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

Thép không gỉ 316Ti là loại thép không gỉ austenit chủ yếu được hợp kim hóa với crom, niken và titan. Đây là một biến thể của thép không gỉ 316 tiêu chuẩn, với việc bổ sung titan để tăng cường độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống nhạy cảm trong quá trình hàn. Sự hiện diện của titan giúp ổn định cấu trúc, khiến nó ít bị ăn mòn giữa các hạt, có thể xảy ra trong môi trường mà các cacbua crom hình thành ở ranh giới hạt.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 316Ti được phân loại là thép không gỉ austenit, được biết đến với khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, độ bền cao và khả năng chế tạo tốt. Các thành phần hợp kim chính bao gồm:

• Crom (Cr) : Thường chiếm 16-18%, có khả năng chống ăn mòn và tăng độ cứng.
• Niken (Ni) : Thường chiếm 10-14%, góp phần tạo nên độ dẻo dai và độ bền của thép.
• Titan (Ti) : Được thêm vào với lượng nhỏ (khoảng 0,5-1,0%), giúp ổn định thép chống lại sự nhạy cảm và cải thiện hiệu suất ở nhiệt độ cao.

Các đặc tính quan trọng của 316Ti bao gồm khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở tuyệt vời, đặc biệt là trong môi trường clorua và khả năng hàn tốt. Nó cũng duy trì các đặc tính cơ học ở nhiệt độ cao, làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau trong môi trường khắc nghiệt.

Thuận lợi:
- Khả năng chống ăn mòn vượt trội so với thép không gỉ 304.
- Tăng cường độ bền ở nhiệt độ cao nhờ tính ổn định của titan.
- Khả năng hàn và tạo hình tốt.

Hạn chế:
- Chi phí cao hơn so với thép không gỉ cấp thấp hơn.
- Không bền bằng một số hợp kim có độ bền cao ở nhiệt độ cao.

Trong lịch sử, 316Ti đã tìm được chỗ đứng trong các ngành công nghiệp như chế biến hóa chất, ứng dụng hàng hải và chế biến thực phẩm, nơi các đặc tính độc đáo của nó đóng vai trò thiết yếu đối với hiệu suất và độ bền.

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	S31635	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với 316L có bổ sung titan
AISI/SAE	316Ti	Hoa Kỳ	Tương tự như 316 nhưng có hiệu suất nhiệt độ cao được cải thiện
Tiêu chuẩn ASTM	A240/A240M	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm, lá và dải thép không gỉ crom và crom-niken
VI	1.4571	Châu Âu	Cấp độ tương đương có tính chất tương tự nhưng giới hạn thành phần khác nhau
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS316Ti	Nhật Bản	Tiêu chuẩn tương đương của Nhật Bản với sự khác biệt nhỏ về thành phần

Sự khác biệt giữa 316Ti và các loại tương đương, chẳng hạn như 316L, chủ yếu nằm ở hàm lượng titan, giúp tăng khả năng chống nhạy cảm và cải thiện độ bền ở nhiệt độ cao. Điều này khiến 316Ti trở thành lựa chọn ưu tiên trong các ứng dụng mà các đặc tính này rất quan trọng.

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
Ti (Titan)	0,5 - 1,0
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 titan trong 316Ti là ngăn ngừa sự nhạy cảm trong quá trình hàn, có thể dẫn đến ăn mòn giữa các hạt. Sự hiện diện của molypden làm tăng khả năng chống rỗ, đặc biệt là trong môi trường clorua, trong khi crom và niken góp phần vào khả năng chống ăn mòn và độ bền tổng thể.

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 - 50%	40 - 50%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell B)	Ủ	Nhiệt độ phòng	70 - 90 HB	70 - 90 HB	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động (Charpy)	Ủ	-196°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 316Ti 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 cực thấp đặc biệt đáng chú ý, cho phép sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.

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	2507 - 2552 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	16,2 W/m·K	112 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	0,0000143 Ω·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	20 - 100 °C	16,0 x 10⁻⁶/K	8,89 x 10⁻⁶/°F

Mật độ và điểm nóng chảy của 316Ti cho thấy độ bền của nó đối với các ứng dụng nhiệt độ cao. Độ dẫn nhiệt của nó ở mức trung bình, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng cần truyền nhiệt nhưng không quan trọng. Hệ số giãn nở nhiệt là đặc trưng của thép không gỉ, cho phép có thể dự đoán được hành vi dưới sự biến động nhiệt độ.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	3-10	20-60	Xuất sắc	Nguy cơ rỗ
Axit sunfuric	10-30	20-50	Tốt	Sức đề kháng hạn chế
Axit clohydric	5-20	20-40	Hội chợ	Dễ bị ăn mòn cục bộ
Nước biển	-	Môi trường xung quanh	Xuất sắc	Chống chịu được môi trường biển
Axit axetic	5-20	20-50	Tốt	Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất

316Ti thể hiện 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, điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù nó hoạt động tốt trong nhiều môi trường có tính axit, nhưng nó có thể dễ bị ăn mòn cục bộ trong axit mạnh, đặc biệt là axit clohydric.

Khi so sánh với thép không gỉ 304 và 316, 316Ti có khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở vượt trội, đặc biệt là trong môi trường clorua. Trong khi thép không gỉ 304 có thể phù hợp với môi trường ít khắc nghiệt hơn, 316Ti được ưa chuộng hơn cho các ứng dụng mà khả năng chống ăn mòn là rất quan trọng.

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 °C	1600 °F	Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	925 °C	1700 °F	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ thang đo	800 °C	1470 °F	Nguy cơ đóng cặn ở nhiệt độ cao
Cân nhắc về sức bền biến dạng	600 °C	1112 °F	Khả năng chống biến dạng bắt đầu giảm

316Ti duy trì các đặc tính cơ học ở nhiệt độ cao, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng như bộ trao đổi nhiệt và các thành phần lò nung. Tuy nhiên, cần phải cẩn thận để tránh tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ vượt quá giới hạn sử dụng liên tục tối đa của nó, vì điều này có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và đóng cặn.

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	ER316Ti	Khí Argon	Tốt cho các phần mỏng
MIG	ER316Ti	Argon/CO2	Thích hợp cho các phần dày hơn
SÚNG BẮN TỪ	E316Ti	-	Yêu cầu làm nóng trước

316Ti được biết đến với khả năng hàn tuyệt vời, đặc biệt là khi sử dụng kim loại hàn phù hợp. Nên gia nhiệt trước cho các phần dày hơn để giảm thiểu nguy cơ nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể tăng cường thêm các đặc tính của mối hàn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	316Ti	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	50%	100%	Yêu cầu tốc độ chậm hơn
Tốc độ cắt điển hình	20-30 m/phút	60-80 m/phút	Sử dụng các công cụ sắc bén để có kết quả tốt nhất

Gia công 316Ti có thể là một thách thức do đặc tính làm cứng của nó. Nên sử dụng các công cụ sắc bén và tốc độ cắt thấp hơn để đạt được kết quả tối ưu.

Khả năng định hình

316Ti thể hiện khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện các quy trình định hình nguội và nóng. Tuy nhiên, điều cần thiết là phải xem xét đến quá trình làm cứng trong quá trình định hình nguội, có thể cần phải ủ trung gian để duy trì độ dẻo.

Xử lý nhiệt

Quy trình điều trị	Phạm vi nhiệt độ (°C)	Thời gian ngâm điển hình	Phương pháp làm mát	Mục đích chính / Kết quả mong đợi
Ủ	1000 - 1150	1-2 giờ	Không khí	Giảm ứng suất, cải thiện độ dẻo dai
Giải pháp điều trị	1000 - 1100	1 giờ	Nước	Hòa tan cacbua, tăng 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 và tính chất của 316Ti. Các phương pháp xử lý này giúp giảm ứng suất bên trong và tăng khả năng chống ăn mòn bằng cách hòa tan cacbua.

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
Xử lý hóa học	Lò phản ứng và bể chứa	Chống ăn mòn, độ bền cao	Tiếp xúc với hóa chất gây hại
Hàng hải	Linh kiện đóng tàu	Chống rỗ, độ bền	Môi trường biển khắc nghiệt
Chế biến thực phẩm	Thiết bị và đường ống	Vệ sinh, chống ăn mòn	Tuân thủ các tiêu chuẩn sức khỏe
Dược phẩm	Thiết bị xử lý	Khả năng vệ sinh, chống ăn mòn	Quan trọng đối với độ tinh khiết của sản phẩm
Dầu khí	Nền tảng ngoài khơi	Độ bền cao, chống ăn mòn	Điều kiện khắc nghiệt và phơi nhiễm

316Ti được lựa chọn cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất và hàng hải do khả năng chống ăn mòn và độ bền vượt trội. Khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt khiến nó trở thành vật liệu được ưa chuộng cho các thành phần quan trọng.

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

Tính năng/Thuộc tính	316Ti	Thép không gỉ 304	Thép không gỉ 316L	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền kéo cao	Vừa phải	Độ bền kéo cao	316Ti cung cấp hiệu suất nhiệt độ cao tốt hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Tuyệt vời trong clorua	Tốt	Xuất sắc	316Ti có khả năng chống nhạy cảm tốt hơn
Khả năng hàn	Tốt	Xuất sắc	Xuất sắc	316Ti đòi hỏi phải thực hiện hàn cẩn thận
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Vừa phải	316Ti khó gia công hơn
Khả năng định hình	Tốt	Xuất sắc	Tốt	316Ti có thể làm việc cứng, đòi hỏi phải cẩn thận
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	Cao	316Ti có thể ít có sẵn hơn

Khi lựa chọn 316Ti, 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 thích hợp, nơi hiệu suất là yếu tố quan trọng, mặc dù chi phí cao hơn so với thép không gỉ tiêu chuẩn.

Tóm lại, thép không gỉ 316Ti là vật liệu đa năng và bền bỉ, hoạt động tốt trong nhiều môi trường khắc nghiệt, trở thành lựa chọn có giá trị cho các kỹ sư và nhà thiết kế trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.