Thép là gì? Đặc tính, phân loại và ứng dụng

Thép là gì?

Thép là một loại kim loại hợp kim có tính chất đặc biệt, được sử dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp. Thép được sản xuất theo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt để đảm bảo chất lượng như ASTM, JIS, DIN, EN, …

Thành phần của thép

Thép có thành phần chính là sắt, được hòa trộn với các nguyên tố khác để tạo ra sự cứng, độ bền và tính chất khác biệt. Cụ thể như sau:

• Sắt với hàm lượng hơn 97% và cacbon: Đây là các thành phần chính quyết định độ cứng và tính chịu lực của thép.
• Mangan (Mn): Giúp tăng cường độ dai của thép. Hàm lượng mangan thường chiếm khoảng 0,4 - 0,65%. Nếu hàm lượng Mangan lớn hơn 1,5% thì thép sẽ trở nên giòn hơn,
• Silic (Si): Có khả năng làm tăng cường độ của thép nhưng thành phần này sẽ làm giảm khả năng chống ăn mòn và tính dễ hàn của thép. Do đó, hàm lượng silic nên từ 0,12 - 0,3%.
• Lưu huỳnh (S): Thành phần này khiến thép giòn nóng khi ở nhiệt độ cao. đồng thời làm thép dễ bị nứt khi hàn.
• Phốt pho (P): Làm giảm tính dẻo của thép. 

Đặc biệt, hai thành phần lưu huỳnh và phốt pho đều là hóa chất có hại nên hàm lượng theo quy định thường dưới 0,07% đối với kết cấu thông thường và nhỏ hơn 0,05% đối với kết cấu quan trọng. Vì vậy, thép là vật liệu có tính ứng dụng cao được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Điều này dẫn đến ngành công nghiệp chế tạo thép được nhà nước chú trọng phát triển và đầu tư.

Đặc tính của thép

Dưới đây là một số đặc tính nổi bật giúp thép trở thành vật liệu được ưa chuộng sử dụng nhất hiện nay.

• Độ cứng: Độ cứng của thép phụ thuộc vào hàm lượng cacbon, hàm lượng càng cao thì độ cứng càng cao.
• Độ bền: Thép có độ bền cao, chịu được tải trọng tốt và lực tác động lớn.
• Khả năng chống oxy hóa: Khả năng chống oxy hóa tốt giúp ngăn ngừa tình trạng gỉ sét và phân hủy.
• Khả năng chịu nhiệt: Thép có thể chịu được lửa và nhiệt độ cao.
• Khả năng chống ăn mòn: Thép có khả năng chịu mài mòn cao, không bị mòn trong môi trường có tính axit hoặc kiềm.
• Dễ gia công, định hình: Thép có độ dẻo cao nên rất dễ định hình và gia công, có thể uốn cong, cắt, hàn thành nhiều hình dạng khác nhau.

Phân loại thép

Bên cạnh thép là gì thì phân loại thép như thế nào cũng là một vấn đề được quan tâm nhiều nhất. Hiện nay, thép được phân chia dựa theo các yếu tố như sau: 

Theo thành phần hóa học

Thép cacbon là gì?

Thép cacbon hay được gọi thép trơn là hợp kim của Sắt (Fe) và Cacbon (C), trong đó thành phần cacbon đóng vai trò quan trọng quyết định đặc tính của thép. Loại thép này phổ biến với một số mác thép như thép CT3, thép C45, …  

Dựa trên hàm lượng cacbon, có thể chia thép thành ba loại chính gồm:

• Thép cacbon thấp: Đây là loại thép có hàm lượng cacbon nhỏ hơn 0,25% nên vật liệu này có tính dẻo cao, dễ định hình và gia công. 
• Thép cacbon trung bình: Loại thép này có độ cứng và độ bền cao với hàm lượng cacbon từ 0,25-0,6%. Do đó, thép cacbon trung bình thường được ứng dụng chế tạo các chi tiết có yêu cầu cao về khả năng chịu va đập và tải trọng. 
• Thép cacbon cao: Hàm lượng cacbon của loại thép này khoảng 0,6-2%. Thép cacbon cao sẽ được sử dụng để sản xuất dụng cụ đo lường, khuôn dập, dụng cụ cắt, … 

Thép hợp kim

Thép hợp kim được phân loại tùy theo tổng hàm lượng của các nguyên tố kim loại khác như niken, đồng, crom, … Cụ thể như bảng sau:

Thép không gỉ 

Thép không gỉ (inox) là loại thép có chứa ít nhất 10,5% Crom, được phân thành bốn nhóm chính bao gồm Austenitic, Ferritic, Duplex và Martensitic. 

Theo mục đích sử dụng

Tùy theo mục đích sử dụng có thể chia thép thành các loại sau:

• Thép dụng cụ: Với độ bền và độ cứng cao, khả năng chịu lực và chống mòn tốt nên loại thép này thường được dùng để chế tạo đồ gia dụng, máy cắt gọt, thiết bị đo lường, …
• Thép kết cấu: Thường được chia làm hai loại chính là thép xây dựng và thép chế tạo máy với khả năng chịu chịu tải trọng lớn và độ bền, tính dẻo cao.
• Thép có tính chất vật lý đặc biệt: Đặc trưng là thép kỹ thuật điện với nhiều đặc tính nổi bật như hệ số nở dài, từ tính thấp, …
• Thép có tính chất hóa học đặc biệt: Gồm một số loại thép nổi bật như thép không gỉ, thép chịu nóng, thép bền nóng, …

Theo chất lượng

Bên cạnh đó, thép còn được phân loại dựa theo yếu tố chất lượng. Yếu tố này chịu ảnh hưởng chủ yếu từ hai thành phần lưu huỳnh và phốt pho. Dựa vào hàm lượng của hai chất này, thép được chia thành bốn nhóm chính:

• Thép chất lượng bình thường: Đây là loại thép có giá thành rẻ, năng suất cao và thường được sử dụng trong xây dựng với hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho lần lượt là 0,06% và 0,07%.
• Thép chất lượng tốt: Loại thép này được chế tạo trong lò điện hồ quang và lò mactanh với hàm lượng là 0,035% S và 0,035% P, thường được ứng dụng để chế tạo máy móc.
• Thép chất lượng cao: Tương tự với thép chất lượng tốt, thép chất lượng cao cũng được chế tạo trong lò điện hồ quang với hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho bằng nhau và bằng 0,025%.
• Thép chất lượng cao đặc biệt: Thành phần của loại thép này gồm có 0,025% P và 0,015% S với cách chế tạo khá phức tạp. Đầu tiên các nguyên liệu được luyện trong lò điện hồ quang, sau đó tiếp tục được chế tạo bằng công nghệ đúc chân không điện xỉ.

Theo mức oxy hóa

Ngoài ra, tùy theo mức oxy hóa mà thép được chia thành ba loại như sau:

Một số hình dạng (kết cấu) thép thường gặp

Thép là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực với các hình dạng khác nhau để phục vụ cho từng mục đích cụ thể. Sau đây là một số hình dạng phổ biến của thép:

Thép lá

Đây là loại thép được gia công cán mỏng với độ dày khoảng 4-160 mm, chiều dài 6-12m và chiều rộng từ 0,5-3,8m. Thép lá thường được sản xuất dưới dạng tấm hoặc dạng cuộn. 

Thép hình 

Thép hình là thép được tạo hình bằng cách gia công nhiệt, gia công cơ học nóng hay gia công cơ học nguội gồm các loại hình chủ yếu là U, I, H, V. Loại thép này được ứng dụng trong các công trình nhà cao tầng, nhà thép tiền chế hay làm khung cho nhà xưởng, thùng xe, chế tạo máy, …

Thép hộp

Thép hộp là vật liệu được chế tạo theo hình khối rỗng ruột từ các tấm thép lớn có độ dày phổ biến từ 0,7-5,1mm. Dựa theo hình dạng mặt cắt có thể phân thép hộp thành hai loại chính gồm thép hộp vuông và thép hộp chữ nhật.

Thép ống tròn rỗng

Tương tự thép hộp, thép ống tròn rỗng cũng có cấu tạo rỗng ruột nhưng được gia công theo hình dạng ống và thành ống khá mỏng. Thép ống tròn rỗng thường được ứng dụng trong các công trình có gấp khúc.

Thép tròn đặc 

Thép này được sản xuất theo dạng thanh hình trụ có chiều dài khoảng 12m/cây. Nhờ độ dẻo và độ dãn dài cao nên thép tròn đặc thường được sử dụng cho các công trình xây dựng công nghiệp hoặc dân dụng.

Thép tròn đặc thường phổ biến với ba loại chính, cụ thể như:

• Thép thanh tròn trơn: Được gia công theo theo các đường kính phổ biến: Ø14, Ø16, Ø18, Ø20, Ø22, Ø25, có bề mặt nhẵn trơn, thượng được sử dụng làm trụ cho các công trình xây dựng lớn. 
• Thép thanh tròn có vân: Loại thép này có vân ở mặt ngoài và được sản xuất với các kích thước đường kính khác nhau: Ø10, Ø12, Ø14, Ø16, Ø18, Ø20, Ø22, Ø25, Ø28, Ø32.
• Thép thanh cuộn (thép dây): Thép thanh cuộn là loại thép dạng dây được cuộn tròn, bề mặt thường có vân hoặc trơn nhẵn. Vật  liệu này thường được chế tạo với các đường kính thông dụng như Ø6mm, Ø8mm, Ø10mm, Ø12mm, Ø14mm.

Thép tấm (thép cuộn)

Thép tấm được chế tạo dưới dạng cuộn tròn với bề mặt trơn hoặc có gân được ứng dụng phổ biến trong ngành xây dựng công nghiệp, cơ khí hay sản xuất dụng cụ. Quy trình sản xuất loại thép này rất phức tạp, có yêu cầu cao về trình độ kỹ thuật và công nghệ. 

Ứng dụng của thép

Ngày nay, thép là vật liệu không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ngành nghề nổi bật trong việc ứng dụng thép:

Trong công nghiệp

Do thép có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và chịu lực tốt nên thường được ứng dụng trong các ngành công nghiệp như ô tô, đóng tàu, … để tạo ra các bộ phận chịu lực (khung xe, động cơ) và các bộ phận cần tuổi thọ cao (vỏ tàu).

Trong xây dựng

Trong lĩnh vực này, thép giữ vai trò quan trọng chính là làm bê tông cốt thép góp phần xây dựng các công trình kiên cố và bền vững. Bên cạnh đó, thép còn được ứng dụng trong hệ thống giao thông, hệ thống đèn điện hay xây dựng cầu đường. Không chỉ vậy, thép còn được dùng để chế tạo vật tư phụ trợ cho xây dựng như phụ kiện cốp pha giàn giáo, kẹp xà gồ, ...

Trong đời sống hàng ngày

Ngoài những công dụng trên, thép còn được ứng dụng rất phổ biến trong đời sống hàng ngày. Cụ thể như dụng cụ nhà bếp, đồ gia dụng hay hệ thống lan can, cửa sổ, … đều là những vật dụng thông dụng được chế tạo từ thép.

Quy trình sản xuất thép

Để sản xuất ra những thanh thép chất lượng cao, đạt tiêu chuẩn cần phải trải qua 5 giai đoạn sản xuất chính. Cụ thể từng giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1: Tiến hành xử lý quặng sắt

Đầu tiên bạn cần cho các quặng đã được khai thác (quặng sắt, quặng viên, quặng thiêu kết) và các chất phụ gia (đá vôi, than cốc, thép phế liệu) vào lò nung để tạo ra dòng kim loại nóng chảy.

Khi nhiệt độ gia tăng đạt đến ngưỡng 2000 độ C, quặng sắt sẽ trở thành thép màu đen nóng chảy ở phía dưới lò. Thép đen có chứa các thành phần như cacbon, lưu huỳnh, silic và các tạp chất khác.

Giai đoạn 2: Tạo dòng thép nóng chảy

Dòng kim loại nóng chảy thu được ở giai đoạn một sẽ được dẫn đến lò cơ bản hoặc lò hồ quang điện. Sau đó thép nóng chảy được xử lý để loại bỏ các thành phần tạp chất. 

Điều này giúp tạo ra sự tương quan giữa thành phần hóa học trong quá trình sản xuất, từ đó quyết định mác thép. 

Giai đoạn 3: Đúc tiếp nhiên liệu

Sau giai đoạn hai, dòng thép tiếp tục được đưa tới là phôi với ba loại phôi cơ bản gồm:

• Phôi thanh (Billet): Loại phôi này có tiết diện 100x100, 125x125 với chiều dài 6-9-12m, thường được sử dụng để cán hay kéo thép cuộn hoặc thép thanh vằn.
• Phôi phiến (Slab): Được sử dụng để cán ra thép cuộn cán nóng, thép tấm cán nóng, thép cuộn cán nguội hoặc thép hình.
• Phôi Bloom: Đây là loại phôi được ứng dụng tương tự phôi thanh và phôi phiến.

Sau khi đúc xong phôi, có thể để vật liệu ở trạng thái nóng hoặc nguội. Trong đó, trạng thái nóng giúp phôi luôn duy trì ở mức nhiệt độ cao rồi đưa thẳng đến cán nóng. Ngược lại, khi phôi ở trạng thái nguội thường được xuất bán hoặc vận chuyển đến nhà máy khác làm nóng lại, rồi được đưa vào nhà máy cán nguội để sản xuất thép cán nguội.

Giai đoạn 4: Cán nóng và cán nguội

Trong giai đoạn này, phôi thép được đưa đến các nhà máy để sản xuất ra các sản phẩm thép khác nhau. Sau đây là một số nhà máy chế tạo thép, bao gồm:

• Nhà máy thép hình: Cán ra sản phẩm như thép ray, thép cừ lòng máng, thép hình và thép thanh.
• Nhà máy thép: Sản xuất thép cuộn trơn trong xây dựng.
• Nhà máy thép tấm: Chế tạo thép tấm đúc.
• Nhà máy thép cán nóng: Cán phôi thành thép cuộn cán nóng.

Đặc biệt đối với nhà máy thép cán nguội, trước khi cán cần phải hạ phôi xuống nhiệt độ phù hợp nhất. Tiếp đó, cho phôi đi qua dây chuyền tẩy rỉ rồi đưa vào máy cán 5 giá kế sau.

Mỗi giá cán đều được trang bị máy đo độ dày bằng tia X và thiết bị cân chỉnh độ dày tự động AGC. Độ dày của nguyên liệu và yêu cầu của sản phẩm đầu ra sẽ gây ảnh hưởng đến số lần cán phôi.

Giai đoạn 5: Thép ống và thép cuộn mạ kẽm

Thép cuộn cán nguội thu được ở giai đoạn 4 sẽ được phủ thêm một lớp mạ kẽm có độ bám dính cao bằng công nghệ NOF để hoàn thiện bề mặt cuộn lần cuối. Lớp mạ này giúp bảo vệ thép khỏi sự ăn mòn và tăng tuổi thọ sản phẩm.

Thép ống được sản xuất từ thép cuộn mạ kẽm với công nghệ hàn cao tần giúp đảm bảo độ trơn nhẵn và bóng láng của thép. Sản phẩm thép cán nguội được gia công sản xuất với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau.  

Những vấn đề liên quan về thép

Thép có phải là kim loại không?

Như nội dung của mục Thép là gì? trong bài viết này thì thép không phải là kim loại. Thép là hợp kim với thành phần chính là sắt và các nguyên tố hóa học khác. Bên cạnh đó, kim loại chỉ là một nguyên tố hóa học. Vì vậy, bạn nên lưu ý để tránh nhầm thép với các kim loại khác. 

Thép có hút nam châm không?

Thép hầu như không hút nam châm do trong quá trình sản xuất thường xuyên bị tác động bởi nhiệt và cơ học. Tuy nhiên, đối với một số loại thép đặc biệt bị nhiễm từ tính thì khả năng hút nam châm của những loại thép này cao hơn. 

Thép có bị gỉ không?

Thép có thành phần chủ yếu là cacbon và sắt, trong đó sắt là nguyên tố hóa học dễ bị oxy hóa khi tác dụng với môi trường ẩm ướt hoặc môi trường kiềm. Điều này khiến thép khi ở điều kiện ngoài trời lâu dài sẽ bị gỉ sét gây mất thẩm mỹ.

Thép có dẫn điện không?

Sắt có điện trở suất lớn lên tới 0.13Q.mm²/m nên khả năng dẫn điện rất kém. Hơn nữa cacbon trong thép cũng gây ảnh hưởng đến khả năng dẫn điện, hàm lượng càng cao thì dẫn điện càng kém. Vì thế, thép là một vật liệu có khả năng dẫn điện kém.

Qua nội dung bài viết trên, bạn có thể hiểu rõ “Thép là gì?” và các đặc tính, ứng dụng cũng như các cách phân loại thép. Hy vọng những thông tin này hữu ích cho bạn trong cuộc sống hàng ngày nhé!

Nếu bạn quan tâm đến thép hình hay các sản phẩm khác làm từ thép tại D&D, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo:

CÔNG TY CP PHÁT TRIỂN ĐẦU TƯ THƯƠNG MẠI D&D VIỆT NAM

Địa chỉ: Số 114 Nguyễn Đình Hoàn, Phường Nghĩa Đô, Quận Cầu Giấy, Thành phố Hà Nội, Việt Nam

Hotline: 0928.137.678

Email: vattuphudnd@gmail.com

Website: https://vattuphudnd.vn