Trong ngành sản xuất thép, sự lựa chọn giữa thép cán nóng và cán nguội đó là quyết định quan trọng. Trong bài viết này Thép Bảo Tín giới thiệu sự khác biệt từ quy trình sản xuất đến ưu, nhược điểm của mỗi loại và cách phân biệt thép cán nóng và thép cán nguội giúp bạn đọc hiểu rõ và đưa ra quyết định thông minh khi lựa chọn loại thép nào sẽ phù hợp nhất với nhu cầu của dự án.
Nội dung chính
Tìm hiểu về thép cán nóng và thép cán nguội
Thép cuộn cán nóng là gì?
Thép cán nóng (Hot Rolled Steel) là loại thép được sản xuất bằng cách cán ở nhiệt độ rất cao, thường trên 1000° F. Điều này giúp cho thép có khả năng tạo hình và gia công tốt hơn so với thép chưa qua xử lý, giúp cho việc gia công trong các bước tiếp theo trở nên dễ dàng hơn.
Quá trình này diễn ra như sau:
- Phôi từ nhà máy luyện thép sẽ được đưa vào các lò gia nhiệt để nung nóng. Nhiệt độ của thép trong các lò gia nhiệt thông thường là trên 1000°C (nhiệt độ kết tinh lại của thép).
- Sau đó, các phôi thép được cán liên tục đến khi thành hình.
Ưu điểm và nhược điểm thép cán nguội
– Ưu điểm
- Phương pháp cán nóng làm cho ứng suất chảy của thép giảm, đồng thời làm tăng độ dẻo của thép. Giúp nó trở nên dễ uốn hơn và có thể được tạo hình và định hình chính xác.
- Khi thép được nung nóng và cán liên tục, các phần tử trong thép khuếch tán tốt hơn. Giúp loại bỏ hoặc làm giảm tính không đồng nhất của thép thành phẩm.
- Quá trình cán nóng thép còn giúp làm giảm kích thước, hoặc đóng hoàn toàn các lỗ rỗ do thoát khí oxy tạo thành trên bề mặt thép.
– Nhược điểm
- Các loại thép sau khi được cán nóng, thường được làm mát ở nhiệt độ phòng. Và quá trình làm mát này thường diễn ra không đồng đều. Dẫn tới việc hình thành nhiều ứng suất dư trong thép thành phẩm. Đặc biệt ở các loại thép có mặt cắt ngang không đồng đều, như các loại thanh ray, dầm I, …
- Dung sai kích thước tổng thể của thép thành phẩm thường rơi vào từ 2 ~ 5 %.
- Mặc dù thành phẩm có chất lượng tốt, nhưng bề mặt của chúng thường được bao phủ bởi lớp màng oxit (có thể gọi là các vảy cán – vảy hình thành sau quá trình cán nóng). Đây là một oxit hình thành ở nhiệt độ cao. Làm cho thành phẩm có thẩm mỹ không cao, nhưng có thể khắc phục được bằng một số kỹ thuật: tẩy, mài hoặc phun cát.
Thép cuộn cán nóng làm gì?
Những đặc tính này làm cho thép cán nóng phù hợp nhất cho các thành phần kết cấu và các ứng dụng khác không yêu cầu quá cao về hình dạng và dung sai, chẳng hạn như:
- Thép ray xe lửa
- Dầm chữ I
- Khung xe tải
- Bộ ly hợp của ô tô, bánh xe và vành bánh xe
- Vỏ của các loại máy nén, ….
Thép cán nguội
Thép cán nguội (CFS) là thuật ngữ chung, để chỉ các sản phẩm thép được sản xuất bằng các quá trình gia công nguội (gia công ở nhiệt độ phòng).
Thép cán nguội (cold-rolled steel) là loại thép được cán ở nhiệt độ thấp hơn so với thép cán nóng, thường ở khoảng 700 đến 900 độ C. Sau khi được cán, thép cán nguội được xử lý thêm bằng các quy trình như xén, cắt, uốn cong hoặc phẳng, tạo ra các sản phẩm thép có độ bền cao và độ chính xác kích thước tốt.
Thép cán nguội được ứng dụng làm bán thành phẩm để sản xuất sản phẩm tôn lạnh, tôn kẽm kẽm và tôn đen màu.
Bạn sẽ quan tâm:
Ưu điểm và nhược điểm thép cán nguội
– Ưu điểm:
Độ bền và độ cứng của thép thành phẩm cao, thường cao hơn 15 – 20% so với thép cán nóng. Kết quả này đạt được nhờ các quá trình uốn cong hoặc gia công thép.
- Giá trị ứng suất chảy của thép hình nguội thường nằm trong khoảng từ 33ksi đến 80ksi.
- Modul đàn hồi của thép cán nguội có thể đạt từ 29.000 đến 30.000 ksi.
Thép cán nguội cho phép tạo ra các thành phẩm thép có độ chính xác cao. Vì cả quá trình gia công đều được thực hiện ở nhiệt độ phòng, thép sẽ không co lại giống như trong quy trình cán nóng.
Thép cán nguội có bề mặt mang tính thẩm mỹ cao, nhẵn mịn do không hình thành màng oxit.
Chất lượng của thành phẩm đồng nhất.
– Nhược điểm:
Khả năng chịu tải của các cấu kiện chịu uốn và nén bằng thép cán nguội thường bị giới hạn bởi điểm chảy. Hoặc ứng suất uốn nhỏ hơn điểm chảy của thép, đặc biệt đối với các cấu kiện chịu nén có tỷ số chiều rộng phẳng tương đối lớn và đối với các cấu kiện chịu nén có hệ số mảnh mai tương đối lớn.
Hình thái thành phẩm thường bị giới hạn ở một số hình dạng nhất định: vuông, tròn, oval, chữ nhật, … Vì lúc này thép đã nguội, độ cứng, độ bền tăng lên, trong khi độ dẻo giảm xuống. Khiến thép cán nguội khó tạo hình hơn.
Thép cuộn cán nguội làm gì?
- Sản xuất đồ gia dụng
- Sản xuất nội thất
- Các cấu kiện đòi hỏi tính chính xác cao, …
Nó có độ cứng tốt, dẻo dai và chịu được tải trọng lớn, dễ cắt, hàn và cắt. Vì các đặc điểm này, thép cuộn cán nguội thường được sử dụng trong các sản phẩm cần chất lượng cao và khả năng chịu tải tốt.
Quy trình cán là gì?
Cán là một quá trình trong đó vật liệu được kéo bằng tác động ma sát giữa hai trục lăn hình trụ quay giúp giảm độ dày của vật liệu.
- Trong quá trình này, hai con lăn hình trụ được gắn với các ổ trục được dẫn động với sự trợ giúp của một động cơ mạnh mẽ.
- Dung sai giữa các cuộn có thể được hiệu chỉnh hiệu quả theo nhu cầu.
- Khoảng cách hoặc dung sai này được gọi là khoảng cách cuộn của lỗ được hiệu chỉnh.
- Đây là một trong những quy trình gia công kim loại hiệu quả và đáng tin cậy nhất giúp đạt được sản lượng lớn.
- Trong quá trình này, việc kiểm soát chặt chẽ sản phẩm cuối cùng cũng tương đối dễ dàng.
Quy trình Cán nóng
Cán nóng là quá trình gia công kim loại xảy ra ở nhiệt độ vượt quá nhiệt độ tái tinh thể của vật liệu. Sau khi hạt được biến dạng trong quá trình gia công, chúng sẽ tái tinh thể lại, giữ nguyên cấu trúc vi mô đồng đều và ngăn ngừa kim loại bị cứng hóa. Vật liệu khởi điểm thường là các sản phẩm đúc nửa thành phẩm như thanh đúc, tấm đúc, đốt đúc và thanh tròn.
Quy trình Cán nguội
Cán nguội xảy ra khi kim loại ở dưới nhiệt độ tái tinh thể của nó (thường ở nhiệt độ phòng), làm tăng độ cứng thông qua quá trình cơ học lên đến 20%. Nó cũng cải thiện bề mặt và giữ chặt các sai số kích thước. Các sản phẩm thường được cán nguội bao gồm các tấm, dải, thanh và cần; những sản phẩm này thường nhỏ hơn so với những sản phẩm tương tự được cán nóng. Do kích thước nhỏ hơn của các sản phẩm và độ cứng cao hơn, so với cổ phiếu cán nóng, các nhà máy bốn trục hoặc cụm được sử dụng. Cán nguội không thể giảm độ dày của một sản phẩm như cán nóng trong một lần cán.
Xem giải thích chi tiết hơn tại wikipedia.
Quy trình sản xuất thép cán nóng và cán nguội
Giai đoạn 1: Xử lý quặng
- Trong giai đoạn này các nguyên liệu đầu vào như: Quặng viên (Pellet), quặng sắt (Iron ore), quặng thiêu kết, và các chất phụ gia như than cốc (coke), đá vôi (lime stone) được đưa vào lò nung (Blast furnace).
- Nếu là phế liệu cũng sẽ được nung nóng tới 1 nhiệt độ nhất định để làm thành dòng kim loại nóng chảy (hot metal).
Giai đoạn 2: Tạo dòng thép nóng chảy
- Dòng kim loại nóng chảy được hình thành từ giai đoạn 1, được dẫn tới lò cơ bản (Basic oxygen furnace), hoặc lò hồ quang điện (Electric arc furnace).
- Tại đây, kim loại nóng được xử lý, tách tạp chất và tạo ra sự tương quan giữa các thành phần hoá học.
- Là cơ sở để quyết định mẻ thép tạo ra cho loại sản phẩm nào, thuộc mác thép nào.
- Ví dụ mẻ thép sẽ dùng để cán thép thanh vằn SD390 thì các thành phần hoá học sẽ được điều chỉnh ngay ở giai đoạn này để cho ra mác thép SD390.
Giai đoạn 3: Đúc tiếp liệu
Dòng kim loại sau khi ra khỏi giai đoạn 2 được đưa tới:
- Steel Castings: Đúc các sản phẩm khác.
- Tới lò đúc phôi: Từ lò này sẽ đúc ra 3 loại phôi:
Phôi thanh (Billet) là loại phôi thanh có tiết diện 100×100, 125×125, 150×150 dài 6-9-12m. Thường dùng để cán kéo thép cuộn xây dựng, thép thành vằn.
Phôi phiến (Slab) loại phôi thành thường dùng để cán ra thép cuộn cán nóng, thép tấm cán nóng, thép tấm cán nguội hoặc thép hình.
Phôi Bloom là loại phôi có thể sử dụng thay thế cho phôi thanh và phôi phiến.
Sau khi, phôi được đúc xong có thể để ở hai trạng thái: Trạng thái nóng và trạng thái làm nguội.
Trạng thái nóng (hot direct rolling) trạng thái này duy trì phôi ở một nhiệt độ cao sau khi ra khỏi quá trình hình thành phôi để đưa thẳng vào quá trình cán sản phẩm.
Trạng thái nguội của phôi để chuyển tới các nhà máy khác và sẽ được làm nóng lại (Reheating furnace) tại các nhà máy đó để đưa vào quá trình cán sản phẩm.
Giai đoạn 4: Cán
Phôi được đưa vào các nhà máy để cán ra các sản phẩm thép:
- Đưa phôi vào nhà máy thép hình (Section mill) để cán ra các sản phẩm thép như sau: Rail (thép ray); Sheet pile (thép cừ lòng máng); Shape (thép hình các loại); Bar (thép thanh xây dựng).
- Đưa phôi vào nhà máy thép (wire rode mill) để cán ra thép cuộn trơn xây dựng.
- Đưa phôi vào nhà máy thép tấm (Plate mill) để cán ra thép tấm đúc (Plate).
- Đưa phôi vào nhà máy thép cán nóng (Hot Strip mill), phôi sẽ được cán ra thép cuộn cán nóng (Hot roll coil-HRC).
Hoặc thép tấm cắt (cắt ngay kho ra cuộn và đóng kiện – Hàng Baotou).
Trong quá trình cán ra thép cuộn cán nóng thép cuộn đang ở nhiệt độ cao (780°C).
Nếu muốn cán ra thép cuộn cán nguội (Cold roll coil-CRC) thì hạ nhiệt độ cuộn thép đó xuống nhiệt độ thích hợp (480°C) và tiếp tục cán giảm độ dày.
Như vậy, ngay ở giai đoạn này sản xuất ra thép cuộn cán nguội và thép cuộn cán nóng.
Hiện nay, các nhà máy cán lại ở Việt Nam đang sử dụng phôi thép cuộn cán nóng: (1,75-5,0 mm) sau đó đưa vào lò nung lên tới nhiệt độ thích hợp (480°C) để cán giảm độ dày ra thép cuộn cán nguội.
Ví dụ:
– Từ các nhà máy thép cán nóng sau khi cán ra thép cuộn cán nóng có thể đưa thẳng tới nhà máy cán thép ống hàn (welded pipe mill).
– Đưa phôi vào nhà máy cán thép ống đúc (Seemless pipe) để sản xuất ra thép ống đúc.
Trên đây, là quy trình sản xuất các sản phẩm thép.
Như vậy chúng ta có thể hiểu được thép cán nguội, cán nóng sản xuất ra như thế nào.
Thép xây dựng là thép cán nóng hay cán nguội?
Thép xây dựng thường được sản xuất từ thép cán nóng (hot-rolled steel). Quá trình sản xuất thép cán nóng bao gồm đưa thép qua lò nóng để nóng chảy và sau đó đưa vào máy cán để tạo ra các tấm thép dày và rộng. Theo đó, thép cán nóng thường có tính dẻo và độ bền cao hơn so với thép cán nguội.
Tuy nhiên, trong một số trường hợp đặc biệt, thép cán nguội (cold-rolled steel) cũng có thể được sử dụng trong xây dựng, đặc biệt là khi cần các tính chất cơ học và kích thước chính xác cho các ứng dụng đặc biệt như cửa sổ và cửa ra vào. Thép cán nguội được sản xuất bằng cách đưa tấm thép qua các máy cán có nhiệt độ thấp hơn so với quá trình sản xuất thép cán nóng.
Tóm lại, trong phần lớn các ứng dụng xây dựng, thép cán nóng là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất cho các công trình xây dựng, nhưng trong một số trường hợp đặc biệt, thép cán nguội cũng có thể được sử dụng.
Thép cán nóng và cán nguội có điểm khác biệt nào quan trọng?
Như đã chỉ ra ở trên, sự khác biệt chính giữa thép cán nóng và thép cán nguội là nhiệt độ mà chúng được xử lý. Thép cán nóng được cán trên nhiệt độ kết tinh lại của vật liệu, trong khi thép cán nguội được cán dưới nhiệt độ kết tinh lại của vật liệu. Ngoài chất lượng này, có một vài sự khác biệt khác giữa hai vật liệu, bao gồm liên quan đến những điều sau:
- Chất lượng bề mặt. Thép cán nóng có xu hướng có các cạnh và bề mặt thô ráp cần phải khử cacbon hoặc các phương pháp xử lý khác để chuẩn bị sử dụng trong các hoạt động sản xuất tiếp theo. Ngược lại, thép cán nguội thường có bề mặt sáng bóng và nhẵn cho phép nó được sử dụng nguyên trạng trong các hoạt động sản xuất.
- Độ cứng vật liệu. Quá trình cán nguội tạo ra thép có độ bền và độ cứng cao hơn nhiều so với thép được sản xuất bằng quá trình cán nóng.
- Căng thẳng bên trong. Độ bền và độ cứng vật liệu lớn hơn được giới thiệu bởi quá trình cán nguội đi kèm với ứng suất bên trong lớn hơn. Những ứng suất này phải được loại bỏ trước khi vật liệu có thể được xử lý; nếu không, bộ phận hoặc sản phẩm cuối cùng có thể bị cong vênh.
Không nên nhầm lẫn hai loại thép này với các thông số kỹ thuật hoặc mác dùng để phân loại thép theo thành phần hoặc đặc tính vật lý. Thép có thể được cán nóng hoặc cán nguội bất kể thông số kỹ thuật hoặc cấp luyện kim của nó.
Bảng so sánh thép cán nguội và thép cán nóng
| Chi tiết so sánh | Thép cuộn cán nguội | Thép cuộn cán nóng |
| Độ dày thông thường | 0.15mm-2mm | 0.9mm trở lên |
| Bề mặt | Trắng sáng, có độ bóng cao do có 1 lớp dầu phủ bên trên | Xanh đen, tối đặc trưng |
| Mép biên | Thường được xén biên thẳng và sắc mép | Hai biên cuộn thường bo tròn, xù xì, biến màu rỉ sét khi để lâu. |
| Bảo quản | Hàng cán nguội thường có bao bì và để trong nhà. Rất nhanh rỉ sét nếu không bảo quản đúng cách. | Bảo quản nơi khô ráo tránh tiếp xúc với môi trường nước vì dễ bị rỉ sét |
Kết
Khác biệt chính giữa thép cán nóng và cán nguội là ở cách chúng được xử lý. Thép cán nóng là thép đã được cán ở nhiệt độ cao, trong khi thép cán nguội thực chất là thép cán nóng được gia công thêm trong vật liệu khử nguội.
Hiểu được sự khác biệt giữa thép cán nóng và thép cán nguội có thể giúp bạn xác định loại tốt nhất cho nhu cầu của mình.
Hy vọng với những phân tích và bảng so sánh thép cán nóng và thép cán nguội ở trên. Bạn đọc sẽ không còn nhầm lẫn giữa thép cán nóng & cán nguội nữa. Cám ơn bạn đã xem bài viết, hẹn gặp lại bạn về những bài kiến thức thép sau.
