Thép cán nguội: Tính chất và ứng dụng chính

Thép cán nguội là loại thép đã trải qua quá trình cán nguội, bao gồm việc giảm độ dày của thép ở nhiệt độ phòng. Quá trình này làm tăng cường các tính chất cơ học của thép, tạo ra sản phẩm có độ bền và kích thước chính xác hơn so với thép cán nóng . Thép cán nguội chủ yếu được phân loại là thép cacbon thấp, mặc dù nó cũng có thể bao gồm các biến thể cacbon trung bình và cacbon cao tùy thuộc vào các nguyên tố hợp kim được sử dụng.

Tổng quan toàn diện

Thép cán nguội có đặc điểm là bề mặt nhẵn, dung sai chặt chẽ hơn và các tính chất cơ học được cải thiện. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép cán nguội thường bao gồm cacbon (C), mangan (Mn), phốt pho (P) và lưu huỳnh (S). Hàm lượng cacbon thường dao động từ 0,05% đến 0,25%, ảnh hưởng đáng kể đến độ cứng và độ bền của thép. Mangan hoạt động như một chất khử oxy và cải thiện khả năng làm cứng, trong khi phốt pho và lưu huỳnh có thể tăng khả năng gia công nhưng cũng có thể dẫn đến giòn nếu có quá nhiều.

Các đặc điểm quan trọng của thép cán nguội bao gồm:

• Độ bền cao : Quy trình cán nguội làm tăng độ bền kéo và độ bền chảy, phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao.
• Độ chính xác về kích thước : Thép cán nguội được sản xuất với dung sai chặt chẽ hơn, lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao.
• Hoàn thiện bề mặt : Quá trình này tạo ra bề mặt nhẵn mịn, thẩm mỹ và có thể dễ dàng sơn hoặc phủ.

Thuận lợi :
- Tính chất cơ học được cải thiện so với thép cán nóng.
- Cải thiện độ hoàn thiện bề mặt và độ chính xác về kích thước.
- Ứng dụng đa dạng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Hạn chế :
- Đắt hơn thép cán nóng do phải qua xử lý thêm.
- Độ dẻo giảm so với thép cán nóng, khiến nó ít phù hợp với một số quy trình tạo hình nhất định.

Thép cán nguội giữ vị trí quan trọng trên thị trường do tính linh hoạt và các đặc tính vượt trội, khiến nó trở thành sự lựa chọn phổ biến trong các ứng dụng ô tô, xây dựng và sản xuất.

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	G10080	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 1008
AISI/SAE	1008	Hoa Kỳ	Thép cacbon thấp có khả năng hàn tốt
Tiêu chuẩn ASTM	A1008	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thép cán nguội
VI	1.0330	Châu Âu	Tương đương với AISI 1008
Tiêu chuẩn Nhật Bản	S10C	Nhật Bản	Tính chất tương tự nhưng có sự khác biệt nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn ISO	Tiêu chuẩn ISO3574	Quốc tế	Tiêu chuẩn cho tấm thép cacbon thấp cán nguội

Bảng trên nêu bật các tiêu chuẩn và giá trị tương đương khác nhau cho thép cán nguội. Điều cần lưu ý là mặc dù các loại này có thể được coi là tương đương, nhưng sự khác biệt nhỏ về thành phần và chế biến có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, sự hiện diện của các nguyên tố hợp kim bổ sung hoặc các biến thể trong phương pháp chế biến có thể dẫn đến sự khác biệt về tính chất cơ học, khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,05 - 0,25
Mn (Mangan)	0,30 - 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 cán nguội bao gồm:
- Cacbon : Tăng độ cứng và độ bền; hàm lượng cacbon cao hơn dẫn đến độ bền cao hơn nhưng độ dẻo giảm.
- Mangan : Tăng cường độ cứng và độ bền, cải thiện độ dẻo dai và hỗ trợ khử oxy trong quá trình luyện thép.
- Phốt pho : Có thể cải thiện khả năng gia công nhưng có thể dẫn đến giòn nếu có hàm lượng cao.
- Lưu huỳnh : Tăng khả năng gia công nhưng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến độ dẻo và độ bền.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	Nhiệt độ thử nghiệm	Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị đo lường)	Giá trị/Phạm vi điển hình (Anh)	Tiêu chuẩn tham chiếu cho phương pháp thử nghiệm
Độ bền kéo	cán nguội	Nhiệt độ phòng	270 - 450MPa	39 - 65 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	cán nguội	Nhiệt độ phòng	210 - 350MPa	30 - 51 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	cán nguội	Nhiệt độ phòng	20-40%	20-40%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell B)	cán nguội	Nhiệt độ phòng	60 - 80 HRB	60 - 80 HRB	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	cán nguội	-20°C (-4°F)	20 - 40J	15 - 30 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các tính chất cơ học này làm cho thép cán nguội phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và bề mặt hoàn thiện tuyệt vời. Độ bền kéo và độ bền chảy cao làm cho nó lý tưởng cho các thành phần cấu trúc, trong khi các tính chất kéo dài của nó cho phép tạo hình ở một mức độ nào đó mà không bị gãy.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (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	50 W/m·K	29 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	0,49 kJ/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,0000017 Ω·m	0,0000017 Ω·trong

Các tính chất vật lý chính như mật độ và độ dẫn nhiệt có ý nghĩa quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến xử lý nhiệt hoặc chế biến nhiệt. Mật độ của thép cán nguội làm cho nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi cân nhắc về trọng lượng, trong khi độ dẫn nhiệt của nó ảnh hưởng đến hiệu suất của nó trong bộ trao đổi nhiệt và các ứng dụng nhiệt khác.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Khí quyển	Thay đổi	Môi trường xung quanh	Hội chợ	Dễ bị rỉ sét
Clorua	Thay đổi	Môi trường xung quanh	Nghèo	Nguy cơ rỗ
Axit	Thay đổi	Môi trường xung quanh	Nghèo	Không khuyến khích
kiềm	Thay đổi	Môi trường xung quanh	Hội chợ	Sức đề kháng vừa phải

Thép cán nguội có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong điều kiện khí quyển. Tuy nhiên, thép dễ bị rỉ sét khi tiếp xúc với độ ẩm và clorua, có thể dẫn đến ăn mòn rỗ. So với thép không gỉ, thép cán nguội có khả năng chống ăn mòn thấp hơn đáng kể, khiến thép ít phù hợp hơn cho các ứng dụng trong 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	Ngoài ra, tính chất của tài sản có thể bị suy thoái.
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 ở nhiệt độ cao.

Thép cán nguội vẫn giữ được độ bền ở nhiệt độ cao lên đến khoảng 400 °C (752 °F). Vượt quá nhiệt độ này, các đặc tính cơ học có thể bắt đầu suy giảm, dẫn đến hiệu suất giảm trong các ứng dụng kết cấu. Quá trình oxy hóa cũng có thể xảy ra ở nhiệt độ cao, đòi hỏi phải có lớp phủ hoặc xử lý bảo vệ.

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	ER70S-2	Khí Argon	Kiểm soát tuyệt vời
Dán	E7018	Không có	Yêu cầu làm nóng trước

Thép cán nguội thường được coi là có khả năng hàn tốt, đặc biệt là với các quy trình MIG và TIG. Có thể cần phải gia nhiệt trước cho các phần dày hơn để tránh nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể tăng cường các đặc tính của khu vực hàn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép cán nguội	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	70	100	Tốt cho hoạt động gia công
Tốc độ cắt điển hình	30 m/phút	50 m/phút	Điều chỉnh dựa trên công cụ

Thép cán nguội có khả năng gia công tốt, mặc dù không dễ gia công như một số loại thép hợp kim như AISI 1212. Tốc độ cắt và dụng cụ thích hợp là điều cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất gia công.

Khả năng định hình

Thép cán nguội có thể được tạo hình bằng nhiều kỹ thuật khác nhau, bao gồm uốn, dập và kéo. Tuy nhiên, độ dẻo giảm so với thép cán nóng có thể hạn chế khả năng chịu được các hoạt động tạo hình khắc nghiệt mà không bị nứt. Bán kính uốn tối thiểu nên được cân nhắc cẩn thận để tránh hỏng hóc trong quá trình tạo hình.

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	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 giờ	Không khí hoặc nước	Làm mềm, cải thiện độ dẻo
Chuẩn hóa	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 giờ	Không khí	Tinh chỉnh cấu trúc hạt
Làm nguội	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 giờ	Nước hoặc dầu	Làm cứng

Các quy trình xử lý nhiệt như ủ và chuẩn hóa có thể thay đổi đáng kể cấu trúc vi mô của thép cán nguội, tăng cường các tính chất cơ học của nó. Ủ làm mềm thép, cải thiện độ dẻo, trong khi chuẩn hóa tinh chỉnh cấu trúc hạt, dẫn đến 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	Tấm thân xe	Độ bền cao, bề mặt hoàn thiện tốt	Nhẹ và bền
Sự thi công	Thành phần cấu trúc	Độ chính xác về kích thước, sức mạnh	Độ chính xác và độ tin cậy
Chế tạo	Linh kiện máy móc	Khả năng gia công tốt, độ bền cao	Dễ chế tạo

Thép cán nguội được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau do các đặc tính có lợi của nó. Trong ngành ô tô, nó được ưa chuộng để làm tấm thân xe do độ bền và độ hoàn thiện bề mặt. Trong xây dựng, độ chính xác về kích thước của nó làm cho nó trở nên lý tưởng cho các thành phần kết cấu. Ngoài ra, khả năng gia công của nó có lợi trong sản xuất các bộ phận máy móc.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép cán nguội	AISI 1018	Thép không gỉ 304	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Sức mạnh vừa phải	Độ bền cao	Cán nguội có độ bền tốt hơn AISI 1018 nhưng kém hơn thép không gỉ.
Góc nhìn ăn mòn chính	Sức đề kháng công bằng	Sức đề kháng công bằng	Sức đề kháng tuyệt vời	Thép cán nguội có khả năng chống ăn mòn kém hơn so với thép không gỉ.
Khả năng hàn	Tốt	Tốt	Vừa phải	Cán nguội dễ hàn hơn thép không gỉ.
Khả năng gia công	Tốt	Xuất sắc	Hội chợ	Cán nguội khó gia công hơn AISI 1018.
Khả năng định hình	Vừa phải	Tốt	Vừa phải	Cán nguội có khả năng định hình kém hơn AISI 1018.
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Thấp	Cao	Cán nguội đắt hơn AISI 1018 nhưng rẻ hơn thép không gỉ.
Khả năng cung cấp điển hình	Cao	Cao	Vừa phải	Cán nguội được sử dụng rộng rãi ở nhiều dạng khác nhau.

Khi lựa chọn thép cán nguội cho một ứng dụng cụ thể, những cân nhắc như chi phí, tính khả dụng và tính chất cơ học là rất quan trọng. Mặc dù thép này có độ bền cao và khả năng hàn tốt, nhưng phải tính đến khả năng dễ bị ăn mòn và độ dẻo giảm so với các loại thép khác. Thép cán nguội thường được lựa chọn cho các ứng dụng mà độ chính xác và độ hoàn thiện bề mặt là tối quan trọng, trong khi các loại thép thay thế có thể được lựa chọn vì khả năng chống ăn mòn hoặc khả năng gia công vượt trội của chúng.