Thép không gỉ là gì? Thuộc tính và ứng dụng

Nhu cầu về thép không gỉ đang tăng với tốc độ khổng lồ 5% mỗi năm. Năm 2019, sản lượng toàn cầu của nó đạt hơn 52 triệu tấn.

Hiện nay, một số lượng lớn các ngành công nghiệp sử dụng thép không gỉ. Bên cạnh các công trình xây dựng truyền thống và hàng hải, các thiết bị gia dụng cũng đang có xu hướng sử dụng ngày càng tăng.

Mặc dù thép không gỉ đắt hơn thép nhẹ , nhưng các đặc tính tuyệt vời của nó giúp tăng tuổi thọ và giảm chi phí chu kỳ. Vì vậy, chi phí trả trước lớn hơn sẽ được đền đáp trong thời gian dài hơn.

Bài viết này sẽ xem xét kỹ hơn về kim loại này và điều gì khiến nó trở nên phổ biến trong các ngành công nghiệp khác nhau.

Thép không gỉ là gì?

Chúng ta biết rằng thép là hợp kim của sắt và carbon với hàm lượng carbon tối đa là 2,1%. Thép không gỉ là một nhóm thép có khả năng chống ăn mòn thông qua việc bổ sung các nguyên tố hợp kim .

Thuật ngữ thép không gỉ được sử dụng để mô tả một họ gồm khoảng 200 hợp kim thép có đặc tính chống ăn mòn và chịu nhiệt vượt trội. Tỷ lệ carbon có thể dao động từ 0,03% đến 1,2%.

Đặc điểm nổi bật của nó là lượng crom cao. Thép không gỉ chứa tối thiểu 10,5% crom giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn và độ bền của nó.

Crom trong hợp kim tạo ra một lớp thụ động đối với quá trình oxy hóa khi tiếp xúc với không khí. Lớp này hoạt động như một lá chắn chống lại sự ăn mòn thêm về cơ bản làm cho hợp kim chống gỉ. Cơ chế này cho phép duy trì vẻ ngoài không tì vết trong thời gian dài trong điều kiện làm việc bình thường.

Lợi ích của thép không gỉ

Thép không gỉ đã được sử dụng với thành công phi thường trong các ngành công nghiệp khác nhau trong hơn 70 năm. Mỗi năm trôi qua, nhiều ứng dụng đang được phát hiện hơn khi các ưu điểm của nó ngày càng được xác định rộng rãi hơn.

Với sự gia tăng nhu cầu, sản xuất đã tăng lên làm cho nó có giá cả phải chăng hơn bao giờ hết. Nhu cầu gia tăng dẫn đến tính khả dụng ở các kích thước tiêu chuẩn cũng như phi tiêu chuẩn. Ngoài ra, một loạt các kết thúc bằng thép không gỉ có sẵn để lựa chọn.

Bên cạnh các lớp hoàn thiện được đánh bóng, có sẵn một loạt các bề mặt có hoa văn và màu sắc. Điều này làm cho việc tìm kiếm một lựa chọn phù hợp cho nhu cầu của bạn có thể.

Thép không gỉ cũng có thể tái chế 100%. Trên thực tế, một nửa sản lượng thép không gỉ là từ kim loại phế liệu. Điều này làm cho nó trở thành một vật liệu tương đối thân thiện với môi trường.

Trường hợp sử dụng

Thép không gỉ là một vật liệu cực kỳ linh hoạt. Nó được ưu tiên khi các đặc tính của thép và khả năng chống ăn mòn được yêu cầu song song.

Công dụng đầu tiên của nó là trong dao kéo nhưng do đặc tính chống ăn mòn của nó. Tiếp theo, nó tìm đường đến ngành công nghiệp hóa chất. Ngày nay, chúng ta có thể thấy thép không gỉ khá nhiều ở khắp mọi nơi.

Các trường hợp sử dụng khác nhau giữa các ngành công nghiệp. Ví dụ, việc sử dụng bao gồm chế tạo các bộ phận cực nhỏ cho đồng hồ đeo tay. Đồng thời, các tấm lớn với bề mặt hoàn thiện nhất định có thể bao phủ toàn bộ tòa nhà.

Một số ngành công nghiệp sử dụng rộng rãi thép không gỉ:

• Thực phẩm và phục vụ
• Hóa chất và dược phẩm
• Sản xuất thiết bị y tế
• Kiến trúc và xây dựng
• đồ gia dụng
• Ngoài khơi và đóng tàu
• sản xuất ô tô
• Năng lượng và công nghiệp

Các loại thép không gỉ

Có nhiều loại và lớp hoàn thiện bề mặt của thép không gỉ tùy thuộc vào môi trường mà kim loại dự kiến ​​sẽ chịu được. Dựa trên cấu trúc vi mô, chúng có thể được phân thành bốn loại chính.

Thép không gỉ austenit

Thép không gỉ Austenitic có austenite là cấu trúc vi mô chính. Austenit là dung dịch rắn của sắt và cacbon tồn tại trên nhiệt độ tới hạn 723°C. Dòng thép không gỉ này thể hiện độ dẻo dai cao và khả năng chịu nhiệt độ cao ấn tượng.

70 phần trăm của tất cả thép không gỉ là austenit. Nó chứa ít nhất 16% crom và 6% niken.

Chất ổn định austenit là các nguyên tố được thêm vào để thúc đẩy sự hình thành cấu trúc vi mô austenit. Loại thép không gỉ này là kim loại không có từ tính và không thể làm cứng bằng cách xử lý nhiệt . Khả năng chống ăn mòn có thể được sửa đổi tùy thuộc vào môi trường dịch vụ.

Thép không gỉ Ferit

Thép Ferit thường sẽ chỉ có crom là nguyên tố hợp kim. Hàm lượng crom dao động từ 10,5 đến 18%. Chúng có khả năng chống ăn mòn trung bình và đặc tính chế tạo kém. Các phương pháp xử lý nhiệt cũng không giúp làm cứng kim loại.

Họ thường có khả năng kỹ thuật tốt hơn so với lớp austenit. Không giống như các lớp austenit, chúng có từ tính. Chúng cũng có khả năng chống ăn mòn ứng suất tốt, dẫn đến độ mài mòn vật liệu bị ăn mòn thấp hơn .

thép không gỉ kép

Duplex là hỗn hợp của thép không gỉ Austenit và Ferit. Vì vậy, nó có các thuộc tính của cả hai thành phần của nó. Nó có nồng độ crom cao và niken thấp. Với độ bền kéo cao và khả năng hàn tốt, thép không gỉ song công mang lại những lợi thế độc đáo.

Nó cho thấy khả năng chống ăn mòn ứng suất tốt nhưng không nhiều như các loại ferritic. Nó cứng hơn các loại ferritic nhưng thấp hơn các loại austenit.

Thép không gỉ Mactenxit

Loại thép không gỉ này bao gồm hàm lượng carbon cao và crom thấp hơn. Giống như các lớp ferit, nó có từ tính. Nó hiển thị khả năng hàn kém so với các loại khác nhưng nó có độ cứng cao hơn và có thể được xử lý nhiệt để cải thiện các đặc tính.

Thép không gỉ Martensitic sẽ có khả năng chống ăn mòn thấp hơn khi so sánh với các loại thép Austenit và Ferit có cùng hàm lượng crom và hợp kim.

Lượng mưa làm cứng thép không gỉ

Nhóm phụ này cung cấp sự kết hợp của các thuộc tính austenitic và martensitic. Quá trình làm cứng đạt được bằng cách thêm một hoặc nhiều nguyên tố như nhôm, molypden, niobi, titan và đồng.

Nó có khả năng phát triển độ bền kéo cao thông qua xử lý nhiệt. Nó chứa crom và niken làm nguyên tố hợp kim. Các lớp này được sử dụng trong các ứng dụng tốc độ cao như cánh tuabin.

Các loại thép không gỉ

Có hàng trăm loại thép không gỉ trên thị trường hiện nay. Việc chọn đúng cho ứng dụng của bạn là rất quan trọng vì các thuộc tính của chúng có thể khá khác nhau.

Hệ thống AISI (Viện Sắt thép Hoa Kỳ) để đặt tên cho thép không gỉ vẫn được ngành công nghiệp sử dụng. Hệ thống đánh số sử dụng các số có ba chữ số bắt đầu bằng 2, 3 hoặc 4.

loạt 200

Sê-ri này được sử dụng cho các loại austenit có chứa mangan. Các loại thép mangan crom này có hàm lượng niken thấp (dưới 5%).

200 series được sử dụng trong:

• Máy giặt
• dao kéo
• Thiết bị đồ ăn thức uống
• ngành công nghiệp ô tô
• Thiết bị trong cửa, v.v.

loạt 300

Sê-ri này được sử dụng để đặt tên cho thép không gỉ austenit với carbon, niken và molypden làm nguyên tố hợp kim. Việc bổ sung molypden giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn trong môi trường axit trong khi niken cải thiện độ dẻo.

AISI 304 và 316 là các loại phổ biến nhất trong sê-ri này. AISI 304 còn thường được gọi là thép 18/8 vì nó chứa 18% crôm và 8% niken.

Các ứng dụng thép không gỉ 300 series bao gồm:

• Ngành thực phẩm & đồ uống
• ngành công nghiệp ô tô
• Cấu trúc cho môi trường quan trọng
• dụng cụ y tế
• Đồ trang sức, v.v.

loạt 400

Hợp kim Ferritic và martensitic tạo thành loạt thép không gỉ này. Những lớp này có sẵn để xử lý nhiệt. Cung cấp một sự kết hợp tốt giữa sức mạnh và khả năng chống mài mòn cao. Tuy nhiên, các đặc tính chống ăn mòn thấp hơn 300 series.

Các ứng dụng cho dòng 400 bao gồm:

• thiết bị nông nghiệp
• trục động cơ
• Các bộ phận tuabin khí, v.v.

lớp SAE

Hệ thống đánh số SAE sử dụng mã số UNS gồm 1 chữ cái + 5 chữ số để chỉ định thép không gỉ. Loại AISI phổ biến 304 có S30400 là ký hiệu SAE của nó. Mặc dù hầu hết các loại đều có ký hiệu, nhưng các loại độc quyền mới được phát triển có thể được đặt tên bởi chủ sở hữu của chúng và không có bất kỳ mã SAE nào.

Tính chất cơ học thép không gỉ

Nếu bạn không chắc các thuộc tính được thảo luận bên dưới có nghĩa là gì, bạn có thể xem tổng quan về các thuộc tính vật liệu của chúng tôi để xem giải thích dài hơn về từng loại.

 

Sức mạnh năng suất

Tùy thuộc vào loại, thép không gỉ có thể có độ bền cao và độ giãn dài thấp hoặc độ bền thấp và độ giãn dài cao. Họ so sánh rất tốt với thép carbon khi nói đến sức mạnh năng suất.

Sức mạnh ở nhiệt độ cao

Thép không gỉ hoạt động tương đối tốt hơn so với các loại thép carbon khác ở nhiệt độ cao hơn. Nó cho thấy khả năng chống cháy tốt hơn do hệ số duy trì cường độ cao ở nhiệt độ cao (trên 500°C). Nó cũng có hệ số duy trì độ cứng tốt hơn so với thép carbon trên 300°C.

Sức căng

Khi nói đến độ bền kéo , thép không gỉ vượt trội so với các vật liệu như nhôm, đồng thau và thép nhẹ.

Độ bền kéo cao nhất được nhìn thấy ở các lớp cứng kết tủa và martensitic. Các loại này có thể có độ bền kéo gấp đôi so với các loại 304 và 316 phổ biến. Đặc biệt, thép song công có tỷ lệ cường độ/độ dẻo cao.

kháng đông lạnh

Một số loại thép không gỉ cực kỳ thành thạo trong việc xử lý phạm vi nhiệt độ rộng hơn. Thép Austenitic thể hiện độ dẻo dai đặc biệt và tăng độ bền kéo ở nhiệt độ dưới 0 độ C. Điều này mở rộng đáng kể phạm vi sử dụng của chúng, mở ra những con đường mới cho các ứng dụng hiện đại.

Mặt khác, các loại làm cứng ferrite, martensitic và kết tủa không tốt ở nhiệt độ đông lạnh vì độ dẻo dai của chúng giảm xuống khi nhiệt độ giảm.

độ dẻo

Độ dẻo của các loại thép không gỉ khác nhau có thể khác nhau đáng kể. Một số loại có độ dẻo cao cho phép sử dụng các quy trình kéo sâu vất vả.

Tỷ lệ làm cứng công việc cao hơn

Đặc tính này đề cập đến khả năng tăng cường độ bền của kim loại thông qua các quy trình gia công nguội. Thép không gỉ có thể được ủ và gia công nguội để điều chỉnh độ bền của nó đến mức mong muốn.

Điều này có nghĩa là cùng một loại có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng bằng cách thay đổi cường độ của nó. Ví dụ, cùng loại có thể được sử dụng làm lò xo hoặc dây có thể uốn cong bằng cách ủ và gia công nguội.

Độ dẫn điện và từ tính

Như tất cả các kim loại, thép không gỉ dẫn điện. Tuy nhiên, độ dẫn điện này cực kỳ thấp như trong trường hợp của tất cả các loại thép.

Trong các ngành công nghiệp có tiêu chuẩn vệ sinh cao hoặc thiết bị điện có thể bị ăn mòn hoặc môi trường ẩm ướt, vỏ thép không gỉ được sử dụng để bảo vệ.

Thép không gỉ Austenitic không có từ tính, tuy nhiên, gia công nguội có thể được sử dụng để tạo ra các đặc tính từ tính ở một số loại. Tất cả các loại khác hiển thị các thuộc tính từ tính.

Tính chất hóa học thép không gỉ

Tính chất hóa học là những gì làm cho vật liệu này trở nên đặc biệt và mang lại cho nó sự độc đáo.

Chống oxy hóa cao

Đặc tính nổi bật này của thép không gỉ chịu trách nhiệm cho nhiều ứng dụng độc đáo của nó trong ngành. Khả năng chống oxy hóa cao là kết quả của crom trong thép không gỉ. Tỷ lệ crom có ​​thể lên tới 26% ở một số loại.

Các kim loại khác có thể được bảo vệ bằng lớp phủ và sơn chống ăn mòn nhưng một khi lớp sơn này bị mài mòn, quá trình ăn mòn bắt đầu. Trong trường hợp thép không gỉ, bất kỳ sự loại bỏ lớp phủ oxit crom tự nhiên nào do hư hỏng bề mặt đều dẫn đến việc hình thành một lớp phủ mới trên bề mặt tiếp xúc để ngăn chặn sự suy giảm do ăn mòn.

trơ về mặt sinh học

Thép không gỉ trơ về mặt sinh học, làm cho nó trở thành một lựa chọn hợp lý cho các thiết bị y tế như dụng cụ phẫu thuật, vít và tấm chấn thương. Tính chất này cũng làm cho nó trở thành kim loại lý tưởng cho các sản phẩm dao kéo và dụng cụ nhà bếp.

Kháng axit, bazơ và vật liệu hữu cơ

Thép không gỉ có khả năng chống lại một loạt các hợp chất. Nó có khả năng chống axit, bazơ cũng như các hợp chất hữu cơ. Khả năng chống axit khác nhau đối với các loại khác nhau. Một số loại có thể chống lại axit đậm đặc trong khi những loại khác chỉ có thể chống lại nồng độ thấp.

Không phản ứng tương tự được quan sát thấy với các hợp chất cơ bản và các hợp chất hữu cơ. Điều này làm cho thép không gỉ trở thành vật liệu rất phù hợp để sử dụng trong các ngành công nghiệp hóa chất để lưu trữ, xử lý và các quy trình khác.

Thép không gỉ cũng chống lại độ ẩm, muối, lưu huỳnh, carbon dioxide và các hợp chất clorua một cách dễ dàng. Điều này giúp nó tồn tại trong một số môi trường khắc nghiệt trong thời gian dài hơn hầu hết các kim loại khác.

Các tài sản khác

Các tính chất quan trọng không chỉ giới hạn ở cơ học và hóa học. Có những cái khác trong danh sách dưới đây có ích cho các ứng dụng khác nhau.

khả năng tái chế

Như đã đề cập trước đây, có thể tái chế thép không gỉ để sản xuất các sản phẩm mới. Điều này làm giảm áp lực lên môi trường đối với nhu cầu thép của chúng ta bằng cách yêu cầu ít nguyên liệu thô hơn cũng như giảm sự hình thành chất thải.

Bản chất không phân hủy sinh học của nó cũng ngăn không cho nó làm ô nhiễm tài nguyên vì nó không bị phân hủy và thấm vào đất hoặc hồ chứa nước.

Quá dễ để làm việc với

Thép không gỉ có khả năng gia công cao và khả thi cho phép nhà thiết kế tạo ra các hình dạng và sản phẩm phức tạp. Các dịch vụ cắt laser thép không gỉ , gia công CNC , uốn, v.v đều có sẵn mà không cần bất kỳ thiết bị đặc biệt nào.

khả năng làm sạch

Các sản phẩm thép không gỉ dễ dàng làm sạch bằng các sản phẩm gia dụng không độc hại như chất tẩy rửa, xà phòng hoặc dung dịch tẩy rửa. Điều này giúp chúng luôn trông như mới trong một thời gian dài, tăng tuổi thọ sử dụng.

Điều này cuối cùng làm giảm lãng phí và làm cho giao dịch mua ban đầu tương đối đắt tiền trở nên đáng giá về lâu dài.

khiếu thẩm mỹ

Các sản phẩm thép không gỉ có độ bóng cao nên là lựa chọn lý tưởng cho các bề mặt tiếp xúc. Nó có nhiều loại hoàn thiện từ sáng đến mờ. Nó có thể được chải, khắc, dập nổi và pha màu để tạo hiệu ứng.

các yếu tố hợp kim

Khi nói đến thép không gỉ, có một số lượng lớn các loại có sẵn để lựa chọn. Tùy thuộc vào nguyên tố hợp kim được thêm vào, các thuộc tính có thể thay đổi đáng kể. Nó phụ thuộc vào các yêu cầu đối với ứng dụng để chọn tùy chọn hiệu quả về chi phí phù hợp nhất.

Hãy xem những nguyên tố hợp kim nào có thể được thêm vào và chúng ảnh hưởng như thế nào đến sản phẩm cuối cùng.

crom

Chromium là nguyên tố hợp kim xác định trong thép không gỉ. Nó mang lại cho thép đặc tính là ‘không gỉ’. Lớp thụ động của oxit crom cùng với việc bảo vệ bề mặt cũng ngăn chặn sự khuếch tán oxy vào kim loại giúp bảo vệ cấu trúc bên trong của kim loại khỏi bị ăn mòn.

Các ion oxit crom cũng có kích thước tương tự như các phân tử thép dẫn đến liên kết bền chặt giữa hai loại này. Điều này cho phép các ion oxit vẫn bám chặt vào bề mặt trong điều kiện làm việc bình thường.

Tối thiểu 10,5 phần trăm là cần thiết để một loại thép “không gỉ”. Tuy nhiên, việc thêm nhiều crom hơn là phổ biến để tăng khả năng chống ăn mòn.

Chromium cũng hoạt động như một chất ổn định ferrite gây ra sự hình thành vi cấu trúc ferrite trong hợp kim.

niken

Niken được thêm vào để cải thiện hơn nữa khả năng chống ăn mòn. Nó cũng là một chất ổn định austenite, thúc đẩy sự hình thành austenite.

Thêm 8-9% niken thu được cấu trúc austenit hoàn toàn mang lại đặc tính hàn tuyệt vời. Tăng thêm tỷ lệ phần trăm niken mang lại các đặc tính tốt hơn cho khả năng thi công và chống ăn mòn.

Đồng

Đồng cũng hoạt động như một chất ổn định austenite và cải thiện đặc tính chống ăn mòn và làm cứng.

Thêm vào đó, nó tạo ra các sản phẩm thép không gỉ phù hợp với điều kiện làm việc lạnh cần thiết với vít và đinh.

silicon

Việc bổ sung silicon giúp cải thiện khả năng chống chịu của thép không gỉ đối với axit nitric và axit sunfuric đậm đặc. Nó cũng thúc đẩy sự hình thành ferit và làm cho kim loại có khả năng chống lại quá trình oxy hóa.

nitơ

Nitơ là một chất ổn định austenite và nó cải thiện độ bền và khả năng chống ăn mòn cục bộ. Ăn mòn cục bộ đề cập đến các hiện tượng như ăn mòn rỗ, ăn mòn kẽ hở và ăn mòn giữa các hạt.

molypden

Molypden và vonfram cải thiện các đặc tính chống ăn mòn chung và cục bộ. Cái trước là chất ổn định ferit và do đó, khi được sử dụng trong hợp kim austenit, phải được cân bằng với chất ổn định austenit để duy trì thành phần austenit.

Molypden cũng tăng cường độ bền ở nhiệt độ cao khi được thêm vào thép không gỉ martensitic. Thêm vonfram với molypden cũng cải thiện các tính chất nêu trên.

mangan

Mangan cải thiện các đặc tính về độ bền, độ dẻo dai và độ cứng của thép không gỉ. Việc bổ sung mangan giúp kim loại hoạt động tốt hơn trong các quy trình gia công nóng.

Mangan cũng thúc đẩy dung dịch nitơ trong thép không gỉ và do đó, có thể được thêm vào để thay thế niken trong thép không gỉ bằng nitơ.

CÔNG TY CỔ PHẦN DIMEC

Hotline: 0966.92.0404

Email: info@dimec.vn

Website: dimec.vn

Trụ sở chính: Số 285 Phúc Lợi, P. Phúc Lợi, Q. Long Biên, TP. Hà Nội

CN Đà Nẵng: Lô 11, Khu A4, đường Nguyễn Sinh Sắc, P. Hòa