SPCC so với SPCD – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

SPCC và SPCD là hai loại thép cacbon cán nguội JIS được sử dụng rộng rãi, được chỉ định cho các sản phẩm tấm và dải. 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 giữa các loại thép này khi thiết kế cho các ứng dụng dập, kéo sâu và các hoạt động gia công kim loại tấm khác: thiết kế nên ưu tiên độ bền cao hơn một chút và tính ứng dụng chung (chi phí và tính khả dụng), hay ưu tiên khả năng tạo hình vượt trội cho các chi tiết kéo chặt? Sự so sánh này phụ thuộc vào mục đích sản xuất—SPCC là thép thương mại cán nguội đa năng, trong khi SPCD được thiết kế tập trung vào khả năng tạo hình được cải thiện cho các hoạt động kéo. Sự khác biệt về chức năng này là lý do tại sao hai loại thép này thường được so sánh trong các quyết định về gia công, dập và chế tạo thân xe ô tô.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• JIS: SPCC và SPCD là các loại thép cacbon cán nguội theo tiêu chuẩn JIS (thường được tham chiếu trong JIS G3141 đối với thép tấm và thép dải cán nguội).
• EN: Các dòng sản phẩm tương đương được quy định trong EN 10130 (thép không hợp kim cán nguội), với các cấp DC cụ thể (DC01–DC05) được so sánh với các cấp JIS khác nhau theo ứng dụng thay vì theo thành phần hóa học chính xác.
• ASTM/ASME: Các họ thép tương đương bao gồm ASTM A1008/A366 (thép mềm cán nguội) được sử dụng cho các nhiệm vụ tạo hình nguội tương tự.
• GB (Trung Quốc): Tiêu chuẩn GB/T bao gồm thép không hợp kim cán nguội có tên gọi tương tự nhau về ứng dụng nhưng không giống nhau về tên gọi.
• Phân loại: Cả SPCC và SPCD đều là thép cacbon thấp, không hợp kim (cacbon) dùng cho cán nguội. Chúng không phải là thép hợp kim, thép không gỉ, thép dụng cụ hoặc thép HSLA.

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Cả SPCC và SPCD đều là thép hợp kim thấp, hàm lượng carbon thấp. SPCD được sản xuất với quy trình hóa học và cán được điều chỉnh để tăng khả năng kéo (hàm lượng carbon hiệu dụng thấp hơn và kiểm soát chặt chẽ hơn tạp chất/nguyên tố hòa tan), trong khi SPCC mang lại các đặc tính cân bằng cho quá trình dập nói chung.

Bảng: so sánh định tính về sự hiện diện và vai trò của nguyên tố

Yếu tố	SPCC (cán nguội tổng hợp)	SPCD (khả năng vẽ được cải thiện)
C (Cacbon)	Thấp (hạng thương mại) — cao hơn một chút so với SPCD	Rất thấp đến thấp — được tối ưu hóa cho khả năng tạo hình
Mn (Mangan)	Thấp đến trung bình — khử oxy và kiểm soát cường độ	Thấp — được kiểm soát để giảm độ bền và tăng độ dẻo
Si (Silic)	Dấu vết ở mức thấp — chất khử oxy	Dấu vết — thường tương tự như SPCC
P (Phốt pho)	Kiểm soát tạp chất (giữ ở mức thấp)	Được kiểm soát chặt chẽ và thường thấp hơn SPCC
S (Lưu huỳnh)	Tạp chất được kiểm soát (có thể có)	Được kiểm soát và giảm thiểu để tạo ra chất lượng hình thành
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Nói chung không được thêm vào (chỉ theo dõi)	Nói chung không được thêm vào (chỉ theo dõi)
N (Nitơ)	Thấp, kiểm soát trong quá trình tan chảy	Thấp, được kiểm soát; đôi khi thấp hơn để có bề mặt và độ dẻo tốt hơn

Hợp kim ảnh hưởng đến tính chất như thế nào - Cacbon và mangan chủ yếu ảnh hưởng đến độ bền và khả năng tôi luyện. Hàm lượng cacbon thấp hơn cải thiện độ dẻo và khả năng định hình nhưng làm giảm độ bền khi cán. - Silic và mangan đóng vai trò là chất khử oxy; nồng độ của chúng ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt và cân bằng cơ học. - Lưu huỳnh và phốt pho là những tạp chất làm giòn hoặc giảm độ dẻo khi tăng cao; SPCD thường có khả năng kiểm soát chặt chẽ hơn đối với quá trình kéo sâu. - Hợp kim vi mô không phải là chiến lược thông thường đối với các loại thép này; cả hai đều dựa vào quá trình làm nguội, ủ và kiểm soát quy trình thay vì bổ sung hợp kim để đạt được các đặc tính mục tiêu.

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

Cấu trúc vi mô dưới quá trình xử lý tiêu chuẩn: - Cả hai loại thép ở trạng thái ủ/cán mềm đều chủ yếu là ferit với các đảo peclit hạn chế (cấu trúc ferit-peclit cacbon thấp). SPCD thường có hàm lượng peclit thậm chí còn thấp hơn do hàm lượng cacbon giảm và quá trình làm nguội được kiểm soát, tạo ra ma trận ferit hạt mịn, đồng đều hơn, tăng cường độ dẻo. - Cán nguội tạo ra ứng suất và mật độ lệch, sau đó được giải phóng và kết tinh lại bằng quá trình ủ. Các lịch trình ủ (nhiệt độ và thời gian giữ) được lựa chọn để cân bằng kích thước hạt, giới hạn chảy và chất lượng bề mặt.

Phản ứng xử lý nhiệt: - Những loại thép này không thể xử lý nhiệt theo nghĩa là thép tôi và ram; chúng không phản ứng với quá trình làm cứng bằng chuyển hóa martensitic do hàm lượng cacbon thấp và thiếu các nguyên tố hợp kim làm tăng khả năng làm cứng. - Các tuyến xử lý được thiết kế riêng để cải thiện các đặc tính là: - Ủ kết tinh lại (để phục hồi độ dẻo sau khi gia công nguội). - Ủ liên tục hoặc ủ từng mẻ để tạo ra các loại vảy bề mặt và cân cơ học khác nhau. - Đối với các dạng sản phẩm kéo sâu đặc biệt, quy trình kiểm soát chặt chẽ (cán nguội, ủ chính xác và hoàn thiện cán mỏng) mang lại cấu trúc vi mô và cân bằng cơ học mong muốn. - Gia công nhiệt cơ học bị hạn chế do hàm lượng hợp kim thấp; sự khác biệt về tính chất cơ học chủ yếu đạt được thông qua điều kiện gia công nguội và ủ.

4. Tính chất cơ học

Bảng: các mô tả tính chất cơ học so sánh

Tài sản	SPCC	SPCD	Ghi chú
Độ bền kéo	Trung bình — phù hợp cho việc dập thông thường	Thấp hơn một chút hoặc tương tự — được tối ưu hóa theo hướng kéo dài hơn	Giá trị cuối cùng phụ thuộc vào độ cứng, độ dày và quá trình ủ
Sức chịu lực	Vừa phải	Thấp hơn một chút	SPCD hướng tới mục tiêu năng suất thấp hơn để giảm độ bật trở lại và cho phép kéo sâu
Độ giãn dài (độ dẻo)	Tốt	Cao hơn	SPCD được ưu tiên cho độ kéo dài và tính đồng đều vượt trội
Độ bền va đập	Phù hợp cho các ứng dụng dạng tấm	Tương tự - nói chung là có thể so sánh được	Không phải là yếu tố phân biệt chính ở nhiệt độ môi trường xung quanh
Độ cứng	Vừa phải	Thấp hơn một chút	Phản ánh lượng carbon thấp hơn và giảm yêu cầu gia công nguội trong SPCD

Giải thích - SPCD thường mang lại khả năng định hình tốt hơn (độ giãn dài tổng thể và đồng đều cao hơn) nhưng độ bền kéo/giới hạn chảy giảm nhẹ so với SPCC. Đối với các chi tiết dập cần bán kính nhỏ và độ sâu kéo lớn, SPCD ít bị rách và ít bị cong vênh hơn. - Tính chất cơ học của cả hai loại đều khác nhau tùy theo nhiệt độ cuộn dây (ủ hoàn toàn so với cán màng), độ dày và quy trình xử lý cụ thể của nhà cung cấp.

5. Khả năng hàn

Cả SPCC và SPCD đều có khả năng hàn tốt so với thép có hàm lượng carbon cao hơn do hàm lượng carbon tương đương thấp và hàm lượng hợp kim tối thiểu. Những cân nhắc về khả năng hàn: - Hàm lượng cacbon và hợp kim cặn quyết định khả năng bị cứng HAZ và nứt nguội; cả hai loại đều có hàm lượng cacbon thấp, giúp giảm thiểu những rủi ro này. - Hàm lượng Mn và các nguyên tố khác đóng góp vào quá trình làm cứng/tăng khả năng làm cứng thấp trong các loại thép này.

Chỉ số khả năng hàn hữu ích (chỉ mang tính chất giải thích định tính): - Đương lượng cacbon (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Giá trị $CE_{IIW}$ thấp hơn ngụ ý quá trình gia nhiệt trước/sau gia nhiệt đơn giản hơn và nguy cơ nứt thấp hơn. Cả SPCC và SPCD dự kiến ​​sẽ có giá trị thấp. - Chỉ số PCM: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Chỉ số $P_{cm}$ thấp hơn cho thấy khả năng hàn dễ dàng hơn và ít cần đến các quy trình hàn đặc biệt. Một lần nữa, cả hai cấp độ đều đạt điểm cao.

Hướng dẫn thực tế: - Hiếm khi cần gia nhiệt trước cho vật liệu dạng tấm của bất kỳ loại nào đối với mối hàn ngắn thông thường; các phần dày hơn hoặc cụm lắp ghép có độ hạn chế cao vẫn có thể yêu cầu phải có quy trình hàn đạt chuẩn. - Quản lý ứng suất dư và biến dạng là những mối quan tâm điển hình—sử dụng đồ gá và trình tự hàn điểm thích hợp trong công việc lắp ráp.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả SPCC và SPCD đều không gỉ; khả năng chống ăn mòn là đặc trưng của thép cacbon không hợp kim và cần có lớp phủ bảo vệ để có hiệu suất lâu dài.
• Các chiến lược bảo vệ phổ biến: mạ kẽm nhúng nóng, mạ điện, mạ phosphat sau đó là sơn, phủ cuộn hoặc mạ cơ học.
• Khi các chỉ số chống gỉ hoặc chống ăn mòn như PREN được quan tâm, những chỉ số đó không áp dụng cho các loại thép cacbon này. Để tham khảo, PREN là: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$ Điều này chỉ áp dụng cho hợp kim thép không gỉ, không áp dụng cho SPCC/SPCD. Hãy chọn lớp mạ kẽm hoặc lớp phủ hữu cơ để đạt được độ bền với môi trường.

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

• Cắt: cả hai đều cắt tốt bằng phương pháp cắt tiêu chuẩn và phương pháp cắt bằng laser; cường độ chịu kéo thấp hơn của SPCD có thể làm giảm kích thước gờ ở một số độ dày nhất định.
• Uốn/tạo hình: SPCD vượt trội hơn SPCC trong việc kéo sâu và tạo hình phức tạp nhờ độ dẻo cao hơn và khả năng kiểm soát khuyết tật tạo hình (nhăn, cổ chai) tốt hơn. SPCC phù hợp cho dập thông thường, kéo nhẹ và viền.
• Khả năng gia công: là loại thép ít cacbon, cả hai đều gia công tương tự nhau; bề mặt cán nguội có thể ảnh hưởng đến độ mài mòn và rung lắc của dụng cụ—hãy lựa chọn thông số dụng cụ và cắt cho phù hợp.
• Hoàn thiện bề mặt và độ bám dính của lớp phủ: SPCD và SPCC đều có sẵn ở dạng ủ sáng và phủ dầu; bề mặt sạch hơn và lớp oxit đồng nhất trên SPCD có thể cải thiện độ bám dính của sơn và lớp phủ khi sử dụng trong ô tô.

8. Ứng dụng điển hình

SPCC (sử dụng điển hình)	SPCD (công dụng điển hình)
Tấm thân xe ô tô nói chung, tấm có bản vẽ vừa phải	Tấm ốp bên trong ô tô được kéo sâu, bình nhiên liệu, vỏ thiết bị có lực kéo mạnh
Tấm kết cấu nhẹ, thành phần đồ nội thất	Các bộ phận kéo phức tạp đòi hỏi độ giãn dài đồng đều cao và độ rách tối thiểu
Cắt, đóng dấu, dập chung	Đồ dùng nhà bếp hoặc hộp đựng có độ bền cao, vỏ sâu

Cơ sở lựa chọn: - Chọn SPCC khi bộ phận cần độ bền cân bằng, tiết kiệm và khả năng dập khuôn nói chung mà không cần yêu cầu bản vẽ quá cao. - Chọn SPCD khi chi tiết có độ uốn sâu, bán kính hẹp hoặc hình dạng phức tạp, trong đó độ dẻo tối đa và biến dạng đồng đều là điều cần thiết.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Cả hai loại đều là mặt hàng tồn kho phổ biến ở dạng cuộn, tấm và xẻ rãnh. SPCC có xu hướng được dự trữ rộng rãi hơn dưới dạng thép cán nguội đa dụng và có thể rẻ hơn một chút do nhu cầu lớn hơn và quy trình lưu kho đơn giản hơn.
• SPCD có thể có mức phí bảo hiểm nhỏ đối với các cuộn cán sâu cụ thể hoặc các sản phẩm kiểm soát quy trình chặt chẽ hơn. Tình trạng sẵn có thường tốt ở các khu vực có chuỗi cung ứng ô tô và thiết bị gia dụng; thời gian giao hàng thay đổi tùy theo tùy chọn nhà máy và lớp phủ.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng tóm tắt

Thuộc tính	SPCC	SPCD
Khả năng hàn	Tuyệt vời (CE thấp)	Tuyệt vời (CE thấp)
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Độ bền vừa phải / độ dẻo dai tốt	Độ bền thấp hơn một chút / độ dẻo cao hơn
Trị giá	Nói chung là thấp hơn / có sẵn rộng rãi	Phí bảo hiểm nhẹ cho khả năng kiểm soát độ sâu

Khuyến nghị - Chọn SPCC nếu bạn cần tấm cán nguội đa năng, tiết kiệm chi phí cho các công đoạn tạo hình, dập và lắp ráp hàn vừa phải, trong đó ưu tiên độ bền cao hơn một chút và khả năng cung cấp rộng rãi. - Chọn SPCD nếu bộ phận của bạn yêu cầu hiệu suất kéo sâu vượt trội, độ giãn dài đồng đều cao hơn và rủi ro lỗi kéo thấp nhất (rách, thắt nút) — thường thấy ở các bộ phận ô tô hoặc thiết bị gia dụng kéo sâu.

Lưu ý cuối cùng: việc lựa chọn cấp độ chính xác cần được xác nhận bằng bảng dữ liệu của nhà cung cấp và thử nghiệm mẫu. Tính chất cơ học, độ hoàn thiện bề mặt và khả năng phủ phụ thuộc vào quy trình sản xuất, chu kỳ ủ và các chỉ định ram cụ thể; luôn ghi rõ chế độ ram/ủ và xử lý bề mặt cần thiết trong quá trình mua sắm để đảm bảo kết quả sản xuất có thể lặp lại.