HX260LAD so với HX300LAD – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

HX260LAD và HX300LAD thuộc họ thép cán hợp kim thấp, cường độ cao (HSLA) thường được sử dụng cho các ứng dụng tạo hình nguội, kết cấu và ô tô. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và lập kế hoạch sản xuất thường phải đối mặt với sự đánh đổi giữa độ bền và khả năng tạo hình/hàn: việc lựa chọn thép có cường độ cao hơn có thể làm giảm độ dày và trọng lượng tiết diện nhưng có thể làm tăng độ đàn hồi, giảm độ dẻo và đòi hỏi kiểm soát hàn chặt chẽ hơn.

Sự khác biệt thực tế chính giữa hai loại thép này là mức cường độ thiết kế của chúng: HX300LAD được chỉ định để đạt ngưỡng giới hạn chảy cao hơn HX260LAD. Vì hai loại thép này tương tự nhau về mặt hóa học và mục đích gia công, nên việc lựa chọn thường phụ thuộc vào việc thiết kế có yêu cầu biên độ chảy bổ sung mà không ảnh hưởng đến khả năng tạo hình hoặc xử lý mối hàn hay không.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Các nhóm tiêu chuẩn điển hình có cấp độ tương tự nhau: tiêu chuẩn quốc gia và khu vực như GB (Trung Quốc), JIS (Nhật Bản), EN (Châu Âu) và các thông số kỹ thuật OEM độc quyền. Các ký hiệu có tiền tố HX thường được tìm thấy trong các chuỗi cung ứng Đông Á và danh mục nhà cung cấp ô tô.
• Phân loại: Cả HX260LAD và HX300LAD đều là thép HSLA (thép kết cấu có thể định hình nguội) gốc carbon. Chúng không phải là thép không gỉ hay thép dụng cụ; thay vào đó, chúng dựa vào việc bổ sung hợp kim thấp và hợp kim vi mô để tăng cường độ bền và độ dẻo dai trong khi vẫn duy trì khả năng định hình.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Lưu ý: các thành phần dưới đây chỉ mang tính chất tham khảo cho thép định hình nguội HSLA. Luôn sử dụng chứng chỉ nhà máy hoặc bảng thông số kỹ thuật để mua sắm và thiết kế chi tiết.

Yếu tố	Phạm vi điển hình (wt%) — HX260LAD	Phạm vi điển hình (wt%) — HX300LAD
C (Cacbon)	0,03 – 0,12	0,04 – 0,14
Mn (Mangan)	0,3 – 1,5	0,4 – 1,5
Si (Silic)	0,01 – 0,5	0,01 – 0,6
P (Phốt pho)	≤ 0,03 (thường được giữ ở mức thấp)	≤ 0,03
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,02 (giữ ở mức thấp)	≤ 0,02
Cr (Crom)	dấu vết – 0,30	dấu vết – 0,30
Ni (Niken)	dấu vết – 0,30	dấu vết – 0,30
Mo (Molypden)	dấu vết – 0,05	dấu vết – 0,08
V (Vanadi)	0 – 0,10 (hợp kim siêu nhỏ)	0 – 0,10
Nb (Niobi)	0 – 0,05 (hợp kim siêu nhỏ)	0 – 0,05
Ti (Titan)	dấu vết – 0,05	dấu vết – 0,05
B (Bo)	≤ 0,005 (nếu sử dụng)	≤ 0,005
N (Nitơ)	được kiểm soát, mức ppm	được kiểm soát, mức ppm

Hợp kim ảnh hưởng đến tính chất như thế nào: - Cacbon và mangan là những chất làm cứng chính; hàm lượng cacbon và mangan cao hơn làm tăng độ bền và khả năng làm cứng nhưng có thể làm giảm khả năng hàn và khả năng tạo hình. - Các nguyên tố hợp kim vi mô (Nb, V, Ti) cung cấp khả năng gia cường và tinh chỉnh kích thước hạt ferit, cải thiện độ bền kéo và độ dẻo dai mà không làm tăng đáng kể hàm lượng cacbon. - Hàm lượng phốt pho và lưu huỳnh rất thấp giúp cải thiện độ dẻo dai và chất lượng bề mặt. - Silic và nhôm còn sót lại có thể ảnh hưởng đến phản ứng tôi cứng khi nung và khả năng tương thích xử lý bề mặt.

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

Cấu trúc vi mô điển hình: - Trong quá trình cán nóng và làm nguội có kiểm soát tiêu chuẩn (TMCP: xử lý nhiệt cơ học có kiểm soát), cả hai loại thép này thường có ferit-pearlit hoặc ferit với các đảo bainit phân tán tùy thuộc vào tốc độ làm nguội và hàm lượng hợp kim. Các kết tủa vi hợp kim (NbC, VC, TiN) làm mịn cấu trúc hạt và tăng cường độ chảy. - HX260LAD, nhắm đến mức độ bền thấp hơn, có xu hướng có ma trận ferit thô hơn với ít đặc điểm pha thứ hai cứng hơn, mang lại độ dẻo dai tốt hơn và hiệu suất mặt bích kéo dài. - HX300LAD đạt được cường độ chịu kéo cao hơn thông qua hàm lượng chất tan (Mn/C) cao hơn một chút và/hoặc quá trình xử lý TMCP mạnh hơn, tạo ra kích thước hạt ferit mịn hơn và mật độ sai lệch lớn hơn hoặc lượng bainite nhỏ hơn.

Phản ứng với xử lý nhiệt và chế biến: - Chuẩn hóa: Cả hai loại thép đều phản ứng với quá trình chuẩn hóa bằng cách đồng nhất hóa cấu trúc vi mô — điều này có thể cải thiện độ dẻo dai một chút nhưng không điển hình khi gia công tại xưởng các loại thép này. - Làm nguội và ram: Thường không áp dụng cho các loại thép có thể tạo hình nguội thương mại này; tôi và ram được sử dụng cho thép kết cấu hợp kim cao hơn khi cần độ bền cao hơn nhiều. - TMCP và làm mát có kiểm soát là những phương pháp công nghiệp để đạt được các đặc tính cấp HX: làm mát nhanh sau khi cán hoàn thiện giúp tinh chỉnh cấu trúc vi mô và tăng độ bền mà không ảnh hưởng đến độ dẻo của thép cacbon cao. - Quá trình tạo hình nguội và các chu trình sơn-nung tiếp theo có thể tạo ra hiện tượng cứng-nung nếu tính chất hóa học và quy trình xử lý cho phép; điều này có thể có lợi trong các tấm ốp ô tô để tăng cường độ bền sau khi tạo hình.

4. Tính chất cơ học

Bảng dưới đây thể hiện kỳ ​​vọng về đặc tính cơ học điển hình/tối thiểu. Đảm bảo chính xác đến từ bảng dữ liệu của nhà cung cấp và các tiêu chuẩn áp dụng.

Tài sản	HX260LAD (điển hình/phút)	HX300LAD (điển hình/phút)
Độ bền kéo (độ lệch 0,2%)	~260 MPa (danh nghĩa/thông số kỹ thuật tối thiểu)	~300 MPa (danh nghĩa/thông số kỹ thuật tối thiểu)
Độ bền kéo	~350–420 MPa	~380–460 MPa
Độ giãn dài (đồng đều/tổng ​​thể)	cao hơn (độ dẻo tốt hơn)	giảm đôi chút so với HX260LAD
Độ bền va đập (khi cán ở nhiệt độ phòng)	tốt, tùy thuộc vào độ dày/quy trình	nói chung là đủ, có thể thấp hơn một chút ở cùng độ dày
Độ cứng	thấp hơn (dễ hình thành hơn)	cao hơn (phản ánh sức mạnh lớn hơn)

Giải thích: - HX300LAD mang lại độ bền kéo và độ chảy cao hơn, phù hợp với các cấu kiện chịu tải nặng hơn. Độ bền tăng lên chủ yếu đạt được thông qua quá trình hợp kim hóa vi mô, cán có kiểm soát và nồng độ chất tan tăng nhẹ. - HX260LAD dẻo hơn và thường dễ tạo hình thành các hình dạng phức tạp với độ đàn hồi thấp hơn. Nhìn chung, nó có khả năng co giãn tốt hơn và giá trị độ giãn dài cao hơn ở cùng độ dày. - Độ dẻo dai phụ thuộc vào quá trình xử lý và làm mát; cả hai loại đều có thể cung cấp các đặc tính chịu va đập phù hợp cho mục đích sử dụng trong ô tô và kết cấu khi được sản xuất trong điều kiện TMCP chính xác.

5. Khả năng hàn

Những cân nhắc về khả năng hàn: - Hàm lượng cacbon tương đương thấp hơn và khả năng tôi luyện hạn chế giúp cải thiện khả năng hàn. Hợp kim vi mô với số lượng nhỏ thường không ngăn cản quá trình hàn thông thường nhưng có thể làm tăng độ nhạy với quá trình tôi luyện vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) nếu hàm lượng cacbon tương đương cao. - Việc sử dụng quá trình gia nhiệt trước, kiểm soát nhiệt độ giữa các đường hàn và xử lý nhiệt sau hàn phải được hướng dẫn bởi các đánh giá $CE$ và $P_{cm}$.

Chỉ số khả năng hàn chung (chỉ để giải thích định tính): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

• Diễn giải: Cả HX260LAD và HX300LAD thường có giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ từ thấp đến trung bình so với các hợp kim có hàm lượng carbon cao hơn. HX300LAD thường có hàm lượng carbon tương đương cao hơn một chút, do đó, cần cẩn thận hơn trong việc gia nhiệt trước và lựa chọn vật liệu độn cho các tiết diện dày hơn hoặc hình dạng bị hạn chế.
• Đối với các mối hàn quan trọng, hãy kiểm tra độ cứng HAZ và tuân thủ quy trình hàn của nhà cung cấp để tránh nứt nguội. Sử dụng điện cực/vật liệu hàn có hàm lượng hydro thấp và cân nhắc sử dụng kỹ thuật tôi nhiệt hoặc tôi nhiệt sau hàn nếu cần.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Các loại thép này là thép hợp kim thấp không gỉ. Khả năng chống ăn mòn trong môi trường khí quyển hoặc môi trường ôn hòa bị hạn chế và cần được bảo vệ bề mặt.
• Các lớp phủ và chiến lược bảo vệ phổ biến:
• Mạ kẽm nhúng nóng (Zn) cho các bộ phận ngoài trời và gầm xe ô tô.
• Lớp mạ điện hoặc lớp phủ kẽm-sắt để tăng độ bám dính của sơn.
• Lớp phủ hữu cơ (phosphat hóa, sơn điện phân, hệ thống sơn) mang lại tính thẩm mỹ và khả năng chống ăn mòn.
• Chỉ số PREN chỉ áp dụng cho các hợp kim thép không gỉ có hàm lượng Cr/Mo/N đáng kể; đối với các loại thép carbon/HSLA này, công thức PREN không áp dụng được: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$
• Việc lựa chọn lớp phủ phải cân nhắc đến các hoạt động tạo hình (kéo giãn hoặc uốn cong mạnh có thể làm nứt lớp phủ), vị trí hàn (khả năng tương thích điện hóa) và chu trình sơn-nung.

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

• Khả năng tạo hình: HX260LAD thường có khả năng tạo hình tốt hơn (kéo sâu hơn, hiệu suất vành kéo giãn tốt hơn) so với HX300LAD do độ giãn dài thấp hơn và độ giãn dài thường cao hơn.
• Độ đàn hồi: HX300LAD sẽ có độ đàn hồi tốt hơn ở cùng độ dày danh nghĩa do cường độ chịu kéo cao hơn; có thể cần đến các chiến lược bù trừ dụng cụ và gia tăng hình dạng.
• Khả năng gia công: Cả hai loại thép đều tương đối giống nhau; độ bền cao hơn một chút ở HX300LAD có thể làm tăng lực cắt và độ mài mòn dụng cụ. Các quy trình gia công tiêu chuẩn và dụng cụ phù hợp với thép hợp kim thấp là đủ.
• Vật tư cắt và hàn phải được lựa chọn sao cho phù hợp với thành phần hóa học và hiệu suất cơ học cần thiết sau khi nối.
• Các phương pháp xử lý bề mặt và chu trình nung sơn sau khi tạo hình phải phù hợp với đặc tính tôi cứng và độ nhạy nhiệt của thép.

8. Ứng dụng điển hình

HX260LAD — Công dụng điển hình	HX300LAD — Công dụng điển hình
Tấm ốp ô tô bên trong, tấm ốp kết cấu không quan trọng, các bộ phận bên trong cửa, giá đỡ chịu tải vừa phải, nơi khả năng kéo sâu được ưu tiên	Các chi tiết gia cố kết cấu, dầm cản, các bộ phận khung gầm, khung ghế, các bộ phận có độ bền kéo cao hơn cho phép đo lường mỏng hơn
Các phần kết cấu chung trong đó việc tạo hình và hoàn thiện bề mặt là ưu tiên hàng đầu	Các thành phần liên quan đến an toàn khi cần độ bền trên trọng lượng cao hơn
Ống cho các ứng dụng áp suất thấp và các bộ phận dập	Các phần được tạo hình nguội chịu tải trọng tĩnh cao hơn; các phần cần giảm độ dày

Cơ sở lựa chọn: - Chọn HX260LAD khi ưu tiên khả năng định hình cao, dễ dập, chi phí thấp và tải trọng vừa phải. - Chọn HX300LAD khi thiết kế yêu cầu giới hạn chảy cao hơn để giảm độ dày/trọng lượng hoặc chịu ứng suất tĩnh cao hơn, chấp nhận khả năng tạo hình giảm đôi chút và khả năng kiểm soát quá trình hàn và tạo hình cao hơn.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí tương đối: HX300LAD thường đắt hơn HX260LAD một chút do kiểm soát quy trình xử lý cao hơn và, trong một số trường hợp, tỷ lệ hợp kim cao hơn một chút hoặc lịch trình TMCP chuyên sâu hơn. Chênh lệch giá khiêm tốn so với việc chuyển sang thép tôi cường độ cao hơn đáng kể.
• Tính khả dụng: Cả hai loại thép này thường được cung cấp dưới dạng cuộn, tấm và cắt theo chiều dài bởi các nhà sản xuất thép lớn trong chuỗi cung ứng ô tô. Tính khả dụng của các kích thước, độ dày và độ hoàn thiện bề mặt cụ thể phụ thuộc vào sản lượng của nhà máy và nhu cầu của từng khu vực.
• Mẹo mua sắm: Xác định phạm vi chấp nhận về cơ học và hóa học và yêu cầu báo cáo thử nghiệm tại nhà máy. Đối với các bộ phận quan trọng, hãy cân nhắc việc lựa chọn nhà cung cấp chính và phụ để giảm thiểu rủi ro chuỗi cung ứng.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Thuộc tính	HX260LAD	HX300LAD
Khả năng hàn	Rất tốt (kiểm soát HAZ dễ dàng hơn)	Tốt (có thể cần làm nóng/kiểm soát thêm một chút)
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Độ bền thấp hơn, độ dẻo dai/độ bền cao hơn	Độ bền cao hơn, độ dẻo giảm nhẹ ở cùng độ dày
Trị giá	Thấp hơn	Cao hơn

Sự giới thiệu: - Chọn HX260LAD nếu bạn ưu tiên khả năng tạo hình, khả năng kéo sâu và độ khó gia công thấp nhất — dành cho các tấm bên trong, các bộ phận dập phức tạp và các ứng dụng có thể chấp nhận được hình phạt về trọng lượng từ vật liệu dày hơn một chút. - Chọn HX300LAD nếu bạn cần cường độ chịu lực cao hơn để giảm khổ hoặc tăng khả năng chịu tải trong khi vẫn duy trì sản xuất trong khung thời gian xử lý HSLA thông thường — đối với các kết cấu gia cố, giá đỡ chịu tải nặng hơn và các thành phần có yêu cầu quan trọng về độ bền trên trọng lượng.

Lưu ý cuối cùng: Luôn xác nhận các yêu cầu cuối cùng về hóa chất và cơ học với chứng chỉ nhà máy của nhà cung cấp và xem xét việc tạo mẫu và xác nhận (thử nghiệm tạo hình, chứng nhận quy trình hàn và thử nghiệm khả năng tương thích của lớp phủ) trước khi sản xuất hàng loạt khi thay thế giữa các loại này.