Thép 1018: Tính chất và ứng dụng chính

Thép 1018 là loại thép có hàm lượng cacbon thấp thuộc loại thép hợp kim cacbon trung bình. Thép này chủ yếu bao gồm sắt, với hàm lượng cacbon khoảng 0,18%, góp phần tạo nên độ bền và độ cứng. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép 1018 bao gồm mangan, giúp tăng khả năng tôi và độ bền kéo, và phốt pho và lưu huỳnh, có mặt ở dạng vết và có thể ảnh hưởng đến khả năng gia công và độ dẻo.

Tổng quan toàn diện

Thép 1018 được biết đến với khả năng hàn, khả năng gia công và tính chất cơ học tốt, khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau. Hàm lượng carbon thấp của nó cho phép độ dẻo và khả năng định hình tốt, trong khi sự hiện diện của mangan cải thiện độ bền và độ cứng của nó. Thép thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền vừa phải và độ dẻo dai tốt.

Những ưu điểm chính của Thép 1018 bao gồm:

• Khả năng hàn : Có thể hàn dễ dàng bằng nhiều phương pháp hàn khác nhau.
• Khả năng gia công : Có khả năng gia công tốt, cho phép thực hiện các quy trình sản xuất hiệu quả.
• Hiệu quả về mặt chi phí : Tương đối rẻ so với các loại thép hợp kim cao cấp.

Tuy nhiên, thép 1018 cũng có một số hạn chế:

• Khả năng chống ăn mòn : Khả năng chống ăn mòn của thép này hạn chế, không phù hợp với môi trường khắc nghiệt nếu không có lớp phủ bảo vệ.
• Hạn chế về độ bền : Mặc dù có độ bền tốt nhưng có thể không phù hợp cho các ứng dụng chịu ứng suất cao so với thép hợp kim hoặc thép cacbon cao hơn.

Theo truyền thống, Thép 1018 được sử dụng rộng rãi trong sản xuất trục, bánh răng và các thành phần khác đòi hỏi độ bền vừa phải và độ dẻo tốt. Sự phổ biến của nó trên thị trường là do tính linh hoạt và dễ có sẵn.

Tên thay thế, Tiêu chuẩn và Tương đương

Tổ chức tiêu chuẩn	Chỉ định/Cấp bậc	Quốc gia/Khu vực xuất xứ	Ghi chú/Nhận xét
Liên Hiệp Quốc	G10180	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 1020
AISI/SAE	1018	Hoa Kỳ	Thép cacbon thấp được sử dụng rộng rãi
Tiêu chuẩn ASTM	A108	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thanh thép cacbon hoàn thiện nguội
VI	C18E	Châu Âu	Sự khác biệt nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn Nhật Bản	S45C	Nhật Bản	Tính chất tương tự, nhưng hàm lượng carbon cao hơn
Tiêu chuẩn ISO	1018	Quốc tế	Chỉ định tương đương

Bảng trên nêu bật các tiêu chuẩn và giá trị tương đương khác nhau cho Thép 1018. Điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù các loại như AISI 1020 và JIS S45C có vẻ tương tự nhau, nhưng chúng có thể có những khác biệt nhỏ về thành phần và tính chất cơ học có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng trong các ứng dụng cụ thể.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,15 - 0,20
Mn (Mangan)	0,60 - 0,90
P (Phốt pho)	≤ 0,04
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,05
Fe (Sắt)	Sự cân bằng

Vai trò chính của các nguyên tố hợp kim quan trọng trong Thép 1018 bao gồm:

• Carbon (C) : Cung cấp độ bền và độ cứng; hàm lượng carbon thấp đảm bảo độ dẻo tốt.
• Mangan (Mn) : Tăng cường khả năng làm cứng và độ bền kéo, cải thiện các tính chất cơ học tổng thể.
• Phốt pho (P) và Lưu huỳnh (S) : Có với hàm lượng nhỏ, chúng có thể cải thiện khả năng gia công nhưng có thể làm giảm độ dẻo nếu có quá nhiều.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị mét - SI)	Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị Anh)	Tiêu chuẩn tham chiếu cho phương pháp thử nghiệm
Độ bền kéo	Ủ	370 - 580MPa	53,5 - 84,2 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	205 - 370MPa	29,7 - 53,5 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	15-25%	15-25%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Brinell)	Ủ	119 - 207 HB	119 - 207 HB	Tiêu chuẩn ASTM E10
Sức mạnh tác động (Charpy)	-40°C	27 tháng 1	20 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các tính chất cơ học này làm cho Thép 1018 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền vừa phải và độ dẻo dai tốt, chẳng hạn như trong sản xuất bánh răng, trục và các bộ phận khác chịu tải trọng vừa phải.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị mét - SI)	Giá trị (Đơn vị Anh)
Tỉ trọng	-	7,85g/cm³	0,284 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Độ dẫn nhiệt	20 °C	50,2 W/m·K	34,6 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	20 °C	0,486 kJ/kg·K	0,116 BTU/lb·°F
Điện trở suất	20 °C	0,00065 Ω·m	0,0004 Ω·trong

Ý nghĩa thực tiễn của các tính chất vật lý của Thép 1018 bao gồm:

• Mật độ : Mật độ góp phần tạo nên trọng lượng và tính toàn vẹn về mặt cấu trúc của các thành phần.
• Độ dẫn nhiệt : Độ dẫn nhiệt vừa phải nên phù hợp với các ứng dụng cần tản nhiệt.
• Điểm nóng chảy : Điểm nóng chảy cho biết vật liệu có phù hợp với các ứng dụng nhiệt độ cao hay không, mặc dù không nên để vật liệu ở nhiệt độ khắc nghiệt trong thời gian dài.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Khí quyển	-	-	Hội chợ	Nguy cơ rỉ sét nếu không được bảo vệ
Clorua	3-5	25-60 °C (77-140 °F)	Nghèo	Dễ bị ăn mòn rỗ
Axit	10-20	20-50 °C (68-122 °F)	Nghèo	Không khuyến khích sử dụng trong môi trường có tính axit
kiềm	5-10	20-50 °C (68-122 °F)	Hội chợ	Sức đề kháng ở mức trung bình, nhưng khuyến cáo nên áp dụng biện pháp bảo vệ

Thép 1018 có khả năng chống ăn mòn hạn chế, đặc biệt là trong môi trường có độ ẩm cao hoặc tiếp xúc với clorua và axit. Thép này dễ bị rỉ sét và rỗ, đặc biệt là trong môi trường biển hoặc công nghiệp. So với thép không gỉ như 304 hoặc 316, có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, Thép 1018 cần lớp phủ bảo vệ hoặc lớp hoàn thiện để tăng độ bền trong môi trường ăn mòn.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	400 °C	752 °F	Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ vừa phải
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	500 °C	932 °F	Tiếp xúc trong thời gian ngắn với nhiệt độ cao hơn
Nhiệt độ đóng băng	600 °C	1112 °F	Nguy cơ đóng cặn ở nhiệt độ cao

Ở nhiệt độ cao, Thép 1018 có thể duy trì các đặc tính cơ học của nó ở một giới hạn nhất định. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ cao có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và đóng cặn, có thể làm giảm tính toàn vẹn về mặt cấu trúc của nó. Điều cần thiết là phải xem xét các yếu tố này khi thiết kế các thành phần sẽ hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao.

Tính chất chế tạo

Khả năng hàn

Quy trình hàn	Kim loại phụ gia được đề xuất (Phân loại AWS)	Khí/Nhiệt che chắn điển hình	Ghi chú
MIG	ER70S-6	Hỗn hợp Argon + CO2	Tốt cho các phần mỏng
TIG	ER70S-2	Khí Argon	Mối hàn sạch, độ biến dạng thấp
Dán	E7018	-	Thích hợp sử dụng ngoài trời

Thép 1018 được biết đến với khả năng hàn tuyệt vời, phù hợp với nhiều quy trình hàn khác nhau. Có thể cần phải gia nhiệt trước cho các phần dày hơn để tránh nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể cải thiện các đặc tính của khu vực hàn, giảm ứng suất dư.

Khả năng gia công

Thông số gia công	[Thép 1018]	[AISI 1212]	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	70	100	1212 dễ gia công hơn
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30-50 m/phút	60-80 m/phút	Điều chỉnh dựa trên công cụ và thiết lập

Thép 1018 có khả năng gia công tốt, cho phép cắt và định hình hiệu quả. Các điều kiện tối ưu bao gồm sử dụng các công cụ sắc bén và tốc độ cắt phù hợp để giảm thiểu hao mòn công cụ và đạt được bề mặt hoàn thiện tốt.

Khả năng định hình

Thép 1018 có khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện các quy trình định hình nguội và nóng. Thép này có thể uốn cong và định hình mà không có nguy cơ nứt đáng kể, phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi hình dạng phức tạp. Tuy nhiên, cần cẩn thận với bán kính uốn cong để tránh làm cứng khi gia công.

Xử lý nhiệt

Quy trình điều trị	Phạm vi nhiệt độ (°C/°F)	Thời gian ngâm điển hình	Phương pháp làm mát	Mục đích chính / Kết quả mong đợi
Ủ	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1 - 2 giờ	Không khí	Cải thiện độ dẻo và giảm độ cứng
Làm nguội	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	30 phút	Dầu hoặc Nước	Tăng độ cứng và sức mạnh
Làm nguội	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 giờ	Không khí	Giảm độ giòn sau khi tôi

Các quy trình xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô và tính chất của Thép 1018. Ủ cải thiện độ dẻo, trong khi làm nguội tăng độ cứng. Làm nguội sau khi làm nguội giúp giảm ứng suất và cải thiện độ dẻo dai.

Ứng dụng điển hình và mục đích sử dụng cuối cùng

Ngành/Lĩnh vực	Ví dụ ứng dụng cụ thể	Các tính chất chính của thép được sử dụng trong ứng dụng này	Lý do lựa chọn (Tóm tắt)
Ô tô	Bánh răng	Độ bền tốt, khả năng gia công	Tiết kiệm chi phí và đáng tin cậy
Chế tạo	Trục	Độ dẻo, khả năng hàn	Dễ chế tạo
Sự thi công	Thành phần cấu trúc	Độ bền vừa phải, khả năng tạo hình	Đa năng và có sẵn rộng rãi

Các ứng dụng khác của Thép 1018 bao gồm:

• • Chốt
• • Các bộ phận máy móc
• • Linh kiện dụng cụ

Việc lựa chọn Thép 1018 cho các ứng dụng này chủ yếu là do sự cân bằng giữa độ bền, độ dẻo và khả năng chế tạo dễ dàng, khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng cho nhiều nhu cầu kỹ thuật khác nhau.

Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn

Tính năng/Thuộc tính	Thép 1018	Tiêu chuẩn AISI 1045	Tiêu chuẩn AISI 4140	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Sức mạnh vừa phải	Sức mạnh cao hơn	Sức mạnh cao hơn	1045 cung cấp sức mạnh tốt hơn, 4140 độ bền tốt hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Hội chợ	Hội chợ	Tốt	4140 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn
Khả năng hàn	Xuất sắc	Tốt	Hội chợ	4140 có thể cần phải làm nóng trước
Khả năng gia công	Tốt	Hội chợ	Nghèo	1018 dễ gia công hơn
Khả năng định hình	Tốt	Hội chợ	Nghèo	1018 có thể dễ dàng hình thành
Chi phí tương đối xấp xỉ	Thấp	Vừa phải	Cao	1018 có hiệu quả về mặt chi phí cho nhiều ứng dụng
Khả năng cung cấp điển hình	Cao	Vừa phải	Thấp	1018 có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn Thép 1018, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các đặc tính cơ học cụ thể cần thiết cho ứng dụng. Khả năng hàn và gia công tuyệt vời của nó khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho nhiều quy trình sản xuất. Tuy nhiên, đối với các ứng dụng đòi hỏi độ bền hoặc khả năng chống ăn mòn cao hơn, các loại thép thay thế như AISI 1045 hoặc AISI 4140 có thể phù hợp hơn.

Tóm lại, Thép 1018 là loại thép ít carbon đa năng, có sự cân bằng giữa các đặc tính cơ học tốt, dễ chế tạo và hiệu quả về chi phí, khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau.