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

Thép không gỉ 304L là một biến thể carbon thấp của cấp 304, được phân loại là thép không gỉ austenit . Phân loại này có ý nghĩa quan trọng vì nó biểu thị cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt, góp phần tạo nên độ dẻo và độ bền tuyệt vời của nó. Các nguyên tố hợp kim chính trong 304L là crom (18-20%) và niken (8-12%), với hàm lượng carbon thấp (tối đa 0,03%) giúp tăng khả năng hàn và khả năng chống nhạy cảm trong quá trình hàn.

Các đặc tính quan trọng nhất của thép không gỉ 304L bao gồm khả năng chống ăn mòn cao, khả năng định hình tốt và các tính chất cơ học tuyệt vời ở cả nhiệt độ môi trường xung quanh và nhiệt độ cao. Nó đặc biệt được biết đến với khả năng chống oxy hóa và nhiều môi trường ăn mòn, khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến trong các ngành công nghiệp như chế biến thực phẩm, chế biến hóa chất và ứng dụng kiến ​​trúc.

Ưu điểm và hạn chế

Thuận lợi:
- Khả năng chống ăn mòn: Có khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều loại môi trường ăn mòn.
- Khả năng hàn: Hàm lượng carbon thấp cho phép hàn dễ dàng mà không có nguy cơ ăn mòn giữa các hạt.
- Độ dẻo: Có độ dẻo và độ dai cao, thích hợp cho việc tạo hình và định hình.

Hạn chế:
- Độ bền: Độ bền thấp hơn so với một số loại thép không gỉ khác, chẳng hạn như 316L.
- Ăn mòn rỗ: Dễ bị rỗ trong môi trường clorua.
- Chi phí: Nói chung đắt hơn thép cacbon.

Thép không gỉ 304L giữ vị trí quan trọng trên thị trường do tính linh hoạt và sử dụng rộng rãi. Ý nghĩa lịch sử của nó có từ những năm 1930 khi nó được phát triển lần đầu tiên và kể từ đó đã trở thành một trong những loại thép không gỉ được sử dụng phổ biến nhất trên toàn cầu.

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	S30403	Hoa Kỳ	Biến thể carbon thấp của 304
AISI/SAE	304L	Hoa Kỳ	Tên gọi thường dùng
Tiêu chuẩn ASTM	A240	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ
VI	1.4306	Châu Âu	Tương đương với 304L với sự khác biệt nhỏ về thành phần
ĐẠI HỌC	X5CrNi18-10	Đức	Tương tự như 304L với một số thay đổi nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS304L	Nhật Bản	Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản tương đương
Anh	06Cr19Ni10	Trung Quốc	Tên gọi tương đương ở Trung Quốc
Tiêu chuẩn ISO	304L	Quốc tế	Tiêu chuẩn quốc tế

Sự khác biệt giữa các cấp độ tương đương thường nằm ở thành phần cụ thể và tính chất cơ học, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi 1.4306 và 304L tương tự nhau, loại trước có thể có tính chất cơ học hơi khác nhau do hàm lượng niken và crom thay đổi.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,03 tối đa
Cr (Crom)	18.0 - 20.0
Ni (Niken)	8.0 - 12.0
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 304L đóng vai trò quan trọng:
- Crom: Có khả năng chống ăn mòn và tăng cường hình thành lớp oxit thụ động.
- Niken: Cải thiện độ dẻo dai và độ dai, góp phần tạo nên độ ổn định tổng thể của thép.
- Mangan: Hỗ trợ quá trình khử oxy và cải thiện độ bền và độ cứng của thép.

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 - 720MPa	75 - 104 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% phút	40% phút	Tiêu chuẩn ASTM E8
Giảm Diện Tích	Ủ	50% phút	50% phút	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

Tính chất cơ học của thép không gỉ 304L làm cho nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo tốt. Độ bền kéo và độ bền kéo của nó đủ cho các ứng dụng kết cấu, trong khi độ giãn dài của nó cho thấy khả năng định hình tuyệt vời.

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 W/m·K	92 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	0,000014 Ω·trong
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 chính như mật độ và điểm nóng chảy rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến nhiệt độ cao, trong khi độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng rất cần thiết cho các ứng dụng truyền nhiệt. Bản chất không từ tính của 304L làm cho nó phù hợp với các ứng dụng trong môi trường nhạy cảm với từ trường.

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°C (68-140°F)	Hội chợ	Dễ bị rỗ
Axit sunfuric	10-30%	20-60°C (68-140°F)	Tốt	Yêu cầu thụ động
Axit axetic	10-50%	20-60°C (68-140°F)	Xuất sắc	Kháng ở nồng độ thấp
Nước biển	-	Môi trường xung quanh	Tốt	Sức đề kháng tổng thể tốt
Khí quyển	-	Môi trường xung quanh	Xuất sắc	Tạo lớp oxit bảo vệ

Thép không gỉ 304L có khả năng chống chịu tuyệt vời 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 giàu clorua, đây có thể là một cân nhắc quan trọng trong các ứng dụng hàng hải. So với thép không gỉ 316L , có chứa molypden để tăng khả năng chống rỗ, 304L 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	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 với nhiệt độ cao hơn
Nhiệt độ thang đo	800 °C	1472 °F	Bắt đầu mất sức mạnh ở nhiệt độ cao hơn
Cân nhắc về sức bền biến dạng	600 °C	1112 °F	Khả năng chống biến dạng bắt đầu giảm đáng kể

Thép không gỉ 304L 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 cao có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và đóng cặn, có thể cần lớp phủ bảo vệ hoặc bảo dưỡng thường xuyên.

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	Tuyệt vời cho các phần mỏng
MIG	ER308L	Argon/CO2	Tốt cho các phần dày hơn
SÚNG BẮN TỪ	E308L	-	Thích hợp cho hàn tại hiện trường

Thép không gỉ 304L có khả năng hàn cao do hàm lượng carbon thấp, giúp giảm thiểu nguy cơ ăn mòn giữa các hạt. Nhìn chung, không cần phải gia nhiệt trước, nhưng xử lý nhiệt sau khi hàn có thể có lợi cho các phần dày hơn để giảm ứng suất.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép không gỉ 304L	AISI 1212 (Tiêu chuẩn)	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	40	100	Yêu cầu tốc độ cắt chậm hơn
Tốc độ cắt điển hình	30-50 m/phút	80-100 m/phút	Sử dụng công cụ thép tốc độ cao

Thép không gỉ 304L có chỉ số khả năng gia công thấp hơn so với thép cacbon, điều này có thể dẫn đến tăng độ mài mòn của dụng cụ. Sử dụng tốc độ cắt và vật liệu dụng cụ phù hợp là điều cần thiết để gia công hiệu quả.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 304L thể hiện khả năng định hình tuyệt vời, làm cho nó phù hợp với nhiều quy trình định hình khác nhau như uốn, kéo sâu và dập. Độ bền kéo thấp cho phép biến dạng đáng kể mà không bị nứt, mặc dù có thể xảy ra hiện tượng cứng hóa khi làm việc, đòi hỏi phải kiểm soát cẩn thận quy trình định hình.

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 đến 2 giờ	Không khí hoặc nước	Giảm ứng suất, cải thiện độ dẻo dai
Dung dịch ủ	1040 - 1100 °C (1900 - 2012 °F)	30 phút	Nước	Hòa tan cacbua, tăng khả năng chống ăn mòn

Trong quá trình xử lý nhiệt, 304L trải qua các biến đổi luyện kim có thể ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô và tính chất của nó. Ủ giúp giảm ứng suất bên trong và cải thiện độ dẻo, trong khi ủ dung dịch tăng cường khả năng chống ăn mòn bằng cách hòa tan cacbua.

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
Chế biến thực phẩm	Thiết bị chế biến thực phẩm	Chống ăn mòn, dễ vệ sinh	Yêu cầu về vệ sinh và an toàn
Xử lý hóa học	Bể chứa	Độ bền cao, chống ăn mòn	Độ bền trong môi trường ăn mòn
Ngành kiến ​​​​trúc	Mặt tiền và lớp phủ	Tính thẩm mỹ, khả năng tạo hình	Thiết kế linh hoạt và tuổi thọ cao
Dược phẩm	Thiết bị và đường ống	Khả năng vệ sinh, chống ăn mòn	Tuân thủ các tiêu chuẩn vệ sinh
Dầu khí	Đường ống	Độ bền, khả năng chống ăn mòn ứng suất	Độ tin cậy trong môi trường khắc nghiệt

Thép không gỉ 304L được lựa chọn cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống ăn mòn cao và tính chất cơ học tốt. Khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn về mặt cấu trúc khiến nó trở thành vật liệu được ưa chuộng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép không gỉ 304L	Thép không gỉ 316L	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	316L có khả năng chống rỗ tốt hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Tốt trong nhiều môi trường	Tuyệt vời trong clorua	Công bằng trong clorua	316L tốt hơn cho các ứng dụng hàng hải
Khả năng hàn	Xuất sắc	Tốt	Hội chợ	304L dễ hàn hơn mà không cần gia nhiệt trước
Khả năng gia công	Vừa phải	Vừa phải	Tốt	430 dễ gia công hơn do hàm lượng hợp kim thấp hơn
Khả năng định hình	Xuất sắc	Tốt	Hội chợ	304L có thể được tạo thành các hình dạng phức tạp
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Cao hơn	Thấp hơn	304L có giá thành hợp lý cho nhiều ứng dụng
Khả năng cung cấp điển hình	Có sẵn rộng rãi	Có sẵn phổ biến	Có sẵn	304L là một trong những loại thép không gỉ phổ biến nhất

Khi lựa chọn thép không gỉ 304L, 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 trở thành lựa chọn linh hoạt cho nhiều ứng dụng kỹ thuật. Tuy nhiên, đối với môi trường có nồng độ clorua cao, các lựa chọn thay thế như 316L có thể phù hợp hơn mặc dù chi phí cao hơn.

Tóm lại, thép không gỉ 304L là vật liệu có tính linh hoạt cao, có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, tính chất cơ học tốt và dễ chế tạo, khiến nó trở thành sự lựa chọn ưa thích trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.