Thép – Tìm hiểu về Thép xây dựng

Thép là hợp kim với thành phần chính là sắt (Fe), với cacbon (C), từ 0,02% đến 2,06% theo trọng lượng, và một số nguyên tố hóa học khác.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thép – Tìm hiểu về Thép xây dựngThép – Tìm hiểu về Thép xây dựngThép là hợp kim với thành phần chính là sắt (Fe), với cacbon (C), từ 0,02%đến 2,06% theo trọng lượng, và một số nguyên tố hóa học khác. Chúng làmtăng độ cứng, hạn chế sự di chuyển của nguyên tử sắt trong cấu trúc tinh thểdưới tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau. Số lượng khác nhau củacác nguyên tố và tỷ lệ của chúng trong thép nhằm mục đích kiểm soát cácmục tiêu chất lượng như độ cứng, độ đàn hồi, tính dể uốn, và sức bền kéođứt. Thép với tỷ lệ cacbon cao có thể tăng cường độ cứng và cường lực kéođứt so với sắt, nhưng lại giòn và dễ gãy hơn. Tỷ lệ hòa tan tối đa của carbontrong sắt là 2,06% theo trọng lượng ( ở trạng thái Austenit) xảy ra ở 1.147 độC; nếu lượng cacbon cao hơn hay nhiệt độ hòa tan thấp hơn trong quá trìnhsản xuất, sản phẩm sẽ là xementit có cường lực kém hơn. Pha trộn vớicacbon cao hơn 2,06% sẽ được gang. Thép cũng được phân biệt với sắt rèn,vì sắt rèn có rất ít hay không có cacbon, thường là ít hơn 0,035%. Ngày nayngười ta gọi ngành công nghiệp thép (không gọi là ngành công nghiệp sắt vàthép), nhưng trong lịch sử, đó là 2 sản phẩm khác nhau. Ngày nay có một vàiloại thép mà trong đó cacbon được thay thế bằng các hỗn hợp vật liệu khác,và cacbon nếu có, chỉ là không được ưa chuộng.Trước thời kì Phục Hưng người ta đã chế tạo thép với nhiều phương phápkém hiệu quả, nhưng đến thế kỉ 17 sau tìm ra các phương pháp có hiệu quảhơn thì việc sử dụng thép trở nên phổ biến hơn. Với việc phát minh ra quytrình Bessemer vào giữ thế kỉ 19, thép đã trở thành một loại hàng hoá đượcsản xuất hàng loạt ít tốn kém. Trong quá trình sản xuất càng tinh luyện tốthơn như phương pháp thổi ôxy, thì giá thành sản xuất càng thấp đồng thờităng chất lượng của kim loại. Ngày nay thép là một trong những vật liệu phổbiến nhất trên thế giới và là thành phần chính trong xây dựng, đồ dùng, côngnghiệp cơ khí. Thông thường thép được phân thành nhiều cấp bậc và đượccác tổ chức đánh giá xác nhận theo chuẩn riêng.Cũng như hầu hết các kim loại, về cơ bản, sắt không tồn tại ở vỏ Trái Đấtdưới dạng nguyên tố, nó chỉ tồn tại khi kết hợp với ôxy hoặc lưu huỳnh. Sắtở dạng khoáng vật bao gồm Fe2O3-một dạng của ôxít sắt có trong khoángvật hematit, và FeS2 – quặng sunfit sắt. Sắt được lấy từ quặng bằng cáchkhử ôxy hoặc kết hợp sắt với một nguyên tố hoá học như cacbon. Quá trìnhnày được gọi là luyện kim, được áp dụng lần đầu tiên cho kim loại với điểmnóng chảy thấp hơn. Đồng nóng chảy ở nhiệt độ hơn 1.080 °C, trong khithiếc nóng chảy ở 250 °C. Pha trộn với cacbon trong sắt cao hơn 2,06% sẽđược gang, nóng chảy ở 1.392 °C. Tất cả nhiệt độ này có thể đạt được vớicác phương pháp cũ đã được sử dụng ít nhất 6.000 năm trước. Khi tỉ lệ ôxyhoá tăng nhanh khoảng 800 °C thì việc luyện kim phải diễn ra trong môitrường có ôxy thấp.Trong quá trình luyện thép việc trộn lẫn cacbon và sắt có thể hình thành nênrất nhiều cấu trúc khác nhau với những đặc tính khác nhau. Hiểu được điềunày là rất quan trọng để luyện thép có chất lượng. Ở nhiệt độ bình thường,dạng ổn định nhất của sắt là sắt ferrit có cấu trúc lập phương tâm khối(BCC) hay sắt, một chất liệu kim loại mềm, có thể phân huỷ một lượng nhỏcacbon (không quá 0,02% ở nhiệt độ 911 °C). Nếu trên 911 °C thì ferrit sẽchuyển từ tâm khối (BCC) sang tâm mặt (FCC), được gọi là austenit, loạinày cũng là một chất liệu kim loại mềm nhưng nó có thể phân huỷ nhiềucacbon hơn ( 2,06% cacbon nhiệt độ 1.147 °C). Một cách để loại bỏ cacbonra khỏi austenit là loại xementit ra khỏi hỗn hợp đó, đồng thời để sắt nguyênchất ở dạng ferit và tạo ra hỗn hợp xementit-ferrit. Xementit là một hợp chấthoá học có công thức là Fe3C.Thép hiện đạiThép hiện đại được chế tạo bằng nhiều các nhóm hợp kim khác nhau, tùytheo thành phần hóa học của các nguyên tố cho vào mà cho ta các sản phẩmphù hợp với công dụng riêng rẽ của chúng. Thép cacbon bao gồm hainguyên tố chính là sắt và cacbon, chiếm 90% tỷ trọng các sản phẩm thép làmra. Thép hợp kim thấp có độ bền cao được bổ sung thêm một vài nguyên tốkhác (luôn bền và nâng cao độ cứng bề mặt, có thể áp dụng công nghệ thấm cácbon, tôivà ram thấp.- Thép hoá tốt: Là thép có thành phần cácbon vào khoảng 0,3 – 0,5%, cơtính ở trạng thái cung cấp tương đối cao. Sau nhiệt luyện hoá tốt (tôi và ramcao), chúng sẽ có cơ tính tổng hợp cao nhất. Để nâng cao khả năng chốngmài mòn bề mặt của thép này, sau nhiệt luyện hoá tốt phải tôi bề mặt và ramthấp.- Thép đàn hồi: Là thép có hàm lượng cácbon tương đối cao (0,5 – 0,7%),chuyên dùng để chế tạo các chi tiết đàn hồi : nhíp, lò xo,…Để có giới hạnđàn hồi cao nhất thì phải qua tôi và ram trung bình.Thép thấm cácbonThép thấm cácbon (thép cacbon) là loại thép có hàm lượng cácbon thấp (0,1– 0,25%), dùng để chế tạo các chi tiết yêu cầu lõi dẻo, dai, chịu được va đậpcòn bề mặt có độ cứng cao để chịu mài mòn. Thành phần hoá học:- Cácbon: hàm lượng cácbon thường nằm trong giới hạn 0,1 – 0,25% để lõichi tiết có độ dẻo và dai cao. Với các chi tiết lớn, để nâng cao độ bền lõi,hàm lượng cácbon có thể đến 0,3%.- Các nguyên tố hợp kim: Hợp kim hoá cho thép thấm cácbon nhằm hai mụcđích: tăng độ thấm tôi và thúc đẩy quá trình thấm cácbon vào thép. Cácnguyên tố tạo cácbít thường được dùng cho mục đích này. Ngoài ra, vì quátrình thấm xảy ra ở nhiệt độ cao và trong thời gian dài nên các nguyên tốhợp kim phải không làm hạt lớn. Các nguyên tố thường dùng là: Cr, Mn,V,Mo, Ti (Dùng kèm với Mn giữ nhỏ hạt vì Mn có xu hướng làm thô hạt),…Các thép thấm thường có Ni với hàm lượng 2 – 4% vì Ni có tác dụng tăngđộ thấm tôi, giữ hạt nhỏ và làm tăng mạnh độ dai va đập.Trong thép thấm cácbon không nên có Si, Co và các nguyên tố này đẩy C rakhỏi thép, ngăn cản quá trình thấm.Các mác thép – ứng dụng và nhiệt luyện thép thấm cácbon:Thép hoá tốtThép hoá tốt là loại thép có hàm lượng cácbon nằm trong khoảng từ 0,3 –0,5 %, là loại thép chuyên dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải ...