Thép không gỉ 321: Tính chất và ứng dụng chính
Chia sẻ
Table Of Content
Table Of Content
Thép không gỉ 321 là thép không gỉ austenit hiệu suất cao, chủ yếu được biết đến với khả năng chống ăn mòn và độ ổn định ở nhiệt độ cao tuyệt vời. Loại này được phân loại là thép không gỉ austenit, có nghĩa là nó có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt cung cấp độ dẻo và độ bền tốt. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 321 là crom (Cr) và niken (Ni), với titan (Ti) được thêm vào để ổn định cấu trúc chống lại sự nhạy cảm trong quá trình hàn và tiếp xúc ở nhiệt độ cao.
Tổng quan toàn diện
Thép không gỉ 321 đặc biệt được đánh giá cao trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và khả năng chống oxy hóa và ăn mòn ở nhiệt độ cao. Việc bổ sung titan giúp ngăn ngừa sự hình thành crom cacbua, có thể dẫn đến ăn mòn giữa các hạt, đặc biệt là ở các vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt của các kết cấu hàn. Điều này làm cho thép không gỉ 321 trở thành lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ, chế biến hóa chất và dầu khí.
Đặc điểm chính:
- Khả năng chống ăn mòn: Khả năng chống oxy hóa và ăn mòn tuyệt vời trong nhiều môi trường khác nhau.
- Độ ổn định ở nhiệt độ cao: Giữ được độ bền và độ dẻo dai ở nhiệt độ cao.
- Khả năng hàn: Khả năng hàn tốt mà không có nguy cơ nhạy cảm do được ổn định bằng titan.
Thuận lợi:
- Khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở cao.
- Tính chất cơ học tốt ở cả nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao.
- Ứng dụng đa dạng trong môi trường khắc nghiệt.
Hạn chế:
- Không có khả năng chống nứt do ăn mòn ứng suất do clorua như một số loại thép không gỉ khác.
- Chi phí cao hơn so với thép cacbon tiêu chuẩn.
Thép không gỉ 321 giữ vị trí quan trọng trên thị trường nhờ các tính chất độc đáo và tính linh hoạt, khiến nó trở thành sự lựa chọn phổ biến cho nhiều ứng dụng kỹ thuật 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 | S32100 | Hoa Kỳ | Tương đương gần nhất với AISI 321 |
| AISI/SAE | 321 | Hoa Kỳ | Tên gọi thường dùng |
| Tiêu chuẩn ASTM | A240/A240M | Hoa Kỳ | Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ |
| VI | 1.4541 | Châu Âu | Cấp độ tương đương theo tiêu chuẩn Châu Âu |
| ĐẠI HỌC | X6CrNiTi18-10 | Đức | Tính chất tương tự với sự khác biệt nhỏ về thành phần |
| Tiêu chuẩn Nhật Bản | SUS321 | Nhật Bản | Tên gọi tương đương của Nhật Bản |
Sự khác biệt giữa các loại thép tương đương này thường nằm ở thành phần hóa học chính xác và tính chất cơ học, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi cả thép không gỉ 321 và 316 đều có khả năng chống ăn mòn tốt, thì 321 được ưa chuộng hơn trong các ứng dụng nhiệt độ cao do tính ổn định titan của nó.
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) | 17.0 - 19.0 |
| Ni (Niken) | 9.0 - 12.0 |
| Ti (Titan) | 5 x C tối thiểu - 0,60 tối đa |
| Mn (Mangan) | 2.0 tối đa |
| Si (Silic) | 1.0 tối đa |
| P (Phốt pho) | 0,045 tối đa |
| S (Lưu huỳnh) | 0,030 tối đa |
Vai trò chính của titan trong thép không gỉ 321 là ổn định hợp kim chống lại sự nhạy cảm, có thể xảy ra trong quá trình hàn hoặc dịch vụ nhiệt độ cao. Sự ổn định này giúp duy trì khả năng chống ăn mòn và các tính chất cơ học trong các ứng dụng quan trọng. Crom và niken góp phần vào khả năng chống ăn mòn và độ dẻo dai tổng thể của thép, trong khi mangan và silic tăng cường độ bền và khả năng gia công của thép.
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 - 750MPa | 75 - 109 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% phút | 40% phút | 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 |
Tính chất cơ học của thép không gỉ 321 làm cho nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo cao. Độ giãn dài và độ bền va đập tốt của nó đảm bảo rằng nó có thể chịu được tải trọng động và ứng suất mà không bị hỏng, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng kết cấu trong môi trường khắc nghiệt.
Tính chất vật lý
| Tài sản | Điều kiện/Nhiệt độ | Giá trị (Đơn vị mét - SI) | Giá trị (Đơn vị Anh) |
|---|---|---|---|
| Tỉ trọng | Nhiệt độ phòng | 7,93 g/cm³ | 0,286 lb/in³ |
| Điểm nóng chảy/Phạm vi | - | 1450 - 1510 °C | 2642 - 2750 °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 | 0,119 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 | 8,89 x 10⁻⁶ /°F |
Mật độ và điểm nóng chảy của thép không gỉ 321 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 cho thấy khả năng tản nhiệt hiệu quả trong môi trường nhiệt. Hệ số giãn nở nhiệt cũng rất quan trọng trong các ứng dụng có sự dao động nhiệt độ, vì nó ảnh hưởng đến độ ổn định kích thước.
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 | Hội chợ | Nguy cơ rỗ |
| Axit sunfuric | 10-30 | 20-40 / 68-104 | Tốt | Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất |
| Axit axetic | 5-20 | 20-60 / 68-140 | Xuất sắc | Chống ăn mòn cục bộ |
| Nước biển | - | 20-30 / 68-86 | Tốt | Nguy cơ ăn mòn khe hở |
| Khí quyển | - | - | Xuất sắc | Khả năng chống oxy hóa tốt |
Thép không gỉ 321 có khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều môi trường ăn mòn, đặc biệt là trong điều kiện axit và khí quyển. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù có hiệu suất tốt trong nhiều ứng dụng, nhưng nó không có khả năng chống nứt ăn mòn do ứng suất clorua như các loại thép không gỉ 316. Điều này khiến 321 ít phù hợp hơn với môi trường biển hoặc các ứng dụng có nồng độ clorua cao.
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 | Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao |
| Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa | 925 | 1700 | Có thể chịu được tiếp xúc trong thời gian ngắn |
| Nhiệt độ đóng băng | 1000 | 1832 | Nguy cơ oxy hóa ở nhiệt độ trên |
| Cân nhắc về sức bền kéo dài bắt đầu từ khoảng | 600 | 1112 | Quan trọng cho các ứng dụng dài hạn |
Thép không gỉ 321 vẫn giữ được tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao, phù hợp với các ứng dụng như hệ thống xả và bộ trao đổi nhiệt. Tuy nhiên, cần lưu ý tránh tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ cao hơn nhiệt độ đóng cặn của nó, vì điều này có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và phân hủy vật liệu.
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 |
|---|---|---|---|
| Hàn TIG | ER321 | Khí Argon | Tuyệt vời cho các phần mỏng |
| Hàn MIG | ER321 | Argon + CO2 | Tốt cho các phần dày hơn |
| Hàn que | E321 | - | Yêu cầu làm nóng trước |
Thép không gỉ 321 được biết đến với khả năng hàn tốt, đặc biệt là khi sử dụng kim loại độn ổn định bằng titan. Việc nung nóng trước thường được khuyến nghị để giảm thiểu nguy cơ nứt, đặc biệt là ở các phần dày hơn. Xử lý nhiệt sau khi hàn cũng có thể có lợi để giảm ứng suất và tăng khả năng chống ăn mòn.
Khả năng gia công
| Thông số gia công | Thép không gỉ 321 | AISI 1212 | Ghi chú/Mẹo |
|---|---|---|---|
| Chỉ số khả năng gia công tương đối | 30 | 100 | Khả năng gia công thấp hơn thép cacbon |
| Tốc độ cắt điển hình (Tiện) | 30 m/phút | 60 m/phút | Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất |
Thép không gỉ 321 có khả năng gia công vừa phải so với thép cacbon. Nên sử dụng thép tốc độ cao hoặc dụng cụ cacbua và nên điều chỉnh tốc độ cắt để tránh làm cứng khi gia công.
Khả năng định hình
Thép không gỉ 321 có khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện các quy trình định hình nguội và nóng. Tuy nhiên, do đặc tính làm cứng khi gia công, cần kiểm soát cẩn thận quy trình định hình để tránh nứt. Nên tuân thủ bán kính uốn cong được khuyến nghị để có kết quả tối ưu.
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 | 1010 - 1120 / 1850 - 2050 | 1 giờ cho mỗi inch | Không khí | Giảm ứng suất, cải thiện độ dẻo dai |
| Giải pháp điều trị | 1050 - 1100 / 1922 - 2012 | 30 phút | Nước | Tăng cường 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 thép không gỉ 321. Các phương pháp xử lý này giúp giảm ứng suất bên trong và tăng khả năng chống ăn mòn, giúp vật liệu phù hợp với các ứng dụng khắt khe.
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 không vũ trụ | Hệ thống xả máy bay | Độ ổn định nhiệt độ cao, chống ăn mòn | Cần thiết cho sự an toàn và hiệu suất |
| Xử lý hóa học | Bộ trao đổi nhiệt | Khả năng chống oxy hóa và axit | Quan trọng đối với tuổi thọ và hiệu quả |
| Dầu khí | Hệ thống đường ống | Độ bền cao, chống ăn mòn | Đảm bảo tính toàn vẹn trong điều kiện khắc nghiệt |
| Ô tô | Linh kiện xả | Hiệu suất nhiệt độ cao | Giảm nguy cơ hỏng hóc trong điều kiện khắc nghiệt |
Các ứng dụng khác của thép không gỉ 321 bao gồm:
- Bình chịu áp suất
- Thiết bị chế biến thực phẩm
- Ứng dụng trong hàng hải (cần thận trọng về clorua)
Việc lựa chọn thép không gỉ 321 cho các ứng dụng này chủ yếu là do tính chất cơ học tuyệt vời và khả năng chống oxy hóa và ăn mòn ở nhiệt độ cao.
Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn
| Tính năng/Thuộc tính | Thép không gỉ 321 | Thép không gỉ 316 | Thép không gỉ 304 | Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi |
|---|---|---|---|---|
| Tính chất cơ học chính | Tốt ở nhiệt độ cao | Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời | Tính chất chung tốt | 321 tốt hơn cho nhiệt độ cao, 316 tốt hơn cho ăn mòn |
| Góc nhìn ăn mòn chính | Công bằng trong clorua | Tuyệt vời trong clorua | Tốt trong nhiều môi trường | 321 ít có khả năng kháng SCC hơn 316 |
| Khả năng hàn | Tốt | Xuất sắc | Tốt | 321 cần được xử lý cẩn thận để tránh nứt |
| Khả năng gia công | Vừa phải | Tốt | Xuất sắc | 321 khó gia công hơn 304 |
| Khả năng định hình | Tốt | Tốt | Xuất sắc | 321 có thể cần được chăm sóc nhiều hơn trong quá trình hình thành |
| Chi phí tương đối xấp xỉ | Vừa phải | Cao hơn | Thấp hơn | Chi phí thay đổi tùy theo điều kiện thị trường |
| Khả năng cung cấp điển hình | Chung | Rất phổ biến | Rất phổ biến | 321 có sẵn rộng rãi nhưng ít hơn 304 |
Khi lựa chọn thép không gỉ 321, cần phải cân nhắc đến các yếu tố như chi phí, tính khả dụng và yêu cầu ứng dụng cụ thể. Các đặc tính độc đáo của nó khiến nó trở thành lựa chọn có giá trị cho môi trường nhiệt độ cao và ăn mòn, nhưng các lựa chọn thay thế như thép không gỉ 316 có thể phù hợp hơn cho các ứng dụng có mức độ tiếp xúc với clorua cao. Hiểu được sự đánh đổi giữa các vật liệu này là rất quan trọng để có hiệu suất tối ưu và hiệu quả về chi phí trong các ứng dụng kỹ thuật.