QP980 so với QP1180 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

QP980 và QP1180 là thành viên của dòng thép cường độ cao tiên tiến (AHSS) được sản xuất bằng phương pháp tôi và phân chia (Q&P) hoặc các phương pháp xử lý nhiệt cơ học và nhiệt luyện được kiểm soát tương tự. Chúng thường được xem xét song song trong thiết kế ô tô và kết cấu vì cả hai đều có độ bền kéo cao trong khi vẫn hướng đến việc duy trì độ dẻo và độ bền tối đa. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và nhà hoạch định sản xuất thường cân nhắc giữa độ bền, độ dẻo/độ bền, khả năng định hình, khả năng hàn và chi phí khi lựa chọn giữa các loại thép này.

Điểm khác biệt kỹ thuật chính giữa hai loại thép này là độ bền kéo mục tiêu và cân bằng luyện kim được sử dụng để đạt được độ bền đó: QP1180 hướng đến độ bền kéo cực đại cao hơn đáng kể so với QP980, do đó, quy trình hợp kim hóa, kiểm soát vi cấu trúc và xử lý nhiệt được điều chỉnh để cân bằng giữa độ dẻo và khả năng gia công dễ dàng để đạt được độ bền cao hơn. Vì cả hai đều được sản xuất theo công nghệ AHSS với quy trình tôi và phân chia, chúng thường được so sánh cho các thành phần chịu va đập, gia cố kết cấu và các ứng dụng cán nguội/cán nóng có độ bền cao.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Bối cảnh công nghiệp phổ biến: thông số kỹ thuật ô tô từ OEM, bảng dữ liệu sản phẩm của nhà máy và tiêu chuẩn khu vực; các chỉ định ASTM/ASME, EN, JIS hoặc GB cụ thể không được chuẩn hóa chung cho các cấp QP độc quyền—nhiều nhà máy phát hành các bảng dữ liệu thương mại dưới tên sản phẩm riêng của họ.
• Phân loại: Cả QP980 và QP1180 đều là thép hợp kim thấp/AHSS cường độ cao, được sản xuất bằng phương pháp tôi và phân chia hoặc các phương pháp xử lý nhiệt tương tự. Chúng không phải là thép không gỉ, thép dụng cụ hoặc thép cacbon thông thường theo nghĩa chặt chẽ; chúng thuộc nhóm HSLA/AHSS.
• Các dạng sản phẩm điển hình: cuộn cán nguội, cuộn cán nóng sau đó được cán nguội và các biến thể ép cứng tùy thuộc vào nhà cung cấp và quy trình chế biến.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Dưới đây là tổng quan tiêu biểu về các nguyên tố hợp kim và cách chúng thường được sử dụng trong thép QP980 và QP1180 thương mại. Thành phần chính xác là độc quyền và thay đổi tùy theo nhà máy; hãy tham khảo chứng nhận hóa chất của nhà cung cấp để biết giá trị chính xác.

Yếu tố	Sự hiện diện / vai trò điển hình trong QP980 & QP1180
C	Hàm lượng cacbon thấp đến trung bình giúp tăng cường độ bền martensitic đồng thời tránh hiện tượng giòn quá mức. Hàm lượng cacbon cao hơn có xu hướng tăng nhẹ.
Mn	Trung bình (chất ổn định austenit chính và góp phần tăng cường độ; tăng khả năng tôi).
Si	Thấp đến trung bình; được sử dụng để làm chậm quá trình hình thành cacbua trong quá trình phân chia và để tăng độ ổn định austenit giữ lại trong hợp kim Q&P.
P	Giữ ở mức thấp; tạp chất có thể làm giòn ranh giới hạt.
S	Giữ ở mức rất thấp; tạp chất sunfua làm giảm độ dẻo dai và khả năng tạo hình.
Cr	Thường có hàm lượng nhỏ để tăng khả năng làm cứng và khả năng chống ram cho các cấp độ bền cao hơn.
Ni	Thông thường ở mức thấp hoặc không có; chỉ được sử dụng trong một số hóa chất để tăng độ dẻo dai.
Mo	Có thể sử dụng thêm một lượng nhỏ để tăng khả năng làm cứng và khả năng chịu nhiệt ở các biến thể có độ bền cao hơn.
V, Nb, Ti	Các nguyên tố hợp kim vi mô (ppm đến %) được sử dụng để kiểm soát kích thước hạt, tăng cường kết tủa và kết tinh lại trong quá trình xử lý nóng/lạnh.
B	Lượng bổ sung rất nhỏ (ppm) có thể làm tăng khả năng tôi cứng khi cần thiết.
N	Được kiểm soát; ảnh hưởng đến quá trình kết tủa và độ ổn định của austenit được giữ lại (nitơ kết hợp với các nguyên tố khác).

Hợp kim ảnh hưởng đến hiệu suất như thế nào - Độ bền/khả năng tôi luyện: Mn, Cr, Mo và các nguyên tố hợp kim vi mô làm tăng khả năng tôi luyện và cho phép tạo ra hàm lượng martensite cao hơn ở tốc độ làm nguội thực tế. C làm tăng độ bền martensite nhưng lại làm giảm khả năng hàn và độ dẻo. - Độ ổn định austenit được giữ lại: Phân bổ Si và C được kiểm soát giúp ổn định austenit được giữ lại, cải thiện độ dẻo thông qua hiệu ứng TRIP (độ dẻo do biến đổi) trong một số biến thể Q&P. - Độ dẻo dai và khả năng tạo hình: giảm thiểu P và S, hợp kim vi mô được kiểm soát để kiểm soát hạt mịn và hàm lượng C cân bằng đều cần thiết để duy trì năng lượng va đập và khả năng tạo hình kéo giãn.

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

Cấu trúc vi mô điển hình - Phương pháp Q&P tạo ra cấu trúc vi mô bao gồm martensite (phần tôi), martensite ram hoặc bainite (tùy thuộc vào phân vùng) và một phần austenite giữ lại được kiểm soát. Austenite giữ lại có thể ở dạng màng hoặc dạng khối tùy thuộc vào quá trình xử lý. - QP980: cấu trúc vi mô mục tiêu ưu tiên tỷ lệ martensite tôi luyện cao hơn cộng với austenit giữ lại ổn định để duy trì độ dẻo trong khi vẫn mang lại cường độ kéo ~980 MPa. - QP1180: yêu cầu tỷ lệ thể tích martensite cứng cao hơn và/hoặc ma trận martensite bền hơn với ít austenit giữ lại hơn; do đó, cấu trúc vi mô cứng hơn và ít dẻo hơn trung bình.

Các tuyến xử lý nhiệt và chế biến - Làm nguội & Phân chia (Q&P): làm nguội một phần để tạo thành martensite, sau đó là bước phân chia ở nhiệt độ cao để cho phép cacbon di chuyển từ martensite sang austenite chưa biến đổi, ổn định austenite giữ lại. - Xử lý kiểm soát nhiệt cơ học (TMCP): cán và làm mát có kiểm soát để tinh chế hạt và tạo ra các phần pha mong muốn. - Các phương pháp làm nguội nhanh và ram hoặc làm nguội nhanh có thể đạt được độ bền cao tương tự nhưng độ ổn định và độ dẻo dai của austenit giữ lại khác nhau. - Ý nghĩa thực tiễn: QP1180 thường yêu cầu kiểm soát chặt chẽ hơn về độ sâu làm nguội, nhiệt độ/thời gian phân chia và hợp kim để đạt được các đặc tính có thể tái tạo; QP980 chấp nhận cửa sổ xử lý rộng hơn một chút.

4. Tính chất cơ học

Hành vi cơ học đại diện—giá trị tuyệt đối thay đổi tùy theo nhà cung cấp và quy trình chế biến. Tên cấp độ chỉ ra cường độ kéo cực đại mục tiêu.

Tài sản	QP980	QP1180
Độ bền kéo danh nghĩa (MPa)	~980 (mục tiêu danh nghĩa)	~1180 (mục tiêu danh nghĩa)
Sức chịu lực	Nâng cao; phụ thuộc vào nhiệt độ và giảm lạnh; thường thấp hơn độ bền kéo nhưng đáng kể	Cao hơn QP980 đối với quá trình xử lý tương tự; gần với ngưỡng chịu kéo hơn
Độ giãn dài tổng thể	Cao hơn QP1180 (cửa sổ độ dẻo tốt hơn)	Thấp hơn QP980 (giảm độ giãn dài khi gãy)
Độ bền va đập	Thông thường tốt hơn QP1180 ở độ dày tương đương	Độ dẻo dai tương đối giảm do hàm lượng martensite cao hơn và ma trận cứng hơn
Độ cứng	Thấp hơn QP1180 (đối với các phương pháp điều trị tương đương)	Độ cứng tổng thể cao hơn để đáp ứng mục tiêu về sức mạnh

Giải thích - QP1180 bền hơn nhưng có xu hướng giảm độ dẻo và độ bền va đập so với QP980 vì để đạt được độ bền cao hơn, cần tỷ lệ hoặc cường độ martensite cao hơn và/hoặc hàm lượng cacbon và hợp kim cao hơn. QP980 cân bằng độ bền với hàm lượng austenit dư và quá trình ram nhiều hơn để duy trì khả năng định hình và hấp thụ năng lượng trong quá trình sử dụng.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn phụ thuộc vào lượng cacbon tương đương, khả năng tôi và hợp kim vi mô. Hai chỉ số thực nghiệm phổ biến:

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

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

Diễn giải (định tính) - Độ bền danh nghĩa và khả năng tôi cứng cao hơn của QP1180 thường làm tăng chỉ số cacbon tương đương, tăng khả năng hình thành martensite trong vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) và nguy cơ nứt nguội. Điều này thúc đẩy nhu cầu gia nhiệt trước, kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp hàn và xử lý nhiệt sau hàn trong một số trường hợp. - QP980 thường thể hiện hiệu suất hàn tốt hơn và yêu cầu làm nóng trước/làm nóng sau thấp hơn QP1180 nhưng vẫn yêu cầu thực hành hàn tốt (vật tư tiêu hao ít hydro, thiết kế mối nối phù hợp). - Việc bổ sung vi hợp kim (Nb, V, Ti) và boron có thể làm tăng khả năng tôi cục bộ; những điều này phải được xem xét khi lập kế hoạch cho quy trình hàn.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả QP980 và QP1180 đều không phải thép không gỉ; cả hai đều không có khả năng chống ăn mòn nội tại vượt trội so với thép cacbon hợp kim thấp. Đối với môi trường làm việc ngoài trời, cần phải bảo vệ bề mặt.
• Các biện pháp bảo vệ phổ biến: mạ kẽm nhúng nóng, mạ điện (cho cuộn cán nguội), lớp phủ hữu cơ (ví dụ: sơn lót và sơn điện di) và lớp phủ chuyển đổi. Lựa chọn tùy thuộc vào môi trường và quy trình tạo hình (ví dụ: mạ kẽm trước hoặc sau khi tạo hình).
• Các chỉ số thép không gỉ như PREN không áp dụng được vì Cr và Mo không có trong thép không gỉ. Để đầy đủ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$ Chỉ số này chỉ có liên quan nếu hợp kim là thép không gỉ; thép QP thì không.

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

• Cắt & gia công: Độ bền cao hơn đồng nghĩa với độ mòn dụng cụ cao hơn. QP1180 sẽ gây khó khăn cho dụng cụ hơn QP980; các thông số gia công phải được điều chỉnh và có thể cần dụng cụ carbide cho gia công khối lượng lớn.
• Tạo hình & dập: QP980 cung cấp cửa sổ tạo hình rộng hơn và khả năng dự đoán độ đàn hồi tốt hơn nhờ độ dẻo cao hơn. QP1180 yêu cầu kiểm soát chặt chẽ hơn về tải trọng tạo hình, bôi trơn và có thể áp đặt giới hạn về bán kính uốn và độ sâu kéo.
• Khả năng kéo giãn và khả năng định hình cục bộ: nhìn chung tốt hơn cho QP980; QP1180 có thể được sử dụng khi nhu cầu định hình cục bộ thấp và hình dạng bộ phận tương thích với độ giãn dài hạn chế của vật liệu.
• Hoàn thiện bề mặt và cắt tỉa: nguy cơ hình thành gờ và nứt cạnh tăng lên với QP1180; cần xem xét lại dung sai cắt tỉa và kiểm soát quy trình.

8. Ứng dụng điển hình

QP980 (sử dụng điển hình)	QP1180 (sử dụng thông thường)
Các thành phần kết cấu thân xe đòi hỏi sự cân bằng giữa độ bền và độ dẻo: thanh ngang, thanh bên, cốt thép trụ B, nơi hấp thụ năng lượng và khả năng định hình là quan trọng	Các chi tiết gia cố có độ bền cao và các thành phần quan trọng chịu va đập, trong đó kích thước tối thiểu và độ bền tối đa là yếu tố chính: dầm chống va đập, giá đỡ gia cố và phôi được thiết kế riêng để có độ bền cao tại chỗ
Tấm ép có độ phức tạp dập vừa phải	Các bộ phận có khả năng biến dạng nghiêm trọng bị hạn chế và thiết kế ưu tiên việc tiết kiệm trọng lượng hơn là độ phức tạp khi tạo hình
Các ứng dụng mà sự đánh đổi giữa hàn và dập mang lại khả năng hàn và độ bền cao hơn	Các thành phần có độ bền cao, khổ mỏng khi cần hiệu suất tiết diện tối đa và có thể chứng minh được chi phí/quy trình xử lý

Cơ sở lựa chọn - Chọn QP980 khi bạn cần vật liệu bền nhưng dễ uốn nắn, ghép nối và hấp thụ năng lượng. - Chọn QP1180 khi thiết kế linh kiện và khả năng chịu va đập yêu cầu độ bền kéo cao nhất có thể và khi quy trình tạo hình/ghép nối được điều chỉnh theo cấp độ.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí: QP1180 thường đắt hơn QP980 tính theo kg hoặc theo m2 do thời gian xử lý chặt chẽ hơn, quá trình hợp kim hóa hoặc chế biến phức tạp hơn và cần kiểm soát chất lượng bổ sung để đáp ứng thông số kỹ thuật về độ bền cao hơn.
• Tính khả dụng: QP980 thường được cung cấp rộng rãi hơn ở nhiều dạng sản phẩm (cán nguội, cán nóng, mạ kẽm) vì nó đạt được sự cân bằng các đặc tính thường được chỉ định. QP1180 có thể được sản xuất theo dạng sản phẩm hẹp hơn hoặc theo lô được kiểm soát cho các OEM; thời gian giao hàng có thể dài hơn và số lượng đặt hàng tối thiểu có thể cao hơn.
• Lưu ý mua sắm: luôn kiểm tra hình dạng (cuộn, tấm, độ dày, xử lý bề mặt) và quy trình cán—những yếu tố này ảnh hưởng đáng kể đến chi phí và thời gian hoàn thành.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng tóm tắt (định tính)

Thuộc tính	QP980	QP1180
Khả năng hàn	Tốt hơn (CE thấp hơn, kiểm soát HAZ dễ dàng hơn)	Thách thức hơn (CE/khả năng tôi luyện cao hơn)
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Mạnh mẽ với độ dẻo dai và độ bền tốt hơn	Độ bền cao hơn với độ dẻo/độ dai giảm
Trị giá	Thấp hơn	Cao hơn

Khuyến nghị - Chọn QP980 nếu: - Thiết kế đòi hỏi vật liệu bền nhưng dễ định hình và cứng hơn cho các thành phần phải chịu lực dập, biến dạng đáng kể hoặc yêu cầu quy trình hàn dễ dàng hơn. - Bạn ưu tiên tính bền bỉ và hiệu quả về chi phí trong sản xuất trên nhiều dạng sản phẩm hơn (mạ kẽm, cán nguội). - Chọn QP1180 nếu: - Giảm trọng lượng hoặc tăng cường độ kết cấu cục bộ tối đa là yêu cầu quan trọng nhất (ví dụ: dầm chịu va đập mỏng hoặc cốt thép) và kế hoạch sản xuất có thể đáp ứng các quy trình kiểm tra, hàn và tạo hình nghiêm ngặt hơn. - Thiết kế cho phép độ giãn dài tổng thể thấp hơn và đòi hỏi độ bền kéo thực tế cao nhất từ ​​AHSS loại Q&P.

Ghi chú thực tế cuối cùng Đối với bất kỳ quyết định thiết kế hoặc mua sắm quan trọng nào, hãy luôn yêu cầu chứng chỉ nhà máy và tài liệu quy trình (hình ảnh vi cấu trúc, thử nghiệm cơ học tại kích thước chi tiết, thử nghiệm khả năng hàn) và chạy thử nghiệm tạo hình, ghép nối và phân tích va đập trên cuộn/tấm thực tế được cung cấp. Dòng sản phẩm Q&P mang đến sự kết hợp tuyệt vời giữa các đặc tính, nhưng việc đạt được hiệu suất mục tiêu trong quá trình sử dụng phụ thuộc nhiều vào việc kiểm soát quy trình đầu vào và phương pháp chế tạo cuối cùng cũng như nhãn mác danh nghĩa.