Thép độ bền cao tiên tiến (thép AHSS), một thành tựu của công nghệ luyện kim cuối thế kỷ 20, đã và đang được phát triển mạnh mẽ trên thế giới cho các ứng dụng khác nhau trong công nghiệp. Thép có ưu điểm vừa bền, vừa dẻo nhờ đổi mới công nghệ luyện kim, từ luyện thép sạch tạp chất hơn và khống chế hợp kim thích hợp đến áp dụng các công nghệ làm thay đổi tổ chức pha, tạo các hiệu ứng tổ chức đặc biệt (hiệu ứng TRIP, TWIP) kết hợp điều khiển tỷ phần các pha để điều khiển cơ tính theo yêu cầu tính năng sản phẩm- cần bền hoặc cần dẻo hoặc vừa bền, vừa dẻo.
Hình 1: Quan hệ độ bền với độ dẻo của các thép kết cấu và thép AHSS.
Thép AHSS được phát triển từ thép hợp kim thấp độ bền cao (thép HSLA), đến nay thép đã phát triển đến thế hệ 3 với thành phần hợp kim từ thấp đến cao, các nguyên tố chính là C, Mn, Si và/hoặc Al, Cr và/hoặc các nguyên tố vi lượng khác như Ti, V, Nb, Mo, B, … Trọng tâm phát triển của thép AHSS là tác động vào tổ chức thép, làm thay đổi tổ chức, tạo các tổ chức pha đặc biệt để đồng thời nâng cao cả độ bền và độ dẻo:
- Thép AHSS thế hệ 1: Nhóm này dựa trên thành phần hợp kim thấp với tổ chức đa pha, bao gồm các thép DP, TRIP, CP, MS. Thép đã được đưa vào sản xuất và ứng dụng trong sản xuất ô tô từ sau năm 2000.
- Thép AHSS thế hệ 2. Nhóm này dựa trên hiệu ứng TWIP và TRIP, thép có tổ chức nền là austenit. Thép có thành phần mangan cao khoảng 17÷30%, cùng một vài nguyên tố khác như Si, Al, Cr. Thép có độ bền cao trên 900 MPa, độ giãn dài tương đối đến 60%. Đại diện điển hình của nhóm thép này là thép TWIP, chúng được nghiên cứu từ sau năm 2000, nhưng bị hạn chế phát triển do đắt đỏ và công nghệ phức tạp.
- Thép AHSS thế hệ 3. Nhóm này có thành phần hợp kim thấp và trung bình, nhóm này được phát triển để cải thiện cơ tính của thép AHSS thế hệ 1, đồng thời khai thác ưu việt của nhóm thép AHSS thế hệ 2. Thép đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển gồm 3 phân nhóm chính là: thép Q&P (quenching and partioning), thép mangan trung bình và thép nano (nanosteel).
Các lĩnh vực ứng dụng của thép AHSS:
Nhờ ưu điểm độ bền cao, độ dẻo tốt, thép AHSS đã và đang được dùng thay thép truyền thống trong một số lĩnh vực:
- Chế tạo khung vỏ ô tô thay thép HSLA (thép hợp kim thấp độ bền cao), thép cacbon thấp, nhờ đó, ô tô bền hơn, nhẹ hơn, an toàn hơn. Nhiều hãng đã dùng trên 50% thép AHSS trong xe ô tô như Huyndai Tucson, Elantra, ... Mirex cùng nhóm nghiên cứu thép tiên tiến và các nghiên cứu sinh đã chế tạo thử nghiệm thành công thép DP và thép TRIP, đã chứng minh được tính khả thi và triển vọng đưa vào sản xuất.
(Nhóm nghiên cứu thép AHSS - công ty MIREX)
- Làm thép cốt bê tông cường độ cao: Thép song pha DP đã được sản xuất và tiêu chuẩn hóa dùng làm thép cốt bê tông theo tiêu chuẩn EU, BS, ..., cũng đã có công bố của các nhà khoa học Trung Quốc về dùng thép DP làm thép cốt bên tông. Nhờ dùng thép DP có thể sản xuất thép cốt bê tông cường độ cao tương đương thép cốt bê tông truyền thống như CB400, CB500, ... với thành phần hợp kim thấp hơn, kết cấu thép có thể hàn được (thép cũ từ CB500 không cho phép hàn), nên kết cấu vững chắc, an toàn hơn.
- Chế tạo ống thành mỏng chịu áp lực cao: Do độ dẻo cao nên thép AHSS có thể dùng dập tạo hình sản phẩm với số nguyên công ít nhưng lại có độ bền cao để chịu áp lực trong, nên thuận lợi cho chế tạo các ống thành mỏng chịu áp lực trong cao như vỏ liều đạn, vỏ đạn phản lực, ... Mirex cùng nhóm nghiên cứu thép tiên tiến và NCS đã nghiên cứu tiền khả thi chế tạo vỏ liều đạn pháo 76 mm bằng thép song pha cacbon thấp, bước đầu đã chứng minh được tính khả thi và tính hiệu quả so với dùng thép cacbon thấp theo công nghệ cũ.
- Làm vật liệu chịu mài mòn: Độ bền cao hàm ý độ cứng cao, độ cứng vật liệu càng cao, khả năng chống mài mòn càng tốt, cùng với ưu điểm độ dẻo dai tốt, một số thép AHSS như thép QP, thép Mn trung bình thích hợp làm các chi tiết chịu mài mòn va đập trong máy nghiền như búa nghiền, hàm nghiền, nhất là trong điều kiện tải va đập thấp, vật liệu nghiền có độ cứng thấp như nghiền đá, sỏi sản xuất cát nhân tạo theo công nghệ nghiền ướt. Thép QP đã được nghiền cứu tiềm năng làm vật liệu mài mòn, đã chứng minh được tính ưu việt. Hiện tại, nhóm nghiên cứu thép tiên tiến đang cùng Mirex nghiên cứu thép Mn trung bình làm vật liệu chịu mài mòn va đập (búa nghiền) thay thép Mn cao truyền thống./.