Mác thép chế tạo là yếu tố then chốt quyết định cường độ và độ bền của bu lông, đai ốc, và vòng đệm trong mọi ứng dụng kỹ thuật. Việc lựa chọn đúng loại mác thép bu lông đảm bảo khả năng chịu lực, chống ăn mòn và độ bền kết cấu trong điều kiện làm việc cụ thể. Bài viết này sẽ cung cấp thông tin chi tiết về các loại mác thép bu lông thông dụng theo nhiều tiêu chuẩn quốc tế và Việt Nam, giúp bạn hiểu rõ hơn về vật liệu cấu thành những chi tiết liên kết quan trọng này.
Các loại mác thép dùng để chế tạo bu lông
Vật liệu phổ biến nhất để sản xuất bu lông là thép, bao gồm thép cacbon, thép hợp kim và thép không gỉ. Mỗi loại thép có thành phần hóa học và tính chất cơ lý khác nhau, phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật và môi trường làm việc đa dạng. Việc hiểu các ký hiệu và tiêu chuẩn của mác thép giúp người dùng và kỹ sư lựa chọn bu lông phù hợp nhất cho công trình của mình.
Xem Thêm Bài Viết:
- Hướng Dẫn Vẽ Bu Lông Lục Giác Chìm Chuẩn JIS Nhật Bản
- Bu Lông Inox M12: Đặc Điểm Và Ứng Dụng
- Hướng Dẫn Chi Tiết Chọn Bu Lông Đúng Kỹ Thuật
- Remitano là sàn nước nào – Sàn có an toàn không , phí giao dịch thế nào ?
- Bảng Tra Bu Lông Neo 6.8 Tiêu Chuẩn Và Ứng Dụng
Mác thép bu lông theo tiêu chuẩn Nga
Tiêu chuẩn thép của Nga (GOST) được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Đối với bu lông và các chi tiết liên kết, các mác thép cacbon và thép hợp kim là lựa chọn phổ biến.
Thép cacbon thông dụng theo tiêu chuẩn GOST 380-88
Các mác thép như CT3nc, CT3kn, CT3cn, CT4kn, CT4nc, CT4cn, CT5kn, CT5nc, CT5cn là những loại thép cacbon thông dụng, thường được sử dụng cho các loại bu lông có cường độ không quá cao. Ký hiệu CT biểu thị thép cacbon thông dụng. Các hậu tố như kn (thép sôi), nc (thép nửa sôi), cn (thép lắng) chỉ phương pháp đúc, ảnh hưởng đến độ đồng nhất và tính chất của thép.
Thép cacbon chất lượng theo tiêu chuẩn GOST 1050
Tiêu chuẩn này bao gồm các mác thép như 20nc, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55. Các con số trong ký hiệu thể hiện hàm lượng cacbon trung bình tính bằng phần trăm nhân với 100. Ví dụ, mác thép 35 có hàm lượng cacbon trung bình khoảng 0.35%. Hàm lượng cacbon cao hơn thường đi kèm với cường độ và độ cứng cao hơn, nhưng giảm độ dẻo và khả năng hàn. Những mác thép này được dùng để chế tạo các loại bu lông có cấp bền trung bình.
Thép kết cấu hợp kim theo tiêu chuẩn Nga
Các mác thép như 15X, 20X, 30X, 35X, 40X, 45X là thép hợp kim, trong đó chữ X ký hiệu nguyên tố Crom (Cr). Hai chữ số đầu cho biết hàm lượng cacbon trung bình. Ví dụ, 20X là thép hợp kim chứa khoảng 0.20% cacbon và Crom. Việc thêm nguyên tố hợp kim như Crom giúp cải thiện đáng kể cường độ, độ cứng và khả năng tôi luyện so với thép cacbon thông thường, phù hợp để sản xuất bu lôngcường độ cao hơn.
Mác thép bu lông theo tiêu chuẩn Trung Quốc
Tiêu chuẩn GB của Trung Quốc cũng quy định nhiều loại thép phù hợp cho sản xuất bu lông và các chi tiết cơ khí.
Thép kết cấu cacbon thông dụng theo tiêu chuẩn GB 700-88
Các mác thép Q195, Q235A, Q235B, Q235C, Q235D, Q255A, Q255D, Q275… được phân loại dựa trên giới hạn chảy (Yield Strength). Chữ Q là viết tắt của “屈服点” (qufudian) nghĩa là giới hạn chảy. Các số phía sau cho biết giá trị giới hạn chảy tối thiểu tính bằng MPa. Các chữ cái A, B, C, D thể hiện các cấp chất lượng khác nhau dựa trên thành phần hóa học (đặc biệt là hàm lượng S, P) và các yêu cầu về thử nghiệm va đập. Q235A là loại phổ biến, có giới hạn chảy tối thiểu 235 MPa, thường dùng cho các bu lông cấp bền thấp.
Thép cacbon chất lượng theo tiêu chuẩn GB 699-88
Tương tự tiêu chuẩn GOST 1050, các mác thép như 15Mn, 20Mn, 25Mn, 30Mn, 35Mn, 40Mn, 45Mn… trong tiêu chuẩn này cũng dùng hai chữ số đầu biểu thị hàm lượng cacbon trung bình, và các ký hiệu phía sau là nguyên tố hợp kim chính (ở đây là Mangan – Mn). Mangan làm tăng độ cứng và cường độ của thép. Những mác thép này cung cấp cường độ cao hơn thép cacbon thông dụng.
Thép hợp kim thấp độ bền cao theo tiêu chuẩn GB/T1591-94
Tiêu chuẩn này quy định các mác thép như Q295, Q345A, Q345B, Q345C, Q345D, Q345E, Q390A, Q390B, Q390C, Q390D, Q390E, Q460C, Q460D, Q460E. Tương tự GB 700-88, Q biểu thị giới hạn chảy, và các số là giá trị giới hạn chảy tối thiểu (MPa). Chữ cái biểu thị cấp chất lượng. Đây là các loại thép có giới hạn chảy và cường độ kéo rất cao, phù hợp cho các loại bu lôngcường độ cao trong các kết cấu chịu lực lớn.
Thép hợp kim kết cấu hợp kim thấp theo tiêu chuẩn GB 1591-88
Các mác thép như 09MnV, 09MnNb, 09Mn2, 16Mn, 15MnV… là các loại thép hợp kim thấp chứa Mangan (Mn), Vanadi (V), Niobi (Nb). Hàm lượng các bon thấp (ký hiệu hai số đầu là 09 hoặc 16, 15) kết hợp với các nguyên tố hợp kim này giúp thép có cường độ cao nhưng vẫn giữ được độ dẻo dai nhất định.
Mác thép bu lông theo tiêu chuẩn Nhật Bản
Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản (JIS) cũng có các quy định chi tiết về mác thép dùng cho sản xuất bu lông và các sản phẩm thép khác.
Thép cacbon thông thường theo tiêu chuẩn JIS G3101-1987
Các mác thép SS330, SS400, SS490, SS540… thuộc nhóm thép kết cấu thông thường. Ký hiệu SS là viết tắt của “Steel Structure” (Thép kết cấu). Các số phía sau chỉ giới hạn bền kéo (Tensile Strength) tối thiểu tính bằng MPa. Ví dụ, SS400 có giới hạn bền kéo tối thiểu là 400 MPa. Những mác thép này được sử dụng rộng rãi cho các loại bu lông thông thường.
Thép kết cấu hàn theo tiêu chuẩn JIS
Các mác thép SM400A, SM400B, SM400C, SM490A, SM490B, SM490C… là thép kết cấu có khả năng hàn tốt hơn. Ký hiệu SM là viết tắt của “Steel Marine” hoặc “Steel Medium carbon” (Thép sử dụng trong kết cấu hàng hải hoặc Thép cacbon trung bình). Các số phía sau là giới hạn bền kéo tối thiểu, và chữ cái biểu thị cấp chất lượng (tương tự như tiêu chuẩn Trung Quốc, liên quan đến thành phần hóa học và tính chất cơ học).
Mác thép bu lông theo tiêu chuẩn Việt Nam
Tại Việt Nam, TCVN (Tiêu chuẩn Việt Nam) cũng có các quy định về mác thép cho các sản phẩm thép xây dựng và cơ khí, bao gồm cả bu lông.
Thép cacbon thông dụng theo tiêu chuẩn TCVN 1651-85
Các mác thép CT31, CT33, CT34, CT38, CT42, CT51, CT61 là thép cacbon thông dụng. Ký hiệu CT là viết tắt của “Cacbon Thép”. Chỉ số phía sau là giới hạn bền kéo tối thiểu tính theo đơn vị kg/mm², xấp xỉ giá trị theo N/mm² (MPa). Ví dụ, CT38 có giới hạn bền kéo tối thiểu khoảng 38 kg/mm², tương đương khoảng 380 N/mm² hoặc 380 MPa. Đây là các loại thép phổ biến cho các bu lông cấp bền thấp và trung bình.
Thép cacbon chất lượng theo tiêu chuẩn Việt Nam
Các mác thép C10, C15, C25, C45, C50… là thép cacbon chất lượng. Chỉ số xx trong ký hiệu Cxx biểu thị phần trăm hàm lượng cacbon trung bình. Ví dụ, C45 có hàm lượng cacbon trung bình là 0.45%. Thép cacbon chất lượng có thành phần hóa học được kiểm soát chặt chẽ hơn và ít tạp chất hơn so với thép cacbon thông dụng, cho phép đạt được các tính chất cơ học ổn định hơn. Những mác thép này được sử dụng cho các loại bu lông yêu cầu cường độ và độ bền cao hơn. Để tìm hiểu thêm về các loại bu lông phù hợp với từng loại thép, bạn có thể truy cập http://halana.vn/.
Vật liệu thép không gỉ dùng cho bu lông
Thép không gỉ (inox) là lựa chọn lý tưởng cho bu lông trong môi trường ăn mòn, ẩm ướt hoặc yêu cầu vệ sinh cao. Mặc dù có cường độ thường thấp hơn thép hợp kim cường độ cao, khả năng chống gỉ của chúng là vượt trội. Có nhiều loại thép không gỉ, phổ biến nhất là nhóm Austenit.
Bảng vật liệu thép không gỉ tương đương của các nước
| Nhóm hợp kim | Nhật (SUS) | Trung Quốc (GB) | ISO | ASTM (Unified Numbering System) |
|---|---|---|---|---|
| Austenit | SUS 201 | 1Cr17Mn6Ni5N | A-2 | 201 |
| Austenit | SUS 202 | 1Cr18Mn8Ni5N | A-3 | 202 |
| Austenit | SUS 301 | 1Cr17Ni7 | 14 | 301 |
| Austenit | SUS 304 | 0Cr19Ni9 | 11 | 304 |
| Austenit | SUS 304L | 0Cr19Ni11 | 10 | 304L |
| Austenit | SUS 316 | 0Cr17Ni12Mo2 | 20, 20a | 316 |
| Austenit | SUS 316L | 0Cr17Ni14Mo2 | 19, 19a | 316L |
| Austenit | 317J5L | – | A4 | – |
Bảng này cho thấy sự tương quan giữa các ký hiệu mác thép không gỉ theo các tiêu chuẩn khác nhau trên thế giới. Ví dụ, SUS 304 của Nhật Bản tương đương với 0Cr19Ni9 của Trung Quốc và loại 304 theo tiêu chuẩn ASTM. Đây là loại thép không gỉ phổ biến nhất, thường được dùng cho bu lông trong các ứng dụng dân dụng và công nghiệp nhẹ. Các loại có ký hiệu “L” như 304L và 316L có hàm lượng cacbon thấp hơn, giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn liên hạt sau khi hàn.
Bảng thành phần hoá học thép không gỉ
| Nhóm hợp kim | Mác thép | C£ | Si£ | Mn | P£ | S£ | Cr | Mo | Ni | N£ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Austenit | 201 | 0.15 | 1.00 | 5.5~7.5 | 0.06 | 0.03 | 16~18 | – | 3.5~5.5 | 0.25 |
| Austenit | 202 | 0.15 | 1.00 | 7.5~10 | 0.06 | 0.03 | 17~19 | – | 4.0~6.0 | 0.25 |
| Austenit | 301 | 0.15 | 1.00 | £2.0 | 0.045 | 0.03 | 16~18 | – | 6.0~8.0 | – |
| Austenit | 304 | 0.08 | 1.00 | £2.0 | 0.045 | 0.03 | 18~20 | – | 8.0~10.5 | – |
| Austenit | 304L | 0.03 | 1.00 | £2.0 | 0.045 | 0.03 | 18~20 | – | 9.0~13.0 | – |
| Austenit | 316 | 0.08 | 1.00 | £2.0 | 0.045 | 0.03 | 16~18 | 2.0~3.0 | 10.0~14.0 | – |
| Austenit | 316L | 0.03 | 1.00 | £2.0 | 0.045 | 0.03 | 16~18 | 2.0~3.0 | 12.0~15.0 | – |
| Austenit | 317J5L | 0.03 | 1.00 | £2.0 | 0.045 | 0.03 | 19~24 | 5.0~7.0 | 24.0~26.0 | 0.25 |
Bảng này liệt kê thành phần hóa học điển hình của các mác thép không gỉ Austenit. Hàm lượng Crom (Cr) cao (thường trên 10.5%) tạo ra lớp màng oxit thụ động bảo vệ thép khỏi bị ăn mòn. Niken (Ni) giúp ổn định cấu trúc Austenit và cải thiện độ dẻo. Molypden (Mo) làm tăng khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở, đặc biệt quan trọng trong môi trường chứa clorua (như nước biển). Mangan (Mn) và Nitơ (N) trong nhóm 200 series giúp thay thế một phần Niken để giảm chi phí, đồng thời Nitơ còn làm tăng cường độ.
Bảng chỉ tiêu cơ tính thép không gỉ
| Nhóm | Mác thép | Giới hạn bền – Tensile Strength sb (MPa) | Giới hạn chảy – Yield Strength sc (MPa) | Độ giãn dài tương đối – Enlongation d (%) |
|---|---|---|---|---|
| Thép thanh Ø(5~160)mm | Thép tấm a=(0.5~3)mm | Thép tấm a=(3~75)mm | ||
| Austenitic | 201 | 640~830 | ³300 | 40 |
| Austenitic | 202 | 640~830 | ³300 | 40 |
| Austenitic | 301 | 590~780 | ³220 | – |
| Austenit | 304 | 500~700 | ³195 | 40 |
| Austenit | 304L | 480~680 | ³180 | 40 |
| Austenit | 316 | 510~710 | ³205 | 40 |
| Austenit | 316L | 490~690 | ³190 | 40 |
| Austenit | 317J5L | 520~720 | ³220 | 35 |
Bảng này cung cấp các chỉ tiêu cơ tính cơ bản của mác thép không gỉ, bao gồm giới hạn bền kéo, giới hạn chảy và độ giãn dài tương đối. Giới hạn bền kéo là cường độ tối đa mà vật liệu có thể chịu trước khi đứt gãy. Giới hạn chảy là điểm mà vật liệu bắt đầu biến dạng dẻo vĩnh viễn. Độ giãn dài biểu thị khả năng biến dạng dẻo của vật liệu trước khi đứt. Những thông số này rất quan trọng để đánh giá khả năng chịu lực của bu lông được chế tạo từ các loại thép không gỉ khác nhau.
Giới hạn đứt gãy của bu lông thép
| Đường kính | Mô men xiết đứt tối thiểu (N/m) |
|---|---|
| Cấp độ bền | |
| 50 | |
| M6 | 9.3 |
| M8 | 23 |
| M10 | 46 |
| M12 | 80 |
| M16 | 210 |
Bảng này cung cấp thông tin về mô men xiết tối thiểu có thể gây đứt bu lông dựa trên đường kính ren và cấp độ bền của bu lông. Cấp độ bền (ví dụ 50, 70, 80) là ký hiệu theo tiêu chuẩn ISO 898-1 cho bu lông thép không gỉ, tương ứng với các giá trị giới hạn bền kéo và giới hạn chảy nhất định. Việc nắm rõ giới hạn này giúp kỹ sư xác định lực xiết phù hợp để đảm bảo liên kết chắc chắn mà không làm hỏng bu lông.
Việc lựa chọn đúng mác thép bu lông không chỉ dựa vào cường độ mà còn phụ thuộc vào môi trường làm việc, nhiệt độ, hóa chất và các yếu tố ăn mòn khác. Hiểu rõ các loại mác thép và tiêu chuẩn tương ứng là bước đầu tiên để đảm bảo an toàn và độ bền cho mọi kết cấu sử dụng bu lông.
