.Thép hợp kim và các chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng

Thép hợp kim là loại thép chứa trong nó một lượng thành phần các nguyên tố hợp kim thích hợp. Người ta cố ý đưa vào các nguyên tố đặc biệt với một lượng nhất định để làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép. Các nguyên tố đặc biệt được gọi là nguyên tố hợp kim: Cr, Ni, Mn, Si, W, V, Co, Mo, Ti, Cu. Chính nhờ các ngun tố hợp kim đó mà làm cho thép hợp kim nói chung có những ưu điểm vượt trội so với thép cacbon như:

- Về cơ tính: thép hợp kim nói chung có độ bền có độ bền cao hơn hẳn so với thép

cacbon. Điều này thể hiện đặc biệt rõ ràng sau khi nhiệt luyện tơi và ram.

- Về tính chịu nhiệt độ cao: thép hợp kim giữ được cơ tính cao của trạng thái tôi ở nhiệt độ cao hơn 2000C. Muốn đạt được điều này thì thép phải được hợp kim hóa bởi một số nguyên tố với hàm lượng tương đối cao.

- Các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt như từ tính, tính giãn nở nhiệt, tính chống ăn mịn.

Kí hiệu thép hợp kim: tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1659-1975, thép hợp kim được kí

hiệu bằng hệ thống kí hiệu hố học và số (tỷ lệ % các nguyên tố trong hợp kim). Thí dụ kí hiệu 9Mn2: có 0.09%C, 2%Mn.

Tiêu chuẩn Nga, thép hợp kim được kí hiệu theo hệ thống chữ cái tiếng Nga và tỷ lệ phần trăm của chúng trong hợp kim. Ví dụ thép hợp kim 12G2 có 0.12%C, 2%Mn. Loại thép chất lượng cao có chữ A ở phía cuối.

Tiêu chuẩn Trung Quốc, thép hợp kim được kí hiệu giống thép của Liên Xơ cũ chỉ thay các chữ bằng kí hiệu hố học.

153

Tiêu chuẩn Pháp- kí hiệu thép được ghi bằng kí hiệu hố học (Fe, Si, Mn…), cuối kí hiệu là cường độ thép (MPa). Ví dụ kí hiệu của cốt thép là FeE40, FeE50,..v.v.. được ghi trong tiêu chuẩn NFA 35-016, NFA 35-022.

Tiêu chuẩn Mỹ - kí hiệu thép hợp kim theo SAE – Hội kỹ sư ô tô Mỹ - dùng hệ thống chữ số để kí hiệu. Ví dụ: SAE 2320 là thép niken (2) 3%Ni và 0.20%C(20).

Tiêu chuẩn Nhật - thép được kí hiệu theo JIS. Các loại thép đều bắt đầu từ chữ cái biểu thị loại thép (S - thép cán, M - thép hàn, B - thép nồi hơi). Đối với thép các bon kết cấu kí hiệu: S - chữ số chỉ phần vạn cacbon, ví dụ S10C là thép cacbon có 0.1%C. Đối với thép hợp kim kí hiệu: S tiếp đến chữ cái tiếng Anh chỉ tên nguyên tố kim loại, rồi đến số thứ tự, ví dụ SNC3- thép hợp kim niken-crôm số 3.

Phân loại thép hợp kim

+Phân loại theo nồng độ hợp kim trong thép, gồm ba loại:

- Thép hợp kim thấp: có tổng lượng các nguyên tố hợp kim đưa vào < 2,5%.

- Thép hợp kim trung bình: tổng lượng các nguyên tố hợp kim đưa vào từ 2,5 - 10%. - Thép hợp kim cao: có tổng lượng các nguyên tố hợp kim đưa vào > 10%.

+ Phân loại theo nguyên tố hợp kim: Cách phân loại này dựa vào tên của các nguyên

tố hợp kim chính của thép. Ví dụ như thép có chứa crơm gọi là thép crơm, thép manggan, thép niken …

+ Phân loại theo công dụng: Đây là cách phân loại chủ yếu. Theo cơng dụng cụ thể có

thể chia hợp kim thành các nhóm sau:

- Thép hợp kim kết cấu: là loại thép trên cơ sở thép kết cấu cho thêm vào các nguyên

tố hợp kim. Loại này có hàm lượng cacbon khoảng 0,1 - 0,85% và lượng phần trăm của nguyên tố hợp kim thấp.

Loại thép này được dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng cao, cần độ cứng, độ chịu mài mịn, hoặc cần tính đàn hồi cao…

Theo TCVN thì thép hợp kim được ký hiệu như sau: số đầu tiên chỉ hàm lượng C theo phần vạn, sau đó là ký hiệu hóa học của các nguyên tố hợp kim, ngay sau mỗi ký hiệu hóa học của các nguyên tố hợp kim là hàm lượng % của từng nguyên tố. Trường hợp hàm lượng % của các nguyên tố hợp kim gần bằng 1% thì khơng cần ghi thêm chỉ số. Chữ A nếu có, nằm ở cuối ký hiệu để chỉ thép hợp kim loại tốt.

Ví dụ: Các mác thép hợp kim kết cấu thường gặp là: 15Cr, 20Cr, 20CrNi hàm lượng Cr, Ni thường nhỏ hơn 1%, hoặc các loại 12CrNi3A, 12Cr2Ni3A, 12Cr2Ni4A, các chữ số đặt sau nguyên tố hợp kim là hàm lượng ngun tố đó cịn chữ A để chỉ loại tốt.

Những loại có hàm lượng cacbon trung bình có ký hiệu như: 40Cr, 40CrMn, 35CrMnSi. Những loại có hàm lượng cacbon cao dùng làm thép lò xo như 50Si2, C65Mn, C65Si2.

Thép hợp kim dụng cụ: là thép có độ cứng cao sau khi nhiệt luyện, độ chịu nhiệt và độ

chịu mài mòn cao. Hàm lượng cacbon trong hợp kim dụng cụ từ 0,7 - 1,4%, các nguyên tố hợp kim cho vào là Cr, W, Si, Mn.

Thép hợp kim dụng cụ có tính nhiệt luyện tốt. Sau khi nhiệt luyện có độ cứng đạt 60 - 62 HRC. Những mác thép thường gặp là 90CrSi, 100CrWMn, 100Cr12 và OL100Cr1,5 (thép ổ lăn).

Thép hợp kim dụng cụ dùng làm các dụng cụ cắt gọt, khn dập nguội hoặc nóng. - Thép gió: là một dạng thép hợp kim đặc biệt để làm dụng cụ cắt gọt và các chi tiết

máy có yêu cầu cao.

Trong tổ chức của thép gió có các nguyên tố sắt, cacbon, crom, vonfram, coban, vanadi. Thép gió có độ cứng cao, bền, chịu mài mòn và chịu nhiệt đến 6500C. Trong thép gió có hàm lượng các nguyên tố hợp kim như sau: 8,5 - 19% W, 0,7 - 1,4% C, 3,8 - 4,4% Cr, 1 - 2,6% V và một lượng nhỏ Mo hay Co.

154

Những mác thép gió thường dùng theo TCVN có 90W9V2, 75W18V, 140W9V5, 90W18V2.

- Thép khơng rỉ: là loại thép có khả năng chống ăn mịn tốt. Trong thép khơng rỉ, hàm

lượng crom khá cao (>12%). Theo tổ chức tế vi, thép không rỉ được chia thành bốn loại là austenit, ferit, austenit-ferit, mactenxit. Tùy theo mức độ chống rỉ mà chúng được sử dụng trong các mơi trường khác nhau như nước biển, hóa chất.

Một số mác thép khơng rỉ ký hiệu theo TCVN 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13, 12Cr18Ni9.

Thép hợp kim thấp dùng trong xây dựng: thường dùng để chế tạo các kết cấu bêtông cốt

thép (dàn cầu, tháp khoan dầu mỏ, đường ống dẫn khí,…) cốt thép cho các kết cấu bêtông cốt thép.

Ngày nay, kết cấu thép thường là kết cấu hàn. Vì vậy, để sử dụng phù hợp với công nghệ cần dùng các loại thép hàn hợp kim cacbon thấp (lượng C  0.220.25%), có cường độ cao và dùng các phụ gia hợp kim rẻ – silic và mangan.

Thép hợp kim thấp kí hiệu là 17C, 16A. Chúng chứa 0.01%N và 0.1C, có độ dẻo cao ( = 23-25%), độ bền va đập và cuờng độ cao giới hạn kéo là 550-600MPa và giới hạn chảy là 350-450MPa.

8.4. CỐT THÉP VÀ CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG 8.4.1. Các đặc tính của cốt thép 8.4.1. Các đặc tính của cốt thép

8.4.1.1.Sự dính bám của cốt thép trong bê tơng

Tính dính bám tốt với lớp bao phủ là tính chất quan trọng nhất của cốt thép trong bê tông, để đảm bảo nhiệm vụ này chúng phải phải có hình dạng đặc biệt: có gai (gân) để tăng cường sự neo móc. Đối với cốt thép ứng suất trước, sự dính bám được đảm vảo bằng những vết, sự gồ ghề (bằng cán, vuốt).

Một yêu cầu khác là khi phản ứng với ximăng, cốt thép khơng được tạo thành các hợp chất có hại cho sự dính kết này.

8.4.1.2.Tính biến dạng của cốt thép trong bê tông

Từ khi đặt cốt thép vào bê tơng và trong q trình làm việc của bê tơng, cốt thép luôn bị biến dạng, thắt lại. Như vậy, chúng phải có tính biến dạng tốt, như có độ dãn dài lớn dưới tác dụng của tải trọng cực đại khi thử kéo, bền sau một số lần thử uốn đi uốn lại.

Ngược lại, cốt thép của bê tông ứng suất trước được kéo gần như thẳng nên khơng cần có tính biến dạng lớn. Một vài dây cáp ứng suất trước bị lệch và riêng cường độ kéo thuần túy không đủ để đánh giá khả năng sử dụng các sản phẩm này.

8.4.1.3.Tính bền lâu

Độ bền lâu của các cơng trình bằng bê tơng cốt thép hoặc bê tông cốt thép ứng suất trước phụ thuộc trực tiếp vào độ bền của cốt thép. Độ bền lâu này chỉ có thể phụ thuộc vào tác động cơ học, nhưng cũng có thể cả vào mơi trường xung quanh.