Thép không gỉ 316: Tính chất và ứng dụng chính
Chia sẻ
Table Of Content
Table Of Content
Thép không gỉ 316 được phân loại là thép không gỉ austenit, được biết đến với khả năng chống ăn mòn cao và các tính chất cơ học tuyệt vời. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 316 bao gồm crom (16-18%), niken (10-14%) và molypden (2-3%). Việc bổ sung molypden làm tăng khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở của thép trong môi trường clorua, khiến nó đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng hàng hải và xử lý hóa chất.
Đặc điểm chính
Thép không gỉ 316 có đặc điểm là khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, độ bền cao và khả năng hàn tốt. Nó duy trì độ bền và độ dẻo dai ở nhiệt độ cao và không nhiễm từ trong điều kiện ủ. Khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt của thép khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm chế biến thực phẩm, dược phẩm và ứng dụng hàng hải.
Ưu điểm và hạn chế
Thuận lợi:
- Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, đặc biệt là đối với clorua.
- Chịu được nhiệt độ cao và chống oxy hóa.
- Khả năng hàn và tạo hình tốt.
Hạn chế:
- Chi phí cao hơn so với các loại thép không gỉ khác như 304.
- Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất trong một số môi trường nhất định.
- Độ bền thấp hơn so với một số hợp kim có độ bền cao.
Thép không gỉ 316 giữ vị trí quan trọng trên thị trường do tính linh hoạt và độ tin cậy của nó. Nó đã được sử dụng rộng rãi kể từ khi ra mắt vào những năm 1940 và tiếp tục là vật liệu được ưa chuộng cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
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 | S31600 | Hoa Kỳ | Tên gọi thường dùng |
| AISI/SAE | 316 | Hoa Kỳ | Cấp độ được công nhận rộng rãi |
| Tiêu chuẩn ASTM | A240 | Hoa Kỳ | Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ |
| VI | 1.4401 | Châu Âu | Tương đương gần nhất theo tiêu chuẩn Châu Âu |
| ĐẠI HỌC | X5CrNiMo17-12-2 | Đức | Thành phần tương tự với những khác biệt nhỏ |
| Tiêu chuẩn Nhật Bản | SUS316 | Nhật Bản | Tiêu chuẩn Nhật Bản |
| Anh | 06Cr17Ni12Mo2 | Trung Quốc | Điểm tương đương theo tiêu chuẩn Trung Quốc |
| Tiêu chuẩn ISO | 316 | Quốc tế | Tiêu chuẩn quốc tế |
Sự khác biệt giữa các cấp tương đương có thể rất nhỏ nhưng đáng kể. Ví dụ, trong khi 1.4401 (EN) và S31600 (UNS) thường được coi là tương đương, thì các giới hạn cụ thể về các nguyên tố như cacbon và nitơ có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của thép trong một số ứng dụng nhất định, đặc biệt là về khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn.
Thuộc tính chính
Thành phần hóa học
| Nguyên tố (Ký hiệu và Tên) | Phạm vi phần trăm (%) |
|---|---|
| C (Cacbon) | 0,08 tối đa |
| Cr (Crom) | 16.0 - 18.0 |
| Ni (Niken) | 10.0 - 14.0 |
| Mo (Molipden) | 2.0 - 3.0 |
| 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 |
Vai trò chính của crom là cung cấp khả năng chống ăn mòn, trong khi niken tăng cường độ dẻo dai và độ dẻo dai. Molypden cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn rỗ và khe hở, đặc biệt là trong môi trường clorua. Mangan và silic góp phần vào độ bền và độ ổn định tổng thể của thép.
Tính chất cơ học
| Tài sản | Tình trạng/Tính khí | Nhiệt độ thử nghiệm | 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 | Nhiệt độ phòng | 520 - 720MPa | 75 - 104 ksi | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%) | Ủ | Nhiệt độ phòng | 205 - 310MPa | 30 - 45 ksi | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ giãn dài | Ủ | Nhiệt độ phòng | 40% phút | 40% phút | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Giảm Diện Tích | Ủ | Nhiệt độ phòng | 50% phút | 50% phút | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ cứng (Rockwell B) | Ủ | Nhiệt độ phòng | 70 - 90 HRB | 70 - 90 HRB | Tiêu chuẩn ASTM E18 |
| Sức mạnh tác động (Charpy) | Ủ | -196°C | 40 tháng | 29,5 ft-lbf | Tiêu chuẩn ASTM E23 |
Các tính chất cơ học của thép không gỉ 316 làm cho nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo cao. Các giá trị độ bền kéo và độ bền chảy của nó cho thấy nó có thể chịu được tải trọng đáng kể, trong khi độ giãn dài và giảm giá trị diện tích cho thấy khả năng định hình và độ dẻo dai tốt.
Tính chất vật lý
| Tài sản | Điều kiện/Nhiệt độ | Giá trị (Đơn vị đo lường) | Giá trị (Anh) |
|---|---|---|---|
| Tỉ trọng | Nhiệt độ phòng | 8,0 g/cm³ | 0,289 lb/in³ |
| Điểm nóng chảy/Phạm vi | - | 1371 - 1400 °C | 2500 - 2550 °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 | 0,12 BTU/lb·°F |
| Điện trở suất | Nhiệt độ phòng | 0,72 µΩ·m | 0,72 µΩ·trong |
| Hệ số giãn nở nhiệt | Nhiệt độ phòng | 16,0 x 10⁻⁶/K | 8,9 x 10⁻⁶/°F |
| Độ từ thẩm | Nhiệt độ phòng | Không từ tính | Không từ tính |
Mật độ và điểm nóng chảy của thép không gỉ 316 cho thấy tính phù hợp của nó đối với các ứng dụng nhiệt độ cao. Độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng cho thấy nó có thể tản nhiệt hiệu quả, khiến nó trở nên lý tưởng cho các bộ trao đổi nhiệt. Bản chất không từ tính của nó có lợi thế trong các ứng dụng cần giảm thiểu nhiễu từ.
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 | Xuất sắc | Nguy cơ rỗ |
| Axit sunfuric | 10-30 | 20-50 / 68-122 | Tốt | Sức đề kháng hạn chế |
| Axit clohydric | 5-10 | 20-40 / 68-104 | Hội chợ | Không khuyến khích sử dụng ở nồng độ cao |
| Axit axetic | 10-50 | 20-60 / 68-140 | Tốt | Dễ bị ăn mòn do ứng suất |
| Nước biển | - | Môi trường xung quanh | Xuất sắc | Có sức đề kháng cao |
Thép không gỉ 316 có khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều môi trường ăn mòn, đặc biệt là trong điều kiện giàu clorua, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng hàng hải. Tuy nhiên, nó dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất trong một số môi trường nhất định, đặc biệt là ở nhiệt độ cao. So với thép không gỉ 304, 316 có khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở tốt hơn đáng kể, đặc biệt là trong điều kiện nước muối. Khi so sánh với thép không gỉ duplex, 316 có thể không hoạt động tốt trong điều kiện khắc nghiệt nhưng có khả năng hàn và tạo hình tốt hơn.
Khả năng chịu nhiệt
| Tài sản/Giới hạn | Nhiệt độ (°C) | Nhiệt độ (°F) | Nhận xét |
|---|---|---|---|
| Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa | 925 | 1700 | Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao |
| Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa | 870 | 1600 | Có thể chịu được tiếp xúc trong thời gian ngắn với nhiệt độ cao hơn |
| Nhiệt độ đóng băng | 800 | 1470 | Bắt đầu bị oxy hóa ở nhiệt độ cao |
| Cân nhắc về sức bền biến dạng | 600 | 1112 | Khả năng chống biến dạng giảm ở nhiệt độ này |
Ở nhiệt độ cao, thép không gỉ 316 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 800 °C (1470 °F) có thể dẫn đến đóng cặn và xuống cấp vật liệu. Khả năng chống biến dạng là một cân nhắc quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến nhiệt độ cao kéo dài, chẳng hạn như trong sản xuất điện và xử lý hóa chất.
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 | ER316L | Khí Argon | Tuyệt vời cho các phần mỏng |
| MIG | ER316L | Argon + CO2 | Tốt cho các phần dày hơn |
| Dán | E316L | - | Thích hợp sử dụng ngoài trời |
Thép không gỉ 316 có khả năng hàn cao và có thể sử dụng nhiều quy trình hàn khác nhau. 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 thường gặp bao gồm độ xốp và thiếu liên kết, có thể giảm thiểu bằng kỹ thuật phù hợp.
Khả năng gia công
| Thông số gia công | Thép không gỉ 316 | AISI 1212 | Ghi chú/Mẹo |
|---|---|---|---|
| Chỉ số khả năng gia công tương đối | 0,5 | 1.0 | Thách thức hơn khi gia công |
| Tốc độ cắt điển hình (Tiện) | 30-40 m/phút | 60-80 m/phút | Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất |
Thép không gỉ 316 khó gia công hơn thép cacbon do độ bền và đặc tính làm cứng khi gia công. Các điều kiện tối ưu bao gồm sử dụng các công cụ sắc bén, tốc độ cắt phù hợp và đủ chất làm mát để tránh quá nhiệt.
Khả năng định hình
Thép không gỉ 316 có thể được tạo hình nguội và nóng, nhưng nó thể hiện sự tôi luyện, có thể làm cho các hoạt động tạo hình trở nên khó khăn hơn. Bán kính uốn tối thiểu nên được xem xét trong quá trình chế tạo 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 |
|---|---|---|---|---|
| Dung dịch ủ | 1010 - 1120 / 1850 - 2050 | 30 phút | Không khí hoặc Nước | Hòa tan cacbua, cải thiện khả năng chống ăn mòn |
| Giảm căng thẳng | 400 - 600 / 750 - 1110 | 1-2 giờ | Không khí | Giảm ứng suất dư |
Các quy trình xử lý nhiệt như ủ dung dịch rất quan trọng để tối ưu hóa cấu trúc vi mô của thép không gỉ 316. Phương pháp xử lý này giúp hòa tan cacbua và tăng cường khả năng chống ăn mòn, đặc biệt là ở các phần hàn.
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 |
|---|---|---|---|
| Hàng hải | Phụ kiện thuyền | Khả năng chống ăn mòn, độ bền | Tiếp xúc với nước biển |
| Xử lý hóa học | Bể chứa | Độ bền cao, chống ăn mòn | Xử lý hóa chất mạnh |
| Thực phẩm và đồ uống | Thiết bị chế biến | Chống ăn mòn, vệ sinh | Tuân thủ các tiêu chuẩn sức khỏe |
| Dược phẩm | Thiết bị và đường ống | Chống ăn mòn, sạch sẽ | Môi trường vô trùng |
| Dầu khí | Nền tảng ngoài khơi | Độ bền cao, chống ăn mòn | Môi trường khắc nghiệt |
Thép không gỉ 316 được lựa chọn cho các ứng dụng trong môi trường biển do khả năng chống ăn mòn vượt trội từ nước mặn. Trong ngành thực phẩm và đồ uống, đặc tính vệ sinh của nó khiến nó trở nên lý tưởng cho thiết bị chế biến. Ngành dược phẩm được hưởng lợi từ khả năng duy trì sự sạch sẽ và chống ô nhiễm của nó.
Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn
| Tính năng/Thuộc tính | Thép không gỉ 316 | Thép không gỉ 304 | Thép không gỉ Duplex | 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 | 316 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn 304 |
| Góc nhìn ăn mòn chính | Sức đề kháng tuyệt vời | Sức đề kháng tốt | Sức đề kháng tuyệt vời | Thép duplex có thể có độ bền tốt hơn nhưng khó hàn hơn |
| Khả năng hàn | Tốt | Xuất sắc | Hội chợ | 316 dễ hàn hơn các loại thép duplex |
| Khả năng gia công | Vừa phải | Tốt | Nghèo | 316 khó gia công hơn 304 |
| Khả năng định hình | Vừa phải | Tốt | Hội chợ | 316 có khả năng định hình thấp hơn 304 |
| Chi phí tương đối xấp xỉ | Cao hơn | Thấp hơn | Cao hơn | Những cân nhắc về chi phí có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn |
| Khả năng cung cấp điển hình | Có sẵn rộng rãi | Có sẵn rộng rãi | Ít phổ biến hơn | 316 thường có sẵn nhiều hơn so với các loại thép hai mặt |
Khi lựa chọn thép không gỉ 316, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Mặc dù đắt hơn thép không gỉ 304, nhưng khả năng chống ăn mòn vượt trội trong môi trường khắc nghiệt thường biện minh cho khoản đầu tư. Ngoài ra, các đặc tính không từ tính của nó làm cho nó phù hợp với các ứng dụng cần giảm thiểu nhiễu từ.
Tóm lại, thép không gỉ 316 là vật liệu đa năng và đáng tin cậy, vượt trội trong nhiều ứng dụng đòi hỏi khắt khe, khiến nó trở thành lựa chọn ưa thích trong nhiều ngành công nghiệp. Các đặc tính và đặc tính hiệu suất độc đáo của nó đảm bảo rằng nó đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của kỹ thuật và sản xuất hiện đại.