THÉP CHỊU MÀI MÒN, ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN VÀ ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG TRONG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP

Thép chịu mài mòn
Thép chịu,chống mài mòn được ứng dụng hầu như ở mọi lĩnh vực, trong thiết bị xây dựng đường sá, xây dựng công trình, nông nghiệp, khai thác đá, khai thác mỏ, tái chế, sản xuất xi măng và bê tông, và nhiều lĩnh vực khác. Nhờ độ cứng cao, chúng có các đặc tính cơ học vượt trội, giúp tăng tuổi thọ của các bộ phận chịu mài mòn cũng như giảm đáng kể trọng lượng của thiết bị. Mặc dù có độ cứng cao, thép chống mài mòn vẫn có thể uốn cong, hàn, cắt và gia công bằng tất cả các phương pháp thông thường.
Tấm thép chống mài mòn được chế tạo đặc biệt để chống lại sự mài mòn, trầy xước và va đập. Chúng được sản xuất từ ​​sự kết hợp của thép hợp kim cường độ cao và các vật liệu khác như carbon, crom, mangan, vanadi và molypden, mang lại khả năng bảo vệ tuyệt vời chống lại các điều kiện mài mòn. Các đặc tính độc đáo của thép mang lại độ bền trong môi trường làm việc chịu ứng suất cơ học.
Thành phần hóa học của thép chống mài mòn
Yếu tố then chốt
Một số nguyên tố hợp kim quan trọng đóng vai trò thiết yếu trong độ cứng, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn của thép.
Cacbon (C): Cacbon là nguyên tố cơ bản làm tăng độ cứng của thép. Trong các loại thép chịu mài mòn, hàm lượng cacbon thường nằm trong khoảng từ 0,4% đến 0,8%. Ví dụ, thép AR500 có hàm lượng cacbon gần 0,5%, cho phép nó duy trì độ cứng cao trong khi vẫn có độ dẻo dai phù hợp với môi trường chịu va đập mạnh.
Crom (Cr) : Crom là một nguyên tố quan trọng giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn và mài mòn của thép chịu mài mòn.
Nó tạo thành một lớp màng bảo vệ trên bề mặt thép, làm giảm quá trình oxy hóa và ăn mòn. Hàm lượng crom thường nằm trong khoảng từ 0,5 đến 5 phần trăm.
Molypden (Mo) : Molypden làm tăng khả năng chịu nhiệt độ cao của thép và cũng góp phần tăng khả năng chống mài mòn.
Vanadi (V) : Vanadi giúp tinh chỉnh kích thước hạt của thép, nhờ đó làm tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn của thép.
Các đặc tính chính của thép chống mài mòn: độ cứng, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn.
Đặc tính nổi bật nhất của thép chống mài mòn là độ cứng và khả năng chống mài mòn. Thép chống mài mòn thường có độ cứng Brinell cao, và độ cứng càng cao thì khả năng chống mài mòn càng lớn.
AR400, AR450 và AR500 là các loại thép chịu mài mòn có đặc tính kết cấu.
Thép AR400 nổi bật là loại thép chịu mài mòn đa năng, đáng tin cậy, với độ cứng danh nghĩa là 400 HBW. Nó đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng mà mức độ mài mòn vừa phải được dự kiến ​​nhưng độ dẻo dai, tính linh hoạt và khả năng hàn cao là điều cần thiết.
Thép AR450 nổi tiếng với tính linh hoạt và khả năng chống mài mòn vượt trội, cùng với khả năng chịu lực tốt. Loại thép này có độ cứng cao hơn 50 HBW so với các biến thể AR400, giúp tăng cường khả năng chịu mài mòn và kéo dài tuổi thọ hoạt động. Độ cứng tăng lên không chỉ củng cố độ bền của vật liệu mà còn cải thiện khả năng chống biến dạng. Đặc biệt, độ dẻo dai cao của nó được duy trì ngay cả trong môi trường lạnh, cho phép thiết bị chịu được các va đập mà không bị ảnh hưởng đến cấu trúc.
Thép AR500 có độ cứng danh nghĩa là 500 HBW, được thiết kế cho các điều kiện mài mòn khắc nghiệt đòi hỏi mức độ hiệu suất cấu trúc nhất định. Điều này đảm bảo tuổi thọ sử dụng lâu dài và duy trì khả năng gia công và độ dẻo dai tốt. Các ứng dụng phổ biến của AR500 bao gồm sản xuất các tấm lót, thanh sàng, thanh chống mài mòn và nhiều bộ phận khác trong các ngành công nghiệp mà mài mòn là một yếu tố quan trọng.
AR600 cho khả năng chống mài mòn vượt trội
Thép AR 600 nổi bật với độ cứng 600 HBW và độ dẻo dai cao bất thường so với độ cứng của nó. Điều này làm cho nó phù hợp với các điều kiện mài mòn khắc nghiệt nhất, đồng thời vẫn có khả năng cắt và hàn. Ứng dụng của nó rất đa dạng, bao gồm sử dụng trong các nhà máy xi măng cho khuôn, bàn và máy đầm; làm tấm lót và tấm san phẳng trong quá trình xử lý vật liệu và chế biến khoáng sản; làm lớp lót trong máy trộn bê tông cố định; và làm búa và dao trong các quy trình tái chế và phân mảnh chất thải.
NM400E, NM450E và NM500E dành cho điều kiện khắc nghiệt.
Tại các vùng khí hậu lạnh, máy móc xây dựng, xe tải tự đổ và các phương tiện khác cần hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cực thấp. Do đó, các tấm thép chống mài mòn phải duy trì độ cứng cực cao và tuổi thọ sử dụng lâu dài trong môi trường này. Baosteel đã đặc biệt phát triển dòng thép chống mài mòn E để đáp ứng nhu cầu sử dụng tấm thép chống mài mòn ở các khu vực lạnh, đảm bảo chúng có thể đáp ứng yêu cầu năng lượng va đập 40 joules trong điều kiện -40 độ C.
Thép dòng E có độ cứng cần thiết để đảm bảo tuổi thọ cao, kết hợp với độ dẻo dai cần thiết để hoạt động như một loại thép kết cấu. Nó cũng hoạt động được ở nhiệt độ đóng băng nhờ độ bền va đập cao với giá trị thử nghiệm va đập tối thiểu là 20 J ở -40°C.
Tất cả các bộ phận cơ khí đều bị mài mòn ở một mức độ nào đó theo thời gian. Đó là triệu chứng của các lực mài mòn vốn có trong bất kỳ ứng dụng công nghiệp nào. Bề mặt tiếp xúc giữa các bộ phận của thiết bị công nghiệp nặng có thể bị xuống cấp do ma sát liên tục và sự suy giảm dần các chất bôi trơn. Tiếp xúc liên tục với các bề mặt cứng hoặc các tầng địa chất có thể làm cùn gầu xúc của thiết bị máy móc xây dựng, dẫn đến hiệu suất thiết bị giảm đáng kể và chi phí bảo trì hoặc thay thế tăng cao. Có rất nhiều yếu tố mài mòn có thể làm hỏng ngay cả những bộ phận chịu mài mòn cao nhất trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe như khai thác mỏ và công nghiệp chế tạo vật liệu mài mòn.
Độ cứng không phải là đặc tính quan trọng duy nhất của thép chống mài mòn; độ dẻo dai cũng quan trọng không kém trong việc xác định hiệu suất của chúng trong môi trường làm việc.
Đặc tính dẻo dai cho phép thép chống mài mòn tránh bị vỡ khi chịu tác động trong môi trường phức tạp.
Trong thép chống mài mòn, hàm lượng vanadi thường nằm trong khoảng từ 0,05% đến 0,2%, giúp tăng cường độ bền và khả năng chống mài mòn của thép.
Thép chịu mài mòn Martensitic
Các sản phẩm thép chống mài mòn thường được chế tạo từ hợp kim có hàm lượng cacbon từ trung bình đến cao, đây là yếu tố quan trọng để đạt được độ cứng cực cao và khả năng chống va đập của các loại thép chống mài mòn. Trong giai đoạn hình thành, các dạng thù hình của hợp kim sắt được làm nguội nhanh để ngăn chặn sự khuếch tán của các nguyên tử cacbon từ cấu trúc tinh thể của vật liệu. Điều này dẫn đến sự hình thành mactenxit bão hòa cacbon, làm cứng hợp kim và mang lại độ cứng vượt trội.
Các giá trị cơ học của thép chống mài mòn
Các đặc tính cơ học khác nhau của các loại thép chống mài mòn phụ thuộc vào thành phần hợp kim của chúng. Thép mactenxit có cấu trúc vi mô có hàm lượng cacbon lên đến 0,30% và molypden chịu nhiệt lên đến 0,50%. Hợp kim dễ gia công này có thể được gia công thành các đoạn cắt và tấm dày, với độ cứng từ 450 – 540 Brinell.
Các loại thép chống mài mòn thông thường duy trì hàm lượng molypden thấp đến trung bình trong khoảng 0,50%, trong khi hàm lượng carbon có thể giảm xuống thấp tới 0,18%. Những loại thép này được phân loại là thép carbon thấp, nhưng vẫn có độ cứng vượt quá 270 Brinell và độ bền kéo lên đến 1.000 MPa.
Ưu điểm của việc sử dụng tấm thép chống mài mòn
Khả năng chống mài mòn
Một trong những ưu điểm chính của thép tấm chống mài mòn là khả năng chống mài mòn. Đặc tính này là kết quả của thành phần hợp kim của thép và quá trình xử lý nhiệt mà thép trải qua. Thép tấm chống mài mòn có thể chịu được mức độ mài mòn cao, lý tưởng cho các ứng dụng có nguy cơ bị mài mòn.
Khả năng chống va đập
Một ưu điểm khác của thép tấm chống mài mòn là khả năng chống va đập. Đặc tính này cho phép thép hấp thụ năng lượng từ va chạm thay vì bị hư hại. Điều này làm cho thép tấm chống mài mòn trở nên lý tưởng cho các ứng dụng có nguy cơ va đập hoặc đụng độ.
Khả năng chống ăn mòn
Thép tấm chịu mài mòn cũng có khả năng chống ăn mòn nhờ việc bổ sung crom vào thành phần hợp kim. Nguyên tố này tạo thành một lớp oxit crom mỏng trên bề mặt thép, hoạt động như một lớp chắn chống ăn mòn.
Khả năng chịu nhiệt
Các tấm thép chống mài mòn cũng có thể chịu được nhiệt độ cao nhờ hàm lượng carbon cao. Điều này làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng có nguy cơ tiếp xúc với nhiệt độ cao, chẳng hạn như trong các xưởng đúc hoặc lò nung.
Điều gì quyết định khả năng chống mài mòn của thép?
Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống mài mòn của thép
Khả năng chống mài mòn của thép được xác định bởi một số yếu tố chính , bao gồm hàm lượng carbon , các nguyên tố hợp kim và các quy trình xử lý nhiệt .
Hàm lượng carbon
 Cacbon là một nguyên tố quan trọng giúp tăng độ cứng của thép.
Thép có hàm lượng cacbon cao thường cứng hơn và có khả năng chống mài mòn tốt hơn.
Hàm lượng cacbon quá cao làm tăng độ giòn của thép, nghĩa là nó sẽ bị gãy nếu biến dạng nhẹ khi chịu lực.
Nguyên tố hợp kim
Các nguyên tố hợp kim (ví dụ: crom, molypden, mangan, v.v.) có thể cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn của thép.
Ví dụ, crom giúp thép tạo thành các hợp chất crom cứng, làm tăng khả năng chống mài mòn.
Molypden giúp tăng cường khả năng chịu nhiệt và chống oxy hóa của thép, nhờ đó thép có thể được sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao.
Quá trình xử lý nhiệt
Thông qua quá trình xử lý nhiệt, cấu trúc hạt của thép có thể được thay đổi để tăng độ cứng.
Các phương pháp xử lý nhiệt khác nhau (ví dụ như tôi cứng, ram) có thể kiểm soát sự chuyển đổi pha austenit thành martensit trong thép.
Việc hình thành cấu trúc ổn định hơn từ mactenxit (ví dụ như bainit hoặc peclit) giúp tối ưu hóa khả năng chống mài mòn.
Thép tôi cứng có khả năng chống mài mòn không?
Thép tôi cứng thường có khả năng chống mài mòn rất cao.
Khả năng chống ma sát của thép được cải thiện bằng cách nung nóng và làm nguội nhanh (tôi) để tạo ra cấu trúc cứng hơn trên bề mặt thép.
Độ bền của thép có thể bị giảm trong quá trình tôi cứng, do đó, tính phù hợp của thép tôi cứng cần được xác định dựa trên môi trường làm việc cụ thể.
Nó hoạt động tốt ở điều kiện ma sát cao và va đập thấp, nhưng độ giòn cao lại trở thành một hạn chế đối với loại thép này trong môi trường chịu tải trọng va đập cao.
Làm thế nào để cải thiện khả năng chống mài mòn của thép?
Tôi cứng bề mặt: Với các kỹ thuật tôi cứng bề mặt như tôi cứng tần số cao, một lớp cứng được hình thành trên bề mặt thép, giúp tăng đáng kể khả năng chống mài mòn.
Hợp kim hóa: Việc thêm một tỷ lệ nhất định các nguyên tố hợp kim vào thép, chẳng hạn như crom, molypden, mangan, vanadi, v.v., có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống mài mòn của thép.
Lớp phủ: Các lớp phủ, chẳng hạn như lớp phủ phun nhiệt hoặc lớp phủ PVD, cũng có hiệu quả trong việc cải thiện khả năng chống mài mòn của thép.
Các ứng dụng phổ biến của tấm thép chống mài mòn
Thép tấm chịu mài mòn có khả năng chống mài mòn vượt trội được chuyên dụng cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao, nơi các bộ phận thường xuyên tiếp xúc với lực ma sát do trượt hoặc va đập. Thiết bị khai thác và san lấp mặt đất, phễu, máng dẫn liệu công nghiệp và các bệ thử nghiệm công nghiệp thường được chế tạo bằng các loại thép chống mài mòn.
Ngành xây dựng và khai thác mỏ:
Ngành xây dựng và khai thác mỏ sử dụng các thiết bị chịu mài mòn, vì vậy các thiết bị cần thiết phải chắc chắn và bền bỉ. Tấm thép chống mài mòn có thể được sử dụng trong nhiều thiết bị khai thác mỏ và xây dựng khác nhau, chẳng hạn như tấm lót chống mài mòn, máy phá đá, máy ủi và tấm lót gầu máy xúc. Chúng rất lý tưởng cho ngành công nghiệp này vì có độ bền cao, có nghĩa là chúng có thể chịu được các va đập mạnh. Việc sử dụng các tấm thép chống mài mòn giúp tăng tuổi thọ của thiết bị đồng thời duy trì hiệu quả hoạt động.
Ngành vận tải và ô tô:
Thép tấm chịu mài mòn cũng được sử dụng rộng rãi trong ngành vận tải. Nhiều bộ phận của các phương tiện như máy ủi, xe tải, xe moóc và xe ben thường xuyên phải hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt, đòi hỏi phải sửa chữa thường xuyên. Thép tấm chịu mài mòn có thể giúp giảm đáng kể chi phí bảo trì trong ngành vận tải và ô tô.
Ngành nông nghiệp và chăn nuôi:
Ngành nông nghiệp sử dụng nhiều máy móc và thiết bị hạng nặng thường xuyên. Tấm thép chịu mài mòn có thể được sử dụng trong các bộ phận máy móc như lưỡi và máng thu hoạch chịu tác động mạnh, thiết bị làm đất và lưỡi cày chịu lực ma sát cao. Những tấm thép này giúp kéo dài tuổi thọ của các bộ phận máy móc, từ đó mang lại lợi ích cho ngành nông nghiệp bằng cách giảm chi phí bảo trì.
Ngành công nghiệp năng lượng và sản xuất điện:
Ngành công nghiệp sản xuất năng lượng cũng được hưởng lợi từ việc sử dụng tấm thép chống mài mòn. Sự hao mòn thường xuyên của máy móc là mối quan ngại chính của ngành này. Các bộ phận như cánh lò hơi, tuabin và phễu có thể bị ăn mòn và mài mòn do sử dụng liên tục. Việc sử dụng tấm thép chống mài mòn giúp giảm thời gian ngừng hoạt động, tăng tuổi thọ thiết bị, tăng năng suất và giữ chi phí bảo trì ở mức thấp.
Ngành công nghiệp thép và xi măng:
Ngành công nghiệp thép và xi măng hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao, sử dụng máy móc hạng nặng và vật liệu nặng, do đó cần có các tấm thép cường độ cao, chịu mài mòn để chịu được áp lực lớn. Các tấm thép này được sử dụng trong lớp lót, gầu xúc, phễu và máng dẫn liệu của các nhà máy xi măng và thép. Chúng giúp giảm thời gian ngừng hoạt động và chi phí sửa chữa, đồng thời tăng tuổi thọ của máy móc và thiết bị.
Gợi ý về việc lựa chọn vật liệu
Môi trường nhiệt độ cao : Đối với môi trường nhiệt độ cao và mài mòn cao, việc sử dụng thép chứa hàm lượng molypden (Mo) và crom (Cr) cao, chẳng hạn như dòng thép RELIA,CRESABRO,HARDOX, đảm bảo duy trì độ ổn định và khả năng chống mài mòn của thép trong điều kiện nhiệt độ cao.
Môi trường chịu tác động mạnh : Tại những nơi cần chịu được tác động mạnh, chẳng hạn như hầm mỏ hoặc công trường xây dựng, việc sử dụng thép có độ cứng cao, ví dụ như thép AR500,EVERHARD,up-x , có thể chống lại tác động và ma sát một cách hiệu quả.
Môi trường chống ăn mòn : Trong môi trường ẩm ướt hoặc ăn mòn hóa học, nên sử dụng thép có hàm lượng crom (Cr) và niken (Ni) cao, chẳng hạn như thép không gỉ 304 .
Phần kết luận:
Tấm thép chống mài mòn rất cần thiết cho các ngành công nghiệp sử dụng máy móc và thiết bị hạng nặng. Chúng mang lại tuổi thọ cao và khả năng chống mài mòn vượt trội, giảm thời gian ngừng hoạt động và chi phí bảo trì thiết bị. Các ngành công nghiệp như vận tải, khai thác mỏ, nông nghiệp, thép, xi măng, máy phát điện và nhiều ngành khác đều được hưởng lợi từ công nghệ tiên tiến này. Bằng cách sử dụng tấm thép chống mài mòn, máy móc sẽ có tuổi thọ cao hơn và giúp đạt được các mục tiêu dài hạn.