Thép hợp kim là gì? Đặc tính, ứng dụng, ký hiệu

Thép hợp kim là gì? Đặc tính, ứng dụng, ký hiệu

Thép hợp kim là gì ? Khái niệm, đặc tính, ứng dụng ? Là các vấn đề được đông đảo quý khách hàng đặt câu hỏi cho Hùng Phát Steel gần đây.

Vậy nên dưới bài viết này Hùng Phát steel sẽ tổng hợp các thông tin cơ bản và giải đáp một cách chi tiết nhất về loại vật liệu này và cách phân biệt giữa các vật liệu tương đồng nhau (như thép carbon, thép không rỉ)

Khái niệm Thép hợp kim

Thép hợp kim là loại thép được bổ sung thêm các nguyên tố hợp kim ngoài thành phần chính là sắt và cacbon, nhằm cải thiện các đặc tính cơ học, lý hóa của thép như độ bền, độ cứng, khả năng chống ăn mòn, tính chịu nhiệt, và độ dẻo.

Các nguyên tố hợp kim phổ biến được thêm vào thép bao gồm

• crôm (Cr), niken (Ni), molypden (Mo), mangan (Mn), silic (Si), vanadi (V), titan (Ti), và nhiều nguyên tố khác.
• Tùy thuộc vào tỷ lệ các nguyên tố này, thép hợp kim có thể có những đặc tính khác nhau phù hợp cho các ứng dụng kỹ thuật khác nhau.

Tại Nga, Trung Quốc và một số nước phương đông:

• Thép hợp kim được chia làm 3 nhóm: hợp kim thấp, hợp kim trung bình và hợp kim cao.
• Theo tiêu chuẩn của Nga, thép hợp kim thấp có tổng lượng hợp kim nhỏ hơn 2,5%, ở thép hợp kim cao tỉ lệ này lớn hơn 10%. Phổ biến nhất, cụm từ “thép hợp kim” dùng để đề cập đến thép hợp kim thấp.

Ở phương Tây

• Chỉ phân biệt hai loại thấp và cao. Sự khác nhau giữa hai loại này không có sự ranh giới rõ ràng.

 

Đặc tính nổi bật của hợp kim

Đặc tính vật lý và hóa học:

• Đặc tính chung của vật liệu này là khả năng chống rỉ và chống ăn mòn mạnh.
• Bằng việc thêm một số loại nguyên tố khác nhau theo tỉ lệ phù hợp thì hợp kim sẽ sở hữu một số tính chất như : sự giãn nở nhiệt, sự từ tính, hoặc không có từ tính.

Khả năng chịu lực:

• vật liệu này có khả năng chịu lực tốt và độ bền cao (so với thép carbon)

Khả năng chịu nhiệt:

• khả năng chịu nhiệt tốt >200 độ C, thì thép hợp kim vẫn duy trì được khả năng chịu lực và chịu nhiệt rất tốt.

Các loại nguyên tố hợp kim thông dụng, gồm:

• Nguyên tố Mangan: tinh chỉnh trong quá trình nhiệt luyện, giúp làm nguội với tốc độ nhanh hơn và giảm được nguy cơ nứt nẻ thép thành phẩm.
• Nguyên tố Crom (Chromium): Giúp thép thành phẩm có độ cứng hơn, bền hơn, bóng hơn, tăng khả năng chống lại sự mài mòn. (Thép không rỉ là thép có chứa >11% nguyên tố Crom).
• Nguyên tố Molypden & Vanadium: Giúp dễ gia công hơn, thép thành phẩm cũng cứng hơn, bền hơn, bóng đẹp hơn và tăng khả năng chống ăn mòn.

Phân loại thép hợp kim

Có thể được phân loại dựa trên hàm lượng hợp kim và mục đích sử dụng:

1. Theo hàm lượng hợp kim:

   • Hợp kim thấp: Có hàm lượng các nguyên tố hợp kim tổng cộng dưới 5%. Hợp kim thấp thường có các đặc tính cơ bản tốt mà không làm tăng nhiều chi phí sản xuất. Ví dụ như thép 20Cr, 30CrMo.
   • Hợp kim trung bình: Chứa khoảng từ 5% đến 10% các nguyên tố hợp kim. Loại này có đặc tính cải thiện rõ rệt về độ bền và khả năng chống mài mòn, như thép 40CrNiMo.
   • Hợp kim cao: Chứa trên 10% các nguyên tố hợp kim, thường dùng trong các môi trường đặc biệt, ví dụ như thép không gỉ 304, 316 chứa hàm lượng crôm và niken cao, giúp tăng khả năng chống ăn mòn.

2. Theo mục đích sử dụng:

   • Hợp kim kết cấu: Được dùng trong sản xuất các chi tiết máy, dầm, khung kết cấu, yêu cầu tính dẻo, độ bền và khả năng chịu tải tốt. Ví dụ như thép 20Mn2, 40Cr.
   • Hợp kim dụng cụ: Được dùng để chế tạo dụng cụ cắt, khuôn mẫu, yêu cầu độ cứng và khả năng giữ lưỡi cắt cao. Ví dụ như thép SKD11, SKH51.
   • Hợp kim chịu nhiệt: Chịu được nhiệt độ cao mà không bị biến dạng hay mất tính chất cơ học, thích hợp cho các bộ phận lò, động cơ tuabin, như thép 304, 310S.
   • Thép không gỉ (Inox): Loại hợp kim cao với hàm lượng crôm lớn hơn 10.5%, có khả năng chống ăn mòn tốt, thường dùng trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, và trang trí.

Ký hiệu theo tiêu chuẩn kiểm định

Thép hợp kim có nhiều loại và được ký hiệu khác nhau tùy theo tiêu chuẩn sản xuất ở mỗi quốc gia hoặc khu vực. Dưới đây là các hệ thống ký hiệu phổ biến theo một số tiêu chuẩn quốc tế:

1. Ký hiệu theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN)

• Hệ thống ký hiệu của TCVN thường dựa vào thành phần hóa học và mục đích sử dụng.
• Ví dụ:
  • 20Cr: Thép hợp kim có 0,2% cacbon và có thêm crôm.
  • 40CrNiMo: Thép có 0,4% cacbon, chứa crôm (Cr), niken (Ni), và molypden (Mo), dùng cho các ứng dụng yêu cầu cường độ cao.

2. Ký hiệu theo tiêu chuẩn Nhật Bản (JIS)

• Ký hiệu của Nhật Bản thường bắt đầu bằng chữ S (Steel – Thép), tiếp theo là ký hiệu mô tả ứng dụng và thành phần hóa học.
• Ví dụ:
  • SCM440: Thép hợp kim Cr-Mo (crôm-molypden) với hàm lượng cacbon khoảng 0,4%.
  • SKD11: Thép dụng cụ hợp kim chứa crôm, dùng để chế tạo khuôn mẫu và dao cắt.

3. Ký hiệu theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ (ASTM, AISI, SAE)

• Ký hiệu của ASTM, AISI, hoặc SAE thường dùng các chữ số để chỉ thành phần và nhóm thép.
• Ví dụ:
  • 4140: Thép hợp kim trung bình với khoảng 0,4% cacbon, chứa crôm và molypden.
  • 4340: Thép hợp kim với hàm lượng cacbon khoảng 0,4%, bổ sung thêm crôm, niken, và molypden.
• Thép không gỉ (inox) có các mã như:
  • 304: Thép không gỉ chứa crôm và niken, có khả năng chống ăn mòn tốt.
  • 316: Thép không gỉ chứa crôm, niken, và molypden, tăng cường khả năng chống ăn mòn trong môi trường có clo.

4. Ký hiệu theo tiêu chuẩn Châu Âu (EN)

• Châu Âu dùng các mã số để ký hiệu thép hợp kim dựa vào hàm lượng hợp kim.
• Ví dụ:
  • 42CrMo4: Thép có khoảng 0,42% cacbon, chứa crôm và molypden, dùng trong các ứng dụng yêu cầu độ bền cao.
  • X5CrNi18-10: Thép không gỉ chứa khoảng 18% crôm và 10% niken, tương đương inox 304.

5. Ký hiệu theo tiêu chuẩn Nga (ГОСТ)

• Trong hệ thống Nga (GOST) thường ký hiệu bằng tên nguyên tố hợp kim với hàm lượng.
• Ví dụ:
  • 30ХГСА: Thép chứa 0,3% cacbon, cùng với các nguyên tố Cr (Х), Mn (Г), và Si (С).
  • 12Х18Н10Т: Thép không gỉ chứa 18% crôm (Х), 10% niken (Н), và titani (Т).

Ý nghĩa các ký tự và số trong ký hiệu

• Số đầu tiên: Hàm lượng cacbon, thường được viết dưới dạng phần trăm. Ví dụ: “20” trong “20Cr” có nghĩa là 0,2% cacbon.
• Các nguyên tố hợp kim tiếp theo: Ký hiệu tên nguyên tố hợp kim chính (Cr, Ni, Mo…), đôi khi kèm theo hàm lượng nếu nguyên tố đó có nồng độ cao.
• X (hoặc S): Được dùng trong thép không gỉ để chỉ thép có chứa hàm lượng crôm cao.

Các ký hiệu giúp phân loại và xác định nhanh loại thép, thành phần và mục đích sử dụng của thép hợp kim, giúp người dùng dễ dàng lựa chọn cho các ứng dụng khác nhau.

Ứng dụng phổ biến của thép hợp kim

Thép hợp kim có các tính chất vượt trội như độ bền cao, khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn và chịu nhiệt tốt hơn.

Dưới đây là các ứng dụng chính của thép hợp kim trong các ngành công nghiệp khác nhau:

1. Ngành công nghiệp cơ khí và chế tạo máy

• Chế tạo máy móc và thiết bị công nghiệp: Được sử dụng trong việc sản xuất các loại máy móc, thiết bị công nghiệp yêu cầu độ bền cao và khả năng chịu mài mòn tốt.
• Các bộ phận như trục, bánh răng, vòng bi và trục cam thường được làm từ thép hợp kim để đảm bảo tuổi thọ dài và hoạt động ổn định.
• Chế tạo dụng cụ cắt gọt: Trong ngành gia công cơ khí, thép hợp kim có độ cứng cao được sử dụng để sản xuất các loại dụng cụ cắt như dao, mũi khoan, và lưỡi cưa.

2. Ngành ô tô

• Bộ phận động cơ và khung xe: hợp kim, nhờ độ bền cao và khả năng chịu lực tốt, được sử dụng trong các bộ phận chịu tải trọng lớn của xe như trục cam, trục khuỷu, bánh răng hộp số, và khung gầm.
• Nhờ vào các tính năng cải thiện từ hợp kim, xe hơi có thể đạt được độ bền lâu hơn và hiệu suất vận hành tốt hơn.
• Lò xo, bu-lông và các chi tiết nhỏ khác: Các chi tiết yêu cầu độ dẻo dai và khả năng chịu va đập cũng thường được làm từ hợp kim, giúp giảm hao mòn và tăng tuổi thọ của các bộ phận.

3. Ngành hàng không vũ trụ

• Cấu trúc máy bay: Thép hợp kim nhẹ và có khả năng chịu nhiệt tốt được sử dụng trong sản xuất các bộ phận quan trọng của máy bay như thân máy bay, cánh và động cơ phản lực.
• Đặc tính chống mài mòn và khả năng làm việc ở nhiệt độ cao giúp loại thép này trở thành vật liệu không thể thiếu trong ngành hàng không.
• Động cơ phản lực và các bộ phận chịu nhiệt: Trong các bộ phận động cơ phản lực, thép hợp kim được sử dụng do khả năng chịu nhiệt và áp suất cao, giúp máy bay hoạt động ổn định ở điều kiện khắc nghiệt.

4. Ngành dầu khí

• Ống dẫn dầu, khí và hệ thống khoan: Trong các hệ thống khai thác dầu khí, thép hợp kim có khả năng chịu áp lực cao và chống ăn mòn tốt, được sử dụng để sản xuất các ống dẫn và thiết bị khoan chịu được điều kiện môi trường khắc nghiệt, như dưới biển sâu hoặc môi trường hóa chất mạnh.
• Thiết bị khai thác và xử lý dầu khí: Các bộ phận thiết bị như van, máy nén, và bơm trong ngành dầu khí thường được làm từ thép hợp kim để đảm bảo khả năng chống mài mòn và chịu được áp suất cao.

5. Ngành năng lượng

• Nhà máy nhiệt điện và thủy điện: Thép hợp kim được sử dụng trong các bộ phận của tua-bin, lò hơi và máy phát điện do khả năng chịu nhiệt cao và độ bền vượt trội.
• Điều này giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình sản xuất năng lượng.
• Ngành công nghiệp điện hạt nhân: Các bộ phận của lò phản ứng hạt nhân, chẳng hạn như hệ thống ống dẫn, thường được làm từ thép hợp kim có khả năng chịu được bức xạ và nhiệt độ cực cao.

6. Ngành xây dựng

• Kết cấu thép chịu lực cao: Trong các công trình xây dựng như cầu, nhà cao tầng, và các kết cấu công nghiệp, thép hợp kim được sử dụng để đảm bảo độ bền và khả năng chịu tải trọng lớn, cũng như chống mài mòn và tác động từ môi trường.
• Cột và dầm chịu lực: Thép hợp kim với khả năng chịu lực cao và tính chất chống gỉ sét được sử dụng cho các kết cấu quan trọng như cột, dầm, và móng trong các công trình xây dựng.

7. Ngành quân sự

• Vũ khí và xe quân sự:  hợp kim được sử dụng trong sản xuất các loại vũ khí, xe tăng, và tàu chiến nhờ vào độ cứng cao, khả năng chịu lực và chống va đập.
• Chúng cũng được sử dụng trong sản xuất giáp bảo vệ và lô cốt quân sự.
• Đạn dược và các bộ phận tên lửa: Các loại hợp kim có tính chất đặc biệt như chịu nhiệt và chống nứt gãy tốt được dùng trong các bộ phận quan trọng của vũ khí, đạn dược và hệ thống tên lửa.

8. Ngành công nghiệp đóng tàu

• Thân tàu và kết cấu dưới nước: hợp kim với khả năng chống ăn mòn do muối biển được sử dụng trong chế tạo tàu thuyền và các công trình ngầm dưới biển như cầu cảng, giàn khoan dầu khí.

Tóm lại:

Thép hợp kim có vai trò vô cùng quan trọng trong nhiều lĩnh vực nhờ vào các tính chất vượt trội như độ bền cao, khả năng chịu nhiệt, chống mài mòn và ăn mòn.

Các ngành công nghiệp từ xây dựng, cơ khí, ô tô, hàng không vũ trụ cho đến dầu khí và quân sự đều sử dụng thép hợp kim trong các ứng dụng quan trọng, góp phần gia tăng tuổi thọ, độ an toàn và hiệu suất của sản phẩm.

Phân biệt thép hợp kim với các loại thép tương đồng (thép Carbon, théo không rỉ)

Bằng mắt thường khó để phân biệt các loại thép tương đồng như hợp kim, thép carbon, thép không rỉ, nên các loại thép sẽ có các chứng chỉ xuất xứ ghi rõ tên và chất liệu.

Và các loại thép sẽ được phân biệt với nhau qua bảng phân tích chi tiết nguyên tố dưới đây :

Thép Carbon là gì ? Khác biệt ra sao so với thép hợp kim ?

Thép Carbon là thép thành phẩm với các nguyên tố chính là Sắt và Carbon với tỉ lệ nguyên tố thêm vào rất thấp, không đủ để ảnh hưởng đến tính chất cơ học của thép thành phẩm.

Dựa vào hàm lượng % Carbon thêm vào, thì thép Carbon được chia thành :

• Thép Carbon thấp : 0.05-0.29%
• Thép Carbon trung bình: 0.3-0.59%
• Thép Carbon cao: 0.6-0.99%
• Thép Carbon siêu cao: 1-2%

=>Dựa vào tỉ lệ % Carbon thêm vào trong Thép Carbon thì ta thấy tỉ lệ này thấp hơn so với dòng hợp kim, suy ra độ cứng, độ bền bẻo, khả năng chịu lực và chống ăn mòn của thép Carbon thấp hơn dòng hợp kim.

Và theo đó giá của dòng hợp kim sẽ cao hơn vì tỉ lệ nguyên tố thêm vào cao hơn.

Phân biệt thép hợp kim với thép không rỉ (phổ biến là INOX)

Thép không rỉ (phổ biến là INOX) :

• Là dòng thép thành phẩm chủ yếu từ sắt và các nguyên tố kết hợp như Crom, Niken, Molypden, Niobium (tỉ lệ >10.5%).
• Khi thêm Crom vào, Crom tiếp xúc với không khí tạo thành một lớp màng (không thể thấy bằng mắt thường) giúp bề mặt kim loại chống lại được sự ăn mòn.

=>Dựa vào tỉ lệ nguyên tố thêm vào trong thép không rỉ (phổ biến là INOX) cao hơn so với hợp kim nên suy ra khả năng chống ăn mòn của thép không rỉ sẽ cao hơn hợp kim. Và giá cả cũng vì thế mà sẽ cao hơn.

>>> tham khảo công thức tính trọng lượng thép ống https://www.hungphatsteel.com/tu-van-khach-hang/cong-thuc-tinh-trong-luong-thep-ong/

Lời kết:

• Với các thông tin trên thì Hùng Phát Steel đã giúp giải đáp nhiều thắc mắc của quý khách hàng.
• Giúp khách hàng hiểu rõ hơn về các loại sắt thép, đặc tính của từng loại và sẽ có đủ kiến thức cho việc lựa chọn sắt theo theo nhu cầu của mỗi người.
• Nếu cần giải đáp thêm về các loại vật liệu và quy cách, đặc tính, cũng như giá cả, hãy liên hệ với chúng tôi:

CÔNG TY CỔ PHẦN THÉP HÙNG PHÁT

Trụ sở : Lô G21, KDC Thới An, Đường Lê Thị Riêng, Q12, TPHCM

Kho hàng: số 1769 QL1A, P.Tân Thới Hiệp, Q12, TPHCM

CN Miền Bắc: KM số 1, đường Phan Trọng Tuệ, Thanh Trì, HN.

Chăm sóc khách hàng:

Sale 1: 0971 960 496

Sale 2: 0938 437 123

Sale 3: 0909 938 123

Sale 4: 0938 261 123

www.hungphatsteel.com