Thép không gỉ 18-8: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 18-8, còn được gọi là AISI 304, là loại thép không gỉ austenit được sử dụng rộng rãi, đặc trưng bởi hàm lượng crom và niken cao. Loại thép này thường chứa khoảng 18% crom và 8% niken, góp phần tạo nên khả năng chống ăn mòn, khả năng tạo hình và khả năng hàn tuyệt vời. Là một loại thép không gỉ austenit, nó duy trì cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt (FCC), mang lại độ dẻo dai và độ dẻo tốt ở cả nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 18-8 chủ yếu được phân loại là thép không gỉ austenit, được biết đến với đặc tính không từ tính và khả năng chống ăn mòn vượt trội. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 18-8 là crom (Cr) và niken (Ni), trong đó crom cung cấp khả năng chống oxy hóa và niken tăng cường độ dẻo dai và độ dẻo. Sự hiện diện của các nguyên tố này ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất tổng thể của thép trong nhiều môi trường khác nhau.

Đặc điểm và tính chất chính

• Khả năng chống ăn mòn : Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong nhiều môi trường ăn mòn, bao gồm điều kiện khí quyển, chế biến thực phẩm và ứng dụng hóa chất.
• Tính chất cơ học : Độ bền kéo và độ bền chảy tốt, phù hợp cho các ứng dụng kết cấu.
• Khả năng tạo hình : Độ dẻo cao cho phép thực hiện quá trình tạo hình và tạo hình dễ dàng.
• Khả năng hàn : Có thể hàn dễ dàng bằng các kỹ thuật tiêu chuẩn, tuy nhiên phải cẩn thận để tránh gây nhạy cảm.

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm (Pros)	Hạn chế (Nhược điểm)
Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời	Dễ bị rỗ trong môi trường clorua
Tính chất cơ học tốt	Độ bền thấp hơn so với một số loại thép không gỉ khác
Độ dẻo dai và khả năng định hình cao	Không phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao vượt quá 870°C (1600°F)
Dễ hàn	Có thể dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất trong một số môi trường nhất định

Thép không gỉ 18-8 giữ vị trí quan trọng trên thị trường do tính linh hoạt và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm chế biến thực phẩm, chế biến hóa chất và xây dựng. Ý nghĩa lịch sử của nó có từ đầu thế kỷ 20 khi nó được phát triển thành thép không gỉ đa dụng.

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	Chỉ định tương đương trong tiêu chuẩn Châu Âu
ĐẠI HỌC	X5CrNi18-10	Đức	Thành phần tương tự, có sự 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

Sự khác biệt tinh tế giữa các cấp độ tương đương này thường nằm ở dung sai thành phần cụ thể và tính chất cơ học, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi AISI 304 và EN 1.4301 nhìn chung là tương đương, thì EN 1.4301 có thể có giới hạn nghiêm ngặt hơn đối với một số tạp chất nhất định.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
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 chính của crom trong thép không gỉ 18-8 là tăng cường khả năng chống ăn mòn bằng cách tạo thành lớp oxit thụ động trên bề mặt. Niken góp phần tạo nên độ dẻo dai và độ bền của thép, cho phép thép chịu được biến dạng mà không bị gãy. Mangan và silic giúp cải thiện độ bền và độ bền của thép, trong khi phốt pho và lưu huỳnh được kiểm soát để giảm thiểu tác động có hại của chúng đến độ dẻo dai.

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 - 109 kilômét	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	210 - 310MPa	30 - 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	-20°C (-4°F)	40 - 60J	30 - 45 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các tính chất cơ học này làm cho thép không gỉ 18-8 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo tốt, chẳng hạn như trong các thành phần cấu trúc và hệ thống đường ống. Độ bền kéo tương đối cao của nó cho phép nó chịu được tải trọng đáng kể, trong khi độ giãn dài của nó cho thấy khả năng tạo hình tốt.

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	8,0 g/cm³	0,289 lb/in³
Điểm nóng chảy/Phạm vi	-	1400 - 1450 °C	2550 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	16 W/m·K	92 BTU·in/(hr·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	9,0 x 10⁻⁶ /°F
Độ từ thẩm	Nhiệt độ phòng	Không từ tính	Không từ tính

Mật độ của thép không gỉ 18-8 cho thấy nó tương đối nặng so với các vật liệu khác, đây là một cân nhắc quan trọng trong các ứng dụng mà trọng lượng là một yếu tố. Độ dẫn nhiệt của nó ở mức trung bình, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi khả năng chịu nhiệt mà không truyền nhiệt quá mức. Tính chất không từ tính đặc biệt có lợi trong các ứng dụng mà nhiễu từ phải được giảm thiểu.

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 (68-140)	Hội chợ	Nguy cơ rỗ
Axit sunfuric	10-30	20-40 (68-104)	Tốt	Sức đề kháng vừa phải
Axit axetic	10-50	20-60 (68-140)	Tốt	Dễ bị ăn mòn do ứng suất
Natri Hydroxit	10-50	20-60 (68-140)	Xuất sắc	Chống kiềm
Khí quyển	-	-	Xuất sắc	Khả năng chống ăn mòn chung

Thép không gỉ 18-8 có khả năng chống ăn mòn trong khí quyển tuyệt vời, phù hợp với các ứng dụng ngoài trời. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường clorua, chẳng hạn như vùng ven biển hoặc trong quá trình xử lý hóa học liên quan đến clorua. So với các loại thép không gỉ khác, chẳng hạn như thép không gỉ 316 , có chứa molypden để tăng khả năng chống rỗ, 18-8 có thể không hoạt động tốt trong môi trường có tính ăn mòn 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	870	1600	Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	925	1700	Có thể chịu được tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	600	1112	Nguy cơ oxy hóa ở nhiệt độ trên
Bắt đầu xem xét về sức bền kéo dài	600	1112	Khả năng chống biến dạng giảm đáng kể

Ở nhiệt độ cao, thép không gỉ 18-8 vẫn giữ được độ bền và độ dẻo dai, phù hợp cho các ứng dụng trong môi trường nhiệt độ cao. 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 về mặt cấu trúc của thép. Việc cân nhắc cẩn thận các điều kiện sử dụng là điều cần thiết để ngăn ngừa sự xuống cấp.

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	ER308L	Khí Argon	Tốt cho các phần mỏng
MIG	ER308L	Hỗn hợp Argon + CO2	Thích hợp cho các phần dày hơn
Gậy (SMAW)	E308L	-	Yêu cầu làm nóng trước cho các phần dày

Thép không gỉ 18-8 được biết đến với khả năng hàn tuyệt vời, khiến nó phù hợp với nhiều quy trình hàn khác nhau. Tuy nhiên, điều quan trọng là tránh nhạy cảm trong quá trình hàn, có thể dẫn đến ăn mòn giữa các hạt. Có thể cần phải gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau khi hàn đối với các phần dày hơn để giảm nguy cơ nứt.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép không gỉ 18-8	AISI 1212 (Thép chuẩn)	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	30%	100%	Yêu cầu tốc độ cắt chậm hơn
Tốc độ cắt điển hình	30-50 m/phút	60-90 m/phút	Sử dụng công cụ thép tốc độ cao

Gia công thép không gỉ 18-8 có thể là một thách thức do đặc tính làm cứng khi gia công của nó. Nên sử dụng các công cụ thép tốc độ cao hoặc cacbua và duy trì tốc độ cắt thấp hơn để đạt được kết quả tối ưu. Bôi trơn thích hợp cũng có thể kéo dài tuổi thọ của công cụ và độ hoàn thiện bề mặt.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 18-8 có khả năng định hình tuyệt vời, cho phép dễ dàng định hình và tạo hình thành nhiều thành phần khác nhau. Có thể gia công nguội để đạt được hình dạng mong muốn, nhưng phải cẩn thận để tránh làm cứng quá mức, có thể dẫn đến nứt. Bán kính uốn tối thiểu để tạo hình nguội thường là 1,5 lần độ dày vật liệu.

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 / 1850 - 2050	1-2 giờ	Không khí hoặc Nước	Giảm ứng suất, cải thiện độ dẻo dai
Giải pháp điều trị	1000 - 1100 / 1830 - 2010	30 phút	Nước	Hòa tan cacbua, tăng cường khả năng chống ăn mòn

Các quy trình xử lý nhiệt như ủ và xử lý dung dịch rất quan trọng để tối ưu hóa cấu trúc vi mô của thép không gỉ 18-8. Ủ làm giảm ứng suất bên trong và tăng độ dẻo, trong khi xử lý dung dịch giúp hòa tan cacbua và cải thiện khả năng chống ăn mòn.

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
Xử lý hóa học	Bể chứa	Khả năng chống ăn mòn, độ bền	Độ bền lâu dài
Sự thi công	Thành phần cấu trúc	Độ bền, khả năng hàn	Đa năng và mạnh mẽ
Ô tô	Hệ thống xả	Khả năng chịu nhiệt độ cao, có thể định hình	Hiệu suất và độ bền
Thiết bị y tế	Dụng cụ phẫu thuật	Khả năng tương thích sinh học, chống ăn mòn	An toàn và độ tin cậy

Trong ngành chế biến thực phẩm, thép không gỉ 18-8 được ưa chuộng vì khả năng chống ăn mòn và dễ vệ sinh, lý tưởng cho thiết bị nhà bếp và lưu trữ thực phẩm. Trong chế biến hóa chất, độ bền và độ chắc của thép này phù hợp cho các bồn chứa và hệ thống đường ống. Ngành công nghiệp ô tô sử dụng loại thép này cho hệ thống xả do khả năng chịu được nhiệt độ cao.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép không gỉ 18-8	Thép không gỉ 316	Thép không gỉ 430	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ dẻo tốt	Sức mạnh cao hơn	Sức mạnh vừa phải	316 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Công bằng trong clorua	Xuất sắc	Tốt trong môi trường nhẹ nhàng	316 được ưa chuộng cho các ứng dụng hàng hải
Khả năng hàn	Xuất sắc	Tốt	Hội chợ	18-8 dễ hàn hơn 430
Khả năng gia công	Vừa phải	Vừa phải	Tốt	430 dễ gia công hơn do hàm lượng hợp kim thấp hơn
Khả năng định hình	Xuất sắc	Tốt	Hội chợ	18-8 linh hoạt hơn trong việc hình thành
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Cao hơn	Thấp hơn	18-8 có hiệu quả về mặt chi phí cho nhiều ứng dụng
Khả năng cung cấp điển hình	Có sẵn rộng rãi	Chung	Có sẵn	18-8 là lựa chọn tiêu chuẩn trong nhiều ngành công nghiệp

Khi lựa chọn thép không gỉ 18-8, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và tính phù hợp cho các ứng dụng cụ thể. Mặc dù thép không gỉ 316 có khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học tuyệt vời, nhưng có thể ưu tiên các lựa chọn thay thế như thép không gỉ 316 trong môi trường có tính ăn mòn cao. Ngoài ra, thép không gỉ 430 có thể được lựa chọn cho các ứng dụng yêu cầu tính chất từ ​​tính, mặc dù khả năng chống ăn mòn thấp hơn.

Tóm lại, thép không gỉ 18-8 là vật liệu đa năng và được sử dụng rộng rãi, mang lại sự cân bằng giữa độ bền, khả năng chống ăn mòn và khả năng định hình. Ứng dụng của nó trải dài trên nhiều ngành công nghiệp khác nhau, khiến nó trở thành vật liệu quan trọng trong kỹ thuật và sản xuất hiện đại.