Chương 4: Thép
4.1.Sản xuất thép
4.2.Khái niệm về thép cacbon & thép hợp
kim
4.3.Thép xây dựng
4.4.Thép chế tạo
4.5.Thép dụng cụ

1


4.1.Sản xuất thép
Gang lỏng
Khử cacbon
Khử oxy
Hợp kim hóa
Thép
2


•Nguyên liệu chính

Gang

Thép vụn
3


Chất khử ôxy

Fe-Si

Fe-Mn

Al
4


• Lò nấu thép
Lò thổi oxy
Lò điện hồ quang
• Phản ứng nấu thép
 Khử cacbon:
Fe + 1/2 O2 =
C
+ FeO =
 Khử ôxy :
Mn + FeO =
Si + 2FeO =
 Hợp kim hóa

FeO
CO

+

Fe +
2Fe +

MnO
SiO2


Fe

5


• Đúc hoặc cán sản phẩm
Thép thỏi
Thép tròn : trơn - gân (thép vằn)
Thép ống
Thép hình
Thép dây
Thép lá

6


4.2.Khái niệm về thép cacbon & thép hợp kim
4.2.1. Định nghĩa các loại thép

1.1. Thép Cacbon: là hợp kim của Fe-C với
lượng C ≤ 2,14%. Ngoài ra còn có một số tạp
chất Mn ≤ 0,8%; Si ≤ 0,4%; P ≤ 0,05%; S ≤
0,05%.
1.2. Thép hợp kim: Thực chất từ thép C, người
ta thêm vào một số nguyên tố như: Mn,Si,W, Cr,
Ni, Mo, Ti....để làm tăng cơ tính của thép.
7



4.2.Khái niệm về thép cacbon & thép hợp kim
4.2.2. Tính chất chung của thép
2.1 Cơ tính:
Thép có cơ tính tốt hơn gang cả về độ bền, độ dẻo, độ chịu
đàn hồi và độ chịu va đập…
2.2 Tính công nghệ ( so với gang)
- Tính gia công biến dạng tốt.
- Tính cắt gọt cao hơn.
- Dễ hóa bền bằng nhiệt luyện.
- Tính hàn tốt hơn.
- Tính đúc kém hơn gang.
8


4.2.Khái niệm về thép cacbon & thép hợp kim
4.2.3. Ảnh hưởng của cacbon
Cacbon: là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định chủ yếu
đến tổ chức và cơ tính của thép.
+ 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 có %C khác nhau sẽ có cơ tính khác nhau
- Thép Cacbon thấp: C ≤ 0,25%, có độ dẻo, độ dai rất cao, nhưng
độ bền, độ cứng rất thấp nên hiệu quả tôi và ram không cao.
-Dùng làm kết cấu xây dựng, làm thép lá, tấm để dập nguội,...
9


4.2.3 Ảnh hưởng của cacbon

- Thép Cacbon trung bình: C =(0,3  0,5)%, có độ bền, độ cứng, độ
dẻo, độ dai đều cao( có cơ tính tổng hợp cao).
+Dùng làm chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va đập như: trục, bánh
răng,...
- Thép Cacbon tương đối cao: C = (0,5  0,7)%, có độ cứng, độ
bền cao, độ dẻo, độ dai không quá thấp, có giới hạn đàn hồi cao
nhất so với các thép khác;(không cho phép có biến dạng dẻo)
+ Dùng làm các chi tiết cần tính đàn hồi cao như: 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, dụng cụ đo, khuôn dập nguội..
Khi thành phần C tăng lên,độ bền,độ cứng cũng tăng lên, còn
độ dẻo,dai giảm đi. Tuy nhiên riêng độ bền chỉ tăng theo C đến
giới hạn 0,8  1%C, vượt quá giới hạn này độ bền lại giảm đi.
10


4.2.3 Ảnh hưởng của cacbon
Ảnh hưởng của Cacbon đến cơ tính của thép.

11


4.2.4. Ảnh hưởng của Mn,Si,P,S
a, Mangan: Mn được cho vào thép dưới dạng fero-Mn(FeMn) để
khử ôxy và lưu huỳnh ở trạng thái lỏng theo các phản ứng sau:
FeO +Mn  Fe + MnO và FeS +Mn  Fe + MnS
( MnO nổi lên, đi vào xỉ và được cào ra khỏi lò)
- Mn hòa tan vào nền Ferit, làm tăng độ bền, độ cứng và giảm độ
giãn dài của thép. ảnh hưởng tốt cơ tính, khử oxy hạn chế tác hại

của lưu huỳnh
- Hàm lượng: 0,5  0,8%Mn.
b, Silic: Si được cho vào thép dưới dạng fero-Si(FeSi) để khử ôxy
triệt để ở trạng thái lỏng:
Si + FeO  Fe + SiO2
(SiO2 nổi lên, đi vào xỉ và được cào ra khỏi lò)
- Si hòa tan vào nền Ferit, làm tăng độ bền, cứng;
- Hàm lượng: 0,2  0,4%Si.
- Tuy nhiên, lượng Mn,Si có ít trong thép nên ảnh hưởng của
chúng không lớn.
12


4.2.3. Ảnh hưởng của Mn,Si,P,S
d, Phốtpho
- P có khả năng hòa tan vào Fe tạo nên Fe3P cứng và dòn;
- P là tạp chất có hại, làm cho thép dòn ở nhiệt độ thường gọi
là dòn nguội (bở nguội).
- Hàm lượng: ≤ 0,05%.
e, Lưu huỳnh :
- S kết hợp với Fe tạo thành hợp chất FeS có nhiệt độ nóng
chảy thấp (9880C) nằm ở biên giới hạt. Khi nung thép để
cán,rèn,kéo (1100 - 12000C) biên giới hạt bị mềm và chảy ra
làm thép bị đứt, gãy, hiện tượng này gọi là dòn nóng( bở nóng).
- Hàm lượng: ≤ 0,05%.
Tuy nhiên P,S làm tăng tính gia công cắt gọt, nâng cao sản
lượng chế tạo và hạ giá thành.
13



4.2.4. Phân loại thép cacbon
a, Theo độ sạch của tạp chất có hại P,S
b, Theo phương pháp khử Oxy
c, Theo công dụng

a, Theo độ sạch của tạp chất có hại P,S
- Chất lượng thường: P, S ≤ 0,05%;

Thép Cacbon

- Chất lượng tốt: P, S ≤ 0,04%;
- Chất lượng cao: P, S ≤ 0,03%;

Thép hợp kim

- Chất lượng rất cao: P, S ≤ 0,02%.
14


4.2.4. Phân loại thép cacbon
b, Theo phương pháp khử Oxy: phân chia ra thep sôi, thép lặng,
thép nửa lặng:
- Thép sôi: là loại thép được khử oxy bằng chất khử yếu: Fe-Mn
nên Oxy không được khử triệt để, trong thép lỏng vẫn còn FeO
khi rót khuôn có thể tác dụng với cacbon để thành khí CO  phản
ứng: FeO + C  Fe +CO
- Khí CO bay lên làm bề mặt thép chuyển động giống như hiện
tượng sôi.
- Vật đúc thép sôi chứa nhiều rỗ khí. Quá trình cán nóng tiếp
theo các rỗ khí được hàn lại không ảnh hưởng đến cơ tính.

- Thép này có độ dẻo cao và rất mềm, dập nguội tôt..
Ký hiệu: có thêm chữ “s” theo TCVN : CT31s; CT33s

15


4.1.3. Phân loại thép cacbon

- Thép lặng: Oxy được khử triệt để bằng cả fero-Mn lẫn
fero-Si. Nên không còn FeO nữa, do vậy bề mặt thép
lỏng phẳng lặng.
- Thép lặng là loại thép tốt, có độ cứng khá cao, phần
lớn để làm chi tiết máy.
- Ký hiệu: cuối mác thép không ghi là thép lặng : CT51;

CT61
- Thép nửa lặng: Trung gian giữa hai loại trên
- Ký hiệu: có thêm chữ “n” theo TCVN : CT51n; CT61n

16


4.1.3. Phân loại thép cacbon

c, Theo công dụng : gồm 4 nhóm chính
- Thép cán nóng thông dụng(thép xây dựng): loại này chủ
yếu dùng trong xây dựng(cầu, nhà khung,tháp..). Loại thép này
không cần qua nhiệt luyện.
- Thép kết cấu( thép chế tạo máy): loại này thường dùng để
làm chi tiết máy, thường phải qua nhiệt luyện.

- Thép dụng cụ: chủ yếu để làm các dụng cụ cắt gọt, đo
lường. Loại này bắt buộc phải qua nhiệt luyện.
- Thép có công dụng riêng( thép có tính chất đặc biệt).
Thép dễ cắt, thép ổ lăn, thép đường ray, dây thép các loại...
Thép không gỉ, thép làm việc ở nhiệt độ cao, thép có hệ số giãn
nở nhiệt đặc biệt, thép chống mài mòn cao...
17


4.1.4. Ký hiệu thép cacbon
1. Nhóm thép cacbon chất lượng thường( thép xây dựng )
- Phân nhóm A
- Phân nhóm B
- Phân nhóm C

2. Nhóm thép kết cấu – thép Cacbon chất lượng tốt
3. Nhóm thép dụng cụ – thép Cacbon chất lượng cao

18


4.1.4. Ký hiệu thép cacbon
1. Nhóm thép cacbon chất lượng thường( thép xây dựng )
Theo TCVN 1765-75 ký hiệu bằng chữ CT (C-cacbon, T thép chất
lượng thường). Chia làm ba nhóm.
+ Phân nhóm A: quy định về cơ tính.Giới hạn bền kéo tối thiểu
tính theo đơn vị b = Kg/mm2 =10N/mm2 = 10Mpa
- Ký hiệu CTxxy (xx- b, y – cách khử oxy);
Ví dụ: CT31; CT33; CT38; CT42; CT51; CT61
CT31s; CT33s;

CT51n; CT61n

19


4.1.4. Ký hiệu thép cacbon
+ Phân nhóm B: quy định về thành phần hóa học( tra theo bảng)
- Ký hiệu BCTxxy (xx- thành phần hoá học, y – cách khử oxy);
Sili,%
S, max % P, max %
Mác thép Cacbon, % Mangan, %
BCT31
0,23
0,06
0,07
BCT33s 0,060,12
0,250,5
0,05
0,05
0,04
BCT33n 0,050,12
0,250,5 0,050,17
0,05
0,04

20


4.1.4. Ký hiệu thép cacbon
+ Phân nhóm C:

- Quy định cả cơ tính và thành phần hóa học tương ứng theo
nhóm A, B.
- Ký hiệu CCTxxy (xx- (b,thành phần hoá học); y – cách khử
oxy);
VD: CCT33s có cơ tính như CT33 còn thành phần như BCT33
- Các mác thép:
Việt Nam: CCT31  CCT51
Liên Xô: BCT1  BCT5

21


4.1.4. Ký hiệu thép cacbon

2. Nhóm thép kết cấu – thép Cacbon chất lượng tốt
Theo TCVN 1766-75 ký hiệu bằng chữ “C “
Ký hiệu: CxxA
xx – chỉ phần vạn cacbon trung bình;
A - chất lượng cao (P,S  0,03%).
Ví dụ: C10,C15,C20,C25,C45,.....C65
Phân tích ký hiệu C20: thép kết cấu cacbon trong đó có 0,2%C

22


4.1.4. Ký hiệu thép cacbon

3. Nhóm thép dụng cụ – thép Cacbon chất lượng cao
Theo TCVN 1822-76. ký hiệu bằng chữ CD(C – cacbon, D –
dụng cụ).

Ký hiệu: CDxxA
xx – chỉ phần vạn cacbon trung bình;
A - chất lượng cao (P, S ≤ 0,025%).
Nhóm này có thành phần cacbon cao (>0,65%)
CD70; CD80; CD100, CD120,CD140..
Phân tích ký hiệu CD100: thép dụng cụ cacbon trong đó trong đó
có 1%C( phần trăm còn lại là Fe và một ít tạp chất Mn,Si,P,S…)

23


4.1.5. Ưu nhược điểm của thép Cacbon
Ưu điểm
- Rẻ , không phải dùng nguyên tố hợp kim đắt tiền, dễ nấu
luyện.
- Có cơ tính nhất định và có tính công nghệ tốt: dễ đúc, cán,
rèn, kéo sợi, hàn, gia công cắt hơn thép hợp kim.
Nhược điểm
- Độ thấm tôi thấp nên kém hiệu quả khi hóa bền nhiệt luyện;
- Khả năng chịu nhiệt độ cao kém;
- Không có các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt như: chống ăn
mòn, chịu nhiệt độ cao, có tính chất từ và điện đặc biệt.
24


CHƯƠNG 4: THÉP HỢP KIM
4.2. KHÁI NIỆM VỀ THÉP HỢP KIM
4.2.1. Định nghĩa
- Thép hợp kim là loại thép có chứa các nguyên tố có lợi
với lượng nhất định đủ lớn để làm thay đổi tổ chức và cải

thiện tính chất (cơ, lý, hóa... mà chủ yếu là cơ tính) của
chúng.
a, Thành phần hoá học
-Thép hợp kim gồm các nguyên tố:
Mn ≥ 0,8  1,0%; Si ≥ 0,5  0,8 %; Cr ≥ 0,5  0,8 %;
Ni ≥ 0,5  0,8 %; W ≥ 0,1  0,5 %; Mo ≥ 0,05  0,2 %;
Ti ≥ 0,1%. Cu ≥ 0,3%;B ≥ 0,0005%,
25