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 đạt tiêu chuẩn JIS, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng tấm và dải. Các kỹ sư và đội ngũ mua sắm thường phải đối mặt với sự lựa chọn giữa các loại thép này khi cân nhắc giữa chi phí, khả năng định hình và hiệu suất sử dụng cuối cùng - những quyết định thường được đưa ra dựa trên các yêu cầu về dập sâu, chất lượng bề mặt và các quy trình xử lý tiếp theo như hàn, phủ và dập.

Sự khác biệt thực tế chính giữa hai loại thép này là tính phù hợp của chúng cho các hoạt động tạo hình: SPCE được chỉ định và xử lý để tăng cường khả năng kéo và hiệu suất kéo sâu, trong khi SPCC là thép cán nguội chất lượng thương mại thông thường với quy trình kiểm soát khả năng tạo hình rộng hơn và ít nghiêm ngặt hơn. Vì có cùng thành phần hóa học nền cacbon thấp, chúng thường được so sánh trong bối cảnh thiết kế và sản xuất, nơi mà giới hạn tạo hình, độ hoàn thiện bề mặt và năng suất quy trình quan trọng hơn sự khác biệt về cường độ.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• JIS: Cả SPCC và SPCE đều được định nghĩa theo JIS G3141 (Tấm và dải thép cacbon cán nguội).
• ASTM/ASME: Không có cấp ASTM nào trực tiếp giống nhau; các nhà thiết kế thường tham khảo các thông số kỹ thuật của thép cacbon cán nguội như ASTM A1008 để có các dạng sản phẩm tương đương.
• EN: Các tiêu chuẩn tương đương của Châu Âu dành cho thép mềm cán nguội (ví dụ: dòng DC01–DC06) có thể phù hợp về mặt mục đích sản phẩm, nhưng việc so sánh đòi hỏi phải kiểm tra các giới hạn hóa học và cơ học cụ thể.
• GB (Trung Quốc): Tiêu chuẩn GB đối với thép cán nguội cung cấp các danh mục sản phẩm tương tự; tính tương đương chính xác cần phải tham chiếu chéo.
• Phân loại: Cả SPCC và SPCE đều là thép cacbon cán nguội có hàm lượng cacbon thấp (không phải hợp kim, không phải thép dụng cụ, không phải thép không gỉ và không phải HSLA).

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Bảng: hàm lượng và vai trò nguyên tố tương đối (định tính)

Yếu tố	SPCC (cán nguội thương mại)	SPCE (kéo sâu / cải thiện khả năng tạo hình)	Vai trò / Ghi chú
C (Cacbon)	Thấp (kiểm soát CAQ chung)	Thấp, thường được kiểm soát chặt chẽ hơn	Carbon kiểm soát độ bền và khả năng làm cứng; hàm lượng C thấp cải thiện độ dẻo và khả năng tạo hình co giãn.
Mn (Mangan)	Thấp đến trung bình	Thấp đến trung bình	Chất khử oxy và tăng cường độ bền; giữ ở mức vừa phải để cân bằng giữa khả năng kéo và độ bền.
Si (Silic)	Thấp (khử oxy)	Thấp	Chất khử oxy; Si quá nhiều có thể làm giảm độ dẻo.
P (Phốt pho)	Có mặt ở mức thấp được kiểm soát	Kiểm soát thấp hơn SPCC (chặt chẽ hơn trong SPCE)	Phốt pho làm tăng độ bền nhưng giòn và giảm khả năng tạo hình; hàm lượng P thấp hơn.
S (Lưu huỳnh)	Được kiểm soát (có thể có)	Kiểm soát chặt chẽ hơn / thấp	Lưu huỳnh thúc đẩy khả năng gia công nhưng làm giảm độ dẻo/khả năng tạo hình; thép kéo sâu giảm thiểu S.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Không cố ý thêm vào (dấu vết)	Không cố ý thêm vào (dấu vết)	Hợp kim vi mô thường không có; bất kỳ sự hiện diện nào cũng chỉ là dư lượng và được giữ ở mức tối thiểu để ưu tiên khả năng tạo hình.
N (Nitơ)	Dấu vết	Theo dõi (được kiểm soát trong một số quy trình)	Nitơ ảnh hưởng đến quá trình lão hóa và khả năng tạo hình; thường được kiểm soát để ngăn ngừa hiện tượng giòn.

Giải thích - Cả hai loại thép này về cơ bản đều là thép cán nguội có hàm lượng carbon thấp với hợp kim giới hạn ở các nguyên tố được sử dụng để khử oxy và thực hành sản xuất thép tiêu chuẩn. - Quá trình xử lý và hóa học của SPCE được điều chỉnh (bằng cách kiểm soát P/S chặt chẽ hơn, đôi khi C thấp hơn một chút hoặc quá trình xử lý được sửa đổi) để tăng khả năng làm cứng biến dạng và đạt được giá trị r cao hơn (tỷ lệ biến dạng dẻo) hoặc hành vi uốn cong tốt hơn ở các bộ phận kéo. - Vì không có loại nào được hợp kim hóa để tăng độ cứng (Cr/Mo/Ni không được thêm vào một cách có chủ ý) nên xử lý nhiệt sau khi cán để tăng độ bền không phải là phương pháp sản xuất phổ biến—tính chất cơ học chủ yếu được kiểm soát bởi quá trình gia công nguội và các điều kiện xử lý.

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

Cấu trúc vi mô điển hình - SPCC: Cấu trúc vi mô chủ yếu là ferritic với các đảo peclit mịn chỉ xuất hiện ở những nơi cacbon và quy trình chế biến cho phép. Cán nguội tạo ra các hạt dài và mật độ lệch cao hơn, giúp tăng năng suất và độ bền kéo so với điều kiện ủ. - SPCE: Cũng có thành phần ferritic chiếm ưu thế nhưng được xử lý và ủ để tối ưu hóa tính đẳng hướng và khả năng kéo; kiểm soát hình dạng và kết cấu hạt (ví dụ, thông qua ủ có kiểm soát) tạo ra sự cân bằng L/T tốt hơn và tỷ lệ biến dạng dẻo cao hơn (giá trị r).

Xử lý nhiệt và phản ứng xử lý - Ủ: Cả hai loại đều được hưởng lợi từ quá trình ủ để phục hồi độ dẻo sau khi cán nguội. Đối với SPCE, các chu trình ủ được kiểm soát (nhiệt độ và tốc độ làm nguội) thường được tối ưu hóa để tạo ra kết cấu tinh thể thuận lợi cho quá trình kéo sâu. - Chuẩn hóa/Làm nguội & Ram: Đây không phải là tiêu chuẩn cho SPCC/SPCE; các phương pháp xử lý như vậy được sử dụng cho thép có độ bền cao hơn nhưng không cần thiết và phản tác dụng đối với thép kéo sâu có độ bền thấp và độ dẻo cao. - Xử lý nhiệt cơ: Trong sản xuất thép hiện đại, các phương pháp xử lý nhiệt cơ tinh tế và lịch trình cán nguội chính xác được sử dụng để điều chỉnh các thuộc tính tạo hình—điều này có liên quan hơn đến SPCE, nơi kiểm soát quy trình mang lại hiệu suất kéo sâu được cải thiện.

4. Tính chất cơ học

Bảng: so sánh định tính các tính chất cơ học

Tài sản	SPCC	SPCE	Hàm ý điển hình
Độ bền kéo	Vừa phải	Tương tự hoặc thấp hơn một chút (để tăng độ dẻo)	Cả hai đều là loại thép cán nguội có hàm lượng carbon thấp; SPCE thường hướng đến sự cân bằng ưu tiên độ giãn dài hơn là độ bền tối đa.
Cường độ chịu kéo	Vừa phải	Tương tự hoặc thấp hơn một chút	Năng suất thấp hơn có thể tạo điều kiện cho việc kéo sâu bằng cách giảm tải trọng tạo hình cần thiết.
Độ giãn dài (%)	Tốt	Tốt hơn (độ giãn dài cao hơn)	SPCE có độ giãn dài tổng thể và khả năng định hình cục bộ cao hơn khi kéo phức tạp.
Độ bền va đập	Đủ ở nhiệt độ môi trường xung quanh	Có thể so sánh	Không phải là yếu tố phân biệt chính—cả hai đều không có độ cứng nhất định.
Độ cứng	Vừa phải	Thấp hơn một chút	Độ cứng thấp hơn một chút trong SPCE phản ánh sự nhấn mạnh vào tính dẻo và khả năng kéo giãn.

Giải thích - SPCE được thiết kế để ưu tiên độ dẻo và khả năng kéo giãn/tạo hình vành; do đó, nó thường đo độ giãn dài cao hơn và khả năng kéo tốt hơn SPCC. - SPCC cung cấp độ bền thích hợp và đáp ứng được các bộ phận không bị biến dạng dẻo nghiêm trọng.

5. Khả năng hàn

Trình điều khiển khả năng hàn - Hàm lượng cacbon thấp ở cả hai loại thép thường mang lại khả năng hàn tốt cho các quy trình hàn thông thường (MIG/MAG, TIG, hàn điện trở). Tuy nhiên, sự hiện diện và hàm lượng các nguyên tố còn sót lại (P, S, Mn) cũng như độ dày và đầu vào nhiệt của tấm thép quyết định khả năng bị cứng vùng HAZ hoặc nứt nguội. - Vì không có loại thép nào chứa hợp kim đáng kể để tăng khả năng tôi luyện nên khả năng nứt nguội thông thường thấp hơn so với thép có hàm lượng cacbon cao hoặc thép hợp kim.

Chỉ số khả năng hàn hữu ích - Viện Hàn Quốc tế quy đổi cacbon: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm toàn diện hơn để dự đoán xu hướng nứt nguội: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Diễn giải (định tính) - Đối với cả SPCC và SPCE, giá trị $CE_{IIW}$ và $P_{cm}$ đều thấp do hàm lượng C thấp và hợp kim tối thiểu, cho thấy khả năng hàn nhìn chung thuận lợi. - Kiểm soát hóa học chặt chẽ hơn của SPCE (P và S thấp hơn) có thể cải thiện đáng kể chất lượng mối hàn và giảm độ xốp hoặc tạp chất ảnh hưởng đến độ bền của mối hàn. - Hướng dẫn thực tế: hiếm khi cần gia nhiệt trước đối với SPCC/SPCE cán nguội khổ mỏng; các phần dày hơn hoặc cụm hàn phức tạp cần được đánh giá về độ dẻo HAZ và ứng suất dư.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Cả SPCC và SPCE đều là thép cacbon không gỉ; cần phải bảo vệ chống ăn mòn trong khí quyển và nước trừ khi sử dụng trong môi trường lành tính.
• Các phương pháp bảo vệ bề mặt thông thường: mạ kẽm nhúng nóng, mạ điện, phủ cuộn, sơn, phủ chuyển đổi (phosphate) hoặc phủ màng hữu cơ.
• PREN (Số tương đương khả năng chống rỗ) không áp dụng cho các loại thép này vì chúng không có các nguyên tố hợp kim chống ăn mòn (Cr, Mo, N) được sử dụng trong thép không gỉ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N}$$
• Các kỹ sư nên chỉ định phương pháp xử lý bề mặt phù hợp dựa trên môi trường sử dụng, tuổi thọ dự kiến ​​và quy trình xử lý tiếp theo (ví dụ: mạ kẽm sơn sẵn cho lớp phủ ô tô).

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

• Cắt và gia công: Cả hai loại thép này đều dễ dàng cắt và đột dập thành dạng tấm. Khả năng gia công là đặc trưng của thép cacbon thấp; hãy lựa chọn dụng cụ và khe hở để giảm thiểu biến dạng gờ và cạnh khi cần dung sai chặt chẽ.
• Khả năng định hình và dập: SPCE vượt trội trong các ứng dụng kéo sâu, kéo giãn và các hoạt động đòi hỏi ứng suất cục bộ cao mà không bị gãy. Nó cho phép tạo hình dạng dập phức tạp hơn với ít khuyết tật hơn.
• Uốn và viền: SPCE tạo ra bán kính sạch hơn và độ đàn hồi thấp hơn cho các hình dạng được kéo sâu; SPCC hoạt động tốt khi uốn nói chung và tạo hình nhẹ.
• Hoàn thiện bề mặt: Cả hai loại đều có thể mạ điện, sơn và phủ cuộn tốt. SPCE có thể cần cẩn thận hơn khi lựa chọn chất bôi trơn cho các ứng dụng kéo đứt mạnh để tránh bị mài mòn.
• Độ đàn hồi: Hàm lượng carbon thấp làm giảm độ đàn hồi so với thép có độ bền cao hơn; tuy nhiên, lịch sử gia công nguội và độ dày quyết định hành vi cuối cùng.

8. Ứng dụng điển hình

Bảng: sử dụng theo cấp độ

SPCC (cán nguội thương mại)	SPCE (kéo sâu / khả năng tạo hình nâng cao)
Tấm thiết bị, linh kiện đồ nội thất, vỏ điện, các bộ phận dập đa năng	Tấm ốp bên trong ô tô, các bộ phận dập phức tạp, đồ dùng nhà bếp kéo sâu, bình nhiên liệu yêu cầu khả năng kéo cao
Tấm kết cấu nhẹ, các thành phần khung gầm không yêu cầu tạo hình nghiêm ngặt	Các thành phần có khả năng kiểm soát độ cong vênh/độ dị hướng chặt chẽ và nhu cầu kéo dài cục bộ cao
Tấm sơn phủ sẵn dùng cho mục đích sử dụng chung trong nhà hoặc ngoài trời	Các bộ phận có độ phức tạp cao, trong đó độ bền tạo hình và tính liên tục của bề mặt là rất quan trọng

Cơ sở lựa chọn - Chọn SPCE khi dập mạnh và kéo sâu là động lực sản xuất chính—khả năng định hình được cải thiện giúp giảm phế liệu và tải trọng dụng cụ. - Chọn SPCC cho các ứng dụng tiết kiệm chi phí với yêu cầu tạo hình vừa phải hoặc không cần khả năng kéo cực cao.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Tính khả dụng: SPCC được sản xuất và lưu trữ rộng rãi hơn dưới dạng sản phẩm cán nguội thương mại thông thường; SPCE thường có sẵn nhưng có thể được sản xuất theo quy trình và kiểm soát hóa chất chặt chẽ hơn, do đó thời gian giao hàng có thể lâu hơn đối với một số chiều rộng/độ dày.
• Chi phí: SPCE thường có giá cao hơn SPCC một chút do có thêm các biện pháp kiểm soát quy trình (kiểm soát chặt chẽ hơn về mặt hóa học, ủ/tạo kết cấu chuyên biệt). Mức giá cao hơn này thường được lý giải bởi lượng phế liệu tạo hình ít hơn, năng suất cao hơn và ít thao tác phụ trợ hơn trong các ứng dụng kéo sâu.
• Hình thức sản phẩm: Cả hai đều có dạng cuộn, tấm cắt theo chiều dài và phôi cắt; hãy liên hệ với nhà cung cấp để biết các tùy chọn hoàn thiện bề mặt cụ thể (BA/No.1/skin-pass) và lựa chọn lớp phủ.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng: so sánh ngắn gọn

Thuộc tính	SPCC	SPCE
Khả năng hàn	Tốt (mục đích chung)	Tốt (được cải thiện đôi chút nhờ hóa chất sạch hơn)
Cân bằng sức mạnh – độ dẻo dai	Độ bền vừa phải, độ dẻo dai vừa phải	Độ bền tương tự, độ dẻo cao hơn để tạo hình
Trị giá	Thấp hơn (cấp thương mại chung)	Cao hơn (cao cấp cho khả năng vẽ sâu)

Kết luận và khuyến nghị thực tế - Chọn SPCE nếu: - Chi tiết của bạn cần có bản vẽ sâu, tạo hình co giãn đáng kể, hình học dập phức tạp hoặc kiểm soát chặt chẽ. - Ưu tiên hàng đầu là giảm phế liệu và tải trọng dụng cụ từ hoạt động tạo hình. - Tính liên tục của bề mặt và tránh nhăn/rách trong các chuỗi vẽ nhiều lần là điều cần thiết.

• Chọn SPCC nếu:
• Các bộ phận của bạn là các thành phần cán nguội đa năng không bị biến dạng dẻo nghiêm trọng.
• Chi phí và tính khả dụng rộng rãi được ưu tiên hơn khả năng định hình tối đa.
• Hàn, phủ và chế tạo chung là những cân nhắc chính và không cần phải kéo sâu.

Ghi chú cuối cùng - Khi chỉ định một trong hai loại, hãy xác nhận chính xác các giới hạn hóa học và cơ học với chứng chỉ nhà máy của nhà cung cấp (JIS G3141 hoặc tương đương). Đối với các thành phần phức tạp, hãy yêu cầu các chỉ số về khả năng tạo hình (ví dụ: giá trị r, giá trị n, kết quả thử nghiệm kéo cốc) và các thử nghiệm mẫu - những dữ liệu thực tế này thường giúp quyết định giữa SPCC và SPCE đáng tin cậy hơn so với tên gọi chung của các loại.