Thép không gỉ 302: Tính chất và ứng dụng chính
Chia sẻ
Table Of Content
Table Of Content
Thép không gỉ 302 được phân loại là thép không gỉ austenit , đáng chú ý vì hàm lượng crom và niken cao. Loại này chủ yếu được hợp kim với khoảng 8% niken và 18% crom, góp phần tạo nên khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, khả năng định hình tốt và độ bền cao. Sự hiện diện của niken giúp ổn định cấu trúc austenit, khiến nó không có từ tính và tăng cường độ dẻo dai ở cả nhiệt độ môi trường và nhiệt độ cao.
Tổng quan toàn diện
Thép không gỉ 302 được công nhận rộng rãi vì tính linh hoạt của nó và thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi sự kết hợp giữa các tính chất cơ học tốt và khả năng chống oxy hóa và ăn mòn. Các tính chất vốn có của nó bao gồm:
- Khả năng chống ăn mòn : Khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều môi trường ăn mòn khác nhau, bao gồm điều kiện khí quyển và nhiều loại hóa chất hữu cơ và vô cơ.
- Độ bền cơ học : Độ bền kéo và độ bền chảy cao, phù hợp cho các ứng dụng kết cấu.
- Khả năng tạo hình : Khả năng gia công tốt, cho phép thực hiện nhiều quy trình chế tạo khác nhau như hàn và gia công.
Thuận lợi :
- Khả năng chống oxy hóa và ăn mòn cao.
- Tính chất cơ học tốt ở cả nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao.
- Không có từ tính trong điều kiện ủ.
Hạn chế :
- Khả năng chống ăn mòn rỗ trong môi trường clorua thấp hơn so với các loại thép không gỉ khác như 316.
- Không bền bằng một số hợp kim có độ bền cao khác, hạn chế việc sử dụng trong các ứng dụng kết cấu có yêu cầu cao.
Theo truyền thống, thép không gỉ 302 là mặt hàng chủ lực trong sản xuất thiết bị nhà bếp, phụ tùng ô tô và nhiều ứng dụng công nghiệp khác do tính cân bằng giữa các đặc tính và hiệu quả về chi phí. Vị thế thị trường của nó vẫn vững mạnh, với việc sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.
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 | S30200 | Hoa Kỳ | Tương đương gần nhất với AISI 302 |
| AISI/SAE | 302 | Hoa Kỳ | Tên gọi thường dùng |
| Tiêu chuẩn ASTM | A240 | Hoa Kỳ | Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ |
| VI | 1.4300 | Châu Âu | Tương đương với AISI 302 với sự khác biệt nhỏ về thành phần |
| Tiêu chuẩn Nhật Bản | SUS302 | Nhật Bản | Tính chất tương tự, được sử dụng trong tiêu chuẩn Nhật Bản |
| Anh | 00Cr19Ni9 | Trung Quốc | Tương đương với những thay đổi nhỏ trong thành phần |
| Tiêu chuẩn ISO | 1.4300 | Quốc tế | Chỉ định chung cho lớp này |
Ghi chú/Nhận xét : Trong khi các loại thép không gỉ như 316 có khả năng chống clorua tốt hơn, 302 vẫn là lựa chọn tiết kiệm chi phí cho nhiều ứng dụng mà khả năng chống ăn mòn cực cao không phải là yếu tố quan trọng. Sự khác biệt nhỏ về thành phần giữa các loại thép tương đương có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các môi trường cụ thể, khiến việc lựa chọn cẩn thận trở nên quan trọng.
Thuộc tính chính
Thành phần hóa học
| Nguyên tố (Ký hiệu và Tên) | Phạm vi phần trăm (%) |
|---|---|
| C (Cacbon) | 0,15 tối đa |
| Cr (Crom) | 17.0 - 19.0 |
| Ni (Niken) | 8.0 - 10.0 |
| Mn (Mangan) | 2.0 tối đa |
| Si (Silic) | 1.0 tối đa |
| P (Phốt pho) | 0,045 tối đa |
| S (Lưu huỳnh) | 0,03 tối đa |
Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 302 bao gồm crom và niken, đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học. Crom tạo thành lớp oxit thụ động trên bề mặt, bảo vệ chống ăn mòn, trong khi niken cải thiện độ dẻo dai và độ dẻo, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp.
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 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% | 40% | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ cứng (Rockwell B) | Ủ | 70 - 90 | 70 - 90 | Tiêu chuẩn ASTM E18 |
| Sức mạnh tác động | - | 40 J (ở -20°C) | 30 ft-lbf (ở -4°F) | Tiêu chuẩn ASTM E23 |
Sự kết hợp giữa độ bền kéo và độ bền chảy cao, cùng với độ giãn dài tốt, làm cho thép không gỉ 302 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi cả độ bền và độ dẻo. Độ bền va đập ở nhiệt độ thấp đảm bảo độ tin cậy trong môi trường lạnh hơn.
Tính chất vật lý
| Tài sản | Điều kiện/Nhiệt độ | Giá trị (Đơn vị mét - SI) | Giá trị (Đơn vị Anh) |
|---|---|---|---|
| Tỉ trọng | - | 8,0 g/cm³ | 0,289 lb/in³ |
| Điểm nóng chảy/Phạm vi | - | 1400 - 1450 °C | 2550 - 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 | 0,12 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 | 8,9 x 10⁻⁶ /°F |
| Độ từ thẩm | - | Không từ tính | Không từ tính |
Mật độ và điểm nóng chảy của thép không gỉ 302 cho thấy tính phù hợp của nó đối với các ứng dụng nhiệt độ cao. Độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng của nó làm cho nó hiệu quả trong các ứng dụng truyền nhiệt, trong khi bản chất không từ tính của nó có lợi thế trong các ứng dụng điện tử và từ tính.
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 / 68 - 140 | Hội chợ | Dễ bị rỗ |
| Axit sunfuric | 0 - 50 | 20 - 60 / 68 - 140 | Tốt | Yêu cầu thụ động |
| Axit axetic | 0 - 50 | 20 - 60 / 68 - 140 | Xuất sắc | Kháng ở nồng độ thấp |
| Nước biển | - | 20 - 60 / 68 - 140 | Tốt | Nguy cơ ăn mòn cục bộ |
| Khí quyển | - | - | Xuất sắc | Khả năng chống oxy hóa tốt |
Thép không gỉ 302 có khả năng chống ăn mòn trong khí quyển và nhiều hóa chất hữu cơ và vô cơ tuyệt vời. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường clorua, đặc biệt là trong các ứng dụng hàng hải. So với thép không gỉ 316, có chứa molypden để tăng khả năng chống clorua, 302 có thể không hoạt động tốt trong điều kiện có độ mặn 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 °C | 1600 °F | Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao |
| Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa | 925 °C | 1700 °F | Có thể chịu được tiếp xúc trong thời gian ngắn |
| Nhiệt độ đóng băng | 600 °C | 1112 °F | Nguy cơ oxy hóa vượt quá nhiệt độ này |
| Cân nhắc về sức bền biến dạng | 600 °C | 1112 °F | Khả năng chống biến dạng giảm ở nhiệt độ cao |
Thép không gỉ 302 duy trì các đặc tính cơ học ở nhiệt độ cao, làm cho nó phù hợp để ứng dụng trong bộ trao đổi nhiệt và các thành phần lò nung. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 600 °C có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và đóng cặn, đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận khi thiết kế.
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 | Kết quả tốt với kỹ thuật phù hợp |
| MIG | ER308L | Argon + CO2 | Cần kiểm soát cẩn thận lượng nhiệt đầu vào |
| Dán | E308L | - | Thích hợp cho các phần dày hơn |
Thép không gỉ 302 có khả năng hàn cao bằng nhiều quy trình khác nhau, bao gồm hàn TIG và MIG. Xử lý nhiệt trước và sau khi hàn thường được khuyến nghị để giảm thiểu nguy cơ nứt và đảm bảo các đặc tính cơ học tối ưu. Cần cẩn thận để tránh quá nhiệt trong quá trình hàn, có thể dẫn đến mất khả năng chống ăn mòn.
Khả năng gia công
| Thông số gia công | Thép không gỉ 302 | 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 (Tiện) | 30 m/phút | 60 m/phút | Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất |
Thép không gỉ 302 có khả năng gia công ở mức trung bình, thường yêu cầu tốc độ cắt chậm hơn và dụng cụ chuyên dụng để đạt được bề mặt hoàn thiện mong muốn. Nên sử dụng dụng cụ thép tốc độ cao hoặc cacbua để nâng cao hiệu suất.
Khả năng định hình
Thép không gỉ 302 có khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện nhiều quy trình khác nhau như uốn, dập và kéo sâu. Tuy nhiên, điều cần thiết là phải xem xét đến quá trình làm cứng khi gia công, có thể ảnh hưởng đến độ dẻo của vật liệu trong quá trình định hình. Nên tuân thủ bán kính uốn được khuyến nghị 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 / 1850 - 2050 | 1 - 2 giờ | Không khí | Giảm ứng suất, cải thiện độ dẻo dai |
| Giải pháp điều trị | 1010 - 1120 / 1850 - 2050 | 1 giờ | Nước | Ổn định cấu trúc austenit |
| Lão hóa | 650 - 800 / 1200 - 1470 | 1 - 2 giờ | Không khí | Tăng cường sức mạnh và độ cứng |
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 302. Các quy trình này tăng cường độ dẻo và độ bền đồng thời giảm ứng suất bên trong, giúp vật liệu phù hợp hơn với các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
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 | Khả năng chống ăn mòn, khả năng định hình | Vệ sinh và độ bền |
| Ô tô | Hệ thống xả | Độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống oxy hóa | Hiệu suất dưới nhiệt độ cao |
| Ngành công nghiệp hóa chất | Bể chứa | Khả năng chống ăn mòn, độ bền cơ học | An toàn và tuổi thọ |
| Hàng không vũ trụ | Linh kiện máy bay | Nhẹ, độ bền cao | Hiệu suất và an toàn |
Các ứng dụng khác bao gồm:
-
- Thiết bị y tế
-
- Các yếu tố kiến trúc
-
- Chốt và phụ kiện
Thép không gỉ 302 được lựa chọn cho các ứng dụng này do tính chất cân bằng tuyệt vời của nó, đặc biệt là khả năng chống ăn mòn và độ bền cơ học, rất quan trọng trong môi trường tiếp xúc với độ ẩm và hóa chất.
Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn
| Tính năng/Thuộc tính | Thép không gỉ 302 | Thép không gỉ 316 | Thép không gỉ 304 | Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi |
|---|---|---|---|---|
| Tính chất cơ học chính | Sức mạnh vừa phải | Độ bền cao | 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 | 316 được ưa chuộng cho các ứng dụng hàng hải |
| Khả năng hàn | Tốt | Tốt | Xuất sắc | 304 dễ hàn hơn |
| Khả năng gia công | Vừa phải | Vừa phải | Tốt | 304 thường dễ gia công hơn |
| Khả năng định hình | Tốt | Tốt | Xuất sắc | 304 có khả năng định hình vượt trội |
| Chi phí tương đối xấp xỉ | Vừa phải | Cao hơn | Vừa phải | 302 có hiệu quả về mặt chi phí cho nhiều ứng dụng |
| Khả năng cung cấp điển hình | Có sẵn rộng rãi | Có sẵn rộng rãi | Có sẵn rộng rãi | Tất cả các lớp thường được tìm thấy |
Khi lựa chọn thép không gỉ 302, các cân nhắc như hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu cụ thể về khả năng chống ăn mòn và cơ học là tối quan trọng. Trong khi 302 cung cấp sự cân bằng tốt về các đặc tính, các lựa chọn thay thế như 316 có thể phù hợp hơn với các môi trường có mức độ tiếp xúc với clorua cao. Ngoài ra, thép không gỉ 304 thường được lựa chọn vì khả năng định hình và hàn tuyệt vời, khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều ứng dụng.
Tóm lại, thép không gỉ 302 vẫn là vật liệu đa năng và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, mang đến lựa chọn đáng tin cậy cho các ứng dụng đòi hỏi sự kết hợp giữa độ bền, khả năng chống ăn mòn và khả năng tạo hình.