Thép Crom: Tính chất và ứng dụng chính

Thép crom, thường được gọi là thép crom , là một loại thép hợp kim có chứa crom là nguyên tố hợp kim chính. Loại thép này thường được phân loại là thép hợp kim cacbon trung bình, giúp tăng cường độ cứng, độ bền và khả năng chống mài mòn. Việc bổ sung crom ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính của thép, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

Tổng quan toàn diện

Thép crom có ​​đặc điểm là độ cứng và khả năng chống mài mòn tuyệt vời, chủ yếu là do sự hiện diện của crom. Nguyên tố này không chỉ cải thiện các tính chất cơ học của thép mà còn tăng cường khả năng chống oxy hóa và ăn mòn. Hàm lượng crom điển hình trong thép crom dao động từ 0,5% đến 1,5%, tùy thuộc vào cấp độ cụ thể và yêu cầu ứng dụng.

Đặc điểm chính:
- Độ cứng cao: Thép crom có ​​thể đạt được độ cứng cao, lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu khả năng chống mài mòn.
- Độ bền tốt: Mặc dù có độ cứng, thép crom vẫn duy trì độ bền tốt, điều này rất quan trọng để ngăn ngừa hư hỏng giòn.
- Khả năng chống ăn mòn: Hàm lượng crom mang lại khả năng chống ăn mòn ở một mức độ nhất định, mặc dù không bền bằng thép không gỉ.

Thuận lợi:
- Khả năng chống mài mòn được cải thiện: Thép crom thường được sử dụng trong các ứng dụng có yêu cầu đáng kể về độ mài mòn và độ bền, chẳng hạn như trong các bộ phận máy móc và dụng cụ.
- Ứng dụng đa dạng: Các tính chất của nó làm cho nó phù hợp với nhiều ngành công nghiệp, bao gồm ô tô, hàng không vũ trụ và sản xuất.

Hạn chế:
- Giòn ở nhiệt độ thấp: Thép crom có ​​thể trở nên giòn ở nhiệt độ thấp, điều này có thể hạn chế việc sử dụng thép trong một số môi trường nhất định.
- Chi phí: Việc bổ sung crom có ​​thể làm tăng chi phí so với thép cacbon tiêu chuẩn.

Trong lịch sử, thép crom đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các công cụ và máy móc hiệu suất cao, góp phần vào sự tiến bộ trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật.

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	G10400	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 1080
AISI/SAE	52100	Hoa Kỳ	Thép crom cacbon cao, dùng trong ổ trục
Tiêu chuẩn ASTM	A295	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn cho thép crom cacbon cao
VI	100Cr6	Châu Âu	Tương đương với AISI 52100, được sử dụng trong các ứng dụng ổ trục
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUJ2	Nhật Bản	Tương tự như AISI 52100, được sử dụng trong các ứng dụng hiệu suất cao
ĐẠI HỌC	1.3505	Đức	Tương đương với AISI 52100, được sử dụng trong chế tạo công cụ

Sự khác biệt giữa các loại này thường nằm ở hàm lượng cacbon và crom cụ thể của chúng, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng trong các ứng dụng. Ví dụ, trong khi AISI 52100 và EN 100Cr6 tương đương nhau về nhiều mặt, thì sự thay đổi nhỏ về thành phần có thể dẫn đến sự khác biệt về độ cứng và khả năng chống mài mòn.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,95 - 1,05
Cr (Crom)	1,30 - 1,60
Mn (Mangan)	0,25 - 0,45
Si (Silic)	0,15 - 0,40
P (Phốt pho)	≤ 0,025
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,025

Vai trò chính của crom trong thép crom là tăng cường độ cứng và khả năng chống mài mòn. Carbon góp phần tạo nên độ cứng của thép, trong khi mangan giúp cải thiện độ dẻo dai và độ bền. Silic có thể hỗ trợ quá trình khử oxy trong quá trình sản xuất thép.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	Nhiệt độ thử nghiệm	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	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	1000 - 1200MPa	145 - 174 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	850 - 1000MPa	123 - 145 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	10-15%	10-15%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (HRC)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	58 - 65HRC	58 - 65HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	Làm nguội & tôi luyện	-20°C (-4°F)	20 - 30 giờ	15 - 22 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp giữa độ bền kéo và độ bền chảy cao, cùng với độ giãn dài tốt, làm cho thép crom phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tải trọng cơ học cao và tính toàn vẹn về mặt cấu trúc. Độ cứng của nó đặc biệt có lợi trong các ứng dụng chống mài mòn.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị mét - SI)	Giá trị (Đơn vị Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	7,85g/cm³	0,284 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	45 W/m·K	31 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,0006 Ω·m	0,000006 Ω·trong

Mật độ của thép crom góp phần tạo nên độ bền của nó, trong khi điểm nóng chảy của nó cho thấy độ ổn định nhiệt tốt. Độ dẫn nhiệt ở mức trung bình, có thể có lợi trong các ứng dụng cần tản nhiệt.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	3-5	20-60 °C (68-140 °F)	Hội chợ	Nguy cơ ăn mòn rỗ
Axit sunfuric	10-20	20-40 °C (68-104 °F)	Nghèo	Không khuyến khích
Nước biển	-	20-30 °C (68-86 °F)	Hội chợ	Sức đề kháng vừa phải

Thép crom có ​​khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong môi trường có clorua. Tuy nhiên, nó dễ bị rỗ và nứt do ăn mòn ứng suất, đặc biệt là trong điều kiện có tính axit. So với thép không gỉ, khả năng chống ăn mòn của thép crom bị hạn chế, khiến nó ít phù hợp với môi trường có tính ăn mòn cao.

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 cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	500 °C	932 °F	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	600 °C	1112 °F	Nguy cơ oxy hóa vượt quá điểm này

Ở nhiệt độ cao, thép crom vẫn giữ được độ bền và độ cứng nhưng có thể bị oxy hóa. Điều cần thiết là phải xem xét nhiệt độ sử dụng để tránh làm giảm các đặc tính cơ học.

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	Argon + CO2	Tốt cho các phần mỏng
TIG	ER80S-Ni	Khí Argon	Yêu cầu làm nóng trước
Dán	E7018	-	Thích hợp cho các phần dày hơn

Thép crom có ​​thể được hàn bằng nhiều quy trình khác nhau, nhưng thường được khuyến nghị là nên gia nhiệt trước để giảm nguy cơ nứt. Có thể cần xử lý nhiệt sau khi hàn để giảm ứng suất và cải thiện độ dẻo dai.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép crom (52100)	Thép chuẩn (AISI 1212)	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	60	100	Khó gia công hơn
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30-50 m/phút	60-80 m/phút	Sử dụng công cụ cacbua

Thép crom khó gia công hơn một số loại thép hợp kim thấp hơn do độ cứng của nó. Các dụng cụ bằng thép tốc độ cao hoặc cacbua được khuyến nghị để gia công hiệu quả.

Khả năng định hình

Thép crom có ​​khả năng định hình hạn chế do độ cứng cao. Có thể định hình nguội nhưng có thể dẫn đến quá trình làm cứng khi gia công, trong khi có thể định hình nóng ở nhiệt độ cao để cải thiện độ dẻo.

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	800 - 900 °C (1472 - 1652 °F)	1-2 giờ	Không khí hoặc lò sưởi	Giảm độ cứng, tăng độ dẻo
Làm nguội	800 - 850 °C (1472 - 1562 °F)	30 phút	Dầu hoặc Nước	Tăng độ cứng
Làm nguội	150 - 200 °C (302 - 392 °F)	1 giờ	Không khí	Giảm độ giòn, tăng độ dai

Các quy trình xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô và tính chất của thép crom. Làm nguội làm tăng độ cứng, trong khi ram cân bằng độ cứng và 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 và trục	Độ cứng cao, chống mài mòn	Độ bền dưới tải
Hàng không vũ trụ	Linh kiện động cơ	Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao	Hiệu suất và độ tin cậy
Chế tạo	Dụng cụ cắt	Khả năng chống mài mòn, độ bền	Tuổi thọ phục vụ

Các ứng dụng khác bao gồm:
* - Vòng bi trong máy móc
* - Chốt hiệu suất cao
* - Dụng cụ tạo hình kim loại

Thép crom được chọn cho các ứng dụng này vì độ cứng và khả năng chống mài mòn vượt trội, đây là những yếu tố quan trọng đối với các bộ phận chịu ứng suất và mài mòn cao.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép crom (52100)	Tiêu chuẩn AISI 4140	Thép không gỉ AISI 304	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ cứng cao	Độ bền tốt	Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời	Sự cân bằng giữa độ cứng và khả năng chống ăn mòn
Góc nhìn ăn mòn chính	Sức đề kháng vừa phải	Sức đề kháng công bằng	Sức đề kháng tuyệt vời	Thép crom có ​​thể bị ăn mòn trong môi trường khắc nghiệt
Khả năng hàn	Vừa phải	Tốt	Xuất sắc	Thép crom cần được nung nóng trước
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Hội chợ	Thép crom khó gia công hơn
Khả năng định hình	Giới hạn	Tốt	Xuất sắc	Thép crom khó định hình hơn các loại khác
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Thấp	Cao	Chi phí thay đổi tùy theo thành phần hợp kim
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Cao	Tính khả dụng có thể ảnh hưởng đến thời gian của dự án

Khi lựa chọn thép crom cho một ứng dụng cụ thể, điều cần thiết là phải xem xét các yếu tố như tính chất cơ học, khả năng chống ăn mòn và đặc điểm chế tạo. Mặc dù thép crom có ​​độ cứng và khả năng chống mài mòn tuyệt vời, nhưng những hạn chế của nó về khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn phải được cân nhắc so với các yêu cầu của ứng dụng dự định. Ngoài ra, chi phí và tính khả dụng có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn vật liệu, đặc biệt là trong các quy trình sản xuất quy mô lớn.