Thép không gỉ là gì?
'Không gỉ' là thuật ngữ được đặt ra sớm trong quá trình phát triển các loại thép này cho ứng dụng dao kéo. Nó được sử dụng làm tên chung cho các loại thép này và hiện bao gồm nhiều loại và cấp độ thép cho các ứng dụng chống ăn mòn hoặc oxy hóa.
Thép không gỉ là hợp kim sắt có hàm lượng crôm tối thiểu là 10,5%. Các nguyên tố hợp kim khác được thêm vào để nâng cao cấu trúc và tính chất của chúng như khả năng định dạng, độ bền và độ bền đông lạnh.
Cấu trúc tinh thể này làm cho loại thép này không có từ tính và ít giòn hơn ở nhiệt độ thấp. Để có độ cứng và độ bền cao hơn, carbon được thêm vào. Khi được xử lý nhiệt thích hợp, các loại thép này được sử dụng làm lưỡi dao cạo, dao kéo, dụng cụ, v.v.
Một lượng đáng kể mangan đã được sử dụng trong nhiều chế phẩm thép không gỉ. Mangan bảo tồn cấu trúc austenit trong thép giống như niken, nhưng với chi phí thấp hơn.
Các thành phần chính của thép không gỉ
Thép không gỉ hoặc thép chống ăn mòn là một loại hợp kim kim loại được tìm thấy ở nhiều dạng khác nhau. Nó phục vụ tốt nhu cầu thực tế của chúng ta đến mức khó có thể tìm thấy bất kỳ lĩnh vực nào trong cuộc sống mà chúng ta không sử dụng loại thép này. Thành phần chính của thép không gỉ là: sắt, crom, cacbon, niken, molypden và một lượng nhỏ các kim loại khác.
Chúng bao gồm các kim loại như:
- Niken
- Molypden
- Titan
- đồng
Các bổ sung phi kim loại cũng được thực hiện, những bổ sung chính là:
- Cacbon
- Nitơ
CHROMI VÀ NICKEL:
Crom là nguyên tố tạo nên thép không gỉ. Nó rất cần thiết trong việc hình thành màng thụ động. Các yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của crom trong việc hình thành hoặc duy trì màng, nhưng không có yếu tố nào khác có thể tạo ra các đặc tính của thép không gỉ.
Với hàm lượng crom khoảng 10,5%, một lớp màng yếu được hình thành và sẽ cung cấp khả năng bảo vệ khí quyển nhẹ. Bằng cách tăng lượng crom lên 17-20%, đặc trưng của loại thép không gỉ austenit loại 300, độ ổn định của màng thụ động được tăng lên. Việc tăng thêm hàm lượng crom sẽ mang lại sự bảo vệ bổ sung.
| Biểu tượng | Yếu tố |
| Al | Nhôm |
| C | Cacbon |
| Cr | crom |
| Cư | đồng |
| Fe | Sắt |
| Mo | Molypden |
| Mn | Mangan |
| N | Nitơ |
| Ni | Niken |
| P | Phốt pho |
| S | lưu huỳnh |
| Se | Selen |
| Ta | tantali |
| Ti | Titan |
Niken sẽ ổn định cấu trúc austenit (cấu trúc hạt hoặc tinh thể) của thép không gỉ và tăng cường các tính chất cơ học và đặc tính chế tạo. Hàm lượng niken từ 8-10% trở lên sẽ làm giảm xu hướng kim loại bị nứt do ăn mòn ứng suất. Niken cũng thúc đẩy quá trình thụ động trở lại trong trường hợp màng bị hỏng.
mangan:
Mangan kết hợp với niken thực hiện nhiều chức năng của niken. Nó cũng sẽ tương tác với lưu huỳnh trong thép không gỉ để tạo thành mangan sulfit, làm tăng khả năng chống ăn mòn rỗ. Bằng cách thay thế mangan bằng niken, sau đó kết hợp nó với nitơ, độ bền cũng được tăng lên.
MOLYBĐEN:
Molypden, kết hợp với crom, rất hiệu quả trong việc ổn định màng thụ động khi có mặt clorua. Nó có hiệu quả trong việc ngăn ngừa ăn mòn kẽ hở hoặc rỗ. Molypden, bên cạnh crom, mang lại khả năng chống ăn mòn cao nhất cho thép không gỉ. Edstrom Industries sử dụng thép không gỉ 316 vì nó chứa 2-3% molypden, giúp bảo vệ khi thêm clo vào nước.
THAN:
Carbon được sử dụng để tăng sức mạnh. Ở cấp độ martensitic, việc bổ sung cacbon tạo điều kiện cho quá trình đông cứng thông qua xử lý nhiệt.
Nitơ:
Nitơ được sử dụng để ổn định cấu trúc austenit của thép không gỉ, giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn rỗ và tăng cường độ bền cho thép. Sử dụng nitơ có thể làm tăng hàm lượng molypden lên tới 6%, giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn trong môi trường clorua.
TITAN VÀ MIOBI:
Titan và Miobium được sử dụng để giảm độ nhạy cảm của thép không gỉ. Khi thép không gỉ bị nhạy cảm, sự ăn mòn giữa các hạt có thể xảy ra. Điều này xảy ra do sự kết tủa của cacbua crom trong giai đoạn làm nguội khi hàn các bộ phận. Điều này làm cạn kiệt diện tích hàn của crom. Không có crom thì màng thụ động không thể hình thành. Titan và Niobium tương tác với carbon để tạo thành cacbua, để crom trong dung dịch để có thể hình thành một lớp màng thụ động.
ĐỒNG VÀ NHÔM:
Đồng và Nhôm, cùng với Titan, có thể được thêm vào thép không gỉ để làm cứng nó. Độ cứng đạt được bằng cách ngâm ở nhiệt độ 900 đến 1150F. Các nguyên tố này tạo thành cấu trúc vi mô cứng liên kim loại trong quá trình ngâm ở nhiệt độ cao.
Lưu huỳnh và Selen:
Lưu huỳnh và Selenium được thêm vào thép không gỉ 304 để làm cho nó dễ dàng gia công. Loại thép này trở thành thép không gỉ 303 hoặc 303SE, được Edstrom Industries sử dụng để chế tạo van, đai ốc và các bộ phận không tiếp xúc với nước uống.
Các loại thép không gỉ
AISI ĐỊNH NGHĨA CÁC LỚP SAU ĐÂY TRONG SỐ CÁC LỚP KHÁC:
Còn được gọi là thép không gỉ “hàng hải” do khả năng chống ăn mòn của nước mặn tăng lên so với loại 304. SS316 thường được sử dụng để xây dựng các nhà máy tái chế hạt nhân.
THÉP KHÔNG GỈ 304/304L
Loại 304 có độ bền thấp hơn một chút so với loại 302 do hàm lượng carbon thấp hơn.
THÉP KHÔNG GỈ 316/316L
Thép không gỉ loại 316/316L là thép molypden có khả năng chống rỗ được cải thiện bằng các dung dịch chứa clorua và các halogenua khác.
THÉP KHÔNG GỈ 310S
Thép không gỉ 310S có khả năng chống oxy hóa tuyệt vời ở nhiệt độ không đổi đến 2000°F.
THÉP KHÔNG GỈ 317L
317L là thép niken crom austenit mang molypden tương tự như loại 316, ngoại trừ hàm lượng hợp kim trong 317L cao hơn một chút.
THÉP KHÔNG GỈ 321/321H
Loại 321 là loại 304 cơ bản được biến đổi bằng cách thêm titan với lượng ít nhất gấp 5 lần hàm lượng carbon cộng với nitơ.
THÉP KHÔNG GỈ 410
Loại 410 là loại thép không gỉ martensitic có từ tính, chống ăn mòn trong môi trường ôn hòa và có độ dẻo khá tốt.
DUPLEX 2205 (UNS S31803)
Duplex 2205 (UNS S31803), hay Avesta Sheffield 2205 là thép không gỉ ferritic-austenit.
THÉP KHÔNG GỈ CŨNG ĐƯỢC PHÂN LOẠI THEO CẤU TRÚC TINH THỂ:
- Thép không gỉ Austenitic chiếm hơn 70% tổng sản lượng thép không gỉ. Chúng chứa tối đa 0,15% carbon, tối thiểu 16% crom và đủ niken và/hoặc mangan để giữ lại cấu trúc austenit ở mọi nhiệt độ từ vùng đông lạnh đến điểm nóng chảy của hợp kim. Thành phần điển hình là 18% crom và 10% niken, thường được gọi là thép không gỉ 18/10 thường được sử dụng trong đồ dùng phẳng. Tương tự 18/0 và 18/8 cũng có sẵn. ¨Thép không gỉ Superaustenit〃, chẳng hạn như hợp kim AL-6XN và 254SMO, có khả năng chống rỗ clorua và ăn mòn kẽ hở cao do hàm lượng Molypden cao (> 6%) và bổ sung nitơ cũng như hàm lượng niken cao hơn đảm bảo khả năng chống nứt ăn mòn do ứng suất tốt hơn trên loạt 300. Hàm lượng hợp kim cao hơn của thép “Superaustenitic” có nghĩa là chúng đắt đến mức đáng sợ và hiệu suất tương tự thường có thể đạt được bằng cách sử dụng thép song công với chi phí thấp hơn nhiều.
- Thép không gỉ ferit có khả năng chống ăn mòn cao nhưng kém bền hơn nhiều so với các loại austenit và không thể làm cứng bằng cách xử lý nhiệt. Chúng chứa từ 10,5% đến 27% crom và rất ít niken, nếu có. Hầu hết các chế phẩm bao gồm molypden; một số, nhôm hoặc titan. Các loại ferritic phổ biến bao gồm 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo và 29Cr-4Mo-2Ni.
- Thép không gỉ Martensitic không có khả năng chống ăn mòn như hai loại còn lại, nhưng cực kỳ chắc chắn và dẻo dai cũng như có khả năng gia công cao và có thể được làm cứng bằng cách xử lý nhiệt. Thép không gỉ Martensitic chứa crom (12-14%), molypden (0,2-1%), không chứa niken và khoảng 0,1-1% carbon (làm cho nó cứng hơn nhưng làm cho vật liệu giòn hơn một chút). Nó được dập tắt và có từ tính. Nó còn được gọi là thép “series-00”.
- Thép không gỉ song có cấu trúc vi mô hỗn hợp của austenite và ferrite, mục đích là tạo ra hỗn hợp 50:50 mặc dù trong các hợp kim thương mại, hỗn hợp có thể là 60:40. Thép song công đã cải thiện độ bền so với thép không gỉ austenit và cũng cải thiện khả năng chống ăn mòn cục bộ, đặc biệt là rỗ, ăn mòn kẽ hở và nứt ăn mòn ứng suất. Chúng được đặc trưng bởi hàm lượng crôm cao và hàm lượng niken thấp hơn thép không gỉ austenit.
Lịch sử của thép không gỉ
Một số đồ tạo tác bằng sắt chống ăn mòn vẫn tồn tại từ thời cổ đại. Một ví dụ nổi tiếng (và rất lớn) là Cột sắt của Delhi, được dựng lên theo lệnh của Kumara Gupta I vào khoảng năm 400 sau Công nguyên. Tuy nhiên, không giống như thép không gỉ, những đồ tạo tác này có độ bền không phải nhờ crom mà nhờ hàm lượng phốt pho cao. Điều này cùng với điều kiện thời tiết địa phương thuận lợi sẽ thúc đẩy sự hình thành một lớp oxit sắt và phốt phát thụ động bảo vệ vững chắc, thay vì lớp gỉ nứt, không bảo vệ thường phát triển trên hầu hết các đồ sắt.
Khả năng chống ăn mòn của hợp kim sắt-crom lần đầu tiên được công nhận vào năm 1821 bởi nhà luyện kim người Pháp Pierre Berthier, người đã ghi nhận khả năng chống lại sự tấn công của một số axit và đề xuất sử dụng chúng trong dao kéo. Tuy nhiên, các nhà luyện kim ở thế kỷ 19 không thể tạo ra sự kết hợp giữa cacbon thấp và crom cao được tìm thấy trong hầu hết các loại thép không gỉ hiện đại, và các hợp kim có hàm lượng crom cao mà họ có thể tạo ra lại quá giòn nên không được ứng dụng trong thực tế.
Tình trạng này đã thay đổi vào cuối những năm 1890, khi Hans Goldschmidt của Đức phát triển quy trình nhiệt nhôm (nhiệt nhôm) để sản xuất crom không chứa carbon. Trong những năm 1904–1911, một số nhà nghiên cứu, đặc biệt là Leon Guillet của Pháp, đã chế tạo ra những hợp kim mà ngày nay được coi là thép không gỉ. Năm 1911, Philip Monnartz của Đức đã báo cáo về mối quan hệ giữa hàm lượng crom và khả năng chống ăn mòn của các hợp kim này.
Harry Brearley của phòng thí nghiệm nghiên cứu Brown-Firth ở Sheffield, Anh được coi là “nhà phát minh” thép không gỉ nhiều nhất.
thép. Năm 1913, khi đang tìm kiếm một hợp kim chống xói mòn cho nòng súng, ông đã phát hiện và sau đó công nghiệp hóa hợp kim thép không gỉ martensitic. Tuy nhiên, sự phát triển công nghiệp tương tự đang diễn ra đồng thời tại Nhà máy sắt Krupp ở Đức, nơi Eduard Maurer và Benno Strauss đang phát triển hợp kim austenit (21% crom, 7% niken) và ở Hoa Kỳ, nơi Christian Dantsizen và Frederick Becket đang công nghiệp hóa chất không gỉ ferritic.
Xin lưu ý rằng bạn có thể quan tâm đến các bài viết kỹ thuật khác mà chúng tôi đã xuất bản:
Thời gian đăng: 16-06-2022