Thép không gỉ 404: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 404 được phân loại là thép không gỉ austenit, chủ yếu được biết đến với hàm lượng crom và niken cao, mang lại khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và tính chất cơ học tốt. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 404 bao gồm crom (Cr), niken (Ni) và molypden (Mo), với thành phần gần đúng sau:

Yếu tố	Phạm vi phần trăm (%)
Crom (Cr)	18.0 - 20.0
Niken (Ni)	8.0 - 10.0
Molipđen (Mo)	0,5 - 1,0
Cacbon (C)	≤ 0,03
Mangan (Mn)	2.0 - 3.0
Silic (Si)	≤ 1.0
Phốt pho (P)	≤ 0,045
Lưu huỳnh (S)	≤ 0,03

Các đặc tính vốn có của thép không gỉ 404 bao gồm khả năng hàn tuyệt vời, khả năng định hình tốt và khả năng chống oxy hóa và ăn mòn. Cấu trúc vi mô độc đáo của nó cho phép nó duy trì độ bền và độ dẻo dai ở nhiệt độ cao, làm cho nó phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau trong các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không vũ trụ và xử lý hóa chất.

Ưu điểm và hạn chế

Thuận lợi:
- Khả năng chống ăn mòn: Thép không gỉ 404 có khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều loại môi trường ăn mòn, bao gồm điều kiện khí quyển và nhiều loại hóa chất.
- Khả năng hàn: Loại thép này có thể dễ dàng hàn bằng các kỹ thuật tiêu chuẩn, khiến nó trở nên linh hoạt trong chế tạo.
- Tính chất cơ học: Có sự cân bằng tốt giữa độ bền và độ dẻo, yếu tố cần thiết cho các ứng dụng kết cấu.

Hạn chế:
- Chi phí: Các thành phần hợp kim có thể làm cho thép không gỉ 404 đắt hơn thép cacbon.
- Làm cứng khi gia công: Mặc dù có thể tạo hình được, nhưng làm nguội quá mức có thể dẫn đến làm cứng khi gia công, điều này có thể làm phức tạp thêm quá trình xử lý tiếp theo.

Trong lịch sử, thép không gỉ 404 đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng đòi hỏi cả độ bền và khả năng chống ăn mòn, trở thành sự lựa chọn đáng tin cậy trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác nhau.

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	S40400	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 404
AISI/SAE	404	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	1.4002	Châu Âu	Tính chất tương tự nhưng có thể khác nhau về hiệu suất cơ học
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS 404	Nhật Bản	Có thể so sánh nhưng có thể có tiêu chuẩn xử lý khác nhau

Sự khác biệt giữa các cấp độ tương đương thường nằm ở thành phần cụ thể và các tính chất cơ học, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi cả AISI 404 và EN 1.4002 đều có khả năng chống ăn mòn tương tự, độ bền kéo và độ dẻo của chúng có thể khác nhau, ảnh hưởng đến tính phù hợp của chúng đối với các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Cr (Crom)	18.0 - 20.0
Ni (Niken)	8.0 - 10.0
Mo (Molipden)	0,5 - 1,0
C (Cacbon)	≤ 0,03
Mn (Mangan)	2.0 - 3.0
Si (Silic)	≤ 1.0
P (Phốt pho)	≤ 0,045
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,03

Vai trò chính của crom trong thép không gỉ 404 là tăng cường khả năng chống ăn mòn và cải thiện độ cứng. Niken góp phần tạo nên độ dẻo dai và độ dẻo của thép, trong khi molypden tăng khả năng chống ăn mòn rỗ và khe hở, đặc biệt là trong môi trường clorua.

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 - 750MPa	75 - 109 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	Nhiệt độ phòng	210 - 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	Ủ	Nhiệt độ phòng	160 - 220 HB	90 - 100 HRB	Tiêu chuẩn ASTM E10
Sức mạnh tác động	Ủ	-20°C	40 tháng	30 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các đặc tính cơ học này làm cho thép không gỉ 404 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo cao, chẳng hạn như các thành phần kết cấu trong các tòa nhà và máy móc. Khả năng chịu được tải trọng đáng kể trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn dưới ứng suất là rất quan trọng đối với sự an toàn và hiệu 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	7,85g/cm³	0,284 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1400 - 1450 °C	2550 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	16 W/m·K	9,3 BTU·in/ft²·h·°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·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	20 - 100 °C	16,5 x 10⁻⁶ /K	9,2 x 10⁻⁶ /°F

Mật độ và điểm nóng chảy của thép không gỉ 404 cho thấy độ bền của nó, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao. Độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng là cần thiết cho các ứng dụng liên quan đến trao đổi nhiệt, trong khi điện trở suất có liên quan trong các ứng dụng điện.

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	Tốt	Nguy cơ rỗ
Axit sunfuric	10%	20°C/68°F	Hội chợ	Dễ bị SCC
Axit axetic	5%	25°C/77°F	Tốt	Chống ăn mòn cục bộ
Điều kiện khí quyển	-	-	Xuất sắc	Hoạt động tốt trong môi trường ẩm ướt

Thép không gỉ 404 có khả năng chống ăn mòn trong khí quyển tuyệt vời và khả năng chống chịu tốt với nhiều loại axit và clorua. Tuy nhiên, nó dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất (SCC) trong một số môi trường nhất định, đặc biệt là khi có clorua. So với thép không gỉ 304, có khả năng chống ăn mòn tương tự nhưng có hiệu suất tốt hơn trong môi trường axit, 404 có thể được ưa chuộng hơn trong các ứng dụng mà việc tiếp xúc với clorua là mối quan tâm.

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 các ứng dụng nhiệt độ cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	900 °C	1652 °F	Có thể chịu được tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ thang đo	1000 °C	1832 °F	Nguy cơ oxy hóa vượt quá giới hạn này

Ở nhiệt độ cao, thép không gỉ 404 vẫn giữ được độ bền và khả năng chống oxy hóa, phù hợp để ứng dụng trong môi trường nhiệt độ cao. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài ở nhiệt độ trên 800 °C có thể dẫn đến đóng cặn và suy giảm các đặc tính cơ học.

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	ER404	Khí Argon	Tốt cho các phần mỏng
MIG	ER404	Argon/CO2	Thích hợp cho các phần dày hơn
Dán	E404	-	Không được sử dụng phổ biến

Thép không gỉ 404 có khả năng hàn cao bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm hàn TIG và hàn MIG. 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 các đặc tính cơ học của mối hàn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	[Thép không gỉ 404]	[AISI 1212]	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	60%	100%	Khó gia công hơn thép cacbon
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30 m/phút	50 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Gia công thép không gỉ 404 có thể là một thách thức do đặc tính làm cứng của nó. Sử dụng dụng cụ và tốc độ cắt phù hợp là điều cần thiết để gia công hiệu quả.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 404 có thể được tạo hình thông qua cả quá trình lạnh và nóng. Tạo hình lạnh có thể dẫn đến quá trình làm cứng khi gia công, trong khi tạo hình nóng cho phép độ dẻo tốt hơn. Bán kính uốn tối thiểu nên được xem xét trong quá trình chế tạo 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	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	1 - 2 giờ	Làm mát bằng không khí	Giảm ứng suất, cải thiện độ dẻo dai
Giải pháp điều trị	1050 - 1150 °C / 1922 - 2102 °F	30 phút	Làm nguội nước	Tăng cường khả năng chống ăn mòn

Các quy trình xử lý nhiệt như ủ và xử lý dung dịch rất quan trọng để tối ưu hóa cấu trúc vi mô của thép không gỉ 404, tăng cường các tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn 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)
Ô tô	Hệ thống xả	Chống ăn mòn, chịu được nhiệt độ cao	Độ bền trong môi trường khắc nghiệt
Xử lý hóa học	Bể chứa	Khả năng chống ăn mòn, khả năng hàn	An toàn và độ tin cậy trong xử lý hóa chất
Hàng không vũ trụ	Thành phần cấu trúc	Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng, khả năng chống oxy hóa	Hiệu suất trong điều kiện khắc nghiệt

Các ứng dụng khác bao gồm:
* - Thiết bị chế biến thực phẩm
* - Môi trường biển
* - Công trình kiến ​​trúc

Thép không gỉ 404 được lựa chọn cho các ứng dụng này vì có độ bền, khả năng chống ăn mòn và dễ chế tạo, đảm bảo hiệu suất lâu dài 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 404	Thép không gỉ 304	Thép không gỉ 316	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Sức mạnh vừa phải	Độ bền cao	404 có độ bền tốt hơn 304 nhưng kém hơn 316
Góc nhìn ăn mòn chính	Tốt trong môi trường nhẹ nhàng	Tuyệt vời trong nhiều môi trường	Vượt trội trong môi trường clorua	316 được ưa chuộng cho các ứng dụng hàng hải
Khả năng hàn	Xuất sắc	Xuất sắc	Tốt	Tất cả các loại đều có thể hàn được, nhưng 316 có thể cần được chăm sóc nhiều hơn
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Hội chợ	404 khó gia công hơn 304
Khả năng định hình	Tốt	Xuất sắc	Tốt	404 ít có khả năng định hình hơn 304
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Thấp hơn	Cao hơn	404 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 được lưu trữ phổ biến hơn

Khi lựa chọn thép không gỉ 404, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Các đặc tính độc đáo của nó làm cho nó phù hợp với các ứng dụng chuyên biệt, đặc biệt là khi sự cân bằng giữa độ bền và khả năng chống ăn mòn là rất quan trọng. Ngoài ra, các yếu tố an toàn và điều kiện môi trường nên được đánh giá để đảm bảo hiệu suất tối ưu và tuổi thọ sử dụng.