DP780 so với DP980 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

Thép hai pha DP780 và DP980 là loại thép cường độ cao tiên tiến (AHSS) được sử dụng rộng rãi, được quy định theo mức độ bền kéo tối thiểu (lần lượt là khoảng 780 MPa và 980 MPa). Các kỹ sư, quản lý mua sắm và nhà lập kế hoạch sản xuất thường cân nhắc các yếu tố cạnh tranh — độ bền so với khả năng định hình, chi phí so với hiệu suất, khả năng hàn so với khả năng chịu va đập yêu cầu — khi lựa chọn giữa các cấp thép này.

Điểm khác biệt kỹ thuật cốt lõi giữa DP780 và DP980 nằm ở chế độ cường độ kéo/giới hạn chảy mục tiêu: DP980 được điều chế và xử lý để đạt được mức cường độ kéo cao hơn đáng kể so với DP780, điều này ảnh hưởng đến quá trình hợp kim hóa, gia công, khả năng tôi và ứng xử sau đó. Vì cả hai loại đều được xác định theo tính chất (thay vì một thành phần hóa học cố định duy nhất), chúng thường được so sánh trong các linh kiện ô tô kết cấu, bộ phận an toàn và các ứng dụng khác, nơi việc tối ưu hóa tỷ lệ cường độ/trọng lượng là rất quan trọng.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Các tài liệu quốc tế và công nghiệp phổ biến bao gồm thép hai pha (DP) và cấp độ đặc tính AHSS bao gồm:
• Dòng EN 10149 (Thép cường độ cao cán nóng và cán nguội Châu Âu dùng để tạo hình nguội)
• Các thông số kỹ thuật liên quan đến AHSS của JIS (tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản)
• GB/T (tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc) cho thép ô tô cường độ cao
• Bảng dữ liệu sản phẩm của OEM và nhà sản xuất thép (ví dụ: tiêu chuẩn từ các nhà sản xuất ô tô)
• Phân loại: DP780 và DP980 là thép hợp kim thấp cường độ cao và thuộc nhóm AHSS (thép hai pha). Chúng không phải là thép không gỉ, thép dụng cụ hay thép cacbon cổ điển theo nghĩa thông số kỹ thuật đơn năng; chúng được hợp kim hóa/xử lý để đạt được cấu trúc vi mô hai pha ferit-martenxit với độ bền được cải thiện và độ dẻo hợp lý.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Lưu ý: Cấp DP dựa trên đặc tính; thành phần hóa học thay đổi tùy theo nhà cung cấp và quy trình sản xuất. Bảng dưới đây cung cấp phạm vi điển hình (wt%) thường thấy trong các sản phẩm DP780 và DP980 thương mại.

Yếu tố	DP780 (khối lượng điển hình%)	DP980 (khối lượng điển hình%)
C	0,06 – 0,12	0,08 – 0,18
Mn	1,2 – 2,0	1,3 – 2,5
Si	0,2 – 0,6	0,2 – 0,6
P	≤ 0,025 (vết)	≤ 0,025 (vết)
S	≤ 0,01 (vết)	≤ 0,01 (vết)
Cr	0 – 0,30	0 – 0,30
Ni	0 – 0,50	0 – 0,50
Mo	0 – 0,20	0 – 0,25
V	0 – 0,10	0 – 0,15
Lưu ý	0 – 0,06	0 – 0,06
Ti	0 – 0,05	0 – 0,05
B	0 – 0,002	0 – 0,002
N	≤ 0,02	≤ 0,02

Hợp kim ảnh hưởng đến tính chất như thế nào: - Cacbon và mangan là những yếu tố chính tạo nên độ bền; hàm lượng cacbon cao làm tăng độ bền kéo và độ bền chảy nhưng làm giảm khả năng hàn và độ dẻo. - Silic được sử dụng để tăng cường độ bền thông qua dung dịch rắn và ngăn chặn sự hình thành cacbua trong quá trình ủ liên tục, hỗ trợ sự hình thành martensite. - Các nguyên tố hợp kim vi mô (V, Nb, Ti) làm mịn kích thước hạt, thúc đẩy quá trình gia cường kết tủa và tăng khả năng tôi cứng với tổn thất độ dẻo tối thiểu. - Mo, Cr và Ni điều chỉnh độ cứng và độ dẻo dai; việc bổ sung vừa phải có thể tạo ra mục tiêu có độ bền cao hơn (DP980) mà không cần quá nhiều cacbon. - Bo ở mức ppm có thể cải thiện khả năng tôi luyện và giảm nhu cầu sử dụng hàm lượng carbon cao hơn.

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

Cấu trúc vi mô điển hình: - Cả DP780 và DP980 đều hướng đến cấu trúc vi mô hai pha bao gồm ma trận ferit dẻo chứa một phần được kiểm soát của các đảo martensite cứng hơn. Phần martensite và sự phân bố cacbon quyết định độ bền và độ dẻo. - DP780 thường có thành phần martensite thấp hơn DP980 và/hoặc độ cứng martensite thấp hơn, mang lại sự cân bằng cao hơn giữa độ dẻo và khả năng tạo hình. - DP980 đạt được mức độ kéo cao hơn bằng cách tăng thành phần martensite, tăng độ cứng martensite (bằng cách tăng hàm lượng cacbon trong martensite) hoặc kết hợp giữa hợp kim vi mô và chế biến để tăng khả năng tôi cứng.

Các tuyến chế biến và xử lý nhiệt: - Xử lý nhiệt cơ học có kiểm soát (TMCP) và ủ liên tới hạn, sau đó làm nguội có kiểm soát là các phương pháp sản xuất phổ biến cho thép DP. Ủ liên tới hạn khai thác trường hai pha austenit-ferit để phân tách cacbon và sau đó làm nguội để tạo thành martensite trong các vùng austenit hóa. - Chuẩn hóa hoặc làm nguội & ram là những phương pháp công nghiệp ít phổ biến hơn đối với DP AHSS vì chúng hướng tới cấu trúc martensitic hoàn toàn hoặc ram; cấu trúc vi mô hai pha yêu cầu austenit hóa một phần được kiểm soát. - Đối với DP980, nhà cung cấp có thể áp dụng nhiệt độ tới hạn cao hơn một chút, tốc độ làm nguội khác nhau hoặc hợp kim vi mô bổ sung để tăng khả năng tôi cứng và tạo ra thành phần martensite cần thiết mà không có lượng cacbon dư thừa.

4. Tính chất cơ học

Bảng sau đây trình bày các phạm vi tính chất cơ học điển hình; giá trị thực tế phụ thuộc vào quy trình và nhà cung cấp và được chỉ định bởi bảng dữ liệu sản phẩm hoặc yêu cầu của người mua.

Tài sản	DP780 (điển hình)	DP980 (điển hình)
Độ bền kéo (Rm)	~760 – 820 MPa (Danh định 780 MPa)	~940 – 1000+ MPa (Danh định 980 MPa)
Giới hạn chảy (Rp0.2)	~420 – 560 MPa	~600 – 820 MPa
Độ giãn dài tổng thể (A%)	~12 – 20%	~8 – 16%
Độ bền va đập (phụ thuộc vào nhiệt độ và cấu trúc vi mô)	Trung bình — thường cao hơn DP980 ở cùng độ dày	Thấp hơn DP780 khi cả hai đều được xử lý để có độ bền tối đa; quá trình chuyển đổi dẻo-giòn và hành vi HAZ phụ thuộc mạnh vào hóa học và nhiệt đầu vào
Độ cứng (HB)	Trung bình (thường thấp hơn DP980)	Cao hơn (phản ánh thành phần martensite và độ cứng cao hơn)

Giải thích: - DP980 bền hơn (độ bền kéo và độ dẻo cao hơn) nhưng nhìn chung kém dẻo hơn và khó uốn hơn trong quá trình tạo hình so với DP780. - Sự khác biệt về độ dẻo dai phụ thuộc vào độ dày, quá trình ram và chế biến; khả năng làm cứng cao hơn và hàm lượng martensite trong DP980 có thể khiến nó nhạy cảm hơn với chế độ gãy giòn trừ khi quá trình hợp kim hóa vi mô và kiểm soát quy trình được tối ưu hóa.

5. Khả năng hàn

Các yếu tố liên quan đến khả năng hàn phụ thuộc vào độ tương đương cacbon và độ tôi. Hai chỉ số thực nghiệm thường được sử dụng là độ tương đương cacbon ($CE_{IIW}$) và $P_{cm}$:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Giải thích định tính: - Hàm lượng cacbon và hợp kim cao hơn trong DP980 thường làm tăng $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ so với DP780, cho thấy khả năng tôi luyện cao hơn và nguy cơ nứt nguội cao hơn ở vùng HAZ sau khi hàn. - Hợp kim vi mô (Nb, V, Ti) và bo có thể ảnh hưởng đáng kể đến khả năng tôi mà không làm tăng đáng kể $CE_{IIW}$, do đó một số loại thép DP có độ bền cao vẫn có thể hàn được khi gia nhiệt trước, kiểm soát nhiệt đầu vào và vật tư tiêu hao thích hợp. - Đối với hàn sản xuất, DP780 thường cho phép các thông số hàn linh hoạt hơn, làm nóng trước ít hơn và giảm nguy cơ nứt vùng HAZ so với DP980. DP980 thường yêu cầu kiểm soát chặt chẽ hơn: đầu vào nhiệt thấp hơn để hạn chế chiều rộng vùng HAZ, kiểm soát làm nóng trước/chuyển tiếp và vật tư tiêu hao phù hợp để tránh độ cứng quá mức ở vùng HAZ.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• DP780 và DP980 là thép cacbon/hợp kim (không phải thép không gỉ); khả năng chống ăn mòn vốn có bị hạn chế. Các chiến lược bảo vệ điển hình là:
• Mạ kẽm nhúng nóng (thường dùng trong các bộ phận thân xe ô tô)
• Mạ điện, lớp phủ hữu cơ và hệ thống song công (kẽm + sơn)
• Lớp phủ chuyển đổi phosphate và lớp phủ điện phân trước khi sơn
• Các chỉ số đặc trưng của thép không gỉ như PREN không áp dụng được cho DP780/DP980 vì hàm lượng crom và molypden quá thấp để tạo ra lớp màng thụ động chống ăn mòn.
• Nếu một bộ phận yêu cầu khả năng chống chịu tác động lâu dài của khí quyển, biển hoặc hóa chất, thì nên chọn dung dịch thép không gỉ hoặc hợp kim chống ăn mòn chuyên dụng thay vì thép DP mạ kẽm.

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

• Khả năng định hình: DP780 có khả năng định hình vượt trội (kéo giãn, uốn cong, kéo sâu) so với DP980, nhờ tỷ lệ giới hạn chảy/kéo thấp hơn và tỷ lệ thể tích martensite thấp hơn. DP780 giúp kiểm soát độ đàn hồi dễ dàng hơn.
• Uốn và dập: DP980 có độ bền cao hơn đòi hỏi nhiều lực hơn và kiểm soát hình dạng dụng cụ chặt chẽ hơn để tránh nứt, cắt gờ và mài mòn dụng cụ.
• Khả năng gia công: cả hai loại thép này đều khó gia công hơn thép cacbon thấp; DP980 có tính mài mòn cao hơn và sẽ làm tăng độ mòn dụng cụ và lực cắt so với DP780. Khuyến nghị sử dụng dụng cụ cacbua, độ cứng cao hơn và tốc độ/bước tiến dao được tối ưu hóa.
• Mở rộng lỗ và kéo giãn cạnh: DP780 thường có độ dẻo cạnh tốt hơn; DP980 cần được cắt và xử lý cạnh cẩn thận nếu cần mở rộng hoặc kéo giãn các cạnh.

8. Ứng dụng điển hình

DP780 — Công dụng điển hình	DP980 — Công dụng điển hình
Các thành phần kết cấu ô tô (trụ B, thanh ngang) cần cân bằng giữa độ bền và khả năng tạo hình	Các bộ phận gia cố kết cấu cần có độ bền tối đa để giảm trọng lượng (dầm gia cố, cốt thép chịu tải trọng cao)
Hộp va chạm và các phần hấp thụ năng lượng trong đó độ dẻo hỗ trợ kiểm soát biến dạng	Hệ thống treo và khung gầm chịu tải trọng tĩnh/động cao
Khung ghế, phần gia cố và phần đóng dấu yêu cầu độ bền vừa phải và khả năng định hình tốt	Các kết cấu gia cố dập nguội, các thành phần cường độ cao được hàn/bu lông ở những nơi trọng lượng tối thiểu là rất quan trọng
Các bộ phận dùng để mạ kẽm và sơn bằng dây chuyền tạo hình thông thường	Các ứng dụng yêu cầu tiết diện nhỏ hơn hoặc biên độ an toàn cao hơn, trong đó DP980 cho phép giảm cỡ

Cơ sở lựa chọn: - Chọn DP780 khi độ phức tạp khi tạo hình, quản lý năng lượng va chạm hoặc độ dẻo cạnh được ưu tiên; nó thường cho phép chế tạo dụng cụ đơn giản hơn và tỷ lệ loại bỏ thấp hơn. - Chọn DP980 khi yếu tố chính là tỷ lệ độ bền trên trọng lượng tối đa, cho phép làm mỏng kích thước và giảm khối lượng, với điều kiện là các biện pháp kiểm soát sản xuất làm giảm khả năng tạo hình và khả năng hàn.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí tương đối: DP980 thường có giá cao hơn DP780 do nhu cầu xử lý cao hơn, kiểm soát chặt chẽ hơn về hóa học và cấu trúc vi mô, và việc xử lý vi hợp kim có thể tốn kém hơn. Giá cả thay đổi tùy theo nhà cung cấp, khối lượng đặt hàng và dạng sản phẩm.
• Tính khả dụng theo dạng sản phẩm: cả hai loại thép này đều được cung cấp rộng rãi từ các nhà sản xuất thép lớn dưới dạng cuộn, tấm và dập cho chuỗi cung ứng ô tô. Các tấm dày hơn hoặc vật liệu đặc biệt của DP980 có thể có nguồn cung hạn chế hơn DP780 ở một số khu vực; bộ phận mua sắm cần xác nhận thời gian giao hàng và chất lượng sản phẩm cho các ứng dụng quan trọng.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Cấp	Khả năng hàn	Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Chi phí tương đối
DP780	Khả năng hàn tốt hơn; khả năng phát sinh CE và HAZ thấp hơn trong các hóa chất thông thường	Cân bằng: độ dẻo tốt, độ bền trung bình-cao, độ dai thuận lợi	Thấp hơn
DP980	Hàn đòi hỏi khắt khe hơn (CE/khả năng tôi luyện cao hơn); yêu cầu kiểm soát chặt chẽ hơn	Độ bền cao hơn, độ dẻo thấp hơn; độ dẻo dai phụ thuộc vào hợp kim/quy trình chế biến	Cao hơn

Khuyến nghị: - Chọn DP780 nếu bạn cần vật liệu có độ bền cao với khả năng định hình tốt hơn và hàn đơn giản hơn hoặc nếu bộ phận có cấu tạo dập phức tạp, tỷ lệ giãn nở cao hoặc yêu cầu giãn nở cạnh chặt. - Chọn DP980 nếu giới hạn chịu kéo và giới hạn chảy tối đa là những hạn chế thiết kế quan trọng nhất và bạn có thể đáp ứng các điều khiển tạo hình, hàn và gia công nghiêm ngặt hơn — hoặc nếu việc giảm trọng lượng thông qua việc giảm cỡ là rất quan trọng và được xác nhận trong quy trình và hiệu suất va chạm.

Lưu ý cuối cùng: Vì cấp DP dựa trên hiệu suất, hãy luôn tham khảo bảng dữ liệu của nhà cung cấp cụ thể, chạy thử nghiệm chất lượng vật liệu về hiệu suất tạo hình, hàn và va đập, và xác nhận rằng biến thể nhiệt cơ học đã chọn đáp ứng các mục tiêu về chức năng, sản xuất và chi phí của bộ phận.