Thép không gỉ 304: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 304 được phân loại là thép không gỉ austenit , một loại thép được biết đến với khả năng chống ăn mòn cao và khả năng định hình tuyệt vời. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 304 là crom (18-20%) và niken (8-10,5%), ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính của nó. Sự hiện diện của crom làm tăng khả năng chống oxy hóa và ăn mòn của thép, trong khi niken góp phần tạo nên độ dẻo dai và độ dẻo dai của nó.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 304 là một trong những loại thép không gỉ được sử dụng rộng rãi nhất, được biết đến với tính linh hoạt và cân bằng các đặc tính. Các đặc tính vốn có của nó bao gồm khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, khả năng hàn tốt và khả năng chịu được nhiệt độ cao. Những đặc tính này làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau, từ thiết bị nhà bếp đến chế biến hóa chất.

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm (Pros)	Hạn chế (Nhược điểm)
Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong nhiều môi trường khác nhau	Dễ bị rỗ trong môi trường clorua
Khả năng định hình và hàn tốt	Độ bền thấp hơn ở nhiệt độ cao so với một số loại khác
Không từ tính trong điều kiện ủ	Không phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao trên 870°C (1600°F)
Tiết kiệm chi phí và có sẵn rộng rãi	Có thể bị nứt do ăn mòn ứng suất trong một số điều kiện nhất định

Trong lịch sử, thép không gỉ 304 đã đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của các ứng dụng thép không gỉ hiện đại, trở thành lựa chọn tiêu chuẩn trong các ngành công nghiệp như chế biến thực phẩm, dược phẩm và xây dựng. Sự phổ biến của nó trên thị trường bắt nguồn từ sự cân bằng thuận lợi của các đặc tính, khiến nó trở thành vật liệu được các kỹ sư và nhà thiết kế lựa chọn.

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	Danh hiệu được công nhận rộng rãi
Tiêu chuẩn ASTM	A240	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ
VI	1.4301	Châu Âu	Tương đương với AISI 304
ĐẠI HỌC	X5CrNi18-10	Đức	Sự khác biệt nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS304	Nhật Bản	Thường được sử dụng trong tiêu chuẩn Nhật Bản
Anh	06Cr19Ni10	Trung Quốc	Tên gọi tương đương ở Trung Quốc
Tiêu chuẩn ISO	304	Quốc tế	Tiêu chuẩn chỉ định

Sự khác biệt tinh tế giữa các cấp độ tương đương, chẳng hạn như sự thay đổi về hàm lượng niken và crom, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của thép trong các môi trường cụ thể. Ví dụ, trong khi cả 304 và 1.4301 đều giống nhau, thì loại sau có thể có các đặc tính cơ học hơi khác nhau do các quy trình sản xuất cụ thể của nó.

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 - 10.5
C (Cacbon)	0,08 tối đa
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

Crom rất quan trọng trong việc hình thành lớp oxit thụ động bảo vệ thép khỏi bị ăn mòn. Niken tăng cường độ dẻo dai và độ dẻo, giúp dễ tạo hình và hàn hơn. Mangan và silic góp phần tạo nên độ bền và độ ổn định tổng thể của hợp kim.

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 - 720MPa	75 - 104 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	215 - 505MPa	31 - 73 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 (Charpy)	-20°C (-4°F)	40 tháng	29,5 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các tính chất cơ học này làm cho thép không gỉ 304 phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo tốt, chẳng hạn như các thành phần kết cấu và bình chịu áp suất.

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	2552 - 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	0,000014 ohm·cm
Hệ số giãn nở nhiệt	20 - 100 °C	16,0 x 10⁻⁶ /K	8,9 x 10⁻⁶ /°F
Độ từ thẩm	Nhiệt độ phòng	Không từ tính	Không từ tính

Các tính chất vật lý quan trọng như mật độ và độ dẫn nhiệt có ý nghĩa quan trọng đối với các ứng dụng trong bộ trao đổi nhiệt và thiết bị nấu ăn, nơi mà việc truyền nhiệt hiệu quả là rất quan trọng.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	0-3%	20 - 60 °C (68 - 140 °F)	Hội chợ	Nguy cơ rỗ
Axit sunfuric	10-30%	20 - 50 °C (68 - 122 °F)	Tốt	Dễ bị ăn mòn do ứng suất
Axit axetic	10-50%	20 - 60 °C (68 - 140 °F)	Tốt	Nói chung là kháng cự
Nước biển	-	Môi trường xung quanh	Xuất sắc	Có sức đề kháng cao
Khí quyển	-	Môi trường xung quanh	Xuất sắc	Sức đề kháng tốt

Thép không gỉ 304 có khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều môi trường ăn mòn, do đó phù hợp cho các ứng dụng trong chế biến thực phẩm, môi trường biển và xử lý hóa chất. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường giàu clorua, đây có thể là một cân nhắc quan trọng trong các ứng dụng ven biển hoặc khi có muối chống đóng băng.

Khi so sánh với các loại thép không gỉ khác, chẳng hạn như thép không gỉ 316 , có chứa molypden để tăng khả năng chống ăn mòn, 304 có thể không hoạt động tốt trong môi trường có tính ăn mòn cao. Tuy nhiên, nó thường được lựa chọn vì tính hiệu quả về chi phí và tính khả dụng.

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	-
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	925 °C	1700 °F	-
Nhiệt độ thang đo	800 °C	1470 °F	Nguy cơ oxy hóa
Cân nhắc về sức bền kéo dài bắt đầu từ khoảng	500 °C	932 °F	-

Ở nhiệt độ cao, thép không gỉ 304 vẫn duy trì khả năng chống oxy hóa tốt, nhưng tiếp xúc lâu dài có thể dẫn đến đóng cặn và mất các đặc tính cơ học. Không nên sử dụng cho các ứng dụng vượt quá 870 °C (1600 °F) do khả năng suy giảm độ bền.

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	-	Tốt cho việc sửa chữa tại hiện trường

Thép không gỉ 304 được biết đến với khả năng hàn tuyệt vời, khiến nó phù hợp với nhiều quy trình hàn khác nhau. Xử lý nhiệt trước và sau khi hàn thường không bắt buộc, nhưng việc kiểm soát nhiệt đầu vào là điều cần thiết để tránh biến dạng và duy trì các đặc tính cơ học. Các khuyết tật tiềm ẩn như độ xốp và nứt có thể xảy ra nếu không tuân thủ đúng kỹ thuật.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép không gỉ 304	AISI 1212 (Thép chuẩn)	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	60%	100%	-
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30-50 m/phút	80-120 m/phút	Sử dụng công cụ cacbua

Thép không gỉ 304 có khả năng gia công vừa phải so với thép cacbon. Các điều kiện tối ưu bao gồm sử dụng các công cụ sắc bén và chất lỏng cắt thích hợp để giảm quá trình làm cứng và cải thiện bề mặt hoàn thiện.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 304 có khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện các quy trình định hình nguội và nóng. Nó có thể dễ dàng uốn cong, kéo và định hình thành nhiều hình dạng khác nhau. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải xem xét đến quá trình làm cứng khi gia công, điều này có thể ảnh hưởng đến độ dẻo của vật liệu trong quá trình định hình mở rộng.

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 phút cho mỗi inch độ dày	Không khí hoặc nước	Giảm ứng suất, cải thiện độ dẻo dai
Giải pháp điều trị	1010 - 1120 °C (1850 - 2050 °F)	30 phút	Làm mát nhanh	Hòa tan cacbua, ổn định austenit

Các quy trình xử lý nhiệt như ủ được sử dụng để giảm ứng suất bên trong và tăng độ dẻo. Quy trình xử lý dung dịch giúp hòa tan cacbua, đảm bảo cấu trúc vi mô đồng nhất và khả năng chống ăn mòn được cải thiện.

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
Xử lý hóa học	Bể chứa	Khả năng chống ăn mòn, khả năng hàn	An toàn và tuổi thọ
Sự thi công	Mặt tiền kiến ​​trúc	Sự hấp dẫn về mặt thẩm mỹ, sức mạnh	Tính toàn vẹn về mặt hình ảnh và cấu trúc
Ô tô	Hệ thống xả	Khả năng chịu nhiệt, chống ăn mòn	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 chế biến thực phẩm, thép không gỉ 304 được ưa chuộng vì khả năng chịu được hóa chất tẩy rửa và duy trì vệ sinh. Trong chế biến hóa học, khả năng chống ăn mòn của nó đảm bảo an toàn cho vật liệu được lưu trữ.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép không gỉ 304	Thép không gỉ 316	Thép không gỉ 430	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Sức mạnh vừa phải	Sức mạnh cao hơn	Sức mạnh thấp hơn	316 tốt hơn cho các ứng dụng chịu áp lực cao
Góc nhìn ăn mòn chính	Sức đề kháng tốt	Sức đề kháng tuyệt vời	Sức đề kháng công bằng	316 được ưa chuộng trong môi trường clorua
Khả năng hàn	Xuất sắc	Tốt	Hội chợ	304 dễ hàn hơn 430
Khả năng gia công	Vừa phải	Vừa phải	Tốt	430 dễ gia công hơn
Khả năng định hình	Tốt	Tốt	Xuất sắc	430 có khả năng định hình tốt hơn
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Cao hơn	Thấp hơn	304 có hiệu quả về mặt chi phí cho nhiều ứng dụng
Khả năng cung cấp điển hình	Cao	Vừa phải	Cao	304 có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn thép không gỉ 304, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Sự cân bằng về tính chất của nó khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng, mặc dù các lựa chọn thay thế như 316 có thể cần thiết cho các môi trường ăn mòn hơn. Ngoài ra, thép không gỉ 304 không có từ tính, có thể có lợi trong một số ứng dụng nhất định, chẳng hạn như trong ngành thực phẩm và y tế.

Tóm lại, thép không gỉ 304 là vật liệu đa năng và được sử dụng rộng rãi, có khả năng cân bằng giữa khả năng chống ăn mòn, tính chất cơ học và dễ chế tạo, khiến nó trở thành lựa chọn tuyệt vời cho nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau.