Thép không gỉ 21-6-9: Tính chất và ứng dụng chính
Chia sẻ
Table Of Content
Table Of Content
Thép không gỉ 21-6-9 (Nitronic 40) được phân loại là thép không gỉ austenit , nổi bật với sự kết hợp độc đáo giữa độ bền cao, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và khả năng hàn tốt. Các nguyên tố hợp kim chính trong loại này bao gồm crom (Cr), niken (Ni) và mangan (Mn), góp phần đáng kể vào các đặc tính hiệu suất tổng thể của nó.
Tổng quan toàn diện
Nitronic 40 được đặc trưng bởi độ bền cao và khả năng chống mài mòn và ăn mòn, làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Hợp kim này thường chứa khoảng 21% crom, 6% niken và 9% mangan, cùng với một lượng nhỏ các nguyên tố khác như nitơ, giúp tăng cường các tính chất cơ học của nó.
Một trong những ưu điểm quan trọng nhất của Nitronic 40 là khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở vượt trội, đặc biệt là trong môi trường clorua. Điều này khiến nó trở thành lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng hàng hải và các môi trường khác thường xuyên tiếp xúc với nước mặn. Ngoài ra, tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao cho phép giảm sử dụng vật liệu mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của cấu trúc.
Tuy nhiên, Nitronic 40 có những hạn chế. Chi phí cao hơn so với thép không gỉ tiêu chuẩn có thể là một nhược điểm đối với một số ứng dụng. Hơn nữa, mặc dù có khả năng gia công tốt, nhưng không dễ gia công như một số loại thép hợp kim thấp hơn, điều này có thể dẫn đến tăng chi phí sản xuất.
Trong lịch sử, Nitronic 40 đã tìm thấy vị trí thích hợp trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, hàng hải và chế biến hóa chất, nơi các đặc tính độc đáo của nó có thể được tận dụng tối đa. Vị thế thị trường của nó rất mạnh, đặc biệt là trong các ứng dụng chuyên biệt đòi hỏi hiệu suất và độ tin cậy 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 | S21900 | Hoa Kỳ | Gần giống nhất với AISI 316 nhưng có tính chất được cải tiến. |
| AISI/SAE | 21-6-9 | Hoa Kỳ | Được biết đến với độ bền cao và khả năng chống ăn mòn. |
| Tiêu chuẩn ASTM | A240/A240M | Hoa Kỳ | Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm, lá và dải thép không gỉ crom và crom-niken. |
| VI | 1.3964 | Châu Âu | Tương tự như AISI 316 nhưng có hàm lượng mangan cao hơn. |
| Tiêu chuẩn Nhật Bản | SUS329J3 | Nhật Bản | Tương đương với sự khác biệt nhỏ về thành phần. |
Các vật liệu tương đương gần nhất của Nitronic 40, chẳng hạn như AISI 316, có thể không hoạt động tốt trong các môi trường ăn mòn cụ thể do hàm lượng mangan thấp hơn. Sự khác biệt này có thể ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chống rỗ và nứt do ăn mòn ứng suất của vật liệu.
Thuộc tính chính
Thành phần hóa học
| Nguyên tố (Ký hiệu và Tên) | Phạm vi phần trăm (%) |
|---|---|
| Cr (Crom) | 20.0 - 22.0 |
| Ni (Niken) | 5.0 - 7.0 |
| Mn (Mangan) | 8.0 - 10.0 |
| N (Nitơ) | 0,1 - 0,2 |
| Fe (Sắt) | Sự cân bằng |
Vai trò chính của crom trong Nitronic 40 là tăng cường khả năng chống ăn mòn, trong khi niken góp phần tạo nên độ dẻo dai và độ dẻo dai của nó. Mangan không chỉ cải thiện độ bền mà còn giúp ổn định cấu trúc austenit. Nitơ còn tăng cường độ bền và khả năng chống ăn mòn, đặc biệt là trong môi trường clorua.
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 | Ủ | Nhiệt độ phòng | 620 - 800MPa | 90 - 116 ksi | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%) | Ủ | Nhiệt độ phòng | 310 - 450MPa | 45 - 65 ksi | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ giãn dài | Ủ | Nhiệt độ phòng | 40 - 50% | 40 - 50% | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ cứng (Rockwell B) | Ủ | Nhiệt độ phòng | 85 - 95 HRB | 85 - 95 HRB | Tiêu chuẩn ASTM E18 |
| Sức mạnh tác động (Charpy) | Ủ | -196°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 Nitronic 40 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tính toàn vẹn về mặt cấu trúc dưới tải trọng cơ học. Độ giãn dài tuyệt vời của nó cho thấy độ dẻo tốt, cho phép nó chịu được biến dạng mà không bị hỏng.
Tính chất vật lý
| Tài sản | Điều kiện/Nhiệt độ | Giá trị (Đơn vị đo lường) | Giá trị (Anh) |
|---|---|---|---|
| Tỉ trọng | Nhiệt độ phòng | 7,9g/cm³ | 0,285 lb/in³ |
| Điểm nóng chảy | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
| Độ dẫn nhiệt | Nhiệt độ phòng | 16,3 W/m·K | 112 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 | 0,72 µΩ·trong |
Mật độ của Nitronic 40 cho thấy đây là vật liệu tương đối nhẹ, có lợi trong các ứng dụng mà việc tiết kiệm trọng lượng là rất quan trọng. Độ dẫn nhiệt của nó ở mức trung bình, khiến nó phù hợp với các ứng dụng cần tản nhiệt nhưng không quá mức. Nhiệt dung riêng cho thấy nó có thể hấp thụ một lượng nhiệt đáng kể mà không có sự thay đổi nhiệt độ đột ngột, có lợi trong các ứng dụng quản lý nhiệt.
Chống ăn mòn
| Chất ăn mòn | Sự tập trung (%) | Nhiệt độ (°C) | Xếp hạng sức đề kháng | Ghi chú |
|---|---|---|---|---|
| Clorua | 3,5% | 25°C | Xuất sắc | Nguy cơ rỗ trong điều kiện tù đọng. |
| Axit sunfuric | 10% | 20°C | Tốt | Sức đề kháng hạn chế; cần xử lý cẩn thận. |
| Axit clohydric | 5% | 25°C | Hội chợ | Không khuyến khích tiếp xúc trong thời gian dài. |
| Nước biển | - | 25°C | Xuất sắc | Có khả năng chống ăn mòn cao do nước biển. |
Nitronic 40 có khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở tuyệt vời trong môi trường clorua, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng hàng hải. Tuy nhiên, nó dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất trong một số điều kiện nhất định, đặc biệt là khi có clorua và nhiệt độ cao. So với AISI 316, Nitronic 40 có hiệu suất vượt trội trong môi trường khắc nghiệt, trong khi AISI 304 có thể không cung cấp khả năng bảo vệ đầy đủ chống lại rỗ.
Khả năng chịu nhiệt
| Tài sản/Giới hạn | Nhiệt độ (°C) | Nhiệt độ (°F) | Nhận xét |
|---|---|---|---|
| Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa | 800°C | 1472°F | Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao. |
| Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa | 900°C | 1652°F | Có thể chịu được nhiệt độ cao trong thời gian ngắn. |
| Nhiệt độ đóng băng | 1000°C | 1832°F | Bắt đầu bị oxy hóa ở nhiệt độ cao. |
Nitronic 40 duy trì các đặc tính cơ học ở nhiệt độ cao, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng liên quan đến tiếp xúc với nhiệt. Khả năng chống oxy hóa của nó cho phép nó hoạt động tốt trong môi trường nhiệt độ cao, mặc dù phải cẩn thận để tránh tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 800°C.
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 | ER309L | Khí Argon | Thích hợp cho các phần mỏng. |
| MIG | ER308L | Argon/CO2 | Phù hợp với các phần dày hơn. |
| SÚNG BẮN TỪ | E309L | - | Cần phải làm nóng trước đối với các phần dày hơn. |
Nitronic 40 thường được coi là có khả năng hàn tốt, mặc dù có thể cần phải gia nhiệt trước đối với các phần dày hơn để tránh nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể tăng cường các đặc tính cơ học của mối hàn, đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc.
Khả năng gia công
| Thông số gia công | Nitronic 40 | AISI 1212 | Ghi chú/Mẹo |
|---|---|---|---|
| Chỉ số khả năng gia công tương đối | 50 | 100 | Yêu cầu tốc độ cắt chậm hơn. |
| Tốc độ cắt điển hình | 20 m/phút | 40 m/phút | Sử dụng dụng cụ bằng thép tốc độ cao. |
Gia công Nitronic 40 có thể là một thách thức do đặc tính làm cứng 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.
Khả năng định hình
Nitronic 40 thể hiện khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện các quy trình định hình nguội và nóng. Tuy nhiên, do độ bền cao, nên sử dụng bán kính uốn lớn hơn để tránh nứt trong quá trình uốn. Có thể xảy ra hiện tượng làm cứng khi gia công, có thể cần ủ trung gian 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 |
|---|---|---|---|---|
| Ủ | 1050 - 1150 °C / 1922 - 2102 °F | 1 - 2 giờ | Không khí | Giảm ứng suất, tăng độ dẻo. |
| Giải pháp điều trị | 1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F | 30 phút | Nước | Tăng cường khả năng chống ăn mòn. |
Trong quá trình xử lý nhiệt, Nitronic 40 trải qua các biến đổi luyện kim giúp cải thiện cấu trúc vi mô và tính chất của nó. Ủ giúp giảm ứng suất bên trong, trong khi xử lý dung dịch tăng cường khả năng chống ăn mòn bằng cách hòa tan các chất kết tủa.
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, chống ăn mòn | Vật liệu nhẹ và bền là điều cần thiết. |
| Hàng hải | Đóng tàu | Khả năng chống ăn mòn của nước biển tuyệt vời | Đảm bảo độ bền và độ tin cậy trong môi trường khắc nghiệt. |
| Xử lý hóa học | Các thành phần của bơm và van | Khả năng chống lại các hóa chất mạnh | Rất quan trọng đối với sự an toàn và hiệu suất trong xử lý hóa chất. |
Các ứng dụng khác bao gồm:
- Các thành phần của ngành dầu khí
- Thiết bị chế biến thực phẩm
- Thiết bị y tế
Nitronic 40 được lựa chọn cho các ứng dụng này vì sự kết hợp độc đáo giữa độ bền, khả năng chống ăn mòn và khả năng tạo hình, những yếu tố quan trọng trong môi trường mà hiệu suất và độ tin cậy là tối quan trọng.
Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn
| Tính năng/Thuộc tính | Nitronic 40 | AISI 316 | AISI 304 | 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 | Nitronic 40 có độ bền vượt trội. |
| Góc nhìn ăn mòn chính | Xuất sắc | Tốt | Hội chợ | Nitronic 40 hoạt động tốt trong môi trường clorua. |
| Khả năng hàn | Tốt | Xuất sắc | Xuất sắc | Nitronic 40 cần được xử lý cẩn thận. |
| Khả năng gia công | Vừa phải | Tốt | Xuất sắc | Khó gia công hơn 304/316. |
| Khả năng định hình | Tốt | Tốt | Xuất sắc | Khả năng tạo hình tương tự nhưng yêu cầu bán kính uốn cong lớn hơn. |
| Chi phí tương đối xấp xỉ | Cao hơn | Vừa phải | Thấp hơn | Chi phí có thể là một yếu tố trong việc lựa chọn. |
| Khả năng cung cấp điển hình | Vừa phải | Cao | Cao | 316 và 304 được sử dụng phổ biến hơn. |
Khi lựa chọn Nitronic 40, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Mặc dù có thể đắt hơn các loại thép không gỉ khác, nhưng hiệu suất của nó trong các môi trường khắc nghiệt thường biện minh cho khoản đầu tư. Ngoài ra, tính chất từ tính của nó không đáng kể, khiến nó phù hợp với các ứng dụng mà từ tính là mối quan tâm.
Tóm lại, Nitronic 40 nổi bật là loại thép không gỉ hiệu suất cao, mang lại những lợi thế độc đáo về độ bền và khả năng chống ăn mòn, đặc biệt là trong những môi trường khắc nghiệt. Việc lựa chọn và ứng dụng cẩn thận có thể giúp tăng độ bền và độ tin cậy trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.