Thép không gỉ 308: Tính chất và ứng dụng chính
Chia sẻ
Table Of Content
Table Of Content
Thép không gỉ 308 được phân loại là thép không gỉ austenit , được biết đến với khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và độ bền nhiệt độ cao. Loại này chủ yếu được hợp kim với crom (20-22%) và niken (10-12%), với việc bổ sung molypden (lên đến 2%) để tăng khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở. Sự hiện diện của các nguyên tố này góp phần tạo nên các đặc tính không từ tính và khả năng hàn tốt, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau trong môi trường khắc nghiệt.
Tổng quan toàn diện
Thép không gỉ 308 đặc biệt được đánh giá cao trong ngành hàn do khả năng duy trì độ bền và khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao. Nó thường được sử dụng làm kim loại phụ để hàn các loại thép không gỉ khác, đặc biệt là trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và khả năng chống oxy hóa. Hàm lượng crom và niken cao của thép tạo ra lớp bảo vệ chắc chắn chống lại sự ăn mòn, trong khi cấu trúc austenit của nó đảm bảo độ dẻo dai và độ dẻo tuyệt vời.
Ưu điểm (Pros):
- Khả năng chống ăn mòn: Khả năng chống ăn mòn vượt trội trong nhiều môi trường ăn mòn, bao gồm cả môi trường axit và kiềm.
- Khả năng hàn: Tuyệt vời cho các ứng dụng hàn, đặc biệt là làm kim loại hàn cho các loại thép không gỉ khác.
- Độ bền ở nhiệt độ cao: Giữ được độ bền và độ ổn định ở nhiệt độ cao, phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao.
Hạn chế (Nhược điểm):
- Chi phí: Nói chung đắt hơn thép chất lượng thấp do có chứa các thành phần hợp kim.
- Làm cứng khi gia công: Có thể trở nên cứng và giòn nếu không được xử lý đúng cách trong quá trình gia công hoặc tạo hình.
- Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất: Trong một số môi trường nhất định, đặc biệt là môi trường giàu clorua, thép có thể dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất.
Trong lịch sử, Thép không gỉ 308 đã đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của công nghệ hàn, đặc biệt là trong chế tạo các cấu trúc đòi hỏi độ bền và độ bền cao. Vị thế thị trường của nó vẫn vững mạnh, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp như xây dựng, ô tô và hàng không vũ trụ.
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 | S30800 | Hoa Kỳ | Tương đương gần nhất với AISI 308 |
| AISI/SAE | 308 | Hoa Kỳ | Kim loại phụ thường dùng |
| 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, có hàm lượng niken cao hơn |
| Tiêu chuẩn Nhật Bản | SUS308 | Nhật Bản | Tính chất tương tự như AISI 308 |
| Tiêu chuẩn ISO | 308 | Quốc tế | Tên gọi tiêu chuẩn cho thép không gỉ austenit |
Sự khác biệt giữa các cấp độ tương đương có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi 1.4301 (AISI 304) có hàm lượng niken thấp hơn, nhưng nó có thể không hoạt động tốt trong các ứng dụng nhiệt độ cao so với 308.
Thuộc tính chính
Thành phần hóa học
| Nguyên tố (Ký hiệu và Tên) | Phạm vi phần trăm (%) |
|---|---|
| Cr (Crom) | 20.0 - 22.0 |
| Ni (Niken) | 10.0 - 12.0 |
| Mo (Molipden) | 0,0 - 2,0 |
| C (Cacbon) | ≤ 0,08 |
| Mn (Mangan) | ≤ 2.0 |
| Si (Silic) | ≤ 1.0 |
| P (Phốt pho) | ≤ 0,045 |
| S (Lưu huỳnh) | ≤ 0,03 |
Vai trò chính của crom là tăng cường khả năng chống ăn mòn, trong khi niken góp phần tạo nên độ dẻo dai và độ dẻo của thép. Molypden cải thiện khả năng chống ăn mòn rỗ và ăn mòn khe hở, đặc biệt là trong môi trường clorua. Carbon, mặc dù có hàm lượng thấp, có thể ảnh hưởng đến độ cứng và độ bền của thép.
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 | 515 - 690MPa | 75 - 100 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 |
| Giảm Diện Tích | Ủ | 60 - 70% | 60 - 70% | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ cứng (Rockwell B) | Ủ | 70 - 90 HRB | 70 - 90 HRB | Tiêu chuẩn ASTM E18 |
| Sức mạnh tác động (Charpy) | -40°C | 40 tháng | 30 ft-lbf | Tiêu chuẩn ASTM E23 |
Sự kết hợp của các đặc tính cơ học này làm cho thép không gỉ 308 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo cao, đặc biệt là trong các ứng dụng kết cấu và hàn. Khả năng chịu được biến dạng đáng kể mà không bị gãy là rất quan trọng trong điều kiện tải trọng động.
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 | 0,119 BTU/lb·°F |
| Điện trở suất | Nhiệt độ phòng | 0,72 µΩ·m | 0,0000143 Ω·trong |
| Hệ số giãn nở nhiệt | Nhiệt độ phòng | 16,0 x 10⁻⁶ /K | 8,9 x 10⁻⁶ /°F |
Mật độ của thép không gỉ 308 làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng cần cân nhắc đến trọng lượng, trong khi độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng của nó rất quan trọng trong các ứng dụng nhiệt độ cao, chẳng hạn như trong bộ trao đổi nhiệt và các bộ phận của lò.
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 / 68-140 | Tốt | Nguy cơ rỗ |
| Axit sunfuric | 10-30 | 20-60 / 68-140 | Hội chợ | Dễ bị ăn mòn do ứng suất |
| Axit axetic | 5-20 | 20-60 / 68-140 | Xuất sắc | Sức đề kháng tốt |
| Nước biển | - | 20-60 / 68-140 | Tốt | Nguy cơ ăn mòn khe hở |
| Amoniac | - | 20-60 / 68-140 | Xuất sắc | Chống ăn mòn ứng suất |
Thép không gỉ 308 có khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều môi trường ăn mòn, đặc biệt là trong điều kiện axit và kiềm. Tuy nhiên, nó dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất 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 304, 308 có khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở tốt hơn, khiến nó trở thành lựa chọn tốt hơn cho các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt.
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 | 1600 | Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao |
| Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa | 925 | 1700 | Có thể chịu được tiếp xúc trong thời gian ngắn |
| Nhiệt độ thang đo | 900 | 1650 | Nguy cơ oxy hóa vượt quá nhiệt độ này |
| Cân nhắc về sức bền biến dạng | 600 | 1112 | Bắt đầu mất sức mạnh ở nhiệt độ cao |
Ở nhiệt độ cao, Thép không gỉ 308 vẫn giữ được các đặc tính cơ học và có khả năng chống oxy hóa tốt. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 900 °C (1650 °F) có thể dẫn đến đóng cặn và thoái hóa lớp oxit bảo vệ, đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận trong các ứng dụng nhiệt độ cao.
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 | Hàm lượng carbon thấp để giảm lượng kết tủa cacbua |
| MIG | ER308L | Argon/CO2 | Tốt cho các phần dày hơn |
| SÚNG BẮN TỪ | E308L | - | Phù hợp với mọi vị trí |
Thép không gỉ 308 có khả năng hàn cao, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng hàn. Nhìn chung, không cần phải nung nóng trước, nhưng xử lý nhiệt sau khi hàn có thể có lợi để giảm ứng suất và cải thiện khả năng chống ăn mòn. Các khuyết tật phổ biến bao gồm độ xốp và nứt, có thể được giảm thiểu thông qua các kỹ thuật hàn phù hợp.
Khả năng gia công
| Thông số gia công | [Thép không gỉ 308] | AISI 1212 | Ghi chú/Mẹo |
|---|---|---|---|
| Chỉ số khả năng gia công tương đối | 30% | 100% | Yêu cầu công cụ sắc bén và tốc độ chậm hơn |
| Tốc độ cắt điển hình | 30 m/phút | 60 m/phút | Khuyến cáo sử dụng chất làm mát |
Thép không gỉ 308 có khả năng gia công thấp hơn so với thép cacbon, đòi hỏi phải lựa chọn cẩn thận các thông số về dụng cụ và cắt. Nên sử dụng các dụng cụ bằng thép tốc độ cao hoặc cacbua và việc sử dụng chất lỏng cắt có thể nâng cao tuổi thọ của dụng cụ và độ hoàn thiện bề mặt.
Khả năng định hình
Thép không gỉ 308 có khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện các quy trình định hình nguội và nóng. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là có thể xảy ra hiện tượng làm cứng quá mức, đòi hỏi phải kiểm soát cẩn thận bán kính uốn và kỹ thuật 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 |
|---|---|---|---|---|
| Ủ | 1010 - 1120 / 1850 - 2050 | 30 phút | Không khí | Giảm ứng suất, cải thiện độ dẻo dai |
| Giải pháp điều trị | 1000 - 1100 / 1830 - 2010 | 30 phút | Nước | Tăng cường khả năng chống ăn mòn |
Các quy trình xử lý nhiệt như ủ và xử lý dung dịch rất quan trọng để tối ưu hóa cấu trúc vi mô và tính chất của Thép không gỉ 308. Các phương pháp xử lý này giúp giảm ứng suất bên trong và tăng khả năng chống ăn mòn của vật liệu, giúp vật liệu phù hợp 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) |
|---|---|---|---|
| Sự thi công | Thành phần cấu trúc | Độ bền cao, chống ăn mòn | Độ bền trong môi trường khắc nghiệt |
| Ô tô | Hệ thống xả | Độ bền nhiệt độ cao, khả năng hàn | Hiệu suất dưới ứng suất nhiệt |
| Hàng không vũ trụ | Linh kiện động cơ | Độ bền cao, khả năng chống oxy hóa | An toàn và độ tin cậy ở độ cao lớn |
| Chế biến thực phẩm | Thiết bị và đường ống | Chống ăn mòn, dễ vệ sinh | Vệ sinh và độ bền |
Thép không gỉ 308 được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau do tính chất cơ học tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn. Trong lĩnh vực xây dựng, nó được ưa chuộng cho các thành phần kết cấu tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt. Trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ, độ bền nhiệt độ cao và khả năng hàn của nó làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng quan trọng.
Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn
| Tính năng/Thuộc tính | Thép không gỉ 308 | 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 | Sức mạnh vừa phải | Độ bền cao | 308 cung cấp hiệu suất nhiệt độ cao tốt hơn 304 |
| Góc nhìn ăn mòn chính | Tốt trong môi trường axit | Tốt trong môi trường chung | Tuyệt vời trong môi trường clorua | 316 là lựa chọn tốt hơn cho các ứng dụng hàng hải |
| Khả năng hàn | Xuất sắc | Xuất sắc | Tốt | 308 được ưa chuộng cho các ứng dụng hàn |
| Khả năng gia công | Vừa phải | Tốt | Vừa phải | 304 dễ gia công hơn 308 |
| Khả năng định hình | Tốt | Xuất sắc | Tốt | 304 có khả năng định hình tốt hơn 308 |
| Chi phí tương đối xấp xỉ | Vừa phải | Thấp | Cao | 308 tiết kiệm chi phí hơn 316 |
| Khả năng cung cấp điển hình | Chung | Rất phổ biến | Chung | 304 là loại phổ biến nhất |
Khi lựa chọn Thép không gỉ 308, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Mặc dù thép không gỉ 308 có hiệu suất tuyệt vời trong môi trường nhiệt độ cao và ăn mòn, nhưng nó có thể không phải là lựa chọn tốt nhất cho mọi ứng dụng, đặc biệt là khi mối quan tâm là tiếp xúc với clorua. Việc lựa chọn giữa các loại 308, 304 và 316 sẽ phụ thuộc vào các điều kiện môi trường cụ thể và các yêu cầu cơ học của ứng dụng.
Tóm lại, Thép không gỉ 308 là vật liệu đa năng với sự cân bằng mạnh mẽ về các đặc tính khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong môi trường hàn và nhiệt độ cao. Sự kết hợp độc đáo giữa khả năng chống ăn mòn, độ bền và khả năng hàn đảm bảo sự liên quan liên tục của nó trong kỹ thuật và sản xuất hiện đại.