Thép Hợp Kim Là Gì? Khái Niệm, Đặc Tính, Ứng Dụng và Phân Biệt

Thép hợp kim là vật liệu quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, được nhiều khách hàng của TÔN THÉP MẠNH TIẾN PHÁT quan tâm. Bài viết này sẽ cung cấp thông tin chi tiết về khái niệm, đặc tính, ứng dụng, ký hiệu của thép hợp kim, đồng thời phân biệt với thép carbon và thép không gỉ để giúp bạn lựa chọn vật liệu phù hợp.

Khái Niệm Thép Hợp Kim

Thép hợp kim là loại thép được bổ sung các nguyên tố hợp kim ngoài sắt và carbon, nhằm cải thiện các đặc tính cơ học, vật lý và hóa học như độ bền, độ cứng, khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt. Các nguyên tố hợp kim phổ biến bao gồm crôm (Cr), niken (Ni), molypden (Mo), mangan (Mn), silic (Si), vanadi (V), titan (Ti). Tùy tỷ lệ nguyên tố, thép hợp kim có đặc tính phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.

Theo tiêu chuẩn Nga và một số nước phương Đông, thép hợp kim được chia thành:

• Hợp kim thấp: Tổng hàm lượng hợp kim dưới 2,5%.
• Hợp kim trung bình: Hàm lượng từ 2,5% đến 10%.
• Hợp kim cao: Hàm lượng trên 10%.

Ở phương Tây, thép hợp kim được chia thành hợp kim thấp và cao mà không có ranh giới rõ ràng. Thép hợp kim thấp thường được nhắc đến nhiều nhất.

Đặc Tính Nổi Bật của Thép Hợp Kim

1. Đặc tính vật lý và hóa học

Thép hợp kim được cải tiến từ thép carbon bằng cách bổ sung các nguyên tố như crôm, niken, molypden, mangan, silic, vanadi. Nhờ đó, thép hợp kim có khả năng chống gỉ sét, chống ăn mòn hóa học, duy trì độ bền trong môi trường khắc nghiệt như nước biển, axit nhẹ, dung dịch muối. Ngoài ra, thép hợp kim có thể có tính giãn nở nhiệt ổn định, từ tính hoặc không từ tính, và độ cứng bề mặt cao sau xử lý nhiệt.

2. Khả năng chịu lực

Thép hợp kim có giới hạn chảy và cường độ chịu kéo cao hơn thép carbon, giúp chịu tải trọng lớn, ít biến dạng dẻo. Điều này lý tưởng cho các chi tiết như dầm, trục, bánh răng, trục khuỷu, và các cấu kiện xây dựng yêu cầu độ bền lâu dài.

3. Khả năng chịu nhiệt

Thép hợp kim giữ được độ bền, độ cứng và khả năng chịu lực ở nhiệt độ cao (trên 200°C), ít bị mất ổn định cấu trúc. Do đó, nó được sử dụng trong nồi hơi, đường ống áp lực, tua-bin, và lò công nghiệp.

4. Khả năng gia công

Thép hợp kim có thể được tôi, ram, thấm carbon, thấm nitơ để tăng độ cứng và chống mài mòn, phù hợp cho ngành cơ khí, ô tô, đóng tàu, hàng không, dầu khí, và xây dựng.

Phân Loại Thép Hợp Kim

Thép hợp kim được phân loại theo hàm lượng hợp kim và mục đích sử dụng:

Theo hàm lượng hợp kim

• Hợp kim thấp: Dưới 5% (ví dụ: 20Cr, 30CrMo).
• Hợp kim trung bình: 5-10% (ví dụ: 40CrNiMo).
• Hợp kim cao: Trên 10% (ví dụ: thép không gỉ 304, 316).

Theo mục đích sử dụng

• Hợp kim kết cấu: Dùng cho chi tiết máy, dầm, khung (20Mn2, 40Cr).
• Hợp kim dụng cụ: Chế tạo dao, khuôn mẫu (SKD11, SKH51).
• Hợp kim chịu nhiệt: Dùng cho lò, tua-bin (304, 310S).
• Thép không gỉ: Chống ăn mòn, dùng trong thực phẩm, y tế (304, 316).

Ký Hiệu Thép Hợp Kim

Thép hợp kim được ký hiệu theo tiêu chuẩn quốc gia:

• TCVN: 20Cr (0,2% carbon, crôm), 40CrNiMo (0,4% carbon, crôm, niken, molypden).
• JIS (Nhật Bản): SCM440 (Cr-Mo, 0,4% carbon), SKD11 (dụng cụ).
• ASTM/AISI/SAE (Hoa Kỳ): 4140 (Cr-Mo, 0,4% carbon), 304 (inox).
• EN (Châu Âu): 42CrMo4 (Cr-Mo, 0,42% carbon), X5CrNi18-10 (inox 304).
• GOST (Nga): 30ХГСА (0,3% carbon, Cr-Mn-Si), 12Х18Н10Т (inox).

Ký hiệu thường bao gồm số chỉ hàm lượng carbon (phần trăm) và chữ cái đại diện cho nguyên tố hợp kim (Cr, Ni, Mo, v.v.).

Ứng Dụng của Thép Hợp Kim

Thép hợp kim được sử dụng rộng rãi nhờ đặc tính vượt trội:

• Cơ khí: Trục, bánh răng, dao cắt, khuôn mẫu.
• Ô tô: Trục khuỷu, khung gầm, lò xo.
• Hàng không: Thân máy bay, động cơ phản lực.
• Dầu khí: Ống dẫn, thiết bị khoan, van.
• Năng lượng: Tua-bin, lò hơi, ống dẫn.
• Xây dựng: Dầm, cột, kết cấu chịu lực.
• Quân sự: Vũ khí, xe tăng, giáp bảo vệ.
• Đóng tàu: Thân tàu, giàn khoan.

Phân Biệt Thép Hợp Kim với Thép Carbon và Thép Không Gỉ

Thép Carbon

Thép carbon chứa chủ yếu sắt và carbon (0,05-2%), với rất ít nguyên tố hợp kim. Phân loại:

Thép carbon thấp: 0,05-0,29%.

Thép carbon trung bình: 0,3-0,59%.

Thép carbon cao: 0,6-0,99%.

Thép carbon siêu cao: 1-2%.

Khác biệt: Thép carbon có độ bền, độ cứng, và khả năng chống ăn mòn thấp hơn thép hợp kim do thiếu nguyên tố hợp kim. Giá thành cũng thấp hơn.

Thép Không Gỉ (Inox)

Thép không gỉ là thép hợp kim cao, chứa trên 10,5% crôm, tạo màng oxit chống ăn mòn. Một số loại có niken, molypden để tăng khả năng chống ăn mòn trong môi trường clo.

Khác biệt: Thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn vượt trội hơn thép hợp kim thông thường, nhưng giá thành cao hơn do hàm lượng hợp kim lớn.

Thép hợp kim là vật liệu quan trọng với độ bền, khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt vượt trội, phù hợp cho nhiều ngành công nghiệp. Hiểu rõ sự khác biệt giữa thép hợp kim, thép carbon và thép không gỉ giúp bạn chọn vật liệu phù hợp. TÔN THÉP MẠNH TIẾN PHÁT cung cấp thép hợp kim chất lượng cao, đạt tiêu chuẩn quốc tế. Liên hệ ngay để được tư vấn!