Thép không gỉ 304H: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 304H là một biến thể chịu nhiệt độ cao của thép không gỉ 304 được sử dụng rộng rãi, được phân loại là thép không gỉ austenit . Loại này chủ yếu được hợp kim với crom (18-20%) và niken (8-10,5%), với hàm lượng carbon cao hơn 304 tiêu chuẩn, thường vào khoảng 0,04% đến 0,10%. Hàm lượng carbon tăng lên làm tăng cường độ ở nhiệt độ cao, khiến 304H đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng trong môi trường mà nhiệt độ cao là mối quan tâm.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 304H có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, độ bền cao và khả năng hàn tốt. Cấu trúc austenit của nó cung cấp độ bền và độ dẻo vượt trội, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi ứng suất cơ học đáng kể. Những ưu điểm chính của 304H bao gồm khả năng chịu được nhiệt độ cao (lên đến 870°C hoặc 1600°F) và khả năng chống oxy hóa và đóng cặn. Tuy nhiên, hàm lượng carbon cao hơn của nó có thể dẫn đến khả năng chống ăn mòn giảm trong một số môi trường nhất định so với các loại carbon thấp hơn.

Về vị thế thị trường, 304H thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp hóa dầu, dầu khí và phát điện, nơi các ứng dụng nhiệt độ cao rất phổ biến. Trong lịch sử, nó có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển bộ trao đổi nhiệt, nồi hơi và bình chịu áp suất.

Ưu điểm	Nhược điểm
Độ bền nhiệt độ cao tuyệt vời	Khả năng chống ăn mòn giảm so với các loại carbon cấp thấp hơn
Khả năng hàn tốt	Dễ bị nhạy cảm nếu không được xử lý nhiệt đúng cách
Khả năng chống oxy hóa cao	Chi phí cao hơn do các nguyên tố hợp kim

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	S30409	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 304L với hàm lượng carbon cao hơn
AISI/SAE	304H	Hoa Kỳ	Được sử dụng cho các ứng dụng nhiệt độ cao
Tiêu chuẩn ASTM	A240/A240M	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm, lá và dải thép không gỉ crom và crom-niken
VI	1.4948	Châu Âu	Cấp độ tương đương theo tiêu chuẩn Châu Âu
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS304H	Nhật Bản	Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản tương đương

Sự khác biệt giữa 304H và các loại tương đương, chẳng hạn như 304L, chủ yếu nằm ở hàm lượng carbon, ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng trong môi trường nhiệt độ cao. Trong khi 304L được ưa chuộng vì hàm lượng carbon thấp hơn và khả năng chống ăn mòn tốt hơn, 304H được lựa chọn cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao hơn ở nhiệt độ cao.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,04 - 0,10
Cr (Crom)	18.0 - 20.0
Ni (Niken)	8.0 - 10.5
Mn (Mangan)	2.0 tối đa
Si (Silic)	1.0 tối đa
P (Phốt pho)	0,045 tối đa
S (Lưu huỳnh)	0,030 tối đa

Vai trò chính của crom trong 304H là tăng cường khả năng chống ăn mòn, trong khi niken góp phần tạo nên độ bền và độ dẻo của thép. Hàm lượng carbon được kiểm soát cải thiện độ bền ở nhiệt độ cao, khiến nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

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	520 - 750MPa	75 - 109 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	Nhiệt độ phòng	205 - 310MPa	30 - 45 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	Nhiệt độ phòng	40% phút	40% phút	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell B)	Ủ	Nhiệt độ phòng	70 - 90 HRB	70 - 90 HRB	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	Charpy (20°C)	20°C	40 J phút	29,5 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp giữa độ bền kéo và độ bền chảy cao cùng với độ dẻo tốt khiến 304H phù hợp với các ứng dụng chịu tải cơ học và yêu cầu tính toàn vẹn về mặt cấu trúc.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	7,93 g/cm³	0,286 lb/in³
Điểm nóng chảy/Phạm vi	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	16,2 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
Hệ số giãn nở nhiệt	Nhiệt độ phòng	16,0 x 10⁻⁶/K	8,9 x 10⁻⁶/°F

Mật độ và điểm nóng chảy của 304H cho thấy độ bền của nó, trong khi độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến truyền nhiệt, chẳng hạn như bộ trao đổi nhiệt.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	3-5%	20-60°C / 68-140°F	Hội chợ	Nguy cơ rỗ
Axit sunfuric	10%	20-40°C / 68-104°F	Nghèo	Không khuyến khích
Axit axetic	10%	20-60°C / 68-140°F	Tốt	Sức đề kháng vừa phải
Nước biển	-	Môi trường xung quanh	Tốt	Thích hợp cho các ứng dụng hàng hải

304H có khả năng chống chịu tốt với nhiều môi trường ăn mòn, đặc biệt là trong điều kiện khí quyển và axit loãng. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường clorua và nên tránh sử dụng trong các ứng dụng axit sunfuric đậm đặc. So với thép không gỉ 316 , có chứa molypden để tăng khả năng chống rỗ, 304H có thể không hoạt động tốt trong môi trường có tính ăn mòn 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	-
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	925°C	1700°F	-
Nhiệt độ đóng băng	800°C	1472°F	-
Cân nhắc về sức bền biến dạng	600°C	1112°F	Bắt đầu giảm

304H vẫn giữ được độ bền và khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao, phù hợp để ứng dụng trong bộ trao đổi nhiệt và bình chịu áp suất. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 870°C có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và đóng cặn, đòi hỏi phải cân nhắc thiết kế cẩn thận.

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

304H thường được coi là có khả năng hàn tốt, nhưng nên gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau khi hàn để giảm thiểu nguy cơ nứt và nhạy cảm. Việc lựa chọn kim loại phụ thích hợp là rất quan trọng để duy trì khả năng chống ăn mòn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	304H	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	60%	100%	304H khó gia công hơn 1212
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30-50 m/phút	60-80 m/phút	Sử dụng các công cụ sắc bén và chất làm mát thích hợp

304H có khả năng gia công ở mức trung bình và mặc dù có thể gia công hiệu quả nhưng cần chú ý cẩn thận đến tốc độ cắt và dụng cụ để tránh bị cứng khi gia công.

Khả năng định hình

304H thể hiện khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện các quy trình định hình nguội và nóng. Tuy nhiên, do đặc tính làm cứng khi gia công, cần kiểm soát cẩn thận bán kính uốn và tốc độ 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	1010 - 1120 °C / 1850 - 2050 °F	30 phút	Không khí hoặc Nước	Hòa tan cacbua, cải thiện độ dẻo
Giảm căng thẳng	600 - 800 °C / 1112 - 1472 °F	1-2 giờ	Không khí	Giảm ứng suất dư

Các quy trình xử lý nhiệt như ủ dung dịch rất quan trọng để tối ưu hóa cấu trúc vi mô của 304H, tăng cường các tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn của nó.

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
Dầu khí	Bộ trao đổi nhiệt	Độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống ăn mòn	Cần thiết cho môi trường khắc nghiệt
Sản xuất điện	Ống nồi hơi	Độ bền cao, khả năng chống oxy hóa	Cần thiết cho hiệu quả
Xử lý hóa học	Bình chịu áp suất	Khả năng chống ăn mòn, khả năng hàn	An toàn và độ tin cậy
Chế biến thực phẩm	Thiết bị và đường ống	Chống ăn mòn, dễ vệ sinh	Tiêu chuẩn vệ sinh

• 304H thường được chọn cho bộ trao đổi nhiệt vì khả năng chịu được nhiệt độ cao và chống oxy hóa.
• Trong ngành dầu khí, nó được sử dụng trong các bình chịu áp suất, nơi có yêu cầu cao về độ bền và khả năng chống ăn mòn.
• Ngành chế biến thực phẩm sử dụng thép 304H vì tính vệ sinh và dễ vệ sinh.

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

Tính năng/Thuộc tính	304H	316	321	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Khả năng chống ăn mòn tốt hơn	Độ ổn định nhiệt độ cao tốt	304H mạnh hơn nhưng ít bền hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Công bằng trong clorua	Tuyệt vời trong clorua	Tốt trong các ứng dụng nhiệt độ cao	316 được ưa chuộng cho môi trường biển
Khả năng hàn	Tốt	Xuất sắc	Tốt	316 có thể yêu cầu chất độn đặc biệt cho nhiệt độ cao
Khả năng gia công	Vừa phải	Vừa phải	Vừa phải	Tất cả đều cần được chăm sóc để tránh làm việc quá sức
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Cao hơn	Vừa phải	304H có hiệu quả về mặt chi phí cho các ứng dụng nhiệt độ cao
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Chung	Ít phổ biến hơn	304H có sẵn rộng rãi ở nhiều dạng khác nhau

Khi lựa chọn 304H, cần cân nhắc đến hiệu quả về mặt chi phí cho các ứng dụng nhiệt độ cao, tính khả dụng và các đặc tính cơ học và chống ăn mòn cụ thể cần thiết cho mục đích sử dụng dự định. Mặc dù nó có những lợi thế đáng kể về độ bền và khả năng chịu nhiệt, nhưng khả năng bị rỗ trong môi trường clorua có thể đòi hỏi phải đánh giá cẩn thận so với các lựa chọn thay thế như thép không gỉ 316 cho các ứng dụng cụ thể.