Thép không gỉ 18-10: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 18-10, còn được gọi là AISI 304, là loại thép không gỉ austenit được sử dụng rộng rãi, đặc trưng bởi khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và khả năng định hình tốt. Nó chủ yếu bao gồm sắt, crom (18%) và niken (10%), góp phần tạo nên các đặc tính độc đáo của nó. Hàm lượng crom tăng cường khả năng chống ăn mòn bằng cách hình thành lớp oxit thụ động trên bề mặt, trong khi niken cải thiện độ dẻo và độ dai, làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 18-10 thuộc họ thép không gỉ austenit, được biết đến với đặc tính không từ tính và khả năng chống ăn mòn cao. Các nguyên tố hợp kim chính, crom và niken, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các đặc tính của nó. Crom cung cấp khả năng chống oxy hóa và ăn mòn, trong khi niken ổn định cấu trúc austenit, tăng cường độ dẻo dai và độ dẻo của vật liệu.

Đặc điểm chính:
- Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong nhiều môi trường khác nhau.
- Tính chất cơ học tốt, bao gồm độ bền kéo và độ dẻo cao.
- Không có từ tính trong điều kiện ủ.
- Dễ hàn và dễ tạo hình.

Thuận lợi:
- Khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở cao.
- Thích hợp với nhiều loại nhiệt độ và môi trường khác nhau.
- Ứng dụng đa dạng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm chế biến thực phẩm, dược phẩm và xây dựng.

Hạn chế:
- Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất trong môi trường clorua.
- Độ bền thấp hơn so với một số loại thép không gỉ khác, chẳng hạn như thép không gỉ martensitic.
- Không thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao vượt quá 870°C (1600°F).

Theo truyền thống, thép không gỉ 18-10 đã là nền tảng trong sự phát triển của các ứng dụng thép không gỉ kể từ khi nó được giới thiệu vào đầu thế kỷ 20. Việc sử dụng rộng rãi và sẵn có khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến của các kỹ sư và nhà thiết kế.

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	S30400	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 304
AISI/SAE	304	Hoa Kỳ	Tên gọi thường dùng
Tiêu chuẩn ASTM	A240	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ
VI	1.4301	Châu Âu	Tên gọi tương đương ở Châu Âu
ĐẠI HỌC	X5CrNi18-10	Đức	Thành phần tương tự với những khác biệt nhỏ
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS304	Nhật Bản	Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản tương đương
Anh	06Cr19Ni10	Trung Quốc	Tên gọi tương đương của Trung Quốc
Tiêu chuẩn ISO	304	Quốc tế	Tiêu chuẩn quốc tế

Ghi chú/Nhận xét: Mặc dù thép không gỉ 18-10 thường được coi là tương đương với các loại khác như AISI 316, nhưng điều quan trọng cần lưu ý là 316 có chứa molypden, giúp tăng đáng kể khả năng chống ăn mòn, đặc biệt là trong môi trường clorua. Sự khác biệt này có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn dựa trên các yêu cầu ứng dụng cụ thể.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Fe (Sắt)	Sự cân bằng
Cr (Crom)	18.0 - 20.0
Ni (Niken)	8.0 - 12.0
C (Cacbon)	≤ 0,08
Mn (Mangan)	≤ 2.0
Si (Silic)	≤ 1.0
P (Phốt pho)	≤ 0,045
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,03

Vai trò của các nguyên tố hợp kim chính:
- Crom (Cr): Tăng khả năng chống ăn mòn và tạo thành lớp oxit bảo vệ.
- Niken (Ni): Cải thiện độ dẻo dai, độ bền, ổn định cấu trúc austenit.
- Cacbon (C): Ảnh hưởng đến độ cứng và độ bền; hàm lượng cacbon thấp hơn sẽ giảm thiểu khả năng bị ăn mòn giữa các hạt.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	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	520 - 750MPa	75 - 110 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	215 - 310MPa	31 - 45 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	40 - 50%	40 - 50%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Giảm Diện Tích	Ủ	60 - 70%	60 - 70%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell B)	Ủ	70 - 90 HRB	70 - 90 HRB	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động (Charpy)	-20°C (-4°F)	40 tháng	30 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Giải thích về tính chất cơ học: Tính chất cơ học của thép không gỉ 18-10 làm cho nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo tốt. Tỷ lệ giãn dài cao của nó cho thấy khả năng định hình tuyệt vời, cho phép nó được định hình thành nhiều hình dạng khác nhau mà không bị nứt. Độ bền kéo đảm bảo rằng nó có thể chịu được tải trọng đáng kể mà không bị biến dạng vĩnh viễn, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng kết cấu.

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	7,93 g/cm³	0,286 lb/in³
Điểm nóng chảy/Phạm vi	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	16 W/m·K	9,3 BTU·in/h·ft²·°F
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,72 µΩ·m	0,0000013 Ω·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	20 - 100 °C	16,0 x 10⁻⁶ /K	8,9 x 10⁻⁶ /°F
Độ từ thẩm	Nhiệt độ phòng	Không từ tính	Không từ tính

Tầm quan trọng của các đặc tính vật lý: Mật độ của thép không gỉ 18-10 làm cho nó tương đối nhẹ, có lợi trong các ứng dụng mà trọng lượng là mối quan tâm. Độ dẫn nhiệt của nó cho phép tản nhiệt hiệu quả, làm cho nó phù hợp với bộ trao đổi nhiệt. Tính chất không từ tính rất quan trọng trong các ứng dụng mà nhiễu từ phải được giảm thiểu, chẳng hạn như trong thiết bị điện tử.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	3-10	20-60 °C (68-140 °F)	Hội chợ	Dễ bị rỗ
Axit sunfuric	10-30	20-40 °C (68-104 °F)	Tốt	Yêu cầu thụ động
Axit axetic	5-20	20-60 °C (68-140 °F)	Tốt	Nói chung là kháng cự
Nước biển	-	Môi trường xung quanh	Xuất sắc	Có sức đề kháng cao
Khí quyển	-	Môi trường xung quanh	Xuất sắc	Tạo lớp oxit bảo vệ

Bản tường thuật về khả năng chống ăn mòn: Thép không gỉ 18-10 thể hiện khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều môi trường ăn mòn, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng trong chế biến thực phẩm, xử lý hóa chất và môi trường biển. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường giàu clorua, đặc biệt là ở nhiệt độ cao. So với AISI 316, có chứa molypden để tăng khả năng chống clorua, 18-10 có thể không hoạt động tốt trong điều kiện ăn mòn cao. Ngược lại, nó hoạt động tốt hơn thép cacbon và một số loại thép không gỉ cấp thấp hơn trong hầu hết các môi trường.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	870 °C	1600 °F	Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	925 °C	1700 °F	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	600 °C	1112 °F	Nguy cơ oxy hóa vượt quá nhiệt độ này
Bắt đầu xem xét về sức bền kéo dài	600 °C	1112 °F	Sự biến dạng có thể trở nên đáng kể

Bản tường thuật về khả năng chịu nhiệt: Thép không gỉ 18-10 vẫn giữ được các đặc tính cơ học ở nhiệt độ cao, khiến nó phù hợp với các ứng dụng như bộ trao đổi nhiệt và các thành phần lò nung. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 870 °C (1600 °F) có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và đóng cặn, có thể làm giảm tính toàn vẹn của nó. Điều cần thiết là phải xem xét các yếu tố này trong các ứng dụng nhiệt độ cao để tránh hỏng sớm.

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
Hàn TIG	ER308L	Khí Argon	Kết quả tốt với kỹ thuật phù hợp
Hàn MIG	ER308L	Hỗn hợp Argon/CO2	Cần kiểm soát nhiệt độ cẩn thận
Hàn que	E308L	-	Thích hợp cho các phần dày hơn

Hàn thép không gỉ 18-10 thường đơn giản do khả năng hàn tốt. Thường không cần gia nhiệt trước, nhưng việc kiểm soát nhiệt đầu vào là rất quan trọng để tránh cong vênh và đảm bảo mối hàn chắc chắn. Có thể cần xử lý nhiệt sau khi hàn để giảm ứng suất và cải thiện khả năng chống ăn mòn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép không gỉ 18-10	AISI 1212 (Thép chuẩn)	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	30%	100%	Yêu cầu tốc độ chậm hơn và nguồn cấp dữ liệu cao hơn
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30-50 m/phút	100-150 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Gia công thép không gỉ 18-10 có thể là một thách thức do đặc tính làm cứng của nó. Nên sử dụng các công cụ sắc bén và tốc độ cắt phù hợp để giảm thiểu hao mòn công cụ và đạt được bề mặt hoàn thiện tốt.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 18-10 có khả năng định hình tuyệt vời, cho phép thực hiện các quy trình định hình nguội và nóng. Độ dẻo cao của nó cho phép uốn cong và định hình mà không bị nứt, phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi hình học phức tạp. Tuy nhiên, cần phải cẩn thận để tránh làm cứng quá mức, có thể dẫn đến khó khăn trong quá trình xử lý tiếp theo.

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
Ủ	1010 - 1120 °C (1850 - 2050 °F)	1-2 giờ	Không khí hoặc nước	Giảm ứng suất, cải thiện độ dẻo dai
Giải pháp điều trị	1000 - 1100 °C (1832 - 2012 °F)	30 phút	Làm mát nhanh	Ổn định cấu trúc austenit

Biến đổi luyện kim: Trong quá trình ủ, thép không gỉ 18-10 trải qua quá trình biến đổi làm giảm ứng suất bên trong và tăng độ dẻo. Xử lý dung dịch hòa tan cacbua và các chất kết tủa khác, thúc đẩy cấu trúc vi mô đồng nhất giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn và 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)
Chế biến thực phẩm	Thiết bị nhà bếp	Chống ăn mòn, dễ vệ sinh	Vệ sinh và độ bền
Dược phẩm	Thiết bị và đường ống	Chống ăn mòn, không phản ứng	An toàn và tuân thủ
Sự thi công	Mặt tiền kiến ​​trúc	Tính thẩm mỹ, khả năng chống chịu thời tiết	Độ bền và hình dáng
Xử lý hóa học	Bể chứa	Khả năng chống ăn mòn, độ bền	An toàn trong xử lý hóa chất
Ứng dụng hàng hải	Linh kiện thuyền	Khả năng chống ăn mòn trong nước biển	Độ bền trong môi trường khắc nghiệt

• Các ứng dụng khác bao gồm:
• Linh kiện ô tô
• Thiết bị y tế
• Bộ trao đổi nhiệt
• Bình chịu áp suất

Giải thích ứng dụng: Thép không gỉ 18-10 được chọn cho thiết bị chế biến thực phẩm do khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và dễ vệ sinh, rất quan trọng để duy trì các tiêu chuẩn vệ sinh. Trong các ứng dụng dược phẩm, tính không phản ứng của nó đảm bảo rằng nó không làm nhiễm bẩn các sản phẩm nhạy cảm. Tính thẩm mỹ và độ bền của loại thép này khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng kiến ​​trúc, trong khi độ bền và khả năng chống ăn mòn của nó rất quan trọng trong quá trình chế biến hóa chất và môi trường biển.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép không gỉ 18-10	Thép không gỉ AISI 316	Thép Cacbon	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ dẻo tốt	Sức mạnh cao hơn	Biến đổi	316 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Công bằng trong clorua	Tuyệt vời trong clorua	Nghèo	316 được ưa chuộng trong môi trường biển
Khả năng hàn	Tốt	Tốt	Xuất sắc	18-10 dễ hàn hơn ở các phần mỏng
Khả năng gia công	Vừa phải	Vừa phải	Cao	Thép cacbon dễ gia công hơn
Khả năng định hình	Xuất sắc	Tốt	Biến đổi	18-10 dẻo hơn nhiều loại thép cacbon
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Cao hơn	Thấp hơn	18-10 có hiệu quả về mặt chi phí cho nhiều ứng dụng
Khả năng cung cấp điển hình	Cao	Vừa phải	Cao	18-10 có sẵn rộng rãi ở nhiều dạng khác nhau

Thảo luận: Khi lựa chọn thép không gỉ 18-10, cần cân nhắc đến sự cân bằng giữa khả năng chống ăn mòn, tính chất cơ học và hiệu quả về mặt chi phí. Mặc dù phù hợp với nhiều ứng dụng, nhưng các lựa chọn thay thế như AISI 316 có thể cần thiết trong các môi trường có tính ăn mòn cao. Sự sẵn có của thép không gỉ 18-10 ở nhiều dạng khác nhau khiến nó trở thành lựa chọn thiết thực cho các kỹ sư và nhà thiết kế. Ngoài ra, tính chất không từ tính và tính thẩm mỹ của nó càng làm tăng thêm tính mong muốn của nó trong các ứng dụng chuyên biệt.

Tóm lại, thép không gỉ 18-10 vẫn là vật liệu đa năng và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, nhờ sự kết hợp độc đáo của các tính chất đáp ứng được nhu cầu của các ứng dụng kỹ thuật hiện đại.