S350GD+Z so với S350GD+AZ – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

S350GD+Z và S350GD+AZ là hai biến thể hoàn thiện bề mặt phổ biến của dòng thép kết cấu cường độ cao theo tiêu chuẩn EN 10346. Cả hai đều dựa trên nền S350GD — thép hợp kim thấp (HSLA) cán nguội, cường độ cao với giới hạn chảy tối thiểu được đảm bảo là 350 MPa — nhưng chúng khác nhau về khả năng bảo vệ bề mặt và hiệu suất sử dụng. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và lập kế hoạch sản xuất thường phải đối mặt với tình huống khó xử khi lựa chọn: ưu tiên chi phí thấp hơn và khả năng chống ăn mòn rộng, hay ưu tiên khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao và hiệu suất rào cản được cải thiện. Các lựa chọn xoay quanh môi trường ăn mòn, phương pháp hàn và chế tạo, khả năng tương thích của lớp phủ với sơn và chi phí vòng đời.

Sự khác biệt kỹ thuật chính giữa hai loại nằm ở hệ thống lớp phủ: một loại được mạ kẽm nhúng nóng (mạ kẽm hy sinh) và loại còn lại sử dụng lớp phủ hợp kim nhôm (thường là Al-Si). Sự khác biệt về lớp phủ này dẫn đến sự khác biệt về cơ chế ăn mòn, độ ổn định ở nhiệt độ cao, đặc tính tạo hình, và đôi khi là cả tính khả dụng và giá cả — do đó thường xuyên có sự so sánh trực tiếp trong thiết kế và mua sắm.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Tiêu chuẩn Châu Âu có liên quan: EN 10346 — sản phẩm thép phẳng được phủ nhúng nóng liên tục để tạo hình nguội.
• Các tài liệu tham khảo quốc tế và khu vực có thể được sử dụng cùng với: ASTM/ASME (về thực hành chống ăn mòn và phủ), JIS (về thép phủ tương đương) và nhiều thông số kỹ thuật mua sắm quốc gia khác nhau.
• Lớp vật liệu: Nền thép cacbon kết cấu HSLA (hợp kim thấp cường độ cao), có lớp phủ bề mặt bằng kim loại (kẽm hoặc nhôm-silic).
• Tên gọi:
• S350GD+Z: Nền S350GD được phủ kẽm nhúng nóng (mạ kẽm).
• S350GD+AZ: Chất nền S350GD có lớp phủ gốc nhôm (thường là hợp kim Al–Si, được gọi là nhôm hóa hoặc phủ Al–Si).

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Dưới đây là bảng thành phần định tính của hợp kim nền và các nguyên tố hợp kim vi lượng điển hình được sử dụng trong S350GD. Lưu ý rằng các nguyên tố phủ (Zn hoặc Al-Si) không phải là một phần của thành phần hóa học nền mà được áp dụng dưới dạng lớp kim loại.

Yếu tố	Vai trò điển hình trong chất nền S350GD
C (Cacbon)	Hàm lượng cacbon thấp để cân bằng độ bền và khả năng hàn; được kiểm soát để hạn chế khả năng làm cứng.
Mn (Mangan)	Yếu tố gia cường chính cho độ bền kéo và độ bền kéo; có ở mức độ vừa phải.
Si (Silic)	Nguyên tố còn lại và khử oxy; hạn chế để tránh giảm độ dẻo dai nếu quá nhiều.
P (Phốt pho)	Được coi là tạp chất; giữ ở mức thấp để tăng độ dẻo dai.
S (Lưu huỳnh)	Kiểm soát tạp chất; mức độ thấp để cải thiện khả năng tạo hình và chất lượng mối hàn.
Cr, Ni, Mo	Không phải là thành phần hợp kim chính điển hình trong S350GD; có thể không có hoặc chỉ xuất hiện dưới dạng tạp chất/vết bẩn.
V, Nb, Ti	Các nguyên tố hợp kim vi mô đôi khi được sử dụng để tăng cường độ hạt mịn thông qua quá trình kết tủa và kiểm soát hạt.
B	Hiếm đối với cấp độ này; không phải là yếu tố quyết định.
N (Nitơ)	Được kiểm soát trong quá trình chế biến; có thể ảnh hưởng đến lượng kết tủa và độ bền.

Hợp kim ảnh hưởng đến tính chất như thế nào: - Cacbon và mangan tạo nên độ bền cơ bản. Giữ hàm lượng cacbon thấp sẽ cải thiện khả năng hàn. - Các nguyên tố hợp kim vi mô (Nb, V, Ti) khi có mặt sẽ tăng cường độ bằng cách tinh luyện hạt và kết tủa, cải thiện độ bền kéo mà không làm tăng lượng cacbon đáng kể. - Thành phần lớp phủ (kẽm hoặc nhôm-silicon) là các lớp kim loại riêng biệt cung cấp khả năng chống ăn mòn và không làm thay đổi đáng kể các đặc tính cơ học của khối vật liệu nền, mặc dù chúng ảnh hưởng đến hành vi bề mặt trong quá trình tạo hình, hàn và sơn.

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

S350GD được sản xuất bằng quy trình cán và ủ có kiểm soát để tạo ra ferritic-pearlitic hoặc ferit hạt mịn với cấu trúc vi mô đảo bainit tùy thuộc vào quy trình chế biến. Các phương pháp chế biến thông thường là ủ liên tục và xử lý kiểm soát nhiệt-cơ để đạt được giới hạn chảy và độ dai mong muốn.

• Các chất nền S350GD+Z và S350GD+AZ có cùng cấu trúc khối vì lớp phủ được áp dụng sau khi cán nguội/ủ và trước hoặc sau khi cán nguội tùy thuộc vào quy trình cán.
• Chuẩn hóa: sẽ tinh chỉnh kích thước hạt và có thể tăng năng suất/độ bền kéo tùy thuộc vào tốc độ làm nguội; thường không áp dụng cho tấm cán nguội tráng phủ.
• Làm nguội và ram: không áp dụng cho tấm S350GD được cung cấp thương mại — loại thép này được cung cấp ở trạng thái ủ/xử lý nhiệt cơ học thay vì được làm cứng và ram.
• Cán nhiệt cơ học: được các nhà máy cán sử dụng để kiểm soát độ bền và độ dẻo dai của vật liệu nền mà không phụ thuộc nhiều vào cacbon. Phương pháp này mang lại sự kết hợp tốt giữa độ bền và độ dẻo.

Hiệu ứng ứng dụng lớp phủ: - Bể phủ nhúng nóng (kẽm hoặc nhôm-silicon) tạo ra sự tiếp xúc nhiệt; cấu trúc vi mô của chất nền ổn định đối với S350GD, nhưng lớp liên kim loại của lớp phủ/chất nền có thể hình thành khác nhau đối với hệ Zn và Al-Si và ảnh hưởng đến độ cứng và độ dẻo của bề mặt tại chỗ.

4. Tính chất cơ học

Bảng dưới đây tóm tắt các đặc tính cơ học điển hình. Các giá trị số cho độ bền kéo và độ giãn dài chỉ mang tính chất tham khảo; giá trị cuối cùng phụ thuộc vào nhà cung cấp, độ dày và nhiệt độ.

Tài sản	S350GD+Z	S350GD+AZ
Cường độ chịu kéo (phút)	350 MPa (chỉ định cấp độ)	350 MPa (chỉ định cấp độ)
Độ bền kéo (điển hình)	Thường ở mức trung bình cao hơn năng suất; tùy theo nhà cung cấp (xem bảng dữ liệu của nhà máy)	Tương tự như +Z; chất nền quyết định độ bền kéo khối
Độ giãn dài (A%)	Độ dẻo thích hợp để tạo hình nguội; phụ thuộc vào độ dày và thực hành ủ cán	Tương đương với +Z đối với chất nền; lớp phủ có thể ảnh hưởng đến sự khởi đầu của vết nứt bề mặt
Độ bền va đập	Tốt ở nhiệt độ phòng; chứng nhận độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp trên mỗi nhà máy	Độ bền khối tương tự; hiệu ứng bề mặt có thể làm thay đổi đôi chút hành vi khía
Độ cứng	Độ cứng của chất nền được điều chỉnh bởi quá trình xử lý; lớp phủ làm thay đổi đôi chút độ cứng bề mặt (Zn mềm hơn, Al–Si thường cứng hơn)	Xem cột bên trái — Lớp phủ Al–Si thường tạo ra lớp màng bề mặt cứng hơn Zn

Vật liệu nào bền hơn/cứng hơn/dẻo hơn và tại sao: - Độ bền và độ dẻo dai chủ yếu được thiết lập bởi chất nền (S350GD): cả hai lớp phủ đều không làm thay đổi đáng kể các tính chất cơ học của khối. - Lớp phủ bề mặt có thể ảnh hưởng đến độ dẻo dai biểu kiến ​​ở các mặt cắt mỏng hoặc trên bề mặt trực tiếp do các lớp liên kim loại giòn (mối lo ngại lớn hơn đối với một số lớp phủ nhôm hóa). - Độ dẻo để tạo hình về cơ bản là giống nhau ở chất nền, nhưng khả năng tạo hình thực tế của tấm phủ sẽ phụ thuộc vào độ dẻo và độ bám dính của lớp phủ.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn của vật liệu nền S350GD nhìn chung tốt do hàm lượng carbon thấp và hợp kim được kiểm soát, khiến vật liệu này phù hợp với các quy trình hàn thông thường (GMAW/MIG, SMAW, hàn laser, hàn điện trở) khi tuân thủ các phương pháp tốt nhất.

Công thức tính lượng cacbon tương đương và xu hướng nứt hữu ích (giải thích theo định tính): - Viện Hàn Quốc tế tương đương cacbon: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Công thức PCM quốc tế Châu Âu: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Giải thích: - Giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ thấp cho thấy khả năng nứt nguội thấp hơn và khả năng hàn dễ dàng hơn. S350GD được thiết kế để giữ hàm lượng cacbon và hợp kim ăn mòn ở mức thấp, mang lại các chỉ số thuận lợi. - Cân nhắc về lớp phủ: - S350GD+Z (Zn): Kẽm tạo ra hơi và khói kẽm trong quá trình hàn hồ quang; mối hàn phải được chuẩn bị bằng cách loại bỏ lớp phủ khỏi khu vực mối nối để tránh hiện tượng rỗ khí, nguy cơ khói và giòn kim loại mối hàn. - S350GD+AZ (Al–Si): Lớp phủ giàu nhôm có thể tạo thành oxit chịu lửa và kim loại liên kết có nhiệt độ nóng chảy cao hơn tại vùng hàn; khuyến nghị nên loại bỏ lớp phủ trước khi hàn và có thể cần điều chỉnh các thông số hàn để tránh khuyết tật mối hàn. - Xử lý gia nhiệt trước/sau khi hàn: thường không yêu cầu đối với các lớp nền S350GD mỏng, nhưng phải tuân theo hướng dẫn của nhà cung cấp đối với các phần dày hơn và đối với các bề mặt được phủ để quản lý chu kỳ nhiệt và rủi ro hydro.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• S350GD+Z (kẽm nhúng nóng): Cung cấp khả năng bảo vệ catốt hy sinh. Kẽm ăn mòn ưu tiên, bảo vệ thép ngay cả khi lớp phủ bị sứt mẻ. Khả năng chống ăn mòn khí quyển thông thường tốt và khả năng bảo vệ điện hóa tuyệt vời khi thép tiếp xúc với các kim loại khác.
• S350GD+AZ (nhôm-silicon): Lớp phủ Al-Si hoạt động như một lớp rào cản và tạo thành oxit nhôm ổn định, chống oxy hóa ở nhiệt độ cao và mang lại hiệu suất vượt trội trong một số môi trường nhiệt độ cao và oxy hóa tuần hoàn. Lớp phủ giàu Al ít bị hy sinh hơn và có tính chất rào cản cao hơn.

Khi áp dụng chỉ số loại thép không gỉ: - PREN (Số tương đương khả năng chống rỗ) không áp dụng cho các loại nền không phải thép không gỉ này, nhưng để tham khảo: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$ - Chỉ sử dụng PREN cho hợp kim thép không gỉ; đối với thép cacbon phủ, hãy đánh giá cơ chế ăn mòn của lớp phủ (ăn mòn hy sinh so với ăn mòn rào cản), độ dày lớp phủ và mức độ tiếp xúc với môi trường.

Sơn và hoàn thiện: - Cả hai loại lớp phủ đều có thể sơn phủ, nhưng quy trình xử lý bề mặt có thể khác nhau. Bề mặt mạ kẽm cần lớp chuyển đổi cromat hoặc phosphate để có độ bám dính tối ưu; bề mặt phủ nhôm có thể cần lớp sơn lót khác nhau để đảm bảo tính tương thích. Vui lòng tham khảo ý kiến ​​nhà cung cấp sơn phủ và sơn để được phê duyệt hệ thống.

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

• Cắt: Cắt laser, cắt plasma và cắt trượt thường được sử dụng cho cả hai loại lớp phủ. Thông số cắt và chất lượng xỉ thay đổi tùy theo loại lớp phủ; lớp phủ Al-Si có thể tạo ra xỉ chịu nhiệt nhiều hơn.
• Uốn cong/tạo hình: Khả năng tạo hình của chất nền tương tự, nhưng tính chất phủ thì khác nhau:
• Lớp phủ kẽm tương đối dẻo và có thể chịu được bán kính uốn cong hẹp hơn; tuy nhiên, lớp kẽm có thể nứt hoặc bong tróc nếu không được ủ cán đúng cách.
• Lớp phủ Al–Si cứng hơn và giòn hơn — có thể nứt khi uốn cong chặt hoặc khi dập mạnh và có thể xuất hiện hiện tượng oxy hóa màu trắng trên các vùng nứt.
• Khả năng gia công: Khoan và ren tạo ra các đặc tính mài mòn dụng cụ và phoi khác nhau tùy thuộc vào sự có mặt của Zn hay Al–Si; Al–Si có thể mài mòn dụng cụ nhiều hơn.
• Hoàn thiện bề mặt và tình trạng cạnh: Các cạnh được cắt tỉa sau khi phủ có thể để lộ thép; việc bảo vệ sau quá trình phủ và sơn dặm là phổ biến.

8. Ứng dụng điển hình

Lĩnh vực ứng dụng	S350GD+Z (mạ kẽm)	S350GD+AZ (được tráng nhôm / Al–Si)
Vỏ công trình (mặt tiền, lớp ốp)	Được sử dụng rộng rãi để chống ăn mòn nói chung và bảo vệ hiệu quả về mặt chi phí	Được sử dụng khi cần nhiệt độ cao hơn hoặc hiệu suất rào cản dài hạn
Hàng lợp mái và nước mưa	Lựa chọn phổ biến cho việc tiếp xúc với khí quyển	Được lựa chọn cho môi trường có chu kỳ nhiệt cao hơn hoặc nhu cầu thẩm mỹ cụ thể
Tấm kết cấu ô tô	Được sử dụng để bảo vệ chống ăn mòn trên thân xe màu trắng nơi sơn tiếp theo	Được lựa chọn cho các thành phần tiếp xúc với nhiệt hoặc nơi có mối quan tâm về khả năng tương thích điện hóa với các kim loại khác
HVAC, hệ thống ống gió	Được chỉ định chung	Được sử dụng ở nơi có lợi cho khả năng chống chịu nhiệt độ cao của nhôm hóa
Thiết bị công nghiệp (nhiệt độ thấp-trung bình)	Lựa chọn tiêu chuẩn	Được lựa chọn khi cần khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao
Các yếu tố kiến ​​trúc lộ thiên	Lựa chọn tiết kiệm với sự bảo vệ hy sinh	Được sử dụng cho các ứng dụng kiến ​​trúc có tuổi thọ cao hơn, chi phí cao hơn khi cần hoàn thiện bề mặt bằng nhôm

Cơ sở lựa chọn: - Chọn S350GD+Z để bảo vệ chống ăn mòn trong khí quyển với chi phí thấp hơn và khi việc bảo vệ hy sinh có lợi. - Chọn S350GD+AZ khi cần tiếp xúc với nhiệt độ cao, khả năng chống oxy hóa hoặc có tính chất rào cản cụ thể và khi chi phí cao hơn một chút là hợp lý.

9. Chi phí và tính khả dụng

• S350GD+Z (kẽm): Nhìn chung, sản phẩm này có giá thành cạnh tranh hơn nhờ cơ sở hạ tầng mạ kẽm hiện đại và nhu cầu cao. Sản phẩm có nhiều độ dày lớp phủ khác nhau, đáp ứng yêu cầu về tuổi thọ sử dụng.
• S350GD+AZ (nhôm-silicon): Ít phổ biến hơn; tính khả dụng có thể hạn chế hơn và chi phí cao hơn một chút do sử dụng bể phủ chuyên dụng và sản lượng thấp hơn. Thời gian giao hàng có thể dài hơn tùy thuộc vào thị trường và năng lực của nhà máy.
• Dạng sản phẩm: Cả hai loại đều được cung cấp dưới dạng cuộn và tấm. Độ dày lớp phủ tùy chỉnh, độ cứng (bề mặt hoàn thiện và khả năng sơn phủ) và xử lý sau khi sơn có thể ảnh hưởng đến thời gian giao hàng và chi phí.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Tham số	S350GD+Z	S350GD+AZ
Khả năng hàn (thực tế)	Khả năng hàn nền tốt; phải loại bỏ Zn tại các mối hàn để kiểm soát khói/độ xốp	Khả năng hàn nền tốt; khuyến nghị loại bỏ Al–Si và điều chỉnh các thông số hàn
Sức mạnh-Độ dẻo dai	Xác định chất nền; tương tự cho cả hai	Xác định chất nền; tương tự cho cả hai
Trị giá	Thấp hơn / có sẵn rộng rãi	Cao hơn / chuyên sâu hơn

Kết luận: - Hãy chọn S350GD+Z nếu bạn cần giải pháp bảo vệ chống ăn mòn khí quyển đa năng, tiết kiệm chi phí với khả năng chịu lực tốt, dễ sơn phủ và có sẵn rộng rãi. Sản phẩm này thường được sử dụng mặc định cho các công trình xây dựng, lợp mái và nhiều ứng dụng công nghiệp nói chung. - Chọn S350GD+AZ nếu ứng dụng liên quan đến nhiệt độ cao, môi trường oxy hóa hoặc yêu cầu lớp phủ dạng rào cản có độ ổn định nhiệt độ cao tốt hơn và vẻ ngoài khác biệt; dự kiến ​​chi phí cao hơn và cân nhắc đến các tác động về tạo hình/hàn trong quá trình mua sắm và lập kế hoạch chế tạo.

Khuyến nghị cuối cùng: hãy dựa trên môi trường sử dụng và các hạn chế về chế tạo để đưa ra quyết định. Đối với các ứng dụng kết cấu và ngoại thất tiêu chuẩn, S350GD+Z thường mang lại sự cân bằng tốt nhất giữa chi phí, khả năng bảo vệ và tính dễ chế tạo. Đối với các môi trường nhiệt hoặc hóa chất chuyên dụng, nơi lớp phủ nhôm-silicon có khả năng ngăn chặn và khả năng phục hồi ở nhiệt độ cao mang lại giá trị vòng đời đáng kể, S350GD+AZ là lựa chọn kỹ thuật tốt hơn.