Phân Biệt Sắt Và Thép. Tổng Hợp Những Vấn Đề Liên Quan

Trong cuộc sống hằng ngày, chúng ta thường nghe nhắc đến “sắt thép” như một khối thống nhất, nhưng ít ai thật sự biết sắt và thép khác nhau như thế nào. Chính vì vậy, bài viết này được thực hiện nhằm giúp bạn phân biệt sắt và thép, hiểu được đặc điểm, tính chất cũng như ứng dụng của từng loại vật liệu, từ đó dễ dàng chọn lựa đúng sản phẩm cho công trình hoặc mục đích sử dụng.

Phân Biệt Sắt Và Thép

Theo thói quen thường lệ, người ta thường dùng từ “sắt” để chỉ “thép” và ngược. Bài phân tích dưới đây nhằm phân biệt rõ hơn về định nghĩa, đặc điểm và ứng dụng của từng loại.

Sắt Là Gì?

Sắt (Fe) là nguyên tố kim loại nguyên chất, có màu xám bạc, mềm và dễ uốn. Ở trạng thái tự nhiên, sắt rất dễ bị oxy hóa và gỉ sét khi tiếp xúc với không khí ẩm. Sắt được khai thác chủ yếu từ các quặng như hematit (Fe₂O₃) và magnetit (Fe₃O₄), sau đó tinh luyện để thu được kim loại sắt.

Đặc Điểm Của Sắt (Fe), Phân Biệt Sắt Và Thép

Sắt (Fe) là một trong những kim loại phổ biến nhất trên Trái Đất, thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp trong bảng tuần hoàn. Với nhiều đặc tính đặc trưng, sắt đóng vai trò quan trọng trong sản xuất thép và các hợp kim kim loại khác. Dưới đây là những đặc điểm nổi bật của sắt:

1. Tính chất vật lý

• Có màu xám bạc hoặc ánh trắng kim loại, bề mặt sáng bóng khi mới cắt hoặc đánh bóng.
• Khối lượng riêng: khoảng 7,87 g/cm³, cho thấy sắt là kim loại khá nặng.
• Nhiệt độ nóng chảy: khoảng 1.538°C, và nhiệt độ sôi khoảng 2.862°C – thể hiện khả năng chịu nhiệt rất cao.
• Dễ dát mỏng, kéo sợi và rèn uốn, thể hiện tính dẻo đặc trưng của kim loại.
• Là chất dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, thường được ứng dụng trong kỹ thuật điện và cơ khí.

2. Tính chất hóa học

• Sắt có tính khử mạnh, dễ phản ứng với oxy trong không khí để tạo thành gỉ sắt (Fe₂O₃·nH₂O).
• Phản ứng với axit loãng (như HCl, H₂SO₄ loãng) sinh ra muối sắt (II) và giải phóng khí hydro (H₂).
• Khi tác dụng với clo hoặc lưu huỳnh, sắt tạo ra các hợp chất như FeCl₃ hoặc FeS.
• Trong môi trường ẩm ướt, sắt dễ bị ăn mòn, đặc biệt nếu không được mạ hoặc sơn bảo vệ.

3. Tính chất cơ học

• Sắt mềm, dễ uốn, nhưng độ bền kéo thấp, vì vậy ít được dùng trực tiếp làm vật liệu xây dựng.
• Khi được hợp kim hóa với carbon và các nguyên tố khác, độ cứng và độ bền của sắt tăng lên đáng kể – tạo thành thép.

Ứng Dụng Của Sắt

• Là nguyên liệu chính để sản xuất thép – chiếm hơn 90% lượng sắt tiêu thụ toàn cầu.
• Dùng để chế tạo gang, hợp kim từ tính, và trong nghiên cứu vật liệu, sản xuất nam châm điện, thiết bị công nghiệp.

Thép Là Gì?

Thép là hợp kim (hỗn hợp) của sắt với một số nguyên tố hợp kim khác.

Đặc Điểm Của Thép, Phân Biệt Sắt Và Thép

Thép là hợp kim của sắt (Fe) và carbon (C), trong đó hàm lượng carbon chiếm khoảng 0,02% đến 2,14% tùy loại. Ngoài carbon, thép còn có thể chứa các nguyên tố khác như mangan (Mn), crom (Cr), niken (Ni), molypden (Mo), silic (Si),… giúp cải thiện cơ tính, khả năng chống ăn mòn và tính chịu nhiệt. Nhờ sự kết hợp này, thép trở thành vật liệu kim loại bền, dẻo và linh hoạt nhất hiện nay.

1. Tính chất vật lý của thép

• Màu sắc: Thép có màu xám bạc ánh kim, bề mặt sáng bóng.
• Khối lượng riêng: Khoảng 7,85 g/cm³, gần tương đương sắt.
• Nhiệt độ nóng chảy: Dao động trong khoảng 1.370 – 1.530°C, tùy theo thành phần hợp kim.
• Dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, tuy nhiên kém hơn sắt nguyên chất một chút.
• Có từ tính, đặc biệt là các loại thép carbon và thép silic.

2. Tính chất cơ học của thép

• Độ bền kéo và độ cứng cao, vượt trội hơn sắt nguyên chất.
• Độ dẻo tốt, có thể rèn, cán, kéo sợi hoặc uốn cong mà không bị gãy.
• Chịu lực, chịu nhiệt và chịu va đập tốt, thích hợp cho kết cấu chịu tải trọng lớn.
• Có thể thay đổi tính chất cơ học thông qua nhiệt luyện (tôi, ram, ủ).
• Một số loại thép hợp kim cao còn có độ bền và khả năng chịu mài mòn cực tốt, dùng trong công nghiệp nặng hoặc sản xuất máy móc chính xác.

3. Tính chất hóa học của thép

• Thép bền hơn sắt trước quá trình oxy hóa, đặc biệt là các loại thép không gỉ (inox) có chứa crom từ 10,5% trở lên, giúp tạo màng oxit bảo vệ bề mặt.
• Thép phản ứng với axit mạnh, có thể bị ăn mòn nếu không được bảo vệ bằng sơn, mạ hoặc phủ chống gỉ.
• Trong môi trường ẩm, thép carbon thông thường vẫn có thể bị gỉ sét nếu không xử lý bề mặt.

4. Đặc điểm công nghệ

• Dễ gia công cơ khí: Thép có thể cán nóng, cán nguội, hàn, cắt, đúc, hoặc rèn.
• Tính hàn tốt: Phù hợp cho các công trình kết cấu, đóng tàu, chế tạo máy.
• Tính ứng dụng linh hoạt: Có thể điều chỉnh thành phần hợp kim để tạo ra hàng trăm mác thép khác nhau, phục vụ cho từng mục đích cụ thể — từ thép xây dựng, thép dụng cụ, đến thép không gỉ cao cấp.

Ứng dụng của Thép

Sắt thường dùng để chế tạo Thép nên ít ứng dụng hơn. Dưới là những công dụng phổ biến nhất của thép:

• Là vật liệu kết cấu chủ đạo trong xây dựng: nhà, cầu, nhà xưởng, nhà cao tầng.
• Sử dụng thép tấm, thép thanh, thép hình, thép ống để làm cột, dầm, sàn, mái, móng.
• Làm linh kiện cơ khí và máy móc: trục, bánh răng, ổ trục, khuôn, dao cắt.
• Thép dụng cụ và thép hợp kim cao chịu mài mòn, chịu nhiệt, dùng trong cơ khí chính xác.
• Sản xuất phương tiện giao thông: ô tô, xe tải, tàu thủy, container, cầu đường sắt.
• Công nghiệp năng lượng: đường ống, nồi hơi, tuabin, bồn chứa, nhà máy điện và hóa chất.
• Đồ gia dụng và nội thất: inox nồi, chảo, bồn rửa, dao, bàn ghế, tủ, lan can.
• Công nghiệp quốc phòng: xe bọc thép, tàu chiến, vũ khí, thiết bị chiến đấu.

Gang Là Gì?

Gang là là hợp kim của Sắt, có thể nói gang là một loại thép. Do chứa nhiều carbon, gang cứng và giòn hơn thép, khó rèn nhưng dễ đúc thành hình. Chính vì vậy, gang thường được dùng để đúc các chi tiết máy, nắp cống, ống dẫn, vỏ động cơ, bệ máy, bánh đà, và các sản phẩm cần độ cứng cao.

Các loại gang phổ biến:

1. Gang trắng: Có bề mặt sáng bạc, rất cứng, khó gia công, thường dùng để nghiền làm nguyên liệu luyện thép.
2. Gang xám: Có màu xám, chứa nhiều graphit, dễ gia công cơ khí, được dùng nhiều trong chế tạo vỏ máy, trục, nắp, và chi tiết cơ khí.
3. Gang dẻo: Được xử lý nhiệt từ gang trắng, có độ bền và độ dẻo cao hơn, dùng trong linh kiện ô tô, phụ tùng máy móc.
4. Gang cầu: Có graphit dạng cầu, giúp gang vừa cứng vừa dẻo, được sử dụng trong ống nước áp lực, bánh răng, trục và chi tiết chịu lực.

Gang là vật liệu trung gian giữa sắt và thép — cứng hơn sắt, giòn hơn thép, nhưng rất dễ đúc và giá thành thấp, nên được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cơ khí, xây dựng và chế tạo máy.

Một Số Thuật Ngữ Liên Quan Sắt Và Thép

Khi tìm hiểu về vật liệu kim loại, đặc biệt là sắt và thép, bạn sẽ thường xuyên bắt gặp nhiều thuật ngữ kỹ thuật đi kèm. Dưới đây là một số thuật ngữ phổ biến liên quan đến sắt và thép mà bạn nên biết

Hợp Kim Là Gì?

Trong hợp kim, các nguyên tử của kim loại chính (gọi là nguyên tố nền) kết hợp với một hoặc nhiều nguyên tố khác (gọi là nguyên tố hợp kim) để tạo ra cấu trúc tinh thể mới.

Sự pha trộn này có thể theo hai dạng:

• Dung dịch rắn (Solid solution): Nguyên tử của nguyên tố phụ hòa tan vào mạng tinh thể của nguyên tố chính (ví dụ: đồng – niken).
• Hợp chất liên kim (Intermetallic compound): Các nguyên tố kết hợp tạo thành hợp chất có cấu trúc và tính chất riêng biệt (ví dụ: Fe₃C trong thép).

1. Mục đích tạo hợp kim

Kim loại nguyên chất thường mềm, dễ biến dạng, dễ gỉ hoặc nóng chảy thấp. Bằng cách pha thêm nguyên tố khác, người ta có thể:

• Tăng độ bền và độ cứng (ví dụ: thêm carbon vào sắt → thép).
• Chống ăn mòn và gỉ sét (ví dụ: thêm crôm và niken vào thép → inox).
• Giảm trọng lượng (ví dụ: hợp kim nhôm – magie).
• Cải thiện khả năng dẫn điện hoặc dẫn nhiệt.

2. Phân loại hợp kim

Hợp kim được chia thành hai nhóm chính:

a. Hợp kim đen (Ferrous alloys):

Chứa sắt (Fe) làm thành phần chính.
Ví dụ:

• Thép (Steel): Sắt + Carbon + các nguyên tố khác (Mn, Cr, Ni…).
• Gang (Cast iron): Sắt + Carbon > 2%.

b. Hợp kim màu (Non-ferrous alloys):

Không chứa sắt hoặc chỉ chứa lượng rất nhỏ.
Ví dụ:

• Đồng thau (Brass): Đồng + Kẽm.
• Đồng đỏ (Bronze): Đồng + Thiếc.
• Hợp kim nhôm (Al–Mg, Al–Cu): Dùng trong công nghiệp hàng không.

Thép Chống Gỉ Là Gì?

Thép chống gỉ (hay còn gọi là inox, tiếng Anh: Stainless Steel) là hợp kim của sắt (Fe), carbon (C) và một số nguyên tố hợp kim khác như crôm (Cr), niken (Ni), molypden (Mo), mangan (Mn)….
Điểm đặc trưng của thép chống gỉ là chứa ít nhất 10,5% crôm, giúp tạo nên lớp màng oxit bảo vệ bề mặt, ngăn chặn quá trình oxy hóa và ăn mòn kim loại.

1. Mục Đích Tạo Thép Chống Gỉ

Việc thêm các nguyên tố hợp kim như Cr, Ni, Mo vào thép giúp cải thiện toàn diện tính chất của vật liệu:

• Chống gỉ và chống oxy hóa trong môi trường ẩm hoặc có hóa chất.
• Tăng độ bền cơ học và độ cứng bề mặt.
• Tăng khả năng chịu nhiệt, chịu axit, kiềm.
• Cải thiện độ bóng, tính thẩm mỹ, phù hợp cho ngành gia dụng, trang trí.
• Dễ vệ sinh, an toàn vệ sinh thực phẩm, nên được dùng nhiều trong y tế và chế biến thực phẩm.

2. Phân Loại Thép Chống Gỉ

Thép chống gỉ được chia thành 4 nhóm chính dựa theo cấu trúc và thành phần hợp kim:

a. Thép Austenit (Series 300, ví dụ: SUS304, SUS316)

• Chứa nhiều Ni (8–10%) và Cr (18–20%).
• Không nhiễm từ, dẻo, dễ hàn, chống gỉ rất tốt.
• Dùng trong bồn nước inox, chậu rửa, thiết bị y tế, công nghiệp thực phẩm.

b. Thép Ferit (Series 400, ví dụ: SUS430)

• Chứa 12–18% Cr, ít hoặc không có Ni.
• Nhiễm từ, độ dẻo thấp hơn, giá rẻ hơn thép Austenit.
• Dùng trong trang trí nội thất, vỏ thiết bị gia dụng, chi tiết máy.

c. Thép Mactenxit (Series 410, 420, 440)

• Có Cr cao, C tương đối lớn, độ cứng rất cao.
• Dễ tôi luyện, chịu mài mòn tốt, nhưng chống gỉ kém hơn Austenit.
• Dùng cho dao kéo, dụng cụ cắt, chi tiết cơ khí chính xác.

d. Thép Duplex (Song pha)

• Kết hợp cấu trúc Austenit + Ferit, có độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vượt trội.

Mác Thép Là Gì?

Hiểu đơn giản, “mác thép” giống như tên riêng của từng loại thép – cho biết hàm lượng các nguyên tố (C, Mn, Si, Cr, Ni, Mo, v.v.) và khả năng chịu lực, độ cứng, độ dẻo, khả năng hàn, chống gỉ… của thép đó.

1. Ý Nghĩa Của Mác Thép

Mỗi mác thép thể hiện công thức phối liệu và tính chất kỹ thuật theo tiêu chuẩn của từng quốc gia hoặc tổ chức như:

• TCVN (Việt Nam)
• JIS (Nhật Bản)
• ASTM (Mỹ)
• EN (Châu Âu)
• GB (Trung Quốc)

Ví dụ:

• CT3 (TCVN): Thép các bon thấp, dễ hàn, dùng trong xây dựng cơ khí thông thường.
• SS400 (JIS G3101 – Nhật Bản): Thép cán nóng, độ bền kéo khoảng 400 MPa.
• A36 (ASTM – Mỹ): Tương đương SS400, dùng phổ biến trong kết cấu thép.
• S235JR (EN10025 – Châu Âu): Thép kết cấu có độ bền chảy 235 MPa.

2. Phân Loại Mác Thép

Dựa theo thành phần và công dụng, mác thép được chia thành:

• Thép các bon (Carbon Steel): CT3, A36, SS400…
• Thép hợp kim (Alloy Steel): 40Cr, 20MnSi, 42CrMo4…
• Thép không gỉ (Stainless Steel): SUS201, SUS304, SUS316…
• Thép dụng cụ: SKD11, SKS3, S45C…
• Thép kết cấu, thép chế tạo: S235JR, S355JR, Q345B…

3. Vai Trò Của Mác Thép

• Giúp lựa chọn đúng loại thép cho từng ứng dụng kỹ thuật.
• Đảm bảo an toàn và độ bền kết cấu.
• Thuận tiện trong kiểm tra, gia công và tiêu chuẩn hóa sản xuất.

Tôi Thép Là Gì?

Tôi thép (tiếng Anh: Quenching) là quá trình xử lý nhiệt trong đó thép được nung nóng đến nhiệt độ xác định, sau đó làm nguội nhanh đột ngột bằng nước, dầu hoặc không khí để tăng độ cứng và độ bền cơ học của vật liệu.

Đây là bước quan trọng nhất trong quy trình nhiệt luyện thép, giúp chuyển đổi cấu trúc tinh thể bên trong nhằm đạt được cơ tính mong muốn.

1. Nguyên Lý Của Quá Trình Tôi Thép

Khi thép được nung lên đến vùng Austenit hóa (thường 750–950°C), cấu trúc tinh thể của nó chuyển sang dạng Austenit.
Sau đó, nếu làm nguội nhanh, Austenit sẽ biến đổi thành Mactenxit – một cấu trúc rất cứng và bền.

→ Mactenxit chính là “bí quyết” tạo nên độ cứng cao cho thép sau khi tôi.

2. Các Giai Đoạn Của Quá Trình Tôi Thép

1. Gia nhiệt:
   Nung thép đến nhiệt độ Austenit hóa phù hợp (tùy mác thép).
2. Giữ nhiệt:
   Duy trì ở nhiệt độ đó một khoảng thời gian để toàn bộ cấu trúc bên trong chuyển sang Austenit.
3. Làm nguội nhanh:
   Nhúng ngay vào môi trường làm nguội như nước, dầu, muối hoặc khí nén.

3. Các Phương Pháp Tôi Thép Phổ Biến

• Tôi trong nước: Làm nguội nhanh, độ cứng cao nhưng dễ gây nứt, cong vênh.
• Tôi trong dầu: Làm nguội chậm hơn, giảm ứng suất, thích hợp cho thép hợp kim.
• Tôi trong muối hoặc không khí: Dùng cho thép có độ hợp kim cao hoặc chi tiết mỏng.

4. Mục Đích Và Ứng Dụng

Quá trình tôi thép giúp:

• Tăng độ cứng bề mặt và khả năng chịu mài mòn.
• Tăng giới hạn bền và độ dẻo trong giới hạn cho phép.
• Cải thiện khả năng chịu tải và tuổi thọ chi tiết máy.

Ủ Thép Là Gì?

Ủ thép (tiếng Anh: Annealing) là quá trình xử lý nhiệt trong đó thép được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt trong thời gian đủ lâu, rồi làm nguội chậm trong lò nhằm làm mềm thép, giảm ứng suất và cải thiện tính gia công.

Nói đơn giản, ủ thép giúp “thư giãn” cấu trúc kim loại, khiến thép dễ cắt, dễ uốn, dễ hàn và ít bị nứt gãy khi gia công.

1. Mục Đích Của Quá Trình Ủ Thép

Ủ thép được thực hiện để:

• Giảm độ cứng và tăng độ dẻo, giúp dễ gia công hơn.
• Khử ứng suất bên trong sau khi cán, rèn hoặc hàn.
• Tinh luyện hạt tinh thể, làm thép đồng nhất hơn.
• Phục hồi cấu trúc vật liệu bị biến dạng do quá trình cơ học.
• Cải thiện tính chất cơ học trước các bước nhiệt luyện tiếp theo như tôi hay ram.

2. Nguyên Lý Của Quá Trình Ủ

1. Gia nhiệt:
   Thép được nung lên đến nhiệt độ gần hoặc cao hơn nhiệt độ tới hạn (Ac1 hoặc Ac3) – thường từ 650°C đến 900°C, tùy theo mác thép.
2. Giữ nhiệt:
   Giữ trong một khoảng thời gian (từ vài chục phút đến vài giờ) để các nguyên tố và cấu trúc bên trong đạt trạng thái cân bằng.
3. Làm nguội chậm:
   Làm nguội rất chậm trong lò (có thể mất vài giờ đến vài chục giờ) để đảm bảo thép không bị ứng suất nhiệt.

3. Các Phương Pháp Ủ Thép Phổ Biến

• Ủ hoàn toàn: Nung trên điểm tới hạn, rồi làm nguội chậm → cho độ dẻo và mềm tối đa.
• Ủ không hoàn toàn: Nung dưới điểm tới hạn → dùng cho thép hợp kim cao.
• Ủ cầu hóa (Spheroidizing): Dành cho thép cacbon cao để tạo cấu trúc hạt cầu, giúp dễ gia công cắt gọt.
• Ủ đẳng nhiệt: Giữ nhiệt ở mức ổn định trước khi làm nguội để giảm thời gian xử lý.

4. Lợi Ích Của Ủ Thép

• Tăng độ dẻo và khả năng biến dạng của thép.
• Giảm ứng suất nội tại, tránh nứt gãy khi hàn hoặc cán.
• Cải thiện khả năng cắt gọt, uốn, rèn.
• Tạo nền tảng cho các bước tôi và ram tiếp theo hiệu quả hơn.

Ram Thép Là Gì?

Ram thép là quá trình xử lý nhiệt được thực hiện sau khi tôi thép, nhằm giảm độ giòn, tăng độ dẻo và độ dai va đập cho thép.

Trong quá trình ram, thép đã được tôi sẽ được nung nóng lại đến một nhiệt độ thấp hơn điểm tới hạn (thường từ 150°C – 650°C), giữ nhiệt trong một thời gian nhất định, sau đó làm nguội từ từ trong không khí.

Mục Đích Của Quá Trình Ram Thép

• Giảm ứng suất bên trong thép sau khi tôi, tránh nứt gãy.
• Tăng độ dai, giảm giòn, giúp thép không bị gãy vỡ khi chịu lực va đập.
• Ổn định cấu trúc tổ chức kim loại, giữ vững hình dạng chi tiết.
• Điều chỉnh cơ tính để đạt sự cân bằng giữa độ cứng – độ bền – độ dẻo theo yêu cầu sử dụng.

Phân Loại Ram Thép Theo Nhiệt Độ

Kết Quả Sau Khi Ram

Sau quá trình ram, thép trở nên ổn định hơn về cơ tính:

• Không còn giòn như sau khi tôi,
• Dẻo dai hơn,
• Vẫn giữ được độ cứng cần thiết,
  → Thích hợp cho các chi tiết máy phải chịu lực, chịu mài mòn và va đập trong quá trình làm việc.

Kết Bài & Lời Cám Ơn

Trong đời sống và sản xuất, “sắt thép” là cụm từ quen thuộc, nhưng đằng sau đó là hai vật liệu có bản chất, đặc tính và ứng dụng khác nhau rõ rệt. Sắt là kim loại nguyên chất, mềm, dễ gỉ và chủ yếu được dùng làm nguyên liệu để sản xuất thép. Trong khi đó, thép là hợp kim của sắt với carbon và các nguyên tố khác, mang lại độ bền, độ cứng, khả năng chống gỉ và tính ứng dụng vượt trội.

Từ gang, thép carbon, thép hợp kim cho đến thép không gỉ, mỗi loại đều đóng vai trò quan trọng trong đời sống hiện đại — từ xây dựng, cơ khí, giao thông cho đến công nghiệp năng lượng và gia dụng.

Xin cảm ơn bạn đã dành thời gian đọc bài viết “Phân biệt sắt và thép”. Hy vọng những thông tin trên giúp bạn hiểu rõ hơn về sự khác biệt giữa sắt và thép, từ đó lựa chọn vật liệu phù hợp nhất cho nhu cầu của mình.

Bài viết liên quan có thể bạn quan tâm: Blogs – Tín tức chuyên ngành