SGCD1 so với SGCD2 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

SGCD1 và SGCD2 là hai loại thép cacbon thấp có liên quan chặt chẽ với nhau, thường được chỉ định cho các hoạt động định hình, dập và hoàn thiện nguội trong các ngành công nghiệp ô tô, thiết bị gia dụng và kỹ thuật nhẹ. Các kỹ sư và chuyên gia mua sắm khi lựa chọn giữa chúng thường cân nhắc những yếu tố đánh đổi như khả năng định hình so với độ bền, khả năng hàn so với khả năng xử lý nhiệt sau định hình, và chi phí đơn vị so với tính khả dụng.

Sự khác biệt chính về mặt vận hành giữa hai loại thép này nằm ở hiệu suất tạo hình mong muốn: một loại được tối ưu hóa cho độ dẻo tạo hình nguội cao hơn và khả năng kéo tấm/dải đồng đều, trong khi loại còn lại hy sinh một phần khả năng tạo hình để đạt được độ bền cao hơn và khả năng tôi cứng tốt hơn. Vì hai loại thép này được sử dụng thay thế cho nhau trong nhiều môi trường chế tạo, việc so sánh cẩn thận thành phần, phản ứng vi cấu trúc, tính chất cơ học và các yếu tố chế tạo là điều cần thiết để lựa chọn chính xác.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Các tiêu chuẩn và họ thép chính liên quan đến loại SGCD:
• ASTM/ASME (ký hiệu AISI/SAE cho thép cacbon và thép hợp kim thấp)
• EN (Danh mục EN 10025/EN 10130 của Châu Âu dành cho thép cán nguội và các loại kết cấu)
• JIS (Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản đối với thép cán nguội và thép kéo sâu)
• GB (tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc bao gồm các loại thép tấm và thép dải cán nguội)
• Phân loại: SGCD1 và SGCD2 được phân loại tốt nhất là thép cacbon thấp, tạo hình nguội trong nhóm cacbon-mangan (không phải thép không gỉ, không phải thép dụng cụ, và nói chung không phải HSLA theo định nghĩa hiện đại). Chúng chủ yếu được dùng để tạo hình và chế tạo thay vì ứng dụng trong môi trường nhiệt độ cao hoặc kết cấu hợp kim nặng.
• Lưu ý: Các chương trình chỉ định khác nhau tùy theo khu vực và nhà máy; các sản phẩm tương đương trong danh mục ASTM/EN/GB/JIS phải được xác nhận bằng các chứng chỉ về tính chất hóa học và cơ học.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Hai loại thép này được thiết kế để cân bằng hàm lượng carbon thấp cho độ dẻo và hàm lượng mangan/silic vừa đủ (và đôi khi là hợp kim vi mô) để đảm bảo độ bền và độ ổn định của quy trình. Giới hạn thực tế thay đổi tùy theo nhà cung cấp và tiêu chuẩn khu vực; bảng sau liệt kê các phạm vi điển hình, mang tính đại diện. Luôn kiểm tra thành phần từ chứng chỉ thử nghiệm nhà máy để tính toán thiết kế.

Yếu tố	Phạm vi điển hình (wt%) — SGCD1 (đại diện)	Phạm vi điển hình (wt%) — SGCD2 (đại diện)
C	0,04 – 0,12	0,06 – 0,18
Mn	0,20 – 0,80	0,30 – 1,00
Si	0,02 – 0,25	0,02 – 0,30
P	≤ 0,030 (tối đa)	≤ 0,030 (tối đa)
S	≤ 0,020 (tối đa)	≤ 0,020 (tối đa)
Cr	vết – 0,20 (nếu có)	vết – 0,30 (nếu có)
Ni	vết – 0,20 (nếu có)	vết – 0,30 (nếu có)
Mo	thường không có hoặc ≤ 0,05	thỉnh thoảng ≤ 0,10
V, Nb, Ti, B	thường không có; hợp kim vi mô có thể xảy ra ở một số biến thể	hợp kim vi mô có thể kiểm soát được độ bền
N	dấu vết	dấu vết

Giải thích: - SGCD1 thường nhắm vào phần dưới của cacbon và hợp kim để tối đa hóa khả năng tạo hình nguội và giảm thiểu khả năng tôi cứng. Hàm lượng C thấp hơn và hàm lượng Mn được kiểm soát giúp giảm nguy cơ gãy cắt và mỏng do tạo hình. - SGCD2 chấp nhận hàm lượng carbon và hợp kim (hoặc hợp kim vi mô) cao hơn một chút để tăng giới hạn chảy/độ bền kéo và khả năng phản ứng với xử lý nhiệt hoặc ram. Những thay đổi này làm tăng khả năng tôi cứng và có thể làm giảm nhẹ khả năng tạo hình. - Đôi khi, việc bổ sung Cr, Ni hoặc V vào các biến thể SGCD2 để điều chỉnh độ bền, độ dẻo dai và phản ứng ram mà không cần chuyển sang miền thép hợp kim.

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

• Cấu trúc vi mô điển hình sau khi xử lý tiêu chuẩn:
• SGCD1: Nền ferritic chủ yếu với các đảo perlit mịn khi hàm lượng cacbon đạt đến giá trị cao hơn trong phạm vi hàm lượng. Việc tinh chế hạt và kiểm soát tạp chất sạch được nhấn mạnh để cải thiện khả năng kéo giãn và mở rộng lỗ.
• SGCD2: Cấu trúc ferit-pearlit có tỷ lệ peclit hoặc bainit ram cao hơn (nếu áp dụng quá trình xử lý nhiệt cơ học hoặc xử lý nhiệt) tùy thuộc vào hàm lượng hợp kim và tốc độ làm nguội.
• Hiệu quả của xử lý nhiệt:
• Chuẩn hóa: Thúc đẩy sự phân bố ferit-pearlit đồng đều. SGCD2, với hàm lượng hợp kim cao hơn một chút, sẽ cho độ tôi cứng cao hơn một chút sau khi chuẩn hóa.
• Làm nguội & ram: Thường không áp dụng cho SGCD1 vì sẽ làm mất đi ưu điểm tạo hình. Các biến thể SGCD2 với hợp kim vi mô có thể được làm cứng/ram để tăng cường độ cho các bộ phận chịu lực.
• Gia công cơ nhiệt (TMP): Cả hai loại thép đều được hưởng lợi từ lịch trình cán và cuộn được kiểm soát. TMP có thể tinh chỉnh kích thước hạt, cải thiện sự cân bằng giữa độ bền và độ dẻo dai—rất hữu ích cho SGCD2 khi cần độ bền cao hơn mà không ảnh hưởng đến khả năng định hình.

4. Tính chất cơ học

Bảng sau đây cung cấp phạm vi tính chất cơ học tiêu biểu cho các dạng sản phẩm điển hình (tấm hoặc dải cán nguội). Kiểm tra các giá trị chính xác bằng thông số kỹ thuật và thử nghiệm sản phẩm.

Tài sản	SGCD1 (điển hình)	SGCD2 (điển hình)
Độ bền kéo (MPa)	270 – 390	320 – 480
Giới hạn chảy (độ lệch 0,2%, MPa)	150 – 260	200 – 350
Độ giãn dài (%), A50mm hoặc A5	28 – 40	20 – 30
Độ bền va đập (J)	vừa phải — cao hơn ở nhiệt độ phòng; thay đổi theo độ dày	vừa phải — có thể thấp hơn SGCD1 ở độ dày bằng nhau
Độ cứng (HB)	~100 – 150	~120 – 190

Giải thích: - SGCD2 có xu hướng cho độ bền kéo và độ bền chảy cao hơn nhưng lại giảm độ dẻo và khả năng tạo hình do hàm lượng cacbon/hợp kim cao hơn và có thể bổ sung thêm hợp kim vi mô. - SGCD1 nhấn mạnh vào khả năng kéo dài và tạo hình, mang lại khả năng mở rộng lỗ tốt hơn và khả năng chống gãy trong các hoạt động kéo mạnh. - Độ bền va đập phụ thuộc vào độ sạch, độ dày và quá trình xử lý; với quá trình xử lý tương đương, SGCD1 thường cung cấp chế độ gãy dẻo hơn.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn chủ yếu được kiểm soát bởi hàm lượng cacbon, hợp kim hóa hiệu quả (làm tăng khả năng tôi) và sự hiện diện của các tạp chất còn sót lại. Các chỉ số dự đoán hữu ích bao gồm tương đương cacbon IIW và công thức Pcm:

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

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

Giải thích định tính: - SGCD1: Hàm lượng cacbon thấp hơn và ít nguyên tố làm cứng hơn tạo ra giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ thấp hơn, cho thấy khả năng hàn dễ hơn, giảm yêu cầu gia nhiệt trước và giảm nguy cơ nứt nguội. - SGCD2: Hàm lượng cacbon/mangan cao và khả năng hợp kim hóa vi mô làm tăng nhẹ $CE_{IIW}$/$P_{cm}$, do đó, quy trình hàn có thể cần phải gia nhiệt trước cao hơn, kiểm soát lượng nhiệt đầu vào hoặc tôi luyện vùng HAZ ở các phần dày hơn. - Lưu ý thực tế: Đối với cả hai loại, việc thực hành tại xưởng (thiết kế mối hàn, lựa chọn vật tư tiêu hao, nhiệt độ giữa các lớp hàn) quyết định sự thành công. Luôn đảm bảo thông số kỹ thuật quy trình hàn (WPS) bằng các thử nghiệm phù hợp cho các cụm lắp ráp quan trọng.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Các loại thép này là thép cacbon thấp không gỉ; khả năng chống ăn mòn là đặc trưng của thép cacbon thông thường.
• Chiến lược bảo vệ bề mặt:
• Mạ kẽm nhúng nóng, mạ điện và xử lý sơ bộ sau đó sơn hoặc phủ bột là những biện pháp bảo vệ chính cho môi trường khí quyển và môi trường ăn mòn nhẹ.
• Đối với môi trường yêu cầu khả năng chống ăn mòn tốt hơn, hãy cân nhắc sử dụng lớp phủ chuyển đổi, lớp phủ kép hoặc chuyển sang các loại thép không gỉ—PREN không áp dụng được ở đây vì đây không phải là loại thép không gỉ.
• Khi bổ sung crom hoặc niken ở mức vết (biến thể SGCD2), chúng không làm thay đổi đáng kể khả năng chống ăn mòn của khí quyển so với các hệ thống bảo vệ tiêu chuẩn.

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

• Khả năng định hình:
• SGCD1: Được tối ưu hóa cho việc kéo sâu, tạo hình kéo giãn và uốn bán kính hẹp. Hàm lượng carbon thấp hơn và hình thái tạp chất được kiểm soát mang lại tỷ lệ giãn nở lỗ vượt trội và giảm độ biến thiên đàn hồi.
• SGCD2: Tốt hơn cho các ứng dụng yêu cầu cường độ duy trì cao hơn sau khi tạo hình; khả năng tạo hình có thể chấp nhận được đối với quá trình kéo vừa phải nhưng bị hạn chế đối với quá trình biến dạng cực độ.
• Khả năng gia công:
• Cả hai đều có thể gia công tương đối dễ dàng khi ủ hoặc ở trạng thái mềm như khi cung cấp; SGCD2 có thể bị mài mòn dụng cụ cao hơn một chút do lượng perlit hoặc hợp kim siêu nhỏ tăng lên.
• Hoàn thiện:
• Tình trạng bề mặt ảnh hưởng đến độ bám dính của lớp phủ và lớp sơn hoàn thiện—hãy chỉ định phương pháp tẩy rửa, phosphat hóa hoặc làm sạch phù hợp với các quy trình tiếp theo.

8. Ứng dụng điển hình

SGCD1 (công dụng điển hình)	SGCD2 (công dụng điển hình)
Tấm bên trong ô tô được kéo sâu, vỏ thiết bị, các bộ phận dập phức tạp đòi hỏi khả năng co giãn cao	Ép kết cấu, giá đỡ gia cố, các bộ phận đã tạo hình đòi hỏi cường độ chịu kéo cao hơn hoặc xử lý nhiệt sau tạo hình hạn chế
Ống và phần cần độ uốn cong tốt	Các thành phần chịu lực được tạo hình nguội, trục chịu tải trung bình (sau khi xử lý nhiệt)
Sản phẩm tiêu dùng có bề mặt hoàn thiện và khả năng định hình được ưu tiên	Các bộ phận cần cắt tỉa, gia công vừa phải và có độ bền trên trọng lượng cao hơn trong giới hạn thép cacbon

Cơ sở lựa chọn: - Sử dụng SGCD1 khi quy trình sản xuất bao gồm kéo căng nghiêm trọng, mở rộng lỗ hoặc khi việc giảm thiểu các vết nứt hình thành là tối quan trọng. - Sử dụng SGCD2 khi chi tiết cuối cùng cần độ bền cao hơn hoặc hiệu suất được cải thiện sau quá trình xử lý nhiệt và khi hoạt động tạo hình ở mức vừa phải.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí tương đối:
• SGCD1 thường có giá thành cạnh tranh do hàm lượng hợp kim thấp hơn và yêu cầu xử lý đơn giản hơn.
• SGCD2 có thể có mức giá cao hơn một chút nếu sử dụng phương pháp hợp kim hóa vi mô hoặc xử lý bổ sung (ví dụ: cán có kiểm soát, ram).
• Khả dụng:
• Cả hai loại thép này thường có sẵn ở dạng tấm cán nguội, dải, và đôi khi là cuộn ngâm và tẩm dầu từ các nhà máy khu vực. Hình dạng sản phẩm (dung sai, độ dày, độ hoàn thiện bề mặt) khác nhau tùy theo nhà máy và khu vực; thời gian giao hàng cho các loại thép tôi chuyên dụng hoặc bề mặt siêu sạch có thể lâu hơn.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Đặc điểm	SGCD1	SGCD2
Khả năng hàn	Tốt hơn (C thấp hơn, CE thấp hơn)	Tốt đến có điều kiện (CE cao hơn, có thể cần làm nóng trước)
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Ưu tiên độ dẻo dai và độ bền	Ưu tiên sức mạnh cao hơn với độ dẻo dai hợp lý
Trị giá	Thấp hơn	Cao hơn một chút (tùy thuộc vào quá trình/hợp kim vi mô)

Khuyến nghị: - Chọn SGCD1 nếu chi tiết của bạn yêu cầu khả năng tạo hình nguội cao, độ sâu khi kéo, độ giãn nở lỗ tuyệt vời và quy trình hàn đơn giản. Sản phẩm này rất phù hợp cho các tấm mỏng, vỏ thiết bị gia dụng và các linh kiện có độ hoàn thiện bề mặt và độ dẻo dai là yếu tố thiết kế quan trọng. - Chọn SGCD2 nếu ứng dụng của bạn yêu cầu độ bền định hình cao hơn, khả năng chịu tải được cải thiện hoặc tùy chọn tôi/ram sau khi định hình. SGCD2 phù hợp cho các giá đỡ kết cấu định hình, các bộ phận chịu ứng suất cao hơn khi sử dụng, hoặc khi cần sàn có độ bền cao hơn mà không cần chuyển sang các loại hợp kim nặng hơn.

Lưu ý cuối cùng: Phạm vi và hành vi được tóm tắt ở đây chỉ mang tính chất đại diện. Do danh pháp, giới hạn thành phần và lộ trình xử lý khác nhau tùy theo nhà máy, hãy luôn yêu cầu giấy chứng nhận thử nghiệm nhà máy (MTC), xác nhận các tiêu chuẩn áp dụng và tiến hành thử nghiệm tạo hình/hàn cho các linh kiện quan trọng trước khi đưa vào sản xuất.