Thép không gỉ 316L: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 316L được phân loại là thép không gỉ austenit, được đặc trưng bởi cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt. Biến thể carbon thấp này của thép không gỉ 316 chủ yếu được hợp kim với crom (16-18%), niken (10-14%) và molypden (2-3%). Việc bổ sung molypden làm tăng khả năng chống ăn mòn, đặc biệt là chống lại clorua, khiến nó phù hợp với môi trường biển và hóa chất. Hàm lượng carbon thấp (tối đa 0,03%) giúp giảm thiểu nguy cơ kết tủa cacbua trong quá trình hàn, có thể dẫn đến ăn mòn giữa các hạt.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 316L nổi tiếng với khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, độ bền cao và khả năng định hình tốt. Nó đặc biệt hiệu quả trong môi trường ăn mòn hoặc có nhiệt độ cao. Các đặc điểm chính của 316L bao gồm:

• Khả năng chống ăn mòn : Khả năng chống ăn mòn rỗ và khe hở tuyệt vời trong môi trường clorua.
• Tính chất cơ học : Độ bền kéo và độ bền chảy cao, cùng với độ dẻo tốt.
• Khả năng hàn : Dễ dàng hàn mà không cần xử lý nhiệt sau khi hàn, do đó có thể sử dụng linh hoạt cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Ưu điểm và hạn chế

Thuận lợi :
- Khả năng chống ăn mòn và oxy hóa tuyệt vời.
- Tính chất cơ học tốt ở cả nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao.
- Hàm lượng carbon thấp làm giảm nguy cơ nhạy cảm trong quá trình hàn.

Hạn chế :
- Chi phí cao hơn so với các loại thép không gỉ khác như 304.
- Không phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao vượt quá 870°C (1600°F) do độ bền giảm.

Theo truyền thống, 316L là lựa chọn ưa thích trong các ngành công nghiệp như dược phẩm, chế biến thực phẩm và ứng dụng hàng hải do độ bền và khả năng chống chịu với môi trường khắc nghiệt. Vị thế thị trường của nó vẫn vững mạnh, với việc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

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	S31603	Hoa Kỳ	Phiên bản carbon thấp của 316
AISI/SAE	316L	Hoa Kỳ	Tên gọi thường dùng
Tiêu chuẩn ASTM	A240/A240M	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ
VI	1.4404	Châu Âu	Tương đương với 316L, có sự khác biệt nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS316L	Nhật Bản	Tính chất tương đương gần nhất, tương tự
Anh	00Cr17Ni14Mo2	Trung Quốc	Điểm tương đương với một số thay đổi nhỏ

Sự khác biệt giữa các loại này, đặc biệt là giữa 316 và 316L, rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến hàn. Hàm lượng carbon thấp hơn trong 316L làm giảm nguy cơ kết tủa cacbua, có thể dẫn đến ăn mòn giữa các hạt, khiến nó trở thành lựa chọn tốt hơn cho các kết cấu hàn.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Cr (Crom)	16.0 - 18.0
Ni (Niken)	10.0 - 14.0
Mo (Molipden)	2.0 - 3.0
C (Cacbon)	Tối đa 0,03
Mn (Mangan)	Tối đa 2.0
Si (Silic)	Tối đa 1.0
P (Phốt pho)	Tối đa 0,045
S (Lưu huỳnh)	Tối đa 0,03

Các nguyên tố hợp kim chính trong 316L đóng vai trò quan trọng:
- Crom : Tăng khả năng chống ăn mòn và tạo thành lớp oxit thụ động.
- Niken : Cải thiện độ dẻo dai và độ dai, đặc biệt ở nhiệt độ thấp.
- Molypden : Cung cấp khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở.

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	480 - 620MPa	70 - 90 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	170 - 310MPa	25 - 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 (Charpy)	-20°C	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 316L phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tính toàn vẹn về mặt cấu trúc dưới tải trọng cơ học. Độ bền của nó ở nhiệt độ thấp cũng cho phép sử dụng trong các ứng dụng đông lạnh.

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	-	1375 - 1400 °C	2500 - 2550 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	16 W/m·K	9,3 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	0,0000013 Ω·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	20 - 100 °C	16,0 µm/m·K	9,0 µin/in·°F

Mật độ và điểm nóng chảy của 316L cho thấy tính phù hợp của nó đối với các ứng dụng nhiệt độ cao, trong khi độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng của nó rất quan trọng đối với các quy trình liên quan đến truyền nhiệt. Điện trở suất thấp khiến nó trở thành một chất dẫn điện kém, có lợi trong một số ứng dụng cần cách điện.

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	20-60 / 68-140	Tốt	Sức đề kháng hạn chế
Axit clohydric	5-20	20-60 / 68-140	Hội chợ	Không khuyến khích
Nước biển	-	20-60 / 68-140	Xuất sắc	Chống rỗ
Amoniac	-	20-60 / 68-140	Tốt	Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất

Thép không gỉ 316L có khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều môi trường ăn mòn, đặc biệt là trong điều kiện giàu clorua, thường gặp trong các ứng dụng hàng hải. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù có khả năng chống lại clorua tốt, nhưng nó có thể dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất khi có amoniac và ở nhiệt độ cao.

Khi so sánh với các loại thép không gỉ khác, chẳng hạn như 304 và 317L, 316L nổi bật với khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở vượt trội, đặc biệt là trong môi trường nước muối. 317L, mặc dù có khả năng chống clorua tốt hơn do hàm lượng molypden cao hơn, nhưng thường đắt hơn và ít được sử dụng 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	870	1600	Trên mức này, sức mạnh giảm đáng kể
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	925	1700	Thích hợp cho tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	800	1470	Nguy cơ oxy hóa ở nhiệt độ trên
Cân nhắc về sức bền biến dạng	600	1112	Khả năng chống biến dạng bắt đầu giảm

Ở nhiệt độ cao, 316L vẫn duy trì được độ bền và khả năng chống oxy hóa lên đến khoảng 870°C (1600°F). Vượt quá ngưỡng này, vật liệu có thể bị suy giảm đáng kể về tính chất cơ học. Điều quan trọng là phải xem xét môi trường ứng dụng, vì tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ cao có thể dẫn đến đóng cặn và oxy hóa.

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	Kết quả tuyệt vời với kỹ thuật phù hợp
MIG	ER316L	Hỗn hợp Argon/CO2	Tốt cho các phần dày hơn
SÚNG BẮN TỪ	E316L	-	Cần kiểm soát cẩn thận để tránh khuyết tật

316L có khả năng hàn cao, với nguy cơ nứt hoặc biến dạng tối thiểu trong quá trình hàn. Làm sạch trước khi hàn và xử lý nhiệt sau khi hàn thường không bắt buộc, mặc dù chúng có thể nâng cao hiệu suất trong các ứng dụng quan trọng. Các khuyết tật phổ biến bao gồm độ xốp và cắt rãnh, có thể được giảm thiểu thông qua kỹ thuật phù hợp.

Khả năng gia công

Thông số gia công	316L	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	50	100	316L khó gia công hơn
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30-50 m/phút	80-100 m/phút	Sử dụng các công cụ sắc bén và chất làm mát

316L có chỉ số khả năng gia công thấp hơn so với thép cacbon, đòi hỏi tốc độ cắt chậm hơn và dụng cụ chuyên dụng. Nên sử dụng thép tốc độ cao hoặc dụng cụ cacbua để đạt được kết quả tối ưu.

Khả năng định hình

316L thể hiện khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện các quy trình gia công nguội và nóng. Tuy nhiên, nó phải chịu quá trình tôi luyện, điều này có thể hạn chế khả năng định hình của nó trong một số ứng dụng nhất định. Nên tuân thủ bán kính uốn cong được khuyến nghị 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 giờ	Không khí	Giảm ứng suất dư

Xử lý nhiệt 316L thường bao gồm ủ dung dịch để hòa tan bất kỳ cacbua kết tủa nào và tăng khả năng chống ăn mòn. Các chuyển đổi luyện kim trong quá trình này dẫn đến cấu trúc vi mô đồng đều hơn, cải thiện các đặc tính tổng thể.

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	Khả năng chống ăn mòn, khả năng hàn	Xử lý hóa chất mạnh
Ngành công nghiệp thực phẩm	Thiết bị chế biến	Vệ sinh, chống ăn mòn	Đạt tiêu chuẩn vệ sinh
Dược phẩm	Thiết bị và đường ống	Chống ăn mòn, sạch sẽ	Quan trọng đối với độ tinh khiết của sản phẩm

• Ứng dụng trong hàng hải : 316L là vật liệu được lựa chọn cho phụ kiện thuyền và phần cứng hàng hải do khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong nước mặn.
• Xử lý hóa chất : Được sử dụng trong các bể chứa và hệ thống đường ống nơi xử lý các hóa chất mạnh.
• Ngành công nghiệp thực phẩm : Thường thấy trong các thiết bị chế biến thực phẩm, đảm bảo vệ sinh và chống lại các chất tẩy rửa ăn mòn.
• Dược phẩm : Cần thiết cho các thiết bị phải duy trì độ sạch và khả năng chống ăn mòn nghiêm ngặt.

Việc lựa chọn 316L trong các ứng dụng này chủ yếu là do khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học vượt trội, đảm bảo độ bền và độ tin cậy trong môi trường khắc nghiệt.

Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn

Tính năng/Thuộc tính	316L	304	317L	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 cao hơn	316L là sự lựa chọn cân bằng
Góc nhìn ăn mòn chính	Xuất sắc	Tốt	Xuất sắc	316L và 317L nổi trội về clorua
Khả năng hàn	Xuất sắc	Tốt	Tốt	316L có nguy cơ khuyết tật thấp hơn
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Nghèo	316L khó gia công hơn
Khả năng định hình	Tốt	Xuất sắc	Tốt	316L ít có khả năng định hình hơn 304
Chi phí tương đối xấp xỉ	Cao hơn	Thấp hơn	Cao hơn	Cân nhắc về chi phí là rất quan trọng
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Rất phổ biến	Ít phổ biến hơn	316L có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn thép không gỉ 316L, 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 của nó thường biện minh cho khoản đầu tư, đặc biệt là trong các môi trường mà sự cố có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng.

Tóm lại, thép không gỉ 316L là vật liệu đa năng và đáng tin cậy, vượt trội trong nhiều ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Sự kết hợp độc đáo các đặc tính của nó khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên trong các ngành công nghiệp mà khả năng chống ăn mòn và tính toàn vẹn cơ học là tối quan trọng.