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

Giới thiệu

SPCC và SPCE là hai loại thép cacbon cán nguội được chỉ định theo tiêu chuẩn JIS được sử dụng rộng rãi, thường được chỉ định ở dạng tấm và cuộn cho các công việc sản xuất, ô tô, thiết bị và chế tạo chung. Các kỹ sư, giám đốc mua sắm và người lập kế hoạch sản xuất thường cân nhắc sự đánh đổi giữa chi phí, khả năng định hình và độ bền khi lựa chọn giữa chúng: SPCC là thép chất lượng thương mại cán nguội đa năng, trong khi SPCE được thiết kế để nâng cao hiệu suất kéo sâu và độ dẻo cao hơn. Sự khác biệt chính nằm ở hành vi cơ học liên quan đến hiệu suất kéo và tạo hình — SPCE được tối ưu hóa cho khả năng kéo giãn và độ giãn dài đồng đều, trong khi SPCC được tối ưu hóa cho sản xuất tiết kiệm và độ bền vừa phải. Vì cả hai đều là thép cacbon hợp kim thấp cán nguội, nên chúng thường được so sánh trong quá trình lựa chọn vật liệu cho các cụm hàn, dập và tạo hình tấm kim loại.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• JIS: Tên gọi chính thức của cả hai cấp độ
• SPCC — Tấm và dải thép chất lượng thương mại cán nguội (JIS G3141)
• SPCE — Thép tấm và dải cán nguội kéo sâu (JIS G3141)
• Tương đương/gần tương đương quốc tế (theo chức năng, không phải là sự khớp hóa học trực tiếp một-một):
• EN/ISO: thép mềm cán nguội (ví dụ, họ loại DC01/DC03)
• ASTM/ASME: tương đương về mặt tổng thể với thép cán nguội ít carbon (ví dụ: họ A366/A611 dành cho thép thương mại; tính tương đương thực tế yêu cầu nhà cung cấp MTC)
• GB (Trung Quốc): có các tên gọi thương mại và kéo sâu tương tự nhưng hãy kiểm tra các yêu cầu về cấu trúc hóa học/vi mô chính xác
• Phân loại: Cả SPCC và SPCE đều là thép cacbon cán nguội có hàm lượng cacbon thấp (không phải thép hợp kim, không phải thép không gỉ và không phải HSLA).

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Bảng: Sự hiện diện tương đối của các nguyên tố hợp kim và tạp chất (định tính; xác minh chứng chỉ thử nghiệm tại nhà máy để biết giá trị chính xác).

Yếu tố	SPCC (cán nguội thương mại)	SPCE (cuộn nguội kéo sâu)	Ghi chú
C (Cacbon)	Trung bình (cao hơn SPCE)	Thấp hơn (giảm carbon để cải thiện độ dẻo)	C kiểm soát độ bền và khả năng làm cứng; C thấp hơn cải thiện khả năng tạo hình.
Mn (Mangan)	Được kiểm soát (cường độ và khử oxy)	Được kiểm soát (mức độ tương tự; được tối ưu hóa để tăng độ dẻo)	Mn cung cấp độ bền nhưng Mn quá nhiều sẽ làm tăng khả năng tôi luyện.
Si (Silic)	Thấp (khử oxy)	Thấp (giữ ở mức thấp để hỗ trợ khả năng vẽ)	Si chủ yếu có tác dụng khử oxy; hàm lượng Si cao có thể làm giảm chất lượng bề mặt.
P (Phốt pho)	Dấu vết (giữ ở mức tối thiểu)	Dấu vết (giữ ở mức tối thiểu)	P làm tăng độ bền nhưng có thể làm giảm độ dẻo và gây ra tình trạng giòn.
S (Lưu huỳnh)	Dấu vết (được kiểm soát; có thể cao hơn một chút đối với các cấp độ gia công)	Dấu vết (giữ ở mức thấp để dễ định hình)	S cải thiện khả năng gia công nhưng lại làm giảm khả năng kéo và chất lượng bề mặt.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Nói chung không có hoặc chỉ có ở dạng hợp kim vi mô dạng vết	Nói chung không có hoặc có dấu vết của hợp kim vi mô	Đây không phải là các nguyên tố hợp kim đặc trưng cho SPCC/SPCE; một số nhà cung cấp có thể thêm các nguyên tố vi lượng cho các ứng dụng cụ thể.
N (Nitơ)	Dấu vết	Dấu vết	Nitơ thường được kiểm soát để tránh giòn; đây không phải là tính năng thiết kế.

Chiến lược hợp kim: Cả hai loại thép đều sử dụng hàm lượng hợp kim tổng thể thấp. SPCE tập trung vào việc giảm hàm lượng carbon và kiểm soát chặt chẽ hơn tỷ lệ P/S để tối đa hóa độ giãn dài đồng đều và tránh các khuyết tật bề mặt trong quá trình kéo sâu. SPCC cho phép hàm lượng carbon cao hơn một chút và dung sai tạp chất được nới lỏng, phù hợp với mục đích sử dụng thương mại thông thường và chi phí thấp hơn.

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

• Cấu trúc vi mô điển hình:
• Cả SPCC và SPCE đều được sản xuất bằng phương pháp cán nguội sau đó ủ. Cấu trúc vi mô chủ yếu sau khi ủ thích hợp là ferit với tỷ lệ perlit thấp hoặc điều kiện khử ứng suất tùy thuộc vào quy trình chế biến.
• SPCE, do hàm lượng carbon thấp hơn và chu trình ủ được tối ưu hóa, có xu hướng có cấu trúc hạt ferit đồng đều hơn, có ít pha cứng hơn, hỗ trợ khả năng kéo giãn tốt hơn và giảm xu hướng thắt nút cục bộ.
• Phản ứng và xử lý nhiệt:
• Ủ (ủ kết tinh lại) là phương pháp xử lý tiêu chuẩn cho cả hai loại thép này để phục hồi độ dẻo sau khi hoàn nguyên nguội. Nhiệt độ và thời gian ủ được lựa chọn để đạt được kích thước hạt mong muốn và giảm quá trình biến cứng khi gia công.
• Một số nhà máy sử dụng quy trình xử lý nhiệt cơ học và ủ trong môi trường có kiểm soát để tinh chỉnh kết cấu và tăng cường các đặc tính kéo sâu, đặc biệt là đối với SPCE.
• Các phương pháp xử lý làm nguội, ram hoặc làm cứng không phải là phương pháp điển hình đối với các loại thép này vì chúng là thép cán nguội có hàm lượng carbon thấp dùng cho các ứng dụng dạng tấm dẻo thay vì các bộ phận kết cấu được xử lý nhiệt.
• Tác dụng của quá trình xử lý:
• Độ khử nguội cao hơn làm tăng độ bền nhờ quá trình tôi luyện; quá trình ủ tiếp theo giúp phục hồi độ dẻo. SPCE được xử lý để đạt được sự cân bằng ưu tiên độ giãn dài và biến dạng đồng đều hơn là độ bền kéo tối đa.

4. Tính chất cơ học

Bảng: So sánh định tính các thuộc tính cơ học chung (các giá trị cụ thể thay đổi tùy theo độ cứng, độ dày và nhà cung cấp—tham khảo MTC).

Tài sản	SPCC	SPCE	Ý nghĩa thực tiễn
Độ bền kéo	Vừa phải	Tương tự hoặc thấp hơn một chút	SPCC có thể có độ bền kéo cao hơn một chút ở cùng một nhiệt độ do phản ứng làm cứng hoặc C cao hơn một chút.
Cường độ chịu kéo	Vừa phải	Thấp hơn một chút	Ưu tiên của SPCE là giảm độ dẻo để cho phép kéo giãn sâu hơn trước khi xảy ra biến dạng cục bộ vĩnh viễn.
Độ giãn dài (Đồng đều và Tổng thể)	Tốt	Cao hơn (khả năng vẽ tốt hơn)	SPCE cung cấp khả năng kéo dài tổng thể và đồng đều được cải thiện—rất quan trọng đối với việc kéo sâu và dập phức tạp.
Độ bền va đập	Phù hợp cho các ứng dụng dạng tấm	Đủ; tương tự hoặc tốt hơn một chút ở nhiệt độ phòng	Cả hai đều dùng để tạo hình tấm; không loại nào được tối ưu hóa cho ứng dụng chịu va đập ở nhiệt độ thấp.
Độ cứng	Trung bình (cao hơn một chút)	Thấp hơn một chút (mềm hơn)	Độ cứng tương quan với độ bền; SPCE mềm hơn giúp tạo hình tốt hơn.

Diễn giải: SPCE được thiết kế để mang lại độ dẻo và độ co giãn vượt trội, đồng thời giảm một chút độ bền và độ cứng so với SPCC. Đối với các ứng dụng yêu cầu bán kính kéo sâu hơn, hình học phức tạp hoặc giảm thiểu độ đàn hồi, SPCE thường được ưu tiên. SPCC được lựa chọn khi chi phí và độ bền phù hợp cho việc tạo hình đơn giản là mối quan tâm hàng đầu.

5. Khả năng hàn

• Nhận xét chung:
• Cả SPCC và SPCE đều là thép cacbon thấp và có thể hàn được bằng các phương pháp hàn nóng chảy và hàn điện trở tiêu chuẩn. Hàm lượng hợp kim thấp của chúng giúp giảm nguy cơ hình thành martensite cứng, chưa ram trong vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ).
• Khả năng hàn phụ thuộc vào các biện pháp tương đương cacbon và sự hiện diện của hợp kim/hợp kim vi mô còn sót lại.
• Chỉ số tương đương cacbon và khả năng hàn:
• Một chỉ số thường được sử dụng để đánh giá định tính khả năng hàn là: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Giá trị $CE_{IIW}$ thấp hơn cho thấy khả năng hàn tốt hơn về mặt giảm nguy cơ nứt nguội.
• Một công thức dự đoán chi tiết hơn là: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ $P_{cm}$ được sử dụng trong một số tiêu chuẩn để đánh giá các yêu cầu về khả năng hàn và nung nóng trước.
• Giải thích định tính:
• Do SPCE thường có hàm lượng carbon thấp hơn một chút và tạp chất được kiểm soát chặt chẽ, nên khả năng hàn của nó thường tốt hơn một chút về khả năng dễ bị nứt nguội và cần gia nhiệt trước. Trên thực tế, đối với các ứng dụng hàn tấm mỏng và các quy trình hàn thông thường (MIG/MAG, TIG, hàn điểm điện trở), cả hai loại đều có thể hàn tốt mà không cần biện pháp phòng ngừa đặc biệt nào, miễn là sử dụng đúng thiết kế mối nối, lắp ráp và các thông số hàn.
• Đối với mối hàn dày, nhiều lớp hoặc khi có các nguyên tố hợp kim vi mô, hãy đánh giá $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ và làm theo các khuyến nghị về gia nhiệt trước/sau.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả SPCC và SPCE đều là thép cacbon không gỉ; khả năng chống ăn mòn vốn có bị hạn chế. Các chiến lược bảo vệ điển hình:
• Mạ kẽm nhúng nóng (GI), mạ điện (EG) hoặc xử lý trước bằng lớp phủ chuyển đổi trước khi sơn.
• Hệ thống sơn (epoxy, polyester) và sơn tĩnh điện cho môi trường khí quyển.
• Các OEM thường chỉ định phương pháp xử lý bề mặt (kẽm, lớp phủ hữu cơ) tùy thuộc vào mức độ tiếp xúc ngoài trời và tuổi thọ cần thiết.
• Chỉ số thép không gỉ:
• PREN (Số tương đương khả năng chống rỗ) không áp dụng cho các loại thép này vì chúng không phải là thép không gỉ; do đó: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$ không liên quan đến SPCC/SPCE vì hàm lượng Cr, Mo và N của chúng không đáng kể.
• Lưu ý thực tế: Đối với các hoạt động tạo hình tạo ra các vết cắt trần hoặc các cạnh hở, hãy cân nhắc sử dụng lớp phủ sau khi tạo hình hoặc xử lý bịt kín cạnh để tránh ăn mòn cục bộ.

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

• Khả năng định hình:
• SPCE vượt trội trong các ứng dụng kéo sâu, dập phức tạp và các hoạt động đòi hỏi độ giãn dài đồng đều cao và độ cong vênh tối thiểu. SPCE được lựa chọn khi cần bán kính kéo hẹp, diện tích giảm đáng kể hoặc các chi tiết hình dạng lò nướng.
• SPCC xử lý các nhiệm vụ tạo hình chung—uốn cong, dập nhẹ và gia công tấm—trong đó không yêu cầu khả năng kéo cực cao.
• Khả năng gia công:
• Thép cacbon thấp cán nguội thường có thể gia công bằng dụng cụ tiêu chuẩn; SPCC có thể gia công tốt hơn một chút nếu có lưu huỳnh hoặc các nguyên tố tăng cường khả năng gia công, nhưng những chất bổ sung như vậy không phổ biến đối với tấm cán nguội chất lượng.
• Uốn cong và bật lại:
• Độ bền kéo thấp hơn và độ dẻo cao hơn của SPCE có thể làm giảm độ đàn hồi trong một số trường hợp, nhưng quá trình thiết lập vẫn phải xem xét đến độ dày và hình dạng dụng cụ.
• Hoàn thiện bề mặt và xử lý sau:
• Cả hai đều cho chất lượng bề mặt tốt để sơn và mạ sau khi được làm sạch và xử lý sơ bộ phù hợp. SPCE thường được sản xuất với quy trình kiểm soát chất lượng bề mặt chặt chẽ hơn đối với các chi tiết nhìn thấy được hoặc được sơn.

8. Ứng dụng điển hình

Bảng: Các ứng dụng phổ biến theo cấp độ

SPCC (cán nguội thương mại)	SPCE (cuộn nguội kéo sâu)
Tấm ốp tổng thể, vỏ bọc, các bộ phận dập đơn giản, các thành phần đồ nội thất, tấm khung gầm	Tấm ốp bên trong ô tô, bình nhiên liệu (nơi có khả năng định hình quan trọng), đồ dùng nhà bếp phức tạp, vỏ đèn âm tường
Thân thiết bị và các thành phần dập không quan trọng	Các thành phần dập và kéo dài phức tạp đòi hỏi độ giãn dài đồng đều cao (ví dụ: cửa bên trong ô tô, vỏ phức tạp)
Tấm kết cấu có chi phí là yếu tố quyết định và việc tạo hình đơn giản	Các thành phần có độ kéo cao với dung sai thẩm mỹ hoặc kích thước chặt chẽ sau khi tạo hình

Cơ sở lựa chọn: Chọn SPCE khi hình học đòi hỏi độ giãn dài đồng đều cao và độ mỏng cục bộ tối thiểu; chọn SPCC cho các nhiệm vụ tạo hình ít nghiêm trọng, tiết kiệm chi phí hoặc khi cường độ tạo hình cao hơn một chút là có lợi.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Trị giá:
• SPCC thường là lựa chọn kinh tế hơn do sản lượng lớn hơn và kiểm soát thành phần ít nghiêm ngặt hơn.
• SPCE có thể có mức giá cao hơn một chút do quy trình kiểm soát và xử lý hóa chất chặt chẽ hơn để đạt được khả năng kéo vượt trội.
• Tính khả dụng theo dạng sản phẩm:
• Cả hai loại đều được cung cấp rộng rãi dưới dạng cuộn và tấm cán nguội cắt theo chiều dài. Mức độ sẵn có khác nhau tùy theo khu vực và kho hàng của nhà cung cấp; SPCC thường được lưu kho dưới dạng thép đa dụng.
• Thời gian giao hàng và mẹo mua sắm:
• Đối với sản xuất khối lượng lớn, việc đàm phán các lô cuộn với chứng chỉ kiểm tra nhà máy (MTC) nhất quán sẽ giúp giảm thiểu sự biến động. Đối với sản xuất kéo sâu, hãy yêu cầu dữ liệu nhà cung cấp và các thử nghiệm tạo hình để đảm bảo hiệu suất nhất quán.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng: So sánh nhanh

Thuộc tính	SPCC	SPCE
Khả năng hàn	Tốt	Tốt hơn một chút hoặc tương đương
Cân bằng sức mạnh-độ dẻo dai	Độ bền vừa phải với độ dẻo dai vừa đủ	Năng suất thấp hơn/độ dẻo cao hơn—độ dẻo dai tốt hơn khi tạo hình
Trị giá	Thấp hơn (tiết kiệm)	Cao hơn một chút (cao cấp hơn về khả năng định hình)

Khuyến nghị: - Chọn SPCE nếu: - Ứng dụng của bạn yêu cầu kéo sâu, độ giãn dài đồng đều cao, dập phức tạp với bán kính hẹp hoặc làm mỏng cục bộ tối thiểu. - Bạn ưu tiên khả năng định hình và độ co giãn đồng đều hơn là tăng nhẹ độ bền kéo sau khi định hình. - Chọn SPCC nếu: - Ứng dụng của bạn liên quan đến các hoạt động tạo hình đơn giản hơn, nhạy cảm về chi phí và các bộ phận dập hoặc tạo hình đa năng có độ bền vừa phải là đủ. - Bạn cần vật liệu tấm có sẵn rộng rãi với chất lượng bề mặt tốt để sơn hoặc mạ với chi phí thấp hơn.

Lưu ý cuối cùng: SPCC và SPCE là họ hàng gần của thép cán nguội hàm lượng carbon thấp. Yếu tố quyết định trong việc lựa chọn là khả năng tạo hình được thúc đẩy bởi hiệu suất kéo và giãn dài. Đối với bất kỳ thiết kế quan trọng nào, hãy luôn yêu cầu chứng chỉ kiểm tra nhà máy của nhà cung cấp và, nếu có thể, hãy tiến hành thử nghiệm tạo hình và thử nghiệm khả năng hàn với độ cứng và độ dày chính xác để xác nhận khả năng tạo hình trong điều kiện quy trình cụ thể của bạn.