Tải bản đầy đủ

Đề tài tìm HIỂU NGÀNH CÔNG NGHIỆP THÉP ở VIỆT NAM

LỜI MỞ ĐẦU
Công nghiệp gang thép Việt Nam đang bước vào một giai đoạn phát triển mới.
Vai trò của các doanh nghiệp tư nhân dần mở rộng, những dự án đầu tư vốn nước
ngoài với quy mô lớn hơn đã và đang tập trung vào ngành công nghiệp này. Các
doanh nghiệp nhà nước đang mất dần đặc quyền đặc lợi và rơi vào tình thế phải
tìm ra cách thức tồn tại độc lập với Nhà nước. Giai đoạn phát triển mới này đòi hỏi
những tiếp cận mới như tăng cường cạnh tranh, sắp xếp lại cơ chế thu mua kim
loại phế liệu song song với bảo vệ môi trường, quản lý quá trình tự do hóa thương
mại, đánh giá các dự án vốn đầu tư nước ngoài và tăng cường vai trò của các hiệp
hội doanh nghiệp.
Việt Nam, công nghiệp gang thép, dòng nguyên liệu, phân công lao động theo cấp
bậc, doanh nghiệp nhà nước, chuyển đổi chính sách, năng lực của chính phủ, thu
hút vốn đầu tư trực tiếp nước ngoài, bảo vệ môi trường, hiệp định đối tác kinh tế
song phương Nhật Bản - Việt Nam, hiệp hội doanh nghiệp.
Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu này sẽ làm sáng rõ thực tế là ngành công
nghiệp gang thép Việt Nam đang bước vào một giai đoạn phát triển mới và sự đổi
mới trong chính sách để phù hợp cho giai đoạn mới này là rất cần thiết. Nghiên
cứu cũng đề xuất những định hướng trong đổi mới chính sách. Sau phần giới thiệu
chung, các vấn đề của ngành công nghiệp sẽ được đưa ra bàn luận cùng với những
đóng góp và hạn chế của những nghiên cứu trước đây.
Chính sách “Mở Cửa”, Sự chuyển dịch sang nền kinh tế thị trường và sự phát

triển của ngành công nghiệp thép Việc phát triển ngành công nghiệp thép ở các
nước đang phát triển là một công việc không dễ dàng. Thúc đẩy ngành công nghiệp
thép nội địa buộc một quốc gia phải đối mặt với các vấn đề như thị trường nội địa
hạn hẹp, khó khăn về tài chính, cơ sở hạ tầng yếu kém và sự thiếu hụt đội ngũ quản
lí, kỹ sư và chuyên gia kỹ thuật với những kỹ năng chuyên môn cần thiết. Hơn nữa,
các nước đang phát triển ngày nay buộc phải công nghiệp hóa trong điều kiện hội
nhập với kinh tế thế giới ngay từ giai đoạn đầu của quá trình phát triển kinh tế.
Tương lai của ngành công nghiệp thép nói riêng cũng không có nhiều sáng sủa
dưới áp lực của tự do hóa và hội nhập quốc tế. Thực tế, từ sau chính sách Đổi mới
trong vòng 20 năm trở lại đây, Việt Nam đã và đang mở rộng quan hệ với thế giới.
Việt Nam đã thực hiện cắt giảm thuế mậu dịch khu vực theo khung AFTA từ năm
2006 và gia nhập Tổ chức thương mại thế giới WTO năm 2007. Với nghiên cứu về
tương lai của ngành công nghiệp thép Việt Nam, sự tự do hóa kinh tế ở Việt Nam.

1


TỔNG QUAN NGÀNH CÔNG NGHIỆP THÉP Ở VIỆT NAM
I. Sự hình thành và phát triển ngành công nghiệp thép ở Việt Nam
1. Ngành công nghiệp thép hình thành trong điều kiện đất nước bị
chia cắt
Thời kỳ này ngành thép của 2 miền được hình thành dưới 2 hệ thống với
những đặc trưng kinh tế khác nhau. Miền bắc, nhà máy thép Thái Nguyên
(TISCO) được bắt đầu xây dựng năm 1959, đây là nhà máy liên hợp khép kín,
mục tiêu bắt đầu sản xuất 200000 tấn thép thô /năm. Dung tích lò luyện 100m 3
các lò thép nhỏ được thiết kế và xây dựng nhờ viện trợ kinh tế của Trung Quốc.
Sau năm 1966, thiết bị sản xuất - vận chuyển của nhà máy bị thiệt hại lớn trong
chiến tranh. Sau 15 năm nhà máy gang thép Thái Nguyên mới có sản phẩm cán.
Miền Nam, từ nửa sau thập kỷ 60 tư sản Hoa Kiều bỏ vốn xây dựng 1 số nhà
máy luyện cán thép. Các nhà má nằm gần Sài Gòn vói các lò luyện thép Hồ
Quang Điện có dung lượng khoảng 5-15 tấn/mẻ, máy cán thép năng lượng
khoảng 5 tấn/ngày. Nhà máy quy mô nhỏ nhưng được Đài Loan và Nhật Bản
cung cấp kỹ thuật nên được tiếp thu kỹ thuật tương đối mới. Những nhà máy cán
thép được quốc hữu hóa sau đất nước thống nhất.
2. Qúa trình phát triển ngành thép sau ngày đất nước thống nhất
- Năm 1975, nhà máy luyện cán thép Gia Sàng do Đức giúp đã đi vào sản xuất,
công suất thiết kể cả khu liên hợp gang thép Thái Nguyên lên đến 10 vạn
tấn/năm .
- Năm 1976, công ty luyện kim đen Miền Nam được thành lập vói tổng công
suất 80000 tấn thép cán/năm.

- Từ năm 1976-1989, ngành thép gặp rất nhiều khó khăn do kinh tế đất nước
lâm vào khủng hoảng. Mặt khác ngành thép nhập khẩu từ Liên Xô (trước đây)
và các nước XHCN vẫn còn dồi dào. Vì vậy ngành thép không phát triển được
và chỉ duy trì mức sản lượng 40000-85000 tấn/năm.
- Từ năm 1989-1995 thực hiện chủ trương đổi mới, mở cửa của Đảng và nhà
nước ngành thép bắt đầu có tăng trưởng. Sản lượng thép trong nước đã vượt
ngưỡng 100000 tấn/năm. Năm 1990, tổng công ty thép Việt Nam được thành
lập, thống nhất quản lý ngành sản xuất thép quốc doanh trong cả nước. Đây là
thời kỳ phát triển sôi động và nhiều dự án đầu tư theo chiều sâu, liên doanh với
nước ngoài được thực hiện. Năm 1995,tổng công ty thép Việt Nam và tổng công
ty kim khí thuộc Bộ thương mại được hợp nhất.
- Năm 1996-2000, ngành thép vẫn gĩư được tốc độ tăng trưởng khá cao, tiếp
tục được đầu tư mới và đầu tư theo chiều sâu. Đã xây dựng và hoạt động 13 dự
án liên doanh, trong đó có 12 nhà máy liên doanh cán thép và gia công chế biến
sau cán. Sản lượng cán thép cả nước năm 2000 đạt 1,57 triệu tấn gấp 3 lần năm
1995 và gấp 14 lần năm 1990. Đây là thời kỳ có tốc đọ tăng trưởng mạnh nhất.
- Hiện nay, lực lượng tham gia sản xuất và gia công chế biến thép trong nước
rất đa dạng. Gồm nhiều thành phần kinh tế, ngoài tổng công ty thép Việt Nam và
các cơ sở quốc doanh thuộc các ngành, địa phương khác nhau, còn có các liên
doanh, các công ty cổ phần, công ty 100% vốn nước ngoài và các công ty tư
2


nhân. Sau 10 năm đổi mới và tăng trưởng, ngành thép Việt Nam đã có công suất
luyện thép lò luyện 500000 tấn/năm, công suất cán thép kể cả các đơn vị ngoài
TCT thép Việt Nam tới 2,6 triệu tấn/năm, gia công sau cán trên 500000 tấn/năm.
II. Đặc điểm của ngành công nghiệp thép Việt Nam
1. Khái niệm chung về thép
Thép là loại vật liệu cơ bản, không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp,
do nó có nhiều ưu điểm so với các loại vật liệu khác như: sự kết hợp giữa độ
cứng, độ bền, dễ gia công, dễ tái sinh, có thể từ hóa và có tính kỹ thuệt cao. Nhờ
những tính năng ưu việt này, thép được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công
nghiệp như: ô tô, thiết bị điện, đóng tàu, xây dựng, giao thông và công nghiệp
sản xuất hàng tiêu dùng có tuổi thọ cao. Ở các nước, công nghiệp thép được coi
là bộ phận quan trọng của nền kinh tế.
2. Quy trình sản xuất thép
Quy trình sản xuất thép hoàn chỉnh được thực hiện thông qua 6 công đoạn cơ
bản: (1) thiêu kết, (2) luyện cốc, (3) luyện gang, (4) luyện thép, (5) đúc thép, (6)
cán thép. Ba công đoạn đầu tiên của quy trình sản xuất thép thường tạo ra những
sản phẩm tương đối đồng nhất. Từ công đoạn thứ tư trở đi, các sản phẩm sẽ bắt
đầu được phân nhánh theo 2 nhóm chủ yếu là các sản phẩm dài và các sản phẩm
dẹt với những tính năng khác nhau tùy thuộc vào kỹ thuật luyện thép. Các nhà
máy thép có thể được xây dựng với một, một số hoặc toàn bộ các công đoạn,
nhà máy thép với đầy đủ công đoạn nói trên được gọi là nhà máy thép liên hợp.
Chi phí đầu tư cho những công đoạn thượng nguồn cao hơn rất nhiều so với các
công đoạn hạ nguồn. Theo các chuyên gia trong ngành thép, đẻ có một dây
chuyền sản xuất 100000 tấn phôi/năm, doanh nghiệp cần đầu tư khoảng 300
triệu USD, trong khi chỉ cần 200 tỷ đồng là đã xây dựng được một nhà máy cán
thép có công suất 200000 tấn/năm.
Ở các nước đang phát triển, ngành công nghiệp thép được bắt đàu từ các công
đoạn hạ nguồn, sau đó mở rộng lên các công đoạn thượng nguồn. Những nước
giàu tài nguyên cũng có thể bắt đầu phát triển ngành công nghiệp từ công đoạn
khai thác quặng.Việc lựa chon công đoạn phát triển trong mỗi thời kỳ được thực
hiện trên cơ sở đánh giá về nhu cầu thị trường, tiềm năng nguyên liệu, hiệu quả
sản xuất của từng công đoạn, khả năng huy động vốn và những ràng buộc khác
liên quan đến hoạt động đầu tư. Các nhà đầu tư tự quyết định công đoạn để đầu
tư nhưng nhà nước cũng có thể ảnh hưởng đến sự lựa chọn của các nhà đầu tư
thông qua việc ban hành và thực thi các chính sách phát triển ngành công nghiệp
này.
3. Hoạt động phân phối thép
Các sản phẩm thép thường cồng kềnh, giá trị của một đơn vị khối lượng
thường thấp hơn nhiều so với nhiều loại sản phẩm khác. Vì vậy, chi phí lưu
thông thép thường chiếm một tỷ trọng đáng kể trong tổng giá thành và qua đó
ảnh hưởng đến giá bán cho các nhà phân phối.
Nếu trong quá trình lưu thông, thép không được bảo quản và vận chuyển một
cách hợp lý, chất lượng thép sẽ bị suy giảm và có thể không được sử dụng hoặc
phải bán với giá thấp. Điều này tạo ra áp lực chi phí cho các nhà phân phối, họ
3


có thể đòi hỏi các nhà sản xuất phải bán thép với giá rẻ hơn, hoặc người tiêu
dùng phải mua với giá cao hơn. Ngoài ra sự giảm sút về chất lượng sản phẩm
thép còn có thể làm cho các nhà sản xuất mất uy tín trên thị trường. Nhiều sản
phẩm thép trước khi được đưa vào sử dụng đòi hỏi phải trải qua những giai đoạn
gia công đặc biệt. Vì vậy, quá trình lưu thông thép chỉ có thể tạo ra giá trị gia
tăng nếu nó giúp người sản xuất và người tiêu dùng dự trữ, bảo quản sản phẩm
hợp lý, cắt giảm được chi phí vận chuyển tiêu dùng thép thuận tiện và có chất
lượng đảm bảo.

CHƯƠNG I
THÉP CACBON
I. Khái niệm chung
1. Khái niệm
Thép cácbon là hợp kim của sắt và cacbon với chứa lượng cacbon nhỏ hơn
2,14% và lớn hơn 0,006%.
Tuy nhiên do điều kiện nấu luyện nên có nhiều nguyên tố khác cũng có mặt
trong thép. Chúng là các tạp chất thường có như Mangan (Mn), Silíc (Si), Phốt
pho (P), lưu huỳnh (S), các tạp chất ẩn như hydrô (H), nitơ (N), ôxy (O), và các
tạp chất ngẫu nhiên như crôm (Cr), nikel (Ni), vônfram (W), titan (Ti), molibden
(B), vanadi (V),...Tất cả các loại nguyên tố kể trên có ở trong thép với lượng
chứa nhỏ và ảnh hưởng không đáng kể đến tổ chức và tính chất của thép. Chính
vì thế mà kể cả các nguyên tố có lợi đều được gọi là tạp chất.

Hình 1- Ông thép cacbon

Hình 2- Dây thép cacbon

Cần lưu ý rằng nếu một hay một vài nguyên tố kể trên mà người ta cố ý cho
vào thép với dụng ý nào đó thì chúng lại được gọi là nguyên tố hợp kim (sẽ
được trình bày chi tiết trong phần thép hợp kim).
Tóm lại ngoài sắt ra thành phần hóa học của thép cácbon thông thường bao
gồm: C < 2%; Mn ≤ 0,5-0,8%; Si ≤ 0,3-0,6%; P ≤ 0,05-0,06%; S ≤ 0,05-0,06%.
2. Thành phần hóa học
4


Thép Cacbon là thép thông thường gồm các nguyên tố:
+ C ≤ 2,14%; Mn ≤ 0,8%; Si ≤ 0,4%; P ≤ 0,05%; S ≤ 0,05%.
+ Cr, Ni, Cu ≤0,3%; Mo, Ti ≤ 0,05%.
3. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tổ chức và tính chất
a. Cacbon
+ Tổ chức tế vi
- C < 0,8% tổ chức Ferit + Peclit – thép trước cùng tích
- C = 0,8% tổ chức Peclit – thép cùng tích
- C > 0,8% tổ chức Peclit + XeII – thép sau cùng tích
+ Về cơ tính
- Thép Cacbon thấp: C ≤ 0,25%, có độ dẻo, độ dai cao, độ bền, độ cứng thấp.
Dùng làm kết cấu xây dựng, làm lá thép, tấm để dập nguội...
- Thép Cacbon trung bình: C = 0,3 ÷ 0,5%, có độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai
đều khá cao.
Dùng làm chi tiết máy chịu tải, va đập như: trục, bánh răng,
- Thép Cacbon tương đối cao: C = 0,55 ÷ 0,65%, có độ cứng cao, giới hạn
đàn hồi cao nhất.
Dùng làm các chi tiết đàn hồi: lò xo, nhíp,
- Thép Cacbon cao: C ≥ 0,7%, có độ cứng và tính chống mài mòn cao nhất.
Dùng làm dụng cụ như dao cắt, khuôn rập, dụng cụ đo.
Ảnh hưởng của Cacbon đến cơ tính của thép.

Hình2 Ảnh
hưởng
của
cacbon
đến cơ
tính của
thép

b. Mangan
- Mn có tác dụng để khử Oxy
FeO + Mn → MnO + Fe
- Mn hòa tan vào Ferit, nâng cao độ bền, cứng
- Hàm lượng: 0,5 ÷ 0,8%.
c. Silic
5


- Si có tác dụng để khử Oxy
2 FeO + Si → SiO2 + 2Fe
- Si hòa tan vào Ferit, nâng cao độ bền, cứng
- Hàm lượng: 0,40 ÷ 0,50%.
d. Phốtpho
- P có khả năng hòa tan vào Fe tạo nên Fe3P
- P làm giảm mạnh độ dẻo, độ dai, tăng mạnh độ giòn ở nhiệt độ thường
- Hàm lượng: ≤ 0,05%.
e. Lưu huỳnh
- S kết hợp với Fe tạo thành FeS
- S không tan trong Fe, làm cho thép bị giòn
- Hàm lượng: ≤ 0,05%.
II. Phân loại thép cacbon
1. Phân loại theo công dụng
1.1. Thép cacbon xây đựng
- Thép xây dựng là loại thép cacbon thấp với lượng C < 0,22% là loại thép
mềm, dẻo, dễ hàn. Thép cacbon vừa và cao là loại thép sử dụng trong các
ngành công nghiệp khác.
* Cấu trúc :
Thép xây dựng có cấu trúc tinh thể, do các hợp chất sau tạo thành:
- Ferit (Chiếm 99% thể tích): Là sắt nguyên chất, mềm và dẻo.
- Xementit: Là hợp chất sắt cacbua (Fe3C), cứng và giòn.
- Peclit: Là hợp chất của Ferit và Xementit.
Màng Peclit nằm giữa hạt ferit quyết định sự làm việc, tính dẻo của thép.
Thép càng nhiều cacbon thì màng pelit càng dày và thép càng cứng.
1.2. Thép cacbon kết cấu
a. Định nghĩa
Thép cacbon kết cấu là thép cacbon có hàm lượng cacbon nhỏ hơn 0,7% và
có chất lượng tốt (có nghĩa là hàm lượng S < 0,04%, hàm lượng P < 0,035%).

Hình3 - Thép cacbon kết cấu

b. Tính chất - Phạm vi ứng dụng
- Thép có hàm lượng cacbon thấp (< 0,25%), có độ dẻo, độ bền, độ cứng, khó
6


hóa bền bằng nhiệt luyện. Dùng làm chi tiết dập nguội, xây dựng.
- Thép có hàm lượng cacbon trung bình (0,25-0,5)%, có cơ tính tổng hợp tương
đối cao, dùng làm các chi tiết chịu tải nhẹ như bánh răng, trục có kích thước
nhỏ.
- Thép có hàm lượng cacbon tương đối cao (0,55-0,7)%, có độ cứng cao sau
nhiệt luyện (40-45)HRC, giới hạn đàn hồi cao, dùng làm các chi tiết đàn hồi
như nhíp xe, lo xo.
Các kí hiệu thép cacbon kết cấu (theo TCVN 1765-75): C15, C20, C35,
C40, C45 v.v.... (hai chữ số chỉ phần vạn C trung bình).
Ví dụ: C45 là thép cacbon kết cấu có hàm lượng C trung bình là 0,45%.
1.3. Thép cacbon dụng cụ
a. Định nghĩa
Thép cacbon dụng cụ là thép có hàm lượng cacbon trong khoảng từ (0,71,3)% và thép cacbon có chất lượng cao (có hàm lượng S< 0,025%, hàm lượng
P<0,025%).
b. Tính chất - phạm vi ứng dụng
- Các loại thép dụng cụ nói chung đều có độ cứng, độ chịu mài mòn cao nên
được dùng làm dụng cụ cắt gọt (ở tốc độ thấp <5m/ph), dụng cụ đo, khuôn dập
nguội v,v...
- Các chi tiết máy bằng thép cacbon dụng cụ thường được nhiệt luyện rồi mới
sử dụng. Sau nhiệt luyện, các loại thép cacbon dụng cụ thường có độ cứng
tương nhau nhưng tính chống mài mòn khác nhau.
- Thép có hàm lượng C từ (1-1,3)% thường được dùng làm dao cắt, có độ
thấm tôi tốt nhưng tính chịu nóng kém (<2000C).
Các kí hiệu thép cacbon dụng cụ (theo TCVN 1822-76): CD70, CD80,
CD90, CD100, CD110 (các chữ số chỉ phần vạn cacbon trung bình).
Ví dụ: CD là thép cacbon dụng cụ có hàm lượng cacbon trung bình là
1,1%.
2. Phân loại theo chất lượng
2.1. Thép cacbon chất lượng thường
a. Định nghĩa
- Thép cacbon chất lượng thường là thép cacbon có hàm lượng S từ (0,050,07)%.
b. Tính chất - phạm vi ứng dụng
- Được sử dụng chủ yếu trong xây dựng (khoảng 80%) dưới dạng thành phần
qua cán nóng như dạng tấm, thanh, dây, ống, thép hình v.v...
Các mác thép cacbon chất lượng thường :
Theo tiêu chuẩn của Nga gồm CT0, CT1, CT2, CT3, CT4, CT5, CT6.
Theo tiêu chuẩn của Việt Nam gồm CT31, CT33, CT34, CT38, CT42,
CT52, CT61.
Chữ C có ý nghĩa là cacbon, chữ T có ý nghĩa là thép, chữ số đằng sau càng
lớn cơ tính càng cao (giới hạn bền) và độ dẻo càng thấp.
Mác CT10 (Nga) tương đương với mác CT31 (VN)
Mác CT6 (Nga) tương đương với mác CT61 (VN)
Các con số trong kí hiệu theo TCVN chỉ giới hạn bền kéo của thép. Ví dụ
7


CT31 là loại thép cacbon chất lượng thường có:
2.2. Thép cacbon chất lượng tốt
a. Định nghĩa
Chất lượng tốt, cho phép không quá 0,04%S và 0,035%P.
b. Tính chất - phạm vi ứng dụng
- Có cơ tính tổng hợp cao.
- Thương dùng đẻ chế tạo các chi tiết máy chịu trọng tải cao.
- vật liệu này thường cung cấp dưới dạng bán thành phẩm.
- Phương pháp luyện thép trong lò mactanh và lò điện hồ quang dễ dàng đạt
được chất lượng này. Chất lượng này thường được áp dụng cho các nhóm thép
dùng trong chế tạo máy thông dụng, tức có yêu cầu cao hơn.
2.3. Thép cacbon chất lượng cao
Cho phép không quá 0,025%S và 0,035%P trong hỗn hợp, được luyện ở lò
điện hồ quang dùng nguyên liệu chất lượng.
Ký hiệu: CDxxA
Ta có : C – cacbon, D – dụng cụ
xx – chỉ phần vạn cacbon trung bình
A - chất lượng cao (P, S ≤ 0,025%).
Kí hiệu của %C trung bình Chất lượng Việt Nam Liên Xô:
- CD70A Y7A 0,7 P, S ≤ 0,025%.
- CD80 Y8 0,8 P, S > 0,025%.
- CD90 Y9 0,9 P, S > 0,025%.
-CD100 Y10 1,0 P, S > 0,025%.
-CD130A Y130A 1,3 P, S ≤ 0,025%.

Hình4 - Thép cacbon chất lượng cao

2.4. Thép cacbon chất lượng đặc biệt
Cho phép không quá 0,015%S và 0,025%P.
8


Hình5 - Thép chất lượng đặc biệt

Lượng cacbon trong khoảng 1,0–2,0% . Thép này khi tôi sẽ đạt được độ
cứng rất cao. Dùng trong các việc dân dụng: dao cắt, trục xe hoặc đầu búa.
Phần lớn thép này với hàm lượng 1,2%C được sử dụng trong công nghệ luyện
kim bột và luôn được xếp loại vào với thép cacbon có hợp kim cao.
III. Ưu điểm và nhược điểm của thép cacbon
1. Ưu điểm
- Thép cacbon được dùng rất rộng rãi trong kỹ thuật nói chung và chế tạo máy.
- Dễ luyện, dễ kiếm, rẻ, không phải dùng nguyên tố hợp kim đắt tiền.
- Có cơ tính nhất định phù hợp với các điều kiện thông dụng.
- Có tính công nghệ tốt: dễ đúc, cán, rèn, kéo sợi, hàn, gia công cắt hơn thép hợp
kim.
2. Nhược điểm
- Độ thấm tôi thấp nên kém hiệu quả khi nhiệt luyện tôi + ram không cao, do đó
ảnh hưởng xấu đến độ bền, đặc biệt với tiết diện lớn.
- Tính chịu nhiệt độ cao kém: khi nung nóng độ bền cao của trạng thái tôi giảm
đi nhanh chóng do mactenxit bi phân hóa ở trên 200 0C, ở trên 5700C bị oxy hóa
mạnh.
- Không có các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt như: cứng nóng, chống ăn
mòn.
Do vậy trong thực tế thép cacbon được dùng trong các chi tiết với mặt phẳng cắt
ngang nhỏ, hình dạng đơn giản, chịu tải trọng nhẹ và vừa phải, làm việc trong
điều kiện thường, trong khi đó các thép hợp kim được dùng cho các trường hợp
ngược lại.
IV. Ứng dụng của thép cacbon
Một số ứng dụng của thép cacbon
9


- Dùng để chế tạo những chi tiết chịu lực nhỏ, dùng trong xây dựng và giao thông
vận tải.
- Dùng chế tạo các chi tiết máy chịu lực cao.
- Dùng làm các dụng cụ cắt, khuôn dập, dụng cụ đo v.v...

Hình6 - Thép được dùng trong xây dựng

Hình7- Thép được dùng trong sx ô tô

10


CHƯƠNG II: THÉP HỢP KIM
I. Khái niệm về hợp kim thép
1. Khái niệm
Thép hợp kim là hợp kim của sắt - cacbon và một số nguyên tố hợp kim có
hàm lượng nhất định (thường lớn hơn hoặc bằng 1%) như Cr, Ni, Mn, W, Mo,
Si v.v... Nhưng đối với Ti chỉ cần 0,1% đã được gọi là nguyên tố hợp kim. Thép
hợp kim luôn có một số nguyên tố tạp chất khác như S, P v.v...

Hình8 - Thép hợp kim

Lưu ý rằng khi hàm lượng của các nguyên tố này thấp hơn một giới hạn nhất
định nào đó chúng được coi là tạp chất. Ranh giới để phân biệt một nguyên tố
là tạp chất hay là nguyên tố hợp kim rất khác nhau theo từng loại nguyên tố.
Thí dụ: Mn: 0,8 ÷ 1,0 %
Ni: 0,2 ÷ 0,6 %
Ti: 0,1 %

Si: 0,5 ÷ 0,8 %

W: 0,1 ÷ 0,5 %
Cu: 0,1 %

Cr: 0,2 ÷ 0,8 %
Mo: 0,05 ÷ 0,2 %

B: 0,002 %

Thép hợp kim là loại có chất lượng từ tốt trở lên nên chứa rất ít tạp chất có
hại.
2. Đặc tính
a. Về cơ tính
- Tính thấm tôi cao hơn thép cácbon.
- Khi tăng mức độ hợp kim hóa làm tăng độ cứng, độ bền nhưng thường
làm giảm độ dẻo, độ dai.
- Nhìn chung tính công nghệ thấp hơn thép cácbon.
b. Về tính chịu nhiệt (tính cứng nóng và tính bền nóng)
11


Thép cácbon mặc dù có độ cứng cao sau khi tôi, nhưng độ cứng này không
giữ được khi làm việc ở nhiệt độ cao hơn 20000C do tổ chức máctenxít bị
phân hủy và xementít kết tụ.
Do các nguyên tố hợp kim cản trở khả năng khuyếch tán của cácbon, làm
máctenxít phân hóa và cácbit kết tụ ở nhiệt độ cao nên thép hợp kim có thể
giữ được độ cứng cao của trạng thái tôi và tính chống dão tới 60000C và tính
chống ôxy hóa tới 800 – 10000C.
c. Về các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt
− Không gỉ, chống ăn mòn trong axít, bazơ, muối.
− Từ tính đặc biệt hoặc không có từ tính.
− Giản nở nhiệt đặc biệt….
3. Công dụng
a. Sự hòa tan của các nguyên tố hợp kim vào sắt
Phần lớn các nguyên tố hợp kim, điển hình thường gặp là Mn, Si, Cr, Ni hoà
tan vào sắt tạo thành dung dịch rắn.
Các nguyên tố hợp kim khi hòa tan vào thép làm tăng tính thấm tôi của thép
do đó chúng có tác dụng hóa bền tốt khi nhiệt luyện.
Mangan và silíc là hai nguyên tố làm tăng rất mạnh độ cứng và độ bền
nhưng rất tiếc chúng lại làm giảm mạnh độ dẻo và độ dai của ferít nên trong
thực tế thép hợp kim thông thường chỉ chứa mangan và silíc trong giới hạn từ 1
đến 2%. Nikel và crôm có mức độ hóa bền vừa phải nhưng không làm giảm
mạnh độ dẻo và độ dai, nên được sử dụng rất nhiều trong loại thép hợp kim.
b. Sự tạo thành các pha cácbít hợp kim
Các nguyên tố hợp kim có ái lực mạnh với cácbon dễ tạo thành các pha
cácbit trong thép. Các nguyên tố như Mn, Cr, W, Mo, V, Zr, Ti, Nb có khả năng
tạo pha cácbit, những pha này gọi là pha xementit hợp kim.
Các pha cácbit làm tăng mạnh độ cứng, tính chống mài mòn của thép. Khi
tôi chúng tạo nên tổ chức hạt nhỏ mịn làm cơ tính và độ dai của thép tốt hơn.
Khi ram các pha này tiết ra khỏi xementit và kết tụ lại ở nhiệt độ cao do đó làm
cho thép có tính bền nóng cao.
c. Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến quá trình nhiệt luyện
* Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến chuyển biến khi nung
Các nguyên tố hợp kim (trừ mangan) đều tạo nên những cácbit hợp kim
bền vững và ổn định hơn so với xementít nên đều khó hòa tan vào austenít
hơn so với xementít. Vì thế muốn hòa tan chúng cần nhiệt độ cao hơn và thời
gian dài hơn. Các nguyên tố tạo cácbit càng mạnh càng khó hòa tan vào
austenít. Cụ thể, cácbit titan (TiC) và cácbit vanadi (VC) rất khó hòa tan, còn
12


những cácbit khác khó hòa tan hơn so với xementít hợp kim và xementít hơp
kim lại khó hòa tan hơn xementít thường.
Ngoài ra, do tốc độ khuyếch tán của các nguyên tố hợp kim thấp hơn rất
nhiều so với cácbon cho nên để đạt được sự đồng đều thành phần của austenít
hợp kim cũng khó khăn hơn so với quá trình đạt sự đồng đều của thành phần
austenít thông thường trong thép cácbon. Chính vì thế mà muốn làm đồng đều
thành phần hóa học của austenít hợp kim cần phải giữ nhiệt lâu hơn. 
* Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến sự phân hóa đẳng nhiệt của
austenít
Trừ côban (Co), các nguyên tố hợp kim khi hòa tan vào austenít đều làm
chậm tốc độ phân hóa đẳng nhiệt của austenít với mức độ khác nhau. Nói
cách khác chúng đều làm dịch chuyển đường cong chữ “C” sang phải.
Có những nguyên tố chỉ làm dịch chuyển đường cong chữ “C” sang phải chứ
không làm thay đổi hình dạng của đường cong so với thép cácbon. Đó là các
nguyên tạo cácbit như nikel, silíc, đồng, nhôm và nguyên tố tạo cácbit yếu
như mangan

Hình9 - Gỉan đồ chữ C

Còn những nguyên tố tạo cácbit mạnh như crôm, vônfram, molibden và
vanadi không những làm dịch chuyển đường cong chữ “C” sang phải mà còn
làm thay đổi hình dạng của nó . Ta thấy đường cong bị dịch chuyển sang phải
và bị tách thành hai đường cong chữ “C” trên và dưới. Đường cong trên ứng
với chuyển biến austenít thành peclít, xoocbít và trustít, còn đường cong dưới
ứng với chuyển biến của austenít thành bainít.
* Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến độ thấm tôi
13


Khi hòa tan vào austenít, các nguyên tố hợp kim làm dịch chuyển đường cong
chữ “C” sang phải vì thế làm giảm tốc độ tôi tới hạn nên làm tăng độ thấm tôi
của thép hợp kim.
Cùng với điều kiện làm nguội như nhau, ứng với sự phân bố tốc độ nguội theo
tiết diện giống như nhau, thép hợp kim có tốc độ nguội thấp hơn nên có độ
thấm tôi lớn hơn so với độ thấm tôi của thép cácbon nên sau nhiệt luyện tôi và
ram các chi tiết bằng thép hợp kim chịu tải trọng tốt hơn.
Các thép có tốc độ tôi tới hạn nhỏ và do đó có độ thấm tôi lớn là các loại thép
hợp kim Cr – Ni, Cr – Mn, Cr – Mo, Cr – Ni – Mo, hay Cr – Mn – Mo, v.v...
Chúng là cơ sở của thép hợp kim kết cấu hiện nay.
* Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến chuyển biến máctenxít
Trong số các nguyên tố hợp kim thường dùng, hai nguyên tố nhôm (Al) và
côban (Co) làm tăng nhiệt độ bắt đầu chuyển biến máctenxít (Mđ), riêng silíc
(Si) không gây ảnh hưởng gì, còn các nguyên tố hợp kim còn lại đều làm
giảm điểm Mđ nên đều làm tăng lượng austenít dư sau khi tôi.
Chính vì ảnh hưởng này mà một số thép hợp kim cao có điểm chuyển biến
máctenxít Mđ quá thấp vì thế sau khi tôi còn có lượng austenít dư lớn dẫn đến
độ cứng không đạt giá trị mong muốn. Để khử bị austenít dư này, người ta
thường phải tiến hành gia công lạnh hoặc ram ở nhiệt độ thích hợp một vài
lần để austenít dư tiếp tục chuyển biến thành máctenxít và khi đó độ cứng của
thép sẽ đạt được giá trị cao nhất.
d. Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến quá trình ram
Với các mức độ khác nhau, các nguyên tố hợp kim đều cản trở các chuyển
biến xảy ra khi ram.
Trong quá trình ram có chuyển biến austenít dư thành mactenxít ram nên
làm tăng độ cứng. Sự tăng độ cứng do kết quả của chuyển biến austenít dư
thành máctenxít và hóa cứng phân tán khi ram đựoc gọi là độ cứng thứ hai.
Hiện tượng này thường gặp trong thép crôm cao và thép vônfram cao.
Một cách tổng quát ta có thể nêu vắn tắt tác dụng của các nguyên tố hợp
kim như sau:
− So với thép cácbon, ở nhiệt độ thường, thép hợp kim có độ bền cao hơn
là do ferít là pha chủ yếu của thép đã được hóa bền bởi sự hòa tan của các
nguyên tố hợp kim. Nhưng hiệu quả này chỉ được phát huy đầy đủ sau khi
nhiệt luyện tôi và ram do những nguyên tố hợp kim không những làm tăng
chiều dày của lớp hóa bền (độ thấm tôi) mà còn nâng cao cả độ bền của chính
lớp hóa bền đó.
− Thép hợp kim giữ được độ bền, độ cứng cao của trạng thái tôi ở nhiệt độ
cao hơn so với thép cácbon do các nguyên tố hợp kim ở trong dung dịch rắn
máctenxít cản trở sự phân hóa của pha này khi ram.
14


4 . Ký hiệu và phân loại thép hợp kim
a. Ký hiệu
Ký hiệu của thép còn được gọi là mác thép. Theo tiêu chuẩn Việt nam, thép
hợp kim được ký hiệu bằng hệ thống chữ và số trong đó chữ ký hiệu các
nguyên tố hợp kim bằng chính ký hiệu hóa học của nó. Số ở đầu mác thép chỉ
hàm lượng cácbon trung bình tính theo phần vạn, số ở sau nguyên tố hợp kim
nào chỉ hàm lượng trung bình của nguyên tố đó tính theo phần trăm. Chữ A ở
cuối mác thép (nếu có) chỉ thép có chất lượng cao. Nếu hàm lượng của nguyên
tố hợp kim nào đó xấp xỉ bằng một thì không cần ghi số.
Thí dụ: mác thép 18CrMnTi cho biết đây là thép hợp kim có chứa 0,18%
cácbon, khoảng 1% mỗi nguyên tố crôm, mangan và titan. Mác 60Si2 cho biết
đây là thép hợp kim có chứa 0,60% cácbon và khoảng 2% silíc.
b. Phân loại thép hợp kim
* Phân loại theo nguyên tố hợp kim
Đây là cách phân loại dựa vào tên của nguyên tố hợp kim chính có mặt
trong thép. Có những loại thép gồm một nguyên tố hợp kim như thép crôm,
thép nikel, thép mangan v.v... hoặc những thép hợp kim chứa hai nguyên tố
hợp kim chính như thép crôm – nikel, thép crôm – mangan hay những thép
có chứa ba nguyên tố hợp kim chính như thép crôm – nikel – molibđen v.v...
Theo cách này người ta biết được tính chất của thép do nguyên tố hợp kim
chính quyết định.
* Phân loại theo tổng lượng nguyên tố hợp kim
Theo tổng lượng các nguyên tố hợp kim có mặt trong thép người ta chia
thép hợp kim ra làm ba loại:
− Thép hợp kim thấp là loại thép có tổng lượng các nguyên tố hợp kim
nhỏ hơn 2,5% (thường là thép péclit).
− Thép hợp kim trung bình là loại thép có tổng lượng các nguyên tố hợp
kim từ 2,5% đến 10% (thường là thép péclit - máctenxít).
− Thép hợp kim cao là loại thép có tổng lượng các nguyên tố hợp kim lớn
hơn 2,5% (có thể là thép máctenxít hay austenít). Cách phân loại này cho
biết giá trị của thép.
* Phân loại theo tổ chức ở trạng thái thường hóa
Nung nóng thép hợp kim đến trạng thái hoàn toàn là austenít rồi làm nguội
trong không khí tĩnh (tức nhiệt luyện thường hóa) người ta thấy tùy theo
mức độ hợp kim hóa chúng ta có thể nhận được các thép hợp kim sau:
Thép péclít
Thép péclít là loại thép hợp kim thấp do đó độ ổn định của austenít quá
15


nguội còn nhỏ vì thế khi làm nguội trong không khí tĩnh véc tơ tốc độ
nguội cắt đường cong chữ “C” nên tổ chức của nó nhận được là péclít
(xoocbít, trustít).
Thép máctenxít
Thép máctenxít là loại thép có hàm lượng cácbon trung bình hoặc cao
nên tính ổn định của austenít cao, vì thế chỉ cần làm gnuội trong không khí
tĩnh véctơ tốc độ nguội của nó cũng không cắt đường cong chữ “C” mà đi
thẳng vào vùng chuyển biến máctenxít nên tổ chức nhận được là máctenxít.
Những loại thép máctenxít vì thế còn có tên là thép tự tôi.
Thép austenít
Thép austenít là loại thép được hợp kim hóa cao bởi nikel và mangan là
những nguyên tố mở rộng vùng γ nên khi làm nguội ngoài không khí tĩnh
đến nhiệt độ bình thường tổ chức của nó vẫn còn là austenít.
d. Phân loại theo công dụng
Cách phân loại theo cơng dụng được dùng nhiều nhất. Theo cách này
người ta chia thép hợp kim ra làm các loại sau:
Thép hợp kim cán nóng thông dụng, thép hợp kim kết cấu, thép hợp kim
dụng cụ và thép hợp kim đặc biệt.
5. Các khuyết tật của thép hợp kim
a. Thiên tích nhánh cây
Thép hợp kim cao do chứa một hàm lượng lớn các nguyên tố khác loại nên
được làm nguội từ trạng thái lỏng (kết tinh) chúng sẽ kết tinh ra dung dịch rắn
chứa ít cácbon trước tiên vì dung dịch rắn này có nhiệt độ nóng chảy cao tạo
nên các nhánh cây. Tiếp sau đó chúng mới kết tinh ra dung dịch rắn có chứa
nhiều cácbon và các nguyên tố hợp kim do dung dịch rắn loại này có nhiệt độ
nóng chảy thấp hơn tạo nên các vùng giữa các nhánh cây. Quá trình kết tinh
như vậy đã tạo ra sự khác nhau về thành phần hóa học giữa các nhánh cây hay
nói cách khác, nó tạo ra thiên tích nhánh cây.
Thỏi thép hợp kim với tổ chức nhánh cây khi đem cán sẽ tạo ra tổ chức thớ,
làm cho cơ tính của chúng khác nhau theo các phương khác nhau. Hơn nữa
chúng rất dễ nứt khi gia công rèn, cán vì liên kết giữa các tinh thể nhánh cây
kém và bản thân nhánh cây có tính dẻo thấp.
Để ngăn ngừa thiên tích nhánh cây trong các thỏi thép hợp kim cần làm nguội
chậm trong quá trình đúc nhằm tạo điều kiện khuyếch tán tốt để làm đồng đều
thành phân. Phương pháp này làm chậm năng xuất đúc nên không đem lại hiệu
quả kinh tế kỹ thuật.
Các thép hợp kim có thiên tích nhánh cây có thể khắc phục bằng cách đem ủ
khuyếch tán ở nhiệt độ 1050 – 11000C trong thời gian dài từ 8 đến 10 giờ. Do ủ
khuyếch tán có giá thành cao nên chỉ áp dụng khi thật cần thiết.
16


b. Đốm trắng
Đốm trắng là các vết nứt nhỏ có dạng đốm trắng thấy rõ trên mặt gẫy của
thỏi cán của thép hợp kim. Nó là nguồn gốc phát sinh ra phá hủy giòn nên là một
dạng khuyết tật nguy hiểm của thép hợp kim. Rất may, đốm trắng chỉ xảy ra
trong thỏi thép cán của thép hợp kim có độ thấm tôi cao như thép hợp kim crôm
– nikel, Crôm – Nikel – vônfram (Môlipđen) mà thôi.
Nguyên nhân chính gây ra đốm trắng là hyđrô.
Ngoài ra với sự chuyển biến pha (từ γ→α hay từ γ→ máctenxít) không đồng
đều về thời gian và nhiệt độ, sự khác nhau về thành phần hóa học giữa các vùng
tinh thể gây nên ứng suất bên trong cũng tạo nên đốm trắng.
Để ngăn ngừa, cần phải sấy khô tòan bộ mẻ liệu (vật liệu kim loại, nhiên liệu
và chất trợ dung) trước khi cho vào lò luyện để giảm bớt hàm lượng hyđrô hòa
tan vào thép lỏng. Phương pháp này ít tốn kém có hiệu quả kinh tế cao.
Ngoài ra người ta còn dùng cách ủ đẳng nhiệt, hay sau khi biến dạng cho
làm nguội chậm với thời gian dài 10–15 giờ. Những phương pháp này kéo dài
nên khá tốn kém.
c. Giòn ram
Thông thường khi tăng nhiệt độ ram (từ ram thấp đến ram cao) độ dai va đập
luôn luôn tăng lên và đạt tới giá trị cao nhất ở nhiệt độ 600 – 650 0C rồi lại giảm
đi. Quan hệ giữa độ dai va đập và nhiệt độ ram của thép cácbon (0,40%C). Tuy
nhiên,
quan hệ giữa nhiệt độ ram và độ dai va đập ở một số loại thép kết cấu hợp
kim lại khác, chúng có thể có hai giá trị cực tiểu ứng với hai khoảng nhiệt độ
khác nhau mà tại đó thép bị giòn hơn mức bình thường rất nhiều. Hiện tượng
này được gọi là giòn ram .
Loại giòn xuất hiện khi ram trong khoảng nhiệt độ 280 – 350 0C ứng với
giá trị cực tiểu thứ nhất được gọi là giòn ram loại I. Ta nên tránh giòn ram loại I
bằng cách không ram thép ở khoảng nhiệt độ này vì đây là loại giòn ram không
chữa được hay giòn ram không thuận nghịch.
Loại giòn xuất hiện khi ram trong khoảng nhiệt độ 500 – 600 0C ứng với
giá trị cực tiểu thứ hai thường gặp ở thép hợp kim crôm, thép hợp kim mangan,
hay thép hợp kim crôm – mangan hoặc thép hợp kim crôm – nikel sau khi làm
nguội chậm được gọi là giòn ram loại II.
Độ dai va đập ak , kJ/m2
Nguội nhanh 2.500, 2000
Nguội chậm 1500, 1000 Nhiệt độ ram.
Quan hệ giữa độ dai va đập và nhiệt độ ram của thép hợp kim (0,30%C,
1,47%Cr, 3,4%Ni).
17


Với chi tiết có kích thước nhỏ để tránh giòn ram loại hai người ta tiến hành cho
nguội nhanh trong nước hay dầu sau khi ram cao. Đối với chi tiết có kích thước
lớn người ta dùng thép hợp kim có thêm 1% vônfram hay 0,5% môlipđen.
II. Một số thép hợp kim thông dụng
1. Thép hợp kim kết cấu
a. Tổng quan
Thép hợp kim kết cấu được dùng chủ yếu để chế tạo các chi tiết máy lớn và
quan trọng như các loại trục, các bánh răng, thanh truyền lực, lò xo, vòng bi
v.v...
Thép hợp kim kết cấu thuộc nhóm chất lượng cao, có nhiều chủng loại và
thường phải nhiệt luyện trước khi dùng để phát huy hết khả năng làm việc của
chúng. Chính vì thế việc lựa chọn, sử dụng hợp lý thép hợp kim kết cấu trong
chế tạo cơ khí sẽ mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật lớn.
Thép hợp kim kết cấu thường có thành phần cácbon thấp và trung bình trong
giới hạn 0,1 – 0,6%, cao nhất cũng không quá 0,65% trừ các thép chuyên dùng
và chịu mài mòn như thép vòng bi.
Hàm lượng nguyên tố hợp kim trong thép hợp kim kết cấu thường chỉ 1 – 3%,
nhiều nhất cũng chỉ 6 – 7% và thường dùng mangan, silíc là những nguyên tố
rẻ tiền, dễ kiếm. Ngoài ra còn có crôm và nikel.
Tác dụng chủ yếu của những nguyên tố hợp kim trên là nâng cao độ thấm tôi
(đường kính tôi thấu có thể từ 25 – 200 mm) và hóa bền pha ferít để nâng cao
cơ tính ở trạng thái cung cấp.
b. Một số loại thông dụng
Thép hợp kim kết cấu thấm cácbon. Nhóm thép hợp kim kết cấu thấm
cácbon chuyên dùng để chế tạo các chi tiết truyền lực như bánh răng, cam,
chốt xích, đóa ma sát v.v... nên đòi hỏi trong lõi dẻo dai chịu va đập còn bề
mặt cần cứng vững chịu được mài mòn vì thế trước khi dùng phải thấm
cácbon rồi đem tôi và ram thấp.
Hàm lượng cácbon trong thép hợp kim kết cấu thấm cácbon khoảng 0,10 –
0,25%, hiện nay có xu hướng dùng thép với lượng cácbon trên dưới 0,3% để
nâng cao độ bền của lõi, nhất là với các chi tiết lớn.
Lưu ý: sự khác nhau về chất lượng giữa thép thấm cácbon thông thường và
thép hợp kim kết cấu thấm cácbon khi có cùng hàm lượng cácbon là thép hợp
kim kết cấu thấm cácbon có độ thấm tôi lớn hơn nên độ bền của lõi cao hơn
do đó làm đựoc chi tiết lớn hơn, ngoài ra do ít bị biến dạng khi tôi nên có thể
thấm được ở nhiệt độ cao hơn. Khi độ cứng của bề mặt như nhau thì tính
chống mài mòn của thép hợp kim kết cấu cao hơn so với thép thấm cácbon
thông thường do tạo nên cácbit ổn định với độ phân tán cao.
Một số mác thép hợp kim kết cấu thấm cácbon có thể kể đến là:
18


Nhóm thép crôm: bao gồm các mác 15Cr, 20Cr, 15CrV… được dùng làm
các chi tiết nhỏ với đường kính không lớn hơn 30mm, yêu cầu chống mài
mòn cao ở bề mặt và chịu tải trung bình như các chốt piston, trục cam, trục
giữa xe đạp, trục pêđan, bánh răng có mô đun nhỏ v.v...
Nhóm thép crôm – nikel: bao gồm các mác 20CrNi, 12CrNi3A,
12Cr2Ni4A, 18Cr2Ni4WA, 18Cr2Ni4Mo v.v... có độ thấm tôi rất cao, đảm
bảo được độ bền và độ dai va đập tốt vì thế thường được làm các chi tiết chịu
tải trọng cao nhất.
Mác thép 18Cr2Ni4W hoặc 18Cr2Ni4Mo được dùng làm các chi tiết đặc
biệt quan trọng như bánh răng, trục của động cơ máy bay, tầu biển v.v...
Nhược điểm cơ bản của nhóm thép này là đắt, khó cắt gọt và qui trình nhiệt
luyện phức tạp.
Nhóm thép crôm – mangan – titan: bao gồm các số hiệu 18CrMnTi,
25CrMnTi, 30CrMnTi, 25CrMnMo v.v... được dùng để sản xuất hàng loạt các
chi tiết của máy kéo như các bánh răng hộp số, bánh răng cầu sau và các trục
quan trọng.
Thành phần hóa học của một số mác thép thuộc nhóm thép hợp kim kết cấu
thấm cácbon nêu trên được trình bày trong bảng 1.1
Bảng 1.1 Một số thép hợp kim kết cấu thấm cácbon.
Thành phần các nguyên tố (%)
C

Cr

Ni

Mn

Nguyên tố khác

15Cr

0,12-0,15 0,70-1,00

-

0,40-0,70

-

20Cr

0,17-0,23

0,70-1,00

-

0,50-0,80

-

15CrV

0,12-0,18 0,80-1,10

-

0,40-0,70

0,06-0,12V

20CrNi

0,17-0,23

0,45-0,75

1,00-1,40

0,40-0,70

-

12Cr2Ni3A

0,09-0,16 0,60-0,90

2,75-3,15

0,30-0,60

-

12Cr2Ni4A

0,09,0,15

1,25-1,65

3,25-3,65

0,30-0,60

-

0,14-0,20 1,36-1,65

4,00-4,40

0,25-0,55

0,3-0,40Mo

18Cr2Ni4Mo
A
18CrMnTi

0,17-0,23

1,00-1,30

-

0,80-1,10

0,03-0,09Ti

25CrMnTi

0,22-0,29 1,00-1,30

-

0,80-1,10

0,03-0,09Ti

30CrMnTi

0,24-0,32 1,00-1,30

-

0,80-1,10

0,03-0,09Ti

25CrMnMo

0,23-0,29 0,90-1,20

-

0,90-1,20

0,2-0,30Mo

Thép hợp kim kết cấu đàn hồi
19


Thép hợp kim kết cấu đàn hồi là loại thép dùng để chế tạo các chi tiết đàn
hồi như lò xo, nhíp các loại và các chi tiết chịu đàn hồi khác.
Để đạt được giới hạn đàn hồi cao nhất, loại thép này phải được nhiệt luyện
để có tổ chức trustít ram bằng cách tôi rồi ram trung bình. Ngoài ra, để tăng
khả năng chịu mỏi người ta còn tạo ra trên bề mặt của chúng một ứng suất
dư bằng cách cán, phun bi, lăn ép v.v... Các mác thép đàn hồi gồm 60Mn,
65Mn, 70Mn, 55Si2, 60Si2, 60SiMn, 60Si2CrA, 60Si2Ni2A, 50CrV,
50CrMnV… được cán, kéo thành tấm lá, dây để cuốn, uốn thành các hình
dạng khác nhau.
Các mác thép 60Mn, 65Mn, 70Mn là loại thép lò xo thường, chúng được
cán thành các bán thành phẩm tiết diện nhỏ và được cung cấp ở trạng thái
đã qua nhiệt luyện tôi và ram trung bình.
Các mác thép 55Si2, 60Si2, 60SiMn có giới hạn đàn hồi cao, độ thấm tôi tốt
dùng để làm lò xo, nhíp có chiều dày tới 18mm trong chế tạo máy kéo, xe
lửa, tầu biển, dây cót đồng hồ, v.v. Các mác thép 60Si2CrA, 60Si2Ni2A có
độ thấm tôi lớn – có thể tôi thấu trên 50mm nên thường được dùng để chế
tạo lò xo, nhíp lớn chịu tải nặng và đặc biệt quan trọng.
Các mác thép 50CrV, 50CrMnV có tính chống ram cao, có thể chế tạo các
lò xo nhỏ, chịu nhiệt tới 3000C như lò xo supáp xả.
Thành phần hóa học của một số mác thép nêu trên được trình bày trong
bảng 1.2
Bảng 1.2 Một số thép hợp kim kết cấu đàn hồi.
Thành phần các nguyên tố (%)
Mác thép

C

Mn

Si

Cr

Nguyên tố khác

65Mn

0,62-0,70

0,9-1,2

0,17-0,37

-

0,37<0,25

60Si2

0,57-0,65

0,6-0,9

1,50-2,0

-

-

60SiMn

0,55-0,65

0,8-1,0

1,30-1,80

-

-

50CrV

0,46-0,54

0,5-0,8

0,17-0,37

-

0,1-0,2V

60Si2Cr

0,56-0.64

0,5-0,8

1,40-1,80

-

-

60Si2Ni2A

0,56-0,64

0,5-0,8

1,40-1,80

-

1,4-1,7Ni

Thép hợp kim kết cấu hóa tốt
Thép hợp kim kết cấu hóa tốt là loại thép dùng để chế tạo các chi tiết chịu
tải trọng tĩnh và va đập cao nên yêu cầu có độ bền và độ dẻo cao, nghĩa
là cần phải có cơ tính tổng hợp cao.
Cơ tính tổng hợp cao nhất của thép đạt được bằng cách nhiệt luyện hóa tốt
20


tức tôi rồi ram cao vì thế loại thép này có tên thép hóa tốt.
Nhóm thép crôm bao gồm các mác 35Cr, 40Cr, 40CrB, 45C và 50Cr, trong
đó thường gặp nhất là 40Cr được dùng làm các chi tiết chịu tải và làm
việc với tốc độ trung bình như các loại trục, bánh răng hộp số của các
máy cắt gọt.
Nhóm thép crôm – mangan. crôm – mangan – silíc: gồm các mác 40CrMn,
40CrMnB, 30CrMnsi và 35CrMnSi… có cơ tính và tính công nghệ tốt,
được dùng nhiều trong chế tạo các kết cấu chịu lực, các chi tiết thuộc bộ
phận lái v.v. ..
Nhóm thép crôm – nikel: gồm các mác 40CrNi, 45CrNi, 50CrNi,
40CrNiMo (người ta cho thêm molibđen để tránh hiện tượng giòn ram)
được dùng làm các chi tiết chịu tải trọng lớn, yêu cầu độ tin cậy cao như
trục vít của hệ thống lái.
Các thép 38CrNi3Mo, 38CrNi3MoV, hoặc 18Cr2Ni4W là các mác thép tốt
nhất của thép hợp kim kết cấu hóa tốt.
Chúng thường được dùng để chế tạo các chi tiết quan trọng, chịu tải trọng
nặng như trục rơtơ tuốc bin, các chi tiết chịu tải của máy nén khí, các chi
tiết máy bay v.v...
Thành phần hóa học của một số mác thép nêu trên được trình bày trong
bảng 1.3.
Bảng 1.3 Một số thép hợp kim kết cấu hóa tốt.
Thành phần các nguyên tố (%)
C

Mn

Si

Cr

Ni

Nguyên tố
khác

40Cr

0,36-0,44

0,8-1,10

<0,8

<0,4

<0,3

-

40CrB

0,37-0,45

0,8-1,10

<0,8

<0,4

<0,3

-

40CrMnB

0,37-0,45

0,8-1,10

0,7-1,0

<0,4

<0,3

0,002-0,005B

30CrMnSi

0,28-0,35

0,8-1,10

0,8-1,1

0,9-1,2

<0,3

-

40CrNi

0,36-0,44

0,45-0,75

<0,8

<0,4

1,0-1,4

-

40CrNiMo

0,37-0,44

0,60-0,90

<0,8

<0,4

1,2-1,6

0,15-0,25Mo

40CrMnTi
B

0,38-0,45

0,8-1,10

0,7-1,0

<0,4

<0,3

0,002-0,005B

38CrNi3M
oV

0,33-0,42

1,20-1,5

<0,8

<0,4

3,0-3,4

0,1-0,2V

c. Thép hợp kim kết cấu có công dụng riêng
21


* Thép dễ cắt
Thép dễ cắt là loại thép chuyên dùng để chế tạo ra các chi tiết được gia công
cắt gọt với năng suất cao trên các máy cắt tự động như bu long, ốc, vít. bạc,
bánh răng và các chi tiết tương tự với sản lượng lớn, yêu cầu độ chính xác cao
về kích thước và nhẵn bóng bề mặt, nhưng lại không đòi hỏi chịu tải trọng
cao. Vì lẽ này thép dễ cắt yêu cầu có độ cứng vừa phải khoảng 150 – 250 HB,
phoi thép phải dễ gãy, không bám vào dao, đảm bảo tốc độ cắt cao và tạo
được bề mặt chi tiết nhẵn bóng.
Để dảm bảo độ cứng vừa phải hàm lượng cácbon của thép không được vượt
quá 0,50%. Còn để làm cho phoi dễ gẫy thép cần chứa một hàm lượng lưu
huỳnh và phột pho lớn hơn giới hạn cho phép trong các loại thép khác, cụ thể
lưu huỳnh vào khoảng 0,1 – 0,3%, còn phốt pho vào khoảng 0,05 – 0,15%.
Do chứa nhiều phốt pho và lưu huỳnh nên cơ tính của thép dễ cắt bị xấu đi.
Cụ thể, độ dẻo và độ dai giảm đi cùng với giảm cả độ bền mỏi và tính chống ăn
mòn. Một số mác thép dễ cắt hay gặp là 12S, 20S, 30S và 40MnS.
Trong số này mác 12S chuyên dùng để tạo ra các vít, bulong, đai ốc và các chi
tiết nhỏ có hình dạng phức tạp thường được gia công trên các máy cắt tự
động. Còn các mác còn lại thường được dùng để chế tạo các chi tiết chịu lực
cao hơn.
Thành phần hóa học và cơ tính các mác thép dễ cắt hay gặp được trình bày
trong bảng 1.4.
Bảng 1.4 Thành phần hóa học và cơ tính của thép dễ cắt
Mác
thép

Thành phần các nguyên tố Cơ tính
C

Mn

S

12S

0,080,16

0,6-0,9

20S

0,150,25

30S
40Mn
S

P

σb

δ

ψ

HB
(MPa
)

0,08-0,2 0,080,15

420570

22

36

160

0,6-0,9

0,080,12

<0,06

460510

20

30

168

0,250,35

0,7-1,0

0,080,12

<0,06

520670

15

25

185

0,350,45

1,21,55

0,18-0,3 <0,05

600750

14

20

207

Chú ý:
− Các mác trên đều chứa khoảng 0,15 – 0,35% Si.
22


− Cơ tính được đo dọc theo phương cán nóng.
* Thép ổ lăn
Ổ lăn còn được gọi là ổ bi hay ổ đũa là những chi tiết thường gặp trong máy
mĩc các loại. Ổ lăn thường được chế tạo từ loại thép hợp kim chuyên dùng –
thép ổ lăn và được chế tạo ở các nhà máy chuyên môn hóa – nhà máy sản
xuất ổ bi.
Theo tiêu chuẩn việt nam TCVN4805- 90, thép ổ lăn được ký hiệu bằng chữ
OL theo sau là các con số chỉ hàm lượng cácbon trung bình tính theo phần
vạn và lượng nguyên tố hợp kim được tính theo phần trăm.
Hiện nay, tại Việt Nam có hai mác thép ổ lăn được sử dụng khá phổ biến.
OL100Cr2 và OL100Cr2SiMn có thành phần tương đương với thép dụng cụ
nên người ta còn dùng các mác thép này để chế tạo ra trục cán nguội, ta rô,
bàn ren, dụng cụ đo lường và các chi tiết phun cao áp v.v...Với các loại ổ lăn
nhỏ có chiều dày hay đường kính bi dưới 20mm có thể dùng loại thép có
lượng crôm thấp (khoảng 0,5%).
Để chế tạo các ổ lăn chịu nóng cao tới 400 – 500 0C làm việc trong động cơ
tuốc bin của máy bay, người ta dùng loại thép gió 90W9Cr4V2Mo hay
85W6Mo5Cr4V2 v.v...
2. Thép hợp kim dụng cụ
a. Thép hợp kim dụng cụ làm dao cắt
* Tổng quan
Để có thể cắt gọt được, độ cứng của lưỡi dao phải cao hơn hẳn độ cứng của
phoi. Vì thế yêu cầu đầu tiên đối với vật liệu làm dao cắt là phải có độ cứng
cao.
Trong quá trình cắt gọt, dao cắt luôn luôn bị mài sát vào phôi và phoi nên để
bảo đảm tuổi thọ của dao và bảo đảm tính chính xác gia công thì dao phải có
tính chống mài mòn cao. Nếu tốc độ cắt càng lớn, tiết diện phoi tách ra khỏi
phoi cũng như độ bền và độ dai của vật liệu gia công càng lớn thì nhiệt độ
nung lưỡi cắt của dụng cụ càng cao.
Trong những điều kiện này khả năng làm việc của dụng cụ được quyết định bởi
độ cứng “nóng” cao và khả năng của vật liệu giữ được nó khi nung nóng lâu,
nghĩa là bởi tính chịu nóng. Vì thế mà năng suất cắt phụ thuộc vào tính cứng
nóng của vật liệu làm dao.
Theo tính chịu nóng người ta chia các vật liệu được dùng làm dao cắt thành các
nhóm sau:
−Thép làm dao cắt có năng suất thấp có tính chịu nóng đến 200 0C bao gồm thép
dụng cụ cácbon (đã trình bày trong phần thép cácbon), và thép hợp kim thấp.
−Thép làm dao cắt có năng suất cao có tính chịu nóng đến 600 – 640 0C còn có
23


tên là thép cắt nhanh được hợp kim hóa cao (thép gió).
Ngoài ra, để chế tạo dụng cụ cắt người ta còn sử dụng hợp kim cứng có tính
chịu nóng đến 800 –10000C và các vật liệu siêu cứng có tính chịu nóng đến
12000C
b. Một số thép hợp kim làm dao cắt thông dụng
* Thép làm dao cắt có năng suất thấp
- Thép hợp kim thấp
Dao cắt năng suất thấp là những loại dao mà tốc độ cắt chỉ khoảng 5 – 10m/ph.
Một vài mác thép dụng cụ hợp kim thấp thường dùng là 130Cr05, 140CrW5,
100Cr2, 90CrSi, 90CrMn2. Chúng thường được dùng để chế tạo mũi khoan,
ta rô, bàn ren, dao phay v.v... với kích thước nhỏ.
Thành phần hóa học của một số mác thép nêu trên được trình bày trong bảng
2.1
Bảng 2.1 Một số thép dụng cụ hợp kim thấp
Thành phần các nguyên tố (%)
C

Cr

Mn

Si

W

130Cr05

1,25-1,40

0,40-0,60

-

<0,35

-

100Cr2

0,95-1,10

1,30-1,60

-

<0,35

-

90CrSi

0,85-0,95

0,95-1,25

-

1,20-1,60

-

90Mn2

0,85-0,95

-

1,5-1,7

-

-

140CrW5

1,25-1.50

0,40-0,70

-

<0,30

4,5-5,5

* Thép làm dao cắt có năng suất cao (thép gió)
Thép gió là thép dụng hợp kim cao có tính chịu nóng đến 600 – 640 0C và có độ
thấm tôi lớn đến mức hầu như tôi thấu tiết diện bất kỳ. Thép gió được dùng để
chế tạo dụng cụ cắt có năng suất cao – tốc độ cắt đạt 25 tới 35m/ph.
Thép gió được hợp kim hóa chủ yếu bằng vônfram, ngoài ra còn có một lượng
khá lớn các nguyên tố khác như molibđen, vanađi, crôm và côban.
Do có thành phần hợp kim và cácbon cao nên thép gió có tính ổn định của
austenít quá nguội lớn đến mức khi tôi làm nguội trong không khí (gió) cũng
đạt được tổ chức máctenxít.
Có thể vì lý do này mà người ta gọi nó là thép gió. Thép gió đúc qua biến dạng
nóng nhiều lần rồi đem ủ sẽ có được tổ chức khá đồng đều: các hạt bít bít nhỏ
mịn phân bố đều trên nền xoocbít hay peclít với độ cứng không quá 240 –
256HB, dễ dàng cho gia công cắt
24


Tổ chức tế vi của thép gió sau khi rèn và ủ, cácbit đồng đều Nhiệt luyện tôi là
nguyên công có ý nghĩa quyết định tính cứng nóng của thép gió. Nhiệt độ tôi
thép gió rất cao khoảng 1230–12900C với mục đích chủ yếu là hòa tan tối đa
các nguyên tố hợp kim vào austenít để sau khi tôi chúng nằm lại trong
mactenxít đảm bảo tính cứng nóng cho thép khi làm việc.
Môi trường tôi thép gió là dầu nóng 60 – 80 0C hoặc tôi phân cấp trong bể muối
nóng chảy (400 – 6000C) rồi làm nguội ngoài không khí. Tổ chức của thép sau
khi tôi gồm máctenxít, austenít dư (30 – 40%) và cácbit dư (15 – 20%) với độ
cứng khoảng 62 – 63HRC
Tổ chức tế vi của thép gió P18 sau khi tôi và ram 3 lần ( Ram thép gió sau khi
tôi ngoài mục đích làm giảm ứng suất dư còn nhằm mục đích làm giảm lượng
austenít dư sau khi tôi nên tăng độ cứng cho thép.
Nhiệt độ ram thép gió trong khoảng 550 – 5700C và ram từ 2 đến 4 lần, mỗi lần
khoảng 1 giờ. Các mác thép gió thường được dùng là 80W18Cr4VMo,
90W9Cr4V2Mo, 85W12Cr3V2Mo, 85W6Mo5Cr4V2, 145W9V5Cr4Mo.
Những mác thép này có tính cứng nóng không quá 600 0C nên chỉ dùng làm dao
cắt với tốc độ khoảng 25m/ph.
c. Thép hợp kim dụng cụ làm khuôn dập
* Thép làm khuôn dập nguội
Khuôn dập nguội là loại khuôn dùng để biến dạng dẻo kim loại ỡ trạng thái
nguội, tức ở nhiệt độ bình thường. Các khuôn dập nguội phải chịu áp lực rất
lớn, chịu uốn, chịu ma sát và chịu cả va đập mạnh.
Chính vì thế thép dùng để làm khuôn dập nguội phải thỏa mãn các yêu cầu cơ
bản như có độ cứng cao, có tính chống mài mòn tốt, có độ bền và độ dai đảm
bảo để chịu được tải trọng va đập ở mức vừa phải.
Các thép thường dùng để làm khuôn dập nguội bao gồm các mác CD100,
CD120, 100Cr, 100CrWMn, 100CrWSiMn, 210Cr12, 160Cr12Mo, 130Cr12V,
110Cr6WV, 40CrSi, 60CrSi, 40CrW2Si v.v...
Các mác CD100 và CD120 là thép dụng cụ cácbon được dùng để chế tạo
khuôn nhỏ, chịu tải trọng không lớn, có hình dạng đơn giản.
Mác thép 110Cr6WV thuộc loại thép crôm trung bình, ít bị thiên tích cácbit, có
độ thấm tôi trung bình (khoảng 70 – 80mm khi tôi trong dầu) nên thường đựoc
dùng để chế tạo các khuôn lỗ kéo sợi, bàn lăn ren v.v...
Các mác thép 40CrSi, 60CrSi, 40CrW2Si thuộc loại thép hợp kim thấp có hàm
lượng cácbon trung bình. Sau khi tôi và ram thích hợp, các mác thép này có độ
cứng khoảng 45 – 55HRC nên thường đưpợc dùng để chế tạo các khuôn dập
chịu va đập vừa phải.
Để chế tạo ra khuôn dập nguội, với công nghệ cũ, người ta phải gia công cơ
tương đối chính xác trước khi tiến hành nhiệt luyện kết thúc do đó khuôn dễ bị
25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×