Thép là gì? Thành phần hóa học và đặc tính cơ bản của thép

Thép là gì? Đặc tính của thép như thế nào? Hãy cùng tham khảo thông tin cơ bản nhất của thép và ứng dụng của thép trong dân dụng và công nghiệp.

Thép một trong những vật liệu quan trọng trong công nghiệp và xây dựng

Thép là gì?

Thép (Steel) là một dạng hợp kim của sắt (Fe) với thành phần chính à Sắt (Fe) và Các bon (C). Trong đó tỉ lệ nguyên tố C chiếm khoảng 0,02% – 2,14% theo trọng lượng và một số nguyên tố khác.

Hàm lượng C và các nguyên tố khác làm tăng độ cứng và hạn chế sự di chuyển của nguyên tử sắt (Fe) trong cấu trúc tinh thể dưới tác động của nhiều nguyên nhân khác nhau. Hàm lượng tỉ lệ các nguyên tố có trong thép sẽ tạo nên các đặc tính riêng biệt của chúng như độ cứng, độ đàn hồi, tính dễ uốn, và sức bền kéo đứt khác nhau.

Thép là vật liệu kim loại nên có ánh kim, dẫn điện, dẫn nhiệt mạnh. Ở nhiệt độ 500 độ C – 600 độ C, thép trở lên dẻo, cường độ giảm. Ở nhiệt độ -10 độ C tính dẻo giảm. Ở nhiệt độ -45 độ C thép giòn, dễ nứt. Khối lượng riêng của thép từ 7,8 đến 7,85 g/cm3.

Lò luyện thép sản xuất thành phẩm thép xây dựng

Đặc tính của thép

Cũng như hầu hết các kim loại, về cơ bản, sắt không tồn tại ở vỏ Trái Đất dưới dạng nguyên tố, nó chỉ tồn tại khi kết hợp với ôxy hoặc lưu huỳnh. Sắt ở dạng khoáng vật bao gồm Fe2O3-một dạng của ôxít sắt có trong khoáng vật hematit, và FeS2 – quặng sunfit sắt. Sắt được lấy từ quặng bằng cách khử ôxy hoặc kết hợp sắt với một nguyên tố hoá học như cacbon.

Quá trình này được gọi là luyện kim, được áp dụng lần đầu tiên cho kim loại với điểm nóng chảy thấp hơn. Đồng nóng chảy ở nhiệt độ hơn 1.080 °C, trong khi thiếc nóng chảy ở 250 °C. Pha trộn với cacbon trong sắt cao hơn 2,14% sẽ được gang, nóng chảy ở 1.392 °C. Tất cả nhiệt độ này có thể đạt được với các phương pháp cũ đã được sử dụng ít nhất 6.000 năm trước. Khi tỉ lệ ôxy hoá tăng nhanh khoảng 800 °C thì việc luyện kim phải diễn ra trong môi trường có ôxy thấp.

Trong quá trình luyện thép việc trộn lẫn cacbon và sắt có thể hình thành nên rất nhiều cấu trúc khác nhau với những đặc tính khác nhau. Hiểu được điều này 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 nhỏ cacbon (không quá 0,02% ở nhiệt độ 911 °C). Nếu trên 911 °C thì ferrit sẽ chuyển từ tâm khối (BCC) sang tâm mặt (FCC), được gọi là austenit, loại này cũng là một chất liệu kim loại mềm nhưng nó có thể phân huỷ nhiều cacbon hơn (2,14% cacbon nhiệt độ 1.147 °C). Một cách để loại bỏ cacbon ra khỏi austenit là loại xementit ra khỏi hỗn hợp đó, đồng thời để sắt nguyên chất ở dạng ferit và tạo ra hỗn hợp xementit-ferrit. Xementit là một hợp chất hoá học có công thức là Fe3C.

Sản phẩm ống thép được dùng trong các hệ thống dẫn nước, dầu, khí

Phân loại thép

Có nhiều tiêu chí để phân loại thép tuy nhiên được sử dụng nhiều nhất đó là phân loại thép theo thành phần nguyên tố hóa học. Đây chính là yếu tố quan trọng ảnh hướng tới đặc tính và tính chất của thép.

Thông thường chúng được chia thành 2 loại chính đó là: Thép các bon và thép hợp kim.

Thép các bon

Thép carbon là loại thép có thành phần chính là sắt (Fe) và Carbon (C) các nguyên tố khác không đáng kể. Theo hàm lượng các bon, chúng được chia ra:

• Thép các bon thấp: hàm lượng các bon ≤ 0,25%.
• Thép các bon trung bình: hàm lượng các bon 0,25 – 0,6%.
• Thép các bon cao: hàm lượng các bon 0,6 – 2%.

Khi tăng hàm lượng các bon, tính chất của thép cũng thay đổi: độ dẻo giảm, cường độ chịu lực và độ giòn tăng.

Để tăng cường các tính chất kỹ thuật của thép có thể cho thêm những nguyên tố kim loại khác như: mangan, crôm, niken, nhôm, đồng. Khi đó chúng ta có thép hợp kim.

Thép hợp kim

Theo tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại thêm vào chia ra:

• Thép hợp kim thấp: tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại khác ≤ 2,5%.
• Thép hợp kim vừa: tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại khác 2,5-10%.
• Thép hợp kim cao: tổng hàm lượng các nguyên tố kim loại khác > 10%.

Trên đây là những thông tin cơ bản nhất về thép, một trong những vật chất được ứng dụng nhiều nhất trong đời sống và công nghiệp, xây dựng. Bài viết giúp chúng ta phân loại một số sản phẩm của thép cũng như thành phần các nguyên tố hóa học có tron thép và đặc tính của chúng. Mong nhận được ý kiến đóng gọi của bạn đọc để chúng tôi hoàn thiện hơn bài viết của mình. Trân trọng!

Nguồn tham khảo: https://vi.wikipedia.org

Xem thêm

• Gang là gì
• Khối lượng riêng của nước