Vật liệu thép

Thép là gì? Trong công nghiệp luyện thép có những loại thép nào hay các mác thép thường dùng là gì. Đó là những câu hỏi tổng quan cho một loại vật liệu được biết đến từ thời cổ đại và ngày nay vẫn đang sử dụng rộng rãi

1. Thép là gì

Để trả lời cho câu hỏi thép là gì? Chúng ta có thể hiểu rằng Thép là hợp kim với thành phần chính là sắt (Fe) với carbon (C), từ 0,02% ~ 2,14% theo trọng lượng. Chính hàm lượng carbon này giúp cải thiện đáng kể độ bền, độ cứng và khả năng chịu lực so với sắt nguyên chất.

Ngoài carbon, thép có thể được bổ sung thêm các nguyên tố hợp kim khác như mangan (Mn), crom (Cr), niken (Ni),… để tăng khả năng chống ăn mòn, chịu nhiệt hoặc tăng độ dẻo.

2. Tính chất nổi bật của thép là gì

Các loại thép khác nhau có những đặc điểm nổi trội khác nhau. Song, dưới đây là 3 đặc tính cơ bản nổi bật nhất của loại vật liệu thép

• Thép có độ bền cao và khả năng chịu lực tốt.
• Dễ gia công, hàn, cán và tạo hình theo yêu cầu
• Có khả năng chống mài mòn và ăn mòn tương đối tốt

Để hiểu rõ thép là gì trong sản xuất và ứng dụng thực tiễn, mời các bạn đọc tiếp các phần dưới đây.

3. Các loại thép

Trên thế giới hiện nay, ước chừng có khoảng hàng trăm đến hàng nghìn loại thép khác nhau. Các loại thép đều được tiêu chuẩn hóa, quy định bởi các tổ chức công nghiệp uy tín trên thế giới. Dưới đây chúng tôi chỉ đưa ra 5 loại thép phổ biến nhất trong công nghiệp và xây dựng:

3.1 Thép carbon

Là loại thép phổ biến nhất, chứa chủ yếu là sắt và carbon, không hoặc rất ít chứa nguyên tố hợp kim. Thép carbon được sử dụng nhiều trong xây dựng, chế tạo máy và gia công cơ khí thông thường nhờ ưu điểm dễ gia công và giá thành thấp. Các loại thép carbon được phân cấp dựa trên hàm lượng carbon:

• Hàm lượng thấp: Carbon dưới 0.25%
• Hàm lượng trung bình: Carbon từ 0.25% ~ 0.6%
• Hàm lượng cao: Từ 0.6% ~ 1.7%

3.2 Thép hợp kim thấp

Thép hợp kim thấp có thêm một lượng nhỏ các nguyên tố như mangan (Mn), crom (Cr), niken (Ni)… với tổng hàm lượng thường dưới 5%. Loại thép này có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt tốt, thường dùng cho các kết cấu chịu tải, thiết bị công nghiệp và hệ thống đường ống dẫn dầu khí.

3.3 Thép hợp kim cao

Chứa hàm lượng các nguyên tố hợp kim chiếm từ 5% trở lên so với tổng khối lượng thép hoặc thậm chí là trên 10% (tùy theo tiêu chuẩn và quốc gia). So với hai loại thép kể trên, thép hợp kim cao có các tính chất cơ học, khả năng chịu nhiệt, chống ăn mòn vượt trội hơn

3.4 Thép dụng cụ

Thép dụng cụ là loại thép có độ cứng cao, giữ được độ sắc bén và hình dạng khi làm việc ở cường độ lớn. Đây là vật liệu không thể thiếu trong chế tạo khuôn mẫu, dao cắt, dụng cụ cơ khí và máy ép.

3.5 Thép kết cấu

Thép kết cấu là các loại thép được thiết kế chuyên biệt cho các công trình xây dựng và hạng mục chịu lực. Với ưu điểm chịu tải tốt, ổn định và dễ thi công, loại thép này thường được sử dụng để làm cột, dầm, giàn mái, khung nhà xưởng, các kết cấu cầu đường và giúp hiểu rõ hơn về thép là gì trong xây dựng hiện đại

4. Mác thép là gì, mác thép phổ biến trên thế giới

Mác thép là tên gọi quy ước dùng để phân biệt các loại thép dựa trên thành phần hóa học, cơ tính và mục đích sử dụng. Mỗi mác thép thường được ký hiệu bởi tổ hợp chữ cái và số, được quy định trong các hệ thống tiêu chuẩn của từng quốc gia hoặc khu vực. Dưới đây là 5 nước có hệ thống mác thép được sử dụng rộng rãi và ảnh hưởng lớn trên toàn cầu.

Từ việc nghiên cứu mác thép, ta có thêm góc nhìn kỹ lưỡng về thép là gì trong tiêu chuẩn hóa quốc tế.

5. Mác thép Việt Nam

Theo tiêu chuẩn Việt Nam – TCVN 1765 75, mác thép trong nước được chia làm 3 nhóm chính: A, B và C. Mỗi nhóm được phân loại dựa trên mục đích sử dụng và thành phần hóa học, cơ tính cụ thể:

Thép nhóm A

Đây là nhóm mác thép phổ biến nhất, được sản xuất hàng loạt với chi phí hợp lý, chủ yếu phục vụ các nhu cầu xây dựng, cơ khí chế tạo và dân dụng thông thường. Trong nhóm này, thép không cần kiểm soát chặt chẽ về thành phần hóa học mà chủ yếu dựa vào khả năng chịu lực tiêu chuẩn. Mác thép của nhóm A được biểu thị bằng các kí tự như CT31, CT42,… trong đó:

• “CT” là kí hiệu của thép carbon thường
• Hai số sau biểu thị cho giới hạn bền kéo tối thiểu của thép (Ví dụ: CT31 -> “31” Tương ứng với độ bền kéo là 31 kg/mm², tương đương 310 MPa)

Thép nhóm B

Khác với nhóm A, thép thuộc nhóm B được phân loại dựa trên thành phần hóa học xác định rõ ràng. Các mác thép thuộc nhóm này được ký hiệu với tiền tố BCT (thêm chữ B), chẳng hạn như: BCT33, BCT42 hay BCT61

Thép nhóm C

Thép nhóm C là loại có chất lượng cao nhất trong ba nhóm, vì phải đồng thời đáp ứng cả hai tiêu chí: Cơ tính ổn định (nhóm A) và thành phần hóa học chính xác (nhóm B). Mác thép thuộc nhóm này thường có ký hiệu CCT (Ví dụ như: CCT38, CCT42 hoặc CCT52)

6. Các loại thép theo hình dạng

Trong sản xuất và ứng dụng, thép được chế tạo thành nhiều dạng hình học khác nhau để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật trong xây dựng, cơ khí chế tạo và công nghiệp nặng. Dưới đây là các dạng thép phổ biến nhất hiện nay, cho thấy khái niệm thép là gì không chỉ dừng lại ở vật liệu mà còn là một hệ thống sản phẩm phong phú:

6.1 Các loại thép hình

Thép hình là thép được cán nóng thành các hình dạng tiêu chuẩn như chữ I, H, U, L, V hoặc T. Các loại thép này có khả năng chịu lực lớn và được sử dụng rộng rãi trong kết cấu nhà thép tiền chế, khung dầm, trụ cầu và giàn giáo.

6.2 Thép tấm

Thép tấm là dạng thép được cán phẳng thành từng tấm có độ dày khác nhau, thường từ 1mm đến 100mm. Có hai loại chính là thép tấm cán nóng và thép tấm cán nguội. Các loại thép tấm được sử dụng trong đóng tàu, chế tạo bồn bể, sàn thép, cầu đường và ngành công nghiệp cơ khí.

6.3 Thép cuộn

Thép cuộn là thép dạng tấm được cuộn tròn sau khi cán, có thể là cán nóng hoặc cán nguội. Ưu điểm của thép cuộn là dễ vận chuyển, gia công linh hoạt và thích hợp cho nhiều ứng dụng như gia công cơ khí, chế tạo thép ống, dập hình và sản xuất thép tấm cắt theo yêu cầu.

6.4 Thép thanh tròn

Thép thanh tròn là các loại thép có tiết diện hình tròn, có thể ở dạng đặc hoặc rỗng, được sử dụng nhiều trong gia công cơ khí, làm trục quay, chốt, bu lông hoặc gia cố kết cấu bê tông nhẹ.

6.5 Thép hộp

Thép hộp là loại thép có tiết diện hình vuông hoặc hình chữ nhật, được ứng dụng trong khung kết cấu, lan can, cột chịu lực nhẹ và các công trình dân dụng.

6.6 Thép vằn

Thép vằn là loại thép có bề mặt gân xoắn, dùng làm cốt thép trong kết cấu bê tông chịu lực. Nhờ các đường gân nổi, thép vằn có khả năng bám dính cao với bê tông, giúp tăng cường độ liên kết và độ ổn định cho công trình.

6.7 Thép dây

Thép dây là loại thép có đường kính nhỏ, được cuộn thành vòng. Thép dây thường dùng để sản xuất lưới thép, dây buộc xây dựng, lõi cáp hoặc làm cốt thép dự ứng lực trong bê tông.

7. Các phương pháp sản xuất thép là gì

Sau khi luyện xong, vật liệu thép được tạo thành sản phẩm thông qua nhiều phương pháp gia công khác nhau, tùy theo hình dạng và yêu cầu cơ lý của từng ứng dụng.

• Cán: Phổ biến nhất, dùng trục cán để tạo ra thép tấm, thép hình, thép cuộn. Có cán nóng và cán nguội tùy theo mục đích.
• Đúc: Nấu chảy thép rồi rót vào khuôn tạo hình. Dùng cho chi tiết lớn, hình dạng phức tạp như mặt bích, thân van,… (Ví dụ: Thép SCPH2)
• Rèn: Tạo hình bằng lực nén, thường áp dụng cho trục, bánh răng, bu lông chịu lực lớn.
• Kéo: Dùng để tạo thép dây bằng cách kéo qua khuôn nhỏ dần. Phù hợp với thép sợi, lõi cáp, dây buộc.
• Gia công & hàn: Gồm tiện, phay, cắt gọt và hàn ghép chi tiết. Là bước hoàn thiện trong chế tạo kết cấu và thiết bị thép. (Ví dụ: Thép WCB)