Thép không gỉ 15-5 PH: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 15-5 PH là thép không gỉ kết tủa cứng kết hợp độ bền cao và khả năng chống ăn mòn với khả năng chế tạo tốt. Được phân loại là thép không gỉ martensitic , nó chứa một lượng đáng kể crom và niken, cùng với đồng, giúp tăng cường phản ứng tôi cứng của nó. Các nguyên tố hợp kim chính bao gồm:

• Crom (Cr) : Có khả năng chống ăn mòn và góp phần tạo nên độ cứng của thép.
• Niken (Ni) : Tăng cường độ dẻo dai và độ bền, cải thiện hiệu suất tổng thể của thép.
• Đồng (Cu) : Hỗ trợ quá trình tôi kết tủa, tăng độ bền mà không làm giảm khả năng chống ăn mòn.

Đặc điểm và tính chất

15-5 PH thể hiện một số đặc điểm đáng chú ý:

• Độ bền cao : Đạt được độ bền kéo và độ bền chảy cao, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
• Khả năng chống ăn mòn : Có khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều môi trường ăn mòn khác nhau, bao gồm điều kiện khí quyển và một số môi trường có tính axit.
• Khả năng chế tạo tốt : Có thể dễ dàng gia công và hàn, có lợi thế trong quá trình sản xuất.

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm	Nhược điểm
Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao	Hiệu suất nhiệt độ cao hạn chế
Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời	Có thể yêu cầu xử lý nhiệt sau khi hàn
Khả năng gia công và hàn tốt	Chi phí cao hơn so với một số loại thép không gỉ khác

Theo truyền thống, 15-5 PH đã được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ, chế biến hóa chất và các ngành công nghiệp khác, nơi mà độ bền cao và khả năng chống ăn mòn là rất quan trọng. Vị thế thị trường của nó rất mạnh, đặc biệt là trong các ứng dụng đòi hỏi sự kết hợp giữa các đặc tính cơ học và khả năng chống chịu với môi trường khắc nghiệt.

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	S15500	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 630
AISI/SAE	15-5 PH	Hoa Kỳ	Cấp độ cứng kết tủa
Tiêu chuẩn ASTM	A564	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn cho thép không gỉ tôi luyện bằng phương pháp kết tủa
VI	1.4545	Châu Âu	Tính chất tương tự nhưng có thể có sự khác biệt nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS630	Nhật Bản	Lớp tương đương với những khác biệt nhỏ

Sự khác biệt giữa các loại thép tương đương này thường nằm ở thành phần và tính chất cơ học cụ thể của chúng, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi UNS S15500 và AISI 630 tương tự nhau, thì sự thay đổi nhỏ về hàm lượng niken và đồng có thể ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn và độ bền.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Crom (Cr)	15.0 - 17.5
Niken (Ni)	3.0 - 5.0
Đồng (Cu)	3.0 - 5.0
Mangan (Mn)	1.0 tối đa
Silic (Si)	1.0 tối đa
Cacbon (C)	0,07 tối đa
Phốt pho (P)	0,04 tối đa
Lưu huỳnh (S)	0,03 tối đa

Vai trò chính của crom là tăng cường khả năng chống ăn mòn, trong khi niken cải thiện độ dẻo dai và độ dẻo dai. Đồng đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm cứng kết tủa, làm tăng đáng kể độ bền của thép mà không làm giảm khả năng chống ăn mòn.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	Nhiệt độ thử nghiệm	Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị mét - SI)	Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị Anh)	Tiêu chuẩn tham chiếu cho phương pháp thử nghiệm
Độ bền kéo	Ủ	Nhiệt độ phòng	930 - 1.100MPa	135 - 160 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	Nhiệt độ phòng	620 - 850MPa	90 - 123 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	Nhiệt độ phòng	10-15%	10-15%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell)	Ủ	Nhiệt độ phòng	30-40HRC	30-40HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	Làm nguội & tôi luyện	-40°C	40 tháng	29,5 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp giữa độ bền kéo và độ bền chảy cao làm cho 15-5 PH phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tính toàn vẹn về mặt cấu trúc dưới tải trọng cơ học. Các giá trị độ giãn dài tốt của nó cho thấy nó có thể chịu được biến dạng mà không bị gãy, điều này rất cần thiết trong các ứng dụng động.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị mét - SI)	Giá trị (Đơn vị Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	7,8g/cm³	0,283 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1.400 - 1.500 °C	2.552 - 2.732 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	16 W/m·K	92 BTU·in/ft²·h·°F
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,73 µΩ·m	0,0000013 Ω·trong

Mật độ 15-5 PH làm cho nó trở thành một lựa chọn nhẹ cho các ứng dụng mà việc tiết kiệm trọng lượng là rất quan trọng. Độ dẫn nhiệt của nó ở mức trung bình, có lợi trong các ứng dụng cần tản nhiệt, trong khi nhiệt dung riêng của nó cho thấy độ ổn định nhiệt tốt.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	3,5%	25°C/77°F	Tốt	Nguy cơ rỗ
Axit sunfuric	10%	25°C/77°F	Hội chợ	Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất
Axit axetic	5%	25°C/77°F	Xuất sắc	Chống ăn mòn cục bộ
Khí quyển	-	-	Xuất sắc	Tốt cho các ứng dụng ngoài trời

15-5 PH có khả năng chống ăn mòn khí quyển tuyệt vời và phù hợp với môi trường biển. Tuy nhiên, nó dễ bị rỗ trong môi trường giàu clorua và nứt do ăn mòn ứng suất khi có axit sunfuric. So với các loại thép không gỉ như 304 và 316, 15-5 PH có độ bền vượt trội nhưng có thể có khả năng chống lại một số tác nhân ăn mòn thấp hơn, đặc biệt là trong môi trường có hàm lượng clorua cao.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	300°C	572°F	Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	400°C	752°F	Có thể chịu được tiếp xúc trong thời gian ngắn với nhiệt độ cao hơn
Nhiệt độ thang đo	600°C	1.112°F	Bắt đầu mất đi các tính chất cơ học

Ở nhiệt độ cao, 15-5 PH vẫn duy trì khả năng chống oxy hóa tốt nhưng có thể bị giảm tính chất cơ học. Cần thận trọng khi sử dụng trong các ứng dụng tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ cao vì điều này có thể dẫn đến giảm độ bền và khả năng đóng cặn.

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	Số 630	Khí Argon	Nên làm nóng trước
MIG	Số 630	Khí Argon	Có thể cần xử lý nhiệt sau khi hàn

15-5 PH thường được coi là có thể hàn được, nhưng thường cần phải gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau khi hàn để tránh nứt và đảm bảo các đặc tính cơ học tối ưu. Việc sử dụng kim loại hàn thích hợp là rất quan trọng để duy trì khả năng chống ăn mòn và độ bền trong khu vực hàn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	[15-5 PH]	[AISI 1212]	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	60%	100%	Yêu cầu tốc độ cắt chậm hơn
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30 m/phút	50 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Khả năng gia công ở mức trung bình và mặc dù có thể gia công hiệu quả nhưng nên sử dụng tốc độ cắt chậm hơn và dụng cụ chuyên dụng để đạt được kết quả tối ưu và ngăn ngừa mài mòn dụng cụ.

Khả năng định hình

15-5 PH có thể được tạo hình nguội, nhưng đặc tính làm cứng của nó có thể hạn chế mức độ biến dạng. Tạo hình nóng cũng có thể thực hiện được, nhưng phải cẩn thận để tránh nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến mất các đặc tính cơ học.

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 - 1.100°C / 1.832 - 2.012°F	1 giờ	Làm mát bằng không khí	Hòa tan chất kết tủa
Lão hóa	480 - 620°C / 896 - 1.148°F	4 - 8 giờ	Làm mát bằng không khí	Tăng cường sức mạnh thông qua quá trình làm cứng kết tủa

Quá trình xử lý nhiệt bao gồm ủ dung dịch sau đó là lão hóa, giúp tăng cường độ bền của thép thông qua việc hình thành các chất kết tủa mịn. Quá trình này làm thay đổi đáng kể cấu trúc vi mô, dẫn đến cải thiện các tính chất cơ học.

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 (Tóm tắt)
Hàng không vũ trụ	Linh kiện máy bay	Độ bền cao, chống ăn mòn	Quan trọng đối với sự an toàn và hiệu suất
Xử lý hóa học	Thân van	Khả năng chống ăn mòn	Cần thiết cho môi trường khắc nghiệt
Dầu khí	Trục bơm	Độ bền cao, độ dẻo dai	Yêu cầu cho các điều kiện đòi hỏi khắt khe
Thiết bị y tế	Dụng cụ phẫu thuật	Khả năng tương thích sinh học, chống ăn mòn	An toàn và độ tin cậy là tối quan trọng

Các ứng dụng khác bao gồm:

• • Phần cứng hàng hải
• • Thiết bị chế biến thực phẩm
• • Linh kiện ô tô

Độ PH 15-5 được lựa chọn cho các ứng dụng đòi hỏi sự kết hợp giữa độ bền cao và khả năng chống ăn mòn, đặc biệt là trong các môi trường mà tính toàn vẹn về mặt cơ học là rất quan trọng.

Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn

Tính năng/Thuộc tính	[15-5 PH]	[AISI 304]	[AISI 316]	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Sức mạnh vừa phải	Sức mạnh vừa phải	15-5 PH cung cấp sức mạnh vượt trội
Góc nhìn ăn mòn chính	Tốt trong nhiều môi trường	Tuyệt vời trong hầu hết	Tuyệt vời trong clorua	15-5 PH có thể ăn mòn trong clorua
Khả năng hàn	Vừa phải	Tốt	Tốt	15-5 PH cần xử lý cẩn thận
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Tốt	15-5 PH ít gia công hơn
Khả năng định hình	Vừa phải	Tốt	Tốt	15-5 PH ít có khả năng định hình hơn
Chi phí tương đối xấp xỉ	Cao hơn	Vừa phải	Vừa phải	Chi phí phản ánh lợi ích về hiệu suất
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Cao	15-5 PH ít phổ biến hơn

Khi lựa chọn 15-5 PH, các cân nhắc bao gồm hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu hiệu suất cụ thể. Mặc dù có thể đắt hơn các loại thép không gỉ khác, nhưng sự kết hợp độc đáo các đặc tính của nó thường biện minh cho khoản đầu tư, đặc biệt là trong các ứng dụng hiệu suất cao. An toàn và độ tin cậy là tối quan trọng trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ và y tế, nơi các đặc tính của 15-5 PH có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và độ bền.

Tóm lại, thép không gỉ PH 15-5 là vật liệu đa năng, vượt trội trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và khả năng chống ăn mòn, trở thành lựa chọn ưu tiên trong các môi trường khắc nghiệt.