Thép hợp kim là gì? Đặc tính và ứng dụng trong xây dựng

Ngày nay, thép hợp kim là vật liệu không thể thiếu nhờ vào độ bền vượt trội, khả năng chịu lực, chống ăn mòn và ứng dụng linh hoạt trong nhiều môi trường khắc nghiệt. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ về loại thép đặc biệt này, về cấu tạo, đặc tính, cách phân loại và ứng dụng thực tế. Những nội dung tiếp theo, hãy để BMB Steel giúp bạn có câu trả lời rõ ràng và chính xác nhé.

1. Thép hợp kim là gì?

Thép hợp kim là loại thép được tạo thành từ sắt và carbon, sau đó được bổ sung thêm các nguyên tố hóa học khác như mangan, crom, niken, molypden, vanadium,... Tỷ lệ các nguyên tố này chiếm từ 1% đến 50% tổng khối lượng của hỗn hợp, tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của từng ứng dụng cụ thể. Việc pha trộn này nhằm mục đích cải thiện các đặc tính cơ lý và hóa học của thép, giúp vật liệu đáp ứng tốt hơn trong điều kiện làm việc khắc nghiệt.

Một số đặc điểm nổi bật của thép hợp kim bao gồm: khả năng chống oxi hóa, tăng độ bền, cải thiện tính dẻo, khả năng chịu va đập và thích ứng với nhiệt độ cao. Tùy vào nguyên tố được thêm vào, thép hợp kim sẽ có những tính chất khác nhau:

• Mangan: giúp điều chỉnh tốc độ làm nguội trong quá trình nhiệt luyện, giảm nguy cơ nứt vỡ khi làm cứng thép.
• Crom: tăng khả năng chống mài mòn, tạo nên thép không gỉ khi tỷ lệ crom vượt 11%, đồng thời cải thiện độ cứng và độ bền.
• Molypden: tăng độ cứng và tính dẻo ở nhiệt độ cao, cải thiện khả năng chống ăn mòn và hiệu quả nhiệt luyện.
• Vanadium: tăng cường độ cứng, chống mài mòn và va đập, đồng thời kiểm soát kích thước hạt kim loại để cải thiện tính chất cơ học.

Xem thệm: Top 8 công ty xây dựng nhà thép tiền chế uy tín

2. Phân loại thép hợp kim

Thép hợp kim có thể được phân loại dựa trên hàm lượng nguyên tố hợp kim và mục đích sử dụng trong thực tế.

Phân loại theo hàm lượng hợp kim:

• Thép hợp kim thấp: Là loại thép có tổng hàm lượng các nguyên tố hợp kim dưới 5%. Thép hợp kim thấp được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực nhờ tối ưu giữa hiệu suất sử dụng và chi phí sản xuất. Một số ví dụ điển hình gồm: thép 20Cr, 30CrMo.
• Thép hợp kim trung bình: Chứa khoảng từ 5% đến 10% các nguyên tố hợp kim. So với hợp kim thấp, thép hợp kim trung bình có độ bền cao hơn, khả năng chống mài mòn tốt hơn, thích hợp cho các bộ phận yêu cầu tải trọng và tuổi thọ cao. Ví dụ tiêu biểu là thép 40CrNiMo.
• Thép hợp kim cao: Là nhóm thép có trên 10% nguyên tố hợp kim trong thành phần. Những loại thép này thường được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt hoặc yêu cầu đặc biệt về chống ăn mòn và chịu nhiệt. Thép không gỉ như 304 và 316 là những đại diện tiêu biểu, nhờ hàm lượng crôm và niken cao giúp tăng khả năng chống oxy hóa vượt trội.

Phân loại theo mục đích sử dụng:

• Thép hợp kim kết cấu: Được sử dụng chủ yếu trong chế tạo chi tiết máy, dầm, khung nhà xưởng và các kết cấu chịu lực khác. Loại thép này cần đảm bảo tính dẻo, độ bền cơ học cao và khả năng chịu tải tốt. Ví dụ: 20Mn2, 40Cr.
• Thép hợp kim dụng cụ: Thích hợp cho việc chế tạo dụng cụ cắt gọt, khuôn mẫu, các thiết bị yêu cầu độ cứng cao, khả năng giữ lưỡi bén lâu dài. Ví dụ: SKD11, SKH51.
• Thép hợp kim chịu nhiệt: Được thiết kế để duy trì tính chất cơ học ở nhiệt độ cao, không bị biến dạng trong điều kiện nhiệt khắc nghiệt. Những ứng dụng thường gặp bao gồm bộ phận lò đốt, động cơ tuabin, ví dụ như thép 304, 310S.
• Thép không gỉ (Inox): Là dòng thép hợp kim cao, có hàm lượng crôm trên 10,5%, nổi bật với khả năng chống ăn mòn cực tốt. Thép không gỉ được ứng dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm, dược phẩm, trang trí nội thất và công nghiệp hóa chất nhờ tính thẩm mỹ cao.

Xem thêm: Báo giá chi phí xây dựng nhà xưởng chi tiết năm 2025

3. Đặc tính nổi bật của thép hợp kim

Về cơ tính:

Một trong những đặc điểm nổi bật của thép hợp kim là độ bền cơ học vượt trội, đặc biệt khi trải qua các quá trình nhiệt luyện như tôi và ram. Thép hợp kim thể hiện độ cứng và khả năng chịu lực cao hơn rõ rệt so với thép carbon.

Về tính chịu nhiệt:

Thép hợp kim có khả năng duy trì cơ tính ổn định ở nhiệt độ cao, vượt ngưỡng 200°C. Để có được đặc tính này, trong quá trình sản xuất, thép được hợp kim hóa với các nguyên tố đặc biệt như molypden, vanadium, crom với hàm lượng cao. 

Về tính chất vật lý và hóa học:

Một số loại thép hợp kim không gỉ có khả năng chống ăn mòn cực kỳ tốt. Ngoài ra, thép hợp kim còn thể hiện tính giãn nở nhiệt ổn định khi nhiệt độ thay đổi. Tùy theo thành phần hợp kim cụ thể, thép cũng có thể cải thiện các tính chất khác như khả năng dẫn nhiệt, độ dẻo, khả năng gia công cơ khí,...

4. Ký hiệu tiêu chuẩn của thép hợp kim

Thép hợp kim được sản xuất với nhiều chủng loại khác nhau, do đó hệ thống ký hiệu cũng đa dạng và thay đổi theo từng quốc gia hoặc khu vực.

Ý nghĩa các ký tự và con số trong ký hiệu thép hợp kim:

• Số đầu tiên: Biểu thị hàm lượng carbon, thường được viết theo phần trăm nhân 100. Ví dụ: “20” trong “20C”" tương đương 0,2% carbon.
• Các ký hiệu nguyên tố: Đại diện cho thành phần hợp kim chính như Cr, Ni, Mo,... đôi khi kèm theo hàm lượng nếu nguyên tố đó có nồng độ cao.
• X hoặc S: Thường thấy trong thép không gỉ, dùng để chỉ loại thép có hàm lượng crôm cao.

Dưới đây là một số hệ thống ký hiệu phổ biến theo tiêu chuẩn quốc tế:

Ký hiệu theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN)

Tiêu chuẩn TCVN sử dụng cách đặt tên dựa trên thành phần hóa học chính và mục đích sử dụng.

Ví dụ:

• 20Cr: Là thép hợp kim chứa khoảng 0,2% carbon và có thêm nguyên tố crôm (Cr).
• 40CrNiMo: Là thép hợp kim có khoảng 0,4% carbon, kết hợp với crôm (Cr), niken (Ni) và molypden (Mo), thường dùng cho các chi tiết cần độ bền cao.

Ký hiệu theo tiêu chuẩn Nhật Bản (JIS)

Trong hệ thống JIS (Japan Industrial Standards), ký hiệu thường bắt đầu bằng chữ cái “S” (Steel - thép), theo sau là các ký tự chỉ ứng dụng hoặc thành phần hợp kim.

Ví dụ:

• SCM440: Là thép hợp kim Cr-Mo (crôm-molypden) với hàm lượng carbon khoảng 0,4%.
• SKD11: Là thép dụng cụ hợp kim chứa crôm, chuyên dùng trong sản xuất khuôn mẫu và dụng cụ cắt.

Ký hiệu theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ (ASTM, AISI, SAE)

Các tổ chức như ASTM, AISI hoặc SAE sử dụng hệ thống chữ số để phân loại thép hợp kim dựa trên thành phần hợp kim và nhóm thép.

Ví dụ:

• 4140: Thép hợp kim trung bình, chứa khoảng 0,4% carbon, kết hợp với crôm và molypden.
• 4340: Thép hợp kim trung bình, chứa khoảng 0,4% carbon, kết hợp với crôm, niken và molypden.

Thép không gỉ (inox) cũng có các mã đặc trưng:

• 304: Là loại thép không gỉ phổ biến, chứa crôm và niken, có khả năng chống ăn mòn tốt.
• 316: Cao cấp hơn 304, chứa thêm molypden, giúp tăng khả năng chống ăn mòn trong môi trường có clo hoặc hóa chất mạnh.

Ký hiệu theo tiêu chuẩn châu Âu (EN)

Hệ thống EN (European Norm) thường sử dụng các con số và ký hiệu hóa học để mô tả thành phần.

Ví dụ:

• 42CrMo4: Thép có khoảng 0,42% carbon, chứa crôm và molypden, thường dùng cho ứng dụng có yêu cầu độ bền cao.
• X5CrNi18-10: Là thép không gỉ chứa khoảng 18% crôm và 10% niken, tương đương với inox 304.

Ký hiệu theo tiêu chuẩn Nga (ГОСТ)

Trong tiêu chuẩn Nga (GOST), ký hiệu thường sử dụng chữ cái Cyrillic tượng trưng cho nguyên tố hợp kim, kết hợp với con số chỉ hàm lượng carbon.

Ví dụ:

• 30ХГСА: Thép chứa khoảng 0,3% carbon, cùng với các nguyên tố crôm (Х), mangan (Г) và silic (С).
• 12Х18Н10Т: Thép không gỉ với 18% crôm (Х), 10% niken (Н) và titani (Т), được sử dụng trong các môi trường ăn mòn cao.

5. Ứng dụng của thép hợp kim trong ngành xây dựng

Trong ngành xây dựng hiện đại, thép hợp kim ngày càng được sử dụng rộng rãi nhờ vào những đặc tính vượt trội về cơ học, độ bền và khả năng chịu tác động môi trường. Nhờ sự linh hoạt trong thành phần hợp kim, loại vật liệu này phù hợp với nhiều hạng mục công trình khác nhau. Một số ứng dụng phổ biến như:

• Kết cấu thép chịu lực cao: Thép hợp kim là lựa chọn lý tưởng cho các công trình đòi hỏi khả năng chịu lực mạnh, độ bền dài hạn, đặc biệt trong các dự án như cầu, nhà cao tầng, kết cấu công nghiệp (nhà máy, nhà xưởng, kho bãi...) nhờ khả năng chống mài mòn, chịu lực tốt, chịu được tác động từ môi trường như nhiệt độ, độ ẩm hoặc hóa chất,...
• Cột và dầm chịu lực: Trong các bộ phận chịu tải trọng lớn như cột, dầm và móng, việc sử dụng thép hợp kim mang lại hiệu quả rõ rệt. Loại thép này không chỉ đáp ứng tốt về khả năng chịu lực cao, mà còn chống gỉ sét hiệu quả.

Ngoài ra, thép hợp kim cũng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp cơ khí, chế tạo máy, ô tô, hàng không vũ trụ, dầu khí, năng lượng, quân sự, công nghiệp đóng tàu,...

6. Phân biệt giữa thép hợp kim và thép carbon

Trong ngành vật liệu, thép hợp kim và thép carbon là hai loại thép phổ biến nhưng lại có nhiều điểm khác biệt rõ rệt về thành phần, tính chất và ứng dụng. Dưới đây là bảng so sánh chi tiết để giúp bạn dễ dàng phân biệt:

Thép hợp kim không chỉ là vật liệu có tính ứng dụng cao trong xây dựng mà còn đóng vai trò thiết yếu trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau nhờ vào độ bền, khả năng chống ăn mòn và tính cơ học ưu việt. Nếu bạn đang tìm kiếm giải pháp kết cấu thép chất lượng cao, phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế, BMB Steel là đơn vị uy tín đồng hành cùng bạn trong mọi dự án.