Thép HSLA là gì ?
Thép hợp kim thấp độ bền cao HSLA (high-strength low-alloy) cung cấp tính chất cơ tính hoặc khả năng chống ăn mòn tốt hơn thép cacbon. Trong đó nổi bật nhất là độ bền cao (lớn hơn 300-320 MPa), các chỉ tiêu khác vẫn đảm bảo yêu cầu của thép xây dựng. Thép HSLA khác với các mác thép khác là chúng được tạo ra không phải theo thành phần hóa học mà tạo ra tính chất cơ tính đặc thù.
Thành phần hóa học thép HSLA ?
Thép HSLA có thành phần cacbon trong khoản 0.05% và 0.25% để đảm bảo khả năng tạo hình và tính hàn. Tổng lượng nguyên tố hợp kim không quá 2-2,5%. Để nâng cao độ bền mà không làm hại các chỉ tiêu khác, người ta hợp kim hóa thấp các nguyên tố vào ferrit những ít làm hại tính hàn như Mn, Si, Cr, Cu và có thể là Ni, B, N. Các nguyên tố Cu, Ti, V và Nb được thêm vào với mục đích nâng cao độ bền. Những nguyên tố này được cho thêm vào để thay đổi cấu trúc tế vi của thép cacbon, thông thường là cấu trúc ferrit-peclit, để tạo ra phân bố cacbit nhỏ mịn trong nền.
Nguyên tố Cu, Si, Ni, Cr, P được thêm vào để tăng khả năng chống ăn mòn của thép. Zirconi, canxi và các nguyên tố đất hiếm được thêm vào để kiểm soát hình dạng bao gồm sulfua, làm tăng khả tạo hình.
Để không làm tăng mạnh giá thành, người ta thường tận dụng việc hợp kim hóa tự nhiên (dùng gang luyện từ vùng giàu quặng nguyên tố hợp kim) hay là phế liệu thép hợp kim và dùng nguyên tố rẻ tiền như Mn, Si.
Ứng dụng của thép HSLA ?
Chúng được sử dụng trong ô tô, xe tải, cần trục, cầu, tàu lượn siêu tốc và các cấu trúc khác được thiết kế để xử lý lượng lớn ứng suất hoặc cần tỷ lệ độ bền trên trọng lượng tốt. Cấu trúc bằng thép HSLA thường nhẹ hơn từ 20 đến 30% so với thép cacbon có cùng cường độ.
Thép HSLA đồng thời có khả năng chống rỉ tốt hơn so với thép cacbon bởi vì chứa ít pha Peclit và có cấu trúc gồm ferrit và xementit mịn trong Peclit. Thép HSLA thường có khối lượng riêng khoảng 7800 kg/m3.
Phân loại thép HSLA ?
Thép HSLA được phân thành các loại sau đây:
- Thép thời tiết: Thép có khả năng chống ăn mòn tốt. Một thí dụ thông dụng là thép Cor-ten
- Thép cán kiểm soát: Thép cán nóng có cấu trúc Austenit bị biến dạng cao sẽ chuyển thành cấu trúc ferit cân bằng rất mịn khi làm mát.
- Thép khử Peclit: Thép có thành phần cacbon thấp dẫn đến ít hoặc không có Peclit, nhưng có cấu trúc gồm nền Ferrit rất mịn. Nó được hóa bền bằng biến cứng tiết pha.
- Thép Ferrit Acicular: Đây là thép có độ bền cao do cấu trúc ferrit dạng acicular, với thành phần cabon rất thấp, và khả năng hóa bền cao.
- Thép hai pha: Những loại thép này có cấu trúc vi mô ferit chứa các phần nhỏ, phân bố đồng đều của mactenxit. Cấu trúc vi mô này mang lại cho thép cường độ năng suất thấp, tốc độ gia công cứng cao và khả năng định hình tốt.
- Thép hợp kim vi lượng: Thép bao gồm một lượng rất nhỏ các nguyên tố như Nb, V, Ti để làm nhỏ mịn hạt hoặc hóa bền tiết pha.
Theo tiêu chuẩn SAE với mác 9xx với xx là giới hạn σ0,2 tối thiểu theo đơn vị ksi. Với các mác 942, 945, 950, 955, 960, 965, 970, 980.
Thép hợp kim thấp độ bền cao được chế tạo như thế nào ?
Thép HSLA được tạo ra theo cùng một kỹ thuật, giống như các loại vật liệu khác nhau được tạo ra. Quặng sắt và than được trộn với nhau để loại bỏ tạp chất. Dựa trên cấp của thép HSLA, các số lượng và dạng hợp kim khác nhau sau đó được áp dụng cho hỗn hợp nóng chảy. Nếu thành phần hóa học chính xác đã thu được, nhiều biện pháp khác đảm bảo rằng các chất ô nhiễm trong thép HSLA được giữ ở mức tối thiểu. Sau đó, phôi thép HSLA được tạo ra với kích thước phù hợp.
