Thép không gỉ 347H: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 347H là loại thép không gỉ austenit hiệu suất cao, chủ yếu được biết đến với khả năng chống oxy hóa và ăn mòn tuyệt vời ở nhiệt độ cao. Nó được phân loại theo loạt thép không gỉ 300, được đặc trưng bởi hàm lượng crom và niken cao. Các nguyên tố hợp kim chính trong 347H bao gồm crom (Cr), niken (Ni) và niobi (Nb), với hàm lượng carbon thấp giúp tăng khả năng hàn và khả năng chống ăn mòn giữa các hạt.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 347H là thép không gỉ austenit đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao. Thành phần của nó thường bao gồm khoảng 18% crom, 11% niken và 5% niobi, góp phần tạo nên các đặc tính độc đáo của nó. Việc bổ sung niobi giúp ổn định cấu trúc và giúp ngăn ngừa kết tủa cacbua trong quá trình hàn, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi phải hàn trong môi trường nhiệt độ cao.

Đặc điểm chính:
- Khả năng chịu nhiệt độ cao: 347H có thể chịu được nhiệt độ lên tới 900°C (1650°F) mà không làm giảm đáng kể các tính chất cơ học.
- Khả năng chống ăn mòn: Có khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều môi trường ăn mòn, bao gồm axit sunfuric và axit photphoric.
- Khả năng hàn: Hàm lượng carbon thấp và việc bổ sung niobi làm tăng khả năng hàn, khiến nó phù hợp với các quy trình chế tạo.

Thuận lợi:
- Khả năng chống oxy hóa tuyệt vời ở nhiệt độ cao.
- Tính chất cơ học tốt ở nhiệt độ cao.
- Khả năng hàn được cải thiện so với các loại thép không gỉ khác.

Hạn chế:
- Chi phí cao hơn so với thép không gỉ thông thường.
- Không phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến môi trường có tính khử mạnh.

Thép không gỉ 347H có sự hiện diện mạnh mẽ trên thị trường, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp như hóa dầu, phát điện và hàng không vũ trụ, nơi hiệu suất nhiệt độ cao là rất quan trọng. Ý nghĩa lịch sử của nó nằm ở sự phát triển của nó để giải quyết những thách thức của ăn mòn liên hạt trong các ứng dụng 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	S34709	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 347 nhưng có hàm lượng carbon cao hơn.
AISI/SAE	347H	Hoa Kỳ	Biến thể carbon cao 347 giúp cải thiện độ bền ở nhiệt độ cao.
Tiêu chuẩn ASTM	A240	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm, lá và dải thép không gỉ crom và crom-niken.
VI	1.4961	Châu Âu	Tên gọi tương đương theo tiêu chuẩn Châu Âu.
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS347H	Nhật Bản	Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản tương đương.

Sự khác biệt giữa 347 và 347H chủ yếu nằm ở hàm lượng carbon, trong đó 347H có tỷ lệ phần trăm carbon cao hơn, giúp tăng cường độ bền ở nhiệt độ cao. Sự khác biệt này rất quan trọng khi lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng mà tính ổn định nhiệt là tối quan trọng.

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)	5.0 - 7.0
C (Cacbon)	0,04 - 0,10
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 crom là tăng cường khả năng chống ăn mòn, trong khi niken góp phần tạo nên độ dẻo dai và độ dẻo của thép. Niobi ổn định cấu trúc austenit và ngăn ngừa sự kết tủa cacbua, yếu tố quan trọng trong quá trình hàn. Hàm lượng cacbon thấp giúp giảm thiểu nguy cơ ăn mòn giữa các hạt, khiến 347H đặc biệt phù hợp cho các 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
Độ cứng (Rockwell B)	Ủ	85 tối đa	85 tối đa	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	-20°C	40 tháng	30 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 thép không gỉ 347H 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 các ứng dụng đông lạnh.

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	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °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

Mật độ và điểm nóng chảy của 347H cho thấy độ bền của nó, trong khi độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng cho thấy các đặc tính quản lý nhiệt tốt trong các ứng dụng nhiệt độ cao. Các đặc tính vật lý này rất cần thiết cho các ngành công nghiệp mà tính ổn định nhiệt là rất quan trọng.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Axit sunfuric	10%	25°C / 77°F	Tốt	Nguy cơ bị rỗ ở nhiệt độ cao.
Axit photphoric	20%	25°C / 77°F	Xuất sắc	Sức đề kháng rất tốt.
Clorua	3%	60°C / 140°F	Hội chợ	Dễ bị ăn mòn rỗ.
Nước biển	-	25°C / 77°F	Tốt	Nhìn chung có khả năng kháng bệnh, nhưng vẫn nên thận trọng.

Thép không gỉ 347H có khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều tác nhân ăn mòn, đặc biệt là trong môi trường axit. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường giàu clorua, đây là một cân nhắc quan trọng đối với các ứng dụng hàng hải. So với thép không gỉ 316L , cũng có khả năng chống ăn mòn tốt, 347H có hiệu suất vượt trội trong các ứng dụng nhiệt độ cao nhưng có thể kém hiệu quả hơn trong môi trường khử.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	900°C	1650°F	-
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	1000°C	1832°F	-
Nhiệt độ đóng băng	1150°C	2102°F	-
Cân nhắc về sức bền biến dạng	600°C	1112°F	Bắt đầu mất sức.

Thép không gỉ 347H duy trì các đặc tính cơ học ở nhiệt độ cao, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng trong nhà máy điện và xử lý hóa chất. Khả năng chống oxy hóa của nó cho phép nó hoạt động tốt trong môi trường có chu kỳ nhiệt. Tuy nhiên, cần phải cẩn thận để tránh tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 900°C, khi đó hiện tượng biến dạng có thể trở thành mối lo ngại.

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	ER347H	Khí Argon	Kết quả tuyệt vời khi sử dụng đúng kỹ thuật.
MIG	ER347H	Argon + 2% O2	Thích hợp cho các phần mỏng.
Dán	E347	-	Thích hợp cho các ứng dụng thực tế.

Thép không gỉ 347H có khả năng hàn cao và việc sử dụng kim loại phụ thích hợp đảm bảo mối hàn chắc chắn với nguy cơ khuyết tật tối thiểu. 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 thêm các đặc tính của mối hàn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép không gỉ 347H	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	50	100	Khả năng gia công trung bình; đòi hỏi dụng cụ bằng cacbua.
Tốc độ cắt điển hình	30 m/phút	60 m/phút	Điều chỉnh tốc độ dựa trên dụng cụ và hoạt động.

Thép không gỉ 347H có khả năng gia công ở mức trung bình, có thể cải thiện bằng cách sử dụng thép tốc độ cao hoặc dụng cụ cacbua. Tốc độ cắt và tốc độ chạy dao thích hợp là điều cần thiết để tránh làm cứng khi gia công.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 347H có thể được tạo hình bằng các kỹ thuật tiêu chuẩn, cả nóng và lạnh. Tuy nhiên, nó thể hiện sự cứng khi làm việc, có thể cần thêm lực trong quá trình tạo hình. Cần cân nhắc bán kính uốn tối thiểu 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
Dung dịch ủ	1050 - 1100 °C / 1922 - 2012 °F	30 phút	Không khí hoặc Nước	Hòa tan cacbua, tăng độ dẻo.
Giảm căng thẳng	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 - 2 giờ	Không khí	Giảm ứng suất dư.

Các quy trình xử lý nhiệt như ủ dung dịch làm tăng độ dẻo và độ dai của thép không gỉ 347H. Các biến đổi về mặt luyện kim trong quá trình xử lý này tác động đáng kể đến cấu trúc vi mô, cải thiện hiệu suất của nó trong các ứng dụng nhiệt độ cao.

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)
Hóa dầu	Bình phản ứng	Khả năng chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn	Cần thiết cho tính toàn vẹn của quy trình.
Sản xuất điện	Ống nồi hơi	Khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao	Đảm bảo tuổi thọ lâu dài.
Hàng không vũ trụ	Hệ thống xả	Độ bền cao và ổn định nhiệt	Quan trọng cho hiệu suất.

Thép không gỉ 347H thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn. Việc lựa chọn thường được thúc đẩy bởi nhu cầu về độ tin cậy và độ bền 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 347H	Thép không gỉ 316L	Inconel 625	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Độ dẻo tốt	Sức mạnh tuyệt vời	347H có hiệu suất nhiệt độ cao tốt hơn.
Góc nhìn ăn mòn chính	Tốt trong axit	Tuyệt vời trong clorua	Tuyệt vời ở nhiệt độ cao	316L tốt hơn cho môi trường clorua.
Khả năng hàn	Xuất sắc	Tốt	Vừa phải	347H dễ hàn hơn.
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Nghèo	347H đòi hỏi phải gia công cẩn thận.
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Thấp hơn	Cao hơn	Chi phí cân nhắc khác nhau tùy theo ứng dụng.
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Thấp	347H có thể ít có sẵn hơn 316L.

Khi lựa chọn thép không gỉ 347H, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Hiệu suất nhiệt độ cao của nó khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên trong các ngành công nghiệp mà độ tin cậy là yếu tố quan trọng. Tuy nhiên, khả năng rỗ trong môi trường clorua có thể đòi hỏi phải đánh giá cẩn thận so với các lựa chọn thay thế như 316L hoặc Inconel 625, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể và điều kiện môi trường.

Tóm lại, thép không gỉ 347H là vật liệu đa năng và bền bỉ, hoạt động tốt trong môi trường có nhiệt độ cao và ăn mòn, trở thành lựa chọn có giá trị cho nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau.