Thép SK120M: Thành phần, tiêu chuẩn JIS G 3311, nhiệt luyện và ứng dụng

Thép SK120M là mác thép công cụ carbon hàm lượng carbon cao, thường được sử dụng ở dạng thép dải đặc biệt cán nguội trong các ứng dụng yêu cầu độ cứng, khả năng giữ cạnh và chống mài mòn sau nhiệt luyện. Theo hệ thống JIS, SK120M thuộc JIS G 3311 – Cold Rolled Special Steel Strip, đồng thời thường được nhận diện với tên SK2M.

Điểm cần phân biệt là SK120M không phải SK120 hoàn toàn giống nhau về tiêu chuẩn sản phẩm. SK120 thuộc JIS G 4401 dành cho thép công cụ carbon, còn SK120M thuộc JIS G 3311 dành cho thép dải đặc biệt cán nguội. Hai mác có nền thành phần rất gần nhau nhưng khi đặt hàng cần xác định đúng tiêu chuẩn, dạng sản phẩm và trạng thái cung cấp.

Với hàm lượng carbon khoảng 1,15–1,25%, SK120M nằm ở nhóm thép công cụ carbon có hàm lượng carbon cao. Vật liệu này có khả năng đạt độ cứng cao sau tôi, phù hợp với các sản phẩm dạng dải như lưỡi dao, lưỡi cắt, dao công nghiệp, chi tiết chịu mài mòn và một số dụng cụ cần giữ cạnh tốt.

Thép SK120M là gì?

SK120M là thép công cụ carbon thuộc hệ JIS, thường được gọi là SK2M trong lĩnh vực thép dải đặc biệt. Chữ M ở đây cần được hiểu trong bối cảnh hệ thống mác dành cho thép dải theo JIS G 3311, không nên diễn giải SK120M thành một loại thép hợp kim chứa molypden như nội dung bài cũ.

Thành phần của SK120M chủ yếu gồm carbon, silic và mangan, cùng giới hạn thấp đối với phosphor, lưu huỳnh, crom, niken và đồng. Không có cơ sở để mô tả SK120M là thép hợp kim chứa lượng đáng kể Mo hoặc V như trong bài viết ban đầu.

Phân loại vật liệu của SK120M

JIS G 3311 liệt kê SK120M trong nhóm carbon tool steel dành cho thép dải đặc biệt cán nguội. Các nguồn thương mại chuyên về thép dải Nhật Bản cũng xác nhận SK120M/SK2M được cung cấp cho những ứng dụng như dao cắt và lưỡi dao.

Thành phần hóa học của thép SK120M

Thành phần hóa học là yếu tố quan trọng quyết định khả năng tôi cứng, chống mài mòn và giữ cạnh của SK120M.

Theo bảng thành phần của JIS G 3311, SK120M có thành phần tham khảo như sau:

Carbon ở mức 1,15–1,25% là thành phần đặc biệt quan trọng. Hàm lượng carbon cao giúp vật liệu có khả năng đạt độ cứng lớn sau nhiệt luyện, từ đó phù hợp với những chi tiết cần chống mài mòn và duy trì cạnh làm việc.

Silic và mangan được duy trì ở mức tương đối thấp. Trong khi đó, Cr, Ni và Cu chủ yếu được kiểm soát theo giới hạn thành phần chứ không biến SK120M thành một loại thép hợp kim Cr-Mo-V như bài viết ban đầu mô tả.

Tính chất cơ lý và độ cứng của thép SK120M

Một điểm cần lưu ý khi viết về SK120M là không nên đưa một giá trị độ bền kéo cố định hoặc khẳng định mọi sản phẩm SK120M đều đạt 62–65 HRC.

Độ cứng thực tế phụ thuộc vào dạng sản phẩm, trạng thái cán, phương pháp nhiệt luyện, kích thước và điều kiện kiểm tra.

Đối với SK120M dạng thép dải, dữ liệu tham khảo theo JIS G 3311 cho thấy trạng thái ủ có độ cứng không quá khoảng HV 220, trong khi trạng thái cán nguội có thể nằm khoảng HV 220–310 tùy điều kiện sản phẩm.

Khi nhiệt luyện để đạt trạng thái cứng, một số nhà cung cấp thép chuyên dụng đưa ra vùng nhiệt độ tôi khoảng 760–820°C và độ cứng sau tôi từ 62 HRC trở lên đối với SK120M; đây là dữ liệu quy trình của nhà cung cấp và không nên xem là một con số bắt buộc cho mọi sản phẩm hoặc mọi quy trình nhiệt luyện.

Đặc tính nổi bật của SK120M

Sau khi được xử lý nhiệt phù hợp, SK120M có các đặc điểm đáng chú ý:

• Độ cứng cao, thích hợp cho các chi tiết cần chống biến dạng và mài mòn.
• Khả năng giữ cạnh tốt, phù hợp với lưỡi dao và chi tiết cắt.
• Khả năng chống mài mòn tốt nhờ hàm lượng carbon cao và tổ chức sau nhiệt luyện.
• Khả năng gia công trước nhiệt luyện tương đối thuận lợi hơn so với khi vật liệu đã tôi cứng.
• Có thể sản xuất dưới dạng thép dải cán nguội, phù hợp với những sản phẩm mỏng và yêu cầu kích thước chính xác.

Tuy nhiên, hàm lượng carbon cao cũng đồng nghĩa với việc vật liệu cần được kiểm soát tốt trong quá trình tôi. Các chi tiết mỏng hoặc có hình dạng phức tạp cần chú ý nguy cơ biến dạng và nứt nếu quy trình nhiệt luyện không phù hợp.

Tiêu chuẩn sản xuất thép SK120M

JIS G 3311 – tiêu chuẩn chính của SK120M

JIS G 3311 là tiêu chuẩn quan trọng cần ghi rõ khi mua SK120M. Tiêu chuẩn này áp dụng cho cold rolled special steel strip, trong đó có nhóm thép công cụ carbon như SK120M, SK105M, SK95M, SK85M, SK75M và SK65M.

Do đó, nếu yêu cầu mua thép SK120M dạng dải, nên ghi rõ:

SK120M – JIS G 3311

thay vì chỉ ghi chung chung “SK120 – JIS G 4401”.

SK120 và SK120M có giống nhau không?

Không nên xem hai mác này là hoàn toàn giống nhau về tiêu chuẩn sản phẩm.

SK120 và SK120M có thành phần hóa học gần nhau và đều thuộc nhóm thép công cụ carbon, nhưng tiêu chuẩn sản phẩm và dạng cung cấp khác nhau. Vì vậy khi thay thế vật liệu cần kiểm tra cả thành phần, kích thước, trạng thái cung cấp và yêu cầu kỹ thuật của chi tiết.

Mác thép tương đương với SK120M

Đây là phần cần đặc biệt thận trọng khi tư vấn vật liệu.

SK120M thường được nhận diện với SK2M. Một số bảng đối chiếu thương mại cho nhóm thép công cụ carbon dạng dải đưa ra các tham chiếu như T12, C125W2 hoặc các ký hiệu tương ứng của từng hệ tiêu chuẩn. Tuy nhiên, các bảng đối chiếu giữa JIS, GB, ISO, DIN và ASTM không hoàn toàn thống nhất cho SK120M.

Vì vậy, không nên viết rằng:

“SK120M = T12 = W1-11½ = C120U”

như một phép quy đổi tuyệt đối.

Cách diễn đạt kỹ thuật an toàn hơn là:

Các bảng đối chiếu hiện có cho SK120 cho thấy T12, W1-11½ và C120U thường được xem là các mác gần tương ứng. Tuy nhiên, với SK120M dạng thép dải, việc thay thế phải căn cứ vào tiêu chuẩn sản phẩm cụ thể chứ không chỉ dựa vào tên mác.

Nhiệt luyện thép SK120M

Nhiệt luyện có ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng, khả năng chống mài mòn và độ ổn định kích thước của SK120M.

Với SK120M, một số dữ liệu kỹ thuật thương mại chuyên ngành đưa ra vùng 760–820°C cho tôi nước và mức độ cứng sau tôi từ 62 HRC trở lên. Một quy trình khác được nhà cung cấp đưa ra trong khoảng 790–850°C với yêu cầu độ cứng tối thiểu khoảng 60 HRC khi tôi dầu.

Tuy nhiên, đây là thông số tham khảo theo quy trình của từng nhà cung cấp, không nên biến thành một “quy trình nhiệt luyện duy nhất” áp dụng cho mọi chi tiết.

Các bước nhiệt luyện cơ bản

Ủ:
Ủ được sử dụng để giảm độ cứng và tạo điều kiện thuận lợi cho gia công trước khi tôi. Đối với vật liệu dạng dải, trạng thái ủ được kiểm soát nhằm đảm bảo vật liệu có độ cứng phù hợp cho các công đoạn tiếp theo.

Tôi:
Tôi làm tăng độ cứng bằng cách nung đến vùng nhiệt độ thích hợp rồi làm nguội theo quy trình được lựa chọn. Với SK120M, nước hoặc dầu có thể được sử dụng tùy thiết kế sản phẩm và quy trình của nhà sản xuất, nhưng cần kiểm soát tốc độ nguội để hạn chế biến dạng và nứt.

Ram:
Sau khi tôi, ram được thực hiện để giảm ứng suất và điều chỉnh sự cân bằng giữa độ cứng, độ bền và độ dai. Nhiệt độ ram cần được xác định theo độ cứng mục tiêu và yêu cầu làm việc thực tế của sản phẩm.

Đối với sản phẩm SK120M mỏng hoặc dạng dải, việc kiểm soát biến dạng sau nhiệt luyện đặc biệt quan trọng vì sai lệch nhỏ về độ phẳng hoặc kích thước cũng có thể ảnh hưởng đến quá trình lắp ráp và cắt.

Ứng dụng thực tế của thép SK120M

Khác với nội dung bài cũ, SK120M không nên được mô tả như một loại thép chuyên dùng cho bánh răng, trục khuỷu hoặc các chi tiết máy chịu tải trọng lớn. Đây không phải nhóm ứng dụng đặc trưng của thép công cụ carbon dạng dải.

Ứng dụng thực tế nổi bật của SK120M tập trung nhiều hơn vào các sản phẩm yêu cầu độ cứng, khả năng giữ cạnh và chống mài mòn.

Lưỡi dao và dao cắt công nghiệp

SK120M/SK2M được sử dụng trong sản xuất lưỡi dao, dao cắt và một số sản phẩm cắt công nghiệp. Một số nhà sản xuất thép dải chuyên dụng liệt kê SK-2/SK120M cho razor blades và cutlery.

Lưỡi dao cạo và dụng cụ cắt

Hàm lượng carbon cao giúp SK120M có khả năng đạt độ cứng cao sau nhiệt luyện, phù hợp với những sản phẩm cần cạnh làm việc sắc và ổn định.

Thép dải nhiệt luyện

SK120M được sử dụng trong lĩnh vực thép dải đặc biệt, đặc biệt khi cần sản phẩm có chiều dày tương đối nhỏ, kích thước ổn định và khả năng nhiệt luyện để đạt độ cứng cao. Các nhà phân phối thép chuyên dụng tại Nhật Bản cũng liệt kê SK120M trong nhóm thép công cụ carbon dạng dải.

Một số dụng cụ và chi tiết chịu mài mòn

Tùy thiết kế và kích thước, SK120M có thể được sử dụng cho một số dụng cụ cắt, chi tiết dạng dải và bộ phận cần chống mài mòn.

Tuy nhiên, với khuôn dập lớn, khuôn cần độ dai cao hoặc các chi tiết chịu va đập mạnh, cần đánh giá thêm khả năng tôi thấu và độ dai của vật liệu trước khi lựa chọn.

Ưu điểm và hạn chế của thép SK120M

Ưu điểm

• Hàm lượng carbon cao, có khả năng đạt độ cứng lớn sau nhiệt luyện.
• Chống mài mòn tốt khi được nhiệt luyện đúng quy trình.
• Khả năng giữ cạnh phù hợp với lưỡi dao và dụng cụ cắt.
• Có dạng thép dải cán nguội, thích hợp cho các sản phẩm mỏng và yêu cầu kích thước chính xác.
• Có hệ thống tiêu chuẩn JIS rõ ràng cho sản phẩm thép dải.

Hạn chế

• Khả năng tôi thấu không thể so sánh với nhiều loại thép công cụ hợp kim.
• Hàm lượng carbon cao làm tăng yêu cầu kiểm soát nhiệt luyện.
• Có nguy cơ biến dạng hoặc nứt nếu tôi không phù hợp.
• Không phải lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng nhiệt độ cao.
• Không nên mặc định SK120M phù hợp với mọi loại khuôn hoặc mọi loại dụng cụ cắt.

Đặc biệt, SK120M không phải thép gió (HSS). Vì vậy không nên quảng bá vật liệu này như một lựa chọn tương đương với các mác thép tốc độ cao chuyên dùng cho dao phay, mũi khoan tốc độ cao hoặc dụng cụ cắt làm việc ở nhiệt độ cao.

SK120M có được sử dụng phổ biến trên thị trường không?

SK120M là mác vật liệu có thật trong hệ thống JIS và được các nhà sản xuất, phân phối thép đặc biệt sử dụng cho thép dải công cụ carbon. Một số doanh nghiệp thép Nhật Bản hiện vẫn liệt kê SK120M/SK2M trong nhóm thép công cụ carbon dạng dải.

Tuy nhiên, nếu xét trên thị trường thép công cụ nói chung, không nên khẳng định SK120M là một trong những mác được tồn kho phổ biến nhất tại Việt Nam. Khả năng tìm mua phụ thuộc đáng kể vào chiều dày, chiều rộng, dạng cuộn hoặc dạng cắt, xuất xứ và tình trạng tồn kho.

Đối với nhu cầu đặc biệt như thép dải mỏng, lưỡi dao hoặc vật liệu cần nhiệt luyện, SK120M có giá trị thực tế rõ ràng hơn so với việc sử dụng nó như một loại thép kết cấu thông dụng.

Cách lựa chọn và bảo quản thép SK120M

Khi mua SK120M, nên kiểm tra đầy đủ các thông tin sau:

• Mác: SK120M hoặc SK2M.
• Tiêu chuẩn: JIS G 3311.
• Dạng sản phẩm: thép dải cán nguội, cuộn hoặc cắt theo quy cách.
• Kích thước: chiều dày, chiều rộng và dung sai.
• Trạng thái cung cấp: ủ, cán nguội hoặc đã nhiệt luyện.
• Thành phần hóa học: đối chiếu với chứng chỉ vật liệu.
• Độ cứng: xác định theo trạng thái cung cấp và yêu cầu sử dụng.
• Nguồn gốc: ưu tiên sản phẩm có Mill Test Certificate/MTC hoặc chứng từ vật liệu rõ ràng.

SK120M là thép carbon cao nên không có khả năng chống gỉ như thép không gỉ. Khi lưu kho lâu dài, nên giữ vật liệu ở nơi khô ráo, hạn chế tiếp xúc với nước và hơi ẩm; đối với thép dải chưa sử dụng, có thể áp dụng dầu chống gỉ phù hợp.

Giá thép SK120M và lưu ý khi hỏi báo giá

Không nên đưa một mức giá cố định cho SK120M nếu không xác định đầy đủ quy cách. Giá có thể thay đổi theo:

• Chiều dày và chiều rộng.
• Dạng cuộn hay cắt tấm.
• Khối lượng đặt hàng.
• Xuất xứ và nhà sản xuất.
• Trạng thái ủ, cán nguội hoặc nhiệt luyện.
• Yêu cầu dung sai.
• Chi phí xẻ băng, cắt và gia công.
• Chi phí vận chuyển và số lượng đặt hàng.

Vì vậy, khi yêu cầu báo giá thép SK120M, nên cung cấp tối thiểu mác thép + JIS G 3311 + kích thước + số lượng + trạng thái vật liệu. Cách này giúp báo giá chính xác hơn và tránh trường hợp nhận nhầm SK120, SK2 hoặc một mác thép carbon cao khác.

Kết luận

Thép SK120M là thép công cụ carbon hàm lượng carbon cao, thuộc JIS G 3311 dành cho thép dải đặc biệt cán nguội và thường được nhận diện với tên SK2M. Với hàm lượng C khoảng 1,15–1,25%, vật liệu có khả năng đạt độ cứng cao sau nhiệt luyện, phù hợp với các ứng dụng như lưỡi dao, dao cắt, thép dải công cụ và một số chi tiết chịu mài mòn.

Điểm quan trọng khi lựa chọn SK120M là không nên nhầm với SK120 theo JIS G 4401. Hai mác có quan hệ rất gần về thành phần và cùng thuộc họ thép công cụ carbon, nhưng tiêu chuẩn sản phẩm khác nhau. Khi thay thế bằng T12, W1-11½, C120U hoặc các mác quốc tế khác, cần đối chiếu thành phần, dạng sản phẩm và yêu cầu nhiệt luyện thay vì coi đây là các mác tương đương tuyệt đối.