc cụm hàn dày hơn với các cấp độ hỗn hợp nên được xem xét lại với kỹ sư hàn.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Đây là loại thép cacbon không gỉ; khả năng chống ăn mòn nội tại chỉ giới hạn ở đặc tính điển hình của thép mềm.
• Các chiến lược bảo vệ bề mặt phổ biến:
• Mạ kẽm nhúng nóng (lớp phủ kẽm) để bảo vệ chống ăn mòn trong khí quyển lâu dài.
• Mạ kẽm điện phân khi cần bề mặt nhẵn hơn và độ dày lớp phủ được kiểm soát (ứng dụng sơn trước).
• Lớp phủ hữu cơ: lớp sơn lót và hệ thống sơn để bảo vệ thẩm mỹ và môi trường.
• Lớp phủ chuyển đổi phosphate trước khi sơn để cải thiện độ bám dính và khả năng chống ăn mòn.
• Công thức PREN không áp dụng được vì DC03/DC04 không phải là thép không gỉ. Để lựa chọn thép không gỉ, chỉ báo PREN rất hữu ích: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$
• Làm rõ: Vì crom và molypden không đáng kể trong các loại thép DC nên khả năng chống ăn mòn phụ thuộc vào lớp phủ hơn là thành phần hợp kim.

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

• Khả năng tạo hình: DC04 thường có khả năng tạo hình vượt trội (khả năng kéo giãn và độ sâu kéo cao hơn) và thường được chỉ định khi cần kéo sâu, viền hoặc uốn bán kính hẹp.
• Uốn và viền: Cả hai loại đều hoạt động tốt; DC04 cung cấp lực kéo mép bích đồng đều hơn và độ đàn hồi thấp hơn trong nhiều hoạt động tạo hình do độ dẻo thấp hơn một chút và độ giãn dài cao hơn.
• Cắt và đột dập: Hiệu suất tương tự; độ mài mòn của dao cắt ở mức vừa phải do độ cứng thấp. Chất lượng lưỡi cắt phụ thuộc vào tình trạng dụng cụ và cỡ phôi.
• Khả năng gia công: Các loại thép này không được tối ưu hóa cho gia công tốc độ cao; khả năng gia công ở mức chấp nhận được nhưng không phải là ngoại lệ. Các loại thép có hàm lượng lưu huỳnh cao hơn cải thiện khả năng gia công nhưng làm giảm khả năng tạo hình; các loại thép DC hướng đến hàm lượng S thấp để duy trì khả năng tạo hình.
• Bề mặt hoàn thiện: Cấp DC được cung cấp với bề mặt nhẵn, sạch, thích hợp cho việc sơn và phủ. Cần xử lý cẩn thận để tránh làm xước bề mặt, làm giảm độ bám dính của lớp phủ.

8. Ứng dụng điển hình

DC03 – Công dụng điển hình	DC04 – Công dụng điển hình
Các bộ phận ép nhẹ, tấm trang trí, viền nội thất khi cần tạo hình vừa phải	Tấm ô tô được kéo sâu hơn, các bộ phận dập phức tạp đòi hỏi độ giãn dài cao hơn
Thiết bị có yêu cầu tạo hình và sơn vừa phải	Các thành phần có khả năng định hình cao: vỏ thiết bị điện tử tiêu dùng, tấm ốp bên trong ô tô
Các thành phần được tạo hình nguội đa năng, trong đó chi phí và tính khả dụng quyết định sự lựa chọn	Các hoạt động tạo hình quan trọng trong đó độ đàn hồi giảm và độ giãn dài cao hơn giúp giảm phế liệu

Cơ sở lựa chọn: - Chọn DC04 khi khả năng định hình tối đa và độ sâu khi kéo sâu hơn giúp giảm nguy cơ nứt và phế liệu trong các hoạt động dập phức tạp. - Chọn DC03 khi độ cứng cao hơn một chút hoặc sự khác biệt về chi phí/khả năng sẵn có có lợi và mức độ nghiêm trọng khi tạo hình thấp hơn.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí tương đối: Cả hai loại thép này đều là thép cán nguội thông dụng và thường có giá tương đương nhau. DC04 có thể có giá cao hơn một chút ở một số thị trường yêu cầu chu kỳ ủ đặc biệt hoặc khả năng kiểm soát định hình chặt chẽ hơn.
• Tình trạng sẵn có: Có sẵn rộng rãi tại các nhà máy thép ở châu Âu và toàn cầu dưới dạng cuộn và tấm. Thời gian giao hàng và tình trạng sẵn có của thép tấm thay đổi tùy theo nhà máy và địa điểm; các tùy chọn thép mạ kẽm hoặc mạ kẽm có thể có thời gian giao hàng riêng.
• Dạng sản phẩm: Cuộn/tấm cán nguội, cắt theo chiều dài, phôi. Các sản phẩm hoàn thiện bề mặt đặc biệt hoặc phủ lớp có thể yêu cầu số lượng đặt hàng tối thiểu.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng: Tóm tắt so sánh cấp cao

Hệ mét	DC03	DC04
Khả năng hàn	Tuyệt vời (C thấp, hợp kim thấp)	Tuyệt vời (C thấp, hợp kim thấp)
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Độ bền vừa phải với độ dẻo tốt	Độ bền tương tự với độ dẻo/khả năng định hình được cải thiện
Trị giá	Nói chung là tiết kiệm	Nói chung là tiết kiệm; đôi khi cao hơn một chút nếu cần ủ chuyên biệt

Kết luận và khuyến nghị thực tế: - Chọn DC04 nếu quy trình của bạn yêu cầu khả năng định hình cao hơn, độ kéo sâu hơn, độ giãn dài cao hơn hoặc giảm nguy cơ nứt trong các quá trình dập phức tạp. DC04 là lựa chọn an toàn hơn khi cần độ đàn hồi tối thiểu và độ giãn dài tối đa trong quá trình định hình. - Chọn DC03 nếu các hoạt động tạo hình ít nghiêm trọng hơn, nếu bạn ưu tiên độ cứng cao hơn một chút hoặc các ràng buộc về chi phí/khả năng sẵn có giống hệt nhau hoặc nếu quy trình của bạn đã được xác thực trên DC03 và không cần độ giãn dài gia tăng của DC04.

Lưu ý cuối cùng: Do tính chất thép phụ thuộc vào độ dày, quy trình ủ cán và xử lý bề mặt, hãy luôn xem xét các chứng chỉ kiểm tra cán và, nếu các chi tiết quan trọng, hãy chạy thử nghiệm tạo hình hoặc sản xuất thử nghiệm với cuộn thép và nhiệt độ tôi chính xác. Khi có nghi ngờ, hãy thảo luận với các nhà cung cấp thép để có dữ liệu cụ thể cho từng nhà máy và yêu cầu các cuộn thép mẫu để xác nhận quy trình.