Quý khách hàng có nhu cầu sử dụng Gói dịch Tra cứu toàn bộ nội dung gần 300 Tiêu chuẩn Quốc gia (TCVN) về Thép (xem chi tiết), xin liên hệ trực tiếp với TECHDOC để được hỗ trợ tư vấn ban đầu:   

Điện thoại:  0964648020   

Email: info@standard.vn   

1. Thép không gỉ là gì?

Thép không gỉ hay còn gọi là inox, thép chống ăn mòn (CRES) và thép không rỉ là hợp kim của sắt có khả năng chống rỉ sét và ăn mòn. Theo Tiêu chuẩn Quốc tế ISO 15510:2014 (TCVN 10356:2017) Thép không gỉ chứa ít nhất 10,5% crom và thường là niken, cũng như 0,2 đến 2,11% cacbon. Khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ là nhờ crom, chất này tạo thành một lớp màng thụ động có thể bảo vệ vật liệu và tự phục hồi khi có oxy.

Các đặc tính của hợp kim như độ bóng và khả năng chống ăn mòn rất hữu ích trong nhiều ứng dụng. Thép không gỉ có thể được cuộn thành tấm, tấm, thanh, dây và ống. Chúng có thể được sử dụng trong dụng cụ nấu ăn, dao kéo, dụng cụ phẫu thuật, thiết bị chính, xe cộ, vật liệu xây dựng trong các tòa nhà lớn, thiết bị công nghiệp (ví dụ: trong nhà máy giấy, nhà máy hóa chất, xử lý nước), bể chứa và tàu chở hóa chất và sản phẩm thực phẩm.

Khả năng làm sạch sinh học của thép không gỉ vượt trội hơn cả nhôm và đồng và có thể so sánh với thủy tinh. Khả năng làm sạch, độ bền và khả năng chống ăn mòn của Thép không gỉ đã thúc đẩy việc sử dụng thép không gỉ trong các nhà máy chế biến thực phẩm và dược phẩm.

Các loại thép không gỉ khác nhau được dán nhãn bằng số có ba chữ số AISI. Tiêu chuẩn ISO 15510:2014 (TCVN 10356:2017) liệt kê các thành phần hóa học của thép không gỉ theo các thông số kỹ thuật theo tiêu chuẩn ISO, ASTM, EN, JIS và GB hiện có trong một bảng trao đổi hữu ích.

2. Các tính chất của Thép không gỉ

Khả năng chống ăn mòn

Mặc dù thép không gỉ bị rỉ sét nhưng điều này chỉ ảnh hưởng đến một số lớp nguyên tử bên ngoài, hàm lượng crom của nó bảo vệ các lớp sâu hơn khỏi quá trình oxy hóa.

Việc bổ sung nitơ cũng cải thiện khả năng chống ăn mòn rỗ và tăng độ bền cơ học. Vì vậy, có rất nhiều loại thép không gỉ với hàm lượng crom và molypden khác nhau để phù hợp với môi trường mà hợp kim phải chịu đựng. Khả năng chống ăn mòn có thể được tăng thêm bằng các biện pháp sau:

• tăng hàm lượng crom lên hơn 11%

• thêm niken vào ít nhất 8%

• thêm molypden (cũng giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn rỗ)

Độ bền

Loại thép không gỉ phổ biến nhất là Thép không gỉ 304, có độ bền kéo khoảng 30.000 psi (210 MPa) trong điều kiện ủ. Loại thép này có thể được tăng cường bằng cách gia công nguội tới cường độ 153.000 psi (1.050 MPa) ở điều kiện cứng hoàn toàn.

Các loại thép không gỉ bền nhất thường có sẵn là các hợp kim làm cứng kết tủa như 17-4 PH và Custom 465. Chúng có thể được xử lý nhiệt để có cường độ chịu kéo lên tới 251.000 psi (1.730 MPa).

Điểm nóng chảy

Thép không gỉ là một loại thép, do đó điểm nóng chảy của nó gần bằng thép thông thường và cao hơn nhiều so với điểm nóng chảy của nhôm hoặc đồng. Giống như hầu hết các hợp kim, điểm nóng chảy của thép không gỉ được biểu thị dưới dạng một phạm vi nhiệt độ chứ không phải một nhiệt độ duy nhất. Phạm vi nhiệt độ này dao động từ 1.400 đến 1.530 °C (2.550 đến 2.790 °F; 1.670 đến 1.800 K; 3.010 đến 3.250 °R) tùy thuộc vào độ đặc cụ thể của hợp kim được đề cập.

Độ dẫn điện

Giống như thép, thép không gỉ là chất dẫn điện tương đối kém, có độ dẫn điện thấp hơn đáng kể so với đồng. Đặc biệt, điện trở tiếp xúc không dùng điện (ECR) của thép không gỉ phát sinh do lớp oxit bảo vệ dày đặc và hạn chế chức năng của nó trong các ứng dụng như đầu nối điện. Hợp kim đồng và đầu nối mạ niken có xu hướng thể hiện giá trị ECR thấp hơn và là vật liệu được ưu tiên cho các ứng dụng đó. Tuy nhiên, đầu nối bằng thép không gỉ được sử dụng trong các trường hợp ECR đặt ra tiêu chí thiết kế thấp hơn và yêu cầu khả năng chống ăn mòn, chẳng hạn như ở nhiệt độ cao và môi trường oxy hóa.

Từ tính

Thép không gỉ Martensitic, duplex và ferritic có từ tính, trong khi thép không gỉ austenit thường không có từ tính. Thép Ferritic có từ tính nhờ cấu trúc tinh thể lập phương tập trung vào vật thể, trong đó các nguyên tử sắt được sắp xếp thành hình khối (với một nguyên tử sắt ở mỗi góc) và một nguyên tử sắt bổ sung ở trung tâm. Nguyên tử sắt trung tâm này chịu trách nhiệm về tính chất từ của thép ferit. Sự sắp xếp này cũng hạn chế lượng carbon mà thép có thể hấp thụ ở mức khoảng 0,025%. Các loại có trường cưỡng bức thấp đã được phát triển cho các van điện dùng trong thiết bị gia dụng và cho hệ thống phun trong động cơ đốt trong. Một số ứng dụng yêu cầu vật liệu không có từ tính, chẳng hạn như chụp ảnh cộng hưởng từ.  Thép không gỉ Austenitic, thường không có từ tính, có thể được tạo ra từ tính nhẹ thông qua quá trình làm cứng. Đôi khi, nếu thép austenit bị uốn cong hoặc cắt, từ tính sẽ xuất hiện dọc theo mép thép không gỉ do cấu trúc tinh thể tự sắp xếp lại.

Tính thấm từ của một số loại thép không gỉ austenit sau khi ủ 2 giờ ở 1050 °C

Sự mài mòn

Sự mài mòn, đôi khi được gọi là hàn nguội, là một dạng hao mòn bám dính nghiêm trọng, có thể xảy ra khi hai bề mặt kim loại chuyển động tương đối với nhau và chịu áp lực lớn. Các ốc vít bằng thép không gỉ Austenitic đặc biệt dễ bị bám ren, mặc dù các hợp kim khác tự tạo ra màng bề mặt oxit bảo vệ, chẳng hạn như nhôm và titan, cũng dễ bị ảnh hưởng. Khi trượt lực tiếp xúc cao, oxit này có thể bị biến dạng, vỡ và bị loại bỏ khỏi các bộ phận của bộ phận, làm lộ ra kim loại phản ứng trần. Khi hai bề mặt được làm từ cùng một chất liệu, những bề mặt lộ ra này có thể dễ dàng kết hợp với nhau. Việc tách hai bề mặt có thể dẫn đến rách bề mặt và thậm chí giữ lại hoàn toàn các thành phần kim loại hoặc ốc vít. Có thể giảm thiểu hiện tượng ăn mòn bằng cách sử dụng các vật liệu khác nhau (đồng với thép không gỉ) hoặc sử dụng các loại thép không gỉ khác nhau (martensitic với austenit). Ngoài ra, các mối nối ren có thể được bôi trơn để tạo lớp màng giữa hai bộ phận và ngăn ngừa hiện tượng lõm. Nitronic 60, được tạo ra bằng cách hợp kim chọn lọc với mangan, silicon và nitơ, đã chứng tỏ xu hướng giảm mật.

Mật độ

Mật độ của thép không gỉ dao động từ 7.500 kg/m3 đến 8.000 kg/m3 tùy thuộc vào hợp kim.

Mật độ thép không gỉ

Phân loại

Thép không gỉ được phân thành năm họ chính được phân biệt chủ yếu bởi cấu trúc tinh thể của chúng:

Thép ferit

Thép ferit chống ăn mòn có giới hạn hàm lượng cacbon là 0,08 % khối lượng. Các loại thép này phải được ủ ở các nhiệt độ sao cho ở nhiệt độ này austenit được tạo thành. Vùng giới hạn nhiệt độ nung này thường là từ 850 °C đến 950 °C tùy thuộc vào thành phần hóa học. Xử lý nhiệt ở các nhiệt độ cao hơn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt của các mối hàn sẽ chứa austenit và austenit này sẽ chuyển biến thành mactenxit trong quá trình làm nguội. Xu thế chuyển biến này chịu ảnh hưởng của các hàm lượng của cacbon và nitơ chưa ổn định và hàm lượng của crôm và các nguyên tố hợp kim khác. Thép có nhiều khả năng bị biến đổi thành mactenxit nhất được gọi là thép bán ferit.

Cấu trúc mạng tinh thể của ferit (ferit anpha hoặc ferit delta) là mạng lập phương tâm khối có từ tính.

Tổ chức này có tính dẻo trong các điều kiện chế tạo riêng, đặc biệt khi ở các mặt cắt ngang mỏng.

Các loại thép ferit có tính cắt gọt tốt thường được sử dụng nhiều nhất cho các chi tiết dạng thanh, dầm bao gồm cả loại thép ferit có bổ sung thêm lưu huỳnh trên 0,15 % để dễ dàng gia công cắt. Sự bổ sung thêm lưu huỳnh này có thể làm cho khả năng chịu ăn mòn giảm đi một chút.

Một số loại thép ferit có tính hàn tương đối tốt. Thông thường, nên dùng nhiệt lượng cấp vào thấp để tránh mối hàn bị giòn do hạt tinh thể quá lớn.

Thép mactenxit

Các loại thép mactenxit có hàm lượng cacbon cao nhất tính bằng phần trăm khối lượng, điển hình từ 0,08 % đến 1,00 %. Độ bền cơ học của các loại thép này tăng lên sau nhiệt luyện tôi và ram. Các loại thép này có tính sắt từ.

Một số mác thép có bổ sung thêm lưu huỳnh trên 0,15 % để cải thiện tính gia công cơ.

Trong trường hợp này, cần lưu ý rằng khả năng chịu ăn mòn có thể bị suy giảm.

Ngoài các loại thép được quy định trong tiêu chuẩn này còn có các loại thép được sử dụng cho các ứng dụng riêng. Ví dụ như một số loại thép được dùng cho chế tạo các ổ trục có các thành phần trong phạm vi của các loại thép không gỉ.

Thép hóa bền tiết pha

Các loại thép hóa bền tiết pha có thể có độ bền cao trong khi vẫn giữ được khả năng chịu ăn mòn tốt.

Độ bền cao của các loại thép này là do sự phân tán của các hợp chất giữa các kim loại trong tổ chức bởi xử lý nhiệt lần cuối ở nhiệt độ tương đối thấp.

Các điều kiện để xử lý nhiệt riêng phải được điều chỉnh tùy thuộc vào mức cơ tính yêu cầu và các dữ liệu do nhà sản xuất cung cấp.

Thép austenit

Các loại thép austenit có được do hợp kim hóa kết hợp của niken, mangan, đồng, nitơ và cacbon để tạo ra tổ chức austenit.

Tổ chức kim tương của các loại thép này là austenit (pha gama), có cấu chức tinh thể lập phương tâm mặt không có từ tính.

Một số loại thép austenit có thể có từ tính yếu do sự tạo thành mactenxit xen lẫn trong quá trình biến dạng hoặc sự tạo thành ferit delta trong quá trình đông đặc.

CHÚ THÍCH: Các tổ chức mactenxit chỉ có thể được loại bỏ bằng ủ hoàn toàn hoặc có thể được giảm đi đáng kể bằng cách điều chỉnh hàm lượng các nguyên tố như cacbon, mangan, nitơ và niken.

Các loại thép austenit có khả năng chịu ăn mòn tốt. Các loại thép austenit không tôi cứng được bằng nhiệt luyện. Độ bền của chúng có thể được tăng lên bằng bổ sung thêm nitơ hoặc bằng gia công nguội.

Nếu các loại thép austenit có hàm lượng cacbon 0,04 % hoặc lớn hơn tính theo khối lượng và được làm nguội chậm sau khi xử lý nhiệt hoặc hàn (ví dụ ở các mặt cắt dày), crôm cacbit sẽ tiết pha phân tán trên biên giới hạt ở vùng nhiệt độ tới hạn xấp xỉ 600 °C đến 800 °C. Hiện tượng này gây ra ăn mòn tinh giới khi tiếp xúc với axit và các môi trường ăn mòn khác. Có hai cách để tránh sự ăn mòn này là thay đổi thành phần hóa học được cho trong c) và d) dưới đây.

Các loại thép austenit có tính chất hàn tốt.

Các loại thép austenit có độ dai cực tốt. Thậm chí một số loại thép austenit ở trạng thái ổn định giữ được độ dai ở nhiệt độ lạnh sâu.

Tùy theo hàm lượng cacbon và các nguyên tố hợp kim, thép austenit có thể được phân loại như sau:

a) Thép austenit không chứa molipđen

Các loại thép này thường khó gia công cơ hơn các loại thép không gỉ ferit hoặc mactenxit. Các loại thép không gỉ austenit (với S ≥ 0,15 %) có thể tiến hành các dạng cắt gọt nhưng hàm lượng lưu huỳnh cao sẽ làm cho khả năng chịu ăn mòn giảm đi một chút.

b) Thép austenit có molipđen

Sự bổ sung molipđen thường cải thiện độ bền chống ăn mòn, đặc biệt là chống sự tạo thành lỗ rỗ do clorua.

Thép không gỉ chứa molipđen không được sử dụng trong các môi trường axit nitơric và khí nitơ

c) Thép austenit có hàm lượng cacbon cực thấp

Một phương pháp để tránh ăn mòn tinh giới gây ra do hàn là nấu luyện thép có hàm lượng cacbon thấp (≤ 0,030 %) sao cho quá trình tiết pha phân tán của crôm cacbit bị chậm trễ so với khoảng thời gian phơi nhiệt trong quá trình hàn và khử ứng suất khi sử dụng.

d) Thép austenit ổn định hóa

Sự bổ sung titan và/hoặc niobi sẽ ngăn ngừa sự tạo thành crôm cacbit trong quá trình nhiệt luyện, hàn, hoặc trong sử dụng có tiếp xúc với nhiệt trong thời gian dài.

e) Thép siêu austenit

Các loại thép này có hàm lượng crôm và molipđen đầy đủ và có tổ chức hoàn toàn austenit do hàm lượng niken và nitơ cao. Chúng có độ bền chống ăn mòn rất tốt trong các môi trường ăn mòn.

f) So sánh các phương pháp phòng tránh sự ăn mòn tinh giới

Cho đến những năm 1960, giải pháp dùng dung dịch rắn có thành phần ổn định hóa để tránh ăn mòn tinh giới đã được ưu tiên mặc dù có khó khăn do chi phí cao và độ tin cậy thấp trong tinh luyện thép có hàm lượng cacbon rất thấp trong lò điện hồ quang. Tuy nhiên, từ đó đến nay, các tiến bộ về công nghệ nấu luyện thép không gỉ cho phép tạo ra được các loại thép có hàm lượng cacbon rất thấp với giá thành rẻ hơn, nhanh hơn và tin cậy hơn so với thép ổn định hóa.

Nhà sản xuất cần có lời khuyên về việc lựa chọn thép, cần lựa chọn "giải pháp" nào, thép sẽ được nấu luyện và xử lý như thế nào để không có nguy cơ ăn mòn tinh giới ở trạng thái cung cấp và có nên quy định thử nghiệm ăn mòn tinh giới trong hầu hết các điều kiện kỹ thuật mua hàng hay không.

Thép austenit-ferit (song pha)

Các loại thép không gỉ song pha thường có hàm lượng crôm cao hơn (20 % đến 30 % khối lượng), có hoặc không có thêm molipđen đến 5 % và hàm lượng niken là trung gian giữa các loại thép không gỉ ferit và austenit. Tổ chức kim tương điển hình thường là 40 % đến 60 % austenit trên nền ferit. Sự bổ sung nitơ chủ yếu là để duy trì độ dai và độ bền chống ăn mòn trong trường hợp các loại thép này được hàn và sau đó không được ủ hoàn toàn.

Các đặc tính bền của thép không gỉ hai pha cao hơn các đặc tính bền của thép austenit.

Các loại thép này có độ bền chống ăn mòn ứng suất rất tốt.

Pha sigma và các pha khác được hình thành nhanh trong các loại thép này trong vùng nhiệt độ ở 600 °C đến 900 °C có thể làm giảm đáng kể độ dai và độ bền chống ăn mòn. Nên làm nguội nhanh các mối hàn trong phạm vi nhiệt độ này. Có thể cần phải ủ hoàn toàn và tôi để loại bỏ các pha có hại này. Tuy nhiên, một số loại thép song pha được thiết kế để giảm tới mức tối thiểu sự tạo thành các pha có hại này để tránh phải xử lý nhiệt sau hàn.

Thép chống rão

Các phương án thay đổi cho các loại thép được mô tả trong các điều C.1 đến C.6, thường có hàm lượng cacbon tăng, được sử dụng như các loại thép chống rão.

Thép chịu nhiệt

Các loại thép ferit hoặc austenit này được sử dụng bởi có tính nổi trội chống sự oxy hóa và ăn mòn do các khí có nhiệt độ cao và trong thực tế chúng giữ được cơ tính trong một phạm vi nhiệt độ rộng.

Đặc điểm chung của thép không gỉ 

 So với thép cacbon thấp thì thép không gỉ có một số đặc tính như sau: 

• Tốc độ hóa bền rèn cao
• Độ dẻo cao hơn
• Độ cứng và độ bền cao hơn
• Độ bền nóng cao hơn
• Chống chịu ăn mòn cao hơn
• Độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tốt hơn
• Phản ứng từ kém hơn (chỉ với thép austenit)
• Các cơ tính đó thực ra đúng cho họ thép austenit và có thể thay đổi khá nhiều đối với các mác thép và họ thép khác. Các cơ tính đó liên quan đến các lĩnh vực ứng dụng thép không gỉ, nhưng cũng chịu ảnh hưởng của thiết bị và phương pháp chế tạo 

Bảng 1 (Phần A). Tính chất so sánh của họ thép không gỉ. 

  (1)- Sức hút của nam châm đối với thép. Chú ý, một số mác thép bị nam châm hút khi đã qua rèn nguội. 

 (2)- Biến động đáng kể giữa các mác thép trong mỗi nhóm, ví dụ, các mác không gia được có tính chịu ăn mòn thấp hơn, và khi có Mo cao hơn sẽ có tính kháng cao hơn.