HARDOX500 so với HARDOX600 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

HARDOX 500 và HARDOX 600 là thép kết cấu chống mài mòn, được tôi và ram, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng chịu tải nặng, trong đó mài mòn bề mặt là yếu tố thiết kế chính. Các kỹ sư, chuyên gia mua sắm và nhà hoạch định sản xuất thường xuyên so sánh các cấp thép này khi cân nhắc tuổi thọ chịu mài mòn, hiệu suất kết cấu, các hạn chế về hàn và chế tạo, cũng như tổng chi phí.

Điểm khác biệt cốt lõi giữa hai loại thép này là sự đánh đổi giữa độ cứng danh nghĩa cao hơn (và do đó khả năng chống mài mòn tốt hơn) so với độ bền được duy trì và dễ chế tạo hơn. HARDOX 600 được thiết kế để cung cấp độ cứng danh nghĩa cao hơn HARDOX 500, trong khi HARDOX 500 mang lại sự kết hợp cân bằng hơn giữa độ bền và độ dẻo dai cho nhiều kết cấu hàn. Những khác biệt này khiến chúng bổ sung cho nhau thay vì có thể thay thế cho nhau trong mọi ứng dụng.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Tên thương mại phổ biến: HARDOX (tên sản phẩm, SSAB).
• Các tiêu chuẩn và khuôn khổ chuẩn mực điển hình mà bạn có thể chỉ định hoặc thử nghiệm các tấm:
• EN (Tiêu chuẩn Châu Âu) — nơi nhà cung cấp có thể đáp ứng các yêu cầu về cơ khí và hóa học do khách hàng chỉ định.
• ASTM / ASME — dành cho các ứng dụng kết cấu chung; mặc dù HARDOX là loại thép độc quyền, nhưng các chứng chỉ vật liệu và phương pháp thử nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM thường được cung cấp.
• JIS / GB — tiêu chuẩn khu vực được sử dụng ở Châu Á; các tấm HARDOX thường được cung cấp kèm theo chứng chỉ có thể truy xuất nguồn gốc theo tiêu chuẩn thử nghiệm tại địa phương.
• Phân loại vật liệu: Thép hợp kim thấp có độ bền cao, tôi và ram (không phải thép không gỉ, không phải thép dụng cụ, đôi khi được phân loại là HSLA với quá trình xử lý nhiệt để đạt được độ cứng và độ bền rất cao).

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Các nhà sản xuất công bố thành phần hóa học danh nghĩa cho các dòng thép chịu mài mòn của họ; công thức chính xác và lịch trình xử lý nhiệt là độc quyền. Thay vì số nguyên tố tuyệt đối, bảng dưới đây tóm tắt các vai trò hợp kim điển hình và sự hiện diện tương đối của HARDOX 500 và HARDOX 600.

Yếu tố	HARDOX 500 (vai trò điển hình / mức độ tương đối)	HARDOX 600 (vai trò điển hình / mức độ tương đối)
C (cacbon)	Thấp-trung bình; cho phép tôi luyện và đạt độ cứng cuối cùng sau khi tôi và ram	Trung bình; cao hơn một chút để hỗ trợ độ cứng có thể đạt được cao hơn
Mn (mangan)	Trung bình; thúc đẩy khả năng làm cứng và độ bền kéo	Trung bình; độ cứng tương tự hoặc tăng nhẹ
Si (silicon)	Nhỏ-trung bình; chất khử oxy và tăng cường sức mạnh	Nhỏ–vừa phải
P (phốt pho)	Mức độ thấp được kiểm soát (hạn chế tạp chất)	Kiểm soát mức thấp
S (lưu huỳnh)	Mức độ thấp được kiểm soát (hạn chế tạp chất)	Kiểm soát mức thấp
Cr (crom)	Bổ sung nhỏ; cải thiện khả năng làm cứng và khả năng chống tôi	Nhỏ–trung bình; hỗ trợ độ ổn định độ cứng cao hơn
Ni (niken)	Dấu vết thấp; hỗ trợ độ dẻo dai trong một số biến thể	Dấu vết thấp; có thể cao hơn một chút trong một số thành phần
Mo (molypden)	Có thể thêm dấu vết; tăng khả năng làm cứng	Dấu vết; hỗ trợ khả năng tôi luyện ở độ cứng cao hơn
V, Nb, Ti (hợp kim vi mô)	Có thể có ở mức rất thấp để kiểm soát hạt	Có thể có mặt tương tự để kiểm soát độ mịn và độ dẻo dai
B (bo)	Dấu vết nếu sử dụng; tác động lớn đến khả năng làm cứng ở mức ppm	Theo dõi nếu sử dụng
N (nitơ)	Kiểm soát thấp để ổn định hợp kim siêu nhỏ cacbua/nitrit	Kiểm soát thấp

Giải thích: Thép HARDOX dựa trên hàm lượng carbon được kiểm soát kết hợp với mangan và một lượng nhỏ các nguyên tố làm cứng (Cr, Mo, đôi khi là Ni và các nguyên tố hợp kim vi mô) để đạt được cấu trúc martensitic hoặc bainit-martensitic sau khi tôi và ram. Độ cứng danh nghĩa cao hơn của HARDOX 600 đạt được nhờ các điều chỉnh hợp kim và xử lý nhiệt giúp tăng khả năng làm cứng và độ ổn định của martensitic; những điều chỉnh này có xu hướng làm giảm độ dẻo và đòi hỏi các quy trình hàn/chế tạo nghiêm ngặt hơn.

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

• Cấu trúc vi mô điển hình (khi giao hàng): Chủ yếu là martensite ram với một lượng nhỏ cacbua và hợp kim vi mô phân tán mịn. Cấu trúc vi mô được tinh chế bằng cách cán và tôi có kiểm soát để tạo ra độ cứng cao trong khi vẫn giữ được độ dai nhất định.
• HARDOX 500: Xử lý nhiệt và cán nhiệt cơ học được thiết kế để tạo ra một nền martensitic cứng với độ bền va đập tương đối tốt cho độ cứng đã cho. Tấm thép thường được tôi ở nhiệt độ cao và ram để kiểm soát độ cứng và độ bền.
• HARDOX 600: Được xử lý để tạo ra martensite ram cứng hơn với hàm lượng cacbon cao hơn/các nguyên tố có độ cứng được tăng cường, tạo ra hàm lượng martensite cao hơn và hàm lượng austenite dư thấp hơn sau khi ram. Điều này mang lại khả năng chống mài mòn cao hơn nhưng độ giãn dài thấp hơn và độ bền va đập thấp hơn.
• Ảnh hưởng của quá trình xử lý:
• Chuẩn hóa: Tăng độ dẻo dai đồng đều nhưng không đạt được độ cứng cao cần thiết cho các cấp độ này.
• Làm nguội & ram: Lộ trình xử lý chính; làm nguội tạo ra martensite, ram làm giảm độ giòn và điều chỉnh sự cân bằng độ cứng/độ dẻo dai.
• Cán nhiệt cơ học (TMCP): Giúp tạo ra cấu trúc ferritic/pearlitic mịn hơn trước khi tôi, cải thiện độ dẻo dai và tính đồng nhất; thường được sử dụng để sản xuất HARDOX.

4. Tính chất cơ học

Dưới đây là bản tóm tắt mang tính so sánh, hướng đến ứng dụng thay vì các con số tuyệt đối được đảm bảo (tham khảo chứng chỉ nhà cung cấp để biết giá trị cụ thể của dự án).

Tài sản	HARDOX 500 (hành vi điển hình)	HARDOX 600 (hành vi điển hình)
Độ bền kéo	Cao — cung cấp khả năng kết cấu mạnh mẽ cho tải trọng vừa phải	Cao hơn — tăng cường độ bền tối đa để chống lại tải trọng cao hơn và mài mòn biến dạng
Sức chịu lực	Cao — năng suất đáng kể cho mục đích sử dụng kết cấu	Cao hơn — năng suất tăng có nghĩa là biến dạng đàn hồi ít hơn dưới tải trọng
Độ giãn dài (%)	Trung bình — độ dẻo tốt hơn HARDOX 600, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chế tạo	Thấp hơn — độ giãn dài giảm do độ cứng và hàm lượng martensite cao hơn
Độ bền va đập	Thích hợp cho thép có độ cứng cao; độ dẻo dai được duy trì tốt hơn HARDOX 600	Giảm so với HARDOX 500; độ dẻo dai giảm khi độ cứng danh nghĩa tăng
Độ cứng	Trên danh nghĩa là khoảng 500 lớp HBW	Trên danh nghĩa là khoảng 600 lớp HBW

Lý do: HARDOX 600 được sản xuất với cấp độ cứng cao hơn, mang lại khả năng chống mài mòn vượt trội và độ bền tĩnh cao hơn. Độ cứng cao hơn này đạt được nhờ tăng khả năng tôi cứng (hợp kim hóa và xử lý nhiệt), đồng thời giảm độ dẻo và khả năng hấp thụ năng lượng va đập so với HARDOX 500.

5. Khả năng hàn

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng hàn: hàm lượng cacbon, khả năng tôi luyện hiệu quả và sự hiện diện của các nguyên tố hợp kim vi mô.

Các chỉ số thực nghiệm hữu ích (diễn giải theo hướng định tính trong bối cảnh này):

• Đương lượng cacbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Pcm (dự đoán thận trọng hơn về khả năng nứt nguội): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Giải thích: - Cả hai loại thép HARDOX đều có hàm lượng cacbon tuyệt đối tương đối thấp so với thép dụng cụ, nhưng khả năng tôi của chúng được tăng cường nhờ Mn, Cr, Mo và hợp kim vi mô. Do đó, giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ dự đoán có xu hướng tăng đối với HARDOX 600 so với HARDOX 500. - Ý nghĩa thực tế của hàn: - Nhiệt độ gia nhiệt trước và nhiệt độ giữa các lớp: HARDOX 600 thường yêu cầu gia nhiệt trước cao hơn và nhiệt độ giữa các lớp được kiểm soát chặt chẽ hơn để tránh nứt nguội và kiểm soát độ cứng HAZ. - Lựa chọn vật liệu hàn: Sử dụng vật liệu hàn tương thích được thiết kế để phù hợp hoặc kém hơn một chút về độ bền và tạo ra kim loại hàn cứng hơn. - Xử lý nhiệt sau hàn (PWHT): Thường không áp dụng cho các sản phẩm chế tạo lớn; thay vào đó, việc kiểm soát lượng nhiệt đầu vào, gia nhiệt trước và sử dụng các chiến lược hàn nhiều lần được ưu tiên. - Độ cứng trong vùng HAZ: Cẩn thận với vùng HAZ cứng và giòn nếu hàn mà không có đủ nhiệt trước—rõ rệt hơn ở HARDOX 600. - Hướng dẫn thực tế: Cả hai loại đều có thể hàn thành công bằng các quy trình công nghiệp tiêu chuẩn, nhưng HARDOX 600 yêu cầu các quy trình nghiêm ngặt hơn, tốc độ di chuyển hoặc làm nóng trước thận trọng hơn và hồ sơ chứng nhận quy trình hàn đã được xác nhận (WPS/PQR).

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả HARDOX 500 và HARDOX 600 đều không phải thép không gỉ; chúng là thép cacbon/hợp kim được thiết kế để chống mài mòn chứ không phải chống ăn mòn.
• Các chiến lược bảo vệ bề mặt điển hình:
• Sơn và lớp phủ công nghiệp (epoxy, polyurethane) để bảo vệ khí quyển.
• Lớp phủ phun nhiệt cho môi trường kết hợp chống mài mòn và ăn mòn.
• Có thể mạ kẽm cho các bộ phận có hình thức và chức năng cho phép, nhưng quá trình xử lý trước và sau phải tính đến độ dày của tấm và hiệu ứng xử lý nhiệt.
• PREN (Số tương đương khả năng chống rỗ) không áp dụng được vì PREN áp dụng cho hợp kim thép không gỉ. Để tham khảo: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$
• Làm rõ: Việc sử dụng lớp phủ hy sinh hoặc chất ức chế là tiêu chuẩn cho các ứng dụng HARDOX khi có mối quan tâm về ăn mòn; không nên cho rằng khả năng chống ăn mòn là như vậy.

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

• Cắt: Cắt plasma và cắt oxy-nhiên liệu phổ biến; cắt laser khả thi nhưng cần điều chỉnh thông số. Độ cứng ảnh hưởng đến tuổi thọ vật tư tiêu hao và tốc độ cắt.
• Gia công: Cả hai đều khó gia công hơn thép mềm; HARDOX 600 đòi hỏi khắt khe hơn do độ cứng cao hơn—tốc độ cắt thấp hơn, dụng cụ chắc chắn hơn và có khả năng sử dụng dụng cụ làm bằng cacbua hoặc đông lạnh.
• Uốn/tạo hình: Tạo hình nguội bị hạn chế bởi độ cứng—nguy cơ nứt và đàn hồi tăng lên khi sử dụng HARDOX 600. Bán kính uốn và dụng cụ phải được lựa chọn thận trọng; đôi khi các chiến lược gia nhiệt trước hoặc tạo hình nóng được sử dụng cho các hình dạng phức tạp.
• Hoàn thiện bề mặt: Quá trình mài và chuẩn bị bề mặt mất nhiều thời gian hơn trên HARDOX 600; bánh mài mòn bị mài mòn nhiều hơn.
• Xử lý: Độ cứng cao hơn đồng nghĩa với khả năng giòn cao hơn tại các bộ phận tập trung ứng suất—việc chuẩn bị cạnh và vát mép quan trọng hơn trên HARDOX 600.

8. Ứng dụng điển hình

HARDOX 500	HARDOX 600
Thân xe tải tự đổ, phễu, máng, lớp lót chịu mài mòn khi cần cân bằng giữa độ bền và khả năng chống mài mòn	Các ứng dụng chịu mài mòn cao như hàm nghiền đá, mặt gầu xúc đào hạng nặng, lớp lót chịu mài mòn cao khi cần khả năng chống mài mòn tối đa
Máy nghiền, máy sàng và máng vận chuyển cần tạo hình và hàn	Các bộ phận thay thế có thời gian chết ngắn nhất và tuổi thọ sử dụng cao nhất là mục tiêu chính
Các bộ phận chịu mài mòn kết cấu đòi hỏi khả năng chống va đập với mài mòn	Môi trường mài mòn cao, chủ yếu là trượt hoặc trầy xước với nhu cầu định hình hạn chế

Cơ sở lựa chọn: Chọn HARDOX 500 khi thiết kế đòi hỏi sự cân bằng giữa độ bền, khả năng hàn và khả năng chống mài mòn (đặc trưng cho các kết cấu di động và hàn). Chọn HARDOX 600 khi tiêu chí thiết kế chính là khả năng chống mài mòn tối đa và có thể quản lý được các hạn chế về chế tạo.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí tương đối: HARDOX 600 thường đắt hơn tính theo kilôgam hoặc mét vuông so với HARDOX 500 do hợp kim tăng lên, chế biến chặt chẽ hơn và sản lượng thấp hơn.
• Tính khả dụng: HARDOX 500 thường có sẵn ở nhiều độ dày và độ hoàn thiện tấm khác nhau. HARDOX 600 phù hợp với các kích thước tấm thông dụng nhưng có thể bị hạn chế ở các tấm rất dày hoặc kết hợp độ dày/chiều rộng đặc biệt.
• Dạng sản phẩm: Tấm và đĩa, lớp lót chịu mài mòn, các chi tiết định hình sẵn. Thời gian giao hàng có thể lâu đối với các kích thước tùy chỉnh hoặc xử lý bề mặt.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Thuộc tính	HARDOX 500	HARDOX 600
Khả năng hàn	Tốt hơn (ít làm nóng trước hơn, kiểm soát HAZ dễ dàng hơn)	Yêu cầu khắt khe hơn (kiểm soát quá trình gia nhiệt/chuyển tiếp cao hơn)
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Mạnh mẽ và tương đối cứng rắn	Độ bền và độ cứng cao hơn, độ dẻo dai thấp hơn
Trị giá	Thấp hơn (tiết kiệm hơn cho nhiều ứng dụng)	Cao hơn (phí bảo hiểm cho tuổi thọ sử dụng lâu hơn)

Chọn HARDOX 500 nếu: - Ứng dụng của bạn yêu cầu sự cân bằng giữa khả năng chống mài mòn và độ bền (ví dụ: thân thiết bị di động, kết cấu hàn lớn). - Các hoạt động hàn, tạo hình hoặc uốn cong diễn ra thường xuyên và tốn kém. - Bạn cần khả năng cung cấp rộng rãi hơn và chi phí vật liệu thấp hơn cho mỗi bộ phận.

Chọn HARDOX 600 nếu: - Mài mòn là chế độ hỏng hóc chủ yếu và việc tối đa hóa tuổi thọ hao mòn biện minh cho việc kiểm soát vật liệu và chế tạo chặt chẽ hơn (ví dụ, khai thác mỏ khắc nghiệt, bề mặt nghiền chính). - Hình dạng chi tiết đơn giản hoặc sử dụng các thành phần chịu mài mòn chế tạo sẵn để tránh việc tạo hình/hàn phức tạp các tấm rất cứng. - Bạn sẵn sàng tuân theo các quy trình hàn nghiêm ngặt hơn và có thể chấp nhận chi phí thay thế/sửa chữa cao hơn để kéo dài tuổi thọ sử dụng.

Lưu ý cuối cùng: HARDOX là dòng sản phẩm thép tôi và ram hiệu suất cao độc quyền. Về thiết kế, chế tạo và mua sắm, hãy luôn tham khảo bảng dữ liệu và chứng chỉ hiện hành của nhà cung cấp để biết thành phần hóa học chính xác, các đặc tính cơ học được đảm bảo, quy trình hàn được khuyến nghị và hướng dẫn sử dụng. Thử nghiệm thực địa - chèn thử hoặc chạy thử - có thể là cách đáng tin cậy nhất để xác nhận lựa chọn cấp độ cho một môi trường mài mòn và va đập cụ thể.