Thép là một hợp kim vô cùng thông dụng và được ứng dụng rất lớn trong đời sống, sản xuất. Thép xuất hiện lâu đời và là bước tiến nhảy vọt cho ngành công nghiệp xây dựng. Một trong những tính chất quan trọng nhất của thép quyết định đến tính ứng dụng trong thực tế của loại vật liệu này chính là cường độ của thép.
Cường độ thép là gì?
Cường độ của thép là các thông số đặc trưng cho khả năng chống chịu của thép với các lực tác động hoặc phá hoại do tác động ngoại lực hoặc điều kiện môi trường.
Các thông số về cường độ của sản phẩm bằng thép có ý nghĩa rất lớn tới tính ứng dụng thực tế của sản phẩm và tính an toàn trong sử dụng.
Các đặc điểm, tính chất của thép
- Dựa vào các thành phần hóa học trong thép và phương pháp luyện thép mà ta có thể phân loại ra các loại mác thép khác nhau.
- Thép cacbon thông dụng nhất trong thực tế hiện nay là thép CT3 và thép CT5 với tỷ lệ cacbon tương ứng khoảng 3‰ và 5‰ .
- Cường độ của thép cacbon phụ thuộc nhiều vào tỷ lệ cacbon trong thép. Theo đó, khi tăng tỷ lệ cacbon thì cường độ thép tăng lên, đồng thời độ dẻo giảm và thép khó hàn hơn. Cường độ chịu kéo của thép là một tính chất quan trọng quyết định độ bền của một sản phẩm thép.
- Ở các loại thép hợp kim thấp, có thêm nguyên tố phụ như Crom, Mangan, Silic, Titan,.. có tác dụng nâng cao cường độ và cải thiện các tính chất khác của thép.
- Một số cốt thép sau khi cán nóng có thể đem đi gia công nguội bằng phương pháp như kéo nguội, dập nguội hoặc gia công nhiệt bằng phương pháp tôi.
- Cốt thép được kéo nguội bằng cách đó là kéo sao cho ứng suất vượt quá giới hạn chảy để tăng cường độ và giảm độ dẻo mác thép.
- Ngược lại, phương pháp gia công nhiệt bằng nung nóng đến nhiệt độ 9500C trong khoảng 1 phút rồi đem tôi vào nước hoặc dầu, sau đó nung đến nhiệt độ 4000C rồi để nguội từ từ thì có khả năng nâng cao cường độ của cốt thép nhưng vẫn giữ được độ dẻo cần có của cốt thép.
Tính chất của cốt thép
Để biết tính năng cơ học của cốt thép, ta cần thực hiện kéo mẫu thép và vẽ biểu đồ quan hệ ứng suất σ và biến dạng ԑ.
Dựa vào hai đại lượng trên, ta phân loại thép thành thép dẻo và thép rắn.
+ Các thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp cán nóng thuộc thép dẻo.
Các loại thép này có giới hạn chảy trong khoảng từ 200-500 MPa và có biến dạng cực hạn là es* = 0.15 ÷ 0.25. Giới hạn bền lớn hơn giới hạn chảy khoảng 20% – 40%.
+ Các loại thép qua quá trình gia công nhiệt hoặc gia công nguội thường là loại thép rắn.
Giới hạn bền thép rắn vào khoảng 500-2000 MPa và có biến dạng cực hạn là es* = 0.05 ÷ 0.1. Cốt thép rắn không có giới hạn chảy rõ ràng như cốt thép dẻo.
Ứng suất của thép
Đối với thép, thông thường có 3 giới hạn quan trọng nhất là:
+ Giới hạn bền σb : Là giá trị của ứng suất lớn nhất mác thép chịu được trước khi bị kéo đứt.
+ Giới hạn đàn hồi σel : Được xác định là ứng suất cuối giai đoạn đàn hồi.
+ Giới hạn chảy σy : Được xác định bằng ứng suất đầu giai đoạn chảy.
Với nhóm thép dẻo có giới hạn chảy rõ ràng, ta dựa vào biểu đồ ứng suất – biến dạng xác định được.
Với nhóm thép rắn/giòn không có giới hạn đàn hồi và chảy rõ ràng thì ta có giới hạn quy ước như sau:
+ Giới hạn đàn hồi quy ước là giá trị ứng suất σel tương ứng với biến dạng dư tỷ đối là 0.02%.
+ Giới hạn chảy quy ước là giá trị ứng suất σy tương ứng với biến dạng dư tỷ đối là 0.2%.
Bảng tra cơ tính của một vài loại thép thông dụng nhất
| Mác thép | Tiêu chuẩn | Cơ tính |
| CT3 | ΓOCT 380-71 | – Giới hạn bền kéo: σb = 380 ÷ 490 N/mm2
– Giới hạn chảy σ0.2 ≥ 210 N/mm2 – Độ giãn dài tương đối : δ5 ≥ 23% |
| C45 | TCVN 1765-75 | – Giới hạn bền kéo: σb ≥ 610 N/mm2
– Giới hạn chảy σ0.2 ≥ 360 N/mm2 – Độ giãn dài tương đối : δ5 ≥ 16% – Độ thắt tỷ đối: ψ ≥ 40% – Độ dai va đập ak ≥ 500 KJ/m2 – Độ cứng sau thường hóa ≤ 229 HB – Độ cứng sau ủ hoặc ram cao ≤ 197 HB |
| C55 | TCVN 1765-75 | – Giới hạn bền kéo: σb ≥ 660 N/mm2
– Giới hạn chảy σ0.2 ≥ 390 N/mm2 – Độ giãn dài tương đối : δ5 ≥ 13% – Độ thắt tỷ đối: ψ ≥ 35% – Độ dai va đập ak ≥ 400 KJ/m2 – Độ cứng sau thường hóa ≤ 255 HB – Độ cứng sau ủ hoặc ram cao ≤ 217 HB |
| C65 | TCVN 1765-75 | – Giới hạn bền kéo: σb ≥ 710 N/mm2
– Giới hạn chảy σ0.2 ≥ 420 N/mm2 – Độ giãn dài tương đối : δ5 ≥ 10% – Độ thắt tỷ đối: ψ ≥ 30% – Độ dai va đập ak ≥ 400 KJ/m2 – Độ cứng sau thường hóa ≤ 255 HB – Độ cứng sau ủ hoặc ram cao ≤ 229 HBc |
| Inox 304 | AISI | – Giới hạn bền kéo: σb ≥ 515 N/mm2
– Giới hạn chảy σ0.2 ≥ 201 N/mm2 |
| Inox 304L | AISI | – Giới hạn bền kéo: σb ≥ 485 N/mm2
– Giới hạn chảy σ0.2 ≥ 175 N/mm2 |
| SUS 316 | JIS | – Giới hạn bền kéo: σb ≥ 520 N/mm2
– Giới hạn chảy σ0.2 ≥ 205 N/mm2 – Độ giãn dài tương đối : δ5 ≥ 27 ÷ 35% – Độ cứng ≈ 190 HB |
>> Xem thêm: Thép C45 là gì? Một số ứng dụng và ưu điểm của thép C45.
