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

Thép không gỉ 316LN là phiên bản ít cacbon, tăng cường nitơ của loại thép không gỉ 316, được phân loại là thép không gỉ austenit. Nó chủ yếu bao gồm sắt, crom, niken và molypden, với việc bổ sung nitơ để tăng cường các tính chất cơ học của nó. Thành phần điển hình của 316LN bao gồm khoảng 16-18% crom, 10-14% niken và 2-3% molypden, với mức nitơ khoảng 0,1-0,2%. Sự kết hợp độc đáo của các nguyên tố hợp kim này góp phần tạo nên khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, độ bền cao và khả năng hàn tốt.

Đặc điểm và tính chất

Thép không gỉ 316LN được biết đến với khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở vượt trội, đặc biệt là trong môi trường clorua. Hàm lượng carbon thấp của nó giúp giảm thiểu nguy cơ kết tủa cacbua trong quá trình hàn, khiến nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và khả năng chống ăn mòn cao. Việc bổ sung nitơ giúp cải thiện độ bền kéo và độ bền chảy, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

Ưu điểm (Pros):
- Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, đặc biệt là trong môi trường biển và hóa chất.
- Độ bền và độ dẻo dai cao ở nhiệt độ cao.
- Khả năng hàn và tạo hình tốt.
- Nguy cơ gây dị ứng thấp do hàm lượng carbon thấp.

Hạn chế (Nhược điểm):
- Chi phí cao hơn so với thép không gỉ thông thường.
- Không dễ dàng có được như các loại thép phổ biến hơn như 304 hoặc 316.
- Khả năng kháng hạn chế với một số axit khử.

Trong lịch sử, 316LN đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp như hóa dầu, hàng hải và dược phẩm, nơi khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học của nó rất quan trọng.

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	S31653	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với 316L nhưng có hàm lượng nitơ tăng cường.
AISI/SAE	316LN	Hoa Kỳ	Biến thể carbon thấp 316 có độ bền được cải thiện.
Tiêu chuẩn ASTM	A240/A240M	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ crom và crom-niken.
VI	1.4406	Châu Âu	Tương đương với 316LN có tính chất tương tự.
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS316LN	Nhật Bản	Tiêu chuẩn tương đương của Nhật Bản với một số khác biệt nhỏ về thành phần.

Sự khác biệt giữa 316LN và các loại tương đương thường nằm ở hàm lượng nitơ và các đặc tính cơ học cụ thể, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong một số ứng dụng nhất định. Ví dụ, trong khi 316L được biết đến với khả năng hàn tuyệt vời, 316LN có độ bền được tăng cường, khiến nó phù hợp hơn với môi trường có ứng suất cao.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Fe (Sắt)	Sự cân bằng
Cr (Crom)	16.0 - 18.0
Ni (Niken)	10.0 - 14.0
Mo (Molipden)	2.0 - 3.0
N (Nitơ)	0,1 - 0,2
C (Cacbon)	≤ 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 cung cấp thêm khả năng chống ăn mòn rỗ và khe hở, đặc biệt là trong môi trường clorua. Nitơ tăng cường độ bền và cải thiện khả năng chống nứt do ăn mòn ứng suất.

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	40 tháng	29,5 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 316LN 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 hiệu suất trong môi trường 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	92 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	0,00000072Ω·m
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 316LN có thể chịu được các ứng dụng nhiệt độ cao, trong khi độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng của nó làm cho nó phù hợp với bộ trao đổi nhiệt. Điện trở suất thấp có lợi trong các ứng dụng yêu cầu độ dẫn 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°C / 68-140°F	Xuất sắc	Nguy cơ ăn mòn rỗ.
Axit sunfuric	10-20%	20-50°C / 68-122°F	Tốt	Sức đề kháng hạn chế, đặc biệt ở nhiệt độ cao.
Axit clohydric	5-10%	20-40°C / 68-104°F	Hội chợ	Không khuyến khích sử dụng trong thời gian dài.
Nước biển	-	Môi trường xung quanh	Xuất sắc	Có khả năng chống chịu cao với môi trường biển.

316LN có khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều tác nhân ăn mòn, đặc biệt là trong môi trường biển có nhiều clorua. Tuy nhiên, khả năng chống chịu kém hơn với các axit mạnh như axit clohydric, trong đó các vật liệu thay thế có thể phù hợp hơn. So với thép không gỉ 304 và 316, 316LN có khả năng chống rỗ và nứt do ăn mòn ứng suất vượt trội, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên trong các môi trường khắc nghiệt.

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 °C	1700 °F	Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao.
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	870 °C	1600 °F	Có thể chịu được nhiệt độ cao trong thời gian ngắn.
Nhiệt độ thang đo	800 °C	1470 °F	Nguy cơ oxy hóa ở nhiệt độ cao hơn.
Cân nhắc về sức bền biến dạng	600 °C	1112 °F	Khả năng chống biến dạng bắt đầu giảm khi nhiệt độ tăng lên trên mức này.

316LN vẫn giữ được độ bền và khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao, phù hợp với các ứng dụng như bộ trao đổi nhiệt và bình chịu áp suất. Tuy nhiên, cần lưu ý tránh oxy hóa và đóng cặn ở nhiệt độ cao.

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	Thích hợp cho các phần mỏng.
MIG	ER316L	Argon + 2% CO2	Thích hợp cho các phần dày hơn.
SÚNG BẮN TỪ	E316L	-	Thích hợp cho các ứng dụng thực tế.

316LN có khả năng hàn cao, với các kim loại phụ được khuyến nghị đảm bảo khả năng tương thích và duy trì khả năng chống ăn mòn. Xử lý nhiệt trước và sau khi hàn thường không cần thiết do hàm lượng carbon thấp, giúp giảm nguy cơ nhạy cảm.

Khả năng gia công

Thông số gia công	316LN	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	45%	100%	316LN khó gia công hơn.
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	25-30 m/phút	50-60 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất.

Gia công 316LN đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận về tốc độ cắt và dụng cụ do đặc tính làm cứng của nó. Các dụng cụ cacbua được khuyến nghị để đạt được kết quả tối ưu.

Khả năng định hình

316LN thể hiện khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện các quy trình định hình nguội và nóng. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là gia công nguội quá mức có thể dẫn đến tăng độ cứng và giảm độ dẻo. Bán kính uốn cong được khuyến nghị nên được tuân thủ 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	30 phút	Không khí hoặc Nước	Hòa tan cacbua, cải thiện khả năng chống ăn mòn.
Giảm căng thẳng	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 giờ	Không khí	Giảm ứng suất dư.

Trong quá trình xử lý nhiệt, 316LN trải qua các biến đổi luyện kim giúp tăng cường cấu trúc vi mô, cải thiện tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn. Ủ dung dịch đặc biệt hiệu quả trong việc phục hồi độ dẻo sau khi gia công nguội.

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 hải	Đóng tàu	Khả năng chống ăn mòn, độ bền	Tiếp xúc với nước biển.
Hóa chất	Quy trình đường ống	Khả năng chống ăn mòn, khả năng hàn	Xử lý hóa chất mạnh.
Dược phẩm	Chế tạo thiết bị	Độ sạch, chống ăn mòn	Tuân thủ các tiêu chuẩn vệ sinh.
Dầu khí	Nền tảng ngoài khơi	Độ bền, độ dẻo dai, khả năng chống ăn mòn	Điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Các ứng dụng khác bao gồm:
* Thiết bị chế biến thực phẩm
* Bộ trao đổi nhiệt
* Bình chịu áp suất
* Van và phụ kiện

316LN được lựa chọn cho các ứng dụng này do khả năng chống ăn mòn và các tính chất cơ học tuyệt vời, rất quan trọng trong các môi trường đòi hỏi vệ sinh và tính toàn vẹn về cấu trúc là tối quan trọng.

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

Tính năng/Thuộc tính	316LN	304	321	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	316LN có khả năng chống ăn mòn tốt hơn 304.
Góc nhìn ăn mòn chính	Xuất sắc	Tốt	Tốt	316LN hoạt động tốt hơn trong môi trường clorua.
Khả năng hàn	Tốt	Xuất sắc	Tốt	316LN đòi hỏi phải thực hiện hàn cẩn thận.
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Vừa phải	316LN khó gia công hơn 304.
Khả năng định hình	Tốt	Xuất sắc	Tốt	316LN có khả năng định hình kém hơn một chút.
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	Vừa phải	Cao	Vừa phải	304 thường được sử dụng phổ biến hơn.

Khi lựa chọn 316LN, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Các đặc tính độc đáo của nó khiến nó phù hợp với các ứng dụng chuyên biệt, nơi hiệu suất là yếu tố quan trọng, mặc dù chi phí cao hơn so với các loại phổ biến hơn như 304. Ngoài ra, độ từ thẩm thấp của nó khiến nó phù hợp với các ứng dụng trong môi trường nhạy cảm.

Tóm lại, thép không gỉ 316LN là vật liệu đa năng và hiệu suất cao, vượt trội trong các môi trường khắc nghiệt, mang lại sự cân bằng giữa độ bền, khả năng chống ăn mòn và khả năng chế tạo. Các đặc tính độc đáo của nó khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ trong các ứng dụng không có khả năng hỏng hóc.