S250GD so với S280GD – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

S250GD và S280GD là các mác thép kết cấu mạ kẽm phổ biến được quy định trong tiêu chuẩn Châu Âu dành cho thép tấm và thép cuộn mạ kẽm nhúng nóng liên tục. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và nhà hoạch định sản xuất thường cân nhắc giữa chi phí, khả năng định hình và khả năng chịu tải cần thiết khi quyết định lựa chọn giữa hai mác thép này cho vỏ công trình, kết cấu nhẹ và chế tạo nói chung.

Điểm khác biệt chính giữa các loại thép này là giới hạn chảy tối thiểu được đảm bảo: S280GD được chỉ định cho giới hạn chảy cao hơn S250GD, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất kéo và kích thước tiết diện cho phép. Vì cả hai đều là thép kết cấu mạ kẽm cán nguội, nên việc so sánh thường tập trung vào độ bền so với độ dẻo, các hạn chế trong chế tạo và các tác động đối với mối hàn và bảo vệ bề mặt.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• EN 10346 — Sản phẩm thép phẳng được phủ nhúng nóng liên tục (tên gọi chính của Châu Âu trong đó S250GD và S280GD được định nghĩa).
• EN 10147 / EN 10152 — Các tiêu chuẩn liên quan bao gồm các sản phẩm mạ kẽm và điều kiện giao hàng kỹ thuật được cán nguội.
• Việc áp dụng ISO/quốc gia có thể tham chiếu đến các tên gọi tương đương ở một số thị trường.
• Các loại thép này là thép kết cấu gốc carbon, không gỉ, được xử lý theo phương pháp HSLA (thành phần và quy trình được kiểm soát để đạt được các đặc tính cơ học). Chúng được phân loại là thép kết cấu (tạo hình nguội) thay vì thép công cụ hoặc thép không gỉ.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Thép mạ kẽm loại S được điều chế với hàm lượng carbon thấp và lượng dư được kiểm soát chặt chẽ, cùng với việc bổ sung hợp kim vi lượng thường xuyên để cân bằng độ bền, khả năng định hình và khả năng hàn. Giới hạn chính xác được xác định trong tiêu chuẩn EN và chứng chỉ nhà máy; người thực hành nên luôn tham khảo phân tích hóa học của nhà cung cấp để thiết kế và thẩm định quy trình hàn.

Bảng: ghi chú về hợp kim định tính cho S250GD so với S280GD

Yếu tố	Vai trò điển hình	S250GD (chất lượng)	S280GD (định tính)
C (Cacbon)	Độ bền và khả năng làm cứng; C cao hơn làm giảm khả năng hàn	Thấp, được kiểm soát để duy trì khả năng tạo hình và khả năng hàn	Thấp, được kiểm soát nhưng có thể ở mức cao hơn của phạm vi S250GD để đạt được năng suất cao hơn
Mn (Mangan)	Dung dịch rắn tăng cường, khử oxy	Vừa phải; góp phần tăng cường độ mà không làm cứng quá mức	Trung bình; thường tương tự hoặc cao hơn một chút để giúp đạt được năng suất
Si (Silic)	Khử oxy, ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt	Thấp đến kiểm soát	Thấp đến kiểm soát
P (Phốt pho)	Tăng cường nhưng làm giảm độ dẻo dai và khả năng hàn	Rất thấp (giữ ở mức tối thiểu)	Rất thấp
S (Lưu huỳnh)	Cải thiện khả năng gia công nhưng giảm độ dẻo dai	Dấu vết, thu nhỏ	Dấu vết, thu nhỏ
Cr, Ni, Mo	Chất tăng cường/độ cứng	Nói chung không cố ý thêm vào các điểm này	Nói chung không cố ý thêm vào các điểm này
V, Nb, Ti	Hợp kim vi mô để tăng cường kết tủa	Có thể được sử dụng với số lượng nhỏ trong một số biến thể nhà máy	Có thể được sử dụng một cách chọn lọc để đạt được năng suất cao hơn với mức giảm độ dẻo tối thiểu
B	Kiểm soát ranh giới hạt trong một số loại thép	Không điển hình ở các bổ sung có chủ ý cho các cấp độ này	Không điển hình
N	Kiểm soát hành vi kết tủa	Theo dõi, kiểm soát	Theo dõi, kiểm soát

Giải thích - Chiến lược hợp kim cho cả hai loại thép đều chú trọng đến hàm lượng carbon thấp được kiểm soát và hàm lượng dư hạn chế để duy trì khả năng hàn và tạo hình, đồng thời đảm bảo hiệu suất mục tiêu. Một số nhà máy sử dụng phương pháp hợp kim hóa vi mô (Nb, Ti, V) hoặc kiểm soát nhiệt cơ học để đạt được hiệu suất cao hơn ở S280GD mà không làm tăng đáng kể hàm lượng carbon. Giới hạn nguyên tố chính xác nên được lấy từ chứng chỉ của nhà cung cấp.

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

Cấu trúc vi mô điển hình - Cả hai loại đều được sản xuất bằng phương pháp khử nguội và ủ liên tục (hoặc làm nguội có kiểm soát) sau đó là mạ kẽm nhúng nóng. Cấu trúc vi mô thu được chủ yếu là ferit hạt mịn với một lượng nhỏ thành phần perlit/ram, và có thể có các kết tủa hợp kim vi mô phân tán ở các biến thể có độ bền cao hơn. - S250GD thường có ma trận ferritic dẻo hơn với ít chất kết tủa gia cường hơn. - S280GD có thể đạt được độ bền cao hơn thông qua kích thước hạt ferit mịn hơn, mật độ cấu trúc trật khớp lớn hơn từ quá trình gia công nguội hoặc kết tủa hợp kim siêu nhỏ thưa thớt - được tạo ra thông qua quá trình ủ có kiểm soát hoặc xử lý nhiệt cơ học.

Xử lý nhiệt và phản ứng xử lý - Đây không phải là thép tôi và ram. Các phương pháp công nghiệp tiêu chuẩn là cán nguội và ủ; bất kỳ sự gia tăng độ bền nào cũng đạt được thông qua quá trình gia công nguội và chu kỳ ủ có kiểm soát hoặc bằng phương pháp hợp kim hóa vi mô và làm nguội có kiểm soát. - Chuẩn hóa không phải là phương pháp sản xuất tiêu chuẩn cho các tấm phủ; do đó, phổ tính chất cơ học đạt được hẹp hơn và phụ thuộc nhiều hơn vào quá trình gia công nguội và chu trình ủ cuộn so với phương pháp xử lý nhiệt cổ điển.

4. Tính chất cơ học

Bảng: các đặc tính cơ học so sánh (chất lượng + năng suất đảm bảo)

Tài sản	S250GD	S280GD
Cường độ chịu kéo (tối thiểu được đảm bảo)	250 MPa	280 MPa
Độ bền kéo	Trung bình; thích hợp cho mục đích sử dụng kết cấu, tạo hình	Cao hơn S250GD ở hầu hết các lô; phản ánh mục đích phân loại
Độ giãn dài / Độ dẻo	Nói chung là cao hơn (khả năng định hình tốt hơn)	Giảm nhẹ so với S250GD để đổi lấy năng suất cao hơn
Độ bền va đập	Phù hợp cho các ứng dụng xung quanh; phụ thuộc vào độ dày và quá trình xử lý	Có thể so sánh được nhưng có thể nhạy cảm hơn với quá trình chế biến và hàm lượng hợp kim vi mô
Độ cứng	Thấp hơn, dễ hình thành hơn	Cao hơn một chút, tương ứng với năng suất cao hơn

Diễn giải - S280GD mạnh hơn về khả năng chịu lực (giới hạn chảy tối thiểu cao hơn), cho phép tạo ra các tiết diện mỏng hơn hoặc ứng suất cho phép cao hơn trên cùng một hình dạng. Điều này đi kèm với sự đánh đổi nhỏ về độ dẻo và khả năng tạo hình so với S250GD. Tính chất chịu va đập phụ thuộc vào độ dày, quá trình gia công và hàm lượng hợp kim vi mô, và cần được kiểm tra trên các chứng chỉ vật liệu, trong đó độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp là yếu tố quan trọng.

5. Khả năng hàn

Các cân nhắc về khả năng hàn phụ thuộc vào hàm lượng cacbon tương đương và hợp kim hóa/khả năng tôi cứng vi mô. Hai chỉ số thực nghiệm phổ biến hữu ích làm hướng dẫn định tính:

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

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) - Cả hai loại thép này thường có $C$ thấp và hợp kim vừa phải, tạo ra các giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ tương đối thấp so với thép tôi và thép ram; điều này tạo ra khả năng hàn tốt với các quy trình hồ quang tiêu chuẩn. - Độ bền cao hơn một chút của S280GD có thể tương ứng với khả năng làm cứng cao hơn một chút (tùy thuộc vào thành phần hóa học của nhà máy và hợp kim vi mô), do đó cần áp dụng các biện pháp kiểm soát nung nóng trước và xen kẽ khi hàn các phần dày hơn hoặc khi dữ liệu nhà máy cho thấy hàm lượng carbon tương đương cao hơn. - Sử dụng quy trình hàn được chứng nhận và tuân thủ khuyến nghị của nhà cung cấp. Đối với các kết cấu hàn quan trọng, cần lấy kết quả phân tích hóa học thực tế và xác minh khả năng hàn thông qua tính toán CE hoặc Pcm và quy trình thẩm định phù hợp.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả S250GD và S280GD đều là thép phủ (hậu tố “GD” biểu thị lớp mạ kẽm nhúng nóng) và được thiết kế để chống ăn mòn trong môi trường khí quyển thông thường nhờ lớp kẽm.
• Vì đây không phải là thép không gỉ nên chỉ số ăn mòn thép không gỉ (ví dụ: PREN) không được áp dụng. Để tham khảo:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$

nhưng PREN áp dụng cho hợp kim không gỉ và không liên quan đến tấm thép cacbon mạ kẽm.

Hướng dẫn thực tế - Lớp phủ kẽm bảo vệ về mặt cơ học và hy sinh; thông số kỹ thuật của khối lượng lớp phủ (ví dụ, lớp phủ Z theo tiêu chuẩn EN) và xử lý sau (sơn mài, chất thụ động) quyết định tuổi thọ sử dụng. - Đối với môi trường khắc nghiệt, hãy chỉ định lớp phủ dày hơn, hệ thống kép (kẽm + sơn) hoặc cân nhắc sử dụng hợp kim chống ăn mòn.

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

• Cắt và xén: Cả hai loại đều cắt và xén tốt; S250GD dễ cắt hơn một chút bằng dụng cụ do có độ bền/độ cứng thấp hơn.
• Uốn và kéo sâu: S250GD thường cho phép uốn chặt hơn và kéo sâu hơn nhờ độ dẻo cao hơn. Đối với S280GD, bán kính uốn tối thiểu dự kiến ​​sẽ lớn hơn một chút và độ đàn hồi có thể cao hơn. Luôn tuân thủ dữ liệu của nhà sản xuất dụng cụ và thực hiện các thử nghiệm khi chuyển đổi từ S250GD sang S280GD.
• Khả năng gia công: Cả hai loại thép này đều không được tối ưu hóa cho việc bẻ phoi; khả năng gia công là đặc trưng của thép kết cấu mềm. Tốc độ cắt và tuổi thọ dụng cụ sẽ bị ảnh hưởng đôi chút bởi độ bền của loại thép.
• Hoàn thiện bề mặt: Lớp mạ kẽm làm phức tạp một số quy trình hoàn thiện (ví dụ, tạo hình với bán kính rất nhỏ có thể làm hỏng lớp phủ), do đó hãy cân nhắc sơn/sửa chữa sau quá trình này.

8. Ứng dụng điển hình

S250GD (sử dụng thông thường)	S280GD (sử dụng thông thường)
Mái nhà, tấm ốp, máng xối, tấm ốp mặt tiền nhẹ trong đó việc tạo hình được ưu tiên và tải trọng vừa phải	Các phần kết cấu được tạo hình nguội, xà gồ, lớp phủ và mái chịu lực trung bình khi cần khả năng chịu tải cao hơn hoặc độ dày giảm
Tấm ốp và linh kiện bên trong ô tô cần khả năng định hình cao	Các ứng dụng có độ bền cao hơn một chút cho phép đo mỏng hơn để tiết kiệm trọng lượng
Chế tạo chung và các yếu tố cấu trúc không quan trọng	Các thành phần cấu trúc nhẹ và các ứng dụng đòi hỏi năng suất cao hơn với khả năng bảo vệ mạ điện được duy trì

Cơ sở lựa chọn - Chọn S250GD khi khả năng định hình tối đa, dễ chế tạo và hiệu quả về chi phí cho các điều kiện dịch vụ tiêu chuẩn là ưu tiên hàng đầu. - Chọn S280GD khi cường độ chịu kéo cao hơn có thể làm giảm độ dày tiết diện hoặc đáp ứng tải trọng thiết kế cao hơn, chấp nhận khả năng tạo hình giảm đôi chút và chi phí vật liệu có thể cao hơn.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Tình trạng sẵn có: Cả hai loại thép này đều được sản xuất rộng rãi bởi các nhà máy thép tấm lớn và thường được lưu kho dưới dạng cuộn và tấm với nhiều loại lớp mạ kẽm khác nhau. Tình trạng sẵn có có thể khác nhau tùy theo khu vực; thời gian giao hàng thường ngắn đối với lớp mạ và độ dày tiêu chuẩn.
• Chi phí tương đối: S280GD thường có giá cao hơn S250GD một chút do quy trình kiểm soát và, trong một số trường hợp, cần phải xử lý vi hợp kim để đảm bảo hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên, chi phí trên mỗi kết cấu có thể thấp hơn nếu các nhà thiết kế tận dụng hiệu suất cao hơn để giảm độ dày vật liệu.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng: so sánh nhanh

Tiêu chí	S250GD	S280GD
Khả năng hàn	Rất tốt (khả năng định hình tuyệt vời hỗ trợ hàn)	Rất tốt, nhưng có thể cần chú ý nhiều hơn đối với các phần dày hơn nếu hợp kim siêu nhỏ
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Độ dẻo tốt với độ bền đủ	Độ bền kéo cao hơn; độ dẻo giảm nhẹ ở nhiều mẻ
Chi phí tương đối	Thấp hơn	Cao hơn

Kết luận và hướng dẫn - Chọn S250GD nếu: dự án của bạn ưu tiên tạo hình, bán kính uốn cong hẹp và chi phí vật liệu thấp nhất phù hợp với khả năng chịu tải yêu cầu; khi hàn thường xuyên và yêu cầu độ dẻo tối ưu. - Chọn S280GD nếu: bạn cần đảm bảo độ chảy cao hơn để giảm độ dày tiết diện hoặc đáp ứng các yêu cầu tải trọng lớn hơn, và bạn có thể chấp nhận khả năng tạo hình giảm nhẹ và chi phí gia tăng có thể xảy ra. Kiểm tra chứng nhận nhà máy để biết thành phần hóa học chính xác, đặc tính chịu kéo và bất kỳ thành phần hợp kim siêu nhỏ nào có thể ảnh hưởng đến quá trình hàn hoặc tạo hình. Đối với các ứng dụng hàn hoặc tạo hình nguội quan trọng, hãy tiến hành chế tạo thử và tham khảo ý kiến ​​nhà cung cấp thép về các thông số gia công và hàn được khuyến nghị.

Luôn xác minh chứng chỉ vật liệu cụ thể và dữ liệu của nhà sản xuất trước khi lựa chọn cuối cùng; tên cấp danh nghĩa truyền đạt năng suất tối thiểu được đảm bảo nhưng không phải là thông tin chi tiết đầy đủ về hợp kim hóa học, lớp phủ hoặc tuyến sản xuất sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất chế tạo và sử dụng.