Vì sao thép chịu mài mòn bị nứt khi cắt, chấn, hàn?

Thép chịu mài mòn được sử dụng nhiều trong khai khoáng, xi măng, cơ khí nặng, gầu xúc, ben xe tải, máng liệu, phễu, tấm lót máy nghiền, băng tải, silo và các chi tiết làm việc trong môi trường ma sát mạnh. Nhờ độ cứng cao, vật liệu giúp tăng tuổi thọ chi tiết và giảm tần suất thay thế so với thép kết cấu thông thường.

Tuy nhiên, chính độ cứng cao cũng làm thép chịu mài mòn khó gia công hơn. Nếu cắt sai phương pháp, chấn với bán kính quá nhỏ, khoan bằng dao cụ không phù hợp hoặc hàn không kiểm soát nhiệt, vật liệu có thể xuất hiện nứt mép, nứt chân chấn, nứt vùng hàn, nứt vùng ảnh hưởng nhiệt hoặc nứt nguội sau khi hàn.

Với khách hàng, lỗi nứt khi gia công không chỉ làm hỏng một tấm thép. Nó còn có thể làm sai tiến độ sản xuất, phát sinh chi phí cắt lại, chấn lại, hàn sửa, thay vật liệu hoặc không đạt nghiệm thu tại công trình.

Vì vậy, khi đặt gia công thép chịu mài mòn, doanh nghiệp không nên chỉ gửi kích thước cắt. Cần xác định rõ mác thép, độ cứng, chiều dày, hướng cán, bán kính chấn, phương pháp cắt, yêu cầu hàn, môi trường làm việc và tiêu chuẩn nghiệm thu.

Bài viết này giúp doanh nghiệp hiểu rõ vì sao thép chịu mài mòn bị nứt khi cắt, chấn, hàn, các nguyên nhân thường gặp và cách UnicoSteel hỗ trợ tư vấn vật liệu, gia công theo bản vẽ để hạn chế rủi ro.

Thép chịu mài mòn là gì?

Thép chịu mài mòn là nhóm thép có độ cứng cao, được thiết kế để chống lại sự hao mòn do ma sát, va đập vừa đến nặng, vật liệu rời, đá, quặng, than, clinker, cát, xi măng hoặc phế liệu công nghiệp.

Các mác thép chịu mài mòn thường gặp gồm:

• NM360.
• NM400.
• NM450.
• NM500.
• NM600.
• Hardox 400/450/500/550/600.
• XAR 400/450/500.
• JFE EVERHARD.
• BISALLOY Wear.
• Các mác thép chống mài mòn tương đương theo tiêu chuẩn hoặc nhà sản xuất.

Thép chịu mài mòn thường có tổ chức được kiểm soát bằng quá trình nhiệt luyện, phổ biến là tôi và ram. Nhờ đó, vật liệu đạt độ cứng và khả năng chống mòn cao hơn thép carbon thông thường. Nhưng đổi lại, vật liệu nhạy hơn với nứt khi gia công sai quy trình.

Thép NM400 là thép tấm chịu mài mòn có độ cứng danh nghĩa khoảng 400 HBW, là vật liệu chuyên dụng cho các vị trí tiếp xúc với vật liệu gây mòn, vì vậy khi đặt hàng cần xác định rõ chiều dày, kích thước, cơ chế mài mòn, phương án gia công và yêu cầu chứng chỉ nếu có I Unicosteel

Vì sao thép chịu mài mòn dễ nứt hơn thép kết cấu thông thường?

Thép chịu mài mòn không giống thép SS400, Q235, S235, S355 hoặc các thép kết cấu phổ thông. Vật liệu này thường có độ cứng cao hơn, độ bền kéo cao hơn và tổ chức kim loại được thiết kế cho chống mòn.

Các yếu tố khiến thép chịu mài mòn dễ nứt hơn gồm:

• Độ cứng cao.
• Độ bền cao, khả năng biến dạng thấp hơn thép mềm.
• Tổ chức tôi ram nhạy với nhiệt cục bộ.
• Mép cắt dễ tạo vùng ảnh hưởng nhiệt nếu cắt nhiệt.
• Khi chấn cần bán kính lớn hơn thép thường.
• Khi hàn dễ phát sinh ứng suất dư.
• Có nguy cơ nứt hydro nếu hàn không kiểm soát.
• Tấm dày và mác cứng hơn thường cần kiểm soát gia công chặt hơn.
• Vết xước, bavia, cạnh sắc có thể trở thành điểm khởi đầu vết nứt.

Nói cách khác, thép chịu mài mòn có khả năng chống mòn tốt, nhưng không nên xử lý như thép kết cấu mềm. Gia công vật liệu này cần hiểu đúng giới hạn uốn, hàn, cắt và khoan.

Các dạng nứt thường gặp khi gia công thép chịu mài mòn

Trong thực tế, thép chịu mài mòn có thể bị nứt ở nhiều vị trí khác nhau tùy công đoạn gia công.

Dạng nứt	Vị trí thường gặp	Nguyên nhân thường gặp
Nứt mép cắt	Mép tấm sau cắt plasma/oxy/laser	Mép quá cứng, bavia, vùng ảnh hưởng nhiệt, làm nguội nhanh
Nứt khi chấn	Chân đường chấn, mặt ngoài vùng uốn	Bán kính chấn quá nhỏ, chấn sai hướng cán, mép cắt xấu
Nứt tại lỗ khoan	Mép lỗ, vùng quanh lỗ	Dao cùn, quá nhiệt, lỗ quá gần mép, ứng suất tập trung
Nứt vùng hàn	Mối hàn hoặc vùng ảnh hưởng nhiệt	Hydro, ứng suất dư, vật liệu hàn sai, không gia nhiệt trước
Nứt nguội sau hàn	Xuất hiện sau vài giờ hoặc vài ngày	Hydro khuếch tán, độ cứng vùng hàn cao, ràng buộc lớn
Nứt do va đập sau gia công	Vùng mép, góc, lỗ, mối hàn	Thiết kế tập trung ứng suất, góc nhọn, không bo mép
Nứt khi vận hành	Chi tiết sau khi đưa vào sử dụng	Sai mác, sai chiều dày, tải va đập quá lớn, hàn/kết cấu không phù hợp

Nhận diện đúng dạng nứt giúp doanh nghiệp biết lỗi đến từ vật liệu, phương pháp gia công, thiết kế hay điều kiện vận hành.

Nguyên nhân thép chịu mài mòn bị nứt khi cắt

Cắt nhiệt tạo vùng ảnh hưởng nhiệt quá cứng

Khi cắt bằng plasma, oxy-gas hoặc laser, vùng mép cắt chịu nhiệt cao rồi nguội nhanh. Với thép chịu mài mòn, điều này có thể tạo vùng ảnh hưởng nhiệt cứng và giòn hơn nền vật liệu.

Nếu sau đó chi tiết tiếp tục được chấn, hàn hoặc chịu tải, vùng mép cắt có thể trở thành điểm khởi đầu vết nứt.

Mép cắt có bavia, rãnh cắt hoặc vết khía

Bavia, vết khía, rãnh cắt sâu hoặc mép không đều có thể gây tập trung ứng suất. Khi chấn hoặc vận hành, vết nứt có thể xuất phát từ các điểm này.

Cắt quá gần vị trí chấn

Nếu đường cắt, lỗ khoan hoặc rãnh nằm quá gần đường chấn, vùng vật liệu quanh đó dễ bị tập trung ứng suất khi uốn. Với thép chịu mài mòn, rủi ro nứt sẽ cao hơn thép mềm.

Không làm sạch hoặc mài mép sau cắt

Sau cắt, nếu không loại bỏ bavia, không bo mép, không mài vết khía, mép cắt có thể gây nứt trong công đoạn tiếp theo.

Chọn sai phương pháp cắt theo chiều dày và yêu cầu kỹ thuật

Không phải phương pháp cắt nào cũng phù hợp cho mọi mác và mọi chiều dày. Với chi tiết yêu cầu mép cắt sạch, ít ảnh hưởng nhiệt hoặc sẽ chấn sau cắt, có thể cần cân nhắc waterjet, cắt cơ khí hoặc kiểm soát cắt nhiệt chặt hơn.

Nguyên nhân thép chịu mài mòn bị nứt khi khoan, phay, gia công cơ khí

Dao cụ không phù hợp với độ cứng vật liệu

Thép chịu mài mòn có độ cứng cao hơn thép kết cấu thông thường. Nếu dùng mũi khoan, dao phay hoặc dao tiện không phù hợp, dao dễ mòn, sinh nhiệt lớn và tạo bề mặt xấu.

Gia công quá nhiệt

Khoan hoặc phay với tốc độ không phù hợp, thiếu làm mát hoặc dao cùn có thể làm vùng gia công quá nhiệt. Điều này gây biến đổi bề mặt, tăng ứng suất và làm mép lỗ dễ nứt.

Lỗ khoan quá gần mép hoặc gần đường chấn

Lỗ khoan là vị trí tập trung ứng suất. Nếu lỗ nằm quá gần mép tấm, góc cắt hoặc đường chấn, rủi ro nứt khi lắp đặt hoặc vận hành sẽ tăng.

Không vát mép hoặc xử lý bavia lỗ

Bavia quanh lỗ có thể trở thành điểm khởi đầu vết nứt. Với chi tiết chịu tải hoặc chịu va đập, cần xử lý cạnh lỗ cẩn thận.

Gá kẹp không ổn định

Rung động khi khoan/phay có thể làm bề mặt xấu, sứt mép hoặc tạo vết nứt nhỏ. Với thép chịu mài mòn, gá kẹp chắc và chế độ cắt ổn định rất quan trọng.

Nguyên nhân thép chịu mài mòn bị nứt khi chấn/uốn

Bán kính chấn quá nhỏ

Đây là nguyên nhân rất phổ biến. Thép chịu mài mòn có độ cứng cao, nên khả năng uốn thường kém hơtrứngn thép mềm. Nếu bán kính chấn quá nhỏ, mặt ngoài vùng uốn bị kéo giãn mạnh và có thể nứt.

Mác càng cứng, chiều dày càng lớn, bán kính chấn thường càng cần lớn hơn.

Chấn sai hướng cán

Hướng cán ảnh hưởng đến khả năng uốn. Nếu chấn không đúng hướng khuyến nghị của nhà sản xuất, nguy cơ nứt có thể tăng. Trong nhiều trường hợp, cần xác định hướng cán trước khi cắt phôi và bố trí đường chấn.

Mép cắt chưa xử lý trước khi chấn

Mép cắt bằng nhiệt, bavia, rãnh cắt hoặc vết khía có thể làm vùng uốn dễ nứt. Trước khi chấn, mép gần vùng uốn nên được kiểm tra và xử lý phù hợp.

Nhiệt độ vật liệu quá thấp

Khi chấn ở môi trường quá lạnh, khả năng biến dạng của thép có thể giảm. Với thép chịu mài mòn, điều này làm tăng nguy cơ nứt, đặc biệt với mác độ cứng cao và tấm dày.

Dùng khuôn chấn không phù hợp

Khuôn quá nhỏ, bán kính chày không phù hợp, khe V không đúng hoặc lực chấn không kiểm soát có thể làm vật liệu bị nứt tại vùng uốn.

Chấn vật liệu vượt giới hạn tạo hình

Không phải mác thép chịu mài mòn nào cũng phù hợp để chấn ở mọi chiều dày. Một số mác độ cứng cao hoặc tấm quá dày cần hạn chế chấn, thay bằng thiết kế hàn lắp, cắt ghép hoặc dùng mác có khả năng tạo hình tốt hơn.

Nguyên nhân thép chịu mài mòn bị nứt khi hàn

Nứt hydro sau hàn

Thép chịu mài mòn có độ cứng cao và thành phần hợp kim nhất định. Khi hàn, nếu có hydro trong kim loại hàn, ứng suất dư cao và vùng ảnh hưởng nhiệt cứng, có thể phát sinh nứt nguội sau hàn.

Vết nứt này có thể không xuất hiện ngay. Nó có thể xuất hiện sau vài giờ hoặc vài ngày, đặc biệt ở chi tiết dày, liên kết bị ràng buộc lớn hoặc không kiểm soát quy trình hàn.

Không gia nhiệt trước khi cần thiết

Một số mác và chiều dày thép chịu mài mòn cần gia nhiệt trước khi hàn theo khuyến cáo của nhà sản xuất hoặc quy trình hàn. Nếu bỏ qua bước này, tốc độ nguội có thể quá nhanh, làm vùng hàn cứng và dễ nứt hơn.

Vật liệu hàn không phù hợp

Dùng que hàn, dây hàn hoặc thuốc hàn không phù hợp có thể làm mối hàn giòn, không tương thích hoặc không đáp ứng yêu cầu cơ tính.

Với nhiều ứng dụng, vật liệu hàn thường được chọn để đảm bảo độ dai và giảm rủi ro nứt, thay vì cố gắng đạt độ cứng bằng vật liệu nền ở toàn bộ mối hàn.

Nhiệt đầu vào không kiểm soát

Nhiệt đầu vào quá thấp có thể làm nguội nhanh và tăng rủi ro nứt. Nhiệt đầu vào quá cao có thể làm giảm độ cứng hoặc ảnh hưởng cơ tính vùng gần mối hàn. Vì vậy, hàn thép chịu mài mòn cần kiểm soát nhiệt đầu vào theo quy trình phù hợp.

Liên kết bị ràng buộc quá lớn

Khi chi tiết bị gá quá cứng hoặc kết cấu không cho phép co ngót sau hàn, ứng suất dư tăng cao. Ứng suất này kết hợp với vùng hàn cứng có thể gây nứt.

Không làm sạch mép hàn

Dầu, nước, gỉ, sơn, bụi, bavia hoặc tạp chất tại mép hàn có thể làm tăng khuyết tật mối hàn và rủi ro nứt.

Khi nào không nên chấn hoặc hàn thép chịu mài mòn?

Trong một số trường hợp, chấn hoặc hàn không phải phương án tối ưu.

Không nên chấn khi:

• Mác thép quá cứng so với yêu cầu bán kính.
• Chiều dày quá lớn so với năng lực máy.
• Bán kính bản vẽ quá nhỏ.
• Không xác định được hướng cán.
• Mép cắt quá xấu và không thể xử lý.
• Chi tiết yêu cầu không cho phép nứt vi mô.
• Nhà sản xuất không khuyến nghị chấn ở điều kiện đó.

Không nên hàn khi:

• Không có quy trình hàn phù hợp.
• Không có vật liệu hàn phù hợp.
• Chi tiết bị ràng buộc quá lớn và khó kiểm soát ứng suất.
• Mác thép/chiều dày cần preheat nhưng không có điều kiện thực hiện.
• Vùng hàn trực tiếp chịu mài mòn nặng nhưng chưa có giải pháp bảo vệ.
• Không có khả năng kiểm tra mối hàn theo yêu cầu nghiệm thu.
• Bản vẽ hoặc tiêu chuẩn không cho phép hàn.

Trong các trường hợp này, có thể cân nhắc thay đổi thiết kế, dùng bulông, dùng tấm ghép, thay mác thép có khả năng tạo hình tốt hơn hoặc chọn giải pháp gia công khác.

Liên hệ UnicoSteel – tư vấn vật liệu và gia công thép chịu mài mòn theo bản vẽ

UnicoSteel hỗ trợ doanh nghiệp lựa chọn, cung cấp và gia công thép chịu mài mòn cho khai khoáng, xi măng, cơ khí nặng, xe tải, thiết bị nghiền, máng liệu, phễu, silo và chi tiết chống mòn.

Doanh nghiệp đang cần cắt, khoan, chấn, hàn hoặc gia công thép chịu mài mòn theo bản vẽ? Hãy gửi mác thép, độ cứng, chiều dày, kích thước, bản vẽ, bán kính chấn, yêu cầu hàn và môi trường làm việc cho UnicoSteel để được tư vấn phương án gia công phù hợp, hạn chế rủi ro nứt và tối ưu chi phí dự án.

Thép chịu mài mòn bị nứt khi cắt, chấn, hàn thường không xuất phát từ một nguyên nhân duy nhất. Rủi ro nứt có thể đến từ độ cứng cao, mép cắt bị ảnh hưởng nhiệt, bán kính chấn quá nhỏ, chấn sai hướng cán, dao khoan không phù hợp, hàn không kiểm soát hydro, không gia nhiệt trước khi cần thiết hoặc thiết kế chi tiết tạo tập trung ứng suất.

Thép chịu mài mòn càng cứng và càng dày thì yêu cầu gia công càng cần kiểm soát chặt. Không nên xử lý NM500, NM600, Hardox 500, XAR 500 hoặc các mác tương đương như thép kết cấu thông thường.

Để hạn chế nứt, doanh nghiệp cần chọn đúng mác thép, đúng chiều dày, đúng phương pháp cắt, xử lý mép trước khi chấn, chọn bán kính chấn phù hợp, xác định hướng cán, dùng dao cụ phù hợp khi khoan và xây dựng quy trình hàn đúng theo mác vật liệu.

Khi chuẩn bị báo giá/gia công, khách hàng nên gửi bản vẽ, mác thép, độ cứng, chiều dày, số lượng, công đoạn gia công, bán kính chấn, yêu cầu hàn và môi trường làm việc. UnicoSteel có thể hỗ trợ tư vấn vật liệu, cung cấp tấm, cắt, khoan, chấn, hàn và gia công thép chịu mài mòn theo yêu cầu thực tế.