Thép không gỉ 403: Tính chất và ứng dụng chính
Chia sẻ
Table Of Content
Table Of Content
Thép không gỉ 403 được phân loại là thép không gỉ martensitic , chủ yếu được biết đến với độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vừa phải. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 403 bao gồm crom (12-14%), niken (lên đến 1%) và cacbon (0,15-0,40%). Sự hiện diện của crom mang lại khả năng chống ăn mòn, trong khi cacbon góp phần tạo nên độ cứng và độ bền. Loại thép này thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vừa phải, làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau.
Tổng quan toàn diện
Thép không gỉ 403 thể hiện một số đặc điểm quan trọng xác định tiện ích của nó trong các ứng dụng kỹ thuật. Nó sở hữu các đặc tính cơ học tốt, bao gồm độ bền kéo và độ cứng cao, khiến nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và khả năng chống mài mòn. Ngoài ra, khả năng chống ăn mòn vừa phải của nó cho phép nó được sử dụng trong các môi trường có thể tiếp xúc với độ ẩm và một số tác nhân ăn mòn.
Thuận lợi:
- Độ bền cao: Thép không gỉ 403 có thể chịu được tải trọng cơ học đáng kể, rất lý tưởng cho các ứng dụng kết cấu.
- Khả năng chống ăn mòn trung bình: Mặc dù không có khả năng chống ăn mòn tốt như thép austenit, nhưng nó hoạt động tốt trong môi trường có mức độ ăn mòn nhẹ.
- Khả năng chế tạo tốt: Loại thép này có thể dễ dàng gia công và hàn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng trong nhiều quy trình sản xuất khác nhau.
Hạn chế:
- Khả năng chống ăn mòn thấp hơn: So với thép không gỉ austenit, 403 có khả năng chống ăn mòn rỗ và ăn mòn khe hở kém hơn.
- Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất (SCC): Trong một số môi trường nhất định, thép có thể dễ bị nứt do SCC, có thể làm giảm tính toàn vẹn của kết cấu.
Theo truyền thống, thép không gỉ 403 đã được sử dụng trong các ứng dụng như cánh tua bin, thành phần van và các môi trường chịu ứng suất cao khác. Vị thế thị trường của nó ổn định, với nhu cầu nhất quán trong các ngành công nghiệp ưu tiên độ bền và khả năng chống ăn mòn vừa phải.
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 | S40300 | Hoa Kỳ | Tương đương gần nhất với AISI 403 |
| AISI/SAE | 403 | Hoa Kỳ | Tên gọi thường dùng |
| Tiêu chuẩn ASTM | A276 | Hoa Kỳ | Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thanh thép không gỉ |
| VI | 1.4006 | Châu Âu | Sự khác biệt nhỏ về thành phần |
| Tiêu chuẩn Nhật Bản | SUS403 | Nhật Bản | Tính chất tương tự, được sử dụng trong các ứng dụng của Nhật Bản |
Sự khác biệt giữa các cấp độ tương đương này có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn dựa trên các yêu cầu hiệu suất cụ thể. Ví dụ, trong khi UNS S40300 và AISI 403 có liên quan chặt chẽ, thì sự thay đổi nhỏ về hàm lượng carbon có thể ảnh hưởng đến độ cứng và khả năng gia công.
Thuộc tính chính
Thành phần hóa học
| Nguyên tố (Ký hiệu và Tên) | Phạm vi phần trăm (%) |
|---|---|
| Cr (Crom) | 12.0 - 14.0 |
| Ni (Niken) | 0,5 - 1,0 |
| C (Cacbon) | 0,15 - 0,40 |
| 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 |
Vai trò chính của crom trong thép không gỉ 403 là tăng cường khả năng chống ăn mòn, trong khi carbon góp phần tạo nên độ cứng và độ bền của vật liệu. Mangan và silic được thêm vào để cải thiện độ dẻo dai và độ dai của thép.
Tính chất cơ học
| Tài sản | Tình trạng/Tính khí | Nhiệt độ thử nghiệm | 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 | Nhiệt độ phòng | 520 - 700MPa | 75 - 102 ksi | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%) | Ủ | Nhiệt độ phòng | 280 - 450MPa | 41 - 65 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 | 30-40HRC | 30-40HRC | Tiêu chuẩn ASTM E18 |
| Sức mạnh tác động | Ủ | -20°C | 40 tháng | 29,5 ft-lbf | Tiêu chuẩn ASTM E23 |
Sự kết hợp giữa độ bền kéo và độ bền chảy cao làm cho thép không gỉ 403 phù hợp với các ứng dụng chịu tải cơ học đáng kể. Độ giãn dài và độ bền va đập của nó cho thấy độ dẻo tốt, điều này rất cần thiết để ngăn ngừa sự phá hủy giòn dưới ứng suất.
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 | 7,75g/cm³ | 0,28 lb/in³ |
| Điểm nóng chảy | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
| Độ dẫn nhiệt | Nhiệt độ phòng | 25 W/m·K | 17,3 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 | 0,73 µΩ·m | 0,00043 Ω·trong |
Mật độ của thép không gỉ 403 góp phần tạo nên trọng lượng và độ bền của nó, trong khi điểm nóng chảy của nó cho thấy độ ổn định nhiệt tốt. Độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến truyền nhiệt.
Chống ăn mòn
| Chất ăn mòn | Sự tập trung (%) | Nhiệt độ (°C/°F) | Xếp hạng sức đề kháng | Ghi chú |
|---|---|---|---|---|
| Clorua | 3-5% | 25°C/77°F | Hội chợ | Nguy cơ rỗ |
| Axit sunfuric | 10% | 20°C/68°F | Nghèo | Không khuyến khích |
| Axit axetic | 5% | 25°C/77°F | Tốt | Sức đề kháng vừa phải |
| Nước biển | - | 25°C/77°F | Hội chợ | Dễ bị ăn mòn khe hở |
Thép không gỉ 403 có khả năng chống chịu vừa phải với nhiều môi trường ăn mòn khác nhau. Nó hoạt động khá tốt trong điều kiện axit nhẹ, chẳng hạn như axit axetic, nhưng dễ bị rỗ trong môi trường giàu clorua. So với các loại thép không gỉ austenit như 304 hoặc 316, thép không gỉ 403 có khả năng chống ăn mòn thấp hơn, đặc biệt là trong 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 | 600 °C | 1112 °F | Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao |
| Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa | 650 °C | 1202 °F | Có thể chịu được tiếp xúc trong thời gian ngắn |
| Nhiệt độ đóng băng | 700 °C | 1292 °F | Nguy cơ oxy hóa vượt quá nhiệt độ này |
Ở nhiệt độ cao, thép không gỉ 403 vẫn giữ được độ bền nhưng có thể bị oxy hóa. Hiệu suất của nó trong các ứng dụng nhiệt độ cao nhìn chung là tốt, nhưng phải cẩn thận để tránh tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ vượt quá giới hạn đóng cặn của nó.
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 | ER403 | Khí Argon | Nên làm nóng trước |
| MIG | ER308 | Argon + CO2 | Có thể cần xử lý nhiệt sau khi hàn |
Thép không gỉ 403 nói chung có thể hàn được, nhưng nên gia nhiệt trước để giảm nguy cơ nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể tăng cường các đặc tính cơ học của mối hàn.
Khả năng gia công
| Thông số gia công | [Thép không gỉ 403] | AISI 1212 | Ghi chú/Mẹo |
|---|---|---|---|
| Chỉ số khả năng gia công tương đối | 60% | 100% | Yêu cầu dụng cụ sắc bén |
| Tốc độ cắt điển hình (Tiện) | 30 m/phút | 50 m/phút | Điều chỉnh độ mòn của dụng cụ |
Thép không gỉ 403 có khả năng gia công ở mức trung bình. Cần có dụng cụ sắc bén và tốc độ cắt phù hợp để đạt được kết quả tối ưu.
Khả năng định hình
Thép không gỉ 403 có thể được tạo hình nguội và nóng, nhưng nó thể hiện sự tôi luyện. Bán kính uốn tối thiểu nên được xem xét trong quá trình tạo hình 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 hoặc nước | Làm mềm, cải thiện độ dẻo |
| Làm cứng | 1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F | 30 phút | Dầu hoặc không khí | Độ cứng tăng lên |
Trong quá trình xử lý nhiệt, thép không gỉ 403 trải qua các biến đổi luyện kim giúp tăng cường các tính chất cơ học của nó. Ủ làm mềm vật liệu, trong khi làm cứng làm tăng độ bền và độ cứng của nó.
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) |
|---|---|---|---|
| Hàng không vũ trụ | Các thành phần của tuabin | Độ bền cao, khả năng chống ăn mòn vừa phải | Độ bền dưới áp lực |
| Ô tô | Van xả | Khả năng chịu nhiệt độ cao, độ bền | Hiệu suất trong điều kiện khắc nghiệt |
| Dầu khí | Trục bơm | Khả năng chống mài mòn, sức mạnh | Độ tin cậy trong môi trường khắc nghiệt |
Các ứng dụng khác bao gồm:
- Linh kiện van
- Thiết bị hàng hải
- Thiết bị chế biến thực phẩm
Thép không gỉ 403 được lựa chọn cho các ứng dụng này vì có độ bền, khả năng chống ăn mòn vừa phải và khả năng gia công tốt, phù hợp với những 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 403 | 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 | Độ bền cao | Độ dẻo tốt | Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời | 403 mạnh hơn nhưng ít dẻo hơn |
| Góc nhìn ăn mòn chính | Sức đề kháng vừa phải | Sức đề kháng tuyệt vời | Sức đề kháng vượt trội | 403 ít phù hợp với môi trường khắc nghiệt |
| Khả năng hàn | Tốt | Xuất sắc | Tốt | 403 cần phải làm nóng trước |
| Khả năng gia công | Vừa phải | Tốt | Vừa phải | 403 ít gia công hơn 304 |
| Khả năng định hình | Hội chợ | Tốt | Hội chợ | 403 có khả năng định hình hạn chế |
| Chi phí tương đối xấp xỉ | Vừa phải | Cao hơn | Cao hơn | 403 có hiệu quả về mặt chi phí cho sức mạnh |
| Khả năng cung cấp điển hình | Chung | Rất phổ biến | Chung | 403 có sẵn |
Khi lựa chọn thép không gỉ 403, cần cân nhắc đến hiệu quả về mặt chi phí, tính khả dụng và tính phù hợp cho các ứng dụng cụ thể. Mặc dù có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn của nó không mạnh bằng các loại thép austenit. Do đó, điều cần thiết là phải đánh giá môi trường vận hành và các yêu cầu cơ học trước khi lựa chọn.