Thép không gỉ 402: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 402 được phân loại là thép không gỉ austenit, chủ yếu được biết đến với hàm lượng crom và niken cao. Loại này được đặc trưng bởi khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, khả năng định hình tốt và độ bền cao, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không vũ trụ và chế biến thực phẩm. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 402 bao gồm crom (Cr), niken (Ni) và sắt (Fe), trong đó crom là thành phần quan trọng nhất giúp tăng khả năng chống ăn mòn và niken góp phần tạo nên độ dẻo dai và độ dẻo dai của nó.

Tổng quan toàn diện

Các đặc tính quan trọng nhất của thép không gỉ 402 bao gồm khả năng chống oxy hóa và ăn mòn cao, đặc biệt là trong môi trường ăn mòn nhẹ. Nó cũng thể hiện các đặc tính cơ học tốt, bao gồm độ bền và độ dẻo, rất cần thiết cho các ứng dụng kết cấu. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù thép không gỉ 402 có nhiều ưu điểm, nhưng nó cũng có những hạn chế. Ví dụ, nó có thể không hoạt động tốt trong môi trường có tính axit cao hoặc giàu clorua so với các loại thép không gỉ khác, chẳng hạn như 304 hoặc 316.

Thuận lợi:
- Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong môi trường nhẹ
- Tính chất cơ học tốt, bao gồm độ bền và độ dẻo
- Khả năng chịu nhiệt độ cao

Hạn chế:
- Giảm hiệu suất trong môi trường có tính axit cao hoặc giàu clorua
- Khả năng hàn thấp hơn so với một số loại thép không gỉ khác

Theo truyền thống, thép không gỉ 402 đã được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi sự kết hợp giữa độ bền và khả năng chống ăn mòn, chẳng hạn như trong sản xuất linh kiện ô tô và thiết bị công nghiệp. Vị thế thị trường của nó rất mạnh, đặc biệt là trong các lĩnh vực ưu tiên độ bền và khả năng chống mài mòn.

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	S40200	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 402
AISI/SAE	402	Hoa Kỳ	Những khác biệt nhỏ về thành phần cần lưu ý
Tiêu chuẩn ASTM	A240	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ
VI	1.4006	Châu Âu	Cấp độ tương đương theo tiêu chuẩn Châu Âu
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS402	Nhật Bản	Tính chất tương tự với những thay đổi nhỏ

Bảng trên nêu bật các tiêu chuẩn và ký hiệu khác nhau liên quan đến thép không gỉ 402. Đáng chú ý là trong khi các loại như AISI 304 và 316 được sử dụng phổ biến hơn, 402 mang lại những lợi thế cụ thể trong một số ứng dụng nhất định, đặc biệt là khi khả năng chống ăn mòn vừa phải là đủ.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Cr (Crom)	11,5 - 13,5
Ni (Niken)	0,5 - 2,0
Fe (Sắt)	Sự cân bằng
C (Cacbon)	0,03 tối đa
Mn (Mangan)	1.0 tối đa
Si (Silic)	1.0 tối đa

Vai trò chính của crom trong thép không gỉ 402 là tăng cường khả năng chống ăn mòn, trong khi niken góp phần tạo nên độ dẻo dai và độ dẻo dai. Hàm lượng cacbon thấp giúp ngăn ngừa sự kết tủa cacbua, có thể dẫn đến ăn mòn giữa các hạt. Mangan và silic được đưa vào để cải thiện độ bền và khả năng gia công tổng thể của thép.

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	520 - 750MPa	75 - 109 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	Nhiệt độ phòng	205 - 310MPa	30 - 45 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	Nhiệt độ phòng	40 - 50%	40 - 50%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell B)	Ủ	Nhiệt độ phòng	80 - 90 HRB	80 - 90 HRB	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	Ủ	-20°C (-4°F)	40 tháng	29,5 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Tính chất cơ học của thép không gỉ 402 làm cho nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo tốt. Độ bền kéo và độ bền chảy của nó cho thấy nó có thể chịu được tải trọng đáng kể, trong khi tỷ lệ giãn dài của nó cho thấy nó có thể bị biến dạng mà không bị gãy, điều này rất quan trọng đối với các quy trình tạo hình.

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	0,73 µΩ·m	0,00000073 Ω·m
Hệ số giãn nở nhiệt	Nhiệt độ phòng	16,5 x 10⁻⁶/K	9,2 x 10⁻⁶/°F

Mật độ và điểm nóng chảy của thép không gỉ 402 cho thấy độ bền của nó, trong khi độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng của nó rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến truyền nhiệt. Điện trở suất tương đối thấp, làm cho nó phù hợp với một số ứng dụng điện nhất định.

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 ăn mòn rỗ
Axit sunfuric	10 - 30	20 - 40 / 68 - 104	Nghèo	Không khuyến khích
Axit axetic	5-20	20 - 60 / 68 - 140	Tốt	Sức đề kháng vừa phải
Khí quyển	-	-	Xuất sắc	Sức đề kháng tốt

Thép không gỉ 402 có khả năng chống ăn mòn trong khí quyển tốt và khả năng chống ăn mòn vừa phải đối với một số loại axit. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường clorua, đây là một cân nhắc quan trọng đối với các ứng dụng trong môi trường ven biển hoặc biển. So với các loại như 304 và 316, hiệu suất của 402 trong môi trường có tính ăn mòn cao kém hơn đáng kể, đặc biệt là trong điều kiện giàu clorua.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	800 °C	1472 °F	Thích hợp cho nhiệt độ cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	900 °C	1652 °F	Tiếp xúc ngắn hạn
Nhiệt độ thang đo	1000 °C	1832 °F	Nguy cơ oxy hóa

Ở nhiệt độ cao, thép không gỉ 402 vẫn giữ được độ bền và khả năng chống oxy hóa, phù hợp với các ứng dụng liên quan đến nhiệt. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 800 °C có thể dẫn đến đóng cặn, có thể làm giảm tính toàn vẹn về mặt cấu trúc của thép.

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	ER308L	Khí Argon	Nên làm nóng trước
MIG	ER308L	Hỗn hợp Argon + CO2	Có thể cần xử lý nhiệt sau khi hàn

Thép không gỉ 402 có thể được hàn bằng các kỹ thuật tiêu chuẩn, nhưng nên gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau khi hàn để giảm thiểu nguy cơ nứt. Việc lựa chọn kim loại phụ là rất quan trọng để đảm bảo khả năng tương thích và duy trì khả năng chống ăn mòn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép không gỉ 402	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	80 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Gia công thép không gỉ 402 có thể là một thách thức do độ bền của nó. Các điều kiện tối ưu bao gồm sử dụng các công cụ cacbua và tốc độ cắt chậm hơn để tránh mài mòn công cụ.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 402 có khả năng định hình tốt, phù hợp với các quy trình định hình nguội và nóng. Tuy nhiên, điều cần thiết là phải xem xét đến quá trình làm cứng, có thể ảnh hưởng đến độ dẻo của vật liệu trong quá trình định hình.

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	1050 - 1150 °C / 1922 - 2102 °F	1 - 2 giờ	Không khí hoặc nước	Cải thiện độ dẻo và giảm độ cứng

Các quy trình xử lý nhiệt như ủ rất quan trọng để tăng độ dẻo và giảm độ cứng của thép không gỉ 402. Trong quá trình ủ, cấu trúc vi mô biến đổi, dẫn đến cải thiện các tính chất cơ học.

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	Chống ăn mòn, chịu được nhiệt độ cao	Độ bền và hiệu suất
Hàng không vũ trụ	Linh kiện động cơ	Độ bền cao, khả năng chịu nhiệt	An toàn và độ tin cậy
Chế biến thực phẩm	Thiết bị và đồ đạc	Chống ăn mòn, dễ vệ sinh	Vệ sinh và tuân thủ

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Thiết bị xử lý hóa chất
- Thiết bị hàng hải
- Ứng dụng kiến ​​trúc

Thép không gỉ 402 được lựa chọn cho các ứng dụng đòi hỏi sự cân bằng giữa độ bền và khả năng chống ăn mòn, đặc biệt là trong môi trường có khả năng tiếp xúc với độ ẩm hoặc tác nhân ăn mòn nhẹ.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép không gỉ 402	Thép không gỉ AISI 304	Thép không gỉ 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	402 yếu hơn 304 và 316
Góc nhìn ăn mòn chính	Công bằng trong clorua	Tốt trong clorua	Tuyệt vời trong clorua	316 có khả năng chống ăn mòn vượt trội
Khả năng hàn	Vừa phải	Tốt	Tốt	402 cần cẩn thận hơn khi hàn
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Vừa phải	304 dễ gia công hơn
Khả năng định hình	Tốt	Xuất sắc	Tốt	304 có khả năng định hình vượt trội
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Vừa phải	Cao hơn	402 có hiệu quả về mặt chi phí cho các ứng dụng cụ thể
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Cao	304 và 316 thường có sẵn hơn

Khi lựa chọn thép không gỉ 402, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu về hiệu suất cụ thể. Mặc dù có thể không được sử dụng rộng rãi như 304 hoặc 316, nhưng nó mang lại những lợi thế độc đáo trong một số ứng dụng nhất định, đặc biệt là khi cần khả năng chống ăn mòn vừa phải và tính chất cơ học tốt. Tính chất an toàn và từ tính cũng là những yếu tố thiết yếu, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp ưa chuộng vật liệu không từ tính.

Tóm lại, thép không gỉ 402 là vật liệu đa năng, cân bằng giữa độ bền, khả năng chống ăn mòn và chi phí, phù hợp với nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau.