Thép không gỉ 301: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 301 được phân loại là thép không gỉ austenit , đáng chú ý vì hàm lượng crom và niken cao, mang lại khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và tính chất cơ học tốt. Loại thép này chủ yếu được hợp kim hóa với khoảng 17% crom và 7% niken, với hàm lượng cacbon thấp giúp tăng khả năng hàn và khả năng tạo hình. Sự hiện diện của các nguyên tố hợp kim này ảnh hưởng đáng kể đến bản chất cơ bản của nó, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.

Tổng quan toàn diện

Các đặc tính quan trọng nhất của thép không gỉ 301 bao gồm độ bền cao, độ dẻo tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn tốt. Nó được biết đến với khả năng chịu được nhiệt độ từ trung bình đến cao và thường được sử dụng trong các ứng dụng mà cả độ bền và khả năng chống ăn mòn đều quan trọng.

Ưu điểm (Pros):
- Độ bền cao: Thép không gỉ 301 có độ bền kéo vượt trội, lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng chịu tải cao.
- Khả năng chống ăn mòn: Có khả năng chống chịu tốt với nhiều môi trường ăn mòn, bao gồm điều kiện khí quyển và một số hóa chất.
- Khả năng tạo hình: Hàm lượng carbon thấp cho phép tạo hình tuyệt vời, phù hợp với các hình dạng và thiết kế phức tạp.

Hạn chế (Nhược điểm):
- Làm cứng khi gia công: Mặc dù có thể tạo hình dễ dàng nhưng nó cũng làm cứng khi gia công nhanh, điều này có thể làm phức tạp thêm quá trình xử lý tiếp theo.
- Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất (SCC): Trong một số môi trường nhất định, đặc biệt là môi trường có chứa clorua, 301 có thể dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất (SCC).

Theo truyền thống, thép không gỉ 301 đã được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ, cũng như trong các ứng dụng kiến ​​trúc. Vị thế thị trường của nó rất mạnh mẽ do tính linh hoạt và sự cân bằng giữa chi phí và hiệu suất.

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	S30100	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 301
AISI/SAE	301	Hoa Kỳ	Tên gọi thường dùng
Tiêu chuẩn ASTM	A240	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ
VI	1.4310	Châu Âu	Những khác biệt nhỏ về thành phần cần lưu ý
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS301	Nhật Bản	Tính chất tương tự, nhưng có thể khác nhau trong các ứng dụng cụ thể

Sự khác biệt giữa các cấp tương đương có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn dựa trên các đặc tính cơ học cụ thể hoặc khả năng chống ăn mòn. Ví dụ, mặc dù EN 1.4310 tương tự, nhưng nó có thể có các đặc tính cơ học hơi khác nhau do sự thay đổi về thành phần.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Cr (Crom)	16.0 - 18.0
Ni (Niken)	6.0 - 8.0
C (Cacbon)	≤ 0,08
Mn (Mangan)	2.0 - 4.0
Si (Silic)	≤ 1.0
P (Phốt pho)	≤ 0,045
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,03

Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 301 là crom và niken. Crom tăng cường khả năng chống ăn mòn và góp phần tạo nên độ cứng của thép, trong khi niken cải thiện độ dẻo và độ bền. Hàm lượng carbon thấp rất quan trọng để duy trì khả năng hàn và ngăn ngừa kết tủa cacbua trong quá trình hàn.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	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	520 - 750MPa	75 - 109 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	205 - 310MPa	30 - 45 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	40 - 50%	40 - 50%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell B)	Ủ	70 - 90 HRB	70 - 90 HRB	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	-	30 J (ở -196°C)	22 ft-lbf (ở -320°F)	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp giữa độ bền kéo và độ bền chảy cao làm cho thép không gỉ 301 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tính toàn vẹn về mặt cấu trúc dưới tải trọng cơ học. Độ giãn dài của nó cho thấy độ dẻo tốt, cho phép biến dạng mà không bị gãy.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	-	7,93 g/cm³	0,286 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	20 °C	16,2 W/m·K	112 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	20 °C	500 J/kg·K	0,119 BTU/lb·°F
Điện trở suất	20 °C	0,72 µΩ·m	0,72 µΩ·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	20 - 100 °C	16,0 x 10⁻⁶/K	8,89 x 10⁻⁶/°F

Mật độ của thép không gỉ 301 làm cho nó phù hợp với các ứng dụng mà trọng lượng là một yếu tố cần cân nhắc. Độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng của nó rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến truyền nhiệt, trong khi hệ số giãn nở nhiệt cho biết vật liệu sẽ hoạt động như thế nào khi nhiệt độ thay đổi.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	0 - 10	20 - 60	Hội chợ	Nguy cơ rỗ
Axit sunfuric	0 - 10	20 - 40	Nghèo	Không khuyến khích
Axit axetic	0 - 10	20 - 60	Tốt	Sức đề kháng vừa phải
Khí quyển	-	-	Xuất sắc	Tốt cho các ứng dụng ngoài trời

Thép không gỉ 301 có khả năng chống ăn mòn trong khí quyển và một số axit hữu cơ tốt, nhưng dễ bị rỗ và nứt do ăn mòn ứng suất trong môi trường clorua. So với thép không gỉ 304 , có hàm lượng niken cao hơn, 301 có khả năng chống rỗ kém hơn nhưng có độ bền cao hơn.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	925 °C	1700 °F	Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	870 °C	1600 °F	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	800 °C	1470 °F	Nguy cơ oxy hóa vượt quá nhiệt độ này

Ở nhiệt độ cao, thép không gỉ 301 vẫn giữ được độ bền và khả năng chống oxy hóa, phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài có thể dẫn đến đóng cặn và giảm tính chất cơ học.

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
Dán	E308L	-	Không được khuyến khích cho các ứng dụng quan trọng

Thép không gỉ 301 thường được coi là có thể hàn được, nhưng có thể cần phải xử lý nhiệt trước và sau khi hàn để giảm thiểu nguy cơ nứt. Cần cẩn thận để tránh nhiệt độ quá cao trong quá trình hàn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép không gỉ 301	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	50	100	Khả năng gia công vừa phải
Tốc độ cắt điển hình	20 - 30 m/phút	50 - 70 m/phút	Sử dụng các công cụ sắc bén và chất làm mát

Gia công thép không gỉ 301 có thể là một thách thức do đặc tính làm cứng của nó. Sử dụng các công cụ và kỹ thuật cắt phù hợp là điều cần thiết để đạt được bề mặt hoàn thiện mong muốn.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 301 có khả năng định hình cao, cho phép thực hiện các quy trình định hình nguội và nóng. Tuy nhiên, nó thể hiện khả năng làm cứng đáng kể, có thể hạn chế mức độ biến dạng trong một lần vận hành. Bán kính uốn cong phải được tính toán cẩn thận 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
Ủ	1010 - 1120 °C / 1850 - 2050 °F	30 - 60 phút	Không khí hoặc nước	Giảm căng thẳng, cải thiện độ dẻo dai

Các quy trình xử lý nhiệt như ủ có thể thay đổi đáng kể cấu trúc vi mô của thép không gỉ 301, tăng cường độ dẻo và giảm ứng suất dư.

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
Ô tô	Hệ thống xả	Độ bền cao, chống ăn mòn	Độ bền trong môi trường nhiệt độ cao và ăn mòn
Hàng không vũ trụ	Linh kiện máy bay	Nhẹ, độ bền cao	Hiệu suất dưới áp lực và cân nhắc trọng lượng
Ngành kiến ​​​​trúc	Đặc điểm kiến ​​trúc	Tính thẩm mỹ, khả năng chống ăn mòn	Vẻ ngoài lâu dài và tính toàn vẹn về cấu trúc

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Thiết bị nhà bếp
- Thiết bị y tế
- Lò xo và chốt

Việc lựa chọn thép không gỉ 301 trong các ứng dụng này thường là do sự cân bằng giữa độ bền, khả năng chống ăn mòn và khả năng tạo hình, khiến nó trở nên lý tưởng cho các thành phần đòi hỏi cả độ bền và tính thẩm mỹ.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép không gỉ 301	Thép không gỉ 304	Thép không gỉ 316	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Độ dẻo tốt	Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời	301 có độ bền cao hơn nhưng khả năng chống ăn mòn kém hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Công bằng trong clorua	Tốt trong clorua	Tuyệt vời trong clorua	316 được ưa chuộng cho các ứng dụng hàng hải
Khả năng hàn	Tốt	Xuất sắc	Tốt	304 dễ hàn hơn do hàm lượng carbon thấp hơn
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Hội chợ	304 dễ gia công hơn
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Vừa phải	Cao hơn	301 thường tiết kiệm chi phí hơn cho các ứng dụng có độ bền cao
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Rất phổ biến	Chung	304 là loại thép không gỉ được sử dụng rộng rãi nhất

Khi lựa chọn thép không gỉ 301, cần cân nhắc đến các đặc tính cơ học và chống ăn mòn cụ thể cần thiết cho ứng dụng, hiệu quả về chi phí và tính khả dụng. Sự kết hợp độc đáo các đặc tính của nó làm cho nó phù hợp với nhiều môi trường khắc nghiệt, nhưng việc cân nhắc cẩn thận các hạn chế của nó là điều cần thiết để có hiệu suất tối ưu.