Thép không gỉ dòng 400: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ dòng 400 là một loại thép không gỉ chủ yếu bao gồm thép không gỉ ferritic và martensitic. Các loại này được đặc trưng bởi hàm lượng crom cao, thường dao động từ 11% đến 30%, mang lại khả năng chống ăn mòn và độ bền nhiệt độ cao tuyệt vời. Các nguyên tố hợp kim chính trong dòng 400 bao gồm crom, cacbon và trong một số trường hợp là niken. Sự hiện diện của crom rất quan trọng vì nó tạo thành một lớp thụ động trên bề mặt thép, tăng cường khả năng chống oxy hóa và ăn mòn.

Tổng quan toàn diện

Dòng 400 được phân loại thành hai loại chính: thép không gỉ ferritic và martensitic. Các loại ferritic, chẳng hạn như 430, được biết đến với khả năng chống ăn mòn và khả năng định hình tốt, trong khi các loại martensitic, như 410 và 420, có độ bền và độ cứng cao hơn nhưng khả năng chống ăn mòn kém hơn. Sự cân bằng của crom và carbon trong các loại thép này ảnh hưởng đến các tính chất cơ học của chúng, khiến chúng phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.

Đặc điểm đáng chú ý:
- Khả năng chống ăn mòn: Nhìn chung là tốt, nhưng thay đổi tùy theo cấp độ cụ thể.
- Độ bền và độ cứng: Thép Martensitic có độ bền và độ cứng cao hơn do có chứa hàm lượng carbon.
- Khả năng hàn: Thay đổi đáng kể; thép ferritic dễ hàn hơn thép martensitic.
- Tính chất từ ​​tính: Các loại thép Ferritic có tính từ tính, trong khi các loại thép Martensitic có thể có tính từ tính tùy thuộc vào quá trình xử lý nhiệt của chúng.

Thuận lợi:
- Độ bền và độ cứng cao (đặc biệt là loại martensitic).
- Khả năng chống oxy hóa và chống đóng cặn tốt ở nhiệt độ cao.
- Tiết kiệm chi phí hơn so với thép không gỉ austenit.

Hạn chế:
- Khả năng chống ăn mòn hạn chế hơn so với thép austenit.
- Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất trong một số môi trường nhất định.
- Độ dẻo và độ dai thấp hơn, đặc biệt là ở các loại thép có hàm lượng martensitic.

Trong lịch sử, Dòng 400 đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống ăn mòn vừa phải và độ bền cao, chẳng hạn như các bộ phận ô tô, đồ dùng nhà bếp và thiết bị công nghiệp.

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	S41000	Hoa Kỳ	Martensitic, độ cứng tốt
AISI/SAE	410	Hoa Kỳ	Thường được sử dụng cho dao kéo
Tiêu chuẩn ASTM	A240	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ
VI	1.4006	Châu Âu	Cấp độ Ferritic, khả năng định hình tốt
ĐẠI HỌC	X20Cr13	Đức	Tương tự như AISI 410, với sự khác biệt nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS410	Nhật Bản	Tương đương với AISI 410
Anh	0Cr13	Trung Quốc	Tương đương với AISI 410

Sự khác biệt giữa các loại này có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn dựa trên các yêu cầu hiệu suất cụ thể. Ví dụ, trong khi UNS S41000 và AISI 410 tương đương về mặt tính chất cơ học, thì quá trình xử lý và xử lý nhiệt cụ thể có thể dẫn đến sự khác biệt về hiệu suất.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Cr (Crom)	11,5 - 13,5
C (Cacbon)	0,08 tối đa
Ni (Niken)	0,75 tối đa
Mn (Mangan)	1.0 tối đa
Si (Silic)	1.0 tối đa
P (Phốt pho)	0,04 tối đa
S (Lưu huỳnh)	0,03 tối đa

Crom là nguyên tố hợp kim chính giúp tăng khả năng chống ăn mòn và chống oxy hóa. Cacbon làm tăng độ cứng và độ bền, đặc biệt là ở các loại máctenxit. Niken, mặc dù có hàm lượng thấp, có thể cải thiện độ dẻo dai và độ dai.

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	480 - 620MPa	70 - 90 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	Nhiệt độ phòng	275 - 410MPa	40 - 60 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	Nhiệt độ phòng	20-30%	20-30%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell C)	Ủ	Nhiệt độ phòng	20-30HRC	20-30HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	Ủ	-20°C (-4°F)	30 - 50J	22 - 37 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các tính chất cơ học này làm cho Dòng 400 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vừa phải, chẳng hạn như trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	7,75g/cm³	0,28 lb/in³
Điểm nóng chảy/Phạm vi	-	1400 - 1450 °C	2550 - 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	0,73 µΩ·m	0,0000013 Ω·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	20 - 100 °C	10,5 x 10⁻⁶/K	5,8 x 10⁻⁶/°F

Các đặc tính vật lý chính như mật độ và điểm nóng chảy rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến môi trường nhiệt độ cao. Độ dẫn nhiệt cho biết vật liệu có thể tản nhiệt tốt như thế nào, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng như hệ thống xả.

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	10-20	20-40 / 68-104	Nghèo	Không khuyến khích
Axit axetic	5-10	20-60 / 68-140	Tốt	Sức đề kháng vừa phải
Khí quyển	-	-	Xuất sắc	Sức đề kháng tốt

Dòng 400 thể hiện mức độ chống ăn mòn khác nhau tùy thuộc vào môi trường. Mặc dù hoạt động tốt trong điều kiện khí quyển, nhưng dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường clorua và nên tránh trong điều kiện axit. So với các loại austenit như 304, Dòng 400 có khả năng chống lại các tác nhân ăn mòn thấp hơn, khiến nó ít phù hợp hơn với các môi trường khắc nghiệt.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	815	1500	Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	870	1600	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ thang đo	600	1112	Nguy cơ đóng băng ở nhiệt độ cao hơn mức này
Sức chịu kéo dãn	600	1112	Bắt đầu phân hủy ở nhiệt độ này

Ở nhiệt độ cao, Dòng 400 vẫn giữ được độ bền nhưng có thể bị oxy hóa và đóng cặn. Nhiệt độ hoạt động liên tục tối đa cho biết giới hạn trên của việc tiếp xúc kéo dài, trong khi nhiệt độ đóng cặn làm nổi bật nguy cơ xuống cấp bề mặt.

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	Nên làm nóng trước
MIG	ER308L	Argon + CO2	Tốt cho các phần mỏng
Dán	E410	-	Thích hợp cho công việc ngoài trời

Khả năng hàn thay đổi đáng kể trong Dòng 400. Các loại ferit thường dễ hàn hơn các loại martensitic, có thể cần phải gia nhiệt trước để tránh nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể cải thiện các đặc tính của mối hàn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	[Dòng 400]	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	60	100	Khả năng gia công thấp hơn 1212
Tốc độ cắt điển hình (quay)	30 m/phút	50 m/phút	Điều chỉnh dụng cụ để có hiệu suất tốt hơn

Khả năng gia công ở mức trung bình trong Dòng 400, với các loại mác thép martensitic khó gia công hơn do độ cứng của chúng. Dụng cụ và tốc độ cắt phù hợp là điều cần thiết để có hiệu suất tối ưu.

Khả năng định hình

Dòng 400 có khả năng định hình hạn chế, đặc biệt là ở các cấp độ martensitic, dễ bị nứt trong quá trình gia công nguội. Các cấp độ ferit có khả năng định hình tốt hơn và có thể được định hình nguội bằng các kỹ thuật phù hợp.

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 / 1472 - 1652	1 - 2 giờ	Không khí	Giảm căng thẳng, cải thiện độ dẻo dai
Làm cứng	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 phút	Dầu	Tăng độ cứng và sức mạnh
Làm nguội	400 - 600 / 752 - 1112	1 giờ	Không khí	Giảm độ giòn, tăng độ dai

Các quy trình xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô và tính chất của Dòng 400. Ủ có thể tăng độ dẻo, trong khi tôi tăng độ bền, khiến việc lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp dựa trên ứng dụng mong muốn trở nên cần thiết.

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)
Ô tô	Hệ thống xả	Độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống ăn mòn	Độ bền và hiệu suất
Đồ dùng nhà bếp	Đồ dùng ăn uống	Độ cứng, giữ cạnh	Độ sắc nét và độ bền
Dầu khí	Các thành phần van	Độ bền, khả năng chịu nhiệt độ cao	Độ tin cậy trong môi trường khắc nghiệt
Sự thi công	Chốt	Độ bền cao, khả năng chống ăn mòn vừa phải	Tính toàn vẹn của cấu trúc

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Thiết bị công nghiệp
- Thiết bị hàng hải
- Ứng dụng kiến ​​trúc

Việc lựa chọn Dòng 400 cho các ứng dụng này thường là do sự cân bằng giữa độ bền, độ cứng và khả năng chống ăn mòn vừa phải, khiến nó phù hợp với những môi trường đòi hỏi những đặc tính này rất quan trọng.

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

Tính năng/Thuộc tính	[Dòng 400]	[AISI 304]	[AISI 316]	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Vừa phải	Cao	Cao	304 và 316 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Hội chợ	Xuất sắc	Xuất sắc	Dòng 400 có khả năng chống clorua kém hơn
Khả năng hàn	Vừa phải	Tốt	Tốt	Dòng 400 có thể yêu cầu làm nóng trước
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Hội chợ	Dòng 400 khó gia công hơn
Khả năng định hình	Giới hạn	Tốt	Tốt	Các lớp ferit có thể định hình được nhiều hơn
Chi phí tương đối xấp xỉ	Thấp hơn	Cao hơn	Cao hơn	Hiệu quả về mặt chi phí cho các ứng dụng vừa phải
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Rất phổ biến	Chung	Dòng 400 có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn Dòng 400, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu cụ thể về khả năng chống ăn mòn và cơ học. Mặc dù có thể không đạt được hiệu suất của các loại austenit trong môi trường ăn mòn, nhưng độ bền và độ cứng của nó khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng ưu tiên các đặc tính này. Ngoài ra, các đặc tính từ tính của các loại ferritic có thể có lợi trong một số ứng dụng nhất định, chẳng hạn như trong các thành phần điện.

Tóm lại, Thép không gỉ 400 Series cung cấp sự kết hợp độc đáo các đặc tính khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau. Sự cân bằng giữa độ bền, độ cứng và khả năng chống ăn mòn vừa phải, cùng với hiệu quả về chi phí, đưa nó trở thành vật liệu có giá trị trong họ thép không gỉ.