Thép SUM31L: Thành phần hóa học, tiêu chuẩn JIS G4804, đặc tính, ứng dụng và gia công

Trong ngành cơ khí chế tạo, khả năng gia công cắt gọt là một trong những yếu tố quan trọng khi lựa chọn vật liệu cho sản xuất hàng loạt. Đối với các chi tiết nhỏ cần tiện, phay, khoan, taro hoặc gia công tự động với số lượng lớn, sử dụng một loại thép dễ cắt có thể giúp giảm thời gian gia công, kéo dài tuổi thọ dụng cụ và cải thiện năng suất.

Thép SUM31L là một trong những mác thép dễ cắt gọt thuộc tiêu chuẩn JIS G4804 – Free-Cutting Steels của Nhật Bản. Đây là loại thép cacbon dễ gia công, có thành phần carbon tương đối thấp, mangan khoảng 1,00–1,30%, lưu huỳnh 0,08–0,13% và đặc biệt có chì (Pb) khoảng 0,10–0,35%. Chính sự kết hợp giữa S và Pb giúp SUM31L có khả năng tạo phoi thuận lợi trong quá trình cắt gọt.

SUM31L thường được quan tâm trong các ngành cơ khí chính xác, sản xuất linh kiện ô tô, thiết bị điện, máy móc công nghiệp và các sản phẩm cần gia công tự động với số lượng lớn.

Tuy nhiên, SUM31L không phải là loại thép có cơ tính cao hay thép chuyên dụng chống ăn mòn. Giá trị nổi bật nhất của vật liệu này nằm ở khả năng gia công, chứ không phải khả năng chịu tải cực cao.

Thép SUM31L là gì?

SUM31L là mác thép dễ cắt gọt chứa lưu huỳnh và chì, được quy định trong JIS G4804 – Free-Cutting Steels.

Có thể phân loại SUM31L như sau:

• Nhóm vật liệu: thép cacbon dễ cắt.
• Tiêu chuẩn: JIS G4804.
• Mác thép: SUM31L.
• Cơ chế cải thiện khả năng cắt: chủ yếu nhờ S và Pb.
• Hàm lượng C: khoảng 0,14–0,20%.
• Hàm lượng Mn: khoảng 1,00–1,30%.
• Hàm lượng S: khoảng 0,08–0,13%.
• Hàm lượng Pb: khoảng 0,10–0,35%.

Trong JIS G4804, SUM31 và SUM31L có thành phần C, Mn, P và S tương tự nhau. Điểm khác biệt đáng chú ý là SUM31L có Pb 0,10–0,35%, trong khi SUM31 không quy định Pb ở mức này.

Chính vì vậy, khi đặt mua vật liệu, cần ghi đầy đủ SUM31L – JIS G4804 thay vì chỉ ghi “SUM31”.

Tiêu chuẩn JIS G4804 của thép SUM31L

Tiêu chuẩn chính của SUM31L là:

JIS G4804 – Free-Cutting Steels

Phiên bản JIS G4804-2021 vẫn liệt kê SUM31L trong nhóm thép dễ cắt gọt cùng các mác như SUM21, SUM22, SUM22L, SUM23, SUM23L, SUM24L, SUM25, SUM31, SUM32, SUM41, SUM42 và SUM43.

Bảng dưới đây giúp phân biệt một số mác liên quan:

Điểm cần lưu ý là SUM31L không phải thép hợp kim chịu tải cao, mà thuộc nhóm thép dễ cắt phục vụ gia công cơ khí.

Thành phần hóa học của thép SUM31L

Thành phần hóa học là yếu tố quyết định khả năng gia công của SUM31L.

Theo dữ liệu JIS G4804, thành phần chính của SUM31L có thể tham khảo như sau:

Một tài liệu của Kobe Steel cũng đưa ra đúng dải thành phần này cho SUM31L trong nhóm thép dễ cắt gọt JIS G4804.

Carbon (C)

Hàm lượng carbon khoảng 0,14–0,20% thuộc mức tương đối thấp.

Điều này giúp SUM31L duy trì khả năng gia công tốt và không hướng đến độ cứng cao như các loại thép carbon trung bình hoặc thép dụng cụ.

Carbon cũng góp phần tạo ra mức cơ tính phù hợp cho các chi tiết máy nhỏ, nhưng không nên kỳ vọng SUM31L có khả năng chịu tải tương đương các thép hợp kim kết cấu đã qua nhiệt luyện.

Mangan (Mn)

Mangan nằm trong khoảng 1,00–1,30%.

Mn góp phần tăng độ bền và hỗ trợ khả năng tôi ở một mức nhất định. Tuy nhiên, mục tiêu chính của việc sử dụng Mn trong SUM31L vẫn nằm trong hệ thành phần được thiết kế cho thép dễ cắt.

Lưu huỳnh (S)

Lưu huỳnh là một trong những nguyên tố quan trọng nhất đối với khả năng gia công của SUM31L.

Hàm lượng S khoảng 0,08–0,13% cao hơn đáng kể so với nhiều thép kết cấu thông thường.

Trong quá trình gia công, các pha sulfide, chủ yếu liên quan đến mangan sulfide, góp phần làm phoi dễ đứt và giúp quá trình cắt ổn định hơn.

Đây là một trong những nguyên nhân SUM31L phù hợp với sản xuất hàng loạt trên máy tiện tự động.

Chì (Pb)

Pb là điểm khác biệt quan trọng của SUM31L so với SUM31.

SUM31L có Pb khoảng 0,10–0,35% theo dữ liệu JIS G4804.

Pb giúp cải thiện đáng kể tính cắt gọt bằng cách hỗ trợ quá trình hình thành và đứt phoi, đồng thời làm giảm xu hướng vật liệu bám lên dụng cụ trong một số điều kiện gia công.

Tuy nhiên, sự hiện diện của Pb cũng cần được xem xét về an toàn lao động, môi trường và quy định sử dụng vật liệu khi sản phẩm được đưa vào các ngành có yêu cầu đặc biệt.

Ưu điểm nổi bật của thép SUM31L

Khả năng gia công cắt gọt tốt

Đây là ưu điểm quan trọng nhất của SUM31L.

Vật liệu được thiết kế để thuận lợi cho các phương pháp:

• tiện;
• phay;
• khoan;
• taro;
• doa;
• ren;
• gia công tự động;
• gia công số lượng lớn.

Phoi dễ gãy giúp giảm tình trạng phoi dài quấn quanh dụng cụ hoặc chi tiết, từ đó cải thiện khả năng tự động hóa dây chuyền.

Nâng cao năng suất gia công

Đối với các sản phẩm sản xuất hàng loạt, khả năng cắt gọt tốt có thể mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể.

Thay vì phải ưu tiên các chế độ cắt quá bảo thủ, nhà sản xuất có thể tối ưu tốc độ cắt, lượng chạy dao và tuổi thọ dụng cụ dựa trên điều kiện máy và dao cụ thực tế.

Tuy nhiên, không nên đưa ra một tỷ lệ tiết kiệm cố định như “giảm 20% chi phí” nếu không có dữ liệu thử nghiệm cụ thể của dây chuyền.

Phù hợp với chi tiết nhỏ

SUM31L đặc biệt phù hợp với các chi tiết có kích thước nhỏ nhưng cần thực hiện nhiều nguyên công cắt gọt.

Ví dụ:

• chốt;
• bạc;
• đầu nối cơ khí;
• chi tiết ren;
• linh kiện máy;
• các chi tiết tiện tự động;
• chi tiết dùng trong sản xuất hàng loạt.

Hạn chế của thép SUM31L

Bên cạnh khả năng gia công tốt, SUM31L cũng có những hạn chế cần cân nhắc.

Không phải thép chịu lực cao

SUM31L có carbon tương đối thấp và được tối ưu hóa cho khả năng cắt gọt.

Do đó, nếu thiết kế yêu cầu độ bền kéo, giới hạn chảy hoặc độ dai cao sau nhiệt luyện, nên cân nhắc các mác thép kết cấu hoặc thép hợp kim phù hợp hơn.

Khả năng hàn hạn chế

Hàm lượng S và Pb tương đối cao không thuận lợi cho các yêu cầu hàn so với thép carbon thấp thông thường.

Vì vậy, SUM31L không nên được lựa chọn chỉ dựa trên khả năng gia công nếu chi tiết cần thực hiện nhiều công đoạn hàn.

Không phải thép chống ăn mòn

SUM31L không phải thép không gỉ.

Trong môi trường ẩm hoặc có hóa chất, vật liệu có thể bị oxy hóa và ăn mòn nếu không được bảo vệ.

Có thể sử dụng:

• mạ;
• sơn;
• dầu chống gỉ;
• lớp phủ bề mặt;
• hoặc thiết kế chống ăn mòn phù hợp.

Ứng dụng thực tế của thép SUM31L

SUM31L được sử dụng trong nhiều lĩnh vực cần sản xuất chi tiết cơ khí với tốc độ gia công cao.

Dữ liệu vật liệu JIS G4804 cũng ghi nhận nhóm SUM31 được sử dụng trong các chi tiết thuộc ô tô, cơ điện và máy móc chính xác.

Chi tiết cơ khí chính xác

Đây là một trong những nhóm ứng dụng phù hợp nhất.

SUM31L có thể được dùng để chế tạo:

• chốt;
• bạc;
• trục nhỏ;
• vít;
• chi tiết ren;
• đầu nối;
• linh kiện cơ khí;
• các chi tiết tiện tự động.

Linh kiện ô tô

Trong ngành ô tô, thép dễ cắt thường được sử dụng cho các chi tiết nhỏ được sản xuất với số lượng lớn.

Tùy thiết kế và yêu cầu cơ tính, SUM31L có thể được lựa chọn cho các chi tiết gia công như chốt, bạc, đầu nối và các bộ phận cơ khí nhỏ.

Không nên mặc định rằng SUM31L phù hợp với mọi chi tiết ô tô. Các bộ phận chịu tải cao, chịu va đập hoặc yêu cầu nhiệt luyện sâu cần được lựa chọn vật liệu riêng.

Thiết bị cơ điện

SUM31L cũng phù hợp với các linh kiện cơ khí trong thiết bị cơ điện khi yêu cầu chính là:

• kích thước chính xác;
• gia công nhiều nguyên công;
• sản xuất số lượng lớn;
• khả năng cắt gọt ổn định.

Máy móc công nghiệp

Các nhà sản xuất máy móc có thể sử dụng SUM31L cho những chi tiết nhỏ không yêu cầu cơ tính đặc biệt cao nhưng cần gia công chính xác và hiệu quả.

SUM31L có dùng làm bánh răng không?

Có thể sử dụng SUM31L cho một số bánh răng nhỏ hoặc chi tiết truyền động có yêu cầu tải không quá cao, nhưng không nên coi đây là lựa chọn mặc định cho bánh răng chịu tải lớn.

Đối với bánh răng quan trọng, nhà thiết kế thường phải xem xét:

• tải trọng;
• độ cứng bề mặt;
• độ bền lõi;
• khả năng chống mỏi;
• độ bền tiếp xúc;
• phương pháp nhiệt luyện.

Trong trường hợp cần thấm carbon hoặc tôi cải thiện để tăng độ cứng bề mặt, các mác thép chuyên dụng cho bánh răng có thể phù hợp hơn.

SUM31L có dùng làm bulong và ốc vít không?

SUM31L có thể được sử dụng cho các chi tiết ren và một số loại linh kiện cơ khí nhỏ cần gia công cắt gọt.

Tuy nhiên, không nên mặc định SUM31L phù hợp với mọi loại bulong chịu lực cao.

Bulong kết cấu hoặc bulong cường độ cao thường cần vật liệu và tiêu chuẩn cơ tính riêng. Nếu sản phẩm yêu cầu cấp bền cụ thể, cần lựa chọn vật liệu dựa trên tiêu chuẩn của chính sản phẩm đó.

Quy trình sản xuất thép SUM31L

Quá trình sản xuất SUM31L về cơ bản bắt đầu từ luyện thép, điều chỉnh thành phần hóa học, đúc phôi và gia công thành sản phẩm thép theo yêu cầu.

Trong sản xuất thép dễ cắt, việc kiểm soát các nguyên tố như S và Pb đặc biệt quan trọng vì chúng ảnh hưởng trực tiếp đến tính gia công.

Quy trình tổng quát có thể bao gồm:

1. Lựa chọn nguyên liệu.
2. Luyện thép.
3. Điều chỉnh thành phần hóa học.
4. Kiểm soát S và Pb.
5. Đúc phôi.
6. Cán thành sản phẩm.
7. Xử lý theo trạng thái giao hàng.
8. Kiểm tra kích thước.
9. Kiểm tra thành phần.
10. Kiểm tra chất lượng bề mặt và cơ tính.

Không nên mô tả rằng mọi SUM31L đều bắt buộc trải qua cán nóng → cán nguội → tôi → ram. Trạng thái sản phẩm thực tế phụ thuộc vào dạng sản phẩm và yêu cầu của tiêu chuẩn/nhà sản xuất.

Gia công thép SUM31L

Tiện

Tiện là một trong những phương pháp khai thác tốt nhất ưu điểm của SUM31L.

Khả năng tạo phoi ngắn giúp hạn chế phoi quấn và hỗ trợ quá trình gia công tự động.

Khoan

SUM31L có thể được gia công khoan với chế độ cắt phù hợp.

Cần lựa chọn tốc độ quay, lượng tiến dao và loại mũi khoan dựa trên đường kính lỗ, thiết bị và yêu cầu chất lượng.

Phay

Khi phay SUM31L, cần chú ý đến độ cứng vững của máy, dụng cụ và khả năng thoát phoi.

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

Taro và gia công ren

SUM31L phù hợp với các chi tiết có nhiều nguyên công ren.

Khả năng tạo phoi thuận lợi có thể giúp giảm hiện tượng kẹt phoi trong một số điều kiện gia công.

Có nên nhiệt luyện thép SUM31L không?

Không nên mặc định rằng SUM31L cần tôi và ram giống thép hợp kim nhiệt luyện.

SUM31L là thép dễ cắt với carbon khoảng 0,14–0,20%, và ưu điểm chính nằm ở khả năng gia công.

Nếu thiết kế yêu cầu độ cứng hoặc cơ tính đặc biệt, cần kiểm tra khả năng đáp ứng của đúng mác và đúng trạng thái cung cấp.

Quan trọng hơn, không nên lấy các thông số nhiệt luyện của một mác thép khác rồi áp dụng trực tiếp cho SUM31L.

Đối với sản phẩm cần nhiệt luyện sau gia công, chế độ cụ thể phải được xác định dựa trên:

• kích thước chi tiết;
• yêu cầu cơ tính;
• trạng thái ban đầu;
• phương pháp nhiệt luyện;
• môi trường làm nguội;
• yêu cầu biến dạng cho phép.

Thành phần hóa học SUM31L và SUM31 khác nhau như thế nào?

Đây là một điểm rất đáng chú ý.

Dữ liệu JIS G4804 do Kobe Steel công bố thể hiện rõ sự khác biệt này.

Vì vậy, chữ L không nên bỏ qua khi đặt hàng.

SUM31L tương đương mác thép nào?

Một số cơ sở dữ liệu vật liệu đối chiếu SUM31 với AISI/SAE 1117 và ISO 15SMn13.

Tuy nhiên, khi nói về SUM31L, cần thận trọng hơn vì Pb là thành phần quan trọng tạo nên sự khác biệt.

Do đó, không nên khẳng định:

“SUM31L = AISI 1117”

như một tương đương tuyệt đối.

Cách diễn đạt kỹ thuật an toàn hơn là “AISI/SAE 1117 có thể được dùng làm mác tham khảo gần với SUM31 trong một số bảng đối chiếu”.

Khi thay thế vật liệu, cần kiểm tra:

• thành phần hóa học;
• Pb;
• S;
• cơ tính;
• trạng thái giao hàng;
• tiêu chuẩn sản phẩm;
• yêu cầu gia công.

So sánh SUM31L với SUM31

So sánh SUM31L với thép carbon thông thường

SUM31L có lợi thế rõ rệt khi mục tiêu là gia công cắt gọt.

Trong khi thép carbon thông thường thường phải cân bằng giữa cơ tính và khả năng gia công, SUM31L được thiết kế với hàm lượng S và Pb nhằm cải thiện tính cắt.

Do đó:

Nếu ưu tiên gia công hàng loạt → SUM31L có lợi thế.

Nếu ưu tiên độ bền kết cấu hoặc khả năng hàn → nên xem xét mác thép khác.

Đây là nguyên tắc quan trọng khi lựa chọn vật liệu.

SUM31L có chống ăn mòn không?

Không.

SUM31L không phải thép không gỉ và không được thiết kế cho môi trường ăn mòn.

Nếu sử dụng trong môi trường ẩm, cần có biện pháp:

• mạ;
• sơn;
• phủ bề mặt;
• dầu chống gỉ;
• thiết kế thoát nước;
• hoặc thay thế bằng vật liệu chống ăn mòn phù hợp.

SUM31L có hàn được không?

Khả năng hàn của SUM31L cần được xem xét thận trọng do hàm lượng S và Pb cao hơn thép kết cấu thông thường.

Đặc biệt, nếu chi tiết chịu tải hoặc yêu cầu độ tin cậy cao, không nên lựa chọn SUM31L chỉ vì nó dễ gia công rồi sau đó mới xử lý vấn đề hàn.

Nếu thiết kế có nhiều mối hàn, nên cân nhắc mác thép được thiết kế phù hợp hơn cho công đoạn hàn.

Những điều cần kiểm tra khi mua thép SUM31L

Để tránh mua nhầm SUM31 hoặc một mác thép dễ cắt khác, khách hàng nên yêu cầu nhà cung cấp xác nhận:

1. Đúng mác thép

Ghi rõ:

SUM31L – JIS G4804

2. Thành phần hóa học

Đặc biệt kiểm tra:

• C;
• Mn;
• P;
• S;
• Pb.

3. Kích thước

Kiểm tra:

• đường kính;
• chiều dài;
• chiều rộng;
• chiều dày;
• dung sai.

4. Trạng thái cung cấp

Xác định rõ vật liệu:

• cán nóng;
• cán nguội;
• kéo nguội;
• ủ;
• hoặc trạng thái đặc biệt khác.

5. Chứng chỉ vật liệu

Đối với đơn hàng công nghiệp, nên yêu cầu MTC/COA để đối chiếu thành phần hóa học và tiêu chuẩn.

Bảo quản thép SUM31L

SUM31L nên được bảo quản trong môi trường khô ráo, tránh nước và hơi ẩm kéo dài.

Các sản phẩm thép thanh hoặc thép dạng cuộn nên:

• đặt trên giá đỡ;
• tránh tiếp xúc trực tiếp với nền;
• tránh nước đọng;
• hạn chế môi trường hóa chất;
• kiểm tra định kỳ;
• sử dụng dầu chống gỉ khi lưu kho dài ngày.

Đặc biệt, bề mặt sau gia công cần được bảo vệ nếu sản phẩm chưa được sơn, mạ hoặc xử lý chống gỉ.

Giá thép SUM31L

Giá thép SUM31L thay đổi tùy theo:

• đường kính;
• quy cách;
• chiều dài;
• xuất xứ;
• nhà sản xuất;
• số lượng;
• trạng thái vật liệu;
• yêu cầu chứng chỉ;
• dịch vụ cắt và gia công.

Do đó, không nên công bố một mức giá cố định nếu không có dữ liệu báo giá tại thời điểm thực tế.

Để có báo giá chính xác, khách hàng nên cung cấp:

SUM31L + JIS G4804 + quy cách + số lượng + yêu cầu trạng thái vật liệu.

Mua thép SUM31L ở đâu?

Khi mua thép SUM31L, nên lựa chọn nhà cung cấp có khả năng xác nhận rõ:

• mác thép;
• tiêu chuẩn JIS;
• xuất xứ;
• nhà sản xuất;
• thành phần hóa học;
• trạng thái vật liệu;
• quy cách;
• chứng chỉ chất lượng.

Đặc biệt, nhà cung cấp cần phân biệt rõ SUM31 và SUM31L, vì hai mác có thành phần cơ bản tương tự nhưng SUM31L có bổ sung Pb 0,10–0,35%.

Vật Tư Kim Loại có thể được giới thiệu như một kênh liên hệ để khách hàng tham khảo nguồn cung, quy cách và báo giá thép SUM31L theo nhu cầu thực tế.

Câu hỏi thường gặp về thép SUM31L

Thép SUM31L là gì?

SUM31L là thép cacbon dễ cắt gọt chứa S và Pb, thuộc tiêu chuẩn JIS G4804.

SUM31L có phải thép không gỉ không?

Không. Đây là thép cacbon dễ cắt, không có khả năng chống ăn mòn như thép không gỉ.

SUM31L có chứa chì không?

Có. Hàm lượng Pb của SUM31L theo dữ liệu JIS G4804 nằm trong khoảng 0,10–0,35%.

Vì sao SUM31L dễ gia công?

Chủ yếu nhờ hệ thành phần chứa S và Pb, giúp cải thiện đặc tính tạo và đứt phoi trong quá trình gia công cắt gọt.

SUM31L có giống SUM31 không?

Không hoàn toàn. SUM31L có Pb 0,10–0,35%, trong khi SUM31 không có yêu cầu Pb tương tự.

SUM31L có phù hợp sản xuất hàng loạt không?

Có. Đây là một trong những nhóm ứng dụng phù hợp nhất của thép dễ cắt, đặc biệt khi chi tiết phải tiện, khoan, phay hoặc gia công tự động với số lượng lớn.

SUM31L có dùng làm bánh răng không?

Có thể dùng cho một số bánh răng nhỏ hoặc chi tiết truyền động có yêu cầu phù hợp, nhưng không nên mặc định sử dụng cho bánh răng chịu tải cao. Khi yêu cầu độ bền và chống mỏi cao, cần cân nhắc thép chuyên dụng cho bánh răng.

SUM31L có hàn tốt không?

Không nên xem SUM31L là thép có khả năng hàn tốt. Hàm lượng S và Pb tương đối cao khiến vật liệu cần được đánh giá kỹ nếu thiết kế có công đoạn hàn.

Kết luận

Thép SUM31L là một mác thép dễ cắt gọt theo JIS G4804, được phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu gia công cơ khí với năng suất cao.

Thành phần đặc trưng của SUM31L gồm C 0,14–0,20%, Mn 1,00–1,30%, P ≤0,040%, S 0,08–0,13% và Pb 0,10–0,35%. Trong đó, S và Pb đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng cắt gọt của vật liệu.

Ưu điểm lớn nhất của SUM31L là khả năng gia công cắt gọt, đặc biệt phù hợp với các chi tiết nhỏ, sản xuất hàng loạt và gia công trên máy tự động. Vật liệu có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như cơ khí chính xác, linh kiện ô tô, thiết bị cơ điện và máy móc công nghiệp.

Tuy nhiên, SUM31L không phải là thép chuyên dụng cho khả năng chịu tải cao, chống ăn mòn hoặc hàn. Vì vậy, việc lựa chọn vật liệu cần dựa trên yêu cầu thực tế của chi tiết thay vì chỉ dựa vào ưu điểm dễ gia công.

Khi đặt hàng, nên ghi rõ SUM31L – JIS G4804, đồng thời kiểm tra thành phần hóa học, đặc biệt là S và Pb, trạng thái vật liệu, quy cách và chứng chỉ chất lượng. Đây là cách tốt nhất để bảo đảm vật liệu nhận được đúng với yêu cầu kỹ thuật của dự án.