DDQ so với EDDQ – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

Chất lượng kéo sâu (DDQ) và chất lượng kéo cực sâu (EDDQ) là hai dòng thép cacbon thấp cán nguội được sử dụng rộng rãi trong những trường hợp yêu cầu thiết kế chính là khả năng tạo hình. Các nhóm mua sắm, sản xuất và thiết kế thường cân nhắc giữa khả năng tạo hình, độ bền, chất lượng bề mặt và chi phí khi lựa chọn. Bối cảnh quyết định điển hình bao gồm việc chọn mác thép cho các lần kéo nông lớn (ưu tiên chi phí và năng suất), so với việc chọn mác thép cho các hoạt động tạo hình giới hạn, nhiều giai đoạn hoặc rất khắc nghiệt, trong đó kiểm soát độ đàn hồi và độ thắt cổ chai cục bộ là rất quan trọng.

Sự khác biệt chính giữa hai loại thép này là mức hiệu suất tạo hình có thể đạt được: Thép EDDQ được xử lý và kiểm soát để cho phép các hoạt động tạo hình khắc nghiệt, phức tạp hơn hoặc "hạn chế" hơn so với các loại thép DDQ tiêu chuẩn. Vì cả hai đều hướng đến tạo hình nguội, chúng thường được so sánh với các tấm thân xe ô tô, vỏ thiết bị và các chi tiết chế tạo khác, nơi khả năng kéo, tình trạng bề mặt và hiệu suất sau tạo hình ảnh hưởng đến các lựa chọn thiết kế và sản xuất.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

Các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật quốc tế chính bao gồm thép cacbon thấp cán nguội dùng để kéo sâu bao gồm (nhưng không giới hạn ở): - EN (Tiêu chuẩn Châu Âu) — ví dụ, họ EN 10130 dành cho thép chất lượng cacbon thấp cán nguội dùng để tạo hình nguội. - JIS (Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản) — ký hiệu tấm thép cán nguội dùng để kéo sâu. - GB (Tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc) — thông số kỹ thuật cho các sản phẩm thép cacbon thấp cán nguội. - ASTM/ASME — một số tiêu chuẩn ASTM bao gồm các tấm và dải cán nguội mặc dù danh pháp “DDQ/EDDQ” cụ thể phổ biến hơn trong thông lệ EN/JIS/GB và trong các tên gọi thương mại.

Phân loại: DDQ và EDDQ là thép cacbon (cấp cacbon thấp cán nguội) dùng để định hình; chúng không phải thép không gỉ, không phải thép dụng cụ, và thường không thuộc phân loại HSLA/cấp sản phẩm. Chúng được sản xuất bằng phương pháp cán nguội và ủ để đạt được hàm lượng cacbon thấp và mức tạp chất được kiểm soát, đồng đều về cấu trúc vi mô khi kéo.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Đặc tính hóa học đặc trưng của DDQ và EDDQ là hàm lượng carbon thấp và kiểm soát chặt chẽ tạp chất cũng như các nguyên tố còn sót lại. Việc hợp kim hóa vượt quá mức này là tối thiểu vì ưu tiên thiết kế là độ dẻo và khả năng kéo hơn là độ bền hoặc khả năng chống ăn mòn.

Bảng: Sự hiện diện/chiến lược định tính điển hình cho các yếu tố được liệt kê

Yếu tố	DDQ	EDDQ
C (Cacbon)	Thấp (giữ ở mức tối thiểu để tối đa hóa độ dẻo)	Rất thấp (kiểm soát chặt chẽ hơn để cải thiện khả năng tạo hình hơn nữa)
Mn (Mangan)	Trung bình (khử oxy, kiểm soát cường độ)	Trung bình (được kiểm soát để tránh độ cứng quá mức)
Si (Silic)	Thấp (còn lại; kiểm soát chất lượng bề mặt)	Thấp (kiểm soát chặt chẽ)
P (Phốt pho)	Dấu vết / giới hạn (giữ ở mức thấp để dễ uốn)	Rất thấp (giới hạn nghiêm ngặt hơn về khả năng tạo hình)
S (Lưu huỳnh)	Theo dõi (kiểm soát; kiểm soát hình dạng MnS)	Rất thấp (kiểm soát chặt chẽ để giảm thiểu các bất thường trong quá trình tôi luyện)
Cr (Crom)	Không điển hình (trừ khi có điểm cụ thể)	Không điển hình
Ni (Niken)	Không điển hình	Không điển hình
Mo (Molypden)	Không điển hình	Không điển hình
V (Vanadi)	Không điển hình	Không điển hình
Nb (Niobi)	Không điển hình	Hiếm (chỉ khi sử dụng hợp kim vi mô cho các đặc tính cụ thể)
Ti (Titan)	Có thể theo dõi (để kiểm soát hạt ở các cấp độ đặc biệt)	Có thể có dấu vết (sử dụng thận trọng)
B (Bo)	Không điển hình	Không điển hình
N (Nitơ)	Được kiểm soát (duy trì hành vi bao gồm ổn định)	Kiểm soát rất chặt chẽ (để giảm thiểu lão hóa do ứng suất trong quá trình tạo hình)

Giải thích về chiến lược hợp kim: - Hàm lượng cacbon thấp làm giảm khả năng hình thành vùng cứng martensitic, giảm thiểu sự gia tăng độ bền trong quá trình tạo hình và tăng cường độ dẻo. - Kiểm soát chặt chẽ lưu huỳnh và phốt pho, kiểm soát hình thái tạp chất (hình dạng và phân bố MnS), cải thiện độ giãn dài đồng đều và giảm hiện tượng thắt nút sớm. - Các chất phụ gia được sử dụng trong các loại thép khác (Cr, Mo, V) thường được tránh vì chúng làm tăng khả năng tôi cứng và có thể tạo ra các cấu trúc vi mô giòn cục bộ sau khi hàn hoặc làm nguội, điều này phản tác dụng đối với quá trình kéo sâu.

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

Cấu trúc vi mô điển hình: - Cả DDQ và EDDQ đều được xử lý để tạo ra một nền ferit chủ yếu với thành phần perlit mịn, phân bố đều (nếu được sản xuất từ ​​vật liệu đầu vào không phải là cacbon cực thấp). Sau khi ủ hoàn toàn và làm nguội có kiểm soát, cấu trúc vi mô thường là ferit đẳng trục với độ phân bố dải tối thiểu và cacbua mịn. - Thép EDDQ được áp dụng quy trình cán nóng và cán nguội nghiêm ngặt hơn, kiểm soát quá trình ủ và làm nguội để giảm hiện tượng tạo dải và tạo ra cấu trúc vi mô đồng nhất hơn với hình thái tạp chất được tối ưu hóa. Điều này cải thiện độ giãn dài đồng đều và độ trễ của hiện tượng thắt nút cục bộ.

Hiệu ứng xử lý nhiệt và chế biến: - Ủ hoàn toàn và kiểm soát khí quyển là tiêu chuẩn để khôi phục độ dẻo sau khi cán nguội. Nhiệt độ ủ và tốc độ làm nguội được điều chỉnh để giảm thiểu sự phát triển của hạt và hiện tượng băng dính. - Việc chuẩn hóa thường không được sử dụng cho các loại thép này vì nó làm tăng độ bền nhưng lại làm giảm độ dẻo và thường áp dụng cho các loại thép kết cấu có độ bền cao hơn. - Quá trình làm nguội và ram không áp dụng được cho DDQ/EDDQ; các phương pháp xử lý như vậy tạo ra mức độ bền không cần thiết và có hại cho quá trình kéo sâu. - Kiểm soát nhiệt cơ học trong quá trình cán nóng (ngược dòng) và lịch trình cán nguội cẩn thận được sử dụng cho EDDQ để tinh chỉnh kích thước hạt và hình thái tạp chất, giúp tăng cường hành vi tạo giới hạn.

4. Tính chất cơ học

Vì các loại này được xác định nhiều hơn theo đặc điểm chế biến và bề mặt/độ dẻo hơn là theo mức độ bền mục tiêu, nên sự khác biệt về tính chất được thể hiện tốt nhất theo hướng định tính và so sánh với nhau.

Bảng: So sánh định tính các tính chất cơ học

Tài sản	DDQ	EDDQ
Độ bền kéo	Trung bình (đủ để tạo hình và hoàn thiện các bộ phận)	Tương tự hoặc thấp hơn một chút (tối ưu hóa cho độ dẻo)
Cường độ chịu kéo	Thấp đến trung bình (để cho phép hình thành)	Thấp (được tối ưu hóa để tối đa hóa khả năng tạo hình và giảm độ đàn hồi)
Độ giãn dài	Tốt	Rất tốt (cải thiện độ giãn dài đồng đều)
Độ bền va đập	Đủ ở nhiệt độ phòng	Có thể so sánh hoặc cải thiện đôi chút do tính đồng nhất
Độ cứng	Thấp (điều kiện ủ mềm)	Thấp (ủ mềm; đôi khi mềm hơn một chút)

Vật liệu nào bền hơn/dẻo hơn/dẻo hơn và tại sao: - EDDQ thường được tối ưu hóa để có độ giãn dài đồng đều cao hơn và hệ số biến dạng dẻo giảm trong điều kiện ủ, giúp thép dễ định hình hơn khi kéo ở cường độ cực đại. Việc tối ưu hóa này thường mang lại độ bền danh nghĩa tương đương hoặc thấp hơn một chút nhưng độ dẻo dai sử dụng cao hơn. - DDQ cung cấp khả năng định hình đáng tin cậy cho việc kéo sâu tiêu chuẩn khi mức độ biến dạng ở mức trung bình; nó có thể có độ bền kéo cao hơn một chút trong khi vẫn duy trì độ giãn dài thích hợp. - Sự khác biệt về độ dẻo dai ở nhiệt độ phòng thường không đáng kể; lợi thế thực tế của EDDQ nằm ở khả năng ngăn ngừa hiện tượng thắt nút sớm và mỏng cục bộ trong các chuỗi tạo hình rất nghiêm trọng.

5. Khả năng hàn

Các yếu tố về khả năng hàn phụ thuộc vào hàm lượng carbon tương đương và khả năng tôi cứng. Hàm lượng carbon thấp và hợp kim được kiểm soát giúp cả hai loại thép này dễ hàn, nhưng sự khác biệt nhỏ về các nguyên tố còn sót lại và khả năng kiểm soát cấu trúc vi mô có thể ảnh hưởng đến khả năng nứt nguội và tôi cứng vùng HAZ.

Các công thức thực nghiệm hữu ích để đánh giá khả năng hàn bao gồm các chỉ số tương đương cacbon: - Tương đương carbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm quốc tế: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Giải thích định tính: - Cả DDQ và EDDQ đều có hàm lượng cacbon và hợp kim thấp, do đó có giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ thấp so với thép cường độ cao hoặc thép hợp kim. Điều này thường ngụ ý khả năng hàn hồ quang tốt và khả năng chống nứt nguội khi áp dụng các biện pháp gia nhiệt trước và sau hàn đúng cách. - EDDQ có thể kiểm soát chặt chẽ hơn một chút đối với các nguyên tố như lưu huỳnh và phốt pho cũng như các tạp chất sạch hơn; điều này có thể cải thiện chất lượng mối hàn và giảm nguy cơ xuất hiện các vùng giòn cục bộ, nhưng không thay đổi hoàn toàn quy trình hàn. - Nếu cấp DDQ chứa các nguyên tố hợp kim vi mô (hiếm), khả năng hàn có thể giảm thông qua khả năng làm cứng tăng; các chỉ định như vậy cần được kiểm tra từng trường hợp cụ thể bằng cách sử dụng các công thức trên và chứng chỉ vật liệu.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Thép không gỉ: DDQ và EDDQ là thép cacbon thông thường và không có khả năng chống ăn mòn vượt trội so với thép không gỉ. Các biện pháp bảo vệ tiêu chuẩn bao gồm mạ kẽm (nhúng nóng hoặc mạ điện), lớp phủ chuyển đổi, sơn, sơn tĩnh điện và lớp thụ động hóa được áp dụng sau khi tạo hình.
• Mạ kẽm thường được chỉ định cho các bộ phận ô tô và thiết bị gia dụng để cung cấp lớp bảo vệ tạm thời. Các chiến lược mạ kẽm trước và sau khi tạo hình phải được phối hợp với các thao tác kéo để tránh nứt lớp phủ; EDDQ có thể được ưu tiên khi tạo hình nghiêm trọng có nguy cơ làm gián đoạn lớp phủ hoặc khi có kế hoạch mạ sau khi tạo hình.
• Chỉ số chống gỉ (PREN) không áp dụng cho DDQ/EDDQ vì chúng không phải là hợp kim thép không gỉ. Để đầy đủ, chỉ số chống ăn mòn của thép không gỉ sẽ được tính toán thông qua: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$ nhưng điều này không liên quan đến thép kéo sâu ít cacbon thông thường.

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

• Khả năng định hình: EDDQ được thiết kế để cải thiện tỷ lệ kéo giới hạn, khả năng chống nứt và làm mỏng cục bộ tốt hơn, và khả năng đàn hồi dự đoán được tốt hơn — khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho các thao tác kéo phức tạp, nhiều giai đoạn hoặc ứng suất cao. DDQ phù hợp cho các hoạt động kéo thông thường và sản lượng mẻ lớn khi độ biến dạng ở mức trung bình.
• Cắt và dập: Cả hai loại thép này đều có khả năng dập và cắt tốt trong điều kiện ủ. Bề mặt và khả năng kiểm soát tạp chất chặt chẽ hơn của EDDQ có thể tạo ra các cạnh cắt sạch hơn và giảm thiểu sự hình thành gờ trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
• Uốn cong và viền: Hiệu suất tương tự, mặc dù EDDQ có thể có độ đàn hồi thấp hơn một chút và ít vết nứt ở cạnh hơn khi bán kính hẹp.
• Khả năng gia công và hoàn thiện bề mặt: Là thép mềm, hàm lượng carbon thấp, cả hai đều dễ gia công và có thể xử lý bề mặt theo yêu cầu. Quy trình ủ và kiểm soát bề mặt của EDDQ có thể cải thiện khả năng sơn phủ và giảm thiểu khuyết tật trên bề mặt dễ thấy.

8. Ứng dụng điển hình

DDQ – Công dụng điển hình	EDDQ – Công dụng điển hình
Tấm ốp ngoài ô tô, bản vẽ có độ sâu vừa phải	Tấm ốp bên trong ô tô và tấm ốp bên ngoài phức tạp đòi hỏi lực kéo mạnh hoặc bán kính hẹp
Vỏ và nắp thiết bị	Các thành phần thiết bị có khả năng định hình cao (chậu rửa sâu, lớp lót phức tạp)
Vỏ và tủ điện	Các thành phần yêu cầu độ mỏng rất đồng đều và độ cong tối thiểu
Các bộ phận kim loại tấm nói chung, nơi chi phí và năng suất được ưu tiên	Các bộ phận được sản xuất thông qua quá trình dập nhiều giai đoạn hoặc tạo hình hỗ trợ siêu dẻo khi cần khả năng tạo hình tối đa

Cơ sở lựa chọn: - Chọn DDQ khi hình dạng chi tiết có độ phức tạp vừa phải, khối lượng sản xuất lớn và ưu tiên kiểm soát chi phí. - Chọn EDDQ khi các bộ phận phải chịu quá trình tạo hình khắc nghiệt, hình học phức tạp hoặc khi việc giảm thiểu phế liệu do hiện tượng thắt cổ chai và hỏng hóc cục bộ là rất quan trọng mặc dù có mức phí bảo hiểm nhỏ.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí: EDDQ thường có mức phí bảo hiểm thấp hơn DDQ do quy trình kiểm soát chặt chẽ hơn, quy trình ủ và quản lý tạp chất nghiêm ngặt hơn, và đôi khi có thêm các bước hoàn thiện. Mức phí bảo hiểm thay đổi tùy theo thị trường và nhà cung cấp.
• Tính khả dụng: DDQ được sản xuất rộng rãi và có sẵn ở nhiều cỡ và bề mặt hoàn thiện; EDDQ thường có sẵn nhưng có thể hạn chế hơn ở cỡ rất lớn, xử lý bề mặt đặc biệt hoặc kích thước cuộn thích hợp tùy thuộc vào khả năng của nhà máy cán khu vực.
• Hình dạng sản phẩm: Cả hai đều có dạng cuộn, dạng dải và dạng tấm cắt theo chiều dài. Thời gian giao hàng và số lượng đặt hàng tối thiểu nên được kiểm tra với nhà cung cấp để được EDDQ đánh giá nếu cần các tiêu chí về bề mặt hoặc khả năng định hình rất cụ thể.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng: So sánh nhanh

Diện mạo	DDQ	EDDQ
Khả năng hàn	Tốt (ít carbon)	Tốt (ít carbon, tạp chất sạch hơn)
Sức mạnh-Độ dẻo dai	Độ bền vừa phải, độ dẻo dai tốt	Độ bền tương tự, độ dẻo tối ưu và độ giãn dài đồng đều
Trị giá	Thấp hơn (tiết kiệm cho nhiều ứng dụng)	Cao hơn (cao cấp cho khả năng định hình cực cao)

Khuyến nghị: - Chọn DDQ nếu ứng dụng của bạn liên quan đến việc vẽ sâu tiêu chuẩn, trong đó hình học không ở giới hạn khả năng tạo hình cực đoan, chi phí và tính khả dụng rộng rãi là mối quan tâm chính, và quy trình sơn hoặc mạ kẽm tiêu chuẩn được chấp nhận. - Chọn EDDQ nếu bộ phận yêu cầu tạo hình rất nghiêm ngặt hoặc nhiều giai đoạn, bán kính hẹp, tỷ lệ kéo giới hạn cao hoặc bạn cần giảm thiểu hiện tượng mỏng và nứt cục bộ ngay cả khi phải trả giá bằng phí vật liệu khiêm tốn và có thể có nhiều lựa chọn cung ứng hạn chế hơn.

Lưu ý cuối cùng: Việc lựa chọn thông số kỹ thuật luôn phải được xác thực bằng các thử nghiệm tạo hình hoặc mô phỏng tạo hình phần tử hữu hạn, sử dụng chứng chỉ vật liệu thực tế của nhà cung cấp (dữ liệu cơ học tấm, độ hoàn thiện bề mặt và chỉ số khả năng tạo hình được thể hiện). Khi hàn hoặc phủ tương tác với các hoạt động tạo hình, hãy phối hợp lựa chọn vật liệu với các kỹ sư quy trình để tối ưu hóa toàn bộ chuỗi giá trị (mua cuộn, tạo hình, hoàn thiện và lắp ráp).