Thép không gỉ 310S: Tính chất và ứng dụng chính
Chia sẻ
Table Of Content
Table Of Content
Thép không gỉ 310S là thép không gỉ austenit được biết đến với độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống oxy hóa tuyệt vời. Nó chủ yếu bao gồm sắt, crom và niken, với hàm lượng carbon thấp giúp tăng khả năng hàn và khả năng chống ăn mòn giữa các hạt. Các nguyên tố hợp kim chính bao gồm:
- Crom (Cr) : Thường chiếm 24-26%, có khả năng chống ăn mòn và góp phần tạo nên độ bền tổng thể của thép.
- Niken (Ni) : Thường là 19-22%, giúp tăng độ dẻo dai và độ linh hoạt, đặc biệt là ở nhiệt độ cao.
- Molypden (Mo) : Có hàm lượng nhỏ (lên đến 0,75%), giúp cải thiện khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở.
Đặc điểm chính
Thép không gỉ 310S có đặc điểm:
- Khả năng chịu nhiệt độ cao : Thích hợp cho các ứng dụng có nhiệt độ lên tới 1150°C (2100°F).
- Khả năng chống ăn mòn : Khả năng chống oxy hóa và sunfua hóa tuyệt vời.
- Khả năng hàn tốt : Hàm lượng cacbon thấp giúp giảm thiểu nguy cơ kết tủa cacbua trong quá trình hàn.
Ưu điểm và hạn chế
Thuận lợi :
- Khả năng chống oxy hóa và ăn mòn ở nhiệt độ cao vượt trội.
- Tính chất cơ học tốt ở nhiệt độ cao.
- Khả năng hàn và tạo hình tuyệt vời.
Hạn chế :
- Chi phí cao hơn so với thép không gỉ cấp thấp hơn.
- Không phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến môi trường có tính khử mạnh.
Trong lịch sử, 310S được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hóa dầu, phát điện và chế biến thực phẩm do những đặc tính độc đáo 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 | S31008 | Hoa Kỳ | Tương đương gần nhất với AISI 310 |
| AISI/SAE | 310S | Hoa Kỳ | Biến thể carbon thấp của 310 |
| Tiêu chuẩn ASTM | A240 | Hoa Kỳ | Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ |
| VI | 1.4845 | Châu Âu | Tương đương theo tiêu chuẩn Châu Âu |
| Tiêu chuẩn Nhật Bản | SUS310S | Nhật Bản | Tiêu chuẩn Nhật Bản |
| Anh | 00Cr25Ni20 | Trung Quốc | Tương đương tiếng Trung với sự khác biệt nhỏ về thành phần |
Sự khác biệt giữa các giá trị tương đương này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi S31008 và SUS310S tương tự nhau, sự thay đổi về hàm lượng niken có thể ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn trong một số môi trường nhất định.
Thuộc tính chính
Thành phần hóa học
| Nguyên tố (Ký hiệu và Tên) | Phạm vi phần trăm (%) |
|---|---|
| Fe (Sắt) | Sự cân bằng |
| Cr (Crom) | 24.0 - 26.0 |
| Ni (Niken) | 19.0 - 22.0 |
| Mo (Molipden) | 0,0 - 0,75 |
| 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 cải thiện độ bền và độ dẻo. Molypden góp phần chống rỗ, khiến 310S phù hợp với môi trường khắc nghiệt.
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 - 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 | -20°C (-4°F) | 40 tháng | 30 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 310S phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi tính toàn vẹn về cấu trúc khi chịu tải trọng cơ học.
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 | - | 1400 - 1450 °C | 2550 - 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 |
Mật độ và điểm nóng chảy cho thấy 310S có thể chịu được nhiệt độ cao, phù hợp cho các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt. Độ dẫn nhiệt của nó ở mức trung bình, có lợi cho các ứng dụng cần giữ nhiệt.
Chống ăn mòn
| Chất ăn mòn | Sự tập trung (%) | Nhiệt độ (°C/°F) | Xếp hạng sức đề kháng | Ghi chú |
|---|---|---|---|---|
| Clorua | 0 - 10 | 20 - 60 | Tốt | Nguy cơ rỗ |
| Axit sunfuric | 0 - 10 | 20 - 50 | Hội chợ | Dễ bị SCC |
| Axit axetic | 0 - 10 | 20 - 60 | Tốt | Sức đề kháng vừa phải |
| Nước biển | - | 20 - 30 | Xuất sắc | Chống ăn mòn |
Thép không gỉ 310S có khả năng chống oxy hóa và ăn mòn tuyệt vời trong nhiều môi trường khác nhau, bao gồm điều kiện khí quyển, axit và nước muối. Tuy nhiên, nó có thể dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất (SCC) trong môi trường clorua.
Khi so sánh với các loại thép như 316L, có chứa molypden để tăng khả năng chống rỗ, 310S có thể hoạt động tốt hơn trong các ứng dụng nhiệt độ cao nhưng có thể không hiệu quả 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 | Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn |
| Nhiệt độ đóng băng | 900 °C | 1652 °F | Nguy cơ oxy hóa vượt quá điểm này |
310S vẫn giữ được độ bền và khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao, khiến nó trở nên lý tưởng cho các thành phần lò nung và bộ trao đổi nhiệt. Tuy nhiên, tiếp xúc kéo dài vượt quá nhiệt độ sử dụng tối đa của nó có thể dẫn đến đóng cặn và giảm tính chất cơ học.
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 | ER310S | Khí Argon | Tuyệt vời cho các phần mỏng |
| MIG | ER310 | Argon + CO2 | Tốt cho các phần dày hơn |
| SÚNG BẮN TỪ | E310-16 | - | Phù hợp với mọi vị trí |
310S có khả năng hàn cao, với kim loại hàn được khuyến nghị phù hợp với thành phần của nó. Xử lý nhiệt trước và sau khi hàn có thể nâng cao chất lượng mối hàn và giảm nguy cơ nứt.
Khả năng gia công
| Thông số gia công | 310S | AISI 1212 | Ghi chú/Mẹo |
|---|---|---|---|
| Chỉ số khả năng gia công tương đối | 30% | 100% | Yêu cầu tốc độ cắt chậm hơn |
| Tốc độ cắt điển hình | 20 m/phút | 60 m/phút | Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất |
Gia công 310S có thể là một thách thức do độ bền và đặc tính làm cứng của nó. Các điều kiện tối ưu bao gồm sử dụng các công cụ sắc bén và tốc độ cắt chậm hơn để tránh mài mòn quá mức.
Khả năng định hình
310S thể hiện khả năng định hình tốt, cho phép gia công nguội và nóng. Tuy nhiên, tốc độ làm cứng của nó có thể dẫn đến những thách thức trong việc tạo hình dạng phức tạp. Bán kính uốn cong được khuyến nghị phải lớn hơn so với các loại cấp thấp hơn 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 | 1050 - 1150 °C / 1922 - 2100 °F | 1 - 2 giờ | Không khí hoặc nước | Giảm ứng suất, cải thiện độ dẻo dai |
| Giải pháp điều trị | 1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F | 30 phút | Nước | Tăng cường khả năng chống ăn mòn |
Các quy trình xử lý nhiệt như ủ có thể cải thiện đáng kể độ dẻo và độ bền của 310S, giúp nó phù hợp hơn cho 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) |
|---|---|---|---|
| Hóa dầu | Bộ trao đổi nhiệt | Độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống ăn mòn | Cần thiết cho độ bền |
| Sản xuất điện | Linh kiện nồi hơi | Khả năng chống oxy hóa, độ bền cơ học | Quan trọng cho hiệu quả |
| Chế biến thực phẩm | Lò nướng và lò nung | Độ sạch, độ ổn định ở nhiệt độ cao | Đáp ứng tiêu chuẩn vệ sinh |
| Hàng không vũ trụ | Hệ thống xả | Nhẹ, độ bền cao | Giảm trọng lượng nhưng vẫn duy trì hiệu suất |
310S được lựa chọn cho các ứng dụng đòi hỏi độ ổn định ở nhiệt độ cao và khả năng chống lại môi trường ăn mòn, do đó rất lý tưởng cho các ngành công nghiệp đòi hỏi độ tin cậy cao.
Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn
| Tính năng/Thuộc tính | 310S | 316L | 321 | Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi |
|---|---|---|---|---|
| Tính chất cơ học chính | Độ bền kéo cao | Khả năng chống ăn mòn tốt | Độ ổn định nhiệt độ cao tuyệt vời | 310S mạnh hơn ở nhiệt độ cao |
| Góc nhìn ăn mòn chính | Tốt ở nhiệt độ cao | Tốt hơn trong môi trường clorua | Tốt ở nhiệt độ cao | 316L vượt trội trong điều kiện nước muối |
| Khả năng hàn | Xuất sắc | Tốt | Hội chợ | 310S dễ hàn hơn |
| Khả năng gia công | Vừa phải | Cao | Thấp | 316L dễ gia công hơn |
| Chi phí tương đối xấp xỉ | Vừa phải | Cao hơn | Vừa phải | Chi phí thay đổi tùy theo điều kiện thị trường |
| Khả năng cung cấp điển hình | Chung | Rất phổ biến | Ít phổ biến hơn | 310S có sẵn rộng rãi |
Khi lựa chọn 310S, hãy cân nhắc hiệu suất nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn của nó so với các yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Mặc dù có thể đắt hơn các loại thấp hơn, nhưng độ bền của nó có thể giúp giảm chi phí bảo trì trong thời gian dài. Ngoài ra, tính khả dụng của nó ở nhiều dạng khác nhau (tấm, tấm, ống) làm cho nó trở thành lựa chọn linh hoạt cho nhiều ứng dụng kỹ thuật.