Thép là gì?
Vật liệu thép là gì?
Thép (tiếng Anh: Steel) là vật liệu xây dựng phổ biến được làm chủ yếu từ sắt và carbon. Nó là một hợp kim của sắt và các nguyên tố khác, bao gồm carbon, mangan, silicon và đôi khi là các kim loại khác, chẳng hạn như niken và crom.
Hàm lượng carbon của thép thường dao động từ 0,2% đến 2,1%, quyết định độ bền và độ cứng của thép. Hàm lượng carbon cao hơn dẫn đến thép cứng hơn và cứng hơn, nhưng cũng làm cho thép giòn hơn.
Thép được sản xuất bằng cách nung nóng sắt và các nguyên tố khác trong lò nung ở nhiệt độ cao, khiến chúng tan chảy và kết hợp với nhau. Kim loại nóng chảy thu được sau đó được đổ vào khuôn và làm nguội để tạo ra nhiều hình dạng khác nhau, chẳng hạn như tấm, tấm, thanh và dầm.
Thép được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, sản xuất và nhiều ngành công nghiệp khác vì nó chắc, bền và tương đối rẻ. Nó được sử dụng để làm mọi thứ từ các tòa nhà và cây cầu đến ô tô và các thiết bị gia dụng.
Ngày này thép là một trong những vật liệu, có thể nói không thể thiếu trong việc phát triển các ngành nghề khác nhau. Đặc biệt trong đó phải kể đến các lĩnh vực cơ khí, các ngành công nghiệp nặng. Đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng, thép đóng góp một phần không nhỏ để tạo ra những công trình lớn.
Tính chất của vật liệu thép
Tính chất vật lý
Đối với vật liệu thép cũng tương tự như các dòng vật liệu gang, hay vật liệu đồng. Đó là đều có những tính chất riêng, mời bạn đọc cùng tham khảo qua.
- Tỷ trọng: Thép có tỷ trọng tương đối cao, thường dao động từ 7.700 đến 8.050 kg/m³ tùy thuộc vào loại và mác thép. Mật độ này làm cho thép nặng và bền, đồng thời mang lại độ ổn định và độ bền tốt trong các ứng dụng kết cấu.
- Độ bền: Thép là một vật có độ bền kéo và độ bền cao. Độ bền của thép có thể rất khác nhau tùy thuộc vào thành phần và quá trình xử lý, nhưng nhìn chung nó mạnh hơn nhiều so với hầu hết các vật liệu xây dựng thông thường khác.
- Độ cứng: Thép là vật liệu tương đối cứng, với mức độ cứng phụ thuộc vào hàm lượng carbon và các nguyên tố hợp kim khác. Độ cứng rất quan trọng đối với nhiều ứng dụng, bao gồm dụng cụ cắt và các thành phần kết cấu cần chống mài mòn và biến dạng.
- Độ dẻo: Thép là vật liệu rất dẻo, có nghĩa là nó có thể dễ dàng tạo hình hoặc tạo hình mà không bị nứt hoặc gãy. Thuộc tính này làm cho nó hữu ích cho nhiều ứng dụng, bao gồm cả xây dựng và sản xuất.
- Tính dẫn điện: Thép là chất dẫn nhiệt và điện tốt, giúp nó trở nên hữu ích trong nhiều ứng dụng điện và công nghiệp.
- Tính chất từ tính: Tùy thuộc vào thành phần và quá trình xử lý, thép có thể thể hiện tính chất từ tính. Điều này có thể làm cho nó hữu ích cho các ứng dụng như máy biến áp điện, nơi cần có lõi từ tính.
Thép có tỷ trọng 7.850 kg / m3, đặc gấp 7,85 lần nước. Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu thép là 1,510 độ C, cao hơn của hầu hết các kim loại khác. Khi so sánh nhiệt độ nóng chảy của đồng là 1,040 độ C, của gang là 1,300 độ C và của niken là 1,453 độ C. Tuy nhiên, vonfram nóng chảy ở nhiệt độ nóng chảy 3,410 C, điều này không có gì đáng ngạc nhiên vì phần tử này được sử dụng trong dây tóc bóng đèn.
Tính chất hóa học
Thép có một số tính chất hóa học quan trọng góp phần vào hiệu suất và tính phù hợp của nó đối với các ứng dụng khác nhau. Các tính chất hóa học chính của thép:
- Thành phần: Thép chủ yếu bao gồm sắt và carbon, cùng với nhiều nguyên tố khác với số lượng nhỏ hơn. Thành phần của thép có thể rất khác nhau tùy thuộc vào loại hoặc loại thép cụ thể và các đặc tính cụ thể được yêu cầu.
- Chống ăn mòn: Thép dễ bị ăn mòn, đặc biệt là khi có độ ẩm và oxy. Tuy nhiên, nó có thể được xử lý hoặc tráng phủ để cải thiện khả năng chống ăn mòn hoặc hợp kim hóa với các kim loại khác để tăng cường khả năng chống ăn mòn.
- Quá trình oxy hóa: Thép có thể trải qua quá trình oxy hóa, đặc biệt khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Điều này có thể làm cho thép yếu đi hoặc trở nên giòn hơn theo thời gian, đặc biệt nếu nó tiếp xúc với oxy hoặc các loại khí phản ứng khác.
- Khả năng phản ứng: Thép có thể phản ứng với các hóa chất khác nhau, đặc biệt là axit và bazơ. Điều này có thể dẫn đến thay đổi tính chất hoặc cấu trúc của thép, đặc biệt nếu phản ứng kéo dài hoặc dữ dội.
- Khả năng chịu nhiệt: Thép có thể chịu được nhiệt độ cao, đặc biệt khi nó được hợp kim với các nguyên tố như crom, niken hoặc molypden. Điều này cho phép nó được sử dụng trong các ứng dụng có liên quan đến nhiệt độ cao, chẳng hạn như trong lò nung, động cơ hoặc tua-bin.
Tính chất hóa học của thép là một cân nhắc quan trọng khi lựa chọn và sử dụng vật liệu này cho các ứng dụng khác nhau. Xử lý đúng cách và lựa chọn loại hoặc loại thép thích hợp có thể giúp tối ưu hóa hiệu suất của nó và giảm thiểu khả năng bị ăn mòn hoặc các phản ứng hóa học khác.
Một số mẫu thép hiện nay
Hiện tại đối với vật liệu thép, có ba loại chính như sau.
Vật liệu thép thép cacbon
Thép cacbon bao gồm sắt và 0,12 – 2,00 phần trăm cacbon. Định nghĩa rộng hơn bao gồm thép hợp kim, cũng có thể chứa hàm lượng hợp kim lên đến 10,5%. Ngay cả trong giới hạn hai điểm phần trăm của cacbon, vẫn có sự khác biệt rất lớn về các tính chất vật lý – đặc biệt là độ cứng.
Khi mọi người nói về thép cacbon, họ thường đề cập đến thép cacbon cao được sử dụng trong dao và dụng cụ. Thép cacbon cao rất cứng nên có khả năng chống mài mòn và giữ hình dạng tốt. Chúng có thể chịu được lực đáng kể trước khi biến dạng. Thật không may, kim loại cứng cũng rất giòn: khi đặt dưới ứng suất kéo cực cao, thép cacbon cao có nhiều khả năng bị nứt hơn là bị uốn cong.
Thép cacbon thấp phổ biến hơn thép cacbon cao vì chi phí sản xuất thấp hơn, độ dẻo cao hơn, và dễ sử dụng trong sản xuất. Thép cacbon thấp có xu hướng biến dạng dưới ứng suất hơn là bị gãy, và độ dẻo đó làm cho thép cacbon thấp dễ gia công và hàn. Chúng thường được sử dụng trong các tấm thân ô tô, bu lông, đồ đạc, ống liền mạch và tấm thép.
Vật liệu thép không gỉ
Thép không gỉ có lẽ là loại nổi tiếng nhất trên thị trường. Đặc điểm sáng bóng và thường có khoảng 10 đến 20% crom, là nguyên tố hợp kim chính của chúng.
Sự kết hợp này cho phép thép không gỉ rất dễ đúc thành các hình dạng khác nhau. Do dễ dàng thao tác, linh hoạt và chất lượng, thép không gỉ có thể được tìm thấy trong thiết bị phẫu thuật, ứng dụng gia đình, đồ bạc, và thậm chí được sử dụng làm lớp phủ bên ngoài cho các tòa nhà thương mại / công nghiệp.
Vật liệu thép hợp kim
Thép hợp kim là một loại thép được hợp kim hóa với nhiều hơn một nguyên tố (nguyên tố hợp kim) và những nguyên tố này được thêm vào để tăng cường độ, độ cứng, khả năng chống mài mòn và độ dẻo dai. Các nguyên tố hợp kim bổ sung được thêm vào cấu trúc sắt và cacbon cơ bản thường có tổng số không quá 5% thành phần vật liệu của thép hợp kim.
Một vài ưu điểm của thép hợp kim:
Tăng cường khả năng chống ăn mòn
Tăng cường độ cứng
Ứng dụng của vật liệu thép trong cuộc sống hằng ngày
Với những gì mà vật liệu thép có được và đem lại cho người tiêu dùng. Chính vì thế mà vật liệu thép được ứng dụng cho rất nhiều lĩnh vực khác nhau.
Ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng
Đối với xây dựng vật liệu thép vô cùng quan trọng, nếu không có thép chắc chắn những công trình cho dù là lớn hay nhỏ. Sẽ không thể nào hoàn thiện được hết. Đối với thép, nó giống như là bộ khung của công trình vậy. Tại mỗi vị trí, mà số thép và đường kính thanh thép sẽ khác nhau.
Mình lấy ví dụ như, với những thanh thép dùng cho các hệ thống nhà xưởng công thép. Tần như các phần cột và những thanh dầm chịu lực, sử dụng hoàn toàn từ vật liệu thép.
Ứng dụng trong công nghiệp đóng tàu
Và một trong lĩnh vực không thể bỏ qua được, đó là lĩnh vực đóng tàu. Hàng năm ngành công nghiệp đóng tàu, sử dụng hàng trăm tấn thép để đóng tàu mới.
Với ưu điểm bền bỉ, thép được sử dụng nhiều để đóng các lớp vỏ tàu bên ngoài. Phần nào đó làm tăng tuổi thọ của con tàu. Không những thế với khả năng chịu nhiệt và mài mòn tốt, thì vật liệu thép chắc chắn là lựa chọn hàng đầu cho lĩnh vực sáng tàu.
Ứng dụng chế tạo van công nghiệp
Nằm trong nhóm ngành công nghiệp, van công nghiệp đóng góp phần lớn trong việc. Giúp con người điều tiết và sử dụng dòng chảy đúng theo nhu cầu sử dụng. Trong đó phải kể tới những dòng van công nghiệp được chế tạo từ vật liệu thép.
Van cổng thép là sản phẩm chuyên dùng cho hệ thống nước thải, dầu, hệ thống hơi, hoá chất. Tuỳ vào mỗi vật liệu thép cho phép sản phẩm ứng dụng cho từng hệ thống làm việc khác nhau.
Ngoài van cổng thép ra, chúng ta còn có thêm sản phẩm van bi thép. Với van bi thép thường sử dụng cho những vị trí có kích thước đường ống không quá cao. Đặc điểm nhận dạng bên ngoài, trên thân được đúc nổi khối dòng chữ WCB. Thân được cấu thành từ hai bộ phận khác nhau, bạn cũng có thể gọi là van bi thép hai thân.
Van cầu thép là sản phẩm có hai dạng thiết kế chính, một là dạng thân được thiết kế hình chữ ngã. Hài là dạng với thân được thết kế theo dạng bầu. Về phần ứng dụng, không khác quá nhiều so với những dòng sản phẩm ở trên. Điểm cộng cho sản phẩm van cầu thép đó là, có thể sử dụng trong hệ thống có áp lực lên tới PN40.
Van bướm thép là sản phẩm có thiết kế khác rất nhiều so với van bướm inox hoặc gang thông thường, Với việc gioăng làm kín được chế tạo từ kim loại, cho phép sử dụng trong môi trường có nhiệt độ cao. Chính vì thế mà van bướm thép, có thể ứng dụng trong môi trường làm việc lên tới 400 độ C.
Quá trình sản xuất thép
Trong suốt quá trình sản xuất, các biện pháp kiểm soát chất lượng khác nhau được thực hiện để đảm bảo rằng thép đáp ứng các yêu cầu cụ thể về độ bền, độ bền và các đặc tính khác. Quá trình này có thể khác nhau tùy thuộc vào loại thép cụ thể được sản xuất, cũng như thiết bị và kỹ thuật được sử dụng bởi nhà sản xuất. Quá trình sản xuất thép bao gồm một số giai đoạn:
- Luyện gang: Bước đầu tiên trong sản xuất thép là luyện gang. Điều này liên quan đến việc chiết xuất sắt từ quặng sắt, được khai thác từ trái đất. Quặng sắt đầu tiên được nghiền nát và sau đó nung trong lò để loại bỏ tạp chất và chuyển hóa thành oxit sắt.
- Luyện thép: Bước tiếp theo là luyện thép, bao gồm việc chuyển đổi oxit sắt thành thép. Điều này được thực hiện bằng cách thêm carbon và các nguyên tố khác vào sắt trong lò nung, sau đó nung nóng hỗn hợp đến nhiệt độ rất cao. Kết quả là một hỗn hợp nóng chảy của thép và xỉ, sau đó được tinh chế và xử lý để loại bỏ tạp chất.
- Đúc: Sau khi thép đã được tinh chế, nó được đúc thành các hình dạng và kích cỡ khác nhau bằng cách sử dụng khuôn hoặc các quy trình đúc khác. Điều này có thể bao gồm đúc thành tấm, phôi hoặc thỏi.
- Cán: Thép sau đó được nung nóng và cán thành nhiều dạng và hình dạng khác nhau, chẳng hạn như tấm, tấm, thanh và dầm. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng các máy cán khác nhau và các thiết bị khác.
- Hoàn thiện: Cuối cùng, thép được hoàn thiện để đáp ứng các yêu cầu cụ thể, chẳng hạn như hoàn thiện bề mặt, kích thước và hình dạng. Điều này có thể bao gồm quá trình cắt, gia công và hoàn thiện khác.
