Chọn inox cho kết cấu chịu lực: tiêu chí kỹ thuật quan trọng

Lựa chọn inox cho kết cấu chịu lực là quyết định kỹ thuật ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền, an toàn và chi phí vòng đời. Bài viết này đi thẳng vào các tiêu chí quan trọng nhất để chọn mác inox, dạng sản phẩm, phương án gia công và kiểm soát chất lượng cho dầm, cột, khung, sàn thao tác, giàn mái… trong điều kiện môi trường thực tế ở Việt Nam. Đây là một mảnh ghép cốt lõi trong bức tranh lớn về cách chọn inox theo môi trường, mục đích và ngân sách, nhưng nội dung dưới đây đủ để bạn tự tin ra quyết định cho hạng mục chịu lực.

Những yêu cầu cốt lõi với kết cấu inox chịu lực

– An toàn kết cấu: đủ cường độ (0.2% proof strength Rp0.2), độ cứng (E), ổn định (chống oằn, dẹt, mất ổn định cục bộ).
– Độ bền môi trường: chống ăn mòn điểm, kẽ hở, SCC (nứt do ứng suất trong môi trường chloride), mỏi.
– Khả năng hàn và gia công: không suy giảm cơ tính sau hàn, không nhạy cảm ăn mòn liên tinh.
– Tính khả dụng vật liệu: mác thép, kích thước, tiêu chuẩn sản xuất sẵn có ở thị trường.
– Chi phí vòng đời: cân bằng giá vật liệu – chi phí chế tạo – bảo trì – tuổi thọ.

8 tiêu chí kỹ thuật cần quan tâm (và cách áp dụng)

1) Cơ tính tối thiểu và mô đun đàn hồi

– Tham số chính: Rp0.2 (giới hạn chảy quy ước), Rm (độ bền kéo), E (mô đun đàn hồi ~ 193 GPa với austenitic, ~200 GPa với duplex).
– Giá trị tham khảo (theo ASTM/EN, vật liệu ở trạng thái ủ):
– 304/304L (EN 1.4301/1.4307): Rp0.2 ≈ 205 MPa, Rm ≈ 515 MPa.
– 316/316L (EN 1.4401/1.4404): Rp0.2 ≈ 205 MPa, Rm ≈ 515 MPa.
– 201 (austenitic Mn-Ni thấp): Rp0.2 ≈ 240–275 MPa, Rm ≈ 560–680 MPa (biến thiên theo thành phần).
– Duplex 2304 (EN 1.4362): Rp0.2 ≈ 400–450 MPa, Rm ≈ 600–800 MPa.
– Duplex 2205 (EN 1.4462, UNS S32205/S31803): Rp0.2 ≈ 450–550 MPa, Rm ≈ 620–800 MPa.
– 17-4PH (AISI 630, UNS S17400, trạng thái H900): Rp0.2 ≈ 1000–1170 MPa (dùng đặc thù, không phổ biến cho kết cấu hàn lớn).
– Gợi ý: Với nhịp lớn và yêu cầu giảm chiều dày, duplex 2205 giúp giảm khối lượng nhờ Rp0.2 cao. Tuy nhiên E của inox xấp xỉ thép carbon nên giới hạn võng thường chi phối, cần tăng mô men quán tính (chọn tiết diện lớn hơn) thay vì chỉ dựa vào mác có Rp0.2 cao.

2) Khả năng chống ăn mòn theo môi trường (dùng PREN làm chỉ báo)

– PREN ≈ %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N (càng cao càng chống pitting tốt).
– 304/304L: PREN ≈ 18–19 → trong nhà khô, ngoại thất đô thị nội địa.
– 316/316L: PREN ≈ 24–26 → ven biển, phun muối nhẹ, hồ bơi (≤ 50°C).
– 2304: PREN ≈ 26–29 → tương đương/nhỉnh hơn 316 về pitting, chi phí cạnh tranh.
– 2205: PREN ≈ 34–36 → ven biển khắc nghiệt, nước mặn ấm, công nghiệp chloride.
– Lưu ý:
– 304 dễ SCC trong chloride ở T > 50°C; 316 tốt hơn nhưng vẫn rủi ro ở nhiệt độ cao. Duplex rất kháng SCC.
– 201 nhạy chloride hơn 304; cân nhắc kỹ khi dùng ngoài trời/ven biển.
– Hoàn thiện bề mặt mịn (2B, 220G, bead-blast mịn) và hạn chế kẽ hở sẽ cải thiện đáng kể độ bền ăn mòn.

3) Hàn, vùng ảnh hưởng nhiệt và xử lý sau hàn

– Dùng mác thấp C (L) để tránh ăn mòn liên tinh; chọn que/dây hàn tương thích:
– 304L → ER308L; 316L → ER316L; 2205 → ER2209.
– Quản lý nhiệt đầu vào để hạn chế biến dạng và giữ vi cấu trúc (đặc biệt với duplex: kiểm soát ferrite 25–70% trong mối hàn).
– Sau hàn: tẩy gỉ – pickling, thụ động hóa, làm sạch sắt ngoại lai; mài mịn mối hàn để nâng tuổi thọ mỏi và chống pitting.

4) Dạng sản phẩm và tiêu chuẩn vật liệu bắt buộc

– Tấm/plate: ASTM A240/A240M; Thanh tròn/thanh dẹt: ASTM A276/A479; Ống áp lực: ASTM A312; Ống cơ khí/trang trí: ASTM A554; Hình dạng tổng quát: ASTM A484.
– Khuyến nghị:
– Hạng mục chịu lực ưu tiên ống theo ASTM A312 hoặc ống cơ khí A554 có MTC rõ ràng, mác đúng chuẩn, cơ tính công bố.
– Tránh dùng ống/hộp “trang trí” mỏng, không chứng chỉ cho kết cấu chính.
– Luôn yêu cầu Mill Test Certificate (thành phần hóa học, cơ tính, tiêu chuẩn) và PMI định kỳ.

5) Ổn định tổng thể và mất ổn định cục bộ

– Với tiết diện mỏng (ống/hộp mỏng thành), mất ổn định cục bộ khi nén/ép cục bộ có thể chi phối. Chọn chiều dày thành đủ lớn (b/t hợp lý) theo giới hạn trong EN 1993-1-4 hoặc hướng dẫn SCI/Euro Inox.
– Tránh lỗ khoan lớn gần vùng chịu nén; dùng gân tăng cứng tại gối, chỗ liên kết.

6) Mỏi và rung động

– Kết cấu chịu tải chu kỳ (cầu thang công nghiệp, bệ máy, sàn rung): ưu tiên bề mặt mối hàn mịn, bán kính lượn đủ, tránh khía cạnh nhọn.
– Duplex có lợi về cường độ mỏi; tuy nhiên chi tiết mối hàn vẫn là điểm yếu cần xử lý tốt.

7) Ảnh hưởng nhiệt và hỏa hoạn

– Inox giữ cường độ tốt hơn thép carbon ở nhiệt độ cao và tạo lớp oxit bảo vệ; song austenitic có hệ số giãn nở nhiệt lớn (~16–17 µm/m·K). Thiết kế khe co giãn cho nhịp dài, chi tiết liên kết trượt.
– Tham khảo biểu đồ giảm cường độ theo nhiệt độ trong EN 1993-1-2 và EN 1993-1-4.

8) Liên kết, bu lông và ăn mòn điện hóa

– Bu lông inox theo ISO 3506: A2-70 (304), A4-70/80 (316). Với tải cao, cân nhắc bu lông A4-80 và kiểm tra ma sát nếu dùng liên kết ma sát.
– Cách ly inox với thép carbon/nhôm bằng đệm cách điện để tránh ăn mòn điện hóa, đặc biệt ở môi trường ẩm/biển.
– Dùng keo/đệm chống kẽ hở tại chỗ ghép chồng.

Quy trình chọn inox chịu lực theo bước

1) Xác định tải trọng và tiêu chí sử dụng: tĩnh/động, số chu kỳ, giới hạn võng (thường L/200–L/360), yêu cầu thẩm mỹ/bề mặt.
2) Đánh giá môi trường: trong nhà khô; ngoài trời nội địa; ven biển (khoảng cách đến biển, phun muối); nước clo; hóa chất; nhiệt độ vận hành.
3) Chọn nhóm mác:
– Trong nhà khô, không hóa chất: 304L; có thể cân nhắc 201 cho cấu kiện phụ, nhưng thận trọng chất lượng và ăn mòn.
– Ngoài trời nội địa/đô thị: 304L hoặc 304L dày hơn, bề mặt mịn.
– Ven biển/phun muối/chloride: 316L hoặc lean duplex 2304; vùng biển khắc nghiệt, nhiệt độ cao → 2205.
– Hóa chất chứa chloride/axit: đánh giá chi tiết; 2205 hoặc siêu duplex/super austenitic (đặt hàng đặc thù).
4) Chọn dạng sản phẩm theo tiêu chuẩn: A240 (tấm), A312 (ống), A276 (thanh), A554 (ống cơ khí) với MTC đầy đủ.
5) Thiết kế tiết diện: kiểm tra bền – ổn định – võng – mỏi theo EN 1993-1-4 hoặc Design Manual for Structural Stainless Steel (SCI/Euro Inox).
6) Chi tiết liên kết và quy trình hàn: chọn vật liệu hàn, quy trình WPS/PQR; tẩy – thụ động hóa sau hàn; kiểm soát biến dạng.
7) Kiểm soát chất lượng: PMI, thử kéo xác suất, đo ferrite vùng hàn (với duplex), kiểm tra bề mặt, độ dày thực, chứng chỉ lô.

So sánh nhanh các mác inox phổ biến cho kết cấu

– 201:
– Ưu: giá thấp, độ bền kéo cao khi cán nguội.
– Nhược: chống ăn mòn kém hơn 304; biến động thành phần thị trường; không khuyến nghị cho ngoài trời/ven biển và kết cấu chính hàn chịu lực cao.
– 304/304L:
– Ưu: thông dụng, dễ hàn, cơ tính ổn định, nguồn hàng dồi dào.
– Ứng dụng: sàn, khung, dầm trong nhà hoặc ngoại thất nội địa; cần hoàn thiện bề mặt tốt.
– 316/316L:
– Ưu: Mo tăng chống pitting; dùng tốt ở ven biển/hồ bơi.
– Ứng dụng: mái che, cầu thang, lan can chịu gió muối; chi tiết ngoài khơi nhẹ.
– Lean duplex 2304:
– Ưu: Rp0.2 cao hơn 316, chống pitting tương đương/nhỉnh hơn, giãn nở nhiệt thấp hơn austenitic; giá cạnh tranh.
– Ứng dụng: dầm/cột ngoài trời, ven biển vừa; tiết kiệm chiều dày.
– Duplex 2205:
– Ưu: cường độ và chống ăn mòn vượt trội; kháng SCC rất tốt.
– Ứng dụng: ven biển khắc nghiệt, nhà máy muối/hóa chất chloride, nhịp lớn cần giảm khối lượng.
– 17-4PH:
– Ưu: cường độ rất cao.
– Nhược: yêu cầu xử lý nhiệt; nhạy giảm dai va đập; không ưu tiên cho kết cấu hàn quy mô lớn chịu tải chu kỳ; dùng cho trục, chi tiết cơ khí đặc biệt.

Ví dụ tính nhanh: chọn dầm hộp inox cho sàn thao tác 3 m

– Bài toán: Nhịp 3 m, tải đều 5 kN/m (bao gồm tĩnh + sử dụng), môi trường trong nhà khô. Giới hạn võng L/250 (~12 mm).
– Chọn mác vật liệu: 304L (Rp0.2 ≈ 205 MPa, E ≈ 193 GPa).
– Kiểm tra sơ bộ:
– Momen lớn nhất ~ 5.625 kN·m.
– Yêu cầu mô men chống uốn Z ≈ 45,000–50,000 mm³ với ứng suất cho phép thực tế.
– Phương án tiết diện đề xuất (ống hộp hình chữ nhật, tiêu chuẩn A554/A312, có MTC):
– 120×60×5 mm (hướng 120 mm theo trục mạnh) cho Z ≈ 51,500 mm³, I ≈ 3.09×10^6 mm^4.
– Kết quả: ứng suất uốn thỏa; võng tính toán ≈ 8.8 mm < 12 mm → đạt. - Ghi chú: - Nếu ngoài trời/ven biển nhẹ: đổi mác sang 316L hoặc 2304 với tiết diện tương tự. - Kiểm tra bổ sung: ổn định cục bộ thành mỏng, chi tiết gối/khớp nối, rung động địa phương.

Bề mặt, hoàn thiện và bảo trì

– Chọn bề mặt 2B/No.4/220G hoặc bead-blast mịn cho ngoại thất; tránh bề mặt quá thô (tích muối/bụi).
– Sau chế tạo: tẩy – thụ động hóa toàn bộ vùng hàn; làm sạch sắt ngoại lai; rửa định kỳ ở ven biển để tăng tuổi thọ.
– Tránh khe hở, túi nước; bố trí thoát nước, che chắn phun muối trực tiếp.

Kiểm soát chất lượng và chứng chỉ

– Yêu cầu MTC (heat number, thành phần, cơ tính, tiêu chuẩn).
– PMI ngẫu nhiên từng lô; đo chiều dày thực; kiểm tra hạt mài và khuyết tật bề mặt.
– Với duplex: kiểm soát quy trình hàn (WPS/PQR), đo ferrite mối hàn, ăn mòn liên tinh sau hàn nếu cần.

Chi phí và tối ưu tổng thể

– So sánh theo vòng đời: 316L/duplex có giá vật liệu cao hơn nhưng giảm bảo trì ở ven biển và duy trì thẩm mỹ, tránh thay thế sớm.
– Duplex có thể giảm chiều dày/khối lượng nhờ Rp0.2 cao → bù chi phí đơn giá/kg.
– Tận dụng kích thước hàng sẵn kho ở Hà Nội/Bắc Ninh/Hải Phòng để tối ưu tiến độ và giá.

Nguồn tham khảo chính

– EN 1993-1-4: Design of steel structures – Stainless steels (Eurocode 3).
– SCI/Euro Inox: Design Manual for Structural Stainless Steel, 4th Edition.
– ASTM A240, A276, A312, A554, A484 – Tiêu chuẩn vật liệu inox.
– Nickel Institute: Guidelines for Selection of Stainless Steels.
– IMOA (International Molybdenum Association): Selecting Stainless Steels for Coastal Environments.
– ISO 3506: Mechanical properties of corrosion-resistant stainless steel fasteners.

Kết luận

– Hãy chọn mác inox theo tải trọng và môi trường: 304L cho trong nhà/nội địa; 316L hoặc 2304 cho ven biển vừa; 2205 cho vùng chloride khắc nghiệt hoặc cần tiết kiệm chiều dày.
– Kiểm soát hàn và hoàn thiện bề mặt quyết định tuổi thọ mỏi và chống pitting; luôn tẩy – thụ động hóa sau hàn.
– Dùng vật liệu đúng tiêu chuẩn (A240/A312/A276/A554) kèm MTC; tránh dùng ống trang trí mỏng cho kết cấu chính.
– Thiết kế không chỉ “đủ bền” mà còn “đủ cứng” và “ổn định”; nhiều trường hợp võng và mất ổn định cục bộ mới là điều kiện chi phối.
– Tối ưu theo vòng đời: chọn đúng mác ngay từ đầu sẽ tiết kiệm tổng chi phí.

Cần tư vấn mác inox, tiêu chuẩn sản phẩm và báo giá tốt nhất cho hạng mục chịu lực của bạn? Hãy liên hệ Inox Cuong Thinh:
– Hotline: 0343.417.281
– Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com