Thép là gì? Phân loại, ứng dụng, và cách sản xuất hiện nay

Thép là một loại vật liệu quen thuộc trong cuộc sống của chúng ta. Từ những tòa nhà cao tầng, những chiếc xe cộ, cho đến những đồ dùng gia dụng, tất cả đều có sự góp mặt của chúng. Vậy hợp kim này là gì? Nó có những tính chất và ứng dụng như thế nào? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu trong bài viết dưới đây.

1. Thép là gì?

Thép là một loại vật liệu hợp kim, chủ yếu được tạo ra bằng cách hợp nhất sắt và cacbon, cùng với một số nguyên tố khác nhau. Nó có nhiều tính chất vượt trội so với sắt nguyên chất, như độ cứng, độ bền, dẻo dai, khả năng chống oxy hóa, khả năng chịu nhiệt và khả năng chịu mài mòn.

Thép có lịch sử lâu đời và phát triển liên tục. Người ta cho rằng nó đã xuất hiện từ thời cổ đại, khoảng 4000 năm trước Công nguyên, tại các nền văn minh Trung Quốc, Ấn Độ, Ai Cập và Anatolia. Tuy nhiên, quá trình sản xuất lúc đó rất thô sơ và không ổn định. Cho đến thế kỷ 18, người Anh đã phát minh ra quá trình luyện gang, giúp tăng sản lượng và chất lượng vật liệu này.

Sau đó, vào thế kỷ 19, người Đức đã phát triển quá trình luyện thép thông qua điều chỉnh hàm lượng cacbon và các nguyên tố khác trong vật liệu này. Từ đó, nhiều loại thép khác nhau đã được tạo ra như thép không gỉ, thép cacbon, và nhiều loại thép xây dựng khác.

2. Tính chất của thép là gì?

2.1 Tính chất hóa học của thép

Thép có khả năng phản ứng với nhiều chất khác nhau, thể hiện tính khử và oxy hóa. Hợp kim này dễ bị ăn mòn trong môi trường axit, tạo thành muối sắt và giải phóng khí hydro. Ví dụ, thép phản ứng với axit clohidric tạo ra sắt (II) clorua và khí hydro.

Tương tự, thép cũng phản ứng với một số loại muối, đặc biệt là trong môi trường ẩm ướt, gây ra hiện tượng gỉ sét. Đây là quá trình oxy hóa thép, tạo thành các oxit sắt. Tuy nhiên, thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn tốt hơn nhờ lớp oxit crom bảo vệ trên bề mặt.

2.2 Tính chất vật lý của thép

Thép có nhiều tính chất vật lý nổi bật, trong đó có độ bền kéo cao, độ cứng, và khả năng chịu lực tốt. Độ bền kéo của thép cho phép nó chịu được lực kéo mạnh mà không bị biến dạng. Độ cứng của thép phụ thuộc vào hàm lượng carbon và các nguyên tố hợp kim khác, giúp chúng chống lại sự mài mòn và va đập.

Thép cũng có độ dẻo và khả năng định hình cao, đặc biệt khi được gia công ở nhiệt độ cao. Khả năng dẫn nhiệt và dẫn điện của hợp kim này khá tốt, mặc dù thấp hơn so với các kim loại khác như đồng. Những tính chất này làm cho thép trở thành vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng trong xây dựng, chế tạo máy, và các ngành công nghiệp khác​.

3. Thép được phân loại như thế nào?

3.2 Phân loại theo thành phần hợp kim

Để tạo ra những cấu trúc chắc chắn phù hợp với yêu cầu của công trình, thép sẽ được thêm vào một lượng lớn các nguyên tố hợp kim như crôm, niken, molypden, vanadi, titan, đồng,… với tổng lượng hợp kim từ 1,0% đến 50% theo khối lượng. Vật liệu này có thể được chia thành hai loại chính là hợp kim thấp và hợp kim cao, tùy theo tổng lượng hợp kim.

Thép hợp kim thấp có tổng lượng hợp kim nhỏ hơn 2,5%, có độ bền và độ cứng cao hơn thép cacbon cùng loại. Thép hợp kim cao có tổng lượng hợp kim lớn hơn 10%, có độ bền và độ cứng rất cao, nhưng độ dẻo và độ dẻo dai rất thấp, khó gia công và hàn.

3.1 Phân loại theo mục đích sử dụng

Thép có thể được phân loại theo mục đích sử dụng, bao gồm thép kết cấu, thép dụng cụ, thép tấm, và thép ống. Thép kết cấu thường được sử dụng trong xây dựng và chế tạo máy nhờ khả năng chịu lực và độ bền cao.
Thép dụng cụ, với độ cứng và khả năng chịu mài mòn tốt, được dùng để chế tạo các công cụ cắt gọt và dụng cụ đo lường.

Thép tấm và thép ống cũng rất phổ biến, trong đó thép tấm dùng cho đóng tàu và xây dựng, còn thép ống phù hợp cho hệ thống cấp thoát nước và công trình dầu khí.

3.1 Phân loại theo hàm lượng cacbon

Hàm lượng cacbon là một trong những tiêu chí cơ bản trong việc phân loại thép. Thông thường, các loại thép đều có chứa hàm lượng cacbon từ 0,04% đến 2,0% theo khối lượng cùng với một lượng nhỏ các nguyên tố tạp chất như mangan, silic, lưu huỳnh, phốt pho và oxy. Nó có thể được chia thành ba loại chính là cacbon thấp, cacbon trung bình và cacbon cao.

Thép cacbon thấp có hàm lượng cacbon nhỏ hơn 0,25%, có độ bền và độ cứng thấp, nhưng độ dẻo và độ dẻo dai cao, dễ gia công và hàn.

Thép cacbon trung bình có hàm lượng cacbon từ 0,25% đến 0,60%, có độ bền và độ cứng trung bình, độ dẻo và độ dẻo dai tốt.

Thép cacbon cao có hàm lượng cacbon từ 0,60% đến 2,0%, có độ cứng và độ bền cao, nhưng độ dẻo và độ dẻo dai thấp, khó gia công và hàn.

3.2 Phân loại theo chất lượng thép

Chất lượng thép được phân loại dựa trên hàm lượng lưu huỳnh (S) và phốt pho (P). Hai tạp chất này ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất của thép.

Thép chất lượng cao có hàm lượng tạp chất thấp nhất không quá 0.025%, đảm bảo độ bền, độ dẻo và khả năng chống ăn mòn tốt.

Thép chất lượng tốt có hàm lượng tạp chất trung bình không quá 0.035%, đáp ứng các yêu cầu cơ bản về độ bền và độ dẻo, thường được sử dụng trong xây dựng dân dụng và công nghiệp.

Thép chất lượng thường có hàm lượng tạp chất cao hơn 0.06%, phù hợp với các ứng dụng không đòi hỏi quá cao về chất lượng.

4. Các loại thép trong xây dựng hay gặp

4.1 Thép không gỉ (Inox)

Thép không gỉ (inox) là một loại thép hợp kim chứa ít nhất 10.5% crom. Đặc tính nổi bật của Inox là khả năng chống ăn mòn, độ bền cao, dễ gia công và vệ sinh, bề mặt sáng bóng so với loại thép thông thường. Inox được phân loại dựa trên cấu trúc tinh thể thành các loại chính: Austenitic, Ferritic, Martensitic và Duplex.

Quá trình sản xuất inox bắt đầu từ việc nấu chảy các nguyên liệu như sắt, crom, niken và các thành phần khác trong lò điện hồ quang hoặc lò cơ bản oxy. Sau đó, Inox nóng chảy được đúc thành phôi và trải qua các quá trình cán để tạo hình dạng và kích thước mong muốn.

Xem thêm: Inox là gì? Đặc điểm và ứng dụng của chúng

4.2 Thép hình (U,I,H)

Là loại thép có hình dạng chữ U, I hoặc H, được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng như nhà xưởng, nhà cao tầng, cầu và cầu,… Vật liệu này có ưu điểm là có độ bền cao, khả năng chịu lực tốt, dễ lắp đặt và kết cấu. Nó được sản xuất bằng các phương pháp như hàn, kéo hoặc đùn.

Thép hình có nhiều quy cách khác nhau, tùy thuộc vào chiều cao, chiều rộng, chiều dày và trọng lượng của mỗi loại. Chúng có thể được phân loại theo tiêu chuẩn của các nước khác nhau, như ASTM, JIS, GB,… cũng như được phủ bằng các chất khác nhau, như kẽm, nhựa, sơn,… để tăng tính thẩm mỹ và khả năng chống ăn mòn.

4.3 Thép hộp

Thép hộp có thiết kế hình hộp chữ nhật hoặc vuông, mang lại sự chắc chắn và dễ gia công. Được sản xuất thông qua quá trình uốn và hàn, vật liệu này thường xuất hiện trong các dự án xây dựng như cột, dầm, cấu trúc nền, và đường ống.

Khả năng chống uốn và giữ các cạnh thẳng của thép hộp làm cho nó lựa chọn lý tưởng cho việc chịu tải trọng và duy trì sự ổn định trong xây dựng. Đồng thời, tính linh hoạt của chúng cho phép sáng tạo trong thiết kế, từ cầu cảng đến các công trình kiến trúc hiện đại.

4.4 Thép ống

Thép ống được sản xuất dưới dạng ống tròn hoặc có tiết diện khác như vuông, chữ nhật, với chiều dài đa dạng và độ dày thành ống khác nhau. Chúng được chia thành nhiều loại như thép ống hàn, thép ống đúc, thép ống không gỉ,…

Thép ống hàn được sản xuất bằng cách uốn tấm thép thành hình ống và hàn lại nên có giá thành rẻ. Thép ống đúc được sản xuất bằng cách đúc thép nóng chảy vào khuôn, có độ bền cao, chịu áp lực tốt. Thép ống không gỉ có khả năng chống ăn mòn cao.

4.5 Thép cây

Thép cây được tạo ra thông qua quy trình cán nguội hoặc cán nóng. Với hình dạng tròn và dài, thép cây không chỉ là một thành phần chịu lực mạnh mẽ mà còn là biểu tượng của sự kiên nhẫn và sự liên tục trong quá trình sản xuất. Sự đa dạng về kích thước và chiều dài cho phép nó linh hoạt kết hợp với nhiều kiến trúc khác nhau.

Ngoài ra, sự đồng nhất về độ bền và chất lượng từng que thép cây đảm bảo hiệu suất ổn định trong các ứng dụng đa dạng như công trình giao thông, sản xuất ô tô, và ngành công nghiệp năng lượng.

Bên cạnh đó, tính chất linh hoạt của thép cây thường được thấy trong các dự án xây dựng nơi mà yêu cầu kỹ thuật đặc biệt. Chúng có thể uốn cong, cắt, và kết hợp nó để tạo ra các kiến trúc phức tạp, từ cầu cảng đến công trình nghệ thuật đương đại.

4.6 Thép tấm

Thép tấm được sản xuất dưới dạng tấm phẳng, có độ dày đa dạng từ vài mm đến hàng trăm mm. Thép tấm được chia thành nhiều loại dựa trên phương pháp sản xuất và thành phần hóa học, bao gồm thép tấm cán nóng, thép tấm cán nguội, thép tấm mạ kẽm (hay còn gọi là tôn), thép tấm không gỉ,… Mỗi loại có những tính chất và ứng dụng riêng.

Thép tấm cán nóng được sản xuất bằng cách cán phôi thép ở nhiệt độ cao nên có bề mặt nhám và độ dày lớn. Thép tấm cán nguội được cán ở nhiệt độ thường và có bề mặt nhẵn bóng với độ dày nhỏ hơn. Tôn là thép tấm được mạ một lớp kẽm để tăng khả năng chống ăn mòn, thường dùng làm mái nhà, vách ngăn.

Xem thêm: Tìm hiểu chi tiết về Tôn (Tole)

4.7 Thép cuộn

Thép cuộn được sản xuất và lưu trữ dưới dạng cuộn tròn, giúp tiết kiệm không gian và thuận tiện cho vận chuyển. Vật liệu này được phân loại thành thép cuộn cán nóng và thép cuộn cán nguội.

Thép cuộn cán nóng được sản xuất bằng cách cán phôi thép ở nhiệt độ cao, có bề mặt nhám, độ dày lớn. Thép cuộn cán nguội được cán ở nhiệt độ thấp hơn thường từ 700 đến 900 độ C nên có bề mặt nhẵn bóng và độ dày nhỏ hơn.

5. Ứng Dụng của Thép

Thép là vật liệu xây dựng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây, chúng ta sẽ tìm hiểu một vài ứng dụng của thép trong một vài lĩnh vực cụ thể:

Xây Dựng và Kiến Trúc: Thép là trụ cột của ngành xây dựng và kiến trúc. Từ cột trụ đến kết cấu nhà kho, tính chất chịu lực và đàn hồi của vật liệu này làm nền tảng cho việc xây dựng những công trình lớn, hiện đại.

Ngành Sản Xuất Ô Tô: Thép không chỉ được sử dụng để sản xuất động cơ ô tô mà còn được sử dụng trong sản xuất bảng điều khiển và các thành phần cơ khí, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao.

Công Nghiệp Điện Tử và Điện Lạnh: Thép được sử dụng để chế tạo các vật liệu dẫn điện và chịu nhiệt độ cao. Trong lĩnh vực điện lạnh, nó đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất thiết bị làm lạnh.

Công Nghiệp Đóng Tàu: Tính chất chống ăn mòn của thép làm cho nó trở thành nguyên liệu chính trong việc xây dựng các tàu biển và cầu cảng. Những nơi đối mặt với điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Công Nghiệp Năng Lượng: Thép là nguyên liệu chính trong sản xuất cấu trúc cho ngành công nghiệp năng lượng. Bao gồm cả các trạm điện và dự án năng lượng tái tạo. Ngoài ra, chúng còn đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng các công trình điện năng lượng mặt trời, giúp tận dụng nguồn năng lượng tái tạo.

Vật Dụng Hàng Ngày: Cả trong cuộc sống hàng ngày, từ đồ gia dụng đến đồ trang trí, thép là một phần không thể thiếu. Từ góc bếp đến chiếc đèn trang trí, tính linh hoạt của nó mang lại sự thoải mái và hiện đại.

Trên đây, Nhà Máy Cơ Khí P69 đã tổng hợp chi tiết các thông tin có liên quan đến thép cũng như ứng dụng và phân loại vật liệu này. Hy vọng những thông tin trên sẽ đem đến thông tin hữu ích và đầy đủ cho các bạn. Nếu có điều gì thắc mắc xin hãy vui lòng liên hệ với chúng tôi để có những giải đáp chi tiết nhất.

CÔNG TY CỔ PHẦN ĐẦU TƯ P69

• Nhà máy sản xuất: Km 18, đường Đại Lộ Thăng Long, Khu CN Thạch Thất Quốc Oai, Hà Nội
• Số điện thoại: 0966686969 | Hotline: 0989188982
• Email: kd1@cokhip69.com.vn
• Website: https://cokhip69.com.vn