Những đặc điểm của thép không gỉ mà bạn nên biết

Vá»›i những đặc Ä‘iểm và tính năng nổi trá»™i,thép không gỉ hay còn gá»i là Inox Ä‘ang được ứng dụng rất rá»™ng rãi, là lá»±a chá»n hàng đầu của ngÆ°á»i tiêu dùng, tuy nhiên không phải ai cÅ©ng biết nhiá»u vá» loại thép không gỉ này.

Thép không gỉ

1. Giới thiệu:

Thép không gỉ, hay còn gá»i là inox (từ gốc tiếng Pháp: inoxydable) là má»™t loại thép hợp kim có chứa Cr (vá»›i hàm lượng Cr tối thiếu là 10.5% khối lượng) được ứng dụng rất lá»›n trong việc sản xuất các sản phẩm inox hiện nay. Nếu các loại thép thông thÆ°á»ng khi tiếp xúc vá»›i các tác nhân oxy hóa (nhÆ° không khí, Ä‘á»™ ẩm …) sẽ tạo thành gỉ sắt và ăn mòn vào lá»›p vật liệu bên trong, thì trong thép không gỉ, khi hàm lượng Cr đủ cao, trên bá» mặt nó sẽ hình thành má»™t lá»›p màng thụ Ä‘á»™ng là oxit crom có tác dụng ngăn cản quá trình tạo gỉ và ăn mòn vào lá»›p vật liệu bên trong khiến cho bá» mặt nó luôn tạo cảm giác sáng bóng.

Nhá» những đặc tính nổi bật, ngày nay, thép không gỉ được ứng dụng rá»™ng rãi trong công nghiệp, y tế, Ä‘á»i sống … Tuy nhiên, vì cái tên “không gỉ”, Ä‘ây cÅ©ng làm loại vật liệu hay được lạm dụng vì nhiá»u mục Ä‘ích khác nhau, nhất là đối vá»›i các ứng dụng trong Ä‘á»i sống. NhÆ°ng thá»±c tế, khả năng chịu ăn mòn của loại thép này tùy thuá»™c theo các thành phần hợp kim của nó và môi trÆ°á»ng sá»­ dụng, trong nhiá»u trÆ°á»ng hợp, nó còn nhạy cảm vá»›i ăn mòn hÆ¡n cả thép thÆ°á»ng (nhất là trong dung dịch muối clo, VD: muối ăn NaCl …)

2. Äặc Ä‘iểm thép không gỉ:

Thép không gỉ là má»™t há» hợp kim trên cÆ¡ sở Fe có tính chất chủ yếu là chống ăn mòn trong các môi trÆ°á»ng khác nhau. Tuy nhiên, cần hiểu tính chất “không gỉ” ở Ä‘ây là tÆ°Æ¡ng đối so vá»›i thép thông thÆ°á»ng. Còn thá»±c chất, má»—i loại thép không gỉ chỉ có tính chống ăn mòn cao trong má»™t số môi trÆ°á»ng nhất định, và ngay cả trong môi trÆ°á»ng Ä‘ó, nó vẫn bị ăn mòn nhÆ°ng vá»›i tốc Ä‘á»™ không Ä‘áng kể nên được coi là không gỉ.

Trong số khoảng 16 ~ 18 nguyên tố hợp kim được sá»­ dụng trong thép không gỉ, các nguyên tố C, Ni, Cr, Mo, Mn, Si, Nb là các nguyên tố có ảnh hưởng chính, quyết định đến cấu trúc và tính chất của thép. Trong Ä‘ó, Cr là nguyên tố hợp kim quyết định cho tính không gỉ của thép. Giải thích vá» Ä‘iá»u này có thể theo 2 cách nhÆ° sau:

* vá»›i hàm lượng từ 12% Cr trở lên, thép trở nên không gỉ trong môi trÆ°á»ng oxy hóa do bá» mặt được bảo vệ bởi lá»›p màng thụ Ä‘á»™ng Cr2O3..

* khi ferrite chứa không ít hÆ¡n 12.5% Cr, Ä‘iện thế Ä‘iện cá»±c của nó tăng lên tÆ°Æ¡ng Ä‘Æ°Æ¡ng Ä‘iện thế của pha xementit (carbit nói chung) –> nâng cao khả năng chống ăn mòn Ä‘iện hóa –> thép trở nên không gỉ.

3. Phân loại thép không gỉ:

3.1. Phân loại theo tốc Ä‘á»™ bị ăn mòn:

NhÆ° Ä‘ã trình bày ở trên, tính không gỉ của thép chính là khả năng chống ăn mòn trong các môi trÆ°á»ng khác nhau. Căn cứ theo Ä‘ó, tùy thuá»™c tính ăn mòn của môi trÆ°á»ng, thép nói chung và thép không gỉ nói riêng được phân loại theo tốc Ä‘á»™ ăn mòn nhÆ° sau:

* trong môi trÆ°á»ng ăn mòn yếu: nÆ°á»›c ngá»t, không khí …

- không lá»›n hÆ¡n 0.01 mm/năm: thép được coi là hoàn toàn không gỉ

- không lá»›n hÆ¡n 0.1 mm/năm: thép được coi là không gỉ

- lá»›n hÆ¡n 0.1 mm/năm: thép coi là bị gỉ

* trong môi trÆ°á»ng ăn mòn mạnh: nÆ°á»›c biển, muối, axit …

- không lá»›n hÆ¡n 0.1 mm/năm: được coi là chịu muối, axit (tốt)

- không lá»›n hÆ¡n 1 mm/năm: được coi là không gỉ (đạt yêu cầu)

- lá»›n hÆ¡n 1 mm/năm: coi là bị gỉ.

3.2. Phân loại theo cấu trúc của thép:

Căn cứ theo ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến cấu trúc của thép, chúng được chia thành 2 nhóm: các nguyên tố ổn định cấu trúc austenite (đặc trÆ°ng bằng hàm lượng Ni tÆ°Æ¡ng Ä‘Æ°Æ¡ng) và ổn định cấu trúc ferrite (đặc trÆ°ng bằng hàm lượng Cr tÆ°Æ¡ng Ä‘Æ°Æ¡ng). Äiá»u này được trình bày trong giản đồ Schaeffler vá» cấu trúc của thép không gỉ vá»›i trục tung theo %Ni tÆ°Æ¡ng Ä‘Æ°Æ¡ng, trục hoành theo %Cr tÆ°Æ¡ng Ä‘Æ°Æ¡ng.

Theo giản đồ, có 3 nhóm thép không gỉ chính (Ä‘Æ¡n pha) là: thép không gỉ mactensite, thép không gỉ austenite và thép không gỉ ferrite. Ngoài ra, còn có các nhóm thép không gỉ liên pha khác nhÆ°ng ít được sá»­ dụng trong Ä‘á»i sống.

4. Tính chất và công dụng của má»™t số nhóm thép không gỉ:

4.1. Thép không gỉ martensite:

Äây là nhóm thép không gỉ có chứa 12 ~ 17% Cr. Nếu hàm lượng Cr ở giá»›i hạn dÆ°á»›i (12 ~ 13%) thì phải khống chế hàm lượng C không quá 0.4% để tránh tạo thành quá nhiá»u cacbit crom, làm nghèo Cr ở phần kim loại ná»n và giảm tính chống gỉ. Nếu hàm lượng Cr lên tá»›i 17% thì lượng C có thể cao 0.9 ~ 1.1% để tăng cÆ¡ tính (Ä‘á»™ cứng) mà vẫn đảm bảo tính chống gỉ.

Chế Ä‘á»™ nhiệt luyện của loại thép này: tôi ở 950 ~ 1100 °C, môi trÆ°á»ng nguá»™i có thể là dầu hoặc không khí (do có %Cr cao nên dá»… tôi), nhiệt Ä‘á»™ ram tùy theo yêu cầu cụ thể nhÆ°ng phải chú ý tránh giòn ram loại II ở vùng nhiệt Ä‘á»™ 350 ~ 575 °C (bằng cách nguá»™i nhanh trong dầu, nếu nguá»™i chậm sẽ hình thành Cr23C6 làm thép bị giòn và giảm khả năng chống ăn mòn).

Thép không gỉ martensite có tính chống ăn mòn cao trong môi trÆ°á»ng nÆ°á»›c ngá»t, do hiệu ứng thụ Ä‘á»™ng hóa của crom nên không bị ăn mòn trong môi trÆ°á»ng axit HNO3 (nhÆ°ng bị ăn mòn trong các loại axit khác). Loại thép này vá»›i hàm lượng carbon thấp (VD: mác 403, 410 của Mỹ) được dùng làm đồ trang sức, ốc vít không gỉ, chi tiết chịu nhiệt (dÆ°á»›i 450 °C) nhÆ° cánh tuốc bin hÆ¡i .. Các mác có %C cao hÆ¡n (VD: 420) có Ä‘á»™ cứng và giá»›i hạn Ä‘àn hồi cao hÆ¡n được dùng làm lò xo không gỉ, dụng cụ Ä‘o … Các mác có %C lên tá»›i 0.9 ~ 1.0% (VD: 440, 440B) được dùng làm dụng cụ mổ (dao, kéo), chi tiết chịu nhiệt và chịu mài mòn nhÆ° supap xả, má»™t số loại ổ bi làm việc trong môi trÆ°á»ng ăn mòn.

4.2. Thép không gỉ ferrite:

Thép không gỉ ferrite có giá»›i hạn Ä‘àn hồi cao hÆ¡n thép không gỉ austenite nhÆ°ng mức Ä‘á»™ hóa bá»n do biến dạng dẻo thếp hÆ¡n nên chúng thích hợp cho việc chế tạo các chi tiết bằng phÆ°Æ¡ng pháp biến dạng dẻo nguá»™i (cán, kéo, gò, dập …). Äá»™ bá»n chống ăn mòn của chúng phụ thuá»™c hàm lượng Cr nhÆ°ng tốt nhất là ở trạng thái ủ. Äể hạn chế hiện tượng ăn mòn cục bá»™ (ăn mòn Ä‘iểm), phải tăng hàm lượng Cr lên trên 20% và tốt hÆ¡n là hợp kim hóa thêm 2% Mo để có thể sá»­ dụng trong môi trÆ°á»ng khí hậu biển, nÆ°á»›c biển và axit.

Tùy theo hàm lượng Cr, thép không gỉ ferrite được chia thành 3 nhóm:

* nhóm thép chứa khoảng 13% Cr (VD: 405) có rất ít carbon (< 0.08%). Cho thêm ~ 0.2%Al sẽ ngăn cản sá»± tạo thành austenit khi nung và tạo thuận lợi cho việc hàn. Nhóm thép này được dùng nhiá»u trong công nghiệp dầu má».

* nhóm thép chứa tá»›i 17% Cr (VD: 430) là nhóm thép không gỉ ferrite được dùng nhiá»u nhất vì chúng có thể thay thế thép không gỉ austenite trong Ä‘iá»u kiện cho phép, lại không chứa Ni nên có giá thành rẻ hÆ¡n nhiá»u. Nhóm thép này được sá»­ dụng nhiá»u trong công nghiệp sản xuất axit HNO3, hóa thá»±c phẩm, kiến trúc … Nhược Ä‘iểm chính là khó hàn, khi nhiệt Ä‘á»™ vượt quá 950 °C, vùng gần mối hàn trở nên giòn và bị ăn mòn theo biên hạt (có thể khắc phục bằng cách hạ thấp %C hoặc thêm Ti vào thép).

* nhóm thép chứa từ 20 ~ 30% Cr (VD: 446, 446B) có tính chống oxy hóa cao (không bị tróc vẩy ở 800 ~ 900 °C) .

4.3. Thép không gỉ austenite:

Thép không gỉ austenite là nhóm thép không gỉ có tổ chức austenite ngay cả ở nhiệt Ä‘á»™ thấp hÆ¡n nhiệt Ä‘á»™ thÆ°á»ng nhá» việc tăng hàm lượng Ni trong thép đến mức thích hợp. Äiển hình cho loại thép này là các mác 304 ( 18 – 8) và 316 (18 – 10).

Các Æ°u Ä‘iểm chính của nhóm thép này:

* tính chống ăn mòn cao: hoàn toàn ổn định trong môi trÆ°á»ng nÆ°á»›c ngá»t, nÆ°á»›c mặn, trong hÆ¡i nÆ°á»›c bão hòa và quá nhiệt, trong các dung dịch muối. Trong môi trÆ°á»ng axit: ổn định trong axit HNO3 vá»›i má»i nồng Ä‘á»™ và nhiệt Ä‘á»™, trong axit H2SO4 nguá»™i, trong axit HCl loãng. Vì vậy, chúng được dụng trong công nghiệp sản xuất axit, hóa dầu, thá»±c phẩm và các chi tiết chịu nhiệt tá»›i 900 ~ 1000 °C.

* tính dẻo cao (Ä‘á»™ biến dạng 40 ~ 60%) nên dá»… cán, dập, gò ở trạng thái nguá»™i, thích hợp để chế tạo các loại bình, ống .. CÅ©ng do có cấu trúc mạng lập phÆ°Æ¡ng tâm mặt nên nó không bị giòn ngay cả khi hạt lá»›n (do quá nung) và nhất là không có Ä‘iểm chuyển biến dẻo – giòn. Vì vậy, chúng có thể dùng ở nhiệt Ä‘á»™ rất thấp nhÆ° ở vùng băng giá, làm bình chứa khí hóa lá»ng và trong kỹ thuật lạnh.

* cÆ¡ tính đảm bảo: mặc dù không hóa bá»n được bằng phÆ°Æ¡ng pháp nhiệt luyện (do không có chuyển biến pha) nhÆ°ng lại hóa bá»n mạnh bằng biến dạng dẻo nguá»™i. Nguyên nhân là do phần lá»›n austenite ở vùng bị biến dạng mạnh Ä‘ã chuyển thành martensite (gá»i là martensite biến dạng). CÅ©ng vì nguyên nhân này, thép bị biến cứng rất nhanh sau má»—i lần biến dạng, để có thể biến dạng tiếp thì cần phải được ủ ở nhiệt Ä‘á»™ thích hợp.

Những nhược Ä‘iểm chính:

* đắt tiá»n: do có chứa nhiá»u Ni, có thể giảm giá thành bằng cách dùng Mn thay thế cho Ni nhÆ° các trong các mác thép 201, 202 để chế tạo chi tiết làm việc trong môi trÆ°á»ng ăn mòn yếu (axit hữu cÆ¡, muối, kiá»m) trong công nghiệp hóa thá»±c phẩm.

* khó gia công cắt gá»t: do dẻo quánh, phôi khó bó gãy. Có thể cải thiện bằng cách cho thêm selen hoặc tăng hàm lượng lÆ°u huỳnh nhÆ°ng sẽ làm giảm chút ít khả năng chống ăn mòn của thép.

* bị ăn mòn trong má»™t số trÆ°á»ng hợp cụ thể: bị ăn mòn biên hạt ở vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn hoặc khi chi tiết phải thÆ°á»ng xuyên làm việc ở vùng nhiệt Ä‘á»™ 400 ~ 800 °C, bị ăn mòn tập trung (ăn mòn Ä‘iểm), ăn mòn dÆ°á»›i ứng suất và các hiệu ứng tích lÅ©y do ăn mòn và má»i … vì có sá»± tiết pha cacbit crom ở vùng biên hạt làm nghèo crom ở vùng liá»n ká» và khiến chúng bị ăn mòn nhanh hÆ¡n. Có thể khắc phục bằng cách giảm lượng cacbon đến mức thấp nhất có thể hoặc hợp kim hóa thêm các nguyên tố tạo cacbit mạnh hÆ¡n Cr nhÆ° Ti, Nb, Ta, Mo … VD: các mác 316, 316L, 347 ..

4.4. Thép không gỉ austenite – ferrite:

Loại thép này có 18 ~ 28% Cr và 5 ~ 9% Ni, VD: mác 12X21H5T của Nga.

Äặc Ä‘iểm quan trá»ng của loại thép này là cÆ¡ tính rất tốt: hầu nhÆ° không có hiện tượng giòn của thép ferrite, giá»›i hạn Ä‘àn hồi cao gấp 3 lần thép austenite. Ngoài ra, nhóm thép này cÅ©ng có Ä‘á»™ bá»n chống ăn mòn đảm bảo, nhất là trong Ä‘iá»u kiện chịu áp lá»±c (ăn mòn ứng suất), hoặc chịu ăn mòn tập trung (ăn mòn Ä‘iểm) và dạng hang hốc trong môi trÆ°á»ng có tính xâm thá»±c mạnh (ống xả, lá»— van xả, ống dẫn hÆ¡i hóa chất …)

4.5. Thép không gỉ austenite – martensite (thép không gỉ hóa cứng tiết pha):

Nhóm này có ít nhất hai Æ°u Ä‘iểm: có thể gia công bằng biến dạng nguá»™i và cắt gá»t ở trạng thái tÆ°Æ¡ng đối má»m, tiếp đến là có thể hóa bá»n bằng hóa già ở vùng nhiệt Ä‘á»™ tÆ°Æ¡ng đối thấp để tránh biến dạng hoặc oxy hóa. VD: mác 361

Chế độ nhiệt luyện:

* nung đến 1050 °C rồi làm nguá»™i ngoài không khí. Tổ chức nhận được là austenite, có thể gia công tạo hình bằng biến dạng dẻo và cắt gá»t ở trạng thái nguá»™i.

* nung tá»›i nhiệt Ä‘á»™ 750 ~ 950 °C rồi làm nguá»™i ngoài không khí. Tổ chức nhận được gồm ná»n austenite và các hạt cacbit có số lượng phụ thuá»™c nhiệt Ä‘á»™ nung.

* làm nguá»™i tiếp xuống -75 ~ 0 °C (gia công lạnh) để chuyển má»™t phần hoặc toàn bá»™ austenite thành martensite.

* hóa già nhân tạo ở ~ 525 °C trong 1h, cÆ¡ tính (Ä‘á»™ bá»n, Ä‘á»™ cứng) sẽ đạt giá trị cá»±c đại nhá» tiết ra các phần tá»­ nhá» mịn NiAl và Ni3Al (sá»± hóa bá»n cấu trúc)

6. Nhận biết má»™t số mác thép không gỉ thông dụng:

6.1. Thành phần và công dụng má»™t số mác thép không gỉ thông dụng:

6.2. Phân biệt thép không gỉ 2xx, 3xx, 4xx:

Theo những trình bày ở trên, có thể thấy các mác thép 4xx thuá»™c há» thép không gỉ martensite và ferrite, các mác thép 2xx và 3xx thuá»™c há» thép không gỉ austenite. Theo lý thuyết, nhóm thép austenite nguyên bản hoàn toàn không nhiá»…m từ (không bị nam châm hút) nhÆ°ng, cÅ©ng theo những trình bày trên, nhóm thép austenite bị biến cứng mạnh khi biến dạng dẻo nguá»™i do có sá»± chuyển pha từ austenite thành martensite biến dạng (mà pha martensite thì có từ tính). Vậy nên, trong thá»±c tế, dùng nam châm để phân biệt các mác inox, nhất là để phân biệt các mác 2xx và 3xx, thì có thể nói là bất khả thi. Äể phân biệt chính xác nhất thì chỉ có thể dùng phÆ°Æ¡ng pháp phân tích thành phần hóa há»c (nhÆ°ng giá thành cao) hoặc dá»±a vào phÆ°Æ¡ng pháp nhận biết theo tia lá»­a mài (phụ thuá»™c nhiá»u vào kinh nghiệm).

* nhóm thép 4xx: do trong thành phần có chứa nhiá»u Cr và hầu nhÆ° không có Ni nên khi mài sẽ tạo thành tia và hoa lá»­a có màu cam sẫm, phần cuối nở thành hình bông hoa. Có từ tính mạnh hÆ¡n các mác 2xx và 3xx

* nhóm thép 2xx: do má»™t phần Ni được thay thế bằng Mn nên nếu cùng Ä‘á»™ dày vá»›i mác 3xx, khi bẻ hoặc uốn sẽ có cảm giác cứng hÆ¡n. Khi mài, chùm tia có màu vàng cam sáng, tia lá»­a dày, hoa lá»­a nhiá»u cánh hÆ¡n (so vá»›i 3xx)

* nhóm thép 3xx: khi mài, chùm tia có màu vàng cam, số cánh hoa lá»­a ít, dá»c theo các tia lá»­a có các đốm sáng nhấp nháy.

6.3. Bảo quản:

NhÆ° Ä‘ã trình bày vá» khả năng chống ăn mòn của các loại thép không gỉ ở trên, có thể nhận thấy Ä‘iểm chung nhất là chúng hầu nhÆ° không bị ăn mòn trong Ä‘iá»u kiện khí quyển bình thÆ°á»ng. Vì vậy, nhất là vá»›i các loại đồ dùng inox để chứa, chế biến thá»±c phẩm nhÆ° dao kéo inox, xoong nồi inox,... cách bảo quản tốt nhất là sau khi sá»­ dụng, rá»­a sạch, phÆ¡i khô và để nÆ¡i thoáng gió.

Xưởng sản xuất inox dân dụng

 

Äịa chỉ :Số 14, Ngõ 30, Trần Quý Kiên, Cầu Giấy, Hà Ná»™i 
Äiện thoại :0437.938.098 - 0966.1191.43
Hotline :0975.152.451
Email :xuongsanxuatinox@gmail.com

Chat hỗ trợ
Chat ngay