Thông số độ bền cơ học inox theo tiêu chuẩn là gì?
Độ bền cơ học của inox được xác định qua ba thông số chuẩn hóa trong thử kéo (tensile test): giới hạn chảy Re (Yield Strength, Rp0.2), độ bền kéo đứt Rm (Ultimate Tensile Strength) và độ giãn dài tương đối A% (Elongation). Tất cả giá trị dưới đây là giá trị tối thiểu bắt buộc theo tiêu chuẩn — sản phẩm thực tế thường cao hơn một chút.
Định nghĩa các thông số
Giới hạn chảy Re (Rp0.2)
Re (hoặc Rp0.2 trong EN) là ứng suất tại đó vật liệu bắt đầu biến dạng dẻo không hồi phục — cụ thể là biến dạng dư bằng 0,2% sau khi bỏ tải. Đây là thông số quan trọng nhất trong thiết kế kết cấu vì ứng suất làm việc không được vượt Re. Đơn vị: MPa (N/mm²).
Độ bền kéo đứt Rm
Rm là ứng suất lớn nhất trên đường cong ứng suất–biến dạng trước khi mẫu đứt. Trong thiết kế kết cấu, Rm được dùng để tính hệ số an toàn cực hạn (ultimate safety factor) chứ không phải ứng suất làm việc. Đơn vị: MPa.
Độ giãn dài A%
A% là phần trăm biến dạng dài thêm tại điểm đứt so với chiều dài chuẩn ban đầu (thường L₀=50 mm hoặc L₀=2 inch). A% cao thể hiện độ dẻo dai tốt — inox austenitic (304, 316) có A%≥40%, vượt xa thép carbon thông thường (A%≈20–25%).
Bảng thông số cơ học theo ASTM A240
| Mác | Re min (MPa) | Rm min (MPa) | A% min (L₀=50mm) | Độ cứng HRB max |
|---|---|---|---|---|
| 201 | 310 | 655 | 40 | 100 |
| 304 | 205 | 515 | 40 | 92 |
| 304L | 170 | 485 | 40 | 92 |
| 316 | 210 | 515 | 40 | 95 |
| 316L | 170 | 485 | 40 | 95 |
| 430 | 205 | 450 | 22 | 89 |
| Thép CT3 (tham chiếu) | 235 | 375–460 | 26 | — |
Bảng thông số cơ học theo EN 10088-2
| Ký hiệu EN | ASTM tương đương | Rp0.2 min (MPa) | Rm min (MPa) | A% min |
|---|---|---|---|---|
| 1.4301 | 304 | 190 | 500–700 | 45 |
| 1.4307 | 304L | 175 | 460–680 | 45 |
| 1.4401 | 316 | 200 | 500–700 | 40 |
| 1.4404 | 316L | 175 | 460–680 | 40 |
| 1.4016 | 430 | 230 | 400–600 | 18 |
Lưu ý: Giá trị EN và ASTM có sai khác nhỏ do phương pháp thử và điều kiện ủ quy định khác nhau giữa hai hệ thống.
Ý nghĩa trong thiết kế kết cấu inox
Ứng suất cho phép
Trong thiết kế theo ứng suất cho phép (Allowable Stress Design), ứng suất làm việc thường giới hạn ở 0,6 × Re hoặc 0,4 × Rm, lấy giá trị nhỏ hơn. Với inox 304: σ_cp = 0,6 × 205 = 123 MPa hoặc 0,4 × 515 = 206 MPa → σ_cp = 123 MPa.
So sánh với thép CT3
- Inox 304 có Re = 205 MPa, gần tương đương thép CT3 (Re = 235 MPa)
- Nhưng độ dẻo inox 304 (A%=40%) vượt xa CT3 (A%≈26%) — inox ít giòn hơn khi chịu tải va đập
- Mô đun đàn hồi (Young’s modulus): inox E = 193 GPa, thép carbon E = 200 GPa — gần bằng nhau
Inox 316 vs 304 về cơ học
Về thông số cơ học, inox 316 và 304 hầu như tương đương (Re và Rm cùng mức). Sự khác biệt của 316 là về kháng ăn mòn, không phải về độ bền cơ học. Khi thiết kế ưu tiên độ bền, 304 và 316 có thể thay thế nhau; chọn 316 khi yếu tố quyết định là môi trường ăn mòn.
Ảnh hưởng của trạng thái gia công đến độ bền
Inox austenitic có hiện tượng hóa bền biến dạng nguội (cold work hardening): khi cán nguội hoặc kéo nguội, Re và Rm tăng đáng kể nhưng A% giảm. Đây là lý do ống inox kéo nguội (cold drawn tube) có Re cao hơn tấm cán nguội ủ (annealed sheet) cùng mác.
| Trạng thái | Re 304 (MPa) | Rm 304 (MPa) | A% |
|---|---|---|---|
| Ủ (Annealed) — tiêu chuẩn ASTM A240 | ≥205 | ≥515 | ≥40 |
| Cán nguội 1/4 hard | ≥515 | ≥860 | ≥10 |
| Cán nguội 1/2 hard | ≥760 | ≥1.030 | ≥6 |
| Cán nguội Full hard | ≥965 | ≥1.275 | ≥1 |
Trong xây dựng, hầu hết tấm và ống inox được dùng ở trạng thái ủ (annealed) — giá trị Re/Rm theo bảng ASTM A240 tiêu chuẩn là giá trị chính xác để thiết kế.
Thử nghiệm độ bền tại công trình
Khi cần xác minh lô hàng inox không đúng mác, có thể thực hiện thử nhanh tại hiện trường:
- Thử nam châm: 304 và 316 không bị hút (hoặc hút rất yếu sau cán nguội); 201 bị hút nhẹ; 430 bị hút mạnh — phương pháp này chỉ phân biệt austenitic/ferritic
- Thử hóa học molybdenum (test dịch Mo): phân biệt 304 (không chứa Mo) và 316 (chứa 2–3% Mo); dịch thử đổi màu với Mo
- Phân tích quang phổ XRF: thiết bị cầm tay; kết quả chính xác thành phần hóa học trong 30 giây — phương pháp đáng tin cậy nhất tại hiện trường