Thép carbon là gì? Tìm hiểu chi tiết về thép cacbon

Trong ngành công nghiệp cơ khí, để gia công hay để làm nên những sản phẩm đặc thù thì cần có những chất liệu đặc biệt, chuyên dụng. Chắc hẳn, nhiều người đã từng nghe đến cái tên thép carbon, tuy nhiên lại chưa biết thực sự chính xác nó là gì? Thành phần cấu tạo như thế nào, và ứng dụng ra sao? Trong bài viết dưới đây, thiết bị cơ khí Đức Phong sẽ giải đáp cho bạn, thép carbon là gì? Tìm hiểu chi tiết về thép carbon nhé.

Thép carbon là gì? 

Thép carbon hay còn gọi là Carbon steel là một thép có hai thành phần cơ bản chính là sắt (FE) và carbon (C), trong khi các nguyên tố khác có mặt trong thép carbon là không đáng kể. Thành phần phụ trợ trong thép carbon là mangan (tối đa 1,65%), silic (tối đa 0,6%) và đồng (tối đa 0,6%). Lượng carbon trong thép càng giảm thì độ dẻo của thép carbon càng cao. Hàm lượng carbon trong thép tăng lên cũng làm cho thép tăng độ cứng, tăng thêm độ bền nhưng cũng làm giảm tính dễ uốn và giảm tính hàn. Hàm lượng carbon trong thép tăng lên cũng kéo theo làm giảm nhiệt độ nóng chảy của thép.

Thép carbon có thể được chia thành các loại khác nhau dựa trên nồng độ carbon và quá trình sản xuất. Các loại phổ biến bao gồm thép cacbon thấp, thép cacbon trung bình và thép cacbon cao. Mỗi loại có các đặc tính cơ học và cấu trúc tinh thể khác nhau, phục vụ cho các mục đích sử dụng cụ thể. Tuy nhiên, do có nồng độ carbon thấp, thép carbon cần được bảo quản tốt để tránh gỉ sét. Quá trình mạ kẽm và sơn phủ thường được áp dụng để bảo vệ thép cacbon khỏi các tác động của môi trường.

• Thép cacbon thấp (≤ 0,25% C): Dẻo, dễ hàn, dễ gia công.

• Thép cacbon trung bình (0,25% – 0,6% C): Cứng hơn, chịu lực tốt hơn.

• Thép cacbon cao (> 0,6% C): Rất cứng, độ bền cao nhưng giòn hơn

Tính chất của thép carbon

Tính chất của thép carbon phụ thuộc chủ yếu vào lượng carbon có trong hợp kim. Thép carbon có thể chia thành ba loại chính dựa trên lượng carbon: thép carbon thấp, thép carbon trung bình và thép carbon cao. 

Tính chất cơ bản của thép cacbon bao gồm độ cứng, độ dẻo, độ bền và khả năng chịu nhiệt độ cao. Thép carbon thấp thường có tính chất mềm dẻo và dễ gia công, trong khi thép carbon cao có độ cứng và độ bền cao hơn. Tính chất của thép carbon còn phụ thuộc vào quá trình sản xuất và xử lý nhiệt. Việc kiểm soát quá trình tinh luyện và tạo vi mao cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của sản phẩm cuối cùng.

Thép carbon là một hợp kim chủ yếu gồm sắt và carbon, trong đó hàm lượng carbon đóng vai trò quyết định đến tính chất cơ học của vật liệu. Tùy thuộc vào tỷ lệ carbon, thép carbon có thể được phân loại thành thép carbon thấp, trung bình và cao, mỗi loại sở hữu những đặc điểm riêng biệt.​

Tính chất cơ học:

• Độ bền và độ cứng: Hàm lượng carbon càng cao thì độ bền và độ cứng của thép càng lớn. Điều này giúp thép carbon chịu được tải trọng và lực tác động mạnh, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ cứng cao.​

• Độ dẻo: Ngược lại, khi hàm lượng carbon tăng, độ dẻo của thép giảm. Thép carbon thấp có độ dẻo cao, dễ uốn và tạo hình, trong khi thép carbon cao giòn hơn và khó gia công hơn.​

• Khả năng gia công: Thép carbon thấp dễ hàn, cắt và gia công hơn so với thép carbon trung bình và cao, do có độ dẻo và tính hàn tốt hơn.​

Tính chất vật lý:

• Nhiệt độ nóng chảy: Thép carbon có nhiệt độ nóng chảy khoảng 1.538°C, phù hợp cho các quá trình luyện kim và gia công nhiệt.​

• Khả năng dẫn nhiệt và điện: Thép carbon có khả năng dẫn nhiệt và điện tốt, tuy nhiên, khả năng này giảm khi hàm lượng carbon tăng.​

Tính chất hóa học:

• Khả năng chống ăn mòn: Thép carbon có khả năng chống ăn mòn kém hơn so với thép hợp kim hoặc thép không gỉ. Do đó, cần áp dụng các biện pháp bảo vệ bề mặt như sơn phủ hoặc mạ kẽm để tăng độ bền trong môi trường ăn mòn.​

• Khả năng chịu nhiệt: Thép carbon có khả năng chịu nhiệt tốt, đặc biệt là thép carbon cao, thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu chịu nhiệt độ cao.

Phân loại thép carbon

Thép carbon được phân loại theo nhiều nhóm thép khác nhau tùy vào nồng độ carbon và các yếu tố hợp kim khác để đáp ứng nhu cầu sử dụng cụ thể. Các loại thép carbon chủ yếu được phân loại dựa trên hàm lượng carbon, có thể là low carbon steel (thấp carbon), medium carbon steel (trung bình carbon), và high carbon steel (cao carbon). 

Thép carbon thấp (low carbon steel): Loại thép này dễ gia công, có tính dẻo và dễ hàn, thích hợp cho các ứng dụng trong sản xuất ô tô, đóng tàu, và kết cấu xây dựng.

• Hàm lượng carbon: 0,05% – 0,25%

• Đặc điểm:

- Dễ gia công, dễ hàn và tạo hình

- Độ bền kéo vừa phải

- Giá thành thấp

Thép carbon trung bình (medium carbon steel): Loại thép này thường được sử dụng trong việc sản xuất các bộ phận máy móc, trục khuỷu và các sản phẩm chịu tải trọng lớn.

• Hàm lượng carbon: 0,25% – 0,6%

• Đặc điểm:

- Cứng và bền hơn thép carbon thấp

- Khả năng chịu lực tốt

- Có thể nhiệt luyện để cải thiện tính chất cơ học

Thép carbon cao (high carbon steel): Thép này có độ cứng cao, ít dẻo và chịu mài mòn tốt, phù hợp cho lưỡi cưa, dụng cụ cắt và các ứng dụng cần độ cứng cao. Loại này thường được ứng dụng sản xuất dao phay, khuôn mẫu, lưỡi cưa, và các dụng cụ cắt gọt khác yêu cầu độ cứng cao.

• Hàm lượng carbon: 0,6% – 1,0%

• Đặc điểm:

- Độ cứng và độ bền cao

- Khả năng chịu mài mòn tốt

- Khó gia công hơn do độ giòn cao

Ngoài ra, thép carbon cũng có thể được phân loại dựa trên các yếu tố hợp kim khác như silic, mangan, và photpho, từ đó tạo ra những loại thép có tính chất vật lý và cơ học đáng kể khác nhau để đáp ứng nhu cầu sử dụng cụ thể.

Ưu điểm của thép carbon

​Thép carbon là một trong những vật liệu kim loại phổ biến và được ưa chuộng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp nhờ vào những ưu điểm nổi bật sau:

Độ bền và độ cứng cao:

Hàm lượng carbon trong thép giúp tăng cường độ bền và độ cứng của vật liệu, đặc biệt là ở các loại thép carbon trung bình và cao. Điều này làm cho thép carbon trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu khả năng chịu lực và chống mài mòn tốt, như trong chế tạo trục, bánh răng và các bộ phận máy móc chịu tải trọng lớn.

Chi phí hợp lý:

So với các loại thép hợp kim hoặc thép không gỉ, thép carbon có giá thành thấp hơn, giúp giảm chi phí sản xuất mà vẫn đảm bảo chất lượng và hiệu suất làm việc.

Khả năng nhiệt luyện tốt:

Thép carbon có khả năng chịu nhiệt tốt và có thể được nhiệt luyện để cải thiện tính chất cơ học như độ cứng và độ bền. Điều này làm cho thép carbon phù hợp với các ứng dụng yêu cầu chịu nhiệt độ cao và môi trường làm việc khắc nghiệt.

Tính bền vững và thân thiện với môi trường:

Thép carbon có thể được tái chế mà không làm giảm chất lượng, góp phần vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Dễ gia công và tạo hình:

Thép carbon, đặc biệt là loại có hàm lượng carbon thấp, rất dễ dàng trong các quá trình gia công như cắt, hàn, uốn và định hình. Tính chất này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong sản xuất, đồng thời tăng tính linh hoạt trong thiết kế sản phẩm.

​Ứng dụng của thép carbon

Nhờ sở hữu nhiều ưu điểm kể trên, thép carbon được ứng dụng khá phổ biến và rộng rãi. Dưới đây là một số ngành ứng dụng thép carbon rất hiệu quả và tối ưu:

Thép carbon ứng dụng trong ngành công nghiệp cơ khí:

Nhóm thép carbon trung bình và cao là vật liệu chính để sản xuất trục, bánh răng, lò xo, tay quay, trục khuỷu và thanh truyền. Đặc biệt, những loại có độ cứng cao còn được dùng để chế tạo dao phay được sử dụng cho máy phay CNC, khuôn dập, ổ bi và vòng bi, giúp nâng cao hiệu suất thiết bị cơ khí. 

Ứng dụng của thép carbon trong ngành xây dựng:

Trong ngành xây dựng, thép carbon được sử dụng để làm cột, dầm và cấu trúc chịu lực cần đòi hỏi độ bền cao. Nó cũng được sử dụng để tạo ra các khung kết cấu cho tòa nhà cao tầng và cầu cống. Đặc tính linh hoạt của thép carbon cũng cho phép nó được sử dụng trong việc tạo ra các hỗ trợ và cấu kiện cho các công trình xây dựng phức tạp khác.

Ngoài ra, thép carbon còn được sử dụng để sản xuất các vật liệu xây dựng như tấm lợp, ống đúc và van cửa. Sự linh hoạt và đa dạng trong các ứng dụng của thép carbon giúp nó trở thành một nguyên liệu then chốt trong ngành xây dựng.

Ngành sản xuất ô tô và xe máy:

Thép carbon được sử dụng trong ngành sản xuất ô tô để chế tạo các bộ phận như trục khuỷu, bánh răng, khung xe và các chi tiết động cơ. Loại thép này giúp giảm trọng lượng xe, tăng độ bền và hiệu suất vận hành.

Ngành sản xuất thiết bị điện:

Thép carbon cũng được sử dụng trong ngành sản xuất thiết bị điện, đặc biệt là trong việc chế tạo các bộ phận của máy biến áp, động cơ điện và các thiết bị có yêu cầu về độ bền và chịu lực cao.

Kết luận

Thép carbon là một loại vật liệu đặc biệt với nhiều ưu điểm cũng như được ứng dụng vô cùng rộng rãi. Trên đây là thông tin chi tiết về thép carbon mà thiết bị cơ khí Đức Phong đã chia sẻ với bạn. Hy vọng những thông tin trên sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về loại chất liệu này.