Thép không gỉ 347: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 347 là loại thép không gỉ austenit được biết đến với khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và độ bền ở nhiệt độ cao. Nó chủ yếu được hợp kim với crom (Cr) và niken (Ni), với việc bổ sung niobi (Nb) để ổn định cấu trúc chống lại sự kết tủa cacbua trong quá trình hàn và dịch vụ ở nhiệt độ cao. Sự ổn định này rất quan trọng để duy trì tính toàn vẹn của thép trong môi trường có thể tiếp xúc với nhiệt độ cao.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 347 được phân loại là thép không gỉ austenit, được đặc trưng bởi cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt (FCC). Cấu trúc này cung cấp độ dẻo và độ bền tuyệt vời, làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 347 bao gồm:

• Crom (Cr) : Thường chiếm 17-19%, giúp tăng khả năng chống ăn mòn và góp phần tạo nên độ bền tổng thể của thép.
• Niken (Ni) : Thường là 9-12%, giúp cải thiện độ dẻo và độ bền, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp.
• Niobi (Nb) : Được thêm vào để ổn định thép chống lại sự kết tủa cacbua, đặc biệt là trong quá trình hàn.

Đặc điểm chính

Thép không gỉ 347 thể hiện một số đặc tính quan trọng:
- Khả năng chống ăn mòn : Khả năng chống oxy hóa và ăn mòn tuyệt vời trong nhiều môi trường khác nhau, bao gồm cả môi trường có tính axit và nhiệt độ cao.
- Độ bền ở nhiệt độ cao : Vẫn giữ được độ bền và độ dẻo dai ở nhiệt độ cao, phù hợp để ứng dụng trong bộ trao đổi nhiệt và các bộ phận lò nung.
- Khả năng hàn : Khả năng hàn tốt do có chứa niobi, giúp giảm thiểu nguy cơ kết tủa cacbua trong quá trình hàn.

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm (Pros)	Hạn chế (Nhược điểm)
Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời	Chi phí cao hơn so với thép cacbon
Độ bền nhiệt độ cao tốt	Độ bền thấp hơn so với một số loại thép hợp kim
Khả năng hàn tốt	Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất trong một số môi trường nhất định

Thép không gỉ 347 thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như chế biến hóa chất, hàng không vũ trụ và phát điện do sự kết hợp độc đáo của các đặc tính. Ý nghĩa lịch sử của nó nằm ở sự phát triển của nó như một giải pháp cho các ứng dụng đòi hỏi cả khả năng chống ăn mòn và hiệu suất nhiệt độ cao.

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	S34700	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 347
AISI/SAE	347	Hoa Kỳ	Tên gọi thường dùng
Tiêu chuẩn ASTM	A240	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ
VI	1.4550	Châu Âu	Chỉ định tương đương trong tiêu chuẩn Châu Âu
ĐẠI HỌC	X6CrNiNb18-10	Đức	Những khác biệt nhỏ về thành phần cần lưu ý
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS347	Nhật Bản	Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản tương đương

Sự khác biệt giữa các cấp độ tương đương có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn dựa trên các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi cả thép không gỉ 347 và 321 đều là cấp độ ổn định, thì 321 chứa titan, có thể được ưa chuộng hơn trong một số môi trường mà các đặc tính của titan có lợi.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Cr (Crom)	17.0 - 19.0
Ni (Niken)	9.0 - 12.0
Nb (Niobi)	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 các nguyên tố hợp kim quan trọng trong thép không gỉ 347 bao gồm:
- Crom : Tăng khả năng chống ăn mòn và tạo thành lớp oxit bảo vệ.
- Niken : Cải thiện độ dẻo dai và độ dai, đặc biệt ở nhiệt độ thấp.
- Niobi : Ổn định thép chống lại sự kết tủa cacbua, đặc biệt trong quá trình hàn và ứng dụng nhiệt độ cao.

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%	40%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Giảm Diện Tích	Ủ	60%	60%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell B)	Ủ	85 - 95 HRB	85 - 95 HRB	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động (Charpy V-notch)	-20°C	40 tháng	29,5 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các đặc tính cơ học này làm cho thép không gỉ 347 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo cao, đặc biệt là trong điều kiện tải cơ học. Khả năng duy trì độ bền ở nhiệt độ cao cũng làm cho nó lý tưởng cho tính toàn vẹn của cấu trúc trong môi trường nhiệt độ cao.

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	8,0 g/cm³	0,289 lb/in³
Điểm nóng chảy/Phạm vi	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	16,2 W/(m·K)	112 BTU/(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	0,0000013 Ω·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	20 - 100 °C	16,0 x 10⁻⁶ /K	8,9 x 10⁻⁶ /°F
Độ từ thẩm	Nhiệt độ phòng	Không từ tính	Không từ tính

Ý nghĩa thực tiễn của các tính chất vật lý chính bao gồm:
- Mật độ : Ảnh hưởng đến cân nhắc về trọng lượng trong các ứng dụng kết cấu.
- Độ dẫn nhiệt : Quan trọng đối với các ứng dụng trao đổi nhiệt khi cần truyền nhiệt hiệu quả.
- Hệ số giãn nở nhiệt : Quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến biến 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	Tốt	Nguy cơ rỗ
Axit sunfuric	10-30	20-50 / 68-122	Hội chợ	Dễ bị SCC
Axit Nitric	10-30	20-60 / 68-140	Xuất sắc	Chống lại các cuộc tấn công cục bộ
Nước biển	-	Môi trường xung quanh	Tốt	Thích hợp cho các ứng dụng hàng hải
Axit axetic	5-20	20-60 / 68-140	Hội chợ	Nguy cơ ăn mòn cục bộ

Thép không gỉ 347 có khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều môi trường ăn mòn, đặc biệt là trong điều kiện axit và nhiệt độ cao. Khả năng chống rỗ và nứt do ăn mòn ứng suất (SCC) của nó làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng trong quá trình xử lý hóa chất và môi trường biển. So với các loại thép không gỉ khác, chẳng hạn như 316 và 321, 347 có hiệu suất vượt trội trong các ứng dụng nhiệt độ cao do tính ổn định niobi của nó.

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	1700	Thích hợp cho dịch vụ liên tục
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	870	1600	Có thể chịu được tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ thang đo	1000	1832	Bắt đầu mất sức mạnh ở nhiệt độ trên này
Bắt đầu xem xét về sức bền kéo dài	600	1112	Quan trọng cho các ứng dụng dài hạn

Thép không gỉ 347 hoạt động tốt ở nhiệt độ cao, duy trì độ bền và khả năng chống oxy hóa. Tuy nhiên, cần lưu ý tránh tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 925 °C (1700 °F), vì điều này có thể dẫn đến đóng cặn và mất các đặc tính cơ học. Khả năng chống oxy hóa của nó đặc biệt có lợi trong các ứng dụng như thành phần lò và bộ trao đổi nhiệt.

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	ER347	Khí Argon	Tốt cho các phần mỏng
MIG	ER347	Argon + 2% O₂	Thích hợp cho các phần dày hơn
SÚNG BẮN TỪ	E347	-	Yêu cầu làm nóng trước

Thép không gỉ 347 có khả năng hàn cao, nhờ hàm lượng niobi, giúp giảm thiểu nguy cơ kết tủa cacbua trong quá trình hàn. Có thể cần phải gia nhiệt trước cho các phần dày hơn để tránh nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể tăng cường các đặc tính cơ học và giảm ứng suất dư.

Khả năng gia công

Thông số gia công	[Thép không gỉ 347]	Thép chuẩn (AISI 1212)	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	40%	100%	Yêu cầu tốc độ cắt chậm hơn
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30 m/phút	60 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua

Thép không gỉ 347 có khả năng gia công ở mức trung bình. Nên sử dụng tốc độ cắt chậm hơn và dụng cụ thích hợp để đạt được kết quả tối ưu. Sự hiện diện của niobi có thể dẫn đến quá trình làm cứng khi gia công, do đó cần chú ý cẩn thận đến điều kiện cắt.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 347 có thể được tạo hình bằng cả quy trình gia công nguội và nóng. Tạo hình nguội là khả thi nhưng có thể cần thêm lực do quá trình tôi luyện. Tạo hình nóng được ưa chuộng đối với các hình dạng phức tạp vì nó làm giảm nguy cơ nứt và cải thiện độ dẻo.

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	1-2 giờ	Không khí hoặc Nước	Giảm ứng suất, cải thiện độ dẻo dai
Giải pháp điều trị	1050 - 1100 / 1920 - 2010	1 giờ	Nước	Hòa tan cacbua, tăng cường khả năng chống ăn mòn

Trong quá trình xử lý nhiệt, thép không gỉ 347 trải qua các biến đổi luyện kim giúp tăng cường cấu trúc vi mô và tính chất của nó. Ủ làm giảm ứng suất bên trong và cải thiện độ dẻo, trong khi xử lý dung dịch hòa tan cacbua, tăng khả năng chống ăn mòn.

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)
Xử lý hóa học	Bộ trao đổi nhiệt	Độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống ăn mòn	Thích hợp cho môi trường khắc nghiệt
Hàng không vũ trụ	Hệ thống xả	Độ bền nhiệt độ cao, khả năng hàn	Cần thiết cho các ứng dụng hiệu suất cao
Sản xuất điện	Linh kiện nồi hơi	Chống ăn mòn, chịu được nhiệt độ cao	Cần thiết cho độ bền và an toàn
Hàng hải	Đóng tàu	Khả năng chống ăn mòn, khả năng hàn	Lý tưởng cho môi trường biển

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Thiết bị chế biến thực phẩm
- Sản xuất dược phẩm
- Đường ống dẫn dầu và khí đốt

Thép không gỉ 347 được lựa chọn cho các ứng dụng này vì sự kết hợp độc đáo giữa khả năng chịu nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ 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 347	Thép không gỉ 316	Thép không gỉ 321	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Sức mạnh vừa phải	Độ bền cao	Độ bền cao	316 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn trong môi trường clorua
Góc nhìn ăn mòn chính	Tốt trong môi trường axit	Tuyệt vời trong clorua	Tốt trong các ứng dụng nhiệt độ cao	321 tốt hơn cho các ứng dụng nhiệt độ cao
Khả năng hàn	Tốt	Xuất sắc	Tốt	316 được ưa chuộng cho các mối hàn quan trọng
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Vừa phải	316 dễ gia công hơn do có độ cứng thấp hơn
Khả năng định hình	Tốt	Tốt	Tốt	Tất cả các loại đều thích hợp để hình thành
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Cao hơn	Vừa phải	316 thường đắt hơn
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Rất phổ biến	Chung	316 được sử dụng rộng rãi vì tính phổ biến của nó

Khi lựa chọn thép không gỉ 347, 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 làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng, đặc biệt là khi hiệu suất nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn là rất quan trọng. Ngoài ra, các cân nhắc về an toàn trong môi trường ứng suất cao nên hướng dẫn lựa chọn vật liệu, đảm bảo rằng loại đã chọn đáp ứng mọi nhu cầu vận hành.

Tóm lại, thép không gỉ 347 là vật liệu đa năng và đáng tin cậy, đặc biệt được coi trọng trong các ngành công nghiệp đòi hỏi hiệu suất hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt.