ΓΓΓΓOCT 380 ký hiệu các thép thông dụng bằng CTx, trong đó x là số thứ tự từ 0 đến 6, có sự t!ơng đ!ơng, trùng khớp hoàn toàn về các yêu cầu kỹ thuật giữa nhóm thép này của TCVN và ΓΓΓΓOCT (với các cặp số t!ơng đ!ơng 31- 0, 33 - 1, 34 - 2, 38 - 3, 42 - 4, 51 - 5, 61 - 6, nói chính xác hơn TCVN chỉ đổi cách đánh số từ thứ tự sang chỉ σb mà thôi). Các mác này hiện vẫn rất đ!ợc quen dùng ở n!ớc ta. ΓOCT cũng có các phân nhóm thứ hai (!) với loạt mác !CTx (ví dụ, !CT3 là BCT38 của TCVN) và thứ ba (B) với loạt mác BCTx (ví dụ BCT5 là CCT51 của TCVN).
ở Hoa Kỳ th!ờng dùng các thép thông dụng theo ASTM với nhiều tiêu chuẩn khác nhau (283, 284, 328, 529, 570...) với đặc điểm chung là chúng đều là loại đ!ợc quy định cả cơ tính và thành phần hóa học tuy không thật chặt chẽ. Chúng đ!ợc ký hiệu theo cấp (Grade) độ bền. Ví dụ, ASTM 570 có các Grade 30, 33, 36, 40, 45, 50 và 55, trong đó số chỉ σ0,2 theo ksi, nh! Grade 30 có σ0,2 ≥ 30ksi hay 205MPa (t!ơng đ!ơng CT34). Các tiêu chuẩn khác đánh số theo Grades A, B, C... theo trật tự độ bền tăng dần.
JIS G3101 có các mác chỉ đ!ợc bảo đảm cơ tính nh! phân nhóm A của TCVN, bao gồm các mác SS 330, 400, 490 và 540, trong đó số chỉ σb tối thiểu theo MPa. JIS 3106 quy định các thép thông dụng chuyên để hàn đ!ợc bảo đảm cả cơ tính lẫn thành phần hóa học, có các mác SM 400, 490, 520, 570 (có thể có các đuôi: A, B, C, YA, YB); trong đó số chỉ σb tối thiểu theo MPa.
EN ký hiệu thép thông dụng bằng Fe với số tiếp theo chỉ σb tối thiểu theo MPa, ví dụ Fe 360B, Fe 430C, Fe 510D1...
5.2.3. Thép hợp kim thấp độ bền cao HSLA
a.Đặc điểm chung
Nhóm thép hợp kim thấp độ bền cao (High Strength Low Alloy steel) đ!ợc viết tắt là HSLA có nhiều tính năng cao hơn thép thông dụng mà tr!ớc hết là có độ bền cao hơn (ơ0,2 > 300 ữ 320MPa) trong khi các chỉ tiêu cơ tính khác vẫn bảo đảm yêu cầu của thép xây dựng.
Để nâng cao độ bền mà không làm hại nhiều các chỉ tiêu khác, ng!ời ta hợp kim hóa thấp thép bằng nhiều nguyên tố hòa tan vào ferit nh!ng ít làm hại tính hàn nh! Mn, Si, Cr, Cu và có thể cả Ni, B và N. Để duy trì tốt độ dẻo và độ dai có thể còn hợp kim hóa bằng các nguyên tố tạo cacbit mạnh nh! V, Nb để giữ cho hạt nhỏ. Ngoài làm tăng độ bền, hợp kim hóa thấp còn làm tăng (gấp 2 ữ 4 lần) tính chống ăn mòn trong khí quyển, đặc biệt khi thép chứa khoảng 0,20 ữ 0,30%Cu. Để không làm tăng mạnh giá thành, ng!ời ta th!ờng tận dụng việc hợp kim hóa tự nhiên (dùng gang luyện từ vùng quặng giầu nguyên tố hợp kim) hay sử dụng lại phế liệu là thép hợp kim và dùng các nguyên tố rẻ nh! Mn, Si. Do vậy tổng l!ợng hợp kim nhỏ hơn 2,0 ữ 2,5%, trong đó tổng l!ợng Cu + Ni + V + Mo chỉ khoảng 1,00%, mỗi nguyên tố th!ờng chỉ dùng trong khoảng 0,50% (trừ Mn có thể tới 1,00% hay hơn một chút).
Chính do cách làm nh! vậy sự tăng giá thành là không đáng kể so với khi luyện thép cacbon thông th!ờng, trong khi đó có giới hạn chảy cao hơn hẳn, do đó tăng khả năng chịu tải hoặc giảm nhẹ kết cấu, không những thế còn giảm đ!ợc công bảo d!ỡng: ít phải sơn do nâng cao đ!ợc tính chống ăn mòn trong khí quyển. Điều này đặc biệt có lợi trong xây dựng, làm cầu, khung toa xe, ôtô tải, tàu biển,
kết cấu thép trên cao... Một !u điểm nữa của việc hợp kim hóa là nâng cao hiệu quả của tôi + ram để nâng cao độ bền, giới hạn chảy có thể đạt cao đến 400 ữ 600MPa (dĩ nhiên quá trình nhiệt luyện bán thành phẩm này chỉ đ!ợc thực hiện ở nhà máy luyện kim).
Hiệu quả sử dụng thép HSLA rất tốt. Chỉ nói riêng về mặt tiết kiệm kim loại, khi thay thế cho thép thông dụng khi dùng thép HSLA có σ0,2 = 350MPa tiết kiệm đ!ợc 15% kim loại, σ0,2 = 400MPa tiết kiệm đ!ợc 25 ữ 30%, σ0,2 = 600MPa tiết kiệm đ!ợc 50%.
Tuy có những !u điểm rất cơ bản, thép HSLA cũng có một số nh!ợc điểm nh! tính hàn có phần hơi kém hay nâng cao nhiệt độ giòn lạnh, dễ bị phá hủy giòn ở nhiệt độ âm sâu.
b.Tiêu chuẩn Việt Nam
TCVN 3104-79 quy định các mác cũng nh! yêu cầu kỹ thuật cho thép kết cấu hợp kim thấp mà thực chất cũng là loại HSLA với hai nhóm:
- dùng làm kết cấu kim loại nh!:
+ loại ~ 1%Mn (14Mn, 15MnV, 19Mn), + loại ~ 2%Mn (09Mn2, 14Mn2, 18Mn2), + loại ~ 1%Mn + 0,6%Si (12MnSi, 16MnSi, 17MnSi), + loại ~ 1%Mn + 0,6%Si + 0,6%Cr (14CrMnSi),
+ loại ~ 1,50%Mn + 0,60 hay 1,00%Si (09Mn2Si, 10Mn2Si1),
+ loại ~ 0,80%Cr + 0,80%Si + 0,60%Ni + 0,40%Cu (10CrSiNiCu, 15CrSiNiCu)
- dùng làm cốt bêtông (sẽ trình bày ở mục tiếp theo).
c.Tiêu chuẩn các n!ớc
ΓΓΓΓOCT có đầy đủ các mác t!ơng ứng với các mác cùng loại của TCVN, nh! 14Mn là 14Γ, 15CrSiNiCu là 15XCH#. Ngoài ra còn nhiều mác khác chứa nitơ (0,015 ữ 0,025%) nh! 14Γ2AΦ, 16Γ2CAΦ, 16Γ2AΦ; chứa bo (~ 0,003%) nh! 14ΓCMΦP.
Việc chọn mác thép HSLA làm kết cấu nhà và thiết bị đ!ợc quyết định một cách chặt chẽ căn cứ vào dạng chi tiết trong kết cấu, điều kiện làm việc, nhiệt độ tính toán, đặc tính và độ lớn của tải trọng...
ở Nga đ∀ dùng nhiều thép HSLA làm đ!ờng ống, cầu.
Thép HSLA đ!ợc dùng rộng r∀i ở Hoa Kỳ theo tiêu chuẩn của SAE với các mác 9xx, trong đó xx là số chỉ σ0,2 tối thiểu theo đơn vị ksi với các loại mác 942, 945, 950, 955, 960, 965, 970 và 980. Ví dụ SAE 945 có σ0,2 ≥ 45ksi hay 310MPa. Ngoài ra ASTM cũng có nhiều tiêu chuẩn cho thép HSLA đ!ợc phân thành các Grades xx (xx chỉ ơb hay ơ0,2 theo ksi) hay theo thứ tự A, B, C... với độ bền tăng dần.
Nhóm đặc biệt trong thép HSLA là nhóm thép có tính chống ăn mòn tốt trong khí quyển Cor - Ten rất đ!ợc !a chuộng không những ở Hoa Kỳ mà cả Châu Âu cũng nh! trên thế giới. Đây là loại thép HSLA nh!ng có thêm Cu đôi khi cả P nên có tính chống ăn mòn trong khí quyển cao gấp đôi thép HSLA không có chúng và gấp bốn thép thông dụng và có σ0,2 ≥ 350MPa. Thép Cor-Ten đặc biệt thích hợp với các kết cấu ngoài trời ở các khu công nghiệp, vùng duyên hải, hải đảo.
JIS G3129 quy định loạt mác SH 590P (dạng tấm), SP 590S (góc) cho thép HSLA, trong đó σb ≥ 590MPa, chúng có độ bền cao chủ yếu là nhờ có tới 1,50 ữ
2,00%Mn. JIS G3114 quy định hai mác SPA - H (tấm cán nóng) và SPA - C (tấm cán nguội) cho thép có tính chống ăn mòn tốt trong khí quyển, có σ0,2 ≥ 315 và 345MPa.
5.2.4. Thép làm cốt bêtông
Thép làm cốt bêtông là loại chuyên dùng làm cốt cho bêtông làm tăng khả năng chịu kéo, uốn và tải trọng động cho cấu kiện, rất th!ờng gặp hàng ngày. TCVN 1651-85 chia các thép làm cốt bêtông ra làm bốn cấp: C I, C II, C III và C IV:
Cấp C I là cấp chịu lực thấp nhất dùng thép tròn trơn với mác CT38, Cấp C II dùng thép có đốt với mác CT51,
Các cấp C III, C IV là các cấp chịu lực cao hơn dùng thép HSLA với các mác 35MnSi, 18Mn2Si, 25Mn2Si, 20CrMn2Zr của TCVN 3104-79.
Thép làm cốt bêtông của Hoa Kỳ đ!ợc dùng theo ASTM. Loại tròn trơn: σb ≥ 485MPa, σ0,2 ≥ 385MPa.
Loại có đốt : σb ≥ 550MPa, σ0,2 ≥ 485MPa.
tức là có độ bền cao hơn cấp C I và C II của TCVN. Theo JIS 3112 có hai mác thép tròn trơn: SR235 và SR295, bốn mác thép có đốt: SD295, SD345, SD390, SD490; trong đó số chỉ σ0,2 tối thiểu theo MPa.
5.2.5.Các thép khác
Hình 5.7. Cơ tính của dây thép phụ thuộc hàm l!ợng cacbon và độ biến dạng.
Dây thép cũng là loại đ!ợc dùng rất phổ biến vào các mục đích khác nhau. Để đạt đ!ợc đ!ờng kính quy định th!ờng phải qua rất nhiều lần kéo nguội, nguyên công này còn giúp hóa bền thép. Trong thực tế có thể gặp rất nhiều loại dây không những khác nhau về đ!ờng kính mà cả về cơ tính (từ rất mềm, dẻo đến cứng, khó bẻ cong). Hầu nh! mọi dây thép thông dụng đều là thép cacbon, song với l!ợng cacbon và mức độ biến dạng khác nhau dây có cơ tính khác nhau nh! trình bày ở hình 5.7. Nh! thế không hẳn dây thép cứng, bền bắt buộc phải có l!ợng cacbon thật cao.
Đ!ờng ray cho xe lửa tuy đ!ợc coi nh! thép xây dựng nh!ng lại là thép khá cứng, bền với chất l!ợng tốt.
5.3.Thép chế tạo máy
5.3.∀. Các yêu cầu chung
Một cỗ máy dù to đến đâu cũng do nhiều chi tiết, bộ phận nhỏ ghép lại với các đòi hỏi cơ tính khá khác nhau cho nên thép để làm chi tiết máy có yêu cầu cao hơn vì phải thỏa m∀n các yêu cầu khác nhau về cơ tính, chính xác về hình dạng, kích th!ớc cũng nh! độ bóng bề mặt để lắp ráp. Để thỏa m∀n đ!ợc yêu cầu đó, các chi tiết máy với các điều kiện làm việc khác nhau th!ờng đ!ợc làm bằng nhiều mác thép khác nhau với chế độ nhiệt luyện tôi + ram không giống nhau.
a.Cơ tính
Tính chất cơ bản của chi tiết máy là khả năng chịu tải trọng tĩnh và động, do vậy yêu cầu cơ bản là có độ bền cao và độ dai tốt phù hợp với điều kiện của tải trọng.
Độ bền cao sẽ giúp tạo ra các máy khỏe (có công suất lớn) hơn, nhẹ và nhỏ
gọn hơn và giá thành hạ hơn. Để đạt đ!ợc yêu cầu này phải dùng thép phù hợp và nhiệt luyện bảo đảm. Tuy nhiên trong chế tạo máy, về độ bền ng!ời ta ngày càng coi trọng giới hạn chảy, vì lẽ các chi tiết máy ở dạng lắp ghép không cho phép có biến dạng dẻo khi làm việc.
Độ dai va đập rất quan trọng đối với chi tiết chịu tải trọng động do phải tăng
tải một cách đột ngột. Chính chỉ tiêu này quyết định độ tin cậy khi làm việc, nó bảo đảm khó bị phá hủy giòn, yêu cầu đặc biệt quan trọng đối với các ph!ơng tiện giao thông.
Ngoài hai chỉ tiêu cơ bản trên nhiều chi tiết máy còn đòi hỏi độ cứng bề mặt
cao để bảo đảm tính chống mài mòn khi làm việc bị ma sát hay cọ sát. Rất nhiều
chi tiết máy làm việc d!ới tải trọng thay đổi theo chu kỳ (trục, bánh răng...) nên đòi hỏi giới hạn mỏi cao.