Tìm hiểu vật liệu thép là gì? Phân loại thép

Vật liệu thép ngày nay được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực với đa dạng các sản phẩm khác nhau. Và trong ngành thép, hệ thống đường ống, vật liệu thép cũng được sử dụng để chế tạo, sản xuất các loại ống, phụ kiện và thiết bị công nghiệp. Vậy thép là gì? Cùng tìm hiểu các tính chất của thép, các loại thép thông dụng và các ứng dụng trong hệ thống đường ống.

Thép là gì? Thành phần của thép

Thép là hợp kim của sắt và carbon, trong đó thép có tỷ lệ các bon là 0.02% – 2.14% theo trọng lượng. Ngoài ra còn có nhiều nguyên tố khác góp phần tạo nên thép như:

• Silic (Si) được sử dụng để chống lại sự ăn mòn của H2SO4.
• Mangan (Mn) giúp khử oxy hóa trong quá trình nung chảy để ngăn ngừa hình thành chất bẩn sunfua sắt khiến thép bị nứt. Thông thường, hàm lượng Mn chiếm 0.5% – 0.8%.
• Crom (Cr) được sử dụng để tạo ra các loại thép không gỉ với hàm lượng dao động 10.5% – 26%).
• Niken (Ni) được thêm vào để gia tăng độ bền và độ dẻo của thép.
• Nito (N) được thêm vào một số loại thép để tăng cường độ bền.
• Molypden (Mo) được sử dụng để chống hiện tượng mòn lỗ chỗ hoặc nứt trên bề mặt thép.
• Lưu huỳnh (S) được thêm vào với một hàm lượng nhỏ để tăng khả năng năng gia công.
• Carbon (C) được thêm vào để làm tăng độ cứng, giảm đi sự di chuyển của các nguyên tử sắt trong cấu trúc tinh thể.

Các nguyên tố có trong thép có thể được điều chỉnh hàm lượng tạo nên nhiều loại thép với các tính chất khác nhau. Vậy nên, các loại thép trên thế giới rất đa dạng với hơn 3,000 loại.

Việc thay đổi tỷ lệ các nguyên tố giúp kiểm soát độ cứng, độ bền, độ dẻo, khả năng chịu uốn,…Thép cũng chống oxy hóa, chịu nhiệt và mài mòn, là vật liệu lý tưởng cho nhiều ngành, lĩnh vực khác nhau. Do đó, thép rất quan trọng trong công nghiệp hiện đại.

Tính chất của thép là gì?

• Độ dẻo: Thép dễ định hình, có độ dẻo tốt nên được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp và cơ khí. Ở nhiệt độ 500°C – 600°C, thép trở nên dẻo dai hơn nhưng khi ở mức nhiệt thấp hơn -10°C thì tính dẻo giảm và tới mức nhiệt -45°C, thép dễ bị giòn và nứt.
• Độ bền cao: Thép có khả năng chịu lực lớn mà không bị biến dạng, làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng xây dựng và công nghiệp. Độ cứng của thép phụ thuộc vào hàm lượng carbon và các nguyên tố hợp kim, giúp nó chống lại sự mài mòn và va đập.
• Khả năng hàn: Thép dễ dàng hàn, cho phép tạo thành các cấu trúc phức tạp.
• Khả năng chống ăn mòn: Hợp kim này có khả năng phản ứng với nhiều chất, thể hiện tính khử và oxy hóa. Nó dễ bị ăn mòn trong môi trường axit, tạo ra muối sắt và giải phóng khí hydro. Tuy nhiên, một số loại thép không gỉ có khả năng chịu được axit.
• Khả năng chịu nhiệt: Thép có khả năng chịu nhiệt tốt, ngay cả khi môi trường thay đổi nhiệt độ thì các tính chất cơ học của thép vẫn được đảm bảo. Vì vậy vật liệu thép được ứng dụng nhiều trong các hệ thống chịu nhiệt như lò hơi, các nhà máy sản xuất sử dụng nhiệt, công trình xử lý nhiệt.

Các loại thép phổ biến

Thép được tạo nên từ nhiều nguyên tố khác nhau, sự khác nhau về hàm lượng các chất dẫn đến các loại thép có đặc tính khác nhau, từ đó tạo nên các phân loại thép khác nhau.

Phân loại thép theo thành phần hóa học

Thép không gỉ

Thép không gỉ, hay còn gọi là inox, là hợp kim của sắt chứa ít nhất 10,5% crom. Đặc tính nổi bật của inox là khả năng chống oxy hóa, chống ăn mòn và không biến đổi màu sắc khi gặp điều kiện khắc nghiệt.

Inox thường được chia thành bốn nhóm chính: Austenitic, Ferritic, Duplex (Austenitic – Ferritic) và Martensitic. Nó có độ bền cao, dễ gia công và vệ sinh, với bề mặt sáng bóng hơn so với thép thông thường. Vì vậy thép không gỉ được sử dụng rất phổ biến ở nhiều ứng dụng khác nhau, từ dân dụng tới công nghiệp.

Thép hợp kim

Thép hợp kim là loại thép được cấu thành từ hai nguyên tố chính là sắt (Fe) và carbon (C), cùng với các nguyên tố khác nhằm thay đổi tính chất cơ học của thép.

Thép hợp kim được phân loại theo hàm lượng kim loại khác như sau:

• Hợp kim thấp: Tổng hàm lượng kim loại khác ≤ 2,5%.
• Hợp kim vừa: Tổng hàm lượng kim loại khác từ 2,5% đến 10%.
• Hợp kim cao: Tổng hàm lượng kim loại khác > 10%.

Việc bổ sung các nguyên tố như mangan, crôm, niken hay molypden giúp cải thiện độ bền, độ cứng và khả năng chống ăn mòn của thép, làm cho thép hợp kim trở thành vật liệu lý tưởng trong nhiều ứng dụng công nghiệp.

Thép carbon

Thép cacbon chủ yếu được cấu tạo từ sắt (Fe) và cacbon (C), với các nguyên tố khác có hàm lượng thấp và không đáng kể. Hàm lượng cacbon trong thép có thể điều chỉnh để tạo ra nhiều tính chất và công dụng khác nhau, từ đó tăng tính ứng dụng của nó.

Cụ thể, hàm lượng carbon được phân loại như sau:

• Thép carbon thấp: C ≤ 0,25%, thường mềm và dễ gia công.
• Thép carbon trung bình: C từ 0,25% đến 0,6%, có độ bền và khả năng chịu lực tốt.
• Thép carbon cao: C từ 0,6% đến 2%, cứng và bền, thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ cứng cao.

Nhờ vào khả năng điều chỉnh hàm lượng cacbon, thép carbon trở thành vật liệu linh hoạt, được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, chế tạo máy và nhiều lĩnh vực khác.

Phân loại thép theo phương pháp chế tạo

• Thép cán nóng thường được áp dụng trong việc sản xuất các loại thép hình, thép ống, thép tấm hoặc dây điện.
• Thép cán nguội thường được áp dụng để sản xuất thép dải hoặc thép tấm mỏng với kích thước chính xác, có bề mặt nhẵn và cơ tính tốt.
• Thép kéo nguội được áp dụng phương pháp kéo nguội để sản xuất dây thép, thép tròn, thép thanh lục giác (D < 50mm), thép ống (D < 76mm).
• Thép rèn được dùng để chế tạo các chi tiết, phụ kiện với khả năng chịu va đập tốt, có độ dẻo lớn và các đặc tính cơ học tốt. 
• Thép đúc có hàm lượng C ~0.15 – 0.6%, được xử lý nhiệt và tạo hợp kim để cải thiện các tính chất của thép. Thép đúc được dùng để chế tạo những chi tiết yêu cầu độ bền, độ dẻo cao.

Phân loại theo mục đích sử dụng

• Thép kết cấu được ứng dụng trong ngành xây dựng, lắp ráp và chế tạo máy, cơ khí,…
• Thép dụng cụ dùng để sản xuất các loại dụng cụ gia dụng, thiết bị đo lường,…
• Thép có tính chất vật lý đặc biệt như từ tính, hệ số nở dài thấp,…
• Thép có tính chất hóa học đặc biệt như thép không gỉ, thép chịu nhiệt,…

Các ứng dụng của thép trong hệ thống đường ống

Thép là một trong nhiều loại vật liệu được ứng dụng rộng rãi ở các lĩnh vực, ngành nghề khác nhau. Thế nhưng, đối với các hệ thống đường ống, thép được ứng dụng như sau:

Sản xuất van

Thép là một trong các loại vật liệu có khả năng chịu lực, chịu nhiệt tốt với tuổi thọ cao. Vì vậy vật liệu thép được ứng dụng để chế tạo, sản xuất các loại van công nghiệp như van cổng thép, van bướm thép tay quay, van bi thép, van cầu thép, van một chiều thép.

Các loại van thép được ứng dụng trong các hệ thống yêu cầu chịu lực hoặc môi trường làm việc khắc nghiệt.

Sản xuất phụ kiện

Thép được sử dụng để sản xuất các loại phụ kiện như mặt bích, co, tê, rắc co, lơ, kép,… giúp kết nối thiết bị, phụ kiện và đường ống. Phụ kiện thép có khả năng chịu lực tốt, đảm bảo tính ổn định cho toàn bộ hệ thống đường ống.

Sản xuất đường ống

Thép có khả năng chịu áp lực cao và chống ăn mòn, giúp đường ống hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện khác nhau, gồm cả các môi trường khắc nghiệt. Bên cạnh đó, thép dễ dàng được định hình và hàn, cho phép sản xuất các đường ống với kích thước và hình dạng đa dạng.

Như vậy, Phụ kiện ống THP đã giới thiệu thép là gì, đặc điểm và các loại thép thông dụng. Đồng thời chúng tôi cũng chia sẻ những ứng dụng của thép đối với hệ thống đường ống.