DX51D so với DX52D – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

DX51D và DX52D là hai loại thép cacbon thấp cán nguội "DX" được sử dụng rộng rãi tại Châu Âu, thường được cung cấp dưới dạng cuộn/dải mạ kẽm nhúng nóng hoặc sơn sẵn cho các công trình xây dựng, phụ tùng ô tô và chế tạo nói chung. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và nhà hoạch định sản xuất thường xuyên phải đối mặt với một vấn đề nan giải: chọn mác thép tối đa hóa khả năng định hình cho các hoạt động dập và kéo sâu phức tạp, hay chọn mác thép mang lại độ bền cao hơn khi sản xuất và hiệu suất cạnh tốt hơn cho các bộ phận kết cấu hoặc chịu lực.

Điểm khác biệt kỹ thuật chính giữa hai loại thép này là sự cân bằng cơ học được xử lý: một loại được tối ưu hóa để dễ tạo hình và chất lượng bề mặt cao hơn một chút, trong khi loại còn lại được chỉ định để mang lại độ bền kéo và độ dẻo dai cao hơn một chút ở độ dày tương đương. Vì cả hai đều là thép hợp kim thấp, ít carbon, dùng cho các ứng dụng dải phủ, chúng thường được so sánh khi chỉ định tấm mạ kẽm, tiết diện và các bộ phận ô tô, nơi sự cân bằng giữa hiệu suất tạo hình và độ bền là rất quan trọng.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Tiêu chuẩn Châu Âu chính: EN 10346 (thép phủ nhúng nóng liên tục) — dòng DX (ví dụ: DX51D, DX52D).
• Các tiêu chuẩn và bản đồ liên quan/trước đây: EN 10142 / EN 10147 (thép cán nguội và thép mạ nhúng nóng) và các tiêu chuẩn quốc gia có thể sử dụng các nhãn tương tự.
• Tiêu chuẩn tương đương/gần tương đương quốc tế: Họ JIS SPCC/SGCC tại Nhật Bản, họ ASTM A1008/A653 (dành cho thép cán nguội phủ) tại Hoa Kỳ và nhiều ký hiệu GB của Trung Quốc (ví dụ: SGCC) — lưu ý rằng các vạch kẻ đường thẳng chỉ mang tính chất gần đúng và cần xác minh tính chất bằng giấy chứng nhận của nhà máy.
• Loại hợp kim: cả DX51D và DX52D đều là thép ít carbon, không gỉ, không dùng làm dụng cụ (thép kết cấu carbon nhẹ thông thường/thép hợp kim thấp). Chúng không được coi là HSLA theo nghĩa là thép kết cấu hợp kim vi mô có độ bền cao hơn, trừ khi nhà cung cấp bổ sung rõ ràng các nguyên tố hợp kim vi mô.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Các nhà sản xuất thép thường hạn chế hợp kim ở cấp DX để giữ chi phí và khả năng tương thích với lớp phủ ở mức thấp, đồng thời vẫn đảm bảo hiệu quả dập và phủ mong muốn. Các thành phần thương mại điển hình được kiểm soát chặt chẽ, nhưng giới hạn chính xác phụ thuộc vào thành phần hóa học của nhà máy và mục tiêu tính chất cuối cùng. Bảng dưới đây thể hiện các phạm vi điển hình tiêu biểu được sử dụng trong công nghiệp; hãy luôn kiểm tra với giấy chứng nhận nhà máy để biết vật liệu sản xuất.

Yếu tố	DX51D (trọng lượng điển hình%)	DX52D (trọng lượng điển hình%)	Ghi chú
C	0,03–0,12	0,03–0,12	Hàm lượng carbon thấp để duy trì khả năng tạo hình và khả năng hàn; mục tiêu nhiệt độ thấp hẹp hơn cho các lô kéo sâu.
Mn	0,20–0,70	0,25–0,80	Mn cung cấp độ bền và khả năng làm cứng; các lô DX52D có thể có xu hướng tăng nhẹ để tăng năng suất.
Si	0,02–0,20	0,02–0,20	Silicon được sử dụng làm chất khử oxy; giữ ở mức vừa phải để kiểm soát hiện tượng đóng cặn bề mặt và độ bám dính của lớp phủ.
P	≤ 0,025	≤ 0,025	Giữ ở mức thấp để tránh giòn và duy trì chất lượng lớp phủ.
S	≤ 0,025	≤ 0,025	Được kiểm soát để cải thiện chất lượng bề mặt và khả năng tạo hình.
Cr	thường < 0,05	thường < 0,05	Không có hợp kim cố ý trong hầu hết các lô; có thể có lượng dư nhỏ.
Ni	thường < 0,03	thường < 0,03	Chỉ theo dõi.
Mo, V, Nb, Ti, B, N	dấu vết–ppm	dấu vết–ppm	Việc bổ sung hợp kim vi mô là điều bất thường đối với các loại DX tiêu chuẩn; các đợt sản xuất đặc biệt có thể bao gồm hợp kim vi mô để kiểm soát độ bền chặt hơn.

Hợp kim ảnh hưởng đến tính chất như thế nào: - Cacbon và mangan là những nguyên tố gia cường chính; Mn hoặc C cao hơn sẽ làm tăng độ bền nhưng sẽ làm giảm khả năng tạo hình và khả năng hàn nếu quá nhiều.
- Silic, phốt pho và lưu huỳnh được kiểm soát để duy trì độ bám dính của lớp phủ và độ dẻo của bề mặt.
- Hợp kim vi mô (ví dụ, V, Nb, Ti nhỏ) không phải là đặc trưng của các loại DX tiêu chuẩn, nhưng nếu sử dụng sẽ tạo ra độ tinh xảo của hạt và năng suất cao hơn ở độ dẻo tương đương — thay đổi hành vi tạo hình và hàn.

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

Cấu trúc vi mô điển hình: - Cả hai loại đều được sản xuất dưới dạng dải cán nguội ngâm, sau đó ủ để phục hồi độ dẻo trước khi mạ kẽm hoặc sơn. Cấu trúc vi mô điển hình là ferit với một lượng nhỏ peclit; sự cân bằng chính xác giữa ferit và peclit phụ thuộc vào hàm lượng cacbon và lịch sử làm nguội. - Vì chúng được ủ và không dùng để tôi-ram nên cấu trúc vi mô tương đối thô so với thép tôi và ram.

Phản ứng xử lý và xử lý nhiệt: - Quy trình công nghiệp thông thường là khử nguội + ủ liên tục (ủ hộp hoặc ủ liên tục) sau đó mạ kẽm/sơn. Quá trình này tạo ra một nền ferit mềm, dẻo, thích hợp cho việc định hình. - Các loại thép này không được thiết kế để tôi cứng bằng phương pháp tôi và ram. Việc xử lý nhiệt để tăng cường độ bền là không thực tế và có nguy cơ làm hỏng lớp phủ. - Quá trình xử lý kiểm soát nhiệt cơ không phải là đặc trưng của các loại DX tiêu chuẩn; nếu nhà máy sử dụng phương pháp cán kiểm soát hoặc hợp kim vi mô, DX52D có thể được sản xuất với kích thước hạt mịn hơn một chút và độ bền cao hơn một chút, nhưng đây là chi tiết cụ thể cho từng sản xuất.

Hậu quả: - Các lô DX51D hướng đến khả năng định hình cao hơn có thể có ferit thô hơn một chút với ít đảo perlit hơn và độ biến dạng dư từ quá trình cán nguội thấp hơn.
- DX52D có thể được sản xuất để đạt năng suất cao hơn thông qua các điều chỉnh nhỏ về thành phần hoặc quy trình, thay đổi cân bằng ferit/perit hoặc mật độ sai lệch còn lại.

4. Tính chất cơ học

Tính chất cơ học của thép cấp DX thay đổi tùy theo độ dày, nhiệt độ và nhà cung cấp. Các giá trị dưới đây thể hiện phạm vi điển hình cho dải thép cán nguội, ủ và phủ. Luôn tham khảo chứng chỉ nhà máy của nhà cung cấp để tính toán thiết kế.

Tài sản	DX51D (điển hình)	DX52D (điển hình)
Độ bền kéo (MPa)	260–420	300–460
Giới hạn chảy (độ lệch 0,2%) (MPa)	140–320	180–350
Độ giãn dài (A%)	26–40% (tùy thuộc vào độ dày)	20–35%
Độ bền va đập (định tính)	Tốt ở nhiệt độ phòng; không được chỉ định sử dụng ở nhiệt độ đông lạnh	Tốt ở nhiệt độ phòng; hơi thấp hơn DX51D ở một số lô
Độ cứng (HB)	100–160 (phạm vi điển hình)	120–180 (phạm vi điển hình)

Giải thích: - DX52D có xu hướng được chỉ định ở mức độ bền cao hơn một chút so với DX51D; do đó, độ giãn dài và khả năng tạo hình của nó có thể giảm đôi chút.
- DX51D thường dẻo hơn và dễ tạo hình nguội hơn, do đó thích hợp cho các hoạt động kéo sâu và dập phức tạp.
- Độ bền va đập ở nhiệt độ môi trường thường được chấp nhận đối với cả hai loại; không loại nào có độ bền cao hoặc hoạt động ở nhiệt độ thấp mà không có thử nghiệm cụ thể.

5. Khả năng hàn

Cả DX51D và DX52D đều có thể hàn dễ dàng bằng các phương pháp hàn nóng chảy và hàn điện trở thông thường nhờ hàm lượng cacbon tương đương thấp. Khi đánh giá khả năng hàn, các chuyên gia thường sử dụng các chỉ số cacbon tương đương như công thức IIW và Petit.

Ví dụ công thức tính cacbon tương đương: - Tương đương carbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Công thức Petit (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 định tính: - Cả DX51D và DX52D đều thể hiện giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ thấp so với thép hợp kim cao hơn, cho thấy khả năng nứt nguội thấp và chế độ xử lý gia nhiệt trước/hàn sau đơn giản trong thực hành xưởng thông thường.
- DX51D, với cường độ mục tiêu thấp hơn một chút và lượng cacbon tương đương hiệu quả thường thấp hơn trong các lô sản xuất thông thường, nhìn chung sẽ dễ hàn hơn với nhiệt độ nung trước thấp hơn và nguy cơ hình thành vùng HAZ martensitic thấp hơn.
- Hàm lượng hợp kim hoặc Mn cao hơn một chút của DX52D có thể làm tăng đáng kể khả năng tôi cứng, do đó, đối với các mối hàn có độ dày và độ bền quan trọng, cần phải kiểm tra quy trình hàn. Luôn kiểm tra quy trình hàn và chứng chỉ nhà máy.

Ghi chú thực hành hàn: - Đối với bề mặt mạ kẽm, loại bỏ hoặc lắp kẽm tại khu vực hàn để tránh hiện tượng xốp và khói; sử dụng hệ thống thông gió và bảo vệ nhân viên phù hợp.
- Sử dụng kim loại hàn tiêu chuẩn cho thép mềm; chọn kim loại hàn có độ bền kéo phù hợp nếu yêu cầu về hiệu suất cơ học sau khi hàn.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Các loại thép DX này không phải là thép không gỉ; khả năng chống ăn mòn được đảm bảo bởi các lớp phủ bề mặt như mạ kẽm nhúng nóng (Z), mạ kẽm ủ (GA) hoặc hệ thống sơn hữu cơ. Thành phần thép nền không mang lại khả năng chống ăn mòn đáng kể trong khí quyển.
• Khi so sánh DX51D với DX52D, hành vi ăn mòn về cơ bản là giống hệt nhau khi được phủ giống hệt nhau—sự khác biệt bắt nguồn từ loại lớp phủ, độ dày và khả năng bảo vệ cạnh chứ không phải là thành phần hóa học cơ bản.
• PREN không áp dụng cho các loại thép không gỉ này; đối với hợp kim không gỉ, người ta sẽ sử dụng: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$
• Hướng dẫn lựa chọn lớp phủ: HDG dùng cho lớp vỏ công trình ngoài trời và bảo vệ chống ăn mòn nói chung; mạ kẽm để tăng độ bám dính cho sơn và lớp phủ trên cùng của ô tô; được sơn sẵn để tăng tính thẩm mỹ cho kiến ​​trúc với lớp xử lý nền phù hợp.

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

• Khả năng định hình/uốn cong: DX51D thường mang lại hiệu suất kéo sâu, tạo hình kéo giãn và uốn phức tạp vượt trội nhờ giới hạn chảy thấp hơn một chút và độ dẻo cao hơn. DX52D, do mục tiêu giới hạn chảy và độ bền cao hơn, có thể bị đàn hồi nhiều hơn và yêu cầu kiểm soát dụng cụ chặt chẽ hơn.
• Cắt và đột lỗ: Cả hai loại đều gia công tương tự nhau; DX52D có thể bị mài mòn dụng cụ nhiều hơn ở những nơi có độ bền cao hơn. Sử dụng dụng cụ sắc bén và khoảng hở thích hợp cho các lỗ đột.
• Khả năng gia công: Hàm lượng carbon thấp mang lại khả năng gia công tốt; không cần dụng cụ đặc biệt nào ngoài việc sử dụng thép mềm thông thường. Lớp phủ có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ dụng cụ và cần sử dụng chất làm mát hoặc lớp phủ dụng cụ khác.
• Hoàn thiện bề mặt: Đối với các ứng dụng được sơn hoặc phủ trước, giới hạn tạo hình cũng được điều chỉnh bởi độ dẻo của lớp phủ — hãy chọn loại có hệ thống phủ tương thích và giới hạn tạo hình danh nghĩa.

8. Ứng dụng điển hình

DX51D – Công dụng điển hình	DX52D – Công dụng điển hình
Tấm ốp bên trong ô tô, tấm ốp thân xe không chịu lực (bản vẽ sâu)	Các thành phần kết cấu ô tô cần có độ bền cao hơn (thanh ray bên trong, cốt thép)
Mái nhà, tấm ốp, hàng hóa chứa nước mưa (tấm phủ)	Mặt tiền kết cấu, xà gồ, nơi cần độ cứng/cường độ cao hơn
Vỏ thiết bị, ống dẫn HVAC, kệ	Các phần được tạo hình nguội, khung kết cấu nhẹ, các cấu hình
Tấm kiến ​​trúc được sơn trước yêu cầu bán kính định hình chặt chẽ	Các ứng dụng đòi hỏi ứng suất cho phép cao hơn trong các thước đo mỏng hơn

Cơ sở lựa chọn: - Chọn DX51D khi cần tạo hình rộng (kéo sâu, uốn cong chặt) và hoàn thiện bề mặt, và khi tải trọng thiết kế ở mức trung bình.
- Chọn DX52D khi bạn cần độ bền kéo/giới hạn chảy cao hơn (cho phép đo lường nhẹ hơn hoặc tăng khả năng chịu tải) và quá trình tạo hình ở mức vừa phải thay vì cực độ.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Cả hai loại đều được sản xuất rộng rãi và thường có sẵn ở dạng cuộn, tấm cắt theo chiều dài và cuộn xẻ rãnh. Tính khả dụng có thể khác nhau tùy theo khu vực và loại lớp phủ.
• Chi phí tương đối: DX51D thường rẻ hơn DX52D một chút vì vật liệu mục tiêu có độ bền thấp hơn dễ sản xuất hơn và phổ biến hơn cho dải phủ thông thường. DX52D có thể thu hút mức phí bảo hiểm nhỏ tùy thuộc vào nhu cầu về độ bền cao hơn hoặc dung sai cơ học chặt chẽ hơn.
• Thời gian giao hàng: Cuộn thép khổ tiêu chuẩn mạ kẽm và sơn sẵn thường có sẵn trong kho. Các lô hàng đặt làm riêng hoặc độ dày/trọng lượng lớp phủ khác thường sẽ mất nhiều thời gian hơn.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Thuộc tính	DX51D	DX52D
Khả năng hàn	Tuyệt vời (dễ hơn một chút)	Tuyệt vời (cần chú ý khi hàn dày hơn, có độ kiềm chế cao)
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Độ bền thấp hơn, độ dẻo/khả năng tạo hình cao hơn	Độ bền cao hơn, độ dẻo thấp hơn một chút
Trị giá	Thấp hơn một chút (mục đích chung chung)	Cao hơn một chút (mục tiêu sức mạnh cao hơn)

Chọn DX51D nếu: - Quá trình sản xuất của bạn yêu cầu phải có bản vẽ sâu, bán kính hẹp hoặc tạo hình kéo giãn rộng và cần độ dẻo tối đa cho hình dạng của bộ phận.
- Ứng dụng ưu tiên chất lượng bề mặt để sơn hoặc hoàn thiện kiến ​​trúc có thể nhìn thấy được.
- Bạn ưu tiên giá vật liệu thấp hơn một chút và nguồn hàng có sẵn rộng rãi.

Chọn DX52D nếu: - Bạn cần tăng nhẹ độ bền kéo hoặc độ dẻo để giảm cỡ hoặc tăng khả năng chịu tải trong khi vẫn giữ được khả năng tạo hình hợp lý.
- Các bộ phận được tạo hình vừa phải nhưng được hưởng lợi từ độ cứng hoặc hiệu suất cạnh được cải thiện khi lắp ráp.
- Bạn cần một vật liệu cho phép thiết kế các chi tiết nhẹ hơn mà không cần chuyển sang hợp kim HSLA có chi phí cao hơn.

Lưu ý thực tế cuối cùng: DX51D và DX52D là họ hàng gần; việc lựa chọn cuối cùng nên dựa trên chứng chỉ nhà máy của nhà cung cấp cung cấp các giá trị hóa học và cơ học chính xác, các chi tiết thử nghiệm hoặc thử nghiệm tạo hình cho hình dạng sản xuất, và chứng nhận quy trình hàn khi mối hàn có yêu cầu nghiêm ngặt. Hãy sử dụng các phạm vi số và hướng dẫn định tính ở trên làm điểm khởi đầu và kiểm tra với chế tạo mẫu trước khi đưa vào sản xuất hàng loạt.