Thép không gỉ 253MA: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 253MA được phân loại là thép không gỉ austenit , đáng chú ý vì hàm lượng crom và niken cao, cùng với việc bổ sung các nguyên tố đất hiếm. Loại thép này được thiết kế để cung cấp khả năng chống oxy hóa tuyệt vời và độ bền nhiệt độ cao, khiến nó phù hợp cho các ứng dụng trong môi trường mà nhiệt độ và ăn mòn là mối quan tâm đáng kể.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 253MA chủ yếu bao gồm crom (20-22%), niken (10-12%) và một tỷ lệ nhỏ nitơ (0,1-0,2%), với việc bổ sung các nguyên tố đất hiếm như xeri và lanthanum. Các nguyên tố hợp kim này góp phần tạo nên các đặc tính độc đáo của nó, chẳng hạn như khả năng chống oxy hóa được tăng cường và độ bền cơ học được cải thiện ở nhiệt độ cao.

Các đặc điểm quan trọng nhất của 253MA bao gồm:

• Độ bền nhiệt độ cao : Giữ nguyên tính toàn vẹn về mặt cơ học ở nhiệt độ lên tới 1150°C (2100°F).
• Khả năng chống oxy hóa tuyệt vời : Đặc biệt là trong môi trường nhiệt độ cao, thích hợp cho các ứng dụng trong lò nung.
• Khả năng hàn tốt : Cho phép thực hiện các quy trình chế tạo và ghép nối hiệu quả.
• Khả năng chống nứt do ăn mòn ứng suất : Đặc biệt là trong môi trường clorua.

Thuận lợi :
- Hiệu suất vượt trội trong các ứng dụng nhiệt độ cao.
- Khả năng chống oxy hóa và chống đóng cặn tốt.
- Linh hoạt cho nhiều phương pháp chế tạo khác nhau.

Hạn chế :
- Chi phí cao hơn so với thép không gỉ thông thường.
- Cần xử lý cẩn thận khi hàn để tránh khuyết tật.

Trong lịch sử, 253MA đã được sử dụng trong các ngành công nghiệp như hóa dầu, phát điện và đốt chất thải, nơi các đặc tính của nó rất cần thiết để duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc trong điều kiện 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	S30815	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với EN 1.4835
AISI/SAE	253MA	Hoa Kỳ	Tên gọi thường dùng
Tiêu chuẩn ASTM	A240	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ
VI	1.4835	Châu Âu	Những khác biệt nhỏ về thành phần cần lưu ý
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS310S	Nhật Bản	Tính chất tương tự nhưng hàm lượng niken thấp hơn

Sự khác biệt giữa các loại này thường nằm ở các thành phần hợp kim 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 1.4835 có khả năng chống oxy hóa tương tự, nhưng nó có thể không hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ cao liên tục so với 253MA.

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)	10.0 - 12.0
N (Nitơ)	0,1 - 0,2
Ce (Xeri)	0,1 - 0,5
La (Lanthanum)	0,01 - 0,1
Fe (Sắt)	Sự cân bằng

Vai trò chính của crom là tăng cường khả năng chống ăn mòn, trong khi niken góp phần tạo nên độ dẻo dai và độ dẻo của thép. Nitơ làm tăng độ bền và cải thiện khả năng chống ăn mòn rỗ. Việc bổ sung các nguyên tố đất hiếm như xeri và lanthanum giúp tinh chỉnh cấu trúc vi mô, tăng cường hiệu suất nhiệt độ cao.

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	550 - 750MPa	80 - 110 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	Nhiệt độ phòng	250 - 350MPa	36 - 51 kilôgam	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	30 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các tính chất cơ học này làm cho 253MA phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo cao, đặc biệt là dưới tải trọng cơ học và ứng suất nhiệt.

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	0,286 lb/in³
Điểm nóng chảy/Phạm vi	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	15 W/m·K	87 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
Hệ số giãn nở nhiệt	20 - 100 °C	16,5 x 10⁻⁶/K	9,2 x 10⁻⁶/°F

Mật độ và điểm nóng chảy cho thấy 253MA có thể chịu được nhiệt độ cao mà không bị biến dạng đáng kể. Độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng của nó làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến truyền nhiệt.

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	Tốt	Nguy cơ rỗ
Axit sunfuric	10-30	20-40 / 68-104	Hội chợ	Dễ bị ăn mòn cục bộ
Axit axetic	5-20	20-60 / 68-140	Xuất sắc	Sức đề kháng tốt
Nước biển	-	20-60 / 68-140	Tốt	Nguy cơ ăn mòn khe hở

253MA có khả năng chống oxy hóa và đóng cặn tuyệt vời ở nhiệt độ cao, do đó phù hợp để sử dụng trong môi trường có ứng suất nhiệt cao. Nó hoạt động tốt với nhiều tác nhân ăn mòn khác nhau, đặc biệt là trong môi trường có tính axit và giàu clorua. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn rỗ trong dung dịch clorua, đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận trong các ứng dụng hàng hải.

Khi so sánh với các loại thép không gỉ khác, chẳng hạn như 316L và 310S, 253MA cho thấy hiệu suất vượt trội trong các ứng dụng nhiệt độ cao, trong khi 316L có khả năng chống rỗ tốt hơn trong môi trường clorua.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	1150	2100	Thích hợp cho việc tiếp xúc kéo dài
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	1200	2192	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	1150	2100	Nguy cơ oxy hóa vượt quá giới hạn này
Cân nhắc về sức bền kéo dài bắt đầu từ khoảng	800	1472	Quan trọng cho các ứng dụng dài hạn

Ở nhiệt độ cao, 253MA vẫn giữ được tính chất cơ học và có khả năng chống oxy hóa tuyệt vời. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 1150°C có thể dẫn đến đóng cặn, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của nó trong các ứng dụng nhiệt độ cao.

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	Argon + CO2	Thích hợp cho các phần dày hơn
SÚNG BẮN TỪ	E308L	-	Yêu cầu làm nóng trước cho các phần dày

253MA 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 và giảm ứng suất dư.

Khả năng gia công

Thông số gia công	253MA	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 (Tiện)	30 m/phút	60 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Gia công 253MA 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 thấp hơn để đạt được kết quả tối ưu.

Khả năng định hình

253MA thể hiện khả năng định hình tốt, cho phép cả quá trình định hình nguội và nóng. Tuy nhiên, do bản chất làm cứng khi gia công, cần cân nhắc cẩn thận về bán kính uốn và kỹ thuật định hình để tránh nứt.

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	1050 - 1150 / 1922 - 2102	30 phút	Không khí	Hòa tan cacbua, cải thiện độ dẻo
Giảm căng thẳng	600 - 800 / 1112 - 1472	1-2 giờ	Không khí	Giảm ứng suất dư

Các quy trình xử lý nhiệt như ủ dung dịch làm tăng độ dẻo và độ dai của 253MA bằng cách hòa tan cacbua và tinh chế cấu trúc vi mô. Phương pháp xử lý này rất quan trọng đối với các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và khả năng chống nứt ăn mòn ứng suất.

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
Hóa dầu	Bộ trao đổi nhiệt	Độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống oxy hóa	Cần thiết cho hiệu quả của quy trình
Sản xuất điện	Ống nồi hơi	Độ bền kéo dài cao, khả năng chống ăn mòn	Quan trọng đối với sự an toàn và hiệu suất
Đốt rác thải	Các thành phần lò	Khả năng chống oxy hóa tuyệt vời	Đảm bảo tuổi thọ trong môi trường khắc nghiệt

Các ứng dụng khác bao gồm:

• Thiết bị xử lý hóa chất
• Linh kiện hàng không vũ trụ
• Máy chế biến thực phẩm

Trong các ứng dụng này, 253MA được lựa chọn vì khả năng chịu được điều kiện khắc nghiệt trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc.

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

Tính năng/Thuộc tính	253MA	316L	310S	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Độ dẻo tốt	Độ bền nhiệt độ cao tuyệt vời	253MA vượt trội trong các ứng dụng nhiệt độ cao
Góc nhìn ăn mòn chính	Tốt trong axit	Tuyệt vời trong clorua	Tốt trong quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao	316L tốt hơn cho môi trường clorua
Khả năng hàn	Tốt	Xuất sắc	Hội chợ	253MA cần được xử lý cẩn thận
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Hội chợ	253MA khó gia công hơn
Khả năng định hình	Tốt	Xuất sắc	Hội chợ	253MA đòi hỏi kỹ thuật uốn cẩn thận
Chi phí tương đối xấp xỉ	Cao hơn	Vừa phải	Vừa phải	Những cân nhắc về chi phí có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Cao	253MA có thể không dễ dàng có sẵn

Khi lựa chọn 253MA, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và tính phù hợp cho các ứng dụng cụ thể. Các đặc tính độc đáo của nó khiến nó trở nên lý tưởng cho môi trường nhiệt độ cao và ăn mòn, mặc dù chi phí cao hơn so với các loại thép không gỉ khác có thể là một yếu tố hạn chế.

Tóm lại, thép không gỉ 253MA là vật liệu đa năng mang lại hiệu suất vượt trội trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Sự kết hợp độc đáo giữa các đặc tính cơ học và chống ăn mòn khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên trong các ngành công nghiệp mà độ tin cậy và độ bền là tối quan trọng.