QP980-CR so với QP980-HDG – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

QP980-CR và QP980-HDG là hai dạng sản phẩm của cùng một loại thép tôi và phân chia (Q&P) cường độ cao, được phát triển cho các ứng dụng kết cấu ô tô và kết cấu hiệu suất cao. Các kỹ sư và chuyên gia mua sắm thường cân nhắc giữa khả năng chống ăn mòn, tình trạng bề mặt và các yêu cầu xử lý tiếp theo khi lựa chọn giữa cuộn cán nguội (CR) và cuộn mạ kẽm nhúng nóng (HDG) có cùng mức độ bền. Các bối cảnh quyết định điển hình bao gồm: liệu khả năng chống ăn mòn nên được đảm bảo bằng lớp phủ kẽm nguyên khối hay bằng các phương pháp xử lý bề mặt riêng biệt, và liệu sự hiện diện của lớp phủ có ảnh hưởng đến khả năng hàn, khả năng định hình và độ bám dính sơn trong quá trình lắp ráp hay không.

Sự khác biệt thực tế chính giữa hai loại này là khả năng bảo vệ bề mặt: QP980-CR được cung cấp dưới dạng thép cán nguội thô (không có lớp phủ hy sinh tại nhà máy), trong khi QP980-HDG được cung cấp với lớp phủ kẽm nhúng nóng liên tục (hoặc Zn-Fe) để chống ăn mòn. Do thành phần hóa học cơ bản và quy trình xử lý Q&P tương tự nhau, nhiều đặc tính cơ học có thể so sánh được, nhưng trạng thái lớp phủ quyết định sự khác biệt về hiệu suất chống ăn mòn, xử lý trước và sau xử lý, và một số cân nhắc trong chế tạo.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Hệ thống tiêu chuẩn chung trong đó thép loại QP xuất hiện:
• GB (Trung Quốc): QP980 được sử dụng trong các tiêu chuẩn 国内 và thông số kỹ thuật của nhà sản xuất.
• EN (Châu Âu): Thép tương đương thường được gọi là thép cường độ cao tiên tiến (AHSS) — không phải một loại EN duy nhất.
• JIS (Nhật Bản): Có những khái niệm tương tự (thép Q&P), nhưng ký hiệu QP980 chính xác có thể tùy thuộc vào từng nhà sản xuất.
• ASTM/ASME: Không có cấp ASTM nào; Thép QP được cung cấp theo thông số kỹ thuật của nhà sản xuất/ô tô và giấy chứng nhận thử nghiệm.
• Phân loại: Dòng thép QP980 là thép hợp kim thấp cường độ cao (HSLA) / thép cường độ cao tiên tiến (AHSS) được sản xuất bằng phương pháp tôi và phân chia. Đây không phải là thép không gỉ, thép dụng cụ hoặc thép hợp kim cao — thành phần hóa học cơ bản là hợp kim ít carbon, vi hợp kim/hợp kim có kiểm soát.

Lưu ý: Định dạng chỉ định chính xác (CR = cán nguội, HDG = mạ kẽm nhúng nóng) phản ánh hình thức/lớp phủ sản phẩm chứ không phải cấp độ luyện kim riêng biệt.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Dòng sản phẩm QP980 hướng đến một công nghệ hóa học được tối ưu hóa cho quy trình Q&P: hàm lượng carbon thấp để tăng khả năng hàn và phục hồi độ dẻo, Mn và Si được kiểm soát để tăng độ cứng và khả năng phân vùng, và hợp kim vi mô (ví dụ: Nb, Ti, V) trong một số biến thể để tinh chỉnh kích thước hạt và tăng cường độ kết tủa. Các vấn đề về lớp phủ (đối với HDG) có thể áp đặt thêm các giới hạn về hàm lượng Si và P để đảm bảo hiệu suất mạ kẽm tốt.

Yếu tố	Vai trò / ghi chú điển hình
C	Thấp đến trung bình; cân bằng độ bền và độ dẻo và kiểm soát thành phần martensite sau khi xử lý Q&P.
Mn	Chất ổn định austenit chính và chất hỗ trợ làm cứng; cũng góp phần làm tăng độ bền cho dung dịch rắn.
Si	Thúc đẩy phân chia cacbon trong quá trình Q&P; có thể ảnh hưởng đến quá trình mạ kẽm (hàm lượng Si cao có thể tạo ra lớp phủ kém).
P	Thông thường được giảm thiểu; giá trị cao hơn có thể làm giảm chất lượng ăn mòn và mạ kẽm.
S	Giữ ở mức thấp để tăng độ dẻo dai và chất lượng bề mặt.
Cr, Ni, Mo	Có thể có một lượng nhỏ trong một số công thức để điều chỉnh độ cứng và khả năng ram; không phải là nguyên tố hợp kim chính.
V, Nb, Ti	Các chất bổ sung hợp kim vi mô để tinh chế hạt và tăng cường kết tủa; ảnh hưởng đến thời gian xử lý.
B	Khi sử dụng ở mức ppm, khả năng làm cứng sẽ tăng lên.
N	Được kiểm soát; tương tác với Ti/Nb để kiểm soát lượng mưa.

Lưu ý: Tỷ lệ khối lượng riêng thay đổi tùy theo nhà sản xuất và thông số kỹ thuật sản phẩm. Đối với các dạng sản phẩm HDG, các nhà sản xuất thép thường kiểm soát "Si tương đương" (Si + 2,5P) hoặc các thông số khác để đảm bảo hình thành lớp mạ kẽm đồng đều.

Hợp kim ảnh hưởng đến hành vi như thế nào: - Độ bền và khả năng tôi luyện: Mn, các nguyên tố hợp kim vi mô và hàm lượng Cr/Ni/Mo thấp làm tăng khả năng tôi luyện và khả năng tạo thành martensite trong quá trình Q&P, nâng cao độ bền kéo cực đại (UTS). - Phân chia và độ dẻo: Si được sử dụng để làm chậm quá trình hình thành cacbua và thúc đẩy quá trình phân chia cacbon thành austenit giữ lại, cải thiện khả năng làm cứng và độ dẻo. - Khả năng tương thích ăn mòn và lớp phủ: P và Si phải cân bằng để tránh các lớp liên kim loại mạ kẽm có hại; tình trạng bề mặt ảnh hưởng đến độ bám dính của sơn.

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

Thép QP980 thường được sản xuất theo quy trình Q&P (dây chuyền ủ liên tục đối với thép cuộn cán nguội, với bước mạ kẽm tùy chọn cho HDG), tạo ra cấu trúc vi mô hỗn hợp bao gồm martensite đã ram, martensite tươi và austenite giữ lại được ổn định bằng phương pháp phân chia cacbon. Các bước quy trình chính và tác động của chúng lên cấu trúc vi mô:

• Ủ và làm nguội liên tục: Biến đổi một phần austenit thành martensite; mức độ kiểm soát thành phần martensite.
• Giữ phân vùng: Cacbon chuyển từ martensite sang austenite còn lại, ổn định austenite còn lại và cải thiện độ dẻo/độ cứng do biến dạng.
• Làm nguội và cuộn: Cấu trúc vi mô cuối cùng là sự phân bố mịn của ma trận martensitic với các đảo hoặc màng austenit giữ lại.

Tác động của các tuyến xử lý: - Cán nguội (QP980-CR): Thường được thực hiện trên dây chuyền ủ liên tục với khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác cho Q&P; tạo ra cấu trúc vi mô mong muốn với các phản ứng bề mặt bổ sung hạn chế. - Mạ kẽm nhúng nóng (QP980-HDG): Thông thường cần mạ kẽm trực tiếp sau khi ủ (mạ kẽm hoặc HDG), có thể làm thay đổi đôi chút lịch sử nhiệt bề mặt và có thể tạo ra lớp kim loại liên kết sắt-kẽm mỏng; các phản ứng bề mặt này không làm thay đổi cơ bản cấu trúc vi mô Q&P khối nhưng có thể ảnh hưởng đến quá trình khử cacbon bề mặt hoặc tính chất hóa học giao diện.

Phương pháp xử lý nhiệt thay thế: - Làm nguội và ram hoàn toàn (Q&T) tạo ra cấu trúc vi mô martensitic và ram đồng đều hơn, thường có độ dẻo dai cao hơn sau khi ram nhưng có tính chất kéo dài khác nhau; quá trình xử lý QP đặc biệt nhắm vào austenit giữ lại để tăng độ dẻo ở cường độ rất cao. - Có thể áp dụng quy trình kiểm soát nhiệt cơ học (TMCP) trước khi xử lý và hoàn thiện sản phẩm dạng tấm để tinh chế hạt và tăng cường độ kết tủa.

4. Tính chất cơ học

QP980 được đặt tên theo mức độ bền kéo tối thiểu xấp xỉ khoảng 980 MPa; các thông số cơ học chính xác được đảm bảo phụ thuộc vào nhà cung cấp và quy trình chế tạo (và sản phẩm là CR hay HDG). Sự hiện diện của lớp phủ kẽm không làm thay đổi đáng kể độ bền kéo tổng thể nhưng có thể ảnh hưởng đến các đặc tính nhạy cảm với bề mặt (ví dụ: vị trí bắt đầu mỏi, hiệu suất uốn).

Tài sản	QP980-CR (cán nguội thô)	QP980-HDG (mạ kẽm nhúng nóng)
Độ bền kéo (UTS)	Được thiết kế cho ≈ 980 MPa (theo chỉ định cấp độ)	Được thiết kế cho ≈ 980 MPa (lớp phủ không làm thay đổi UTS)
Giới hạn chảy (YS)	Cao (phụ thuộc vào độ cứng và thành phần martensite)	Tương tự như CR ở dạng khối; xử lý bề mặt không làm thay đổi đáng kể YS
Độ giãn dài	Thép trung bình nhưng hạn chế so với thép mềm (hành vi AHSS điển hình)	Độ giãn dài khối tương đương; lớp phủ có thể ảnh hưởng đến khả năng uốn cong và khả năng nứt cạnh
Độ bền va đập	Tùy thuộc vào quá trình chế biến và độ dày; Q&P hướng tới mục tiêu duy trì độ dẻo dai hợp lý ở cường độ cao	Tương tự như CR ở lõi; các kim loại liên kết bề mặt có thể ảnh hưởng đến hiệu suất khía ở các cạnh được phủ
Độ cứng	Cao (ma trận martensitic)	Độ cứng khối giống nhau; độ cứng bề mặt bị ảnh hưởng bởi kim loại liên kết Zn tại giao diện

Giải thích: Độ bền cao của QP980 là nhờ một phần được kiểm soát của martensite cộng với austenite giữ lại giàu cacbon. Độ dẻo và độ dai được cải thiện so với thép martensite thuần túy nhờ độ ổn định của austenite giữ lại và các cơ chế tương tự như độ dẻo do biến dạng (TRIP). Trạng thái lớp phủ (CR so với HDG) không làm thay đổi các cơ chế khối này nhưng có thể ảnh hưởng đến sự bắt đầu nứt bề mặt và biến dạng cục bộ trong quá trình tạo hình.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn của thép QP980 phụ thuộc vào thành phần hóa học cơ bản (đặc biệt là hàm lượng cacbon tương đương và khả năng làm cứng) và tình trạng bề mặt (sự hiện diện của kẽm).

Công thức đánh giá chung: - Đương lượng cacbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (bảo thủ hơn đối với độ nhạy nứt HAZ): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Diễn giải (định tính): - Hàm lượng cacbon cơ bản trong thép QP được giữ ở mức thấp để hạn chế CE và tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng hàn. Tuy nhiên, Mn và hợp kim vi mô có thể làm tăng khả năng tôi, làm tăng nguy cơ hình thành vùng nóng chảy martensitic cứng và nứt nguội do hydro nếu không được kiểm soát. - Đối với vật liệu HDG, lớp phủ kẽm gây ra thêm các mối nguy hiểm khi hàn: Kẽm sôi ở nhiệt độ hàn, gây ra hiện tượng xốp, tăng bắn tóe và khói độc; kẽm ở gốc mối hàn có thể thúc đẩy quá trình hấp thụ hydro trừ khi lớp phủ được loại bỏ hoặc sử dụng các quy trình hàn thích hợp (làm nóng trước, kiểm soát nhiệt đầu vào, khí hỗ trợ, lựa chọn vật tư tiêu hao). - Hướng dẫn thực tế: loại bỏ lớp phủ tại các mối hàn giáp mối khi có thể, sử dụng nhiệt độ nung nóng trước và nhiệt độ giữa các mối hàn được kiểm soát đối với các phần dày hoặc CE cao, sử dụng vật tư tiêu hao có hàm lượng hydro thấp và xác nhận quy trình bằng các bài kiểm tra chứng nhận quy trình hàn.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• QP980-CR (trần): Cần bảo vệ chống ăn mòn bên ngoài cho hầu hết các ứng dụng tiếp xúc — điển hình là hệ thống sơn, bảo vệ catốt hoặc lớp phủ thay thế. Bề mặt cán nguội trần cung cấp nền sạch cho lớp sơn tĩnh điện và sơn phủ nhưng cần xử lý sơ bộ.
• QP980-HDG (mạ kẽm nhúng nóng): Cung cấp lớp bảo vệ điện hóa (hy sinh) thông qua lớp kẽm liên tục; trong nhiều môi trường, HDG sẽ kéo dài đáng kể tuổi thọ mà không cần sơn phủ ngay. HDG có thể được cung cấp dưới dạng kẽm nguyên chất (mạ kẽm) hoặc mạ kẽm ủ (liên kim Zn-Fe) giúp cải thiện độ bám dính của sơn.

Khi áp dụng chỉ số thép không gỉ: - PREN không áp dụng cho thép QP980 vì chúng không phải là thép không gỉ. Để tham khảo: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$ — chỉ số này chỉ được sử dụng cho hợp kim thép không gỉ austenit và không liên quan đến thép cacbon/HSLA.

Những cân nhắc về lớp phủ: - Đối với HDG, khối lượng lớp phủ (g/m² mỗi mặt) và quy trình kiểm soát mạ kẽm ảnh hưởng đến độ bền; bề mặt mạ kẽm thường được sử dụng khi cần sơn tiếp theo vì bề mặt giàu sắt thúc đẩy độ bám dính.

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

• Tạo hình và uốn: Thép QP980 có khả năng tạo hình kém hơn thép cường độ thấp; austenit giữ lại và hiệu ứng TRIP cải thiện khả năng tạo hình cục bộ, nhưng vẫn còn lo ngại về hiện tượng đàn hồi và nứt cạnh. Lớp phủ HDG có thể bị nứt hoặc bong tróc ở bán kính uốn hẹp; bán kính dụng cụ, bôi trơn và các thông số quy trình phải được tối ưu hóa.
• Cắt và đột: Các cấu trúc vi mô có độ bền cao làm tăng độ mài mòn của dụng cụ và có thể cần dụng cụ được tôi cứng. Vật liệu phủ (HDG) có thể tích tụ trên dụng cụ do sự chuyển dịch kẽm; việc lựa chọn lớp phủ dụng cụ hoặc chất bôi trơn có thể giúp ích.
• Gia công: Khả năng gia công số lượng lớn giữa CR và HDG tương tự nhau, nhưng lớp phủ kẽm tạo ra khói oxit kẽm trắng khi gia công ở nhiệt độ cao và có thể ảnh hưởng đến quá trình hình thành phoi.
• Chuẩn bị bề mặt: Để sơn hoặc liên kết keo, bề mặt mạ kẽm có thể cần phải được phosphat hóa hoặc xử lý trước bằng các phương pháp khác để đạt được độ bám dính mong muốn.

8. Ứng dụng điển hình

QP980-CR (trần)	QP980-HDG (mạ kẽm)
Các thành phần cấu trúc ô tô được áp dụng biện pháp bảo vệ chống ăn mòn cuối cùng bởi OEM (lớp phủ điện tử, sơn) và yêu cầu kiểm soát chặt chẽ bề mặt hoàn thiện (ví dụ: các thành phần cấu trúc bên trong, các thành phần hấp thụ năng lượng)	Tấm thân xe ô tô bên ngoài và các bộ phận kết cấu nơi mạ kẽm tại nhà máy giúp giảm nguy cơ ăn mòn và có thể sơn tiếp theo (mạ kẽm để có độ bám dính sơn tối ưu)
Các bộ phận kết cấu có độ bền cao trong môi trường không bị ăn mòn, nơi lớp phủ sẽ cản trở việc nối hoặc lắp ráp	Các thành phần cơ sở hạ tầng tiếp xúc với khí quyển, nơi bảo vệ bằng điện được ưu tiên hơn bảo trì thường xuyên
Các thành phần yêu cầu đo lường bề mặt chính xác (gia công trước khi lắp ráp) trước khi phủ	Các cấu hình được tạo hình nguội, vỏ điện và các thiết bị yêu cầu khả năng chống ăn mòn trong khí quyển cao mà không cần sơn bổ sung

Cơ sở lựa chọn: - Chọn CR khi quy trình sản xuất bao gồm các dây chuyền sơn được kiểm soát, khi lớp phủ sẽ ảnh hưởng đến các quy trình ghép nối tiếp theo hoặc khi độ sạch bề mặt là điều cần thiết. - Chọn HDG khi cần khả năng bảo vệ chống ăn mòn mở rộng ngay khi xuất xưởng hoặc khi ưu tiên giảm thiểu các bước sơn phủ sau bán hàng.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí: QP980-HDG thường có giá thành trên mỗi tấn cao hơn QP980-CR do phải sử dụng thêm công đoạn mạ kẽm và vật liệu (kẽm). Tuy nhiên, tổng chi phí vòng đời của HDG có thể thấp hơn nếu lớp bảo vệ chống ăn mòn giúp ngăn ngừa việc phải sơn lại hoặc thay thế trong tương lai.
• Tính khả dụng: Cả hai dạng sản phẩm đều có sẵn trên thị trường cuộn dây ô tô và từ các nhà máy chuyên dụng. Tính khả dụng của HDG phụ thuộc vào các dây chuyền mạ kẽm liên tục trong khu vực và trọng lượng lớp phủ do người mua chỉ định; thời gian giao hàng của HDG có thể lâu hơn so với CR do các bước quy trình bổ sung và lịch trình phủ.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Thuộc tính	QP980-CR	QP980-HDG
Khả năng hàn	Nói chung là tốt nếu thực hành hàn đúng cách; tránh các vấn đề hàn liên quan đến Zn	Yêu cầu các quy trình/biện pháp phòng ngừa hàn bổ sung do kẽm (khói, độ xốp); loại bỏ lớp phủ tại mối nối khi có thể
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Độ bền cao với austenit giữ lại được thiết kế để cải thiện độ dẻo	Độ bền khối tương đương – độ dẻo dai; tình trạng bề mặt có thể ảnh hưởng đến hành vi mỏi/khía cục bộ
Trị giá	Chi phí vật liệu ban đầu thấp hơn; yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn riêng biệt	Chi phí ban đầu cao hơn; giảm chi phí bảo trì hoặc phủ lớp tiếp theo

Sự giới thiệu: - Chọn QP980-CR nếu: quy trình sản xuất của bạn phụ thuộc vào bề mặt sạch, không tráng phủ để tạo hình chính xác, các bước tráng phủ và liên kết sẽ được thực hiện trên dây chuyền sơn/sơn tĩnh điện được kiểm soát hoặc nếu hoạt động hàn không thể giải quyết các vấn đề liên quan đến kẽm. - Chọn QP980-HDG nếu: bạn cần khả năng chống ăn mòn trong khí quyển tích hợp để giảm tổng chi phí vòng đời, muốn có sản phẩm có thể lưu trữ hoặc tiếp xúc ngoài trời trước khi hoàn thiện hoặc yêu cầu bề mặt mạ kẽm để tăng độ bám dính của sơn với ít bước xử lý trước hơn.

Lưu ý cuối cùng: QP980 ở dạng CR và HDG có cùng công nghệ luyện kim Q&P cơ bản và mang lại hiệu suất cơ học khối tương đương. Việc lựa chọn giữa chúng chủ yếu dựa trên các yêu cầu về bảo vệ bề mặt, các hạn chế về gia công/khâu nối hạ nguồn và cân nhắc tổng chi phí sở hữu. Luôn yêu cầu chứng chỉ kiểm tra tại nhà máy và thực hiện kiểm định quy trình cụ thể (tạo hình, hàn, sơn) trên cuộn/lô chính xác để xác nhận sự phù hợp với các yêu cầu về chức năng và lắp ráp.