Thép được coi là một trong những loại kim loại quan trọng nhất trong lịch sử của loài người. Thế kỉ 19 chứng kiến sự tiến bộ đáng kể trong việc sản xuất thép, khi quy trình Bessemer và quy trình Thomas-Gilchrist ra đời. Điều này đã đưa đến một cuộc cách mạng công nghiệp và mở ra một kỷ nguyên mới trong việc sản xuất kim loại.
Mục lục bài viết
1. Thép là gì?
Thép là một loại hợp kim bao gồm chủ yếu các nguyên tố như sắt (Fe) và carbon (C), với tỷ lệ thường từ 0,02% đến 2,14% theo trọng lượng. Tuy nhiên, nó cũng có thể được cải tiến bằng cách thêm một số nguyên tố hóa học khác như mangan (Mn), silic (Si), niken (Ni), crom (Cr) và vanadi (V), tùy thuộc vào mục đích sử dụng của sản phẩm thép. Ví dụ, mangan thường được thêm vào để tăng độ cứng và độ bền của thép, trong khi niken thì giúp cho thép không bị ăn mòn và crom giúp tăng độ bền của thép trong môi trường chịu mài mòn.
Thép được coi là một trong những loại kim loại quan trọng nhất trong lịch sử của loài người. Thế kỉ 19 chứng kiến sự tiến bộ đáng kể trong việc sản xuất thép, khi quy trình Bessemer và quy trình Thomas-Gilchrist ra đời. Điều này đã đưa đến một cuộc cách mạng công nghiệp và mở ra một kỷ nguyên mới trong việc sản xuất kim loại.
Thép là một loại hợp kim có tính chất đa dạng. Nó được sản xuất bằng cách pha trộn sắt với carbon, cùng với một số nguyên tố hóa học khác để đạt được mục tiêu chất lượng như độ cứng, độ đàn hồi và sức bền kéo đứt. Sự hiện diện của các nguyên tố này được kiểm soát và điều chỉnh trong quá trình sản xuất để đạt được chất lượng mong muốn. Những tính chất đặc biệt của thép như độ cứng, độ bền và khả năng chịu lực, đã đưa nó trở thành một loại kim loại quan trọng trong xây dựng, đồ dùng và công nghiệp cơ khí.
Với sự phát triển của ngành công nghiệp thép, đã có nhiều loại thép được sản xuất để đáp ứng các yêu cầu khác nhau của thị trường. Ví dụ, thép không gỉ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, trong khi thép hợp kim chứa niken được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp khác như chế tạo máy bay và tàu thủy.
Bên cạnh đó, việc sản xuất thép đã trở nên hiệu quả hơn và ít tốn kém hơn so với trước đây. Các phương pháp tinh luyện thép mới như phương pháp thổi oxy hoặc phương pháp tinh luyện điện đã được phát triển, giúp tăng cường chất lượng của thép và giảm giá thành sản xuất.
Trong quá khứ, việc sản xuất thép thường được liên kết với ngành công nghiệp sắt và thép. Tuy nhiên, ngày nay, các nhà sản xuất thép đã trở thành một ngành công nghiệp riêng biệt, với nhiều công ty lớn trên toàn thế giới. Các tổ chức đánh giá và xác nhận chất lượng của thép đã được thành lập để đảm bảo rằng sản phẩm được sản xuất đúng chuẩn và đáp ứng các yêu cầu của thị trường.
Trong tương lai, việc sản xuất thép sẽ tiếp tục phát triển và cải tiến để đáp ứng các nhu cầu của thị trường. Các nhà khoa học và nhà kỹ thuật đang tìm cách phát triển các loại thép mới có tính chất đặc biệt, nhằm đáp ứng các yêu cầu khắt khe của các ngành công nghiệp khác nhau.
2. Tính chất của thép:
Thép là một trong những vật liệu quan trọng nhất trong ngành công nghiệp và xây dựng. Với những tính chất đặc biệt của nó, thép được sử dụng rộng rãi để sản xuất các sản phẩm như cầu, cống, nhà cao tầng, ô tô, máy móc, đồ gia dụng, và nhiều sản phẩm khác.
Các tính chất cơ bản của thép bao gồm tính dẻo, tính cứng, tính bền, khả năng chống oxi hóa của môi trường, khả năng đàn hồi và tính hàn. Những tính chất này được quyết định bởi các nguyên tố hóa học như cacbon(C), sắt(Fe), nito(N), lưu huỳnh(S)…
Độ dẻo của thép phụ thuộc vào hàm lượng Cacbon có trong thép. Nếu lượng Cacbon có trong thép càng nhiều, thì thép sẽ càng cứng và ngược lại. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc tăng hàm lượng Cacbon có thể làm giảm tính dễ uốn và tính hàn của thép. Bên cạnh đó, ngoài Cacbon, các nguyên tố hóa học khác như Crom (Cr) và Niken (Ni) cũng ảnh hưởng đến tính chất của thép. Chẳng hạn, sử dụng thép chứa nhiều Cr sẽ giúp tăng tính chống gỉ và tính bền của thép.
Ngoài ra, tính chất của thép còn liên quan đến quá trình sản xuất và xử lý của nó. Quá trình gia nhiệt và tôi luyện có thể giúp tăng tính bền và tính cứng của thép. Đồng thời, quá trình mạ kẽm cũng giúp tăng khả năng chống oxi hóa của thép.
Các ứng dụng của thép rất đa dạng. Chẳng hạn, thép được sử dụng để sản xuất các bộ phận của máy bay, tàu thủy, xe cộ, đồ gia dụng, và nhiều sản phẩm khác. Thép cũng được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng, từ các công trình nhỏ như nhà dân cho tới các công trình lớn như cầu, cống, và nhà cao tầng.
Tóm lại, tổng hợp những yếu tố trên, để tăng tính chất của thép, ta cần phải chọn đúng nguyên liệu, tối ưu quá trình sản xuất và xử lý theo đúng công nghệ và đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng. Với những tính chất đặc biệt của mình, thép sẽ tiếp tục là một vật liệu quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
3. Cách sản xuất thép:
Thép là một trong những vật liệu cơ bản được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp, xây dựng và sản xuất các sản phẩm tiêu dùng. Để sản xuất ra những thanh thép chất lượng cao, đạt tiêu chuẩn cần phải trải qua 5 giai đoạn sản xuất chính. Cụ thể từng giai đoạn như sau:
3.1. Giai đoạn 1 – Tiến hành xử lý quặng sắt:
Đầu tiên, các loại quặng sắt, quặng viên, quặng thiêu kết và các chất phụ gia như đá vôi, than cốc, thép phế liệu được đưa vào lò nung để tạo ra dòng kim loại nóng chảy. Lò nung có thể là lò cơ bản hoặc lò hồ quang điện. Khi nhiệt độ gia tăng đạt đến ngưỡng 2000 độ C, quặng sắt sẽ trở thành thép màu đen nóng chảy ở phía dưới lò. Thép đen nóng chứa các thành phần như cacbon, lưu huỳnh, silic và các tạp chất khác.
3.2. Giai đoạn 2 – Tạo dòng thép nóng chảy:
Sau khi thu được dòng kim loại nóng chảy ở giai đoạn một, quá trình sản xuất tiếp tục được thực hiện bằng cách xử lý dòng thép này để loại bỏ các thành phần tạp chất. Việc loại bỏ các thành phần này giúp tạo ra sự tương quan giữa thành phần hóa học trong quá trình sản xuất, từ đó quyết định mác thép. Sau đó, dòng thép nóng chảy được dẫn đến lò cơ bản hoặc lò hồ quang điện để tạo thành dòng thép nóng chảy. Quá trình này giúp tăng độ dẻo dai của thép và nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.
3.3. Giai đoạn 3 – Đúc tiếp nhiên liệu
Sau khi hoàn thành giai đoạn hai, dòng thép tiếp tục được đưa tới để đúc thành phôi với ba loại phôi cơ bản gồm:
– Phôi thanh (Billet): Loại phôi này có kích thước tiết diện 100×100, 125×125 với chiều dài từ 6 đến 12 mét. Phôi thanh thường được sử dụng để cán hoặc kéo thép cuộn hoặc thép thanh vằn.
– Phôi phiến (Slab): Được sử dụng để cán ra thép cuộn cán nóng, thép tấm cán nóng, thép cuộn cán nguội hoặc thép hình. Phôi phiến có kích thước lớn hơn so với phôi thanh và thường được sử dụng để sản xuất các sản phẩm thép có kích thước lớn.
– Phôi Bloom: Đây là loại phôi được ứng dụng tương tự phôi thanh và phôi phiến. Phôi bloom có kích thước lớn hơn phôi thanh nhưng nhỏ hơn phôi phiến và thường được sử dụng để sản xuất các sản phẩm thép có kích thước lớn.
Sau khi đúc xong phôi, vật liệu có thể ở trạng thái nóng hoặc nguội. Trạng thái nóng giúp phôi luôn duy trì ở mức nhiệt độ cao, giúp tăng độ dẻo dai của thép và nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng. Khi phôi ở trạng thái nguội, vật liệu thường được xuất bán hoặc vận chuyển đến nhà máy khác để sản xuất thép cán nguội. Quá trình này giúp tạo ra các sản phẩm thép với độ chính xác và chất lượng cao.
3.4. Giai đoạn 4 – Cán nóng và cán nguội:
Giai đoạn này rất quan trọng trong quá trình sản xuất thép. Sau khi phôi thép được sản xuất và đưa đến nhà máy, quá trình cán nóng bắt đầu. Trước tiên, phôi thép được đưa vào máy cán để tạo ra sản phẩm thép cuộn cán nóng. Sau đó, sản phẩm sẽ được xử lý tiếp để sản xuất ra các sản phẩm khác như thép tấm, thép hình và thép thanh. Các sản phẩm này có thể được sử dụng trong nhiều mục đích khác nhau, từ xây dựng đến sản xuất các sản phẩm gia dụng.
Ngoài ra, cũng có giai đoạn cán nguội. Để cán phôi thành sản phẩm thép, phôi cần được hạ nhiệt độ đến mức phù hợp trước khi cán. Sau đó, phôi sẽ được đưa qua dây chuyền tẩy rỉ và đưa vào máy cán. Máy cán có 5 giá để cán phôi, mỗi giá đều được trang bị máy đo độ dày bằng tia X và thiết bị cân chỉnh độ dày tự động AGC. Điều này giúp đảm bảo rằng độ dày của sản phẩm cuối cùng đáp ứng được yêu cầu của khách hàng.
Tuy nhiên, số lần cán phôi cũng phụ thuộc vào độ dày của nguyên liệu và yêu cầu của sản phẩm đầu ra. Do đó, quá trình này rất quan trọng và cần được thực hiện cẩn thận.
3.5. Giai đoạn 5 – Thép ống và thép cuộn mạ kẽm:
Trong giai đoạn 5, sau khi đã thu được thép cuộn cán nguội ở giai đoạn 4, sản phẩm sẽ tiếp tục được gia công để hoàn thiện bề mặt cuộn lần cuối. Bằng cách sử dụng công nghệ NOF, sản phẩm thép cuộn sẽ được phủ thêm một lớp mạ kẽm có độ bám dính cao, giúp bảo vệ thép khỏi sự ăn mòn và kéo dài tuổi thọ của sản phẩm. Thép ống là một sản phẩm được sản xuất từ thép cuộn mạ kẽm bằng công nghệ hàn cao tần, giúp đảm bảo độ trơn nhẵn và bóng láng của thép. Ngoài ra, sản phẩm thép cán nguội còn được gia công với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau để đáp ứng nhu cầu của thị trường.
Với quy trình sản xuất theo tỉ lệ hợp lý và công nghệ sản xuất hiện đại, sản phẩm thép được sản xuất đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của thị trường. Sản phẩm thép đóng góp quan trọng vào sự phát triển kinh tế của đất nước, là một trong những yếu tố quan trọng nhất của nền kinh tế hiện đại.
4. Ứng dụng của thép trong thực tiễn:
Thép là một trong những vật liệu được ưa chuộng nhất hiện nay, vì tính năng ưu việt của nó, được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ xây dựng, công nghiệp cho đến dân dụng. Thép được coi là một vật liệu khá phổ biến trong xây dựng và cơ sở hạ tầng, nơi mà khối lượng thép được sử dụng rất lớn. Trên thế giới, sản lượng thép được sử dụng cho 2 lĩnh vực này chiếm gần 50% tổng sản lượng thép được sản xuất hàng năm.
Trong lĩnh vực xây dựng, thép đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các kết cấu chắc chắn và bền vững. Thép được sử dụng để tạo ra các khung cột, móng đế, vách ngăn, tầng hầm và các kết cấu khác. Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của thép trong xây dựng là việc sử dụng thép hình để tạo ra các kết cấu chịu lực như cầu, đường ống và các công trình khác. Thép hình cũng được sử dụng để tạo ra các kết cấu kỹ thuật, bao gồm cả tháp truyền thanh và đường dây truyền tải điện.
Ngoài các ứng dụng truyền thống như xây dựng và cơ sở hạ tầng, chúng ta còn có thể bắt gặp thép hình tại nhiều nơi khác nhau. Ví dụ, trong ngành công nghiệp đóng tàu, thép được sử dụng để tạo ra các kết cấu chắc chắn và bền vững. Trong lĩnh vực vận tải, các cầu tháp truyền thanh và các khung container được làm bằng thép để đảm bảo an toàn cho hàng hóa được vận chuyển. Thép cũng được sử dụng trong các kho chứa hàng hóa và trong xây dựng nhà xưởng kết cấu, nhà tiền chế và các công trình khác.
Như vậy, chúng ta có thể thấy rằng ứng dụng của thép rất đa dạng và không giới hạn trong thực tế. Thép là một vật liệu quan trọng và không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực khác nhau. Với các tính năng ưu việt của mình như độ bền cao, độ cứng, khả năng chịu được nhiệt độ cao và độ dẻo dai tốt, thép đang trở thành lựa chọn hàng đầu cho nhiều ứng dụng công nghiệp và dân dụng.
