Thép không gỉ 310: Tính chất và ứng dụng chính
Chia sẻ
Table Of Content
Table Of Content
Thép không gỉ 310 được phân loại là thép không gỉ austenit, được biết đến với hàm lượng crom và niken cao, mang lại khả năng chống oxy hóa tuyệt vời và độ bền nhiệt độ cao. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 310 bao gồm khoảng 24% crom và 19% niken, góp phần tạo nên khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học vượt trội.
Tổng quan toàn diện
Thép không gỉ 310 đặc biệt được đánh giá cao vì khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt và môi trường ăn mòn, khiến nó phù hợp để ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm hàng không vũ trụ, chế biến hóa chất và phát điện. Hàm lượng crom cao giúp tăng khả năng chống oxy hóa và đóng cặn ở nhiệt độ cao, trong khi hàm lượng niken cải thiện độ dẻo và độ bền.
Ưu điểm và hạn chế
| Thuận lợi | Hạn chế |
|---|---|
| Độ bền nhiệt độ cao tuyệt vời | Chi phí cao hơn so với các loại hợp kim cấp thấp hơn |
| Khả năng chống oxy hóa vượt trội | Khả năng hàn hạn chế so với một số loại thép không gỉ khác |
| Khả năng chống chịu tốt với axit sunfuric và axit photphoric | Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất trong một số môi trường nhất định |
| Độ dẻo dai và độ bền cao | Cần xử lý cẩn thận trong quá trình chế tạo để tránh làm cứng khi làm việc |
Thép không gỉ 310 giữ vị trí quan trọng trên thị trường do các đặc tính độc đáo của nó, khiến nó trở thành lựa chọn ưa thích cho các ứng dụng nhiệt độ cao. Theo truyền thống, nó đã được sử dụng trong các ứng dụng như thành phần lò, bộ trao đổi nhiệt và các bộ phận tua bin khí, thể hiện tính linh hoạt và độ tin cậy của nó.
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 | S31000 | Hoa Kỳ | Tương đương gần nhất với AISI 310 |
| AISI/SAE | 310 | Hoa Kỳ | Tên gọi thường dùng |
| Tiêu chuẩn ASTM | A240 | Hoa Kỳ | Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ |
| VI | 1.4845 | Châu Âu | Tính chất tương tự, sự khác biệt nhỏ về thành phần |
| Tiêu chuẩn Nhật Bản | SUS310 | Nhật Bản | Cấp độ tương đương với các đặc điểm tương tự |
| Anh | 00Cr25Ni20 | Trung Quốc | Tương đương gần nhất với những thay đổi nhỏ |
Sự khác biệt giữa các cấp độ tương đương này có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn dựa trên các yêu cầu ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như giới hạn nhiệt độ và khả năng chống ăn mòn. Ví dụ, trong khi 1.4845 cung cấp các đặc tính tương tự, nó có thể có các đặc điểm cơ học hơi khác nhau có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các môi trường cụ thể.
Thuộc tính chính
Thành phần hóa học
| Nguyên tố (Ký hiệu và Tên) | Phạm vi phần trăm (%) |
|---|---|
| Cr (Crom) | 24.0 - 26.0 |
| Ni (Niken) | 19.0 - 22.0 |
| C (Cacbon) | ≤ 0,08 |
| Mn (Mangan) | ≤ 2.0 |
| Si (Silic) | ≤ 1.0 |
| P (Phốt pho) | ≤ 0,045 |
| S (Lưu huỳnh) | ≤ 0,03 |
Crom rất quan trọng để tăng khả năng chống ăn mòn và chống oxy hóa, trong khi niken góp phần tạo nên độ dẻo dai và độ dẻo của thép. Hàm lượng cacbon thấp giúp giảm thiểu nguy cơ kết tủa cacbua, có thể dẫn đến ăn mòn giữa các hạt.
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 - 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 - 50% | 40 - 50% | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ cứng (Rockwell B) | Ủ | 70 - 90 | 70 - 90 | Tiêu chuẩn ASTM E18 |
| Sức mạnh tác động (Charpy) | -20°C | 30 tháng | 22 ft-lbf | 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 310 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tính toàn vẹn về mặt cấu trúc dưới tải trọng cơ học. Độ bền va đập ở nhiệt độ thấp đảm bảo độ tin cậy trong các ứng dụng đông lạnh.
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 | 7,9g/cm³ | 0,285 lb/in³ |
| Điểm nóng chảy | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
| Độ dẫn nhiệt | Nhiệt độ phòng | 16,2 W/m·K | 112 BTU·in/ft²·h·°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 | 0,0000013 Ω·trong |
Mật độ của thép không gỉ 310 góp phần tạo nên độ bền của nó, trong khi độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng làm cho nó phù hợp với các ứng dụng nhiệt độ cao, nơi truyền nhiệt là yếu tố quan trọng.
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 | Hội chợ | Nguy cơ rỗ |
| Axit sunfuric | 10-30 | 20-60 / 68-140 | Tốt | Chịu được nhiệt độ vừa phải |
| Axit photphoric | 10-50 | 20-60 / 68-140 | Xuất sắc | Sức đề kháng rất tốt |
| Điều kiện khí quyển | - | - | Xuất sắc | Chống oxy hóa |
Thép không gỉ 310 có khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều môi trường ăn mòn, đặc biệt là trong điều kiện axit. Hiệu suất chống lại clorua của nó ở mức trung bình và cần cẩn thận để tránh ăn mòn rỗ. So với các loại như 304 và 316, 310 có khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao vượt trội nhưng có thể không hoạt động tốt trong môi trường giàu clorua.
Khả năng chịu nhiệt
| Tài sản/Giới hạn | Nhiệt độ (°C) | Nhiệt độ (°F) | Nhận xét |
|---|---|---|---|
| Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa | 1150 °C | 2100 °F | Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao |
| Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa | 1050 °C | 1922 °F | Có thể chịu được tiếp xúc trong thời gian ngắn ở nhiệt độ cao hơn |
| Nhiệt độ đóng băng | 900 °C | 1652 °F | Bắt đầu bị oxy hóa đáng kể ở nhiệt độ cao hơn |
Ở nhiệt độ cao, thép không gỉ 310 vẫn giữ được độ bền và khả năng chống oxy hóa, lý tưởng cho các ứng dụng lò nung và bộ trao đổi nhiệt. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 1150 °C có thể dẫn đến đóng cặn và suy giảm tính chất vật liệu.
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 | ER310 | Khí Argon | Tốt cho các phần mỏng |
| MIG | ER310 | Hỗn hợp Argon + CO2 | Thích hợp cho các phần dày hơn |
| SÚNG BẮN TỪ | E310 | - | Yêu cầu làm nóng trước cho các phần dày |
Thép không gỉ 310 có thể được hàn bằng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng phải cẩn thận để tránh nứt. Nên gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau khi hàn để giảm ứng suất và cải thiện tính toàn vẹn của mối hàn.
Khả năng gia công
| Thông số gia công | Thép không gỉ 310 | AISI 1212 | Ghi chú/Mẹo |
|---|---|---|---|
| Chỉ số khả năng gia công tương đối | 30% | 100% | Yêu cầu tốc độ chậm hơn |
| Tốc độ cắt điển hình | 20-30 m/phút | 60-80 m/phút | Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất |
Khả năng gia công của thép không gỉ 310 thấp hơn so với các loại thép gia công tự do như AISI 1212. Các điều kiện tối ưu bao gồm sử dụng các công cụ sắc bén và chất lỏng cắt thích hợp để giảm thiểu quá trình làm cứng.
Khả năng định hình
Thép không gỉ 310 có khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện các quy trình gia công nguội và nóng. Tuy nhiên, do có độ bền cao nên có thể cần bán kính uốn cong lớn hơn để tránh nứt trong quá 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 |
|---|---|---|---|---|
| Dung dịch ủ | 1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F | 1 giờ | Không khí hoặc nước | Hòa tan cacbua, cải thiện độ dẻo |
| Giảm căng thẳng | 600 - 800 °C / 1112 - 1472 °F | 1 giờ | Không khí | Giảm ứng suất dư |
Các quy trình xử lý nhiệt như ủ dung dịch làm tăng độ dẻo và độ bền của thép không gỉ 310 bằng cách hòa tan cacbua và tinh chỉnh cấu trúc vi mô.
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) |
|---|---|---|---|
| Hàng không vũ trụ | Hệ thống xả | Độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống oxy hóa | Cần thiết cho điều kiện khắc nghiệt |
| Xử lý hóa học | Bộ trao đổi nhiệt | Chống ăn mòn, ổn định nhiệt | Có hiệu quả trong môi trường axit |
| Sản xuất điện | Ống nồi hơi | Độ bền cao, độ dẫn nhiệt | Cần thiết cho việc truyền nhiệt |
| Dầu khí | Các ngăn xếp bùng nổ | Hiệu suất nhiệt độ cao | An toàn trong điều kiện khắc nghiệt |
Các ứng dụng khác bao gồm:
- Các thành phần lò
- Lớp lót lò nung
- Lò nướng công nghiệp
- Thiết bị xử lý nhiệt
Việc lựa chọn thép không gỉ 310 trong các ứng dụng này chủ yếu là do khả năng chịu được nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn, đảm bảo độ bền và độ tin cậy.
Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn
| Tính năng/Thuộc tính | Thép không gỉ 310 | AISI 316 | AISI 304 | Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi |
|---|---|---|---|---|
| Tính chất cơ học chính | Độ bền cao | Sức mạnh vừa phải | Sức mạnh thấp hơn | 310 tốt hơn cho nhiệt độ cao |
| Góc nhìn ăn mòn chính | Tuyệt vời trong axit | Tốt trong clorua | Công bằng trong axit | 310 nổi trội trong axit nhiệt độ cao |
| Khả năng hàn | Vừa phải | Tốt | Xuất sắc | 310 cần cẩn thận hơn khi hàn |
| Khả năng gia công | Thấp | Vừa phải | Cao | 310 khó gia công hơn |
| Khả năng định hình | Vừa phải | Tốt | Xuất sắc | 310 yêu cầu bán kính uốn cong lớn hơn |
| Chi phí tương đối xấp xỉ | Cao | Vừa phải | Thấp | Chi phí phản ánh lợi ích hiệu suất |
| Khả năng cung cấp điển hình | Vừa phải | Cao | Rất cao | 304 là loại thép không gỉ phổ biến nhất |
Khi lựa chọn thép không gỉ 310, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu hiệu suất cụ thể trong môi trường nhiệt độ cao và ăn mòn. Mặc dù có thể đắt hơn các loại khác, nhưng các đặc tính độc đáo của nó thường biện minh cho khoản đầu tư vào các ứng dụng quan trọng.
Tóm lại, thép không gỉ 310 là vật liệu đa năng và bền chắc, lý tưởng cho các ứng dụng nhiệt độ cao và ăn mòn. Các đặc tính độc đáo của nó khiến nó trở thành lựa chọn ưa thích trong nhiều ngành công nghiệp, đảm bảo an toàn và độ tin cậy trong các môi trường khắc nghiệt.