Thép SUM24: Thành phần, tiêu chuẩn JIS G4804, tính chất và ứng dụng

Thép SUM24 là tên gọi thường xuất hiện trên thị trường khi nói đến nhóm thép dễ cắt gọt, đặc biệt trong các sản phẩm thanh tròn, lục giác và chi tiết gia công tự động. Tuy nhiên, khi đối chiếu với hệ thống tiêu chuẩn JIS, cần phân biệt rõ SUM24 với SUM24L: mác được ghi nhận trong JIS G4804 là SUM24L, thường được đối chiếu với AISI/SAE 12L14 và một số mác thép dễ cắt gọt tương đương.

Điểm nổi bật của vật liệu này là khả năng gia công cắt gọt cao nhờ sự kết hợp của lưu huỳnh, phốt pho và chì, giúp quá trình tạo phoi thuận lợi hơn so với nhiều loại thép kết cấu carbon thông thường. Đây là lý do SUM24L thường được lựa chọn cho các chi tiết sản xuất hàng loạt trên máy tiện tự động, máy CNC và dây chuyền gia công cơ khí chính xác.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ làm rõ SUM24 là gì, SUM24L có thành phần hóa học ra sao, tiêu chuẩn sản xuất nào được áp dụng, mác thép tương đương, đặc tính cơ bản, ưu nhược điểm, ứng dụng và những lưu ý khi mua thép SUM24/SUM24L.

Thép SUM24 là gì?

SUM24 thường được sử dụng trong thương mại để gọi nhóm vật liệu thép dễ cắt gọt tương ứng với SUM24L, đặc biệt khi sản phẩm được đối chiếu với 12L14 của Mỹ. Một số nhà sản xuất và đơn vị gia công tại Nhật Bản cũng sử dụng ký hiệu SUM24 trên danh mục sản phẩm, nhưng khi yêu cầu vật liệu theo JIS cần kiểm tra chính xác mác trên chứng chỉ vật liệu.

Theo hệ thống JIS, JIS G4804 là tiêu chuẩn dành cho thép dễ cắt gọt – Free-Cutting Steels, thuộc nhóm SUM. JIS cũng đang có phiên bản G4804:2021 cho nhóm vật liệu này.

Vì vậy, nếu hồ sơ kỹ thuật yêu cầu vật liệu theo JIS, cách ghi an toàn hơn là:

SUM24L – JIS G4804

thay vì chỉ ghi chung chung “SUM24”.

SUM24 có phải thép không gỉ không?

Không. SUM24/SUM24L không phải thép không gỉ và cũng không được lựa chọn chủ yếu nhờ khả năng chống ăn mòn.

Đây là thép dễ cắt gọt, được thiết kế để tối ưu hóa quá trình gia công cơ khí. Hàm lượng các nguyên tố như S, P và Pb giúp cải thiện đặc tính cắt, nhưng đồng thời vật liệu không phù hợp với những ứng dụng yêu cầu khả năng chống ăn mòn cao như inox 304 hoặc inox 316.

SUM24 có phải thép hợp kim không?

Không nên gọi SUM24L là thép hợp kim theo nghĩa thông thường của các nhóm thép Cr-Mo, Ni-Cr-Mo hoặc thép dụng cụ hợp kim.

SUM24L thuộc nhóm thép dễ cắt gọt trong JIS G4804. Thành phần của nó được điều chỉnh nhằm tăng khả năng gia công, đặc biệt thông qua Mn, P, S và Pb.

Thành phần hóa học của thép SUM24L

Thành phần hóa học là yếu tố quan trọng nhất để phân biệt SUM24L với nhiều mác thép dễ cắt gọt khác.

Bảng thành phần tham khảo của SUM24L theo JIS G4804 như sau:

Một số tài liệu kỹ thuật cho thấy Si có thể được kiểm soát theo thỏa thuận giữa bên mua và bên bán thay vì được quy định như một khoảng thành phần cố định. Vì vậy, khi cần kiểm soát chặt thành phần hóa học, nên căn cứ vào MTC/Material Test Certificate của đúng lô hàng thay vì chỉ dựa trên bảng thông tin thương mại.

Vai trò của Carbon

Hàm lượng C ≤0,15% giúp SUM24L duy trì nền thép carbon thấp, tương đối thuận lợi cho gia công và tạo hình cơ bản.

Tuy nhiên, không nên từ hàm lượng carbon thấp mà kết luận rằng SUM24L phù hợp cho mọi ứng dụng yêu cầu độ dẻo hoặc khả năng chịu tải cao. Đặc tính cuối cùng còn phụ thuộc vào trạng thái cung cấp, kích thước, phương pháp gia công và yêu cầu của chi tiết.

Vai trò của Mangan

Mangan nằm trong khoảng 0,85–1,15% và góp phần điều chỉnh cơ tính của thép.

Mn cũng có vai trò quan trọng trong việc hình thành các pha sulfide trong thép dễ cắt gọt. Các sulfide này góp phần hỗ trợ quá trình phá phoi khi gia công.

Vai trò của Lưu huỳnh

Một trong những đặc điểm đáng chú ý của SUM24L là S khoảng 0,26–0,35%, cao hơn đáng kể so với nhiều loại thép kết cấu thông thường.

Lưu huỳnh kết hợp với mangan tạo thành các hạt sulfide, góp phần làm phoi dễ bị chia nhỏ trong quá trình cắt. Nhờ vậy, vật liệu phù hợp với các quy trình tiện, khoan, phay và gia công tự động số lượng lớn.

Vai trò của Phốt pho

P nằm khoảng 0,04–0,09%, góp phần cải thiện khả năng cắt gọt nhưng cũng làm tăng tính giòn tương đối của vật liệu.

Đây là một trong những lý do thép dễ cắt gọt không nên được lựa chọn chỉ dựa trên tiêu chí “dễ gia công” mà bỏ qua yêu cầu về tải trọng, va đập và khả năng hàn của chi tiết.

Vai trò của Chì

Pb 0,10–0,35% là đặc điểm rất quan trọng của SUM24L.

Chì được bổ sung nhằm cải thiện khả năng gia công cắt gọt. Khi gia công trên máy tự động hoặc CNC, sự hiện diện của Pb giúp giảm sức cản cắt và hỗ trợ tạo phoi thuận lợi hơn.

Chính thành phần Pb này cũng là nguyên nhân khiến SUM24L cần được phân biệt rõ với SUM23, SUM31 hoặc các mác thép dễ cắt gọt không chứa chì.

Tiêu chuẩn sản xuất thép SUM24L

Tiêu chuẩn quan trọng nhất cần lưu ý là:

JIS G4804 – Free-Cutting Steels

JIS G4804 thuộc nhóm tiêu chuẩn thép dễ cắt gọt và phiên bản JIS G4804:2021 hiện được liệt kê trong hệ thống JIS dành cho nhóm SUM.

Khi mua vật liệu, khách hàng nên yêu cầu nhà cung cấp ghi rõ:

• Mác: SUM24L
• Tiêu chuẩn: JIS G4804
• Kích thước và hình dạng sản phẩm
• Trạng thái cung cấp
• Thành phần hóa học
• Dung sai kích thước
• Tình trạng bề mặt
• Chứng chỉ vật liệu nếu cần

Không nên chỉ ghi “SUM24” nếu đơn hàng yêu cầu truy xuất tiêu chuẩn nghiêm ngặt.

SUM24 và SUM24L có giống nhau không?

Đây là điểm rất dễ gây nhầm lẫn trên thị trường.

Trong nhiều tài liệu thương mại, SUM24 được dùng như tên gọi ngắn của vật liệu tương ứng với SUM24L/12L14. Một số nhà sản xuất cũng có danh mục sản phẩm ghi “SUM24” nhưng chú thích vật liệu tương đương SUM24L.

Tuy nhiên, nếu xét theo cách ghi mác JIS hiện hành, SUM24L là ký hiệu cần ưu tiên khi lập yêu cầu kỹ thuật.

Mác thép tương đương với SUM24L

Một trong những mác được đối chiếu phổ biến nhất với SUM24L là AISI/SAE 12L14.

Bảng đối chiếu của MISUMI cũng liệt kê:

MISUMI đồng thời lưu ý rằng các mác trong bảng là mác đối chiếu tham khảo, không nên hiểu là hoàn toàn đồng nhất về thành phần hoặc tính chất.

Do đó, trong hồ sơ kỹ thuật nên viết:

SUM24L ≈ 12L14

thay vì khẳng định hai mác này hoàn toàn có thể thay thế nhau trong mọi trường hợp.

SUM24L và SUM23 khác nhau như thế nào?

SUM23 là một mác thép dễ cắt gọt khác thuộc JIS G4804. SUM23 có C ≤0,09%, Mn khoảng 0,75–1,05%, P 0,04–0,09% và S 0,26–0,35%, nhưng không có Pb theo thành phần đặc trưng của SUM23. Trong khi đó, SUM24L có C ≤0,15%, Mn 0,85–1,15% và Pb 0,10–0,35%.

Vì vậy, không nên coi SUM23 và SUM24L là cùng một vật liệu.

SUM24L và SUM31 khác nhau như thế nào?

SUM31 có C khoảng 0,14–0,20%, Mn 1,00–1,30%, S 0,08–0,13% và không có Pb đặc trưng. Trong khi đó, SUM24L có S cao hơn và chứa Pb.

Nếu mục tiêu chính là khả năng cắt gọt rất tốt trên máy tự động, SUM24L có thể là lựa chọn đáng cân nhắc. Tuy nhiên, lựa chọn cuối cùng vẫn phải dựa trên yêu cầu cơ tính, môi trường làm việc và quy trình gia công.

Đặc tính cơ lý của thép SUM24L

Không nên đưa một con số độ bền kéo, giới hạn chảy hoặc độ cứng duy nhất để đại diện cho mọi sản phẩm SUM24L.

Cơ tính thực tế phụ thuộc vào:

• Kích thước sản phẩm.
• Trạng thái cán hoặc kéo nguội.
• Mức độ biến cứng.
• Quy trình nhiệt luyện trước đó.
• Phương pháp thử.
• Nhà sản xuất và điều kiện cung cấp.

Một số sản phẩm 12L14/SUM24L thương mại có thể có độ bền kéo ở mức vài trăm MPa, nhưng đây không phải con số có thể áp dụng cho mọi trạng thái vật liệu. Vì vậy, nếu thiết kế yêu cầu cơ tính cụ thể, MTC của lô hàng phải được ưu tiên.

Khả năng gia công

Đây chính là ưu điểm nổi bật nhất của SUM24L.

Vật liệu được thiết kế để phục vụ các quy trình gia công như:

• Tiện CNC.
• Tiện tự động.
• Khoan.
• Phay.
• Tarô.
• Gia công ren.
• Gia công hàng loạt.

Sự kết hợp của S, P và Pb giúp quá trình tạo phoi thuận lợi, phù hợp với các dây chuyền sản xuất có số lượng chi tiết lớn.

Độ chính xác sau gia công

SUM24L đặc biệt phù hợp với những chi tiết có yêu cầu cao về:

• Kích thước.
• Độ lặp lại.
• Độ ổn định khi gia công hàng loạt.
• Chất lượng bề mặt sau tiện hoặc gia công CNC.

Tuy nhiên, chất lượng cuối cùng không chỉ phụ thuộc vào vật liệu mà còn phụ thuộc vào dao cắt, chế độ cắt, độ cứng vững của máy, dung dịch gia công và phương pháp gá đặt.

Ưu điểm của thép SUM24L

Khả năng cắt gọt tốt

Đây là ưu điểm lớn nhất của SUM24L. Vật liệu phù hợp với các dây chuyền gia công tự động cần duy trì năng suất cao và tạo phoi ổn định.

Phù hợp sản xuất hàng loạt

SUM24L được sử dụng hiệu quả trong các dây chuyền sản xuất số lượng lớn, đặc biệt với những chi tiết có kích thước nhỏ và hình dạng tương đối phức tạp.

Có thể đạt bề mặt gia công tốt

Khi kết hợp đúng vật liệu với dao cắt, chế độ cắt và hệ thống làm mát phù hợp, SUM24L có thể tạo ra bề mặt gia công tốt, giảm nhu cầu xử lý bổ sung.

Dễ tìm dưới dạng thanh gia công

Trên thị trường, SUM24L thường được cung cấp dưới dạng thanh tròn, thanh lục giác, thanh vuông hoặc sản phẩm kéo nguội, tùy nhà sản xuất và quy cách. Một số nhà cung cấp chuyên thép dễ cắt gọt hiện cung cấp SUM24L cho các ứng dụng cơ khí chính xác.

Nhược điểm và những hạn chế cần lưu ý

Khả năng cắt gọt tốt không đồng nghĩa với việc SUM24L là vật liệu tối ưu cho mọi ứng dụng.

Không phù hợp với yêu cầu chống ăn mòn cao

SUM24L không phải inox. Nếu chi tiết phải làm việc lâu dài trong môi trường nước, hóa chất hoặc ngoài trời mà không có lớp bảo vệ, cần cân nhắc vật liệu khác.

Không phải lựa chọn ưu tiên cho tải trọng và va đập cao

Các nguyên tố giúp cải thiện khả năng cắt gọt cũng có thể làm giảm một số đặc tính như độ dai hoặc khả năng chịu tải trong những điều kiện nhất định.

Do đó, không nên sử dụng SUM24L như một vật liệu thay thế mặc định cho thép kết cấu hoặc thép hợp kim chịu tải.

Khả năng hàn cần được cân nhắc

Thép dễ cắt gọt có hàm lượng S, P và trong trường hợp SUM24L có thêm Pb. Vì vậy, nếu chi tiết yêu cầu hàn là công đoạn chính, cần đánh giá riêng khả năng hàn và quy trình công nghệ thay vì mặc định áp dụng như thép carbon thông thường.

Ứng dụng thực tế của thép SUM24L

Nhờ khả năng gia công tốt, SUM24L thường được sử dụng để sản xuất các chi tiết cơ khí có kích thước vừa và nhỏ, cần gia công nhanh và số lượng lớn.

Chi tiết máy tiện tự động

Đây là nhóm ứng dụng tiêu biểu của SUM24L.

Vật liệu có thể được dùng cho:

• Chốt.
• Pin.
• Bạc.
• Ống lót.
• Vít.
• Bu lông.
• Đai ốc.
• Phụ kiện cơ khí.
• Chi tiết tiện CNC.

Các sản phẩm dạng thanh lục giác đặc biệt phù hợp với máy tiện tự động và những quy trình gia công cần cấp phôi liên tục.

Linh kiện cơ khí chính xác

SUM24L có thể được sử dụng cho các chi tiết yêu cầu kích thước ổn định và khả năng gia công hàng loạt như phụ kiện máy móc, chi tiết liên kết và các bộ phận nhỏ trong thiết bị cơ khí.

Linh kiện ô tô và xe máy

Thép dễ cắt gọt được sử dụng trong nhiều loại chi tiết cơ khí của ngành ô tô và xe máy, đặc biệt những chi tiết có quy mô sản xuất lớn và yêu cầu gia công nhanh.

Tuy nhiên, việc sử dụng SUM24L cho từng chi tiết cụ thể phải dựa trên bản vẽ, tải trọng và tiêu chuẩn của nhà sản xuất. Không nên mặc định SUM24L phù hợp với các chi tiết chịu tải hoặc chịu va đập cao.

Thiết bị điện và cơ khí chính xác

Những chi tiết nhỏ được gia công bằng máy tiện tự động, máy CNC hoặc dây chuyền sản xuất hàng loạt cũng có thể sử dụng SUM24L nếu yêu cầu cơ tính của sản phẩm phù hợp.

Gia công thép SUM24L như thế nào?

SUM24L được lựa chọn chủ yếu vì khả năng gia công cắt gọt.

Tiện CNC

Tiện CNC là một trong những phương pháp phù hợp nhất với SUM24L. Khi lựa chọn chế độ cắt cần căn cứ vào đường kính phôi, vật liệu dao, tốc độ trục chính, lượng chạy dao và chiều sâu cắt.

Không nên áp dụng một chế độ cắt cố định cho tất cả kích thước.

Khoan

Hàm lượng S và Pb giúp hỗ trợ quá trình phá phoi, nhưng vẫn cần lựa chọn mũi khoan và dung dịch cắt phù hợp.

Với sản xuất hàng loạt, việc kiểm soát khả năng thoát phoi đặc biệt quan trọng để tránh phoi quấn quanh dao hoặc gây ảnh hưởng đến bề mặt chi tiết.

Phay và gia công ren

SUM24L có thể được gia công bằng phay, tarô và các phương pháp tạo ren tùy theo kích thước và yêu cầu của sản phẩm.

Đối với ren chính xác, cần kiểm soát đồng thời chất lượng phôi, dao, tốc độ cắt và độ cứng vững của máy.

SUM24L có cần nhiệt luyện không?

Không nên xem nhiệt luyện là yêu cầu bắt buộc đối với mọi sản phẩm SUM24L.

Điểm mạnh của vật liệu này là khả năng gia công, không phải khả năng đạt độ cứng rất cao sau tôi như thép dụng cụ.

Nếu chi tiết cần một cơ tính hoặc độ cứng đặc biệt, quy trình nhiệt luyện phải được xác định dựa trên thành phần thực tế, kích thước, trạng thái cung cấp và yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm.

Vì vậy, thay vì đưa một chu trình tôi – ram cố định cho mọi SUM24L, nên tham khảo dữ liệu của nhà sản xuất và thực hiện thử nghiệm công nghệ khi ứng dụng có yêu cầu đặc biệt.

Kiểm tra chất lượng thép SUM24L khi mua

Để hạn chế rủi ro mua nhầm vật liệu, khách hàng nên kiểm tra ít nhất những thông tin sau.

1. Kiểm tra đúng mác thép

Nếu yêu cầu theo JIS, nên ghi rõ:

SUM24L – JIS G4804

Không nên chỉ ghi “SUM24” nếu hồ sơ cần truy xuất nguồn gốc.

2. Kiểm tra thành phần hóa học

Đặc biệt cần chú ý:

• C ≤0,15%.
• Mn 0,85–1,15%.
• P 0,04–0,09%.
• S 0,26–0,35%.
• Pb 0,10–0,35%.

Các thông số này giúp phân biệt SUM24L với SUM23, SUM31 và nhiều mác thép dễ cắt gọt khác.

3. Kiểm tra kích thước và dung sai

Với chi tiết gia công tự động, dung sai phôi ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian chuẩn bị và khả năng ổn định của dây chuyền.

4. Kiểm tra chứng chỉ vật liệu

Tùy yêu cầu của dự án, có thể yêu cầu:

• MTC.
• COA.
• CO/CQ.
• Phiếu kiểm tra thành phần hóa học.
• Kết quả kiểm tra cơ tính.
• Chứng nhận xuất xưởng.

Lưu ý rằng ISO 9001 là chứng nhận hệ thống quản lý chất lượng của doanh nghiệp, không phải chứng chỉ xác nhận một cây thép cụ thể là SUM24L.

Giá thép SUM24/SUM24L hiện nay

Không nên công bố một mức giá thép SUM24 cố định nếu không có báo giá theo đúng thời điểm, quy cách và nguồn hàng.

Giá thực tế có thể thay đổi theo:

• Đường kính hoặc kích thước.
• Dạng tròn, vuông hay lục giác.
• Cán nóng hoặc kéo nguội.
• Dung sai.
• Số lượng đặt hàng.
• Xuất xứ.
• Nhà sản xuất.
• Chứng chỉ vật liệu.
• Yêu cầu cắt theo quy cách.
• Chi phí vận chuyển.
• Điều kiện nhập khẩu và tỷ giá.

Đặc biệt, với thép SUM24L dùng cho gia công chính xác, không nên chỉ so sánh giá/kg. Một lô vật liệu có dung sai tốt, bề mặt ổn định và đầy đủ chứng từ có thể giúp giảm chi phí gia công và kiểm soát chất lượng tốt hơn.

Có nên chọn thép SUM24L cho sản xuất hàng loạt?

Nếu sản phẩm có đặc điểm kích thước nhỏ, cần tiện CNC hoặc tiện tự động, số lượng lớn và ưu tiên năng suất gia công, SUM24L là một lựa chọn đáng cân nhắc.

Ngược lại, nếu chi tiết yêu cầu khả năng chịu tải cao, chịu va đập mạnh, khả năng hàn tốt hoặc chống ăn mòn, cần đánh giá các nhóm vật liệu khác trước khi quyết định.

Điểm quan trọng nhất là không lựa chọn vật liệu chỉ dựa trên tên gọi “thép dễ cắt gọt”. Cần đối chiếu đồng thời bản vẽ, cơ tính, môi trường làm việc, phương pháp gia công và yêu cầu tuổi thọ của sản phẩm.

Mua thép SUM24L ở đâu?

Khi tìm mua thép SUM24/SUM24L, khách hàng nên ưu tiên nhà cung cấp có khả năng xác nhận rõ:

• Mác vật liệu.
• Tiêu chuẩn JIS.
• Xuất xứ.
• Thành phần hóa học.
• Quy cách.
• Dung sai.
• Trạng thái cung cấp.
• Chứng từ vật liệu.
• Khả năng cung cấp số lượng theo yêu cầu.

Đối với những đơn hàng dùng cho sản xuất hàng loạt, nên gửi trước bản vẽ hoặc yêu cầu kỹ thuật để nhà cung cấp tư vấn chính xác loại vật liệu và trạng thái cung cấp.

Bạn có thể tham khảo thêm các sản phẩm thép và vật liệu cơ khí tại Vật Tư Kim Loại.

Kết luận

Thép SUM24 là tên gọi thương mại thường gặp khi đề cập đến nhóm thép dễ cắt gọt, nhưng nếu yêu cầu vật liệu theo tiêu chuẩn Nhật Bản thì cần đặc biệt lưu ý SUM24L – JIS G4804.

SUM24L nổi bật với C ≤0,15%, Mn 0,85–1,15%, P 0,04–0,09%, S 0,26–0,35% và Pb 0,10–0,35%. Sự kết hợp này giúp vật liệu có khả năng gia công cắt gọt tốt, phù hợp với tiện tự động, CNC và sản xuất hàng loạt các chi tiết cơ khí nhỏ.

Khi lựa chọn vật liệu, cần phân biệt rõ SUM24 với SUM24L, đồng thời không nên nhầm SUM24L với SUM23, SUM31 hoặc 12L14 theo nghĩa “hoàn toàn giống nhau”. Các mác như 12L14 chỉ nên được xem là mác đối chiếu/tham khảo và cần kiểm tra chứng chỉ vật liệu khi yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt.

Đặc biệt, bài viết gốc cần sửa hoàn toàn thông tin S 0,04–0,07%, bởi đây không phải thành phần đặc trưng của SUM24L. SUM24L có S 0,26–0,35% và Pb 0,10–0,35%, đây mới là những thông tin quan trọng để giải thích đặc tính dễ cắt gọt của vật liệu.