Thép không gỉ 13-8 PH Mo: Tính chất và ứng dụng chính
Chia sẻ
Table Of Content
Table Of Content
Thép không gỉ 13-8 PH Mo là thép không gỉ có độ bền cao, tôi kết tủa được phân loại là thép không gỉ martensitic . Thép này chủ yếu được hợp kim với crom, niken và molypden, góp phần tạo nên tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Loại thép này được biết đến với khả năng đạt được mức độ bền cao thông qua xử lý nhiệt, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
Tổng quan toàn diện
Thép không gỉ Mo 13-8 PH được đặc trưng bởi sự kết hợp độc đáo giữa độ bền cao, độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn. Các nguyên tố hợp kim chính bao gồm crom (12-14%), niken (8-10%) và molypden (2-3%), giúp tăng cường các tính chất cơ học và khả năng chống lại nhiều môi trường ăn mòn khác nhau. Cấu trúc vi mô của thép có thể được xử lý thông qua các quy trình xử lý nhiệt, cho phép đạt được sự cân bằng giữa độ bền và độ dẻo.
Đặc điểm chính:
- Độ bền cao: Đạt được giới hạn chảy lên tới 1.200 MPa (174.000 psi) trong điều kiện xử lý nhiệt.
- Chống ăn mòn: Có khả năng chống ăn mòn trong khí quyển và nhiều loại hóa chất khác nhau.
- Độ dẻo dai: Duy trì độ dẻo dai ở nhiệt độ dưới 0 độ, thích hợp cho các ứng dụng đông lạnh.
Thuận lợi:
- Tính chất cơ học tuyệt vời, bao gồm độ bền kéo và độ bền kéo cao.
- Khả năng hàn và tạo hình tốt so với các loại thép cường độ cao khác.
- Khả năng chống nứt do ăn mòn ứng suất (SCC) trong một số môi trường nhất định.
Hạn chế:
- Khả năng chống ăn mòn rỗ trong môi trường clorua hạn chế hơn so với thép không gỉ austenit.
- Cần xử lý nhiệt cẩn thận để đạt được các đặc tính mong muốn, điều này có thể làm phức tạp quá trình chế tạo.
Theo truyền thống, 13-8 PH Mo đã được sử dụng trong hàng không vũ trụ, quân sự và các ứng dụng hiệu suất cao do tỷ lệ sức bền trên trọng lượng vượt trội và khả năng chống chịu với môi trường khắc nghiệt. Vị thế thị trường của nó rất mạnh, đặc biệt là trong các lĩnh vực đòi hỏi vật liệu hiệu suất cao.
Tên thay thế, Tiêu chuẩn và Tương đương
| Tổ chức tiêu chuẩn | Chỉ định/Cấp bậc | Quốc gia/Khu vực xuất xứ | Ghi chú/Nhận xét |
|---|---|---|---|
| Liên Hiệp Quốc | S13800 | Hoa Kỳ | Tương đương gần nhất với AISI 630 |
| AISI/SAE | 13-8 PH | Hoa Kỳ | Cấp độ cứng kết tủa |
| Tiêu chuẩn ASTM | A564 | Hoa Kỳ | Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thép không gỉ tôi kết tủa |
| VI | 1.4548 | Châu Âu | Tính chất tương tự nhưng có thể khác nhau về thành phần |
| Tiêu chuẩn Nhật Bản | Thép không gỉ 630 | Nhật Bản | Cấp độ tương đương với sự khác biệt nhỏ về thành phần |
Sự khác biệt giữa các cấp tương đương này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi UNS S13800 và AISI 630 tương tự nhau, các quy trình xử lý nhiệt cụ thể và các cấu trúc vi mô kết quả có thể dẫn đến sự khác biệt về độ bền và khả năng chống ăn mòn.
Thuộc tính chính
Thành phần hóa học
| Nguyên tố (Ký hiệu và Tên) | Phạm vi phần trăm (%) |
|---|---|
| Cr (Crom) | 12.0 - 14.0 |
| Ni (Niken) | 8.0 - 10.0 |
| Mo (Molipden) | 2.0 - 3.0 |
| C (Cacbon) | ≤ 0,07 |
| Mn (Mangan) | ≤ 1.0 |
| Si (Silic) | ≤ 1.0 |
| P (Phốt pho) | ≤ 0,04 |
| S (Lưu huỳnh) | ≤ 0,03 |
Vai trò chính của crom là tăng cường khả năng chống ăn mòn và độ cứng, trong khi niken góp phần tạo nên độ dẻo dai và độ dẻo dai. Molypden cải thiện khả năng chống ăn mòn rỗ và ăn mòn khe hở, đặc biệt là trong môi trường clorua. Cacbon, mặc dù có hàm lượng thấp, đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm cứng kết tủa.
Tính chất cơ học
| Tài sản | Tình trạng/Tính khí | Nhiệt độ thử nghiệm | Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị đo lường) | Giá trị/Phạm vi điển hình (Anh) | Tiêu chuẩn tham chiếu cho phương pháp thử nghiệm |
|---|---|---|---|---|---|
| Độ bền kéo | Làm nguội & tôi luyện | Nhiệt độ phòng | 1.200 - 1.300MPa | 174 - 188 ksi | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%) | Làm nguội & tôi luyện | Nhiệt độ phòng | 1.100 - 1.200MPa | 160 - 174 ksi | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ giãn dài | Làm nguội & tôi luyện | Nhiệt độ phòng | 6-10% | 6-10% | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ cứng (Rockwell C) | Làm nguội & tôi luyện | Nhiệt độ phòng | 38 - 42 HRC | 38 - 42 HRC | Tiêu chuẩn ASTM E18 |
| Sức mạnh tác động | Làm nguội & tôi luyện | -196 °C | 50 - 70J | 37 - 52 ft-lbf | Tiêu chuẩn ASTM E23 |
Sự kết hợp giữa độ bền kéo và độ bền chảy cao làm cho thép không gỉ 13-8 PH Mo phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tính toàn vẹn về mặt cấu trúc dưới tải trọng nặng. Độ bền ở nhiệt độ thấp cho phép sử dụng trong môi trường đông lạnh, trong khi độ cứng đảm bảo khả năng chống mài mòn.
Tính chất vật lý
| Tài sản | Điều kiện/Nhiệt độ | Giá trị (Đơn vị đo lường) | Giá trị (Anh) |
|---|---|---|---|
| Tỉ trọng | - | 7,85g/cm³ | 0,284 lb/in³ |
| Điểm nóng chảy | - | 1.400 - 1.500 °C | 2.552 - 2.732 °F |
| Độ dẫn nhiệt | 20 °C | 16 W/m·K | 92 BTU·in/h·ft²·°F |
| Nhiệt dung riêng | 20 °C | 500 J/kg·K | 0,12 BTU/lb·°F |
| Điện trở suất | 20 °C | 0,72 µΩ·m | 0,0000013 Ω·trong |
| Hệ số giãn nở nhiệt | 20 - 100 °C | 15,5 x 10⁻⁶ /°C | 8,6 x 10⁻⁶ /°F |
Mật độ 13-8 PH Mo làm cho nó phù hợp với các ứng dụng mà trọng lượng là mối quan tâm, chẳng hạn như các thành phần hàng không vũ trụ. Độ dẫn nhiệt của nó ở mức trung bình, có lợi trong các ứng dụng cần tản nhiệt. Nhiệt dung riêng cho thấy nó có thể hấp thụ một lượng nhiệt đáng kể mà không làm tăng nhiệt độ lớn, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng nhiệt độ cao.
Chống ăn mòn
| Chất ăn mòn | Sự tập trung (%) | Nhiệt độ (°C) | Xếp hạng sức đề kháng | Ghi chú |
|---|---|---|---|---|
| Clorua | 3-5 | 20-60 | Hội chợ | Dễ bị rỗ |
| Axit sunfuric | 10-20 | 20-50 | Tốt | Kháng ở nồng độ vừa phải |
| Axit Nitric | 20-40 | 20-60 | Xuất sắc | Có sức đề kháng cao |
| Nước biển | - | 20-30 | Tốt | Nguy cơ ăn mòn cục bộ |
Thép không gỉ Mo 13-8 PH có khả năng chống ăn mòn tốt trong nhiều môi trường khác nhau, đặc biệt là trong axit nitric và nồng độ axit sunfuric vừa phải. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường clorua, có thể là mối quan tâm trong các ứng dụng hàng hải. So với thép không gỉ austenit như 304 hoặc 316, Mo 13-8 PH có thể không hoạt động tốt trong môi trường ăn mòn cao nhưng có độ bền vượt trội.
Khả năng chịu nhiệt
| Tài sản/Giới hạn | Nhiệt độ (°C) | Nhiệt độ (°F) | Nhận xét |
|---|---|---|---|
| Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa | 400 | 752 | Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao |
| Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa | 600 | 1,112 | Có thể chịu được tiếp xúc trong thời gian ngắn |
| Nhiệt độ đóng băng | 700 | 1.292 | Bắt đầu bị oxy hóa ở nhiệt độ này |
| Cân nhắc về sức bền biến dạng | 400 | 752 | Khả năng chống biến dạng bắt đầu giảm |
Ở nhiệt độ cao, thép không gỉ Mo 13-8 PH vẫn giữ được độ bền và độ dẻo dai, phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến nhiệt. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 400 °C có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và đóng cặn, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất.
Tính chất chế tạo
Khả năng hàn
| Quy trình hàn | Kim loại phụ gia được đề xuất (Phân loại AWS) | Khí/Nhiệt che chắn điển hình | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| TIG | ER630 | Khí Argon | Tốt cho các phần mỏng |
| MIG | ER630 | Argon + CO2 | Thích hợp cho các phần dày hơn |
| SÚNG BẮN TỪ | E630 | - | Yêu cầu làm nóng trước |
Thép không gỉ 13-8 PH Mo thường được coi là có thể hàn được, nhưng phải cẩn thận để tránh nứt. Nên gia nhiệt trước khi hàn để giảm thiểu ứng suất nhiệt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể cải thiện các đặc tính cơ học của mối hàn.
Khả năng gia công
| Thông số gia công | 13-8 PH Tháng | AISI 1212 | Ghi chú/Mẹo |
|---|---|---|---|
| Chỉ số khả năng gia công tương đối | 50% | 100% | Khả năng gia công vừa phải |
| Tốc độ cắt điển hình (Tiện) | 30-50 m/phút | 80-100 m/phút | Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất |
Khả năng gia công của 13-8 PH Mo ở mức trung bình so với thép gia công tự do. Nên sử dụng thép tốc độ cao hoặc dụng cụ cacbua và duy trì tốc độ cắt thích hợp để đạt được kết quả tối ưu.
Khả năng định hình
Thép không gỉ Mo 13-8 PH có thể được tạo hình bằng các kỹ thuật tiêu chuẩn, nhưng nó thể hiện các đặc tính làm cứng khi làm việc. Có thể tạo hình nguội, nhưng phải cẩn thận để tránh ứng suất quá mức, có thể dẫn đến nứt. Tạo hình nóng cũng khả thi, đặc biệt là đối với các hình dạng phức tạp.
Xử lý nhiệt
| Quy trình điều trị | Phạm vi nhiệt độ (°C/°F) | Thời gian ngâm điển hình | Phương pháp làm mát | Mục đích chính / Kết quả mong đợi |
|---|---|---|---|---|
| Dung dịch ủ | 1.000 - 1.050 / 1.832 - 1.922 | 1-2 giờ | Không khí hoặc Nước | Hòa tan chất kết tủa, cải thiện độ dẻo |
| Lão hóa | 480 - 620 / 896 - 1.148 | 4-8 giờ | Không khí | Tăng cường sức mạnh thông qua quá trình làm cứng kết tủa |
Xử lý nhiệt là rất quan trọng để đạt được các tính chất cơ học mong muốn trong thép không gỉ 13-8 PH Mo. Quá trình ủ dung dịch hòa tan các chất kết tủa, trong khi quá trình lão hóa tăng cường độ bền thông qua sự hình thành các chất kết tủa mịn.
Ứng dụng điển hình và mục đích sử dụng cuối cùng
| Ngành/Lĩnh vực | Ví dụ ứng dụng cụ thể | Các tính chất chính của thép được sử dụng trong ứng dụng này | Lý do lựa chọn |
|---|---|---|---|
| Hàng không vũ trụ | Linh kiện máy bay | Độ bền cao, độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn | Nhẹ và bền |
| Quân đội | Hệ thống vũ khí | Độ bền cao và khả năng chống chịu với môi trường khắc nghiệt | Độ tin cậy dưới áp lực |
| Dầu khí | Các thành phần van | Khả năng chống ăn mòn và độ bền cao | Hiệu suất trong môi trường khắc nghiệt |
| Thuộc về y học | Dụng cụ phẫu thuật | Khả năng tương thích sinh học và chống ăn mòn | An toàn và độ bền |
Các ứng dụng khác bao gồm:
- Linh kiện ô tô
- Thiết bị hàng hải
- Chốt hiệu suất cao
Việc lựa chọn thép không gỉ 13-8 PH Mo trong các ứng dụng này chủ yếu là do các đặc tính cơ học tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn của nó, những yếu tố rất quan trọng trong môi trường khắc nghiệt.
Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn
| Tính năng/Thuộc tính | 13-8 PH Tháng | AISI 316 | Tiêu chuẩn AISI 4140 | Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi |
|---|---|---|---|---|
| Tính chất cơ học chính | Độ bền cao | Khả năng chống ăn mòn tốt | Độ bền cao | 13-8 PH Mo có độ bền vượt trội nhưng có thể thiếu khả năng chống ăn mòn |
| Góc nhìn ăn mòn chính | Công bằng trong clorua | Tuyệt vời trong clorua | Vừa phải | 13-8 PH Mo ít có khả năng chống rỗ hơn |
| Khả năng hàn | Tốt | Xuất sắc | Vừa phải | 13-8 PH Mo cần xử lý cẩn thận |
| Khả năng gia công | Vừa phải | Tốt | Hội chợ | 13-8 PH Mo khó gia công hơn |
| Khả năng định hình | Vừa phải | Tốt | Tốt | 13-8 PH Mo làm việc cứng lại nhanh chóng |
| Chi phí tương đối xấp xỉ | Vừa phải | Cao | Thấp | Chi phí thay đổi theo nhu cầu thị trường |
| Khả năng cung cấp điển hình | Vừa phải | Cao | Cao | 13-8 PH Mo có thể ít phổ biến hơn |
Khi lựa chọn thép không gỉ 13-8 PH Mo, cần cân nhắc đến các yêu cầu cụ thể về cơ học và chống ăn mòn của ứng dụng, cũng như chi phí và tính khả dụng. Mặc dù có độ bền vượt trội, nhưng khả năng dễ bị ăn mòn trong một số môi trường nhất định có thể hạn chế việc sử dụng trong các ứng dụng cụ thể. Ngoài ra, khả năng gia công và tạo hình vừa phải của nó đòi hỏi phải xử lý cẩn thận trong quá trình chế tạo.
Tóm lại, thép không gỉ 13-8 PH Mo là vật liệu đa năng kết hợp độ bền cao với khả năng chống ăn mòn tốt, phù hợp với nhiều ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Các đặc tính và đặc điểm hiệu suất độc đáo của nó khiến nó trở thành lựa chọn có giá trị trong các ngành công nghiệp mà độ tin cậy và độ bền là tối quan trọng.