DX51D+Z so với DX51D+ZF – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

DX51D+Z và DX51D+ZF là hai loại thép cacbon thấp cán nguội có mối quan hệ mật thiết, được sử dụng rộng rãi cho các sản phẩm phẳng phủ trong ngành công nghiệp ô tô, thiết bị gia dụng và xây dựng. Vấn đề nan giải trong lựa chọn thực tế đối với các kỹ sư và đội ngũ mua sắm thường tập trung vào việc cân bằng giữa khả năng chống ăn mòn và khả năng sơn phủ với khả năng định hình và chi phí, cũng như việc lựa chọn hóa chất phủ phù hợp nhất với quy trình ghép nối và hoàn thiện. Cả hai ký hiệu đều xác định cùng một cấp vật liệu nền DX51D; sự khác biệt quan trọng nằm ở loại và đặc tính luyện kim của lớp phủ gốc kẽm được áp dụng cho tấm.

Bài viết này so sánh hai lựa chọn theo tiêu chuẩn, thành phần, cấu trúc vi mô và phản ứng xử lý nhiệt, tính chất cơ học, khả năng hàn, hiệu suất chống ăn mòn, hành vi chế tạo, ứng dụng thông thường và các cân nhắc về mua sắm để hỗ trợ các quyết định lựa chọn sáng suốt.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• EN: DX51D được định nghĩa là cấp nền trong EN 10346 (sản phẩm thép phẳng được phủ nhúng nóng liên tục) và các tiêu chuẩn EN liên quan dành cho sản phẩm cán nguội được sử dụng làm nền cho lớp phủ.
• JIS/ASTM/ASME/GB: Các loại thép cán nguội ít carbon tương đương tồn tại trong các tiêu chuẩn khác (ví dụ, họ DC01/DC03 trong danh pháp EN/ISO hoặc thép cán nguội nhẹ trong JIS/ASTM), nhưng DX51D chỉ ra các ký hiệu lớp phủ EN cụ thể.
• Ký hiệu lớp phủ:
• +Z biểu thị lớp phủ kẽm kim loại (lớp kẽm mạ kẽm nhúng nóng).
• +ZF biểu thị lớp phủ hợp kim kẽm-sắt (lớp bề mặt giàu kim loại liên kết kẽm-sắt được tạo ra thông qua quá trình hợp kim hóa/khuếch tán trong quá trình nhúng nóng, thường được gọi là lớp phủ kẽm-sắt).
• Phân loại: Vật liệu nền DX51D là thép cacbon cán nguội, hàm lượng cacbon thấp (không phải thép không gỉ, không phải HSLA, không phải thép dụng cụ).

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Vật liệu nền DX51D là thép cán nguội hợp kim thấp, hàm lượng carbon thấp, được thiết kế để có khả năng định hình tốt và độ bền sau khi phủ. Phạm vi thành phần điển hình được cố ý giảm hàm lượng hợp kim; giá trị chính xác phụ thuộc vào nhà sản xuất và độ dày dải. Bảng sau đây tóm tắt các phạm vi điển hình mang tính đại diện thay vì giới hạn nghiêm ngặt — hãy luôn kiểm tra chứng chỉ vật liệu của nhà cung cấp để biết số liệu chính xác.

Yếu tố	Điển hình (wt%) — Chất nền DX51D (đại diện)
C	lên đến ~0,12 (thường là 0,03–0,12)
Mn	~0,20–0,80
Si	theo dõi đến ~0,30 (thường là 0,01–0,30)
P	dấu vết, ≤0,04 (thường là ≤0,035)
S	dấu vết, ≤0,03–0,04
Cr	không cố ý thêm vào (dấu vết)
Ni	không cố ý thêm vào (dấu vết)
Mo	không cố ý thêm vào (dấu vết)
V	không cố ý thêm vào (dấu vết)
Lưu ý	không cố ý thêm vào (dấu vết)
Ti	không cố ý thêm vào (dấu vết)
B	không cố ý thêm vào (dấu vết)
N	thấp, được kiểm soát (mức ppm)

Ghi chú: - DX51D có hàm lượng hợp kim thấp một cách cố ý; hiệu suất cơ học của nó chủ yếu đến từ quá trình khử nguội, làm cứng biến dạng và các chu trình phủ/ủ thay vì bổ sung đáng kể hợp kim. - Hóa học lớp phủ khác nhau: sản phẩm +Z mang một lớp kẽm kim loại chủ yếu; sản phẩm +ZF mang một lớp hợp kim kẽm-sắt được hình thành bằng cách khuếch tán/ủ sau khi mạ kẽm nhúng nóng. Vi hóa học lớp phủ (liên kim Zn so với Zn-Fe) là sự khác biệt cốt lõi về mặt luyện kim và ảnh hưởng mạnh mẽ đến độ cứng bề mặt, độ bám dính và đặc tính sau xử lý.

Hợp kim ảnh hưởng đến tính chất như thế nào: - Cacbon và mangan kiểm soát độ bền và khả năng làm cứng của thép cơ bản; giữ hàm lượng cacbon thấp giúp duy trì khả năng tạo hình và hàn. - Silic và phốt pho ảnh hưởng đến quá trình khử oxy bề mặt và hành vi năng suất; mức độ thấp được kiểm soát giúp tránh hiện tượng giòn. - Việc không có hợp kim mạnh làm giảm khả năng tôi luyện; các loại thép này dễ hàn và dễ định hình nhưng có tiềm năng hạn chế về khả năng tăng cường độ xuyên suốt qua quá trình xử lý nhiệt.

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

Cấu trúc vi mô (điển hình): - DX51D cán nguội: nền ferit với các hạt dài phân tán và cấu trúc lệch pha được tôi cứng. Sau khi ủ liên tục (thường dùng cho tấm phủ), cấu trúc vi mô phần lớn là ferit tái kết tinh với kích thước hạt mịn được điều chỉnh để đạt độ dẻo. - Ảnh hưởng của lớp phủ: Quá trình nhúng nóng tạo ra lớp phủ và trong trường hợp +ZF, bước hợp kim hóa/ủ tiếp theo thúc đẩy quá trình khuếch tán giữa kẽm và sắt để tạo thành kim loại liên kết Zn–Fe (ví dụ, pha zeta, delta) tại giao diện lớp phủ/chất nền.

Hiệu ứng xử lý nhiệt/xử lý: - Ủ kết tinh lại: khôi phục độ dẻo trong chất nền và ảnh hưởng đến độ bám dính của lớp phủ; ủ liên tục tiêu chuẩn được sử dụng trước khi phủ tạo ra ferit mềm, dẻo. - Chuẩn hóa/làm nguội & ram: không điển hình đối với DX51D; hàm lượng hợp kim thấp hạn chế khả năng làm cứng, do đó các tuyến HT thông thường được sử dụng cho HSLA hoặc thép tôi thường không được áp dụng. - Xử lý nhiệt cơ học: các sửa đổi trong hồ sơ ủ và khử nguội có thể điều chỉnh các kết hợp giới hạn chảy/kéo và giá trị r (tỷ lệ biến dạng dẻo) quan trọng đối với hiệu suất tạo hình, nhưng chất nền vẫn là thép ferit hợp kim thấp.

4. Tính chất cơ học

Tính chất cơ học của DX51D được phủ phụ thuộc vào độ dày, quá trình khử nguội và ủ cuối cùng. Bản thân lớp phủ đóng góp rất ít vào các giá trị cơ học khối nhưng có ảnh hưởng đến các phản ứng liên quan đến bề mặt (ví dụ: nứt lớp phủ trong quá trình tạo hình). Các phạm vi tính chất điển hình được đưa ra để đại diện; hãy kiểm tra giấy chứng nhận nhà máy cho các lô sản xuất.

Tài sản	Phạm vi điển hình (chất nền DX51D, đại diện)
Độ bền kéo (tương tác Rp0.2–Rm)	~270–410 MPa
Giới hạn chảy (Rp0.2)	~140–300 MPa
Độ giãn dài (A%)	~20–35%
Độ bền va đập (nhiệt độ phòng)	Không được chuẩn hóa; thường tốt cho thép mềm; phụ thuộc vào độ dày và cấu trúc vi mô
Độ cứng	Thấp đến trung bình; giá trị HV điển hình tương quan với phạm vi kéo và công việc lạnh

Cái nào mạnh hơn/cứng hơn/dẻo hơn: - Chất nền DX51D quyết định lớp vỏ cơ học; lớp phủ +Z và +ZF không làm thay đổi đáng kể giá trị độ bền kéo hoặc giá trị giới hạn chảy. - Độ dẻo và khả năng định hình của vật liệu nền về cơ bản là như nhau — sự khác biệt về khả năng định hình thực tế phụ thuộc vào độ dẻo và độ bám dính của lớp phủ. Lớp phủ kẽm nguyên chất (+Z) thường dẻo hơn trong quá trình định hình khắc nghiệt so với lớp phủ hợp kim giàu sắt (+ZF), loại có thể cứng hơn một chút và dễ bị phân mảnh lớp phủ hơn khi biến dạng cực đại.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn chủ yếu phụ thuộc vào lượng cacbon tương đương của vật liệu nền và vào trạng thái của lớp phủ trong quá trình hàn.

Chỉ số khả năng hàn chung: - Carbon tương đương (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (độ nhạy nứt hàn): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Giải thích định tính: - Chất nền DX51D có hàm lượng cacbon và hợp kim thấp, tạo ra giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ thấp — do đó, bản thân chất nền có thể dễ dàng hàn bằng các phương pháp hàn nóng chảy và hàn điện trở tiêu chuẩn. - Hiệu ứng phủ: - +Z (kẽm) bốc hơi và có thể gây ra khói kẽm, rỗ khí và cắt rãnh nếu không được loại bỏ tại chỗ hoặc nếu các thông số hàn không được điều chỉnh; cần phải kiểm soát thông gió và khói. - Lớp phủ +ZF (hợp kim kẽm-sắt) có xu hướng giàu sắt hơn và bám dính chắc hơn; chúng tạo ra ít khói hơn và dễ hàn hơn mà không cần dải trước, và chúng thường làm giảm độ xốp so với lớp phủ kẽm nguyên chất. - Hàn điện trở: Điện trở của lớp phủ ảnh hưởng đến khả năng hàn điểm. Lớp phủ kẽm có thể làm giảm tuổi thọ điện cực và thay đổi dòng điện hàn. Lớp phủ mạ kẽm hoặc ZF thường cho kết quả hàn điểm đồng đều hơn do bề mặt ổn định hơn. - Chuẩn bị trước khi hàn (tẩy hoặc sử dụng các thông số thích hợp) giúp giảm thiểu các vấn đề liên quan đến lớp phủ khi hàn.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả DX51D+Z và DX51D+ZF đều không phải là thép không gỉ; khả năng chống ăn mòn phụ thuộc vào loại lớp phủ và độ dày.
• +Z (kẽm): cung cấp lớp bảo vệ điện hóa hy sinh — kẽm chủ yếu bị ăn mòn, bảo vệ thép tiếp xúc tại các vết xước và cạnh cắt. Các lớp kẽm nguyên chất thường dẻo hơn và cung cấp lớp bảo vệ hy sinh mạnh mẽ.
• +ZF (hợp kim kẽm-sắt): lớp hợp kim cung cấp khả năng bảo vệ tốt và độ bám dính của sơn được cải thiện do bề mặt hoạt động nhiều hơn với oxit và địa hình gồ ghề hơn; thường tốt hơn cho khả năng sơn phủ và độ bền khi nung.
• Công thức PREN (trường hợp sử dụng thép không gỉ): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Chỉ số này không áp dụng cho các sản phẩm DX51D vì chúng là thép cacbon thấp không gỉ.
• Ý nghĩa thực tiễn:
• Đối với khả năng chống ăn mòn ở cạnh trần hoặc cạnh cắt, +Z thường vượt trội hơn do có tính chất hy sinh.
• Đối với các hệ thống sơn/phủ, trong đó tuổi thọ sơn và khả năng nung là yếu tố quan trọng, +ZF thường mang lại độ bám dính sơn tốt hơn và giảm nguy cơ bong tróc, giúp cải thiện tuổi thọ của hệ thống.

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

• Hình thành:
• Lớp phủ +Z (kẽm kim loại) thường dễ gia công hơn khi kéo sâu và tạo hình mạnh vì lớp phủ mềm hơn và dẻo hơn; ít có nguy cơ nứt lớp phủ có thể nhìn thấy được.
• +Lớp phủ ZF cứng hơn và giòn hơn ở bề mặt và có thể tạo ra các vết nứt nhỏ trong quá trình uốn cong chặt hoặc tạo hình kéo giãn; tuy nhiên, các vết nứt này thường được liên kết chặt chẽ và ít nhìn thấy hơn sau khi sơn.
• Cắt và xén: loại lớp phủ ảnh hưởng đôi chút đến sự hình thành gờ và độ mài mòn của dụng cụ. Lớp phủ +ZF có thể làm tăng độ mài mòn của dụng cụ so với lớp phủ +Z.
• Khả năng gia công: cả hai đều giống như thép mềm; cần xem xét lớp phủ để tránh bám phoi và bám bẩn dụng cụ.
• Hoàn thiện: +ZF mang lại độ bám dính sơn tốt hơn và khả năng tương thích với lớp phủ điện và chu trình nung ở nhiệt độ cao; +Z có thể yêu cầu xử lý trước cụ thể để sơn có hiệu suất tối ưu.
• Xử lý và lưu trữ: cả hai đều yêu cầu các biện pháp phòng ngừa tiêu chuẩn để tránh hư hỏng cơ học cho lớp phủ; +Z có thể có nhiều vết xước dễ thấy hơn (nhưng lớp bảo vệ hy sinh vẫn giữ được hiệu suất chống ăn mòn), trong khi hư hỏng +ZF có thể tối hơn và bám dính hơn.

8. Ứng dụng điển hình

DX51D+Z (kẽm)	DX51D+ZF (hợp kim kẽm-sắt)
Tấm ốp tường, mái nhà, máng xối (bảo vệ tốt)	Tấm ốp ngoài ô tô có độ bám dính sơn và khả năng nung là rất quan trọng
Tấm kết cấu chung dùng ngoài trời, hàng rào	Thân và các bộ phận của thiết bị được sơn và nung
Thiết bị nông nghiệp, các thành phần tiếp xúc cần được bảo vệ hy sinh	Tấm ốp bên trong ô tô, các bộ phận yêu cầu mối hàn điểm và độ bám dính lớp phủ đáng tin cậy
Ống dẫn và ống dẫn HVAC	Cuộn sơn sẵn yêu cầu độ bám dính và chuyển màu sơn đồng đều

Cơ sở lựa chọn: - Chọn +Z khi ưu tiên khả năng chống ăn mòn và khả năng tạo hình sâu và khi tính nhạy cảm về chi phí là quan trọng. - Chọn +ZF khi các chu trình sơn, nung và độ đồng nhất của mối hàn tiếp theo là quan trọng; +ZF hỗ trợ hệ thống sơn chắc chắn và thường mang lại khả năng chống bong tróc sơn tốt hơn trong quá trình tạo hình.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí: Ở hầu hết các thị trường, DX51D+Z thường rẻ hơn một chút so với DX51D+ZF vì DX51D+ZF yêu cầu thêm bước hợp kim hóa/ủ để tạo thành lớp kẽm-sắt. Chênh lệch giá chính xác phụ thuộc vào giá kẽm trên thị trường và năng lực xử lý.
• Tính khả dụng: Cả hai loại lớp phủ đều là sản phẩm thương mại tiêu chuẩn, có sẵn tại các nhà máy cán thép và nhà máy cán thép lớn với nhiều độ dày và trọng lượng cuộn khác nhau. Thời gian giao hàng thường ngắn đối với các loại thép khổ thông thường; lớp phủ đặc biệt hoặc quy trình xử lý sơn trước bắt buộc có thể kéo dài thời gian mua sắm.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Tiêu chí	DX51D+Z	DX51D+ZF
Khả năng hàn (thực tế, liên quan đến lớp phủ)	Trung bình — thận trọng vì khói/độ xốp	Tốt hơn — ít khói hơn, mối hàn điểm đồng đều hơn
Độ bền – Độ dẻo dai (chất nền)	Giống nhau (kiểm soát chất nền)	Giống nhau (kiểm soát chất nền)
Khả năng tạo hình (kéo nghiêm ngặt)	Tốt hơn (lớp phủ dẻo hơn)	Giảm nhẹ (lớp phủ cứng hơn)
Khả năng sơn / khả năng nướng	Tốt với tiền xử lý	Cao cấp (độ bám dính tốt hơn, ít bong tróc hơn)
Trị giá	Thấp hơn (nói chung)	Cao hơn một chút (xử lý thêm)

Hướng dẫn kết luận: - Chọn DX51D+Z nếu bạn cần tấm mạ kẽm tiết kiệm chi phí với khả năng chống ăn mòn hy sinh mạnh mẽ và lớp phủ dẻo vượt trội cho các thành phần kết cấu được kéo sâu hoặc lộ ra ngoài. - Chọn DX51D+ZF nếu ưu tiên của bạn là độ bám dính của sơn, mối hàn ổn định (đặc biệt là mối hàn điện trở) và hiệu suất sơn lâu dài — những yêu cầu chung trong các tấm ốp bên ngoài/bên trong ô tô và các ứng dụng cuộn sơn trước.

Lưu ý cuối cùng: Vì tính chất hóa học và điều kiện xử lý của chất nền (DX51D) quyết định hành vi cơ học và vì các thông số lớp phủ khác nhau tùy theo nhà cung cấp, hãy luôn yêu cầu giấy chứng nhận thử nghiệm tại nhà máy, trọng lượng/độ dày lớp phủ và thực hiện các thử nghiệm tạo hình/hàn/sơn đại diện với nhà cung cấp mà bạn đã chọn trước khi chấp nhận sản xuất hoàn toàn.