SPCC-1B so với SPCC-1D – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

SPCC-1B và SPCC-1D là các biến thể của thép cacbon thương mại cán nguội đạt tiêu chuẩn JIS (SPCC theo tiêu chuẩn JIS G3141) được sử dụng trong chế tạo, thiết bị gia dụng, tấm ốp bên trong ô tô và các chi tiết kỹ thuật nói chung. Các kỹ sư, quản lý mua sắm và lập kế hoạch sản xuất thường gặp khó khăn khi lựa chọn giữa hai loại này vì việc lựa chọn thường ít phụ thuộc vào hiệu suất cơ học khối lượng lớn mà phụ thuộc nhiều hơn vào tình trạng bề mặt, quá trình hoàn thiện sau đó và khả năng tương thích quy trình — ví dụ, lựa chọn giữa bề mặt đẹp hơn so với bề mặt được tối ưu hóa cho độ bám dính hoặc tạo hình lớp phủ.

Sự khác biệt thực tế chủ yếu giữa hai loại này nằm ở việc xử lý bề mặt và hoàn thiện sau khi cán nguội và ủ. Vì cả hai đều là vật liệu nền giống nhau về mặt hóa học và luyện kim, các nhà thiết kế thường lựa chọn bằng cách kết hợp trạng thái bề mặt với các yêu cầu về chức năng và thẩm mỹ của chi tiết: ví dụ: các tấm nhìn thấy được, độ bám dính của sơn hoặc mạ, hoặc các thành phần kết cấu nhạy cảm về chi phí mà hình thức cuối cùng chỉ là yếu tố thứ yếu.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Tiêu chuẩn chính: JIS G3141 — Tấm và dải thép cacbon cán nguội (chất lượng thương mại), định nghĩa SPCC.
• Phân loại: SPCC là thép cacbon cán nguội có hàm lượng cacbon thấp (thép cacbon chất lượng thương mại).
• Các dòng sản phẩm có thể so sánh gần đúng (chỉ để tham khảo chéo — không đảm bảo tính tương đương trực tiếp một-một):
• EN: thép không hợp kim cán nguội (ví dụ: loạt EN 10130 như DC01/DC03)
• ASTM/ASME: thép thương mại cán nguội thường được mua theo mô tả sản phẩm ASTM A1008 / A611; tuy nhiên, thông số kỹ thuật chi tiết và tiêu chí chấp nhận có thể khác nhau.
• GB: Tiêu chuẩn của Trung Quốc đối với thép thương mại cán nguội có ứng dụng tương tự nhưng cần phải so sánh tiêu chuẩn trực tiếp để mua sắm.

Lưu ý: Luôn tham khảo phiên bản tiêu chuẩn cụ thể và chứng nhận của nhà máy khi chỉ định vật liệu cho các bộ phận quan trọng.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Yếu tố	Điển hình (wt%) cho họ SPCC
C (Cacbon)	Thấp; mức tối đa điển hình trong khoảng 0,1%
Mn (Mangan)	Một lượng nhỏ bổ sung để tăng cường độ và khả năng làm cứng; thường ở mức 0,1–0,6%
Si (Silic)	Thấp; thường ≤~0,3% làm chất khử oxy
P (Phốt pho)	Tạp chất còn lại; kiểm soát khả năng tạo hình (tối đa điển hình ~0,03–0,05%)
S (Lưu huỳnh)	Kiểm soát mức độ dẻo thấp; có thể lên tới ~0,03–0,05%
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Không được cố ý thêm vào SPCC thương mại; thường chỉ xuất hiện dưới dạng dư lượng ở mức vết
N (Nitơ)	Còn lại; thường rất thấp

Ghi chú: - SPCC được sản xuất dưới dạng thép thương mại hợp kim thấp, hàm lượng carbon thấp. Chiến lược hợp kim hóa nhấn mạnh vào khả năng định hình và phản ứng cán nguội đồng đều hơn là độ bền từ các chất bổ sung hợp kim. - Một lượng nhỏ Mn và Si chủ yếu được sử dụng để khử oxy và đạt được độ bền và khả năng kéo ở mức vừa phải. Các nguyên tố hợp kim có độ cứng cao được loại bỏ một cách có chủ đích, giúp tạo hình nguội tốt và hàn dễ dàng mà không cần gia nhiệt đặc biệt trong nhiều trường hợp.

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

• Cấu trúc vi mô điển hình: Đối với cả SPCC-1B và SPCC-1D, cấu trúc vi mô sau khi xử lý là ferit với một lượng nhỏ peclit ở những nơi có cacbon và mangan cho phép. Trạng thái cán nguội sẽ cho thấy cấu trúc dải ferit biến dạng, trở nên cân bằng hơn sau khi ủ.
• Xử lý tiêu chuẩn: Cán nguội sau đó ủ liên tục hoặc ủ từng mẻ (ủ kết tinh lại) để khôi phục độ dẻo và kiểm soát chất lượng bề mặt.
• Phản ứng xử lý nhiệt:
• Chuẩn hóa/làm nguội & ram không phải là phương pháp thông thường để làm SPCC vì thành phần hóa học thiếu hợp kim cần thiết để làm cứng đáng kể; cố gắng làm cứng bằng cách làm nguội chỉ cải thiện được độ bền hạn chế và có nguy cơ bị biến dạng.
• Ủ kết tinh lại (ủ mềm) là phương pháp xử lý nhiệt phổ biến để tối ưu hóa khả năng tạo hình và tạo ra độ cứng hoặc tính chất bề mặt mong muốn.
• Quá trình xử lý kiểm soát nhiệt cơ (TMCP) không phải là phương pháp điển hình đối với SPCC cấp thương mại; đối với thép cán nguội có độ bền cao hơn, TMCP hoặc hóa chất hợp kim vi mô được sử dụng thay thế.

4. Tính chất cơ học

Tài sản	Phạm vi điển hình / Ghi chú (họ SPCC)
Độ bền kéo (Rm)	Khoảng 270–410 MPa tùy thuộc vào độ cứng và độ dày
Độ bền kéo dài (độ bền 0,2%)	Thông thường ở khoảng ~205 MPa (thay đổi tùy theo tính khí)
Độ giãn dài (A80 hoặc A10)	Thông thường ≥ 20–30% tùy thuộc vào độ dày và quá trình ủ
Độ bền va đập	Không phải là thông số kỹ thuật chính cho SPCC; độ bền ở nhiệt độ phòng đủ để sử dụng chung nhưng không đảm bảo cho dịch vụ ở nhiệt độ thấp
Độ cứng	Tương đối thấp (giá trị Brinell hoặc Rockwell điển hình tương ứng với phạm vi thép mềm)

Giải thích: - Tính chất cơ học khối của SPCC-1B và SPCC-1D về cơ bản là giống nhau vì chúng có cùng thành phần hóa học và lớp xử lý nhiệt. Sự khác biệt về hiệu suất đo được thường là do độ dày, độ cứng (mức độ gia công nguội còn lại sau khi cán màng) và quá trình xử lý bề mặt cục bộ chứ không phải do hậu tố mác thép. - Nếu cần độ bền cao hơn hoặc độ dẻo dai được cải thiện, cần phải chỉ định loại thép khác (thép cán nguội gia cường hoặc thép hợp kim siêu nhỏ).

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn được đánh giá cao đối với thép thương mại ít carbon như SPCC nhờ hàm lượng carbon tương đương thấp và hàm lượng hợp kim tối thiểu. Hai chỉ số thực nghiệm thường được sử dụng để đánh giá khả năng hàn là tương đương carbon IIW và Pcm của Viện Hàn Quốc tế.

Ví dụ: - $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Giải thích định tính: - Do hàm lượng cacbon và hợp kim trong thép SPCC thấp nên cả giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ thường thấp, cho thấy khả năng hàn thông dụng tốt với các quy trình hàn thông dụng (MIG, MAG, TIG, hàn điện trở). - Những điểm thực hành chính: - Xử lý nhiệt trước và sau khi hàn thường không cần thiết đối với các bộ phận SPCC dạng tấm mỏng, nhưng phải cân nhắc đối với các cụm lắp ráp dày hoặc khi sự hạn chế đáng kể hoặc hình học phức tạp có thể gây ra nguy cơ biến dạng hoặc nứt. - Bề mặt hoàn thiện và lớp phủ (ví dụ, mạ kẽm hoặc màng dầu) ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn và có thể cần phải làm sạch trước khi hàn. - Khi hàn điểm các tấm phủ hoặc kim loại không giống nhau, hãy điều chỉnh các thông số về sự hiện diện của lớp phủ và tiếp xúc điện.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• SPCC là thép cacbon thấp không gỉ; khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình và phụ thuộc vào lớp phủ bảo vệ.
• Các chương trình bảo vệ chung:
• Mạ kẽm nhúng nóng (lớp phủ kẽm) để chịu được thời tiết.
• Mạ điện cho lớp kẽm mỏng, đồng đều khi cần bề ngoài và độ bám dính của sơn.
• Lớp phủ hữu cơ: sơn lót và sơn trang trí và chống ăn mòn.
• Lớp phủ chuyển đổi (phosphat hóa) để tăng cường độ bám dính của sơn.
• Các chỉ số đặc trưng của thép không gỉ như PREN không áp dụng được cho SPCC vì hàm lượng crom, molypden và nitơ không đủ để tạo nên đặc tính của thép không gỉ:
• Ví dụ công thức PREN (cho hợp kim không gỉ): $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Đối với các loại SPCC, PREN không có ý nghĩa; khả năng chống ăn mòn phải được cung cấp bằng lớp phủ bên ngoài.
• Tác động đến điều kiện bề mặt: Điều kiện bề mặt 1B so với 1D ảnh hưởng đến độ bám dính của lớp phủ và hiệu quả của quá trình hoàn thiện tiếp theo (mạ điện, sơn, liên kết). Độ nhám bề mặt, oxit còn sót lại và sự hiện diện của dầu bôi trơn/dầu đều ảnh hưởng đến quy trình phủ.

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

• Khả năng định hình: Cấp SPCC được lựa chọn vì khả năng tạo hình nguội và kéo sâu tốt. Hàm lượng carbon thấp và điều kiện ủ mang lại độ dẻo tuyệt vời.
• Uốn và dập: Cả vật liệu nền 1B và 1D đều có hiệu suất tương tự nhau trong các thao tác uốn và dập; tuy nhiên, bề mặt hoàn thiện cụ thể có thể ảnh hưởng đến hành vi tách ở các đường cắt và kết quả trực quan trên bán kính uốn.
• Khả năng gia công: Thép mềm cán nguội có thể gia công dễ dàng bằng dụng cụ tiêu chuẩn; thiết kế linh kiện phải phản ánh tốc độ cấp liệu thép mềm thông thường và hình dạng dụng cụ.
• Hoàn thiện bề mặt: SPCC-1B (hoàn thiện mịn hơn) có xu hướng ít cần đánh bóng sau xử lý hơn đối với các bộ phận có thể nhìn thấy; SPCC-1D (ít đánh bóng hơn hoặc xử lý bề mặt khác) có thể chấp nhận hoặc thậm chí thúc đẩy độ bám dính tốt hơn cho một số loại sơn và lớp phủ chuyển đổi.
• Lưu ý về chất bôi trơn và chất làm mát: Cần loại bỏ hoặc kiểm soát cặn xử lý bề mặt (dầu, lớp thụ động) để đảm bảo kết quả tạo hình, phủ và hàn đồng nhất.

8. Ứng dụng điển hình

Công dụng điển hình của SPCC-1B	Công dụng điển hình của SPCC-1D
Tấm ốp thiết bị có thể nhìn thấy, viền thiết bị điện tử tiêu dùng, các bộ phận tấm trang trí ưu tiên bề mặt nhẵn, hấp dẫn	Tấm kết cấu bên trong, các bộ phận khung gầm không nhìn thấy được, các bộ phận dành cho lớp phủ chắc chắn tiếp theo khi độ nhám bề mặt được chấp nhận
Các thành phần sẽ được mạ điện hoặc sơn và yêu cầu chuẩn bị bề mặt tối thiểu	Các thành phần và chi tiết dập nhạy cảm về chi phí, trong đó hình thức cuối cùng không quan trọng nhưng cần có độ bám dính của lớp phủ
Các bộ phận được tạo hình nguội khổ nhẹ, trong đó lớp hoàn thiện cuối cùng phải đáp ứng các tiêu chuẩn thẩm mỹ của OEM	Các thành phần công nghiệp, giá đỡ và các bộ phận trải qua quá trình tạo hình nặng và làm sạch/phủ lớp thứ cấp

Cơ sở lựa chọn: - Chọn phương án có trạng thái bề mặt tối ưu hóa quá trình hoàn thiện tiếp theo: vẻ ngoài thẩm mỹ, độ bám dính sơn/mạ hoặc tính kinh tế của các bước hoàn thiện.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí: Sự chênh lệch về chi phí vật liệu giữa 1B và 1D thường nhỏ vì thành phần hóa học của thép cơ bản và cơ sở sản xuất là như nhau; bất kỳ mức giá cao nào cũng được thúc đẩy bởi các bước xử lý bề mặt bổ sung, phân loại chất lượng hoặc tiêu chí chấp nhận bề mặt chặt chẽ hơn.
• Tính khả dụng: Cả hai biến thể này thường được sản xuất và dự trữ tại các nhà máy và nhà phân phối ở những khu vực mà sản phẩm JIS là tiêu chuẩn; tính khả dụng tại địa phương phụ thuộc vào nhu cầu thị trường và hàng tồn kho của nhà phân phối.
• Dạng sản phẩm: Tấm, cuộn và phôi cắt theo chiều dài là tiêu chuẩn. Thời gian giao hàng cho các điều kiện bề mặt cụ thể có thể dài hơn nếu nhà máy phải thực hiện thêm quá trình ủ hoặc xử lý bề mặt để đáp ứng thông số kỹ thuật 1B hoặc 1D.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Thuộc tính	SPCC-1B	SPCC-1D
Khả năng hàn	Tuyệt vời (giống như gia đình SPCC)	Tuyệt vời (giống như gia đình SPCC)
Sức mạnh-Độ dẻo dai	Tương đương (cùng loại thép cơ bản)	Tương đương (cùng loại thép cơ bản)
Chi phí (tương đối)	Cao hơn một chút nếu áp dụng thêm lớp hoàn thiện bề mặt	Thấp hơn một chút nếu ít hoàn thiện bề mặt được áp dụng
Bề mặt/Hình thức	Bề mặt hoàn thiện mịn hơn/mịn hơn phù hợp với các bộ phận có thể nhìn thấy	Bề mặt thô hơn/được xử lý phù hợp để bám dính và tạo hình lớp phủ

Kết luận và hướng dẫn thực tế: - Chọn SPCC-1B nếu bạn cần bề mặt cán nguội mịn hơn, chất lượng cao hơn cho các bộ phận có thể nhìn thấy, để giảm thiểu quá trình xử lý sau khi hoàn thiện để đạt được vẻ ngoài cuối cùng hoặc khi mạ điện/hoàn thiện sơn yêu cầu lớp hoàn thiện ban đầu mịn hơn. - Chọn SPCC-1D nếu vẻ ngoài là yếu tố thứ yếu, nếu xử lý bề mặt thúc đẩy độ bám dính tốt hơn cho một số lớp phủ nhất định hoặc khi ưu tiên chi phí đơn vị thấp hơn và tạo hình chắc chắn khi không cần hoàn thiện thẩm mỹ tốt hơn.

Lưu ý cuối cùng: SPCC-1B và SPCC-1D có chung khả năng về hóa học và cơ học; quyết định chủ yếu phụ thuộc vào kỹ thuật bề mặt. Về thông số kỹ thuật và mua sắm, vui lòng tham khảo phiên bản JIS G3141 chính xác, yêu cầu chứng nhận thử nghiệm tại nhà máy, và ghi rõ tiêu chuẩn hoàn thiện bề mặt và tiêu chí chấp nhận (độ trầy xước, độ tẩy rửa, độ dầu, độ nhám) trong tài liệu mua sắm để tránh nhầm lẫn.