SGCC so với SGCD1 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

SGCC và SGCD1 là hai loại thép tấm mạ kẽm phổ biến được sử dụng trong các ngành công nghiệp ô tô, thiết bị gia dụng, xây dựng và chế tạo nói chung. Các kỹ sư và chuyên gia mua hàng thường cân nhắc khả năng chống ăn mòn và chi phí so với khả năng định hình và độ bền khi sử dụng khi lựa chọn giữa chúng. Các bối cảnh quyết định điển hình bao gồm: lựa chọn thép tấm mạ kẽm đa năng, giá thành thấp hơn cho các tấm không quan trọng (SGCC) so với lựa chọn thép tấm phủ có khả năng kéo sâu cho các hoạt động định hình và kéo giãn phức tạp (SGCD1).

Sự khác biệt thực tế chính giữa SGCC và SGCD1 nằm ở thành phần hóa học và mục đích xử lý của chúng: SGCD1 được điều chế và xử lý để tăng cường khả năng định hình nguội (hàm lượng cacbon hiệu dụng thấp hơn và kiểm soát tạp chất/hợp kim vi mô chặt chẽ hơn), trong khi SGCC là sản phẩm mạ kẽm chất lượng thương mại thông thường với thành phần và tính chất được tối ưu hóa để sử dụng rộng rãi và tiết kiệm. Vì cả hai đều là sản phẩm mạ kẽm dành cho các ứng dụng tương tự, nên việc so sánh trực tiếp thường tập trung vào sự khác biệt về thành phần về khả năng định hình, khả năng tôi, khả năng hàn và các tính chất cơ học cuối cùng.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• JIS (Nhật Bản): SGCC, SGCD1 là các ký hiệu JIS dành cho thép tấm và thép dải mạ kẽm nhúng nóng. Chúng xuất hiện trong JIS G3302 (thép tấm và thép dải mạ kẽm nhúng nóng) và các tiêu chuẩn thép nền cán nguội JIS liên quan (ví dụ: JIS G3141 dành cho thép cacbon cán nguội).
• EN (Châu Âu): Các chức năng tương đương được thực hiện bởi các danh mục DX51D / DX53D / DX54D dành cho tấm thép mạ kẽm (họ EN 10346 / EN 10142 / EN 10152); việc lập bản đồ cấp độ cụ thể phụ thuộc vào các yêu cầu về cơ học và bề mặt thay vì danh pháp giống hệt nhau.
• ASTM/ASME: ASTM không sử dụng tên SGCC/SGCD; vật liệu tương đương sẽ là thép cán nguội chất lượng thương mại và thép cán nguội kéo sâu sau đó được mạ kẽm để đáp ứng tiêu chuẩn ASTM A653 (Tấm thép mạ kẽm (mạ kẽm)) hoặc A527.
• GB (Trung Quốc): Các tiêu chuẩn GB/T sử dụng các mã cấp khác nhau (ví dụ: SGCC cũng xuất hiện trong một số tiêu chuẩn tiếng Trung được dịch). Kiểm tra các tiêu chuẩn tương đương tại địa phương.

Phân loại: cả SGCC và SGCD1 đều là thép cacbon (ít cacbon) (không phải thép không gỉ, hợp kim hoặc HSLA). SGCD1 là thép mạ kẽm cacbon thấp cấp kéo, được thiết kế để có khả năng định hình vượt trội; SGCC là thép mạ kẽm chất lượng thương mại.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Bảng sau đây cung cấp các phạm vi thành phần chỉ định (wt%). Đây là các phạm vi đại diện điển hình cho các loại thép thương mại và thép kéo theo tiêu chuẩn JIS—các thông số kỹ thuật thực tế của nhà máy và giới hạn tiêu chuẩn cần được kiểm tra trên giấy chứng nhận thử nghiệm của nhà máy.

Yếu tố	SGCC (phạm vi điển hình, wt%)	SGCD1 (phạm vi điển hình, wt%)
C	0,02 – 0,12	0,02 – 0,10 (mục tiêu thấp hơn cho khả năng tạo hình)
Mn	0,10 – 0,60	0,10 – 0,60
Si	0,02 – 0,30	≤ 0,10 (giữ ở mức thấp để đảm bảo bề mặt và khả năng kéo)
P	≤ 0,05 (được kiểm soát)	≤ 0,03 – 0,05 (mong muốn kiểm soát chặt chẽ hơn)
S	≤ 0,05 (giảm)	≤ 0,02 – 0,03 (ưu tiên thấp hơn)
Cr	Thông thường < 0,10	Thông thường < 0,05
Ni	Thông thường < 0,10	Thông thường < 0,05
Mo	Thông thường < 0,05	Thông thường < 0,03
V, Nb, Ti	Vắng mặt hoặc dấu vết	Thường không có; hợp kim vi mô không phổ biến
B	Theo dõi nếu có	Theo dõi nếu có
N	Dấu vết	Dấu vết

Hợp kim ảnh hưởng đến tính chất như thế nào: - Carbon: Yếu tố chính quyết định độ bền và khả năng tôi luyện. Hàm lượng carbon thấp cải thiện độ dẻo và khả năng kéo giãn/tạo hình (ưu điểm SGCD1). Hàm lượng carbon cao hơn làm tăng độ bền nhưng làm giảm khả năng kéo sâu. - Mangan và silic: Được bổ sung để tăng cường độ bền và kiểm soát quá trình khử oxy. Lượng Si/Mn dư thừa có thể ảnh hưởng xấu đến độ bám dính và hình thành lớp phủ; SGCD1 thường chỉ định hàm lượng Si thấp hơn. - Phốt pho/lưu huỳnh: Các tạp chất có thể làm giòn ranh giới hạt và giảm độ dẻo; các cấp độ kéo sẽ áp dụng các giới hạn chặt chẽ hơn hoặc sử dụng quy trình xử lý bổ sung để kiểm soát những tạp chất này. - Hợp kim vi mô (V, Nb, Ti): Thông thường không được sử dụng trong các loại mạ kẽm thương mại này; sự hiện diện của chúng sẽ làm tăng độ bền và khả năng tôi cứng nhưng có thể làm giảm khả năng kéo sâu.

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

Cấu trúc vi mô điển hình: - Cả SGCC và SGCD1, ở dạng cán nguội và ủ khi cung cấp, phần lớn là ferit với ma trận ferit hạt mịn và một lượng nhỏ perlit hoặc các dải pha xen kẽ tùy thuộc vào quá trình chế biến. - SGCD1 được ủ bằng phương pháp xử lý nhằm giảm thiểu hiện tượng tạo dải, thúc đẩy cấu trúc vi mô đồng đều và kích thước hạt mịn để tối đa hóa khả năng tạo hình.

Phản ứng xử lý nhiệt: - Đây là loại thép ít cacbon, không được thiết kế để tôi luyện bằng phương pháp tôi và ram. Các phương pháp xử lý thông thường là khử nguội, sau đó ủ liên tục hoặc ủ mẻ (ủ kết tinh lại). - Thường hóa hoặc tôi & ram không thường được áp dụng cho các loại thép này; xử lý nhiệt chỉ làm thay đổi một chút độ bền và độ dẻo. Xử lý nhiệt cơ học tại nhà máy (cán có kiểm soát sau đó ủ) có thể tinh chỉnh kích thước hạt và cải thiện sự cân bằng độ bền - độ dẻo. - SGCD1 được hưởng lợi từ các chu kỳ ủ được kiểm soát chặt chẽ hơn (ví dụ, ủ cân bằng độ căng và ủ kết tinh lại) để đảm bảo chất lượng bề mặt tuyệt vời và hành vi kéo giãn-bích nhất quán.

4. Tính chất cơ học

Bảng dưới đây tóm tắt các phạm vi tính chất cơ học điển hình của các tấm SGCC và SGCD1 mạ kẽm thương mại. Các giá trị này phụ thuộc rất nhiều vào độ dày, quá trình cán nguội và lịch trình ủ; những giá trị này chỉ mang tính chất tham khảo.

Tài sản	SGCC (điển hình)	SGCD1 (điển hình)
Độ bền kéo (MPa)	~270 – 410	~260 – 410 (giới hạn trên tương tự)
Giới hạn chảy (độ lệch 0,2%, MPa)	~205 – 350	~170 – 300 (năng suất thấp hơn khi kéo sâu)
Độ giãn dài (%)	~20 – 40	~28 – 45 (độ dẻo cao hơn để kéo)
Độ bền va đập	Mục đích chung; vừa phải	Có thể so sánh hoặc cải thiện đôi chút nhờ ủ tinh chế
Độ cứng (HB hoặc HV)	Thấp đến trung bình	Thông thường thấp hơn hoặc tương tự, được tối ưu hóa để hình thành

Giải thích: - SGCD1 được tối ưu hóa để giảm giới hạn chảy hiệu dụng và tăng độ giãn dài để thích ứng với việc kéo sâu và tạo hình kéo giãn mà không bị nứt; giới hạn bền kéo có thể tương tự như SGCC tùy thuộc vào nhiệt độ. - SGCC là loại thép thông dụng tiết kiệm chi phí với phạm vi cơ học rộng hơn, ít bị kiểm soát chặt chẽ hơn—phù hợp khi không yêu cầu khả năng tạo hình cực cao.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn của thép cacbon thấp mạ kẽm nhìn chung là tốt, nhưng lớp phủ và thành phần sẽ ảnh hưởng đến quá trình thực hành.

Các yếu tố chính: - Hàm lượng cacbon và khả năng làm cứng ảnh hưởng đến khả năng nứt nguội—hàm lượng cacbon thấp hơn và khả năng làm cứng hiệu quả thấp hơn sẽ cải thiện khả năng hàn và giảm yêu cầu gia nhiệt trước. - Lớp phủ còn sót lại (kẽm) tạo ra khói và có thể dẫn đến kim loại giòn ở chân mối hàn nếu không được xử lý; cần có quy trình hàn phù hợp (loại bỏ lớp phủ tại mối hàn, sử dụng hệ thống thông gió thích hợp và kim loại hàn).

Công thức tương đương cacbon hữu ích để đánh giá độ nhạy nứt: - Tương đương carbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm quốc tế: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Giải thích định tính (không tính toán số liệu ở đây): - Cả hai loại thép này thường có giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ thấp vì chúng là thép hợp kim thấp, ít cacbon nên dễ hàn bằng các quy trình hàn thông thường. - SGCD1, với khả năng kiểm soát chặt chẽ hơn đối với carbon, Si và P/S, có thể có khả năng chống nứt nguội tốt hơn một chút ở các mối hàn được hạn chế so với SGCC. - Lớp mạ kẽm đòi hỏi phải chuẩn bị bề mặt: loại bỏ kẽm khỏi vùng hàn hoặc áp dụng quy trình kiểm soát để giảm thiểu hơi kẽm và độ xốp.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả SGCC và SGCD1 đều không phải thép không gỉ; cả hai đều dựa vào lớp phủ kẽm (mạ kẽm nhúng nóng) để chống ăn mòn. Lớp phủ này có tác dụng bảo vệ tạm thời và tạo thành một lớp chắn.
• Các lựa chọn bảo vệ bề mặt và hoàn thiện điển hình:
• Mạ kẽm nhúng nóng (theo cấp độ) mang lại khả năng chống ăn mòn mạnh mẽ trong khí quyển.
• Xử lý sau: có thể áp dụng lớp phủ thụ động, lớp phủ chuyển đổi không chứa cromat, sơn hoặc lớp phủ cuộn để kéo dài tuổi thọ và cải thiện tính thẩm mỹ.
• PREN (số tương đương khả năng chống rỗ) chỉ liên quan đến hợp kim thép không gỉ và không áp dụng cho SGCC/SGCD1 vì chúng không phải là thép không gỉ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$
• Lưu ý thực tế: Các hoạt động kéo sâu (SGCD1) yêu cầu kiểm soát cẩn thận độ bám dính của lớp phủ và chất bôi trơn để tránh lớp phủ bị bong tróc hoặc nứt trong quá trình tạo hình khắc nghiệt; một số nhà sản xuất cung cấp các biến thể mạ kẽm hoặc mạ điện được xử lý đặc biệt để tương thích với sơn/tạo hình.

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

• Khả năng tạo hình: SGCD1 được thiết kế cho các ứng dụng kéo sâu và tạo hình phức tạp—độ giãn dài tổng thể cao hơn, giới hạn chảy thấp hơn và lớp oxit bề mặt được tối ưu hóa hỗ trợ kéo dài và tạo mép. SGCC hoạt động tốt khi uốn và tạo hình nhẹ nhưng không được tối ưu hóa cho các ứng dụng kéo mạnh.
• Cắt và xén: Cả hai loại thép này đều có đặc tính tương tự nhau khi cắt phôi, xén và cắt laser. Lớp phủ kẽm có thể ảnh hưởng đến sự hình thành gờ và mài mòn dụng cụ; dụng cụ có thể cần bảo trì thường xuyên hơn đối với thép được phủ.
• Khả năng gia công: Đây là loại thép ít cacbon, nhìn chung có khả năng gia công tốt; lớp phủ và lớp mỏng có liên quan hơn thép nền trong quá trình gia công. Dung dịch cắt gọt phải xử lý được phoi bị nhiễm kẽm.
• Hoàn thiện: Độ bám dính của sơn thường tốt sau khi được xử lý sơ bộ thích hợp. Lớp phủ cuộn và lớp phủ polymer thường được sử dụng; tuy nhiên, khả năng định hình của sản phẩm được phủ phải được xác nhận theo SGCD1 để ngăn ngừa nứt lớp phủ.

8. Ứng dụng điển hình

SGCC (sử dụng chung)	SGCD1 (công dụng phổ biến)
Tấm ốp tường, tấm lợp mái, máng xối, ống dẫn HVAC	Tấm ốp bên trong ô tô, tấm ốp thân xe bên ngoài có đặc điểm kéo sâu
Tấm tủ thiết bị gia dụng không cần tạo hình rộng rãi	Các thành phần thiết bị có hình dạng phức tạp (ví dụ, vỏ trống) cần tạo hình kéo dài
Chế tạo chung, kệ, khung biển hiệu	Vỏ điện có các đặc điểm được vẽ; các bộ phận dập có bán kính hẹp
Các đoạn đường sắt nhẹ có kết cấu chủ yếu là chi phí thấp	Các thành phần đòi hỏi tính liên tục bề mặt cao sau khi tạo hình

Cơ sở lựa chọn: - Chọn SGCC khi chi phí, nguồn hàng sẵn có và khả năng chống ăn mòn nói chung là mối quan tâm hàng đầu và các bộ phận không yêu cầu tạo hình nghiêm ngặt. - Chọn SGCD1 khi cần kéo sâu, tạo hình kéo giãn hoặc dập phức tạp và khi cần giảm thiểu gãy vỡ và đạt được bề mặt đồng nhất sau khi tạo hình.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí: SGCC thường là lựa chọn có chi phí thấp hơn vì dung sai hóa học và quy trình xử lý của nó rộng hơn. SGCD1 có mức giá cao hơn một chút do quy trình kiểm soát chặt chẽ hơn và quá trình ủ được tối ưu hóa cho khả năng kéo.
• Tình trạng sẵn có: Cả hai loại thép này đều có sẵn rộng rãi ở dạng cuộn và dạng tấm từ các nhà máy lớn. SGCC là sản phẩm mạ kẽm đa năng, thường được dự trữ với nhiều kích cỡ/độ dày khác nhau; SGCD1 có thể ít hàng hơn ở một số khu vực và thường được đặt hàng theo điều kiện ram/ủ cụ thể.
• Hình thức sản phẩm: cuộn, tấm cắt theo chiều dài, cuộn xẻ và các dạng cuộn sơn/phủ lớp trước.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng tóm tắt (định tính)

Thuộc tính	SGCC	SGCD1
Khả năng hàn	Tốt; thực hành tiêu chuẩn cho thép mạ kẽm	Tốt hơn một chút do hàm lượng C và tạp chất thấp hơn
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Trung bình; mục đích chung	Được điều chỉnh để có độ dẻo cao hơn và năng suất thấp hơn (khả năng tạo hình tốt hơn)
Trị giá	Thấp hơn (tiết kiệm)	Cao hơn một chút (cao cấp hơn về khả năng định hình)

Khuyến nghị: - Chọn SGCC nếu bạn cần tấm mạ kẽm đa năng, tiết kiệm chi phí cho các bộ phận cần tạo hình vừa phải, khả năng chống ăn mòn mạnh và có sẵn rộng rãi (ví dụ: mái nhà, ống dẫn, tấm cơ bản). - Chọn SGCD1 nếu ứng dụng của bạn yêu cầu kéo sâu, tạo hình kéo giãn đáng kể, chất lượng bề mặt tuyệt vời sau khi tạo hình mạnh hoặc khi cần giảm thiểu nứt cạnh và mặt bích (ví dụ: tấm ốp bên trong ô tô, các bộ phận thiết bị dập phức tạp).

Lưu ý thực tế cuối cùng: SGCC và SGCD1 là họ hàng gần của thép mạ kẽm. Lựa chọn chính xác chủ yếu phụ thuộc vào mức độ tạo hình yêu cầu và kỳ vọng về hoàn thiện bề mặt/sơn. Luôn kiểm tra chứng chỉ thử nghiệm tại nhà máy và các thành phần chính của mẫu thử khi liên quan đến quá trình tạo hình khắc nghiệt hoặc hàn quan trọng.