19/03/2019
1
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ
VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ
CHẾ TẠO
TS. Trương Công Tiễn 1
CHƯƠNG 4. THÉP
2
4.1 Khái niệm chung về thép
Quy trình luyện thép gồm các bước như sau:
Thép và gang là hợp kim đen của Sắt (Fe), Cacbon (C) và một lượng rất nhỏ các chất như
Oxy (O), Photpho (P), Silic (Si),…
Quá trình luyện thép từ quặng Sắt (Fe2O3, Fe3O4) luyện trong lò cao được Gang (hợp kim
của Sắt và Cacbon với hàm lượng Cacbon lớn hơn 1,7%), đưa Gang vào luyện trong lò
luyện thép để khử bớt Cacbon ta được thép.
Luyện bằng lò bằng (Lò Martin): Thép luyện bằng phương pháp này có chất lượng tốt do có
cấu trúc thuần nhất, nhưng nhược điểm của phương pháp này là năng suất thấp (thời gian
luyện một mẻ từ 8 đến 12 giờ), do vậy giá thành thép cao.
Luyện bằng lò quay (lò Bessmer, lò Thomas): Phương pháp này có năng suất cao, nhưng
chất lượng không tốt do lẫn tạp chất, bọt khí (thời gian luyện một mẻ chỉ khoảng 30 phút)
nên giá thép giảm.
Để khắc phục nhược điểm của các phương pháp trên, hiện nay người ta sử dụng lò quay tiên
tiến, vừa cho thép chất lượng tốt, vừa cho năng suất cao.
Vật liệu và Công nghệ Chế tạo
19/03/2019
2
3
4.1 Khái niệm chung về thép
4.1.1 Khái niệm
Thép là hợp kim của sắt và cacbon với hàm lượng cacbon trong thép nhỏ hơn 2,14%. Ngoài
ra còn có một số tạp chất như : Mn < 0,8 % ; Si < 0,4 % ; P < 0,05 % ; S < 0,05 %.
4.1.2 Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất và tổ chức của thép
Cacbon
Khi lượng cacbon thay đổi thì tổ chức của thép cũng thay đổi :
- C < 0,8 thì tổ chức là (F + P);
- C = 0,8 thì tổ chức là (P) ;
- C > 0,8 thì tổ chức là (P + XeII ).
Khi lượng cacbon thay đổi thì cơ tính của thép cũng thay đổi: Lượng cacbon tăng thì độ dẻo
và độ dai giảm, độ cứng và độ bền tăng. Khi C > 1% thì độ bền lại giảm đi.
Các nguyên tố khác
Măng gan (Mn) và si lích (Si ) : làm tăng độ bền, độ cứng và giảm độ dãn dài của thép. Khử
ôxy trong thép.
Phốt pho (P) và lưu huỳnh (S) : là tạp chất có hại vì (P) làm cho thép giòn ở nhiệt độ bình
thường (giòn nguội), còn (S ) làm cho thép giòn ở nhiệt độ cao (giòn nóng).
Vật liệu và Công nghệ Chế tạo
4
4.1.3 Phân loại
Tùy theo thành phần hóa học của các nguyên tố trong thép mà người ta phân thép thành hai
nhóm là thép cacbon và thép hợp kim. Trong đó:
Thép cacbon: ngoài sắt và cacbon thì còn một số nguyên tố khác gọi là các tạp chất trong
thành phần của thép như: Mn, Si, P, S…
Thép hợp kim: ngoài sắt và cacbon và các tạp chất, người ta cố tình đưa thêm vào các
nguyên tố đặc biệt với một hàm lượng nhất định để làm thay đổi tổ chức và tính chất của
thép cho phù hợp với yêu cầu sử dụng. Các nguyên tố được đưa vào thường là Cr, Ni, Mn,
W, V, Mo, Ti, Cu, Ta, B, N….
4.1.4 Tính chất chung
Thép có cơ tính tổng hợp cao, có tính công nghệ tốt, có nhiều chủng loại với nhiều công
dụng khác nhau nên là vật liệu được sử dụng nhiều trong cơ khí chế tạo, xây dựng, đóng
tàu…
4.1 Khái niệm chung về thép
Vật liệu và Công nghệ Chế tạo
19/03/2019
3
5
Thép cacbon là loại thép thông thường, ngoài Fe và C ra còn chứa các tạp chất thường có như:
Mangan, silic, phốt pho…
4.2.1 Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất của thép cacbon
4.2 Thép cacbon
Cacbon: là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định tổ
chức, tính chất và công dụng của thép. Khi tăng %C
sẽ làm giảm độ dẻo và độ dai va đập. Khi %C tăng
trong khoảng 0,8 - 1% thì độ bền và độ cứng cao
nhất nhưng khi vượt qua 1% thì độ bền và độ cứng
bắt đầu giảm.
Mn và Si: là các tạp chất có lợi, có công dụng khử
ôxy.
P, S: là các tạp chất có hại, làm giảm cơ tính của
thép.
Vật liệu và Công nghệ Chế tạo
6
4.2.1 Phân loại thép cacbon
4.2.1.1 Theo tổ chức
Thép trước cùng tích : tổ chức là ( + P )
Thép cùng tích : tổ chức là ( P )
Thép sau cùng tích : tổ chức là( P + XeII )
4.2.1.2 Theo lượng cacbon
Thép cacbon thấp (%C ≤ 0,25%): dẻo, dai nhưng có độ bền và độ cứng thấp.
Thép cacbon trung bình (%C từ 0,3 - 0,5%): chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va đập
cao.
Thép cacbon tương đối cao (%C từ 0,55 - 0,65%): có tính đàn hồi cao, dùng làm lò xo.
Thép cacbon cao (%C ≥ 0,7%): có độ cứng cao nên được dùng làm dụng cụ đo, dao cắt,
khuôn dập.
4.2.1.3 Theo phương pháp luyện
Thép luyện ra từ lò Bét xme (Bessemer), có chất lượng thường (nhiều P, S ).
Thép luyện ra từ lò Mác tanh (Martin), có chất lượng tốt hơn loại trên (ít P, S hơn).
Thép luyện ra từ lò điện, chủ yếu từ lò điện hồ quang, có chất lượng tốt.
4.2 Thép cacbon
Vật liệu và Công nghệ Chế tạo
19/03/2019
4
7
4.2.1 Phân loại thép cacbon
4.2.1.4 Theo công dụng
Đối với ngành cơ khí cần quan tâm đến cách phân loại theo công dụng. Cách phân loại này
cho phép chúng ta biết cách sử dụng thép một cách hợp lý khi chế tạo sản phẩm bằng thép.
Thép cacbon thông dụng (còn gọi là thép cacbon thường)
Loại này có cơ tính không cao, dùng để chế tạo các chi tiết máy, các kết cấu chịu tải nhỏ.
Thường dùng trong ngành xây dựng, giao thông (cầu, nhà, khung, tháp…)
Thép cacbon thông dụng được chia ra làm ba nhóm A, B, C. Nhóm A chỉ đánh giá bằng các
chỉ tiêu cơ tính (độ bền, độ dẻo, độ cứng…). Nhóm B đặc trưng bằng thành phần hóa học và
nhóm C đặc trưng bằng cả hai chỉ tiêu cơ tính và thành phần hóa học.
Khi cần biết cơ tính thì ta sử dụng nhóm A, khi cần tính toán về hàn, nhiệt luyện thì sử dụng
nhóm B hoặc C.
Theo TCVN 1765 - 75 qui định ký hiệu thép thông dụng là hai chữ CT, sau chữ CT chỉ giới
hạn bền tối thiểu, theo đơn vị N/mm2. Ví dụ: CT 38 – chữ số sau chỉ giới hạn bền
Các nhóm B và C cũng có ký hiệu tương tự như nhóm A nhưng qui ước thêm vào đằng trước
chữ CT chữ cái B hay C để phân biệt. Ví dụ: BCT31, CCT31.
4.2 Thép cacbon
Vật liệu và Công nghệ Chế tạo
8
4.2.1 Phân loại thép cacbon
4.2.1.4 Theo công dụng
Đối với ngành cơ khí cần quan tâm đến cách phân loại theo công dụng. Cách phân loại này
cho phép chúng ta biết cách sử dụng thép một cách hợp lý khi chế tạo sản phẩm bằng thép.
Thép cacbon thông dụng (còn gọi là thép cacbon thường)
Nga (ГOCT): Ký hiệu CTx trong đó x là các con số từ 0, 1, 2 đến 6 chỉ cấp độ bền (số càng
cao thì độ bền càng cao) cũng có các phân nhóm A, Б, B tương ứng với các phân nhóm A, B,
C của Việt Nam.
Mỹ (ASTM): Ký hiệu theo các số 42, 50, 60, 65 chỉ (min) theo đơn vị ksi.
Nhật (JIS): Ký hiệu SSxxx; SMxxx hay xxx là các số chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu tính bằng
Mpa. Ví dụ: SS400 là thép cacbon thường có .
4.2 Thép cacbon
Vật liệu và Công nghệ Chế tạo
19/03/2019
5
9
4.2.1 Phân loại thép cacbon
4.2.1.4 Theo công dụng
Đối với ngành cơ khí cần quan tâm đến cách phân loại theo công dụng. Cách phân loại này
cho phép chúng ta biết cách sử dụng thép một cách hợp lý khi chế tạo sản phẩm bằng thép.
Thép cacbon kết cấu
Nhóm này có chất lượng cao hơn nhóm chất lượng thường thể hiện ở hàm lượng các tạp chất
có hại (S 0,04%, P 0,035%), hàm lượng cacbon chính xác và chỉ tiêu cơ tính rõ ràng.
Thép cacbon kết cấu trong các bảng chỉ dẫn ghi cả thành phần và cơ tính. Thép cacbon kết
cấu được dùng trong chế tạo các chi tiết máy chịu lực cao hơn như: bánh răng, trục vít, cam,
lò xo…
Theo TCVN ký hiệu thép cacbon kết cấu là chữ C, sau chữ C ghi chỉ số hàm lượng cacbon
của thép như: C20, C45, C65…
Ví dụ: C45 trong đó chữ C ký hiệu thép cacbon, 45 chỉ phần vạn cacbon trung bình (tương
đương với 0,45%C).
Nga (ГOCT): Ký hiệu xx trong đó xx là số chỉ phần vạn C. Ví dụ mác 40 có 0,4%C.
Mỹ (AISI/SAE): Ký hiệu 10xx trong đó xx là số chỉ phần vạn C. Ví dụ mác 1045 có
0,45%C.
Nhật (JIS): Ký hiệu SxxC trong đó xx là các số chỉ phần vạn C. Ví dụ mác S45C có 0,45%C.
4.2 Thép cacbon
Vật liệu và Công nghệ Chế tạo
10
4.2.1 Phân loại thép cacbon
4.2.1.4 Theo công dụng
Đối với ngành cơ khí cần quan tâm đến cách phân loại theo công dụng. Cách phân loại này
cho phép chúng ta biết cách sử dụng thép một cách hợp lý khi chế tạo sản phẩm bằng thép.
Thép cacbon dụng cụ
Là loại thép có hàm lượng cacbon cao (0,7 - 1,4%) và hàm lượng tạp chất S và P thấp (<
0,025%). Thép cacbon dụng cụ tuy có độ cứng cao khi nhiệt luyện nhưng chịu nhiệt thấp nên
chỉ dùng làm các dụng cụ như: đục, dũa, dụng cụ đo hay các loại khuôn dập.
Theo TCVN ký hiệu thép cacbon dụng cụ là chữ CD, sau chữ CD ghi chỉ số hàm lượng
cacbon của thép theo phần vạn như: CD70, CD80, CD100.
Ví dụ: CD100 - chữ CD ký hiệu thép cacbon dụng cụ, 100 chỉ phần vạn cacbon trung bình
(tương đương với 1%C).
Nga (ГOCT): Ký hiệu Yxx trong đó xx là số chỉ phần nghìn C. Ví dụ mác Y12 có 1,2%C.
Mỹ (AISI): Ký hiệu Wxxx trong đó xxx là số thứ tự. Ví dụ W110.
Nhật (JIS): Ký hiệu SKx trong đó x là số thứ tự từ 1 đến 7.
4.2 Thép cacbon
Vật liệu và Công nghệ Chế tạo