Thép không gỉ 3Cr12: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 3Cr12 được phân loại là thép không gỉ ferritic , đặc trưng chủ yếu bởi hàm lượng crom, thường dao động từ 11% đến 13%. Loại thép này đáng chú ý vì sự kết hợp độc đáo của các đặc tính, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau. Các nguyên tố hợp kim chính trong 3Cr12 bao gồm crom (Cr), giúp tăng khả năng chống ăn mòn và niken (Ni), có mặt với hàm lượng tối thiểu để cải thiện độ dẻo dai và độ dẻo.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 3Cr12 được công nhận vì khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, đặc biệt là trong môi trường ăn mòn nhẹ và các đặc tính cơ học tốt. Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống ăn mòn vừa phải, chẳng hạn như trong xây dựng thiết bị xử lý hóa chất, linh kiện ô tô và các ứng dụng kiến ​​trúc. Cấu trúc ferritic của thép góp phần tạo nên khả năng chống nứt ăn mòn ứng suất cao, khiến nó trở thành lựa chọn đáng tin cậy trong nhiều bối cảnh công nghiệp khác nhau.

Ưu điểm của 3Cr12:
- Chống ăn mòn: Có khả năng chống ăn mòn trong khí quyển và một số hóa chất tốt.
- Hiệu quả về mặt chi phí: Nhìn chung có giá cả phải chăng hơn thép không gỉ austenit do hàm lượng niken thấp hơn.
- Khả năng hàn: Khả năng hàn tốt, cho phép chế tạo đa dạng.

Hạn chế của 3Cr12:
- Độ dẻo dai thấp hơn: So với thép austenit, thép này có thể có độ dẻo dai thấp hơn ở nhiệt độ dưới 0 độ.
- Hiệu suất nhiệt độ cao hạn chế: Không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ bền nhiệt độ cao.

Theo truyền thống, 3Cr12 đã đạt được sức hút trong các ngành công nghiệp mà sự cân bằng giữa chi phí và hiệu suất là rất quan trọng. Vị thế thị trường của nó rất vững chắc, đặc biệt là ở những khu vực có giá niken biến động, khiến nó trở thành lựa chọn thay thế được ưa chuộng cho các loại thép không gỉ đắt tiền hơn.

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	S41003	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với EN 1.4003
AISI/SAE	3Cr12	Quốc tế	Thép không gỉ Ferritic
Tiêu chuẩn ASTM	A240	Quốc tế	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ
VI	1.4003	Châu Âu	Tính chất tương tự như 3Cr12
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS410	Nhật Bản	Những khác biệt nhỏ về thành phần cần lưu ý

Sự khác biệt giữa các cấp độ tương đương này có thể ảnh hưởng đáng kể đến việc lựa chọn dựa trên các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi 1.4003 và 3Cr12 thường được coi là có thể hoán đổi cho nhau, thì sự thay đổi nhỏ về hàm lượng carbon và crom có ​​thể ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn và các đặc tính cơ học.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Cr (Crom)	11.0 - 13.0
Ni (Niken)	0,5 - 1,0
C (Cacbon)	≤ 0,03
Mn (Mangan)	≤ 1.0
Si (Silic)	≤ 1.0
P (Phốt pho)	≤ 0,04
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,03

Các nguyên tố hợp kim chính trong 3Cr12, đặc biệt là crom, đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường khả năng chống ăn mòn của nó. Crom tạo thành lớp oxit thụ động trên bề mặt thép, bảo vệ nó khỏi quá trình oxy hóa tiếp theo. Hàm lượng carbon thấp góp phần cải thiện khả năng hàn và giảm nguy cơ kết tủa cacbua, có thể làm giảm khả năng chống ăn mòn.

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	450 - 550MPa	65 - 80 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	Nhiệt độ phòng	250 - 350MPa	36 - 51 kilôgam	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	Nhiệt độ phòng	20-30%	20-30%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Brinell)	Ủ	Nhiệt độ phòng	150 - 200 HB	150 - 200 HB	Tiêu chuẩn ASTM E10
Sức mạnh tác động (Charpy)	Ủ	-20°C	30 - 50J	22 - 37 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Các tính chất cơ học của 3Cr12 làm cho nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo vừa phải. Độ bền kéo và độ bền chảy của nó đủ cho các ứng dụng kết cấu, trong khi độ giãn dài của nó cho thấy khả năng định hình tốt. Độ bền va đập ở nhiệt độ thấp đặc biệt đáng chú ý vì nó đảm bảo hiệu suất trong môi trường lạnh hơn.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	7,8g/cm³	0,282 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	25 W/m·K	14,5 BTU·in/h·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	0,0000013 Ω·trong

Mật độ của 3Cr12 cho thấy nó tương đối nhẹ so với các loại thép không gỉ khác, điều này có thể có lợi trong các ứng dụng mà trọng lượng là mối quan tâm. Độ dẫn nhiệt của nó ở mức trung bình, khiến nó phù hợp với các ứng dụng mà việc truyền nhiệt là cần thiết nhưng không quan trọng. Nhiệt dung riêng cho thấy nó có thể hấp thụ một lượng nhiệt hợp lý mà không có sự thay đổi nhiệt độ đáng kể, điều này có lợi trong các ứng dụng nhiệt.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	3-5%	20-60°C / 68-140°F	Tốt	Nguy cơ ăn mòn rỗ
Axit sunfuric	10%	20°C / 68°F	Hội chợ	Dễ bị tấn công cục bộ
Axit axetic	5%	20°C / 68°F	Tốt	Sức đề kháng vừa phải
Khí quyển	-	-	Xuất sắc	Tốt cho các ứng dụng ngoài trời

3Cr12 thể hiện khả năng chống ăn mòn tốt trong nhiều môi trường khác nhau, đặc biệt là trong điều kiện khí quyển và tiếp xúc với hóa chất nhẹ. 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 ở vùng ven biển hoặc xử lý hóa chất. So với các loại austenit như 304 hoặc 316, 3Cr12 có khả năng chống lại các tác nhân ăn mòn mạnh kém hơn nhưng tiết kiệm chi phí hơn.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	600°C	1112°F	Thích hợp cho nhiệt độ vừa phải
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	800°C	1472°F	Có thể chịu được tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ thang đo	900°C	1652°F	Nguy cơ oxy hóa vượt quá giới hạn này

Ở nhiệt độ cao, 3Cr12 vẫn giữ được tính toàn vẹn về mặt cấu trúc, phù hợp với các ứng dụng liên quan đến việc tiếp xúc với nhiệt độ vừa phải. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 600°C có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và đóng cặn, có thể làm giảm hiệu suất của nó trong môi trường nhiệt độ cao.

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	ER410	Khí Argon	Có thể cần phải làm nóng trước
MIG	ER410	Hỗn hợp Argon + CO2	Tốt cho các phần mỏng
Dán	E410	-	Thích hợp cho công việc ngoài trời

3Cr12 được biết đến với khả năng hàn tốt, cho phép thực hiện nhiều quy trình hàn khác nhau. Có thể cần phải gia nhiệt trước để tránh nứt, đặc biệt là ở các phần dày hơn. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể tăng cường các đặc tính cơ học của mối hàn và giảm ứng suất dư.

Khả năng gia công

Thông số gia công	3Cr12	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	50	100	Khả năng gia công vừa phải
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30 m/phút	60 m/phút	Sử dụng các công cụ sắc bén để có kết quả tốt nhất

3Cr12 có khả năng gia công ở mức trung bình, có thể cải thiện bằng các điều kiện cắt và dụng cụ thích hợp. Nên sử dụng các dụng cụ sắc và chất lỏng cắt thích hợp để nâng cao hiệu suất trong quá trình gia công.

Khả năng định hình

3Cr12 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 việc làm cứng trong quá trình định hình nguội, vì biến dạng quá mức có thể dẫn đến tăng độ cứng và giảm độ dẻo. Nên tuân thủ bán kính uốn được khuyến nghị 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	800 - 900°C / 1472 - 1652°F	1 - 2 giờ	Không khí	Giảm ứng suất, cải thiện độ dẻo dai
Giải pháp điều trị	1000 - 1100°C / 1832 - 2012°F	1 giờ	Nước	Tăng cường khả năng chống ăn mòn

Các quy trình xử lý nhiệt như ủ có thể cải thiện đáng kể độ dẻo và độ dai của 3Cr12. Các chuyển đổi luyện kim trong quá trình xử lý này dẫn đến cấu trúc vi mô đồng đều hơn, nâng cao hiệu suất tổng thể của thép.

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	Bể chứa	Khả năng chống ăn mòn, khả năng hàn	Giải pháp tiết kiệm chi phí
Ngành kiến ​​​​trúc	Mặt tiền và lớp phủ	Tính thẩm mỹ, độ bền	Hấp dẫn và chức năng
Ô tô	Hệ thống xả	Hiệu suất nhiệt độ cao, chống ăn mòn	Nhẹ và bền
Chế biến thực phẩm	Thiết bị và đồ đạc	Vệ sinh, chống ăn mòn	Đáp ứng tiêu chuẩn sức khỏe

Các ứng dụng khác của 3Cr12 bao gồm:
- Ứng dụng trong hàng hải: Do khả năng chống ăn mòn của khí quyển.
- Xây dựng: Được sử dụng trong các thành phần kết cấu nơi cân bằng giữa chi phí và hiệu suất.
- Đường ống: Thích hợp để vận chuyển các chất có tính ăn mòn nhẹ.

Việc lựa chọn 3Cr12 cho các ứng dụng này chủ yếu là do sự cân bằng thuận lợi giữa khả năng chống ăn mòn, tính chất cơ học và hiệu quả về mặt chi phí.

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

Tính năng/Thuộc tính	3Cr12	AISI 304	AISI 316	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	3Cr12 kém bền hơn các loại austenit
Góc nhìn ăn mòn chính	Tốt trong môi trường nhẹ nhàng	Tuyệt vời trong môi trường khắc nghiệt	Tuyệt vời trong môi trường khắc nghiệt	3Cr12 ít có khả năng chống lại clorua
Khả năng hàn	Tốt	Xuất sắc	Xuất sắc	3Cr12 cần được gia nhiệt trước cho các phần dày hơn
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Vừa phải	3Cr12 dễ gia công hơn 316
Khả năng định hình	Tốt	Xuất sắc	Tốt	3Cr12 thích hợp cho nhiều quá trình tạo hình khác nhau
Chi phí tương đối xấp xỉ	Thấp hơn	Cao hơn	Cao hơn	3Cr12 tiết kiệm chi phí hơn so với các loại austenit
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Rất phổ biến	Chung	3Cr12 có sẵn rộng rãi nhưng ít hơn 304

Khi lựa chọn 3Cr12, những cân nhắc như hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể là rất quan trọng. Mặc dù nó có thể không cung cấp cùng mức độ chống ăn mòn như các loại austenit, nhưng hiệu suất của nó trong môi trường ăn mòn nhẹ và chi phí thấp hơn khiến nó trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho nhiều ứng dụng. Ngoài ra, các đặc tính từ tính của nó có thể có lợi trong một số ứng dụng mà không yêu cầu vật liệu phi từ tính.

Tóm lại, thép không gỉ 3Cr12 có sự kết hợp cân bằng các tính chất đáp ứng nhiều nhu cầu kỹ thuật khác nhau, khiến nó trở thành vật liệu có giá trị trong lĩnh vực thép không gỉ.