DX52D so với DX53D – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

DX52D và DX53D là các loại thép cacbon thấp cán nguội và phủ thương mại thường được sử dụng trong chuỗi cung ứng kim loại tấm và ô tô. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và nhà hoạch định sản xuất quyết định lựa chọn giữa chúng khi cân bằng hiệu suất tạo hình, độ bền yêu cầu, khả năng bảo vệ bề mặt và chi phí. Những đánh đổi điển hình bao gồm khả năng tạo hình so với độ bền (và do đó là kích thước chi tiết hoặc trọng lượng), khả năng hàn so với khả năng tôi, và khả năng kéo sâu so với khả năng chống đàn hồi.

Sự khác biệt thực tế chính giữa DX52D và DX53D nằm ở khả năng tạo hình: DX52D được thiết kế để mang lại khả năng tạo hình tốt hơn một chút (bao gồm cả kéo sâu) ở một mức cường độ nhất định, trong khi DX53D được thiết kế để cung cấp cường độ cao hơn với chỉ một chút hạn chế về khả năng tạo hình. Hai cấp độ này thường được so sánh vì chúng có các điểm hiệu suất liền kề nhau trong các dòng sản phẩm tấm phủ nhúng nóng, ủ liên tục được sử dụng cho các tấm ốp ngoài trời, giá đỡ kết cấu và các ứng dụng tấm thông dụng.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Tiêu chuẩn chung của Châu Âu và thông số kỹ thuật sản phẩm: EN 10142 (cán nguội), EN 10147 (cán nóng, ngâm chua, tẩm dầu và cán nguội), EN 10346 (thép phủ nhúng nóng liên tục) và các triển khai quốc gia tham chiếu đến các tài liệu đó.
• Các tên gọi tương đương hoặc liên quan trong các hệ thống khác có thể xuất hiện trong bảng dữ liệu của nhà cung cấp; hãy luôn xác nhận tiêu chuẩn cụ thể và hình thức sản phẩm (ví dụ: mạ kẽm, mạ kẽm ủ, phủ hữu cơ).
• Phân loại vật liệu: cả DX52D và DX53D đều là thép tấm cacbon-mangan thấp. Chúng không phải là thép không gỉ, thép dụng cụ hoặc thép hợp kim cao, và cũng không thường được phân loại là thép hợp kim thấp cường độ cao hiện đại (HSLA) với việc bổ sung hợp kim vi mô có chủ đích, mặc dù một số nhà sản xuất có thể bổ sung hợp kim vi mô để điều chỉnh các đặc tính.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Thành phần đại diện (phạm vi điển hình; xác minh nhà sản xuất/thông số kỹ thuật cụ thể trước khi sử dụng):

Yếu tố	DX52D (đại diện)	DX53D (đại diện)
C (cacbon)	Thấp (điển hình ≤0,12%)	Thấp (điển hình ≤0,12–0,15%)
Mn (mangan)	Được kiểm soát (thường lên đến ~1,5%)	Được kiểm soát (tương tự như DX52D, đôi khi cao hơn một chút)
Si (silicon)	Thấp (có mặt dưới dạng dư lượng)	Thấp (còn lại)
P (phốt pho)	Theo dõi / kiểm soát (tối đa thấp)	Theo dõi / kiểm soát (tối đa thấp)
S (lưu huỳnh)	Thấp (kiểm soát khả năng tạo hình)	Thấp (kiểm soát khả năng tạo hình)
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N	Nói chung không cố ý pha trộn hợp kim; có thể có dấu vết ở mức độ	Nói chung không cố ý pha trộn hợp kim; có thể có dấu vết ở mức độ

Ghi chú: - Giới hạn và dung sai chính xác của các thành phần được thiết lập theo tiêu chuẩn hiện hành và quy trình kiểm soát của nhà máy. Bảng này chỉ mang tính chất định tính. - Chiến lược hợp kim cho cả hai loại thép đều tối giản: duy trì hàm lượng carbon thấp và mangan được kiểm soát để đảm bảo cấu trúc vi mô ferit-pearlit phù hợp cho các hoạt động tạo hình nguội và tráng phủ. Một số nhà cung cấp có thể áp dụng vi hợp kim hoặc điều chỉnh quy trình rất nhỏ để tăng giới hạn chảy/độ bền kéo của thép DX53D so với thép DX52D mà không làm tăng đáng kể khả năng tôi.

Hợp kim ảnh hưởng đến các thuộc tính chính như thế nào: - Cacbon và mangan làm tăng độ bền và khả năng làm cứng nhưng lại làm giảm khả năng tạo hình và khả năng hàn khi chúng tăng lên. - Hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho được giữ ở mức thấp để duy trì độ dẻo và khả năng kéo sâu. - Việc không có các nguyên tố hợp kim cố ý (Cr, Mo, V, Nb) có nghĩa là khả năng tôi luyện thấp và các loại thép này chủ yếu phản ứng với quá trình gia công nguội và kiểm soát quy trình chứ không phải xử lý nhiệt.

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 nền ferritic chủ yếu với perlit phân tán; sự cân bằng ferrit/perlit chính xác phụ thuộc vào hàm lượng cacbon và chu kỳ ủ liên tục. Cấu trúc vi mô được tối ưu hóa để có các tính chất đồng đều trên toàn bộ độ dày và tương thích với các bể phủ.
• Quy trình xử lý tiêu chuẩn: ủ liên tục, sau đó làm nguội có kiểm soát và, đối với sản phẩm phủ, mạ kẽm nhúng nóng hoặc mạ kẽm ủ. Sản phẩm cán nguội thường được cán mỏng để kiểm soát giới hạn chảy và tình trạng bề mặt.
• Phản ứng xử lý nhiệt:
• Những loại thép này không dùng để làm nguội và ram; phương pháp xử lý nhiệt số lượng lớn hiếm khi được áp dụng để thay đổi các đặc tính cốt lõi vì chúng là thép hợp kim thấp, ít cacbon có khả năng làm cứng thấp.
• Chuẩn hóa hoặc ủ sẽ làm thay đổi sự cân bằng ferit/perit và ảnh hưởng đến độ dẻo và độ dai nhưng không phải là phương pháp sản xuất phổ biến đối với các loại phủ/ủ liên tục này.
• Quá trình xử lý nhiệt cơ học tại nhà máy (cán, làm nguội có kiểm soát) và quy trình ủ liên tục là những yếu tố chính tạo nên sự khác biệt về hiệu suất giữa DX52D và DX53D. Độ bền cao hơn một chút của DX53D thường là kết quả của việc kiểm soát quá trình ủ/khử nguội chặt chẽ hơn hoặc hàm lượng mangan/cacbon cao hơn một chút trong thông số kỹ thuật chứ không phải do một lớp xử lý nhiệt riêng biệt.

4. Tính chất cơ học

So sánh tính chất cơ học (định tính/tương đối):

Tài sản	DX52D	DX53D	Hàm ý điển hình
Độ bền kéo	Trung bình	Trung bình-Cao (cao hơn một chút)	DX53D cung cấp độ bền tối đa cao hơn cho các loại đồng hồ mỏng hơn hoặc tải trọng cao hơn
Sức chịu lực	Thấp hơn	Cao hơn	DX53D được thiết kế để có năng suất cao hơn, hữu ích khi giới hạn đàn hồi quan trọng
Độ giãn dài (độ dẻo)	Cao hơn (tốt hơn)	Thấp hơn một chút	DX52D tốt hơn cho việc tạo hình nghiêm ngặt, bao gồm cả việc kéo sâu
Độ bền va đập	Có thể so sánh, phụ thuộc vào quy trình	Có thể so sánh, phụ thuộc vào quy trình	Độ dẻo dai phụ thuộc nhiều vào kích thước, quá trình xử lý và nhiệt độ hơn là tên cấp
Độ cứng	Thấp hơn	Cao hơn một chút	Tương quan với độ bền; không phải là thước đo lựa chọn chính cho các loại thép này

Giải thích: - Độ bền cao hơn một chút của DX53D đạt được nhờ giảm độ dẻo và khả năng kéo sâu. Sự đánh đổi này xuất phát từ sự khác biệt nhỏ về thành phần và lịch trình gia công nguội/ủ chặt chẽ hơn. - Đối với các hoạt động đòi hỏi phải tạo hình kéo giãn mạnh, viền rộng hoặc kéo sâu, DX52D cung cấp cửa sổ xử lý an toàn hơn với ít vết nứt hơn và độ đàn hồi thấp hơn. - Đối với các thành phần kết cấu có độ bền kéo hoặc độ bền cực đại cao hơn làm giảm độ dày yêu cầu, DX53D có thể cho phép tạo ra các bộ phận nhẹ hơn và sử dụng ít vật liệu hơn mặc dù quá trình tạo hình có đôi chút khó khăn hơn.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn của thép phủ hàm lượng cacbon thấp như DX52D và DX53D nhìn chung là tốt, nhưng sự khác biệt nằm ở lượng cacbon tương đương và khả năng làm cứng chứ không chỉ riêng nhãn mác.

Chỉ số khả năng hàn chung: - Đương lượng cacbon (IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Thông số hàn $P_{cm}$:
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Giải thích: - Cả hai loại đều có hàm lượng carbon thấp và hợp kim tối thiểu, tạo ra hàm lượng carbon tương đương thấp và khả năng hàn đa dụng tốt (hàn điểm điện trở, MIG/MAG, TIG và oxy-nhiên liệu). - Độ bền cao hơn một chút của DX53D (và có thể giới hạn Mn hoặc C cao hơn một chút) có nghĩa là $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ của nó có thể cao hơn một chút so với DX52D, điều này có thể chuyển thành xu hướng tạo thành các vùng martensitic cứng lớn hơn một chút khi làm nguội nhanh—nhưng trên thực tế, điều này hiếm khi là trở ngại về khả năng hàn đối với hàn sản xuất ở độ dày tấm thông thường. - Lớp phủ (mạ kẽm/ủ kẽm) đưa kẽm vào khu vực hàn, đòi hỏi phải chuẩn bị mối hàn, thông số hàn và đào tạo nhân viên phù hợp để tránh rỗ khí và kiểm soát khói. Đối với mối hàn kín khí, có thể cần phải làm sạch trước khi hàn hoặc chuẩn bị cạnh.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả DX52D và DX53D đều là thép cacbon thông thường và không có khả năng chống ăn mòn vốn có. Các chiến lược giảm thiểu ăn mòn điển hình là:
• Mạ kẽm nhúng nóng (lớp phủ kẽm) — phổ biến nhất đối với các tấm ốp ngoài trời và ô tô.
• Mạ kẽm (lớp phủ hợp kim kẽm-sắt) — cung cấp độ bám dính sơn tuyệt vời cho các bộ phận được phủ.
• Lớp phủ hữu cơ (ví dụ: lớp phủ điện, lớp phủ bột, lớp phủ cuộn) để bảo vệ trang trí hoặc tạo lớp chắn.
• Xử lý trước bằng phosphate để cải thiện độ bám dính của sơn.
• PREN (số tương đương khả năng chống rỗ) không áp dụng vì đây không phải là thép không gỉ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$ Chỉ số này áp dụng cho hợp kim không gỉ và không liên quan đến việc lựa chọn DX52D/DX53D.

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

• Khả năng định hình:
• DX52D: khả năng kéo sâu và tạo hình co giãn vượt trội; ít có xu hướng tách ra khi kéo phức tạp; độ đàn hồi thấp hơn.
• DX53D: khả năng tạo hình tốt cho hình dạng nhẹ; cửa sổ kéo sâu giảm nhẹ; có thể yêu cầu kiểm soát quy trình bổ sung (bôi trơn, bán kính kéo, lực giữ phôi).
• Khả năng gia công:
• Cả hai đều dễ gia công khi không được phủ; gia công sản phẩm được phủ đòi hỏi phải chú ý đến độ bám dính của lớp phủ và tình trạng dao cắt.
• Độ bền cao hơn một chút của DX53D có thể làm tăng tải trọng dụng cụ và giảm tuổi thọ dụng cụ một chút so với DX52D.
• Uốn và viền:
• DX52D dễ uốn cong và gấp mép hơn do có độ giãn dài cao hơn và giới hạn chảy thấp hơn.
• DX53D có thể có độ đàn hồi cao hơn một chút; có thể cần phải bù khuôn hoặc uốn cong quá mức.
• Hoàn thiện:
• Cả hai đều chấp nhận các thao tác hoàn thiện thông thường (sơn, sơn tĩnh điện). Bề mặt mạ kẽm có khả năng sơn tốt hơn.

8. Ứng dụng điển hình

Công dụng điển hình của DX52D	Công dụng điển hình của DX53D
Tấm ốp bên trong ô tô, tấm ốp bên ngoài có hình dạng nặng, các thành phần được kéo sâu, các thiết bị có hình dạng phức tạp	Tấm kết cấu ô tô có lợi thế về năng suất cao, giá đỡ nhẹ, các bộ phận được tạo hình có độ bền cao hơn một chút bù đắp cho các thước đo dày hơn
Tấm phủ đa năng dùng cho lớp ốp kiến ​​trúc có yêu cầu tạo hình khắt khe	Các bộ phận có độ mỏng, tiết kiệm chi phí và độ bền kéo cao hơn một chút là những yếu tố chính
Các bộ phận nhỏ, phức tạp có khả năng chống tách rất quan trọng	Các ứng dụng mà sự gia tăng nhỏ về sức mạnh cho phép giảm kích thước và tiết kiệm trọng lượng

Cơ sở lựa chọn: - Chọn DX52D cho các thành phần yêu cầu tạo hình nghiêm ngặt (nhiều thao tác kéo, uốn cong chặt, bán kính kéo sâu) và nơi ưu tiên giảm thiểu hiện tượng tách và đàn hồi. - Chọn DX53D khi tải trọng hoặc thiết kế đòi hỏi độ bền/giới hạn cao hơn và khi hoạt động tạo hình nằm trong phạm vi khả năng của nó, cho phép tiết kiệm vật liệu hoặc trọng lượng.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí tương đối: cả hai loại đều là sản phẩm cuộn thông dụng; chênh lệch giá thường nhỏ và phụ thuộc vào lớp phủ cuộn, độ dày lớp, tính khả dụng và nhu cầu thị trường chứ không chỉ phụ thuộc vào loại. DX53D có thể đắt hơn một chút nếu cần kiểm soát quy trình bổ sung để đạt được độ bền cao hơn, nhưng chênh lệch giá thường không đáng kể.
• Tính khả dụng theo dạng sản phẩm: cả hai loại đều có sẵn rộng rãi ở dạng cuộn, cắt theo chiều dài, phôi, và hoàn thiện bằng mạ kẽm nhúng nóng hoặc mạ kẽm ủ. Thời gian giao hàng và số lượng đặt hàng tối thiểu phụ thuộc vào hàng tồn kho của nhà máy và mạng lưới phân phối địa phương.
• Tổng chi phí sở hữu: cân nhắc đến năng suất tạo hình (giảm phế liệu), tốc độ xử lý và gia công lại ở hạ nguồn — một tấm thép đắt hơn một chút giúp giảm phế liệu hoặc cho phép giảm cỡ thép có thể rẻ hơn về tổng thể.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng tóm tắt (đánh giá tương đối):

Thuộc tính	DX52D	DX53D
Khả năng hàn	Tuyệt vời (rất tốt cho tấm phủ)	Tuyệt vời (chú ý nhiều hơn một chút đối với mối hàn năng lượng cao)
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Độ dẻo dai/độ bền tốt hơn để tạo hình	Sức mạnh cao hơn ở mức phạt độ dẻo dai vừa phải
Trị giá	Thấp hơn một chút hoặc tương tự	Tiềm năng cao hơn một chút, tùy thuộc vào nhà cung cấp

Sự giới thiệu: - Chọn DX52D nếu: - Bộ phận của bạn cần phải được kéo sâu, tạo hình căng nghiêm ngặt hoặc viền chặt trong đó độ dẻo và giới hạn chảy thấp giúp giảm nguy cơ nứt và bật trở lại. - Bạn ưu tiên tính bền vững của quy trình trong các hoạt động tạo hình phức tạp hơn là tăng cường độ bền hoặc giảm trọng lượng. - Bạn cần một cửa sổ lựa chọn dễ dàng hơn cho quá trình tạo mẫu và sản xuất hỗn hợp.

• Chọn DX53D nếu:
• Bạn cần tăng nhẹ độ bền kéo hoặc độ dẻo để giảm độ dày của chi tiết, giảm trọng lượng hoặc đáp ứng giới hạn thiết kế kết cấu.
• Các hoạt động tạo hình ở mức độ vừa phải và các thông số quy trình (bôi trơn, bán kính dụng cụ, lực giữ phôi) có thể được kiểm soát để tránh các lỗi về khả năng tạo hình.
• Lợi ích sản xuất từ ​​cường độ cao hơn (giảm kích thước, giảm chi phí vật liệu ở hạ nguồn) lớn hơn nhu cầu tạo hình tăng nhẹ.

Lưu ý cuối cùng: Luôn kiểm tra chính xác các giới hạn hóa học và cơ học trên giấy chứng nhận nhà máy của nhà cung cấp và thực hiện các thử nghiệm tạo hình, hàn mẫu và kiểm tra độ bám dính sơn trên lô vật liệu phủ thực tế mà bạn sẽ sử dụng. Lịch sử xử lý vật liệu và lớp phủ được áp dụng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất tương đương với cấp DX5xD danh nghĩa.