intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Tiểu luận Vật liệu xây dựng: Vật liệu thép

Chia sẻ: ĐỖ TRÍ TÀI | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:30

845
lượt xem
149
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiểu luận Vật liệu xây dựng: Vật liệu thép giới thiệu tới các bạn về khái niệm, nội dung và phân loại thép; đặc tính kỹ thuật của thép; các phương pháp sản xuất thép; ứng dụng của thép; bảo quản thép. Mời các bạn tham khảo tiểu luận để nắm bắt nội dung chi tiết

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận Vật liệu xây dựng: Vật liệu thép

  1.   LỜI NÓI ĐẦU  ­­­oOo­­­ Từ xưa đến nay, nơi ăn chốn ở luôn là vấn đề được con người quan tâm hàng đầu.   Bởi lẽ, mọi phong tục, tập quán, sinh hoạt, ăn uống của ta đều bắt đầu từ đây. Từ xa xưa,   tổ tiên ta đã biết dùng các hang động để cư ngụ và sinh sống, rồi từ đó phát kiến ra những  cách tạo dựng cho mình nơi  ở  đầu tiên như  biết xếp chồng các khối đá tương thích lên   nhau hay gắn kết chúng bằng những chất kết dính thô có sẵn như đất sét, thạch cao, v.v…  Đó chính là những phương thức xây dựng đầu tiên của con người. Qua các thời kỳ, nhu  cầu của con người về  nơi  ở lại càng cao đòi hỏi vật liệu làm ra phải càng có nhiều đặc  tính kỹ  thuật tốt (có độ  bền cao hơn, chống chịu ăn mòn tốt, cách âm, cách nhiệt tốt,  v.v…). Ngoài ra,  sự  phát triển của xã hội loài người còn gắn liền với sự  phát triển của  công cụ sản xuất và kỹ thuật, mà vật liệu là yếu tố quyết định cho hai ngành này. Ngày nay, với sự  phát triển như  vũ bão của khoa học và kỹ  thuật thì vai trò của  ngành vật liệu học càng ngày càng trở nên quan trọng hơn. Có rất nhiều loại vật liệu mới  với những tính năng vượt trội, đặc biệt được ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của  khoa học – công nghệ và đời sống như vật liệu áp điện, vật liệu siêu dẫn, v.v… Tuy nhiên  vật liệu truyền thống như thép vẫn giữ một vai trò quan trọng trong sản xuất và đời sống   của chúng ta bởi vì so với các loại vật liệu khác thì việc sản xuất ra thép với khối lượng   lớn là dễ dàng, ít tốn kém; hơn nữa, ta có thể  điều chỉnh hàm lượng, phương pháp xử  lý,   nấu luyện để tạo ra nhiều loại thép khác nhau nhằm đáp ứng các mục đích sử  dụng khác   nhau trong thực tế. Trong cuộc sống, ta dễ dàng bắt gặp các loại đồ dùng, chi tiết, máy móc, được chế  tạo từ thép. Tuy nhiên, không phải chi tiết nào cũng được làm từ cùng một loại thép; phải  tùy vào chức năng, mục đích sử dụng và yêu cầu của chi tiết cần chế tạo để lựa chọn loại   thép cho phù hợp. Có như vậy thì chi tiết tạo ra mới đảm bảo được chất lượng. Để giúp làm rõ hơn về các loại thép, đặc tính kỹ thuật, ứng dụng cũng như cách bảo  quản thép, nhóm chúng em xin mang đến cho các bạn đề tài “Vật liệu thép” trong bài tiểu  luận nho nhỏ này!
  2. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi Bài thuyết trình có thể  chưa hoàn thiện và còn nhiều thiếu sót nhưng nhóm chúng  em hy vọng cô có thể  xem xét và đưa ra nhiếu ý kiến đóng góp khách quan để  bài làm  được hoàn chỉnh hơn. Nhóm chúng em xin chân thành cám ơn cô! Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 2
  3. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi   MỤC LỤC    LỜI NÓI ĐẦU                                                                                                 ..............................................................................................1   MỤC LỤC                                                                                                        .....................................................................................................3   NỘI DUNG                                                                                                      ................................................................................................... 6  I.Khái niệm                                                                                                          ......................................................................................................     6  II.Nguồn gốc                                                                                                       ...................................................................................................      6  III.Phân loại                                                                                                        ....................................................................................................     7  1)Phân loại theo thành phần hóa học                                                                                   ...............................................................................      7  a)Thép cacbon                                                                                                        ....................................................................................................      7  b)Thép hợp kim                                                                                                     .................................................................................................     7  2)Phân loại theo mục đích                                                                                                   ...............................................................................................     8  a)Thép kết cấu                                                                                                      ..................................................................................................      8  b)Thép dụng cụ                                                                                                     .................................................................................................     8  c)Theo tính chất vật lý đặc biệt                                                                            ........................................................................      9  3)Phân loại theo chất lượng thép                                                                                         .....................................................................................      9  a)Thép chất lượng bình thường                                                                            ........................................................................      9  b)Thép chất lượng tốt                                                                                           .......................................................................................     9  c)Thép chất lượng cao                                                                                          ......................................................................................     9  d)Thép chất lượng cao đặc biệt                                                                            ........................................................................      9  4)Phân loại theo mức oxi hóa                                                                                              .........................................................................................     9  a)Thép lặng                                                                                                          ......................................................................................................       10  b)Thép sôi                                                                                                            ........................................................................................................       10  c)Thép bán lặng                                                                                                   ...............................................................................................      11  IV.Đặc tính kỹ thuật của thép                                                                       ...................................................................       11  1)Các thông số kỹ thuật                                                                                                     .................................................................................................       11  a)Cấu trúc tinh thể                                                                                               ...........................................................................................      11  b)Thành phần hóa học                                                                                         .....................................................................................      11  c)Số hiệu của thép xây dựng                                                                              ..........................................................................      11  Thép carbon:                                                                                                               ...........................................................................................................       11  Thép hợp kim thấp:                                                                                                   ...............................................................................................       12  2)Sự làm việc của thép                                                                                                      ..................................................................................................      12  a)Sự làm việc của thép chịu kéo                                                                         .....................................................................      12  Giai đoạn đàn hồi:                                                                                                     .................................................................................................      12  Giai đoạn chảy:                                                                                                         .....................................................................................................      12  Giai đoạn củng cố (tái bền):                                                                                     .................................................................................       12  b)Sự làm việc của thép chịu nén                                                                         .....................................................................       12 Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 3
  4. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi  c)Sự làm việc của thép chịu uốn                                                                         .....................................................................       14  Giai đoạn đàn hồi:                                                                                                     .................................................................................................       14  Giai đoạn có biến dạng dẻo:                                                                                    ................................................................................       14  3)Các hiện tượng phá hoại                                                                                                ............................................................................................       14  V.Các phương pháp sản xuất thép                                                                ............................................................       15  1)Phương pháp Bessemer                                                                                                   ...............................................................................................       15  2)Phương pháp Martin                                                                                                       ...................................................................................................      16  3)Phương pháp lò điện                                                                                                       ...................................................................................................       16  VI.Ứng dụng của thép                                                                                     .................................................................................       17  1)Thép không gỉ (Inox)                                                                                                       ...................................................................................................       17  a)Trong dân dụng                                                                                                 .............................................................................................      17  b)Trong công nghiệp                                                                                           .......................................................................................       17  Công nghiệp nặng:                                                                                                    ................................................................................................       17  Công nghiệp nhẹ:                                                                                                      ..................................................................................................       17  2)Thép silic                                                                                                                         .....................................................................................................................      18  3)Thép cacbon                                                                                                                    ................................................................................................................      18  VII.Bảo quản thép                                                                                            ........................................................................................       18  VIII.Các loại thép                                                                                             .........................................................................................      19  1)Thép không gỉ (Inox)                                                                                                       ...................................................................................................      19  Nguồn gốc:                                                                                                                ............................................................................................................       19  Bí ẩn tại sao thép lại không gỉ:                                                                                 ............................................................................      20  Phân loại:                                                                                                                   ...............................................................................................................       20  Các đặc tính của nhóm thép không gỉ  – Inox:                                                          ......................................................       21  2)Ứng dụng của các loại thép không gỉ                                                                             .........................................................................       22  3)Thép Silic                                                                                                                        ....................................................................................................................       24  a)Khái niệm                                                                                                         .....................................................................................................       24  b)Đặc tính                                                                                                            ........................................................................................................       24  c)Thành phần                                                                                                       ...................................................................................................       24  d)Chế tạo                                                                                                             .........................................................................................................       25  e)Phân loại                                                                                                           .......................................................................................................       25  f)Thép cuộn Silic không định hướng cán nguội                                                  ..............................................      25  Ứng dụng:                                                                                                                  ..............................................................................................................       26  4)Thép Carbon                                                                                                                    ................................................................................................................       26  a)Khái niệm                                                                                                         .....................................................................................................       26  b)Phân loại                                                                                                           .......................................................................................................       26  Theo tổ chức tế vi và hàm lượng carbon trên giản đồ trạng thái Fe – C:                ............       26  Theo công dụng:                                                                                                        ....................................................................................................       26  Theo phương pháp luyện kim:                                                                                  ..............................................................................      27  Theo phương pháp khử oxi:                                                                                      ..................................................................................      27 Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 4
  5. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi  Theo hàm lượng carbon:                                                                                            ........................................................................................       27     L   ỜI KẾT                                                                                                           ....................................................................................................       29 Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 5
  6. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi   NỘI DUNG  I.  Khái niệm  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. Chúng làm tăng độ cứng, hạn chế sự  di chuyển của nguyên tử sắt trong cấu trúc tinh thể dưới tác động của nhiều nguyên nhân  khác nhau. Số lượng khác nhau của các nguyên tố và tỷ lệ của chúng trong thép nhằm  mục đích kiểm soát các mục tiêu chất lượng như độ cứng, độ đàn hồi, tính dể uốn, và sức  bền kéo đứt. Thép với tỷ lệ cacbon cao có thể tăng cường độ cứng và cường lực kéo đứt  so với sắt, nhưng lại giòn và dễ gãy hơn. Tỷ lệ hòa tan tối đa của carbon trong sắt là  2,06% theo trọng lượng (ở trạng thái Austenit) xảy ra ở 1.1470C; nếu lượng cacbon cao  hơn hay nhiệt độ hòa tan thấp hơn trong quá trình sản xuất, sản phẩm sẽ là xementit có  cường lực kém hơn. Pha trộn với cacbon 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 nay người ta gọi ngành công nghiệp thép (không gọi là ngành công nghiệp sắt và  thép), nhưng trong lịch sử, đó là 2 sản phẩm khác nhau. Ngày nay có một vài loại 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.        II.  Nguồn gốc  Trước thời kì Phục Hưng người ta đã chế  tạo thép với nhiều phương pháp kém   hiệu quả, nhưng đến thế  kỉ  17 sau tìm ra các phương pháp có hiệu quả  hơn thì việc sử  dụng thép trở nên phổ biến hơn. Với việc phát minh ra quy trình Bessemer vào giữ  thế kỉ  19, thép đã trở  thành một loại hàng hoá được sản xuất hàng loạt ít tốn kém. Trong quá  trình sản xuất càng tinh luyện tốt hơn như phương pháp thổi ôxy, thì giá thành sản xuất  càng thấp đồng thời tăng chất lượng của kim loại. Ngày nay thép là một trong những vật  liệu phổ  biến nhất trên thế  giới và là thành phần chính trong xây dựng, đồ  dùng, công   nghiệp cơ  khí. Thông thường thép được phân thành nhiều cấp bậc và được các tổ  chức   đánh giá xác nhận theo chuẩn riêng. Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 6
  7. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi III.  Phân loại  1)  Phân loại theo thành phần hóa học  Trong sự phụ thuộc vào thành phần hóa học thì thép được phân loại thành thép  cacbon và thép hợp kim. a) Thép cacbon Chiếm tỉ  trọng lớn nhất trong tổng sản lượng thép (khoảng 80% – 90%). Đối với   thép cacbon thì theo thứ tự có thế phân thành :  ­ Thép chứa ít cacbon ,đối với thép này thì thành phần cacbon trong thép ko vượt quá   0,25%,   đặc   trưng   của   thép   này   là   dẻo   dai   cao,   nhưng   độ   bền   độ   cứng   thấp – Thép chứa cacbon trung bình, thành phần cacbon trong thép chiếm từ  0,25%   – 0,6%.   Thép này thì độ bền, độ cứng cao, dùng để chế tạo các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và   chịu và đập cao. ­ Thép   nhiều   cacbon,   thành   phần   cacbon   trong   thép   cao   hơn   0,6%   (ko   vượt   quá  2,14%), thép này dùng để chế tạo dụng cụ cắt, khuôn dập, dụng cụ đo lường. b) Thép hợp kim Có độ  bền cao hơn hẳn thép cacbon, nhất là sau khi tôi và ram. Đối với thép hợp  kim thì có thể phân loại thành:  Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 7
  8. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi ­ Hợp kim thấp, thành phần các nguyên tố hợp kim trong thép không vượt quá 2,5%. ­ Hợp kim trung bình, thành phần các nguyên tố  hợp kim trong thép chiếm từ  2,5  10%. ­ Hợp kim cao, thành phần các nguyên tố hợp kim trong thép cao hơn 10%. 2)  Phân loại theo mục đích  Theo mục đích thì thép được phân thành các nhóm sau: a) Thép kết cấu Khối lượng lớn nhất. Dùng để  sản xuất, chế  tạo các sản phẩm dùng trong ngành   xây dựng và cơ khí chế tạo máy:  b) Thép dụng cụ Cứng và chống mài mòn, vì vậy dùng để sản xuất các dụng cụ cắt, gọt, dụng cụ đo  lường, chế tạo khuôn dập.  Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 8
  9. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi c) Theo tính chất vật lý đặc biệt ­ Chẳng hạn như từ việc xác định tính chất từ của thép  hay là hệ số nở dài nhỏ, mà ta phân thành: thép kĩ thuật điện, …  ­ Theo tính chất hóa học đặt biệt : chẳng hạn như phân  thành thép chịu nóng hay thép bền nóng, thép ko gỉ… 3)  Phân loại theo chất lượng thép  Từ sự có mặt của các tạp chất có hại: lưu huỳnh và phôtpho trong thành phần của   hỗn hợp thép ta có thể chia nhỏ thành các nhóm sau: a) Thép chất lượng bình thường Thành phần thép chứa khoảng 0,06% lưu huỳnh và 0,07% photpho trong hỗn hợp,  thép được luyện từ lò L – D, năng suất thép cao và giá thành rẻ. b) Thép chất lượng tốt Thành phần thép chứa khoảng 0,035% lưu hùynh và 0,035% photpho trong hỗn hợp,  được luyện ở lò mactanh và lò điện hồ quang. c) Thép chất lượng cao Thành phần thép chứa khoảng 0,025% lưu hùynh và 0,025% photpho trong hỗn hợp,  được luyện ở lò điện hồ quang dùng nguyên liệu chất lượng cao. d) Thép chất lượng cao đặc biệt Thành phần thép chứa khoảng 0,025% phôtpho và 0,015% lưu huỳnh trong hỗn  hợp, được luyện  ở  lò điện hồ  quang, sau đó được tinh luyện tiếp tục bằng đúc chân  không, bằng điện xỉ. 4)  Phân loại theo mức oxi hóa   Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 9
  10. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi Dựa vào mức oxi từ thép chúng ta phân loại ra các nhóm sau: a) Thép lặng Là thép oxi hóa hoàn toàn, thép này cứng bền, khó dập nguội, không bị  rỗ  khí khi   đúc, nhưng co lõm lớn, không được đẹp lắm, dùng cho các kết cấu hàn, thấm cacbon. b) Thép sôi Là thép oxi hóa kém, thép này mềm, dẻo, dễ dập nguội, không dùng thép sôi để đúc  định hình vì sẽ sinh bọt khí làm giảm chất lượng, ngoài ra cũng không được dùng thép sôi  để làm chi tiết thấm cacbon vì bản chất hạt lớn.  Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 10
  11. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi c) Thép bán lặng ­ Là thép chiếm vị trí trung gian của 2 loại thép trên (thép lặng và thép sôi), dùng để  thay thế cho thép sôi. ­ Đối với thép phân loại theo số oxi hóa thì kí hiệu được viết sau cùng của mác thép:  thép lặng thường kí hiệu bằng chữ “l”, tuy nhiên đối với thép lặng thì người ta bỏ qua kí  hiệu này, thép sôi kí hiệu là chữ cái: “s”, còn thép bán lặng kí hiệu bằng chữ: “n” (theo kí  hiệu Việt Nam). IV.  Đặc tính kỹ thuật của thép  1)  Các thông số kỹ thuật  a) Cấu trúc tinh thể Cấu trúc thép (hình 1.1) tạo bởi: ­ Ferit: Fe nguyên chất, chiếm 99% thế tích, dẻo và   mềm. ­ Ximentic:  Hợp chất Fe3C, cứng và giòn do thành  phần C. ­ Màng peclit: Hỗn hợp Fe và Fe3C, là màng đàn hồi,  bao quanh ferit. Màng càng dày, thép càng cứng và kém  dẻo. b) Thành phần hóa học ­ Fe chiếm 99%. ­ C: Có hàm lượng nhỏ  hơn 1,7%. Lượng C càng cao, thép có cường độ  lớn nhưng  giòn nên khó hàn và khó gia công. Yêu cầu thép xây dưng có: %C
  12. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi ­ CT1, CT2: Mềm, cường độ thấp, dùng trong kết cấu vỏ. ­ CT3:  Phổ   biến  nhất  trong xây  dựng,  thường  là  thép  lò  bằng­sôi  hoặc  thép nửa tĩnh. Kết cấu chịu tải trọng nặng, động dùng thép lò bằng­tĩnh. ­ CT4: Cường đô cao, dung trong công nghiếp đong tau. ­ CT5: Khó gia công chế tạo, khó hàn chỉ dùng cho kết cấu đinh tán. ­ CT6, CT7: Quá cứng, giòn không dùng được  trong xây dựng,  chỉ  dùng làm máy công cụ…  Thép hợp kim thấp:  Ngày   càng   phổ   biến   trong   xây   dựng   nhờ   cường   độ   cao,   bền   và   chống   gỉ   tốt. Theo ký hiệu Liên Xô (cũ), các chỉ số chỉ thành phần hóa học và hàm lượng C. Ví dụ: 15XCH : 0,15% C, C: Silic, H: Ni ,  : Cu. 2)  Sự làm việc của thép  a) Sự làm việc của thép chịu kéo  Giai đoạn đàn hồi:  Tương quan giữa P và  L bậc nhất.  Lực lớn nhất trong giai đoạn này là lực tỉ lệ  Ptl, ứng suất tương ứng trong mẫu là giới hạn  tỉ lệ: Ptl tl A0  Giai đoạn chảy:  Lực kéo không tăng nhưng biến dạng  tăng liên tục. Lực kéo tương ứng là lực chảy Pch và ta có giới hạn chảy: Pch ch A0  Giai đoạn củng cố (tái bền):  Tương quan giữa P và biến dạng  L là  đường cong. Lực lớn nhất là lực bền  Pb và ta  có giới hạn bền: Pb b A0 b) Sự làm việc của thép chịu nén Khi nén mẫu vật liệu, ta chỉ  xác định được giới hạn tỷ  lệ  và giới hạn chảy, mà  không xác định được giới hạn bền do sự phình ngang của mẫu làm cho diện tích mặt cắt   ngang mẫu liên tục tăng lên. Sau thí nghiệm mẫu có dạng hình trống. Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 12
  13. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 13
  14. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi c) Sự làm việc của thép chịu uốn  Giai đoạn đàn hồi:  Khi P nhỏ, biểu đồ   ứng suất dạng tam giác. Các thành phần nội lực  M  sinh ra ứng suất pháp   và Q sinh ra ứng suất tiếp T .  Giai đoạn có biến dạng dẻo:  Tiếp tục tăng P, do tính chất “thềm chảy” nên dù biến dạng tăng, ứng suất các thớ  biên vẫn không tăng, chỉ có ứng suất các thớ bên trong tiếp tục tăng và đạt giới hạn chảy,   vùng dẻo lan dần vào các thớ trong. Khi toàn bộ tiết diện đạt giới hạn chảy   =  c, biểu  đồ ứng suất có dạng hình chữ nhật (II). Tại tiết diện đặt lực P xuất hiện “khớp dẻo” làm  hai phần dằầm có thể xoay được. Ở trạng thái này, toàn bộ tiết diện dầm làm việc trong   giới hạn dẻo. Momen đạt giá trị giới hạn và không tăng được nữa, dầm bị phá hoại. 3)  Các hiện tượng phá hoại  Sự phá hoại của thép khi làm việc có 2 loại: ­ Phá hoại dẻo: Phá hoại khi biến dạng lớn, xảy ra do sự trượt của các phần tử  khi ngoại lực tác dụng lớn hơn lực chống trượt giữa chúng. ­ Phá hoai giòn: Phá hoại khi biến dạng còn nhỏ, đột ngột và kèm theo vết nứt do   các phần tử  tách rời nhau khi lức tương tác giữa chúng mất đi    Nguy hiểm hơn nhiều so với phá hoại giòn. ­ Thép luôn có lực chống trượt nhỏ hơn lực kéo đứt nên bình thường thép chỉ có thể bị  phá hoại dẻo (mất khả  năng chịu lực do biến dạng quá lớn). Trong những điều kiện đặc biệt (thép bị lão hóa, biến cứng, chịu ứng suất cục bộ, chịu tải trọng lặp…) thép mới bị phá hoại giòn (đứt gãy, sụp đổ…) rất nguy hiểm.  Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 14
  15. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi   V.  Các phương pháp sản xuất thép  Nguyên tắc sản xuất thép là giảm hàm lượng các tạp chất C, Si, S, P, Mn,… có   trong gang bằng cách oxi hóa các tạp chất đó thành oxit rồi biến thành xỉ  và tách ra khỏi   thép. Thép được sản xuất chủ yếu bằng các phương pháp sau: phương pháp lò Bessemer,   phương pháp lò Martin, phương pháp lò điện, v.v… 1)  Phương pháp Bessemer  Trong   phương   pháp   này   gang  lỏng được. đổ  vào một lò có hình vỏ  trứng, và sẽ  được đốt nóng bởi dòng  không khí thổi từ  đáy lò. Lúc này, quá  trình oxi hóa các tạp chất bắt đầu diễn  ra, nhiệt độ mẻ thép cũng bắt đầu tăng.  Do vậy, tùy thuộc vào thành phần và  nhiệt   độ   gang   lỏng   có   thể   dùng   đến  2% silic nếu là quy trình acid và 1,5 –  2% phospho nếu là quy trình basic để  duy trì nhiệt độ. Quá trình thổi khí khi tinh luyện  sẽ  tạo ra ngọn lữa trên miệng lò kéo  dài khoảng 25 phút – điều này gây khó  khăn cho việc kiểm soát thành phần và chất lượng thép. Lò Bessemer có thể  chuyển động theo trục nằm ngang, nén khí, không khí với áp   suất cao. Các phản ứng kết thúc trong vòng 15 phút Các lò chuyển thường có năng suất từ  15 đến 25 ton/mẻ. Phương pháp này cung  cấp thép giá thành rẻ dùng trong đóng tàu và kết cấu thép. Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 15
  16. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi 2)  Phương pháp Martin  Nạp vào lò: gang, thép phế liệu, chất  chảy. Đốt lò bằng dầu mazut hoặc khí đốt,  không khí giàu oxi, nhiệt độ 17000C. Khi đó,  trong lò sẽ xảy ra các phản ứng: Fe2O3 + 3C  2Fe + 3CO Phương   pháp   này   thường   cho   năng  suất từ  100 – 200 ton/mê. Thời gian luyện   thép mỗi mẻ thường dài (10 – 12 giờ). 3)  Phương pháp lò điện  Phương pháp này dùng hồ  quang cháy giữa  các điện cực carbon và phôi để  làm nóng chảy phôi  liệu. Thường được dùng để  tái chế  thép từ  các phế  liệu hoặc phôi thép đã được luyện thô, “đánh xỉ”  theo qui trình basic, mục đích chính là khử  phospho.  Xỉ  được loại bỏ  nhờ  quay nghiêng lò, sau đó các  hợp chất đá vôi được đưa vào để loại lưu huỳnh và  khử  oxi mẻ  luyện. Nhờ đó có thể  kéo dài thời gian  nóng chảy và “đánh xỉ” nên các khí hòa tan và tạp  chất được loại bỏ triệt để  hơn, kết quả  là mẻ  thép  sạch và có chất lượng cao hơn. Phương pháp này  thường dùng để  luyện các mác thép hợp kim chất  lượng cao như thép inox, thép bền nhiệt (heat resisting steels) và thép dụng cụ (thép gió –   high speed steel), v.v… Phương pháp Phương pháp Phương pháp Phương pháp Ưu/Nhược Bessemer Martin lò điện ­ Luyện   được   thép  ­ Thời   gian   luyện  có   chất   lượng   cao,  ­ Luyện   được  thép nhanh (15’). thành   phần   như  những loại thép đặc  ­ Thiết bị  đơn giản,  Ưu điểm mong muốn.  biệt. vốn đầu tư ít. ­ Khối   lượng   mỗi  ­ Chất   lượng   thép  ­ Không   cần   nhiên  mẻ   lớn   (100   –   200  cao. liệu. ton). Nhược điểm ­ Không luyện được  ­ Thời   gian   luyện  Dung tích nhỏ. Khối  thép   có   thành   phần  dài, tốn nhiên liệu. lượng   mỗi   mẻ   thép  như mong muốn. ­ Chưa   điều   chế  không lớn. Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 16
  17. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi được   những   thép  ­ Chất   lượng   thép  hợp   kim   chứa   kim  không   cao   (giòn   do  loại   khó   nóng   chảy  có hòa tan N, O). (Mo, W, Cr,…). VI.  Ứng dụng của thép  1)  Thép không gỉ (Inox)  Inox hay thép không rỉ là một dạng hợp kim thép được tổng hợp từ  các loại kim  loại màu có khả  năng chịu mài mòn, chống oxi hóa rất cao nên được ứng dụng khá rộng   rãi trong đời sống hiện nay. Đặc tính của inox là không nhiễm từ, mềm dẻo, dễ uốn và dễ gia công nên inox có  thể tạo ra những vật dụng mang tính thẩm mỹ cao. Đó cũng chính là lý do inox được ứng   dụng trong hầu hết các ngành dân dụng và công nghiệp. a) Trong dân dụng Khi đời sống con người ngày càng được nâng cao,  nguyên vật liệu inox sẽ thay thế dần vật liệu thép đen và  ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực dân  dụng: ­ Thiết bị vật tư y tế ­ Vật liệu trang trí nội thất cho các nhà hàng, khách   sạn, ga tàu, bến xe và nơi công cộng… ­ Làm đồ  gia dụng như  phụ  kiện nhà bếp, bồn chứa   nước, lò nướng, bếp ga, bếp công nghiệp, dụng cụ nhà bếp, thiết bị khử mùi, thiết bị  vệ  sinh, v.v… b) Trong công nghiệp Trong công nghiệp, inox có tên gọi kỹ thuật là “thép không gỉ”.  Thép không gỉ được  sử dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp, cả công nghiệp nặng và công nghiệp nhẹ.  Công nghiệp nặng:  ­ Công nghiệp đóng tàu, công nghiệp dầu khí (đường khí dẫn dầu và khí ga công   nghiệp), công nghiệp luyện clanke ở các nhà máy xi măng. ­ Các công trình thủy điện, các nhà máy hóa chất.  Công nghiệp nhẹ:  ­ Phục   vụ   các   ngành  hóa   thực   phẩm  như:  Các   nhà  máy đồ hộp, nhà máy bia, nhà máy hóa chất… ­ Nhà máy chế biến thủy sản đông lạnh. Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 17 Ống dẫn bằng inox
  18. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi ­ Hiện nay, theo nghiên cứu của các nhà khoa học, vật liệu inox cuộn bề mặt có độ  bóng BA còn dùng để cán sóng thay thế cho tôn lợp. Vật liệu này có tác dụng phản quang,   hắt nhiệt lên không trung làm giảm nhiệt độ  trong các nhà xưởng ở  các khu công nghiệp   và các mái nhà dân dụng. Tùy theo vị  trí địa hình để  tạo ra góc lợp, độ  dốc của mái làm  phản quang lại ánh sáng mặt trời. Đây là phát minh mới nhất của các nhà khoa học cho  nguyên vật liệu thép không gỉ. 2)  Thép silic  Thép   silic   được   sử   dụng   rộng   rãi   trong   ngành   chế  tạo máy điện, như các động cơ điện, máy biến áp… Trong kỹ thuật dùng rất nhiều các thép silic với lượng  cacbon rất thấp (mà thực chất là hợp kim sắt – silic vì hầu  như không chứa cacbon) để làm nam châm điện, lõi máy biến  áp và stato máy điện… 3)  Thép cacbon  ­ Các   thép   có   hàm   lượng   carbon  thấp (≤ 0,25%) nói chung dẻo, mềm và  độ bền,   độ   cứng   thấp,   hiệu   quả   hóa  bền bằng nhiệt luyện như  tôi và ram  không   cao,   nên chúng   được   dùng   chủ  yếu làm các chi tiết cần qua dập nguội  (là những sản phẩm cần độ dẻo cao và  không cần qua nhiệt luyện) và làm các  kết cấu xây dựng. Muốn tăng hiệu qủa  của nhiệt luyện của các thép này cần  phải qua thấm carbon lớp bề mặt. ­ Các thép với hàm lượng carbon trung bình (0,3 – 0,5%) có cơ tính tổng hợp cao vì có  sự hài hòa giữa độ bền, độ  cứng, độ  dẻo và độ  dai. Các thép này thường được  dùng làm  các vật liệu kết cấu như các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập cao như trục  truyền lực,  bánh răng,… ­ Các thép có hàm lượng carbon tương đối cao (0,55 – 0,7%) có độ cứng cao và  giới  hạn đàn hồi cao nhất nên thường được sử dụng làm các chi tiết đàn hồi như lò xo, nhíp. ­ Các thép có hàm lượng carbon cao (≥ 0,7%) có độ cứng và tính chống mài  mòn cao,  nên thường được dùng làm dụng cụ cắt gọt, dụng cụ đo, khuôn dập nguội,… ­ Chú ý rằng, ngoài  ảnh hưởng đến cơ  tính, carbon coi  ảnh hưởng đến một số  tính   chất hóa lý của thép. Chẳng hạn khi hàm lượng carbon tăng, mật độ (khối lượng riêng γ)   cùng độ từ thẩm (µ) và khả  năng chống ăn mòn của thép giảm đi còn điện trở  (ρ) và lực   khử từ (Hc) lại tăng lên. VII.  Bảo quản thép  Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 18
  19. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi Thép là vật liệu dễ bị ăn mòn do các tác dụng vật lý, hóa học của môi trường. Do  đó phải được bảo quản ở nơi khô ráo, tránh đặt trên nền đất. Kho chứa thép phải cao ráo, thoáng, không dột, không hắt mưa. Thép trong kho phải  xếp riêng từng loại. Thép thanh được bó thành từng bó xếp trên các giá đỡ. Thép sợi được cuộn thành cuộn. Thép lưới được cuộn hoặc để phẳng. Khi sử dụng  thép phải sử dụng đúng loại, làm sạch gỉ, dầu, mỡ (nếu có). Trong quá trình sử dụng, thép là loại vật liệu dễ bị ăn mòn, dạng ăn mòn phổ biến  là ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá. Để  bảo vệ  vật liệu thép cho kết cấu có thể  áp   dụng một số biện pháp sau: ­ Cách   ly   kim   loại   với   môi   trường bằng các lớp sơn chống gỉ, trong  một   số   trường   hợp   đặc   biệt   có   thể  dùng các lớp sơn phủ phi kim loại (men,  thuỷ  tinh, chất dẻo) hoặc các lớp phủ  kim   loại   (mạ   kẽm)   ngay   từ   khi   sản  xuất. ­ Cốt thép trong bê tông được bảo  vệ khi chúng được bao bọc bằng lớp bê  tông bảo vệ  đặc chắc, dày, không nứt  nẻ. Trong một số  trường hợp cần làm  tăng tính chống thấm cho lớp bê tông bảo vệ (tăng độ đặc chắc, sơn bê tông). Chúng cũng  có thể được phủ bằng lớp phủ hữu cơ hoặc lớp phủ kim loại (mạ kẽm) ngay từ khi s ản   xuất. ­ Đối với cốt thép ứng suất trước có thể bảo vệ bằng vữa lỏng phun hoặc bằng mỡ  được đổ vào ngay từ lúc sản xuất cốt thép. Trong những năm gần đây người ta dùng phương pháp mới bảo vệ  kim loại khá   hiệu quả: phương pháp sử dụng “chất cản” – cho vào môi trường để tạo nên màng chống   ăn mỏng trên bề  mặt kim loại. Thí dụ  có thể  dùng dầu Natri hoặc K 2CrO2, Na2CO3 làm  chất cản hoà tan vào nước. VIII.  Các loại thép  1)  Thép không gỉ (Inox)   Nguồn gốc:  ­ Thép không gỉ là thuật ngữ chung dùng để chỉ tất cả những loại thép không bị gỉ có   khả năng chống ăn mòn và chứa ít nhất 10,5% Crôm. Thép không gỉ gắn liền với tên tuổi   của một chuyên gia ngành thép người Anh là ông Harry Brearley. Khi vào năm 1913, ông  đã sáng chế ra một loại thép đặc biệt có khả năng chịu mài mòn cao, bằng việc giảm hàm   lượng carbon xuống và cho Crôm vào trong thành phần thép (0.24% C và 12.8% Cr). Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 19
  20. Tiểu luận vật liệu XD GVHD: Cô Nguyễn Thanh Bảo Nghi Harry Brearley (1872­1948)      Bí ẩn tại sao thép lại không gỉ:  ­ Hầu như  tất cả mọi kim loại đều tạo ra phản  ứng với oxi trong không khí và tạo  nên một lớp màng mỏng oxi trên bề  mặt. Quá trình oxi hoá diễn ra trên bề  mặt các loại  thép thông thường sẽ  làm chúng bị  gỉ. Tuy nhiên, do thép không gỉ  chứa ít nhất 10,5%   Crôm nên có sự  khác biệt trong đặc tính của loại oxít này. Với thép không gỉ, lớp màng  mỏng và vô hình chứa Crôm (hay còn gọi là “lớp màng bị  động”) có vai trò như  một lớp   bảo vệ có tác dụng chống lại sự ăn mòn, nó có khả năng tự phục hồi trong trường hợp bề  mặt kim loại bị tác động. ­ Trong môi trường luôn tồn tại quá trình oxi hoá, một lớp màng bảo vệ  bằng oxít  crôm (như “lớp màng bị động”) sẽ tự động hình thành trên bề mặt thép không gỉ. ­ Khi bề mặt thép không gỉ bị trầy xước, hư hại hoặc được gia công bằng máy, lớp   màng bảo vệ này sẽ  mất đi làm cho bề  mặt thép tiếp xúc trực tiếp với môi trường. Lớp  màng bảo vệ này sẽ tự động hình thành khi xuất hiện oxi.  Phân loại:  Có bốn loại thép không gỉ chính: Nhóm 2 – Vật liệu thép Trang 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
3=>0