Thép Cr-V

Chrome Vanadium là gì?

Chrome Vanadium (CR-V) là một hợp kim thép, thông thường chứa một lượng lớn Chrome từ 0.8 – 1.1%, hàm lượng Vanadium xấp xỉ 0.18% và một lượng các kim loại khác bao gồm: mangan, cacbon, phốt pho, silicon. Ta sẽ tìm hiểu tính chất của hợp kim này thông qua việc khám phá hai thành phần quan trọng cấu tạo nên nó là Chrome và Vanadium.

Câu chuyện về Chrome

Chrome (Ký hiệu là Cr) hay còn gọi là Crom hoặc Chromium. Chrome là một kim loại cứng, màu xám được phát hiện vào năm 1797 bởi nhà hóa học người Pháp Nicolas Louis Vauquelin. Trong lần tách khoáng chất màu đỏ sáng ở Siberia, Vauquelin tìm thấy một nguyên tố mới có thể tạo ra nhiều màu sắc lộng lẫy trong dung dịch, vì thế mà ông đặt tên cho nó là Chromium.  Tên gọi của vật liệu này xuất phát từ “Chroma”, trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là “màu sắc”. Nhiệt độ nóng chảy cao, độ cứng lớn, khả năng dễ liên kết với nhiều nguyên tố khác để tạo thành hợp kim, đặc biệt là với sắt đã trở thành lý do khiến các nhà luyện kim ưu ái Chrome. Chỉ cần pha thêm một lượng nhỏ Chrome cũng đủ làm cho thép cứng rắn và chống mòn cao hơn.Có rất nhiều những câu chuyện thú vị xoay quanh vật liệu này. Thời kỳ chiến tranh lần thứ nhất, nhà khoa học Anh là Brearley được giao nhiệm vụ nghiên cứu cải tiến vũ khí, đặc biệt là xử lý vấn đề nòng súng bị mài mòn nhanh. Ông cố nghĩ cách chế tạo ra một loại hợp kim không dễ mòn để chế tạo súng. Năm 1913, Brearley thử pha Chrome vào thép, song vì lý do nào đó mà ông cảm thấy chưa hài lòng. Chán nản, Brearley quẳng mẫu thử lẫn vào đống sắt gỉ ngoài phòng thí nghiệm. Rất lâu sau, tình cờ Brearley chú ý thấy mẫu thử ấy vẫn sáng long lanh trong khi đống thép bên cạnh đã hoen gỉ hết cả. Ông đem mẫu này nghiên cứu tỉ mỉ lần nữa, thì nhận thấy thứ thép pha Chrome này chẳng hề sợ môi trường, khí hậu hay thời tiết nào, ngay cả khi ngâm vào axit và kiềm. Phát hiện này đã giúp ông tổ chức sản xuất thép không gỉ ở quy mô lớn và thực sự trở thành “người cha của thép không gỉ”.
Một ví dụ khác minh chứng cho khả năng chống oxy hóa tuyệt vời của Chrome là câu chuyện về thanh kiếm báu trong lăng mộ của Tần Thủy Hoàng. Trong quá trình khám phá lăng mộ vua Tần, các chuyên gia khai quật được một thanh kiếm cổ có niên đại hơn 2000 năm tuổi nhưng kỳ lạ là vẫn vô cùng sắc bén. Vậy tại sao vũ khí này lại không bị hoen gỉ dù ở trong môi trường ẩm ướt trong suốt thời gian dài? Bí mật nằm ở lớp phủ oxit crom dày 10 - 15 micron (1 micron = 1/1000 mm) trên bề mặt kiếm,  chính lớp Chrome bền vững này đã bảo vệ phần kim loại bên trong khỏi sự mài mòn của thời gian.

Câu chuyện về Vanadium

Nhưng nếu chỉ cứng thôi thì chưa đủ tạo nên vật liệu hoàn hảo để chế tạo dụng cụ bởi càng cứng thì càng dễ gãy, cần có một vật liệu khác kết hợp nhằm bổ sung độ dẻo dai cho hợp kim và đó chính là Vanadium. Vanadium (Ký hiệu là V) được biết đến như một vật liệu đóng vai trò quan trọng trong lịch sử và trong đời sống của con người. Ở dạng tinh khiết, nó là một kim loại cứng, sáng bóng, ánh bạc, có độ dẻo cao nghĩa là có thể rèn được và sự hình thành một lớp oxide giúp nó chống ăn mòn rất tốt. Khi pha hợp kim với thép, Vanadium làm cho hợp kim bền hơn và nhẹ hơn nhiều, đó là lí do nó trở nên hữu ích trong thế kỉ hai mươi.Giống như Chrome, Vanadium cũng có câu chuyện của riêng mình.  Vanadium được phát hiện lần đầu vào năm 1801 bởi nhà khoáng vật học Mexico - Andres Manuel Del Río. Trong quá trình tách quặng chì đen, ông phát hiện ra một thứ kim loại mới mang nhiều màu sắc khác nhau và đặt tên cho nó là “panchromium” (nghĩa là “phiếm sắc”). Tuy nhiên sau đó ông đã không thể chứng minh được nhận định của mình khi cho rằng thứ vật liệu này chỉ là một mẩu Crom không tinh khiết.

Ba mươi năm sau, khi nhiều nhà máy mọc lên cùng với sự phát triển của ngành luyện kim ở Thụy Điển, các công nhân nhận thấy sắt thép luyện từ một số mỏ thì giòn trong khi quặng từ những mỏ khác lại rất dẻo. Nils Gabriel Sefstrom, một nhà hóa học người Thụy Điển, đã quyết tâm giải đáp thắc mắc trên. Sefstrom tìm thấy Vanadium trong một mẩu sắt đúc từ quặng khai khoáng tại Smaland, và sau nhiều lần nghiên cứu, ông kết luận rằng loại quặng này chính là một nguyên tố mới. Do nổi tiếng về độ bền và đẹp nên Vanadium được đặt theo “Vanadis” – một trong chín tên gọi của nữ thần sắc đẹp Bắc Âu Freyja.
Vanadium mang lại cho thép những đặc điểm vượt trội. Bất kỳ loại thép nào cũng dễ dàng trở nên giòn như thủy tinh do không chịu nổi giá rét ở phương Bắc còn thép Vanadium thì không thay đổi gì ngay cả ở nhiệt độ âm 60°C. Chỉ cần pha thêm một lượng Vanadium ít ỏi, dù là vài phần trăm thôi thì cấu trúc của thép cũng sẽ trở nên mịn và có độ đàn hồi lớn. Nhờ vậy mà những sản phẩm được chế tạo từ thép pha Vanadium có khả năng chịu lực uốn, lực va đập tốt, chống lại sự đứt gãy, ăn mòn. Đó là lý do người ta sử dụng vật liệu này để chế tạo các chi tiết quan trọng như động cơ, cụm máy, trục quay,… Thậm chí, Henry Ford – người đầu tiên đặt nền móng cho ngành ô tô – phải thốt lên rằng “Nếu không có Vanadium thì sẽ không có ô tô của tôi”.

Do tỷ trọng nhỏ hơn sắt mà Vanadium còn đóng vai trò quan trọng trong Thế chiến thứ nhất. Nhờ Vanadium mà người Pháp chế tạo ra được những khẩu pháo gây ra nỗi kinh hoàng cho các phi công Đức. Thứ vũ khí này có hỏa lực kinh người nhưng vẫn đủ bền và nhẹ để mang lên máy bay. Không chỉ ứng dụng trong tấn công mà Vanadium còn hữu ích trong phòng thủ. Người ta sử dụng thép Vanadium để sản xuất mũ cho binh lính. Kiểm nghiệm trong điều kiện thực tế, mũ chứa thép Vanadium tỏ ra vượt trội hơn hẳn khi xuất sắc vượt qua cuộc sát hạch về độ bền từ 99 đến 100 trường hợp, trong khi mũ có vỏ bọc Silic và Niken lại dễ dàng bị đầu đạn xuyên thủng.

Có thể nói Vanadium mang lại cho sắt, thép ưu điểm vượt trội về độ bền, độ dẻo và độ dai, giảm trọng lượng và khó bị phá hủy cấu trúc

Tổng kết

Dù cứng hơn sắt nhưng CR-V lại có nhược điểm là không mịn nên khó mài, bởi vậy người ta ít dử dụng vật liệu này để gia công công cụ cắt. Tuy vậy, sự kết hợp của “Cặp đôi hoàn hảo” Chrome và Vanadium lại tạo nên một loại thép hợp kim vô cùng thích hợp để chế tạo các dụng cụ, phụ kiện như kìm, đầu vặn khẩu, đầu tuýp, tay vặn, bộ lục giác, cờ lê, cần trượt, tô vít,…

Tại CÔNG CỤ TỐT, chúng tôi phân phối rất nhiều các dòng sản phẩm khác nhau được chế tạo từ CR-V. Những sản phẩm này vừa có độ cứng cao, khả năng chống gỉ tuyệt vời của Chrome lại vừa cải thiện độ đàn hồi, chịu lực, chịu nhiệt tốt nhờ Vanadium. Các công cụ, phụ kiện đều có độ đàn hồi đủ lớn để chống biến dạng trong quá trình sử dụng, việc này không chỉ gia tăng “tuổi thọ” của phụ kiện mà còn bảo vệ cả các loại máy móc sử dụng đi kèm như máy khoan, máy bắt vít, máy đa năng…