Thép không gỉ 320: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 320 được phân loại là thép không gỉ austenit, chủ yếu bao gồm sắt, crom và niken, với hàm lượng cacbon thấp. Cấp độ cụ thể này thường chứa khoảng 18% crom và 8% niken, góp phần đáng kể vào khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học của nó. Hàm lượng cacbon thấp làm tăng khả năng hàn và giảm nguy cơ kết tủa cacbua trong quá trình hàn, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau trong các ngành công nghiệp đòi hỏi khả năng chống ăn mòn và khả năng tạo hình cao.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 320 được biết đến với khả năng chống oxy hóa và ăn mòn tuyệt vời, đặc biệt là trong môi trường nhiệt độ cao. Cấu trúc austenit của nó cung cấp độ dẻo và độ bền tốt, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng đòi hỏi cả độ bền và tính linh hoạt. Các nguyên tố hợp kim chính, crom và niken, đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường khả năng chống lại môi trường ăn mòn của thép, trong khi hàm lượng carbon thấp giúp giảm thiểu nguy cơ ăn mòn giữa các hạt.

Thuận lợi:
- Khả năng chống ăn mòn: Khả năng chống ăn mòn vượt trội trong nhiều môi trường ăn mòn, bao gồm cả môi trường axit và kiềm.
- Độ ổn định ở nhiệt độ cao: Duy trì độ bền và khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao.
- Khả năng hàn: Hàm lượng carbon thấp cho phép hàn dễ dàng mà không có nguy cơ đáng kể làm hỏng mối hàn.

Hạn chế:
- Chi phí: Nói chung đắt hơn thép cacbon do có chứa các thành phần hợp kim.
- Làm cứng khi gia công: Có thể trở nên cứng và giòn khi chịu tác động của quá trình gia công nguội trong thời gian dài, đòi hỏi phải xử lý cẩn thận trong quá trình chế tạo.

Theo truyền thống, thép không gỉ 320 đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, đặc biệt là trong ngành chế biến thực phẩm, hóa chất và hóa dầu, nơi các đặc tính độc đáo của nó được đánh giá cao. Vị thế thị trường của nó rất mạnh, với nhu cầu sử dụng liên tục trong các môi trường thách thức các vật liệu khác.

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	S32000	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 304 với sự khác biệt nhỏ về thành phần.
AISI/SAE	320	Hoa Kỳ	Tương tự như 316 nhưng có các nguyên tố hợp kim khác nhau.
Tiêu chuẩn ASTM	A240	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ.
VI	1.4301	Châu Âu	Tương đương với AISI 304, nhưng có tính chất cơ học khác nhau.
Tiêu chuẩn Nhật Bản	Thép không gỉ 304	Nhật Bản	Có liên quan chặt chẽ, có khả năng chống ăn mòn tương tự.

Sự khác biệt tinh tế giữa các loại này có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi thép không gỉ 320 và 304 có nhiều đặc tính chung, khả năng chống chịu tốt hơn đối với một số tác nhân ăn mòn của 320 khiến nó phù hợp hơn với các môi trường cụ thể.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Fe (Sắt)	Sự cân bằng
Cr (Crom)	18.0 - 20.0
Ni (Niken)	8.0 - 10.0
C (Cacbon)	≤ 0,08
Mn (Mangan)	2.0 - 2.5
Si (Silic)	≤ 1.0

Các nguyên tố hợp kim chính trong Thép không gỉ 320 bao gồm crom, giúp tăng khả năng chống ăn mòn và độ ổn định oxy hóa, và niken, góp phần tạo nên độ bền và độ dẻo dai. Hàm lượng carbon thấp rất quan trọng để duy trì khả năng hàn của thép và ngăn ngừa sự kết tủa cacbua, có thể dẫn đến ăn mòn giữa các hạt.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị mét - SI)	Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị 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	Ủ	160 - 190 HB	90 - 100 HB	Tiêu chuẩn ASTM E10
Sức mạnh tác động	-40°C	40 tháng	30 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Tính chất cơ học của thép không gỉ 320 làm cho nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo cao. Độ bền kéo và độ bền chảy của nó cho thấy khả năng chịu được tải trọng đáng kể, trong khi tỷ lệ giãn dài của nó phản ánh khả năng biến dạng mà không bị gãy, làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng kết cấu.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị mét - SI)	Giá trị (Đơn vị Anh)
Tỉ trọng	-	7,93 g/cm³	0,286 lb/in³
Điểm nóng chảy/Phạm vi	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	20°C	16 W/m·K	92 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	20°C	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Điện trở suất	20°C	0,73 µΩ·m	0,0000013 Ω·trong

Mật độ của thép không gỉ 320 cho thấy khối lượng đáng kể của nó, góp phần tạo nên độ bền của nó. Độ dẫn nhiệt của nó ở mức trung bình, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng cần truyền nhiệt nhưng không quá mức. Nhiệt dung riêng tương đối cao, cho phép nó hấp thụ và giữ nhiệt, có lợi trong các ứng dụng nhiệt độ cao.

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	Tốt	Nguy cơ ăn mòn rỗ.
Axit sunfuric	10-30	20-50 / 68-122	Hội chợ	Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất.
Axit axetic	5-20	20-60 / 68-140	Tốt	Nói chung là có sức đề kháng.
Dung dịch kiềm	5-30	20-60 / 68-140	Xuất sắc	Rất bền.

Thép không gỉ 320 có khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều môi trường ăn mòn, đặc biệt là trong dung dịch kiềm và axit hữu cơ. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường clorua và nứt do ăn mòn ứng suất trong axit sunfuric. So với thép không gỉ 316, có bổ sung molypden để tăng khả năng chống rỗ, thép 320 có thể không hoạt động tốt trong môi trường giàu clorua nhưng có khả năng chống chịu tốt hơn trong điều kiện kiềm.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	800	1472	Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao.
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	900	1652	Có thể chịu được nhiệt độ cao trong thời gian ngắn.
Nhiệt độ đóng băng	1000	1832	Bắt đầu bị oxy hóa đáng kể ở nhiệt độ cao hơn mức này.

Ở nhiệt độ cao, Thép không gỉ 320 vẫn giữ được độ bền và khả năng chống oxy hóa, phù hợp để sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 800 °C (1472 °F) có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và đóng cặn, có thể làm giảm tính toàn vẹn về mặt cấu trúc của nó.

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	ER308L	Khí Argon	Thích hợp cho các phần mỏng.
MIG	ER308L	Argon + CO2	Thích hợp cho các phần dày hơn.
Dán	E308L	-	Thích hợp cho các ứng dụng ngoài trời.

Thép không gỉ 320 có khả năng hàn cao do hàm lượng carbon thấp, giúp giảm thiểu nguy cơ kết tủa cacbua trong quá trình hàn. Xử lý nhiệt trước thường không cần thiết, nhưng xử lý nhiệt sau khi hàn có thể có lợi để giảm ứng suất và cải thiện khả năng chống ăn mòn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép không gỉ 320	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	40	100	Khó gia công hơn.
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	25 m/phút	50 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất.

Gia công thép không gỉ 320 có thể khó khăn hơn so với thép cacbon do đặc tính làm cứng khi gia công của nó. Nên sử dụng các công cụ thép tốc độ cao hoặc cacbua và duy trì tốc độ cắt và ứng dụng chất làm mát thích hợp để tránh quá nhiệt.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 320 có 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 hiệu ứng làm cứng trong quá trình định hình nguội, có thể cần thêm lực và có thể dẫn đến giảm độ dẻo. Bán kính uốn tối thiểu phải được tính toán cẩn thận 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
Ủ	1000 - 1100 / 1832 - 2012	1 - 2 giờ	Không khí	Giảm ứng suất và cải thiện độ dẻo.
Giải pháp điều trị	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 phút	Nước	Hòa tan cacbua và cải thiện 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 320. Các phương pháp xử lý này tăng cường độ dẻo và khả năng chống ăn mòn bằng cách hòa tan cacbua và giảm ứng suất bên trong.

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)
Chế biến thực phẩm	Thiết bị và đường ống	Chống ăn mòn, dễ vệ sinh	Vệ sinh và độ bền
Xử lý hóa học	Lò phản ứng và bể chứa	Độ ổn định nhiệt độ cao, chống ăn mòn	An toàn và tuổi thọ
Dầu khí	Thành phần đường ống	Độ bền, khả năng hàn và khả năng chống ăn mòn	Độ tin cậy trong môi trường khắc nghiệt

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Thiết bị dược phẩm
- Môi trường biển
- Công trình kiến ​​trúc

Việc lựa chọn thép không gỉ 320 cho các ứng dụng này chủ yếu là do khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học tuyệt vời của nó, đảm bảo an toàn và tuổi thọ cao 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	Thép không gỉ 320	Thép không gỉ AISI 316	Thép không gỉ AISI 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	Độ dẻo tốt	Thép 320 có sự cân bằng giữa độ bền và khả năng chống ăn mòn.
Góc nhìn ăn mòn chính	Tốt trong dung dịch kiềm	Tốt nhất trong môi trường clorua	Sức đề kháng vừa phải	Thép 316 có khả năng chịu được môi trường clorua tốt hơn.
Khả năng hàn	Xuất sắc	Tốt	Tốt	Tất cả các loại thép đều có thể hàn được, nhưng thép 320 có ưu điểm hơn do hàm lượng carbon thấp.
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Xuất sắc	320 khó gia công hơn 304 và 316.
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Cao hơn	Thấp hơn	320 thường tiết kiệm chi phí hơn 316.
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Cao	304 là loại thép không gỉ phổ biến nhất.

Khi lựa chọn Thép không gỉ 320, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu về hiệu suất cụ thể trong môi trường ăn mòn. Các đặc tính độc đáo của nó làm cho nó phù hợp với các ứng dụng chuyên biệt mà các loại khác có thể không hoạt động tốt. Ngoài ra, cần phải tính đến các cân nhắc về an toàn trong môi trường có ứng suất cao, đảm bảo rằng vật liệu được chọn đáp ứng mọi tiêu chuẩn về quy định và hiệu suất.