Ngày nay, thép hộp là một vật liệu quen thuộc, là trụ cột vững chắc trong mọi công trình, từ những tòa nhà chọc trời cho đến các kết cấu dân dụng nhỏ nhất. Tuy nhiên, đằng sau vẻ ngoài đơn giản và bền bỉ ấy là cả một quá trình dài và đầy thử thách. Lịch sử phát triển của thép hộp không chỉ là câu chuyện về một loại vật liệu, mà còn là một minh chứng sống động cho sự sáng tạo không ngừng nghỉ của con người. Bài viết này của Mỹ Việt sẽ đưa bạn trở về quá khứ, khám phá cách một phát minh tưởng chừng đơn giản đã từng bước định hình và cách mạng hóa ngành xây dựng và sản xuất hiện đại như thế nào.

1. Những nền tảng sơ khai: Kim loại và cấu trúc (Trước thế kỷ 18)  

Trước khi thép hộp xuất hiện, con người đã sử dụng kim loại trong hàng nghìn năm, bắt đầu từ kỷ nguyên đồ đồng và đồ sắt. Những thanh kim loại đầu tiên được dùng để tạo ra các công cụ, vũ khí và dần dần được ứng dụng trong xây dựng. Sắt và gang là hai loại kim loại chính được sử dụng. Chúng được nung chảy và đổ vào khuôn đúc hoặc rèn thủ công thành các hình dạng cơ bản như thanh đặc, tấm phẳng hoặc dầm đơn giản để xây dựng các công trình như lâu đài, cầu đá.

Tuy nhiên, các phương pháp này tồn tại nhiều hạn chế. Việc sản xuất kim loại còn thô sơ, quy trình luyện kim không đồng nhất, dẫn đến sản phẩm dễ giòn, nứt và độ bền không cao. Hơn nữa, những thanh kim loại đặc có trọng lượng cực kỳ nặng, gây khó khăn lớn trong việc vận chuyển, lắp đặt và làm tăng tải trọng lên toàn bộ công trình. Quan trọng nhất, vào thời điểm đó, khái niệm về "tiết diện rỗng" để tối ưu hóa vật liệu gần như chưa tồn tại. Người ta tin rằng càng nhiều kim loại trong một thanh, nó càng bền. Đây là một quan niệm tốn kém và không hiệu quả, tạo ra những thách thức lớn cho các kiến trúc sư và kỹ sư thời bấy giờ.

Sắt và gang nung chảy và đổ vào khuôn đúc hoặc rèn thủ công thành các hình dạng cơ bản

2. Bình minh công nghiệp: Thép cán và tiết diện định hình (Thế kỷ 18 - 19)

Bước ngoặt lớn nhất trong lịch sử kim loại chính là Cuộc Cách mạng Công nghiệp. Nhu cầu xây dựng đường sắt, nhà máy và các công trình quy mô lớn đã thúc đẩy sự ra đời của những công nghệ sản xuất tiên tiến.

Năm 1856, Henry Bessemer đã phát minh ra quy trình Bessemer, cho phép sản xuất thép với số lượng lớn và chi phí thấp hơn nhiều so với trước đây. Sau đó, lò Martin-Siemens (lò Mactanh) ra đời vào những năm 1860 đã cải thiện chất lượng thép, tạo ra một loại vật liệu có độ bền vượt trội và tính đồng nhất cao hơn hẳn so với gang hay sắt rèn.

Quy trình Bessemer cho phép sản xuất thép với số lượng lớn và chi phí thấp hơn nhiều so với trước đây

Cùng với sự phát triển của công nghệ luyện kim, máy cán cũng được hoàn thiện. Máy cán là một thiết bị gồm các con lăn lớn, có khả năng ép và tạo hình các thỏi thép nóng chảy thành những tiết diện dài và đồng đều. Chính nhờ công nghệ này, các loại thép hình kết cấu đầu tiên đã ra đời. Những cái tên như thép hình I (I-beam), thép hình U (channel) hay thép hình L (angle) đã trở thành "xương sống" của nhiều công trình thế kỷ 19, từ những cây cầu sắt vĩ đại đến các nhà ga xe lửa đồ sộ.

Công nghệ máy cán đã tạo ra các loại thép hình kết cấu đầu tiên

Các loại thép hình này được ưa chuộng vì chúng tối ưu hóa khả năng chịu lực theo một hướng nhất định, giảm lượng vật liệu sử dụng so với thanh đặc mà vẫn đảm bảo độ bền cần thiết. Tuy nhiên, chúng vẫn còn nhiều hạn chế, đặc biệt là khả năng chịu lực kém khi tải trọng tác dụng theo các hướng khác nhau và chưa tối ưu về khối lượng.

3. Bước ngoặt: Sự ra đời của tiết diện rỗng và thép hộp (Đầu - Giữa Thế kỷ 20)

Thế kỷ 20 mở ra một kỷ nguyên mới của kiến trúc và công nghiệp, đòi hỏi những vật liệu hiệu quả và linh hoạt hơn. Các kỹ sư bắt đầu tìm kiếm một cấu trúc có tỷ lệ sức bền trên trọng lượng cao hơn. Đây chính là động lực để thép hộp ra đời.

Ban đầu, để tạo ra các tiết diện rỗng, người ta phải dùng các tấm thép phẳng, cắt và ghép chúng lại bằng đinh tán hoặc hàn, một quy trình vô cùng phức tạp, tốn kém và không hiệu quả. Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ hàn đã thay đổi tất cả.

Vào những năm 1920-1930, công nghệ hàn điện trở (ERW) và hàn hồ quang chìm (SAW) đã được phát triển. Những công nghệ này cho phép sản xuất ống thép tròn một cách liên tục và tự động, giảm đáng kể chi phí và thời gian sản xuất. Ống thép tròn nhanh chóng trở thành một vật liệu phổ biến, nhưng cấu trúc tròn vẫn còn một số hạn chế, đặc biệt là khi cần ghép nối với các bề mặt phẳng.

Ống thép tròn nhanh chóng trở thành một vật liệu phổ biến

Bước ngoặt cuối cùng đã đến khi các nhà sản xuất tìm ra cách biến đổi những ống thép tròn thành thép hộp vuông và thép hộp chữ nhật. Quá trình này được thực hiện thông qua hai phương pháp chính:

• Cán nóng: Ống thép tròn được nung nóng và đi qua các con lăn để ép thành hình vuông hoặc chữ nhật.
• Cán nguội: Ống thép tròn được biến đổi hình dạng ở nhiệt độ phòng. Phương pháp này tạo ra thép hộp có độ chính xác cao hơn, bề mặt nhẵn mịn, và quan trọng nhất, độ bền tăng cường nhờ vào hiện tượng biến cứng vật liệu trong quá trình cán.

Thép hộp vuông và thép hộp chữ nhật được biến đổi từ những ống thép tròn

Ưu điểm vượt trội của thép hộp so với các loại thép hình khác là vô cùng rõ rệt:

• Tỷ lệ sức bền trên trọng lượng cao: Cấu trúc rỗng giúp giảm đáng kể trọng lượng nhưng vẫn duy trì khả năng chịu lực lớn, giúp tiết kiệm vật liệu và giảm tải trọng công trình.
• Tính đồng nhất: Đặc biệt với thép hộp vuông, khả năng chịu lực theo mọi hướng là như nhau, mang lại sự ổn định và linh hoạt trong thiết kế.
• Tính thẩm mỹ: Bề mặt phẳng, góc cạnh sắc nét của thép hộp dễ dàng cho việc sơn phủ và hoàn thiện, phù hợp với kiến trúc hiện đại.
• Dễ dàng chế tạo và kết nối: Việc hàn, cắt, và ghép nối thép hộp đơn giản hơn nhiều, giảm chi phí và thời gian thi công.

4. Thép hộp hiện đại: Chuyên môn hóa và đổi mới (Cuối Thế kỷ 20 - Hiện tại)

Từ cuối thế kỷ 20 đến nay, ngành công nghiệp thép hộp đã bước vào một giai đoạn chuyên môn hóa và không ngừng đổi mới. Vật liệu này không chỉ được sử dụng cho các công trình lớn mà còn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác.

• Phát triển các loại thép hợp kim cao: Các loại thép cường độ cao hợp kim thấp (HSLA) đã được phát triển, cho phép sản xuất thép hộp có độ dày mỏng hơn nhưng vẫn đảm bảo sức bền, tối ưu hóa hơn nữa về trọng lượng. Bên cạnh đó, thép không gỉ (Inox) cũng được chế tạo dưới dạng thép hộp, phục vụ cho các ứng dụng đặc biệt yêu cầu khả năng chống ăn mòn cao như trong công nghiệp hóa chất, thực phẩm, hoặc kiến trúc ven biển.
• Công nghệ sản xuất chính xác: Các nhà máy hiện đại sử dụng công nghệ tiên tiến để kiểm soát chất lượng, dung sai của thép hộp chỉ còn là micromet. Bề mặt sản phẩm được hoàn thiện cực kỳ tốt, đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về thẩm mỹ và kỹ thuật.
• Xu hướng bền vững và số hóa: Thép hộp hiện đại cũng góp phần vào các xu hướng kiến trúc bền vững. Với khả năng tái chế 100%, việc sử dụng thép hộp giúp giảm thiểu rác thải xây dựng. Hơn nữa, việc tích hợp các phần mềm thiết kế kỹ thuật số (CAD/CAM) và gia công tự động bằng robot (cắt laser, hàn) đã nâng cao năng suất và độ chính xác, mở ra những khả năng thiết kế vô hạn.

Thép hộp hiện đại cũng góp phần vào các xu hướng kiến trúc bền vững

Thép Vitek là minh chứng tiêu biểu cho sự phát triển chuyên môn hóa và đổi mới của ngành thép hộp hiện đại. Với việc ứng dụng thép hợp kim cao và thép không gỉ, Vitek mang đến sản phẩm vừa bền chắc, nhẹ nhàng, vừa chống ăn mòn vượt trội, đáp ứng đa dạng nhu cầu kỹ thuật. Đồng thời, nhà sản xuất Mỹ Việt đã tiên phong áp dụng công nghệ sản xuất chính xác và số hóa, kết hợp quy trình thân thiện với môi trường qua khả năng tái chế cao để tạo nên các sản phẩm thép Vitek. Nhờ vậy, Thép Vitek không chỉ là thép hộp chất lượng mà còn đại diện cho sự đổi mới và phát triển bền vững trong ngành thép Việt Nam.

Thép Vitek là minh chứng tiêu biểu cho sự đổi mới của ngành thép hộp hiện đại

>>> Để hiểu thêm những ưu điểm mà thép hộp có thể mang lại, hãy tham khảo bài viết: Công dụng thép hộp mạ kẽm ứng dụng trong công nghiệp và đời sống

Hành trình phát triển của thép hộp là một minh chứng rõ nét cho sự sáng tạo và đổi mới không ngừng của con người. Từ những thanh kim loại thô sơ, nặng nề, trải qua các cuộc cách mạng công nghiệp và đột phá công nghệ, chúng ta đã tạo ra một vật liệu hoàn hảo về mặt kỹ thuật: thép hộp.