Thành phần hóa học của thép là gì? Các loại thép sản xuất vật tư phụ

 

I. Thành phần cấu tạo hóa học chính của thép

     Thép là một trong những vật liệu quan trọng bậc nhất trong ngành cơ khí, xây dựng và là lĩnh vực sản xuất linh kiện, chi tiết vật tư phụ như bulong, đai ốc, thanh ren… Về bản chất, thép là một hợp kim mà thành phần chính bao gồm sắt (Fe) và carbon (C), trong đó hàm lượng carbon thường dao động dưới 2,14%. Những tính chấy cơ học đặc trưng của thép như độ bền, độ cứng, dẻo và khả năng chịu lực của thép đều do sự kết hợp giữa sắt và carbon cùng một lượng nhỏ các  nguyên tố hợp kim khác hình thành lên.

    Trong cấu tạo hóa học của thép sắt dòng vai trò là yếu tố quyết định đến cấu trúc tinh thể và khả năng chịu tải chính của vật liệu, với vai trò quan trọng như vậy nên sắt (Fe) là thành phần nền của thép, trong khi carbon và các nguyên tố hợp kim được điều chỉnh với hàm lượng khác nhau để tạo ra những tính chất cơ học và hóa học mong muốn. Thành phần quyết định trực tiếp đến độ cứng và độ bền của thép là carbon, tuy chỉ chiếm một lượng nhỏ nhưng lại có tác động cực kỳ quan trọng đến độ cứng và độ bền kéo của thép. Khi hàm lượng carbon tăng, độ cứng và độ bền của thép carbon có xu hướng tăng, nhưng đồng thời độ dẻo và khả năng hàn thường giảm, khả năng chịu mài mòn cực tốt nhưng lại trở nên khá giòn khó gia công hơn.

II. Các nguyên tố trong thành phần và ảnh hưởng đến tính chất của thép

     Ngoài hai thành phần chính là sắt và carbon, trong thép còn chứa rất nhiều nguyên tố hợp kim khác như mangan (Mn), silic (Si), crom (Cr), niken (Ni), molypden (Mo), vanadi (V) và một số nguyên tố vi lượng khác. Mỗi loại nguyên tố trong thành phần của thép đều mang đến những tính chất đặc chưng của thép, cụ thể một số yếu tố đặc chưng của các nguyên tố khác trong thép như:

• Mangan là một thành phần khá quan trọng được bổ sung để tăng độ bền và khả năng chống mài mòn, đồng thời giúp khử oxy trong quá trình luyện thép.
• Silic cũng có vai trò tương tự trong việc tăng độ cứng và cải thiện tính đàn hồi.
• Crom là nguyên tố quan trọng giúp tăng khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt, đặc biệt trong các loại thép không gỉ.
• Niken giúp cải thiện độ dẻo và độ dai va đập, làm cho thép ít bị nứt gãy khi chịu tải trọng lớn.
• Molypden giúp tăng khả năng chịu nhiệt và chống biến dạng ở nhiệt độ cao, trong khi vanadi giúp tinh luyện cấu trúc hạt, làm tăng độ bền tổng thể của thép.

Bên cạnh đó, thép cũng có thể chứa các tạp chất không mong muốn như lưu huỳnh (S) và phốt pho (P). Hai nguyên tố này nếu tồn tại với hàm lượng cao sẽ làm giảm độ dẻo, khiến thép trở nên giòn và dễ gãy, vì vậy trong quá trình sản xuất luôn phải kiểm soát chặt chẽ.

III. Phân loại thép theo hàm lượng carbon 

Dựa vào hàm lượng carbon, thép được chia thành ba nhóm chính gồm thép cacbon thấp, thép cacbon trung bình và thép cacbon cao. Thép cacbon thấp có hàm lượng carbon dưới 0,25%, đặc điểm là mềm, dễ gia công, dễ hàn và có giá thành thấp nên được sử dụng rất phổ biến trong sản xuất các vật tư phụ thông dụng. Thép cacbon trung bình có hàm lượng carbon từ 0,25% đến 0,6%, có độ bền cao hơn, thường được sử dụng trong các chi tiết chịu lực vừa phải. Trong khi đó, thép cacbon cao có hàm lượng carbon lớn hơn 0,6%, có độ cứng và khả năng chịu mài mòn rất tốt nhưng lại giòn và khó gia công, thường chỉ dùng cho các chi tiết đặc biệt như lò xo hoặc dụng cụ cắt.

*** Bảng hàm lượng carbon trong thành phần của thép

IV. Các loại théo dùng để sản xuất vật tư phụ

   -  Trong lĩnh vực sản xuất vật tư phụ như bulong, đai ốc và thanh ren, việc lựa chọn loại thép phù hợp là yếu tố quyết định đến chất lượng và độ an toàn của sản phẩm. Loại thép được sử dụng phổ biến nhất là thép cacbon, đặc biệt là các mác thép như CT3, SS400, A36, C20, C35 và C45. Đây là những loại thép có giá thành hợp lý, dễ gia công, phù hợp để sản xuất bulong và thanh ren phổ thông dùng trong các công trình dân dụng, hệ thống treo ống, hệ thống cơ điện (M&E) và phòng cháy chữa cháy (PCCC). Tuy nhiên, nhược điểm của thép cacbon là khả năng chống ăn mòn kém, do đó thường phải được xử lý bề mặt bằng cách mạ kẽm điện phân hoặc mạ kẽm nhúng nóng để tăng độ bền trong môi trường ẩm hoặc ngoài trời.

*** Bảng các loại thép thường được dùng để chế tạo vật tư phụ kiện thép

         -  Bên cạnh đó, trong những môi trường đặc biệt như ngoài trời, khu vực có độ ẩm cao, môi trường hóa chất hoặc ngành thực phẩm, y tế, thép không gỉ (inox) là lựa chọn không thể thay thế. Các loại inox phổ biến như inox 201, inox 304 và inox 316 được sử dụng để sản xuất bulong, đai ốc và thanh ren chống gỉ. Trong đó, inox 304 là loại được sử dụng rộng rãi nhất nhờ khả năng chống ăn mòn tốt và giá thành hợp lý, còn inox 316 có khả năng chống ăn mòn vượt trội trong môi trường nước biển hoặc hóa chất mạnh. Ưu điểm lớn nhất của thép không gỉ là không bị oxy hóa, giữ được độ bền và tính thẩm mỹ lâu dài, tuy nhiên giá thành cao hơn và độ cứng có thể không bằng thép hợp kim cường độ cao.