Thép, một thuật ngữ thực sự mô tả toàn bộ họ hợp kim kim loại, là một loại kim loại linh hoạt và phổ biến với nhiều ứng dụng và cách sử dụng khác nhau. Có nhiều loại thép nhưng hầu hết các loại thép được chia thành hai loại lớn, thép cacbon và thép không gỉ. Mặc dù chúng có cùng thành phần cơ bản là sắt và cacbon, các loại thép có xu hướng có nhiều nguyên tố hợp kim khác nhau. Thép cacbon có xu hướng có hàm lượng crôm dưới 10,5%, nhưng thép phải có ít nhất 10,5% crôm để được coi là không gỉ. Những khác biệt này mang lại cho mỗi loại thép các đặc tính tương ứng của nó.

Thép không gỉ

Thép không gỉ đề cập đến một loại thép được định nghĩa bằng cách bổ sung crom và một số nguyên tố hợp kim khác như niken. Đôi khi nó được gọi là thép inox vì nó được thiết kế để bảo vệ chống lại quá trình oxy hóa và vì vậy nó là ‘không thể oxy hóa.’ Khi tiếp xúc với oxy, sắt sẽ oxy hóa, làm cho nó bị rỉ sét, tuy nhiên crom có ​​thể tiếp xúc với oxy mà không trải qua quá trình này. Do đó, thép không gỉ được tạo một lớp crom bảo vệ để tạo ra một rào cản giữa oxy môi trường và hàm lượng sắt của kim loại. Điều này cho phép nó chống lại sự ăn mòn hoặc rỉ sét và làm cho nó trở nên ‘không gỉ’.

Các loại thép không gỉ

Các mức độ crom khác nhau của thép không gỉ sẽ mang lại cho nó các tính chất khác nhau, với hàm lượng crom thấp hơn thường tạo ra một loại thép rẻ hơn nhưng kém bền hơn. Có nhiều loại thép không gỉ khác nhau, bao gồm:

• Austenitic , loại thép không gỉ được sử dụng rộng rãi nhất, với độ bền sản lượng thấp nhưng khả năng chống ăn mòn và nhiệt mạnh, thường được sử dụng trong đồ gia dụng, đường ống công nghiệp và tàu, xây dựng và mặt tiền kiến ​​trúc – đây là họ thép không gỉ lớn nhất và tạo nên khoảng 2/3 tổng sản lượng thép không gỉ
• Ferritic , một dạng thép thường không có niken, thường có khả năng chống ăn mòn, nhiệt và chống nứt tốt hơn các loại phổ biến hơn và thường được sử dụng trong máy giặt, nồi hơi và kiến ​​trúc trong nhà
• Martensitic , có xu hướng từ tính và ít chống ăn mòn hơn các loại thép không gỉ khác do hàm lượng crom thấp – những loại matels này rất cứng và bền và được sử dụng để làm dao và cánh tuabin
• Duplex , một hỗn hợp của thép Austenit và thép Ferit, làm cho nó vừa bền vừa dẻo, có độ bền năng suất cao gấp đôi thép không gỉ Austenit, được sử dụng trong các ngành công nghiệp giấy, bột giấy, đóng tàu và hóa dầu
• Kết tủa , với khả năng chống ăn mòn của kim loại Austenit, nhưng có thể được làm cứng ở cường độ cao hơn, và do đó có thể được tạo ra cực kỳ mạnh khi các nguyên tố khác như nhôm, đồng và niobi được thêm vào

Thuận lợi

• Tính chất chống ăn mòn
• Chịu nhiệt độ cao và thấp
• Tồn tại nhiều loại
• Mạnh mẽ và có độ bền cao
• Bảo trì thấp và dễ dàng làm sạch
• Bền lâu, với chi phí tương đối thấp trong suốt vòng đời của nó
• Có thể được hoàn thiện đặc biệt nếu muốn có vẻ ngoài thẩm mỹ hấp dẫn và không dễ bị xỉn màu
• Thân thiện với môi trường và có thể tái chế

Nhược điểm

• Chi phí cao, đặc biệt là chi phí ban đầu
• Có thể là một kim loại khó xử lý, đặc biệt là nếu không có máy móc và kỹ thuật công nghệ cao nhất
• Thường có thể dẫn đến lãng phí tốn kém và phải làm lại

Các ứng dụng

Thép không gỉ có nhiều mục đích sử dụng và ứng dụng công nghiệp, tùy thuộc vào loại thép được sử dụng. Thép không gỉ lần đầu tiên được Ford sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô vào những năm 1930 bởi Ford, và kể từ đó được sử dụng trong ô tô cho các hệ thống ống xả, vỉ nướng, đồ trang trí và các thành phần cấu trúc. Điều này mở rộng sang chế tạo máy bay, nơi nó được sử dụng trong khung máy bay, động cơ phản lực và thiết bị hạ cánh. Khả năng chống ăn mòn, bảo trì thấp và dễ dàng làm sạch nên nó rất hữu ích cho việc vận chuyển và tương tác với hóa chất, và nó thường được sử dụng trong môi trường sạch sẽ và vô trùng. Vì vậy, công nghệ y tế cũng là một ứng dụng khá phổ biến.

Sức mạnh, khả năng chống chịu và tính linh hoạt của một số loại thép không gỉ nhất định làm cho nó trở thành một đặc điểm chung trong kiến ​​trúc, một đặc tính được hỗ trợ bởi các tính năng thẩm mỹ và kết thúc hấp dẫn của nó. Ví dụ, thép không gỉ thường được sử dụng trong Nhà ga Eurostar ở London và Cầu Helix ở Singapore.

Một trong những ứng dụng phổ biến hàng ngày của thép không gỉ là trong thực phẩm và ngành công nghiệp ăn uống, nơi nó được sử dụng để sản xuất đồ nấu nướng, dao kéo, phụ kiện nhà bếp và thiết bị. Các đồ dùng như dao được làm từ các loại thép không gỉ kém dẻo, trong khi các loại dễ uốn hơn được sử dụng cho đồ nướng, lò nướng, xoong chảo và bồn rửa.

Thép carbon

Mặt khác, thép cacbon có hàm lượng crom thấp hơn nhiều và thay vào đó là hợp kim sắt cacbon chỉ với một số vật liệu khác, nếu có, như một phần cấu tạo nên nó. Do đó, nó có thể được gọi là thép ‘hợp kim thấp’. Cả thép không gỉ và thép cacbon đều có thành phần cơ bản này, nhưng thép cacbon có thể được xác định bằng hàm lượng cacbon của nó. Con số này bình thường là khoảng 2-2,5%, tuy nhiên con số này thường thay đổi. Mặc dù dễ bị gỉ không giống như thép không gỉ, thép cacbon thường rẻ hơn và có các đặc tính cơ học khác nhau dựa trên hàm lượng cacbon.

Thép cacbon thấp yếu hơn và mềm hơn, nhưng có thể gia công và hàn dễ dàng; trong khi thép cacbon cao cứng hơn, nhưng khó gia công hơn đáng kể.

Các loại thép cacbon

Yếu tố xác định của bất kỳ hợp kim thép cacbon nào là hàm lượng cacbon của nó, và vì vậy đây là cách các loại thép cacbon khác nhau được sắp xếp và phân loại.

• Thép cacbon thấp : dạng thép cacbon được sử dụng rộng rãi nhất, với hàm lượng cacbon dưới 0,25% – chúng thường tương đối yếu và mềm hơn nhưng dễ hàn và dễ uốn hơn, vì vậy thường được sử dụng để gia công và hàn với giá thành thấp. Giá cả
• Thép cacbon trung bình : với hàm lượng cacbon 0,25-0,6% và hàm lượng mangan 0,6-1,65%, những kim loại này có thể được cải thiện thông qua xử lý nhiệt, mặc dù điều này chỉ có thể được thực hiện trên các phần rất mỏng trừ khi các nguyên tố hợp kim bổ sung được thêm vào – những loại thép này mạnh hơn nhưng kém dẻo hơn thép cacbon thấp hơn
• Thép cacbon cao : đây là loại thép cacbon cứng nhất và cứng nhất, có độ dẻo thấp nhất, rất chịu mài mòn và hầu như luôn được tôi cứng và tôi luyện – chúng có xu hướng có hàm lượng cacbon từ 0,6-1,25% và mangan là 0,3-0,9%.

Thuận lợi

• Tăng sức mạnh
• Ít tốn kém hơn thép không gỉ
• Chống mài mòn
• Bền và chống sốc
• An toàn khi xử lý và làm việc so với các kim loại khác
• Thân thiện với môi trường và dễ tái chế

Nhược điểm

• Mạnh mẽ và đôi khi khó làm việc
• Dòn, không dễ uốn cong hoặc khuôn
• Dễ bị gỉ và ăn mòn hơn
• Vẻ ngoài kém hấp dẫn, không thể đạt được độ hoàn thiện của thép không gỉ

Các ứng dụng

Các loại thép cacbon khác nhau được áp dụng cho nhiều ngành và lĩnh vực khác nhau. Thép các-bon thấp có thể được sử dụng trong các bộ phận thân ô tô, đường ống, các bộ phận xây dựng và cầu, và đồ hộp thực phẩm. Thép cacbon trung bình rất hữu ích cho đường ray xe lửa, bánh xe lửa, trục khuỷu, bánh răng và các bộ phận máy móc đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai cao hơn, và thép cacbon cao tương tự được sử dụng trong các công cụ cắt, làm lò xo dây có độ bền cao và khuôn dập vì độ cứng của nó.

Thép không gỉ có thể hàn với thép cacbon không?

Mặc dù về mặt kỹ thuật, có thể hàn các loại kim loại khác nhau này với nhau, nhưng sự đồng thuận phổ biến là không nên làm như vậy. Việc hàn carbon và thép không gỉ thường không được thực hiện vì chúng có mức độ dẫn điện khác nhau. Thép cacbon thường được nung nóng trước trong quá trình hàn điện trở vì nó dẫn điện tốt hơn và không nóng lên nhanh như thép không gỉ. Do đó, việc đạt được nhiệt độ mối hàn phù hợp thường vô cùng khó khăn. Do đó, người ta khuyên rằng các loại thép tương tự được hàn với nhau hơn là trộn và kết hợp.