Thép không gỉ 314: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 314 được phân loại là thép không gỉ austenit, đáng chú ý vì hàm lượng crom và niken cao, giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học. Loại này chủ yếu được hợp kim với khoảng 24% crom và 19% niken, cùng với một tỷ lệ nhỏ molypden, giúp cải thiện khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở. Hàm lượng niken cao góp phần tạo nên độ dẻo và khả năng định hình tuyệt vời, giúp phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau mà các tính chất này là cần thiết.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 314 được công nhận vì độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống oxy hóa đặc biệt, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên trong môi trường có nhiệt độ cao. Các đặc điểm đáng kể của nó bao gồm khả năng hàn tuyệt vời, khả năng gia công tốt và khả năng chống oxy hóa và đóng cặn tuyệt vời ở nhiệt độ cao.

Ưu điểm (Pros):
- Khả năng chịu nhiệt độ cao: Thích hợp cho các ứng dụng trong môi trường có nhiệt độ cao, duy trì độ bền và độ ổn định.
- Khả năng chống ăn mòn: Khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều môi trường ăn mòn khác nhau, bao gồm cả môi trường axit và kiềm.
- Độ dẻo và khả năng định hình: Hàm lượng niken cao giúp cho quá trình định hình và tạo hình dễ dàng.

Hạn chế (Nhược điểm):
- Chi phí: Hàm lượng hợp kim cao hơn dẫn đến chi phí vật liệu tăng so với thép không gỉ cấp thấp hơn.
- Làm cứng khi gia công: Mặc dù có khả năng tạo hình tốt nhưng nó có thể làm cứng nhanh chóng, đòi hỏi phải xử lý cẩn thận trong quá trình gia công.

Theo truyền thống, thép không gỉ 314 đã được sử dụng trong các ứng dụng như thành phần lò nung, bộ trao đổi nhiệt và thiết bị xử lý hóa chất do khả năng chịu được điều kiện khắc nghiệt. Vị thế thị trường của nó rất mạnh, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp đòi hỏi vật liệu có khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt.

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	S31400	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 314
AISI/SAE	314	Hoa Kỳ	Tên gọi thường dùng
Tiêu chuẩn ASTM	A240	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ
VI	1.4312	Châu Âu	Sự khác biệt nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS314	Nhật Bản	Tính chất tương tự, được sử dụng trong các ứng dụng của Nhật Bản

Các loại thép tương đương được liệt kê ở trên có thể có sự khác biệt nhỏ về thành phần, đặc biệt là ở mức niken và crom, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi cả thép không gỉ 314 và 316 đều có khả năng chống ăn mòn tốt, thì 316 đã bổ sung thêm molypden, tăng cường khả năng chống clorua.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Biểu tượng)	Phạm vi phần trăm (%)
Crom (Cr)	24.0 - 26.0
Niken (Ni)	19.0 - 22.0
Molipđen (Mo)	2.0 - 3.0
Cacbon (C)	≤ 0,08
Mangan (Mn)	2.0 - 3.0
Silic (Si)	≤ 1.0
Phốt pho (P)	≤ 0,045
Lưu huỳnh (S)	≤ 0,03

Vai trò chính của crom là tăng cường khả năng chống ăn mòn, trong khi niken góp phần tạo nên độ dẻo và độ bền. Molypden cải thiện khả năng chống rỗ, đặc biệt là trong môi trường clorua. Hàm lượng cacbon thấp giúp giảm thiểu lượng kết tủa cacbua, tăng khả năng hàn.

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 - 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
Giảm Diện Tích	Ủ	60 - 70%	60 - 70%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell B)	Ủ	85 - 95 HRB	85 - 95 HRB	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động (Charpy)	-40°C	40 tháng	30 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp giữa độ bền kéo cao và độ giãn dài tuyệt vời làm cho Thép không gỉ 314 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi cả độ bền và độ dẻo. Khả năng chống va đập ở nhiệt độ thấp cũng đáng chú ý, đảm bảo tính toàn vẹn của cấu trúc trong môi trường lạnh.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	20°C	8,0 g/cm³	0,289 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	20°C	16,3 W/m·K	112 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	20°C	500 J/kg·K	0,119 BTU/lb·°F
Điện trở suất	20°C	0,72 µΩ·m	0,72 µΩ·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	20-100°C	16,0 x 10⁻⁶/K	8,9 x 10⁻⁶/°F

Mật độ và điểm nóng chảy cho thấy thép không gỉ 314 có thể chịu được nhiệt độ cao mà không bị biến dạng đáng kể. Độ dẫn nhiệt của nó ở mức trung bình, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng cần tản nhiệt, trong khi nhiệt dung riêng cho phép nó hấp thụ và giữ nhiệt hiệu quả.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	0 - 10	20 - 60	Tốt	Nguy cơ ăn mòn rỗ
Axit sunfuric	0 - 10	20 - 40	Hội chợ	Dễ bị SCC
Axit Nitric	0-20	20 - 60	Xuất sắc	Rất bền
Nước biển	-	20 - 40	Tốt	Nguy cơ ăn mòn cục bộ

Thép không gỉ 314 có khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều môi trường ăn mòn, đặc biệt là axit nitric và các chất oxy hóa khác. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường clorua, đây là một cân nhắc quan trọng trong các ứng dụng hàng hải. So với thép không gỉ 316, có khả năng chống clorua tốt hơn do hàm lượng molypden, 314 có thể không phải là lựa chọn tốt nhất cho môi trường có độ mặn 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	1150	2100	Thích hợp cho việc tiếp xúc kéo dài
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	1050	1922	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	900	1652	Nguy cơ oxy hóa vượt quá nhiệt độ này
Cân nhắc về sức bền biến dạng	800	1472	Bắt đầu phân hủy ở nhiệt độ này

Ở nhiệt độ cao, Thép không gỉ 314 vẫn giữ được độ bền và khả năng chống oxy hóa, lý tưởng cho các ứng dụng nhiệt độ cao như các bộ phận lò và bộ trao đổi nhiệt. Tuy nhiên, cần lưu ý tránh tiếp xúc lâu với nhiệt độ trên 1150 °C vì điều này có thể dẫn đến sự suy giảm đáng kể các đặc tính của 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	ER314	Khí Argon	Tuyệt vời cho các phần mỏng
MIG	ER314	Hỗn hợp Argon + CO2	Tốt cho các phần dày hơn
SÚNG BẮN TỪ	E314	-	Yêu cầu làm nóng trước

Thép không gỉ 314 có khả năng hàn cao, đặc biệt là khi sử dụng quy trình TIG và MIG. Có thể cần phải gia nhiệt trước để tránh nứt, đặc biệt là ở các phần dày hơn. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể tăng cường các đặc tính cơ học của mối hàn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép không gỉ 314	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	30 m/phút	60 m/phút	Sử dụng công cụ cacbua

Gia công thép không gỉ 314 có thể là một thách thức do đặc tính làm cứng của nó. Nên sử dụng các công cụ cacbua và duy trì tốc độ cắt thấp hơn để đạt được kết quả tối ưu.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 314 có khả năng định hình tuyệt vời, phù hợp với các quy trình định hình nguội và nóng. Độ dẻo cao cho phép biến dạng đáng kể mà không bị gãy, mặc dù phải cẩn thận để tránh làm cứng quá mức.

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 / 1922 - 2100	1 - 2 giờ	Không khí	Giảm ứng suất, cải thiện độ dẻo dai
Giải pháp điều trị	1000 - 1100 / 1832 - 2012	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 của Thép không gỉ 314. Các quy trình này giúp giảm ứng suất bên trong và tăng khả năng chống ăn mòn của vật liệu.

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	Linh kiện động cơ	Độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống oxy hóa	Độ tin cậy trong điều kiện khắc nghiệt
Xử lý hóa học	Lò phản ứng và bộ trao đổi nhiệt	Chống ăn mòn, độ bền cao	Độ bền trong môi trường khắc nghiệt
Chế biến thực phẩm	Lò nướng và vỉ nướng	Bề mặt không phản ứng, dễ vệ sinh	Tiêu chuẩn vệ sinh và an toàn

Các ứng dụng khác bao gồm:
* Lớp lót lò
* Thiết bị xử lý nhiệt
* Hệ thống xả trong ứng dụng ô tô

Việc lựa chọn thép không gỉ 314 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 314	Thép không gỉ 316	Thép không gỉ 304	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 tuyệt vời	Tính chất chung tốt	314 tốt hơn cho nhiệt độ cao, 316 tốt hơn cho clorua
Góc nhìn ăn mòn chính	Tốt trong môi trường oxy hóa	Vượt trội trong môi trường clorua	Sức đề kháng vừa phải	316 được ưa chuộng cho các ứng dụng hàng hải
Khả năng hàn	Xuất sắc	Tốt	Xuất sắc	Tất cả các loại đều có thể hàn được, nhưng 314 cần phải cẩn thận
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Xuất sắc	314 khó gia công hơn 304 và 316
Khả năng định hình	Tốt	Tốt	Xuất sắc	304 là dễ hình thành nhất
Chi phí tương đối xấp xỉ	Cao hơn	Cao hơn	Thấp hơn	304 là hiệu quả nhất về mặt chi phí
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Cao	304 có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn Thép không gỉ 314, cần phải cân nhắc các yếu tố như chi phí, tính khả dụng và yêu cầu ứng dụng cụ thể. Mặc dù có hiệu suất nhiệt độ cao vượt trội, nhưng chi phí cao hơn và đặc tính làm cứng có thể hạn chế việc sử dụng trong một số ứng dụng so với các loại phổ biến hơn như 304 và 316.

Tóm lại, Thép không gỉ 314 là vật liệu đa năng và bền chắc, phù hợp với môi trường nhiệt độ cao và ăn mòn. Các đặc tính độc đáo của nó khiến nó trở thành lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng chuyên biệt, mặc dù việc cân nhắc cẩn thận các hạn chế và lựa chọn thay thế của nó là điều cần thiết để lựa chọn vật liệu tối ưu.