DC04 so với DC05 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

DC04 và DC05 là các mác thép cacbon thấp cán nguội, thường được chỉ định cho các ứng dụng tấm đòi hỏi khả năng định hình tốt. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và nhà hoạch định sản xuất thường phải đối mặt với tình huống khó xử khi lựa chọn giữa các mác thép này khi cân nhắc giữa hiệu suất tạo hình, độ bền, khả năng hàn, độ hoàn thiện bề mặt và chi phí. Các bối cảnh quyết định điển hình bao gồm việc lựa chọn vật liệu cho các tấm bên trong ô tô được kéo sâu (ưu tiên khả năng định hình) so với các cấu kiện kết cấu dập (ưu tiên độ bền và khả năng hàn).

Sự khác biệt chức năng chính giữa hai loại thép này là mức độ tối ưu hóa của chúng cho các hoạt động kéo cực độ: một loại được chỉ định cho khả năng tạo hình kéo sâu rất cao, còn loại còn lại cho khả năng tạo hình tuyệt vời nhưng ít cực độ hơn, kết hợp với độ bền cao hơn một chút và khả năng ứng dụng rộng rãi hơn. Sự khác biệt này thúc đẩy sự lựa chọn về tuổi thọ dụng cụ, khả năng kiểm soát độ đàn hồi và cửa sổ quy trình trong quá trình sản xuất biến dạng cao.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Tiêu chuẩn chung nơi xuất hiện DC04 và DC05:
• EN (Châu Âu): EN 10130 — Thép cacbon thấp cán nguội — Điều kiện giao hàng kỹ thuật.
• JIS/ASTM/GB: các cấp độ này là các tên gọi theo tiêu chuẩn Châu Âu; các sản phẩm tương đương có tính chất tương tự tồn tại theo tiêu chuẩn JIS, ASTM và nhiều tên gọi theo tiêu chuẩn GB quốc gia khác nhau nhưng tên gọi thì khác nhau.
• ISO: Các tiêu chuẩn ISO tham chiếu đến các chất lượng cán nguội ít carbon tương tự.
• Phân loại:
• Cả DC04 và DC05 đều là thép cán nguội không hợp kim, hàm lượng cacbon thấp, dùng để tạo hình. Chúng không phải là thép không gỉ, thép dụng cụ hoặc thép HSLA.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Yếu tố	DC04 (chiến lược điển hình)	DC05 (chiến lược điển hình)
C	Hàm lượng carbon rất thấp để tối đa hóa độ dẻo và giảm nguy cơ martensite trong quá trình tạo hình	Mục tiêu carbon thậm chí thấp hơn hoặc kiểm soát chặt chẽ hơn để nâng cao hơn nữa khả năng kéo sâu
Mn	Kiểm soát hàm lượng mangan thấp để cân bằng độ bền và khả năng kéo	Hàm lượng mangan thấp tương tự, đôi khi thấp hơn một chút hoặc được kiểm soát chặt chẽ hơn để cải thiện độ giãn dài
Si	Giữ ở mức thấp để duy trì khả năng tạo hình và chất lượng bề mặt	Thấp, chú ý ngăn ngừa oxit nhúng làm giảm khả năng kéo
P	Kiểm soát chặt chẽ tạp chất; giữ ở mức thấp để tránh giòn	Được kiểm soát chặt chẽ và thường có giới hạn thấp hơn để bảo vệ hiệu suất kéo sâu
S	Giảm lưu huỳnh hoặc xử lý (ví dụ, khử khí) để tránh nứt do tạp chất gây ra	Lưu huỳnh rất thấp để cải thiện khả năng co giãn của cạnh và giảm gãy trong quá trình kéo sâu
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Thông thường không có hoặc chỉ có ở lượng rất nhỏ; hợp kim vi mô là tối thiểu	Cách tiếp cận tương tự; hợp kim vi mô thường được tránh hoặc giảm thiểu để duy trì khả năng định hình tuyệt vời
N	Kiểm soát hàm lượng nitơ thấp; hàm lượng N cao có thể làm giảm độ dẻo	Thường được kiểm soát ở mức thấp để bảo vệ độ dẻo và hiệu suất kéo sâu

Lưu ý: Giới hạn thành phần chính xác được thiết lập bởi tiêu chuẩn giao hàng và dòng sản phẩm của nhà cung cấp. DC05 được điều chế và xử lý để mang lại cửa sổ tạo hình được cải thiện, chủ yếu đạt được thông qua việc kiểm soát chặt chẽ hơn hàm lượng carbon, lưu huỳnh, phốt pho và độ sạch tạp chất, thay vì bổ sung các nguyên tố hợp kim gia cường.

Hợp kim ảnh hưởng đến tính chất như thế nào: - Hàm lượng cacbon thấp làm giảm nguy cơ martensite cứng, giòn sau khi tôi luyện hoặc gia nhiệt cục bộ và cải thiện độ dẻo. - Hợp kim vi mô tối thiểu giúp duy trì cấu trúc ferritic mềm, đồng nhất, tối đa hóa khả năng kéo. - Hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho giảm làm giảm tỷ lệ nứt cạnh và nứt bề mặt khi biến dạng mạnh. - Tránh bổ sung hợp kim nặng (Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti) vì chúng làm tăng khả năng tôi cứng và làm giảm hiệu suất kéo sâu.

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

Cấu trúc vi mô điển hình: - Cả hai loại đều được sản xuất để tạo ra cấu trúc vi mô ferit hoàn toàn sạch sau khi cán nguội và ủ kết tinh lại. Cấu trúc vi mô thường là ferit đẳng trục với hàm lượng perlit hoặc cacbua rất thấp.

Phản hồi xử lý: - Ủ kết tinh lại (thường xảy ra sau khi cán nguội) tạo ra cấu trúc hạt ferit mịn, đồng nhất giúp tối đa hóa độ dẻo và tính nhất quán của tấm. - Chuẩn hóa không phải là quá trình xử lý sau tiêu chuẩn đối với thép mềm cán nguội dùng để kéo sâu; nó sẽ không có lợi cho các loại thép này. - Không áp dụng phương pháp làm nguội và ram: các loại thép này không được thiết kế để làm cứng hoặc xử lý nhiệt để tăng cường độ bền. - Các phương pháp xử lý nhiệt cơ học được sử dụng trong quá trình cán nóng đầu nguồn và cán nguội/ủ tiếp theo giúp kiểm soát kích thước hạt, hình thái tạp chất và kết cấu. Đối với DC05, các nhà cung cấp thường áp dụng quy trình kiểm soát chặt chẽ hơn đối với chu kỳ ủ và độ sạch để cải thiện khả năng tạo hình kéo sâu và giảm hiện tượng rỗ.

Tác động của sự khác biệt trong quá trình xử lý: - Kiểm soát ủ chặt chẽ hơn và sản xuất thép sạch hơn cho DC05 giúp giảm các vùng cứng cục bộ và các lỗi do tạp chất, cải thiện tỷ lệ kéo tối đa có thể đạt được và giảm nứt ở các cạnh hoặc lỗ. - DC04, mặc dù có thể tạo hình được, nhưng có thể cho phép cấu trúc vi mô thô hơn một chút hoặc ít được kiểm soát chặt chẽ hơn, đánh đổi giới hạn kéo sâu tối ưu để có tính khả dụng rộng rãi hơn và chi phí thấp hơn.

4. Tính chất cơ học

Tài sản	DC04 (hành vi điển hình)	DC05 (hành vi điển hình)
Độ bền kéo	Trung bình; được tối ưu hóa để tạo hình hơn là cường độ cao	Thấp hơn một chút hoặc tương tự như DC04, tùy thuộc vào nhà cung cấp; ưu tiên về độ dẻo
Sức chịu lực	Trung bình-thấp để có thể tạo hình mà không bị bật trở lại	Thường thấp hơn một chút để giảm độ nảy và tạo điều kiện cho các cú kéo sâu
Độ giãn dài (độ dẻo)	Cao — tốt cho nhiều nhiệm vụ hình thành	Cao hơn DC04 trong điều kiện kéo căng khắc nghiệt; cải thiện độ giãn dài đồng đều
Độ bền va đập	Phù hợp ở môi trường xung quanh; không phải là tiêu chí lựa chọn chính	Tương tự, nhấn mạnh vào việc tránh gãy giòn trong quá trình tạo hình
Độ cứng	Thấp để hỗ trợ khả năng tạo hình và giảm mài mòn dụng cụ	Thấp; nhấn mạnh vào tính đồng nhất để ngăn ngừa các vùng cứng cục bộ

Giải thích: - DC05 được thiết kế để có độ giãn dài đồng đều cao hơn và giới hạn chảy thấp hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho các thao tác kéo sâu và giảm xu hướng nứt trong quá trình tạo hình ứng suất cao. DC04 mang lại hiệu suất kéo sâu tổng thể tuyệt vời nhưng có cửa sổ cường độ cao hơn một chút, có thể hữu ích khi cần chịu tải vừa phải hoặc tăng độ cứng. - Không có loại nào được dùng cho những nơi có yêu cầu chính là độ cứng cao hoặc độ dẻo dai cao ở nhiệt độ thấp.

5. Khả năng hàn

Các cân nhắc về khả năng hàn xoay quanh hàm lượng carbon, tổng hợp hợp kim và khả năng tôi cứng. Để đánh giá định tính, có thể xem xét các công thức thường được sử dụng trong bối cảnh sau:

• Đương lượng cacbon (phương pháp IIW) cung cấp chỉ số về xu hướng hình thành các cấu trúc vi mô cứng trong vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Một thông số chi tiết hơn để dự đoán nứt nguội là công thức Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Giải thích: - Cả DC04 và DC05 đều có hàm lượng cacbon rất thấp và hợp kim tối thiểu, tạo ra giá trị tương đương cacbon thấp và do đó nhìn chung có khả năng hàn tuyệt vời bằng các phương pháp thông thường (MIG/MAG, hàn điểm, hàn điện trở). - Khả năng kiểm soát hóa chất chặt chẽ hơn của DC05 có thể làm giảm nhẹ xu hướng cứng hóa vùng HAZ và nứt nguội, mang lại lợi ích cho hàn điểm điện trở và hàn xuyên thấu hoàn toàn khi biến dạng cục bộ cực độ xảy ra sau khi hàn. - Xử lý nhiệt trước và sau khi hàn thường không bắt buộc đối với độ dày tiêu chuẩn, nhưng thiết kế mối nối, hạn chế và kiểm soát hydro phải tuân theo thông lệ hàn tốt nhất. - Đối với hàn điểm điện trở trong lắp ráp ô tô, khả năng định hình được cải thiện của DC05 cũng có thể tạo ra sự hình thành phôi đồng đều hơn trong các tấm có độ kéo mạnh.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả DC04 và DC05 đều không phải thép không gỉ. Khả năng chống ăn mòn tương đương với thép cacbon thấp và phụ thuộc vào lớp hoàn thiện bề mặt và lớp phủ bảo vệ.
• Các biện pháp bảo vệ chung:
• Mạ kẽm nhúng nóng (lớp phủ kẽm) để bảo vệ chống ăn mòn trong khí quyển.
• Mạ điện và phủ lớp hữu cơ tiếp theo (ví dụ: sơn lót, sơn) để cải thiện bề mặt và khả năng chống ăn mòn khi sử dụng trong ô tô và thiết bị gia dụng.
• Lớp phủ điện phân, lớp phủ bột và lớp thụ động là một phần của biện pháp bảo vệ cấp hệ thống.
• PREN (số tương đương khả năng chống rỗ) không áp dụng cho thép cacbon thấp thông thường; nó được sử dụng cho hợp kim không gỉ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$
• Việc lựa chọn xử lý bề mặt phải xem xét đến việc định hình: lớp phủ phải tương thích với quá trình dập sâu và tránh bong tróc, nứt vỡ hoặc ảnh hưởng đến quá trình bôi trơn. Độ sạch bề mặt và khả năng tương thích của lớp phủ DC05 thường được chỉ định cho các dạng sản phẩm được phủ có độ biến dạng cao.

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

• Cắt: Cả hai loại thép này đều gia công tương tự như các loại thép mềm khác; độ mài mòn lưỡi dao thấp. Vì DC05 được tối ưu hóa cho việc tạo hình, nên việc hình thành gờ và nứt cạnh trong quá trình cắt và gọt sẽ giảm thiểu nếu được xử lý theo hướng dẫn của nhà cung cấp.
• Uốn/tạo hình: DC05 cung cấp cửa sổ quy trình an toàn rộng hơn cho uốn cong nghiêm ngặt, kéo sâu và ủi: độ đàn hồi thấp hơn, độ co giãn cạnh tốt hơn và giảm xu hướng cong vênh. DC04 rất lý tưởng cho kéo sâu và uốn cong nói chung nhưng có thể không hiệu quả trong các quy trình đòi hỏi tỷ lệ kéo tối đa.
• Hoàn thiện: Chất lượng bề mặt—sạch sẽ, ít cặn oxit và độ nhám được kiểm soát—quan trọng hơn đối với DC05 khi hướng đến mục tiêu gia công siêu sâu và dung sai thẩm mỹ chặt chẽ. Bôi trơn và hình dạng phôi, vốn là yếu tố quyết định khả năng gia công được cải thiện của DC05, có thể cho phép tạo ra các thước đo mỏng hơn và kéo dài tuổi thọ dụng cụ.
• Đục/cắn: Hàm lượng tạp chất thấp hơn của DC05 làm giảm nguy cơ nứt nhỏ ở các cạnh cắt trong quá trình tạo hình tiếp theo.

8. Ứng dụng điển hình

DC04 — Công dụng điển hình	DC05 — Công dụng điển hình
Các thành phần kéo sâu mục đích chung: tấm thiết bị, tấm bên trong ô tô có độ phức tạp vừa phải, tấm thân xe nơi việc tạo hình là quan trọng nhưng không quá phức tạp	Các thành phần được kéo cực sâu và các bộ phận có độ phức tạp cao: các cụm lắp ráp bên trong ô tô phức tạp, bát thiết bị có độ kéo cao, vỏ yêu cầu khả năng tạo hình cực cao và độ đàn hồi tối thiểu
Các bộ phận kết cấu dập có nhu cầu tạo hình vừa phải	Các bộ phận yêu cầu độ giãn dài đồng đều rất cao và độ cong vênh tối thiểu trong các giai đoạn kéo tiếp theo
Ứng dụng tấm sơn hoặc phủ khi tính khả dụng và chi phí là quan trọng	Tấm phủ hoặc không phủ có thông số kỹ thuật cao dành cho các quy trình tiếp cận hoặc vượt quá giới hạn kéo sâu tiêu chuẩn

Cơ sở lựa chọn: - Chọn DC04 khi có sự cân bằng giữa khả năng tạo hình, độ bền và chi phí và khi nhu cầu tạo hình cao nhưng vẫn nằm trong giới hạn kéo sâu tiêu chuẩn. - Chọn DC05 khi quy trình tạo hình ở giới hạn (tỷ lệ kéo rất cao, hình học phức tạp, yêu cầu thẩm mỹ chặt chẽ) và quy trình được hưởng lợi từ tính chất hóa học chặt chẽ hơn và cấu trúc vi mô sạch hơn.

9. Chi phí và tính khả dụng

• DC04: Có sẵn rộng rãi từ nhiều nhà sản xuất, cung cấp nhiều loại kích thước và chiều rộng cuộn dây, và thường có giá cả cạnh tranh do được sử dụng rộng rãi.
• DC05: Được sản xuất theo quy trình chuyên biệt hơn; có thể phải trả thêm phí để kiểm soát hóa chất chặt chẽ hơn và nâng cao các thông số kỹ thuật về bề mặt/độ sạch. Nguồn cung dồi dào từ các nhà cung cấp lớn nhưng có thể hạn chế hơn ở một số thị trường khu vực hoặc ở các dải độ dày rất lớn.
• Hình thức sản phẩm: Cả hai loại này thường được cung cấp dưới dạng tấm/cuộn cán nguội, ủ và ngâm chua; nhiều nhà sản xuất có cung cấp các loại phủ (mạ điện, mạ kẽm nhúng nóng), thường theo đơn đặt hàng.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Thuộc tính	DC04	DC05
Khả năng hàn	Tuyệt vời (CE thấp)	Tuyệt vời (hành vi HAZ tốt hơn một chút trong một số trường hợp)
Sự đánh đổi giữa sức mạnh và độ bền	Độ bền vừa phải với độ dẻo tốt	Giảm nhẹ năng suất để ưu tiên độ dẻo và khả năng kéo
Trị giá	Thấp hơn / có sẵn rộng rãi hơn	Cao hơn / chuyên sâu hơn

Sự giới thiệu: - Chọn DC05 nếu quy trình sản xuất của bạn yêu cầu độ giãn dài đồng đều tối đa và độ đàn hồi tối thiểu cho các hình dạng dập cực sâu hoặc cực kỳ phức tạp, hoặc nếu ứng dụng của bạn yêu cầu khả năng định hình và chất lượng bề mặt nhất quán nhất trong điều kiện biến dạng cực độ. - Chọn DC04 nếu bạn yêu cầu hiệu suất kéo sâu tuyệt vời với tính khả dụng cao hơn một chút và chi phí vật liệu thấp hơn, và khi yêu cầu tạo hình là đáng kể nhưng không vượt quá giới hạn tuyệt đối của khả năng kéo.

Lưu ý cuối cùng: Tính chất cơ học thực tế, giới hạn hóa học và phương pháp xử lý bề mặt khả dụng phụ thuộc vào thông số kỹ thuật sản phẩm cụ thể của nhà cung cấp và tiêu chuẩn giao hàng hiện hành (chẳng hạn như EN 10130). Đối với các ứng dụng quan trọng, hãy yêu cầu giấy chứng nhận nhà máy, tiến hành tạo hình thử và tham khảo bảng dữ liệu của nhà sản xuất thép để phù hợp với cấp thép, bề mặt và lớp phủ với quy trình sản xuất dự kiến.