JSC270C so với JSC270D – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

Các kỹ sư, quản lý mua sắm và lập kế hoạch sản xuất thường phải đối mặt với sự lựa chọn giữa các loại thép cán nguội có độ bền danh nghĩa tương đương nhưng có đặc tính tạo hình và cửa sổ quy trình khác nhau. JSC270C và JSC270D là hai loại thép như vậy, được sử dụng khi cần thép tấm trọng lượng nhẹ, khả năng tạo hình cao. Các bối cảnh quyết định điển hình bao gồm việc lựa chọn loại thép tốt hơn cho các chi tiết dập sâu (tấm ốp bên trong ô tô, bồn rửa nhà bếp, linh kiện lon nước giải khát), cân bằng chi phí sản xuất so với năng suất và phế liệu, và lựa chọn loại thép phù hợp nhất với các quy trình phủ, hàn và dập hạ nguồn.

Mặc dù cả hai loại đều là thép cán nguội cường độ thấp với độ bền kéo danh nghĩa khoảng 270 MPa, điểm khác biệt thực tế chính nằm ở hiệu suất kéo sâu/tạo hình: một biến thể được sản xuất và gia công để nhấn mạnh các đặc tính đa dụng, trong khi biến thể còn lại được tối ưu hóa để cải thiện kéo sâu và tạo hình kéo giãn thông qua việc kiểm soát chặt chẽ hơn các thông số hóa học, cấu trúc vi mô và cán nguội/ủ. Đây là lý do tại sao hai loại thép này thường được so sánh khi khả năng tạo hình (thay vì độ bền cực đại) là yếu tố quyết định.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Các tiêu chuẩn chung có các cấp độ tương tự: JIS (Tiêu chuẩn Công nghiệp Nhật Bản), EN (Tiêu chuẩn Châu Âu), thông số kỹ thuật ASTM/ASME cho thép thương mại cán nguội, và các tiêu chuẩn quốc gia như GB (Trung Quốc). Các ký hiệu và giới hạn chính xác thay đổi tùy theo tiêu chuẩn và nhà cung cấp.
• Phân loại: Cả JSC270C và JSC270D đều là thép cacbon thấp cán nguội, được thiết kế để dễ định hình. Chúng là thép cacbon mềm/cacbon không gỉ (không phải thép HSLA hoặc thép dụng cụ). Chúng thường được sử dụng ở trạng thái ủ hoặc cán nguội và thường được phủ lớp phủ bảo vệ (mạ kẽm, mạ điện) tùy thuộc vào ứng dụng.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Hai loại thép này có chung triết lý hợp kim: hàm lượng carbon rất thấp, hàm lượng tạp chất thấp và hợp kim hóa hạn chế để duy trì độ cứng và độ bền ở mức thấp, đồng thời tối đa hóa độ dẻo và khả năng định hình. Các nhà cung cấp chỉ định các ngưỡng thành phần; những ngưỡng này được kiểm soát để đạt được giá trị r mong muốn, hiệu suất tôi luyện và kéo sâu.

Yếu tố	Vai trò điển hình trong thép JSC270-series	Mục tiêu điển hình (định tính)
C (Cacbon)	Kiểm soát độ bền cơ bản và khả năng làm cứng; hàm lượng carbon thấp hơn cải thiện khả năng tạo hình và khả năng hàn	Rất thấp (được kiểm soát ở mức tối thiểu)
Mn (Mangan)	Tăng cường và khử oxy; Mn dư thừa làm tăng khả năng tôi cứng	Thấp đến trung bình, kiểm soát chặt chẽ
Si (Silic)	Khử oxy và tăng cường độ; lượng dư thừa có thể làm giảm chất lượng bề mặt	Thấp, thường được giảm thiểu để tăng độ bám dính của lớp phủ
P (Phốt pho)	Tạp chất làm tăng độ bền nhưng làm giảm độ dẻo và khả năng tạo hình	Giữ ở mức rất thấp
S (Lưu huỳnh)	Cải thiện khả năng gia công nhưng tạo ra tạp chất có hại cho quá trình kéo sâu	Giữ ở mức rất thấp; thường được kiểm soát chặt chẽ hơn ở biến thể D
Cr, Ni, Mo (hợp kim)	Hiếm ở các cấp độ này; sẽ làm tăng khả năng làm cứng và độ bền	Thông thường không có hoặc chỉ có một lượng rất nhỏ
V, Nb, Ti (hợp kim vi mô)	Chất tạo hình cacbua/nitrit giúp tinh chỉnh hạt và tăng năng suất	Thông thường không có hoặc ở mức vết trừ khi thép IF được xử lý cụ thể
B, N	Nitơ và bo được kiểm soát; nitơ có thể được giảm để tránh giòn	Kiểm soát ở mức giá trị thấp

Ghi chú: - Vật liệu cấp JSC270D thường áp dụng giới hạn trên chặt chẽ hơn đối với các nguyên tố P, S và dư lượng cũng như kiểm soát chặt chẽ hơn thành phần và hình thái tạp chất để tăng khả năng kéo sâu so với JSC270C. - Giới hạn thành phần số chính xác phụ thuộc vào nhà sản xuất hoặc tiêu chuẩn. Luôn kiểm tra chứng chỉ nhà máy về thành phần hóa học quan trọng.

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

Cả hai loại đều được thiết kế để sử dụng ở trạng thái ferit tái kết tinh hoàn toàn sau khi cán nguội. Cấu trúc vi mô mục tiêu là ferit hạt mịn, đẳng trục với hàm lượng peclit thấp và lượng kết tủa cacbua tối thiểu. Những khác biệt chính về cấu trúc vi mô và phản ứng gia công:

• JSC270C: Được xử lý để đạt được cấu trúc vi mô ferit cân bằng, phù hợp cho việc dập và tạo hình thông thường. Chu kỳ ủ được lựa chọn để tạo ra chất lượng bề mặt tốt và độ ổn định kích thước. Kiểm soát kết cấu ở mức vừa phải.
• JSC270D: Được xử lý với sự nhấn mạnh bổ sung vào kỹ thuật kết cấu và tạp chất để thúc đẩy quá trình kéo sâu. Quá trình ủ, làm nguội có kiểm soát và cán nhiệt được điều chỉnh để tăng đặc tính dị hướng phẳng thuận lợi cho quá trình kéo (giá trị r cao hơn và độ giãn dài đồng đều). Kích thước và thành phần hóa học của tạp chất được kiểm soát để tránh lỗ rỗng ở đường tâm và cải thiện hiệu suất độ sâu cốc.

Các tuyến xử lý nhiệt: - Cả hai loại thép đều được ủ toàn phần/ủ mẻ hoặc ủ liên tục sau đó cán ram. Các phương pháp xử lý nhiệt cơ học (ví dụ, ủ nguội có kiểm soát và ủ) và ủ liên tục không phổ biến vì đây là thép cán nguội hợp kim thấp chứ không phải thép HSLA hoặc thép ram nguội. - Quá trình tôi và ram không áp dụng trong quá trình sản xuất thông thường của các loại tấm cán nguội này.

4. Tính chất cơ học

Cả hai loại đều được chỉ định ở cùng một mức độ kéo danh nghĩa; sự khác biệt thể hiện ở hành vi giới hạn chảy, độ giãn dài và đặc điểm giới hạn tạo hình hơn là khả năng kéo cực đại.

Tài sản	JSC270C (điển hình)	JSC270D (điển hình)
Độ bền kéo (danh nghĩa)	~270 MPa lớp	~270 MPa lớp
Sức chịu lực	Trung bình; mức độ thương mại tiêu chuẩn	Năng suất thấp hơn một chút hoặc đồng đều hơn để tạo điều kiện cho khả năng tạo hình
Độ giãn dài (đồng đều/tổng ​​thể)	Tốt; phù hợp cho nhiều hoạt động tạo hình	Độ dẻo cao hơn và phân bố độ giãn dài đồng đều hơn
Độ bền va đập	Không phải là thông số kỹ thuật chính; độ dẻo dai ở nhiệt độ phòng điển hình đối với ferit cán nguội	Tương tự; tập trung vẫn vào khả năng định hình hơn là tác động
Độ cứng	Thấp (điều kiện ủ mềm)	Thấp; có thể có tỷ lệ giới hạn chảy trên độ bền kéo thấp hơn một chút

Giải thích: - JSC270D được thiết kế để mang lại kết quả kéo sâu tốt hơn nhờ sự kết hợp giữa năng suất thấp hơn một chút và độ giãn dài đồng đều cao hơn, giảm hiện tượng giãn dài điểm chảy và cải thiện tính dị hướng phẳng. Những yếu tố này làm giảm nếp nhăn, vết rỗ và tách lớp trong quá trình kéo sâu. - Không loại nào được thiết kế để sử dụng ở nhiệt độ cao hoặc trong điều kiện tôi cứng; hành vi cơ học bị chi phối bởi cơ học ma trận ferit và ứng suất dư phát sinh trong quá trình cán nguội.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn của thép cán nguội ít cacbon nhìn chung tốt, nhưng hợp kim vi mô và các nguyên tố còn sót lại có thể tạo ra các vùng cứng cục bộ. Đánh giá sử dụng các công thức tương đương cacbon cổ điển để ước tính khả năng nứt nguội trong vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt.

Chỉ số chung: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

Và

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

Diễn giải (định tính): - Vì cả hai loại đều có hàm lượng cacbon và hợp kim rất thấp nên các giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ thường thấp, cho thấy khả năng hàn tốt với các quy trình hàn nóng chảy và hàn điện trở thông thường. - Việc kiểm soát chặt chẽ hơn các chất cặn và tạp chất (đặc biệt là S, P và đôi khi là N) của JSC270D giúp tránh các vùng cứng cục bộ và nứt lạnh do hydro gây ra, do đó D có thể dễ dàng hơn một chút trong các trình tự hàn đòi hỏi khắt khe. - Đối với các cụm hàn quan trọng, cần thiết lập nhiệt độ nung nóng trước, nhiệt độ giữa các đường hàn và xử lý sau khi hàn theo thông số kỹ thuật quy trình hàn tiêu chuẩn; tham khảo chứng chỉ nhà máy để biết thành phần hóa học thực tế khi tính toán $CE_{IIW}$ hoặc $P_{cm}$.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

Đây là loại thép thương mại không phải thép không gỉ. Khả năng chống ăn mòn trong môi trường khí quyển và độ ẩm bị hạn chế so với hợp kim thép không gỉ, vì vậy việc bảo vệ bề mặt là biện pháp tiêu chuẩn.

• Các biện pháp bảo vệ thông thường: mạ kẽm (nhúng nóng), mạ điện, mạ điện kết hợp hệ thống sơn hoặc lớp phủ chuyển đổi (phosphate) trước khi sơn.
• Công thức PREN cho thép không gỉ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$ Chỉ số này không áp dụng cho thép dòng JSC270 vì chúng không phải là thép không gỉ; chỉ sử dụng PREN khi đánh giá hợp kim thép không gỉ.
• Hướng dẫn lựa chọn: chọn dạng phủ hoặc mạ nếu tiếp xúc với môi trường có tính ăn mòn; cả hai loại đều có khả năng phủ tốt, nhưng độ bám dính của lớp phủ và quá trình xử lý sau đó (uốn, dập) đòi hỏi phải xem xét đến độ dẻo của lớp phủ.

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

• Cắt và tạo phôi: Cả hai loại đều dễ dàng tạo phôi và cắt. JSC270D có thể tạo ra các cạnh sạch hơn trong các phôi kéo sâu nhờ khả năng kiểm soát tạp chất tốt hơn.
• Uốn cong và viền: D có khả năng chống nứt cạnh tốt hơn trong quá trình uốn cong và viền mạnh do độ giãn dài đồng đều cao hơn và hiện tượng điểm giới hạn chảy giảm.
• Chỉ số khả năng định hình: Hiệu suất kéo sâu bị ảnh hưởng bởi giá trị r (tỷ lệ biến dạng dẻo), tính dị hướng phẳng và phản ứng tôi cứng khi nung. Các nhà cung cấp thép cấp D thường kiểm soát quá trình cán và ủ để nâng cao giá trị r.
• Khả năng gia công: Là thép cacbon thấp cán nguội, khả năng gia công ở mức trung bình; tuổi thọ của dụng cụ phụ thuộc nhiều vào độ cứng và độ hoàn thiện bề mặt hơn là loại C so với D.
• Hoàn thiện bề mặt: Cả hai cấp đều đạt chất lượng bề mặt tuyệt vời để sơn và mạ; cấp D thường có quy định kiểm soát chất lượng bề mặt nghiêm ngặt hơn đối với mỹ phẩm dạng kéo sâu.

8. Ứng dụng điển hình

JSC270C — Công dụng điển hình	JSC270D — Công dụng điển hình
Tấm kiến ​​trúc chung, thân thiết bị nhẹ, các bộ phận bên trong ô tô không quan trọng	Các bộ phận được kéo sâu và tạo hình kéo dài: bồn rửa nhà bếp, cốc sâu, tấm ốp bên trong ô tô phức tạp
Tấm kết cấu nhẹ khi cần khả năng định hình nhưng không quá khắt khe	Các bộ phận yêu cầu độ sâu cốc cao, tai thấp hơn, yêu cầu thẩm mỹ chặt chẽ hơn sau khi dập
Hàng tiêu dùng nhạy cảm về giá khi khả năng định hình và phủ tiêu chuẩn là đủ	Các bộ phận dập khối lượng lớn, nơi giảm phế liệu và cải thiện năng suất, biện minh cho việc kiểm soát vật liệu chặt chẽ hơn

Cơ sở lựa chọn: chọn loại mác thép có hiệu suất tạo hình phù hợp với hình dạng chi tiết và mục tiêu năng suất sản xuất. Đối với uốn cong đơn giản và dập nhẹ, mác thép C tiết kiệm chi phí; đối với dập sâu nhiều giai đoạn và yêu cầu thẩm mỹ cao hơn, mác thép D giảm nguy cơ nứt và cải thiện năng suất lần gia công đầu tiên.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí: JSC270D thường đắt hơn JSC270C một chút do quy trình kiểm soát chặt chẽ hơn (hóa học, kỹ thuật bao gồm, ủ) và có thể có thêm quá trình xử lý bổ sung (ví dụ, cán nguội để điều chỉnh giá trị r).
• Tình trạng sẵn có: Cả hai loại thép này thường có sẵn ở dạng cuộn có độ rộng và độ dày thông thường, dạng tấm cán nguội và dạng phủ (mạ kẽm/mạ điện). Các dạng cuộn đặc biệt hoặc cuộn có bề mặt rất khít có thể có thời gian giao hàng lâu hơn.
• Mẹo mua sắm: Yêu cầu giấy chứng nhận thử nghiệm nhà máy (MTC) và thử nghiệm tạo hình (thử nghiệm cốc hoặc sơ đồ giới hạn tạo hình) cho sản xuất số lượng lớn. Đàm phán các lô mẫu để xác nhận khung thời gian quy trình trước khi cam kết giao hàng trong thời gian dài.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Thuộc tính	JSC270C	JSC270D
Khả năng hàn	Tốt	Tốt, tốt hơn một chút để kiểm soát HAZ
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Tiêu chuẩn cho thép CR loại 270 MPa	Mức độ kéo tương tự; khả năng tạo hình được cải thiện và hành vi giới hạn chảy đồng đều hơn
Trị giá	Thấp hơn	Cao hơn một chút do kiểm soát quy trình
Khả năng kéo sâu/tạo hình	Tốt cho việc hình thành chung	Được tối ưu hóa cho việc vẽ sâu và dập phức tạp

Chọn JSC270C nếu: - Các bộ phận của bạn yêu cầu khả năng định hình cán nguội tiêu chuẩn ở mức 270 MPa và hình học không được kéo sâu quá mức. - Kiểm soát chi phí được ưu tiên hơn việc tối đa hóa sản lượng tem đầu tiên. - Bạn có hoạt động báo chí bảo thủ, ổn định và yêu cầu thẩm mỹ ở mức vừa phải.

Chọn JSC270D nếu: - Bạn cần hiệu suất kéo sâu vượt trội, độ sâu cốc cao hơn hoặc giảm hiện tượng nứt và tách trong quá trình dập nhiều giai đoạn. - Hình dạng chi tiết hoặc lớp hoàn thiện thẩm mỹ đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ hơn tính dị hướng và hàm lượng tạp chất. - Chi phí vật liệu ban đầu cao hơn có thể chấp nhận được để đổi lấy việc giảm phế liệu, ít điều chỉnh máy ép hơn và năng suất sản xuất cao hơn.

Khuyến nghị cuối cùng: - Xác nhận lựa chọn bằng các thử nghiệm tạo hình đại diện (kéo cốc, đường cong giới hạn tạo hình hoặc thử nghiệm Nakajima) và bằng cách xem xét chứng chỉ nhà máy về thành phần hóa học và tình trạng bề mặt. - Đối với các cụm hàn, hãy tính $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ từ chứng chỉ để thiết lập chiến lược gia nhiệt trước/tiêu hao và tránh những bất ngờ. - Chỉ định rõ ràng lớp phủ và chất lượng bề mặt cần thiết khi đặt hàng (ví dụ: trọng lượng lớp phủ Zn, bề mặt hoàn thiện ODF/ODP) để đảm bảo vật liệu hoạt động đúng như mong đợi trong suốt quá trình sản xuất và sử dụng.