Thép không gỉ 405: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 405 được phân loại là thép không gỉ martensitic , được biết đến với độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vừa phải. Loại này chứa một lượng đáng kể crom (12-14%) và niken (1-2%), với hàm lượng carbon thường vào khoảng 0,05-0,15%. Sự hiện diện của crom cung cấp khả năng chống oxy hóa, trong khi niken tăng cường độ dẻo dai và độ dẻo. Hàm lượng carbon thấp giúp duy trì khả năng chống ăn mòn trong khi cho phép làm cứng thông qua xử lý nhiệt.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 405 chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vừa phải. Cấu trúc martensitic của nó cho phép nó được làm cứng thông qua xử lý nhiệt, làm cho nó phù hợp với các thành phần chịu được ứng suất cơ học. Thép thể hiện khả năng hàn tốt và có thể dễ dàng gia công, điều này làm tăng tính linh hoạt của nó trong nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau.

Thuận lợi:
- Độ bền cao: Khả năng làm cứng thông qua xử lý nhiệt giúp tăng cường các tính chất cơ học.
- Khả năng chống ăn mòn trung bình: Thích hợp cho môi trường thường xuyên tiếp xúc với độ ẩm và tác nhân ăn mòn nhẹ.
- Khả năng chế tạo tốt: Có thể hàn và gia công hiệu quả, thích ứng với nhiều quy trình sản xuất khác nhau.

Hạn chế:
- Khả năng chống ăn mòn thấp hơn so với thép không gỉ Austenitic: Mặc dù hoạt động tốt trong một số môi trường nhất định, nhưng khả năng chống lại các tác nhân ăn mòn mạnh không bằng thép không gỉ Austenitic.
- Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất: Trong một số điều kiện nhất định, đặc biệt là trong môi trường clorua, thép có thể dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất.

Theo truyền thống, thép không gỉ 405 được sử dụng trong các ứng dụng như hệ thống ống xả ô tô, bộ trao đổi nhiệt và nhiều thành phần công nghiệp khác, thể hiện sự cân bằng giữa độ bền và khả năng chống ăn 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	S40500	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 405
AISI/SAE	405	Hoa Kỳ	Tên gọi thường dùng
Tiêu chuẩn ASTM	A240/A240M	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ
VI	1.4002	Châu Âu	Những khác biệt nhỏ về thành phần cần lưu ý
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS405	Nhật Bản	Tính chất tương tự, nhưng có thể khác nhau trong các ứng dụng cụ thể

Sự khác biệt giữa các cấp độ tương đương thường nằm ở các thành phần hợp kim và tính chất cơ học cụ thể của chúng, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi cả 405 và 1.4002 đều có khả năng chống ăn mòn tương tự nhau, thì loại sau có thể có tính chất cơ học hơi khác nhau do hàm lượng niken thay đổi.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,05 - 0,15
Cr (Crom)	12.0 - 14.0
Ni (Niken)	1.0 - 2.0
Mn (Mangan)	0,5 - 1,0
Si (Silic)	0,5 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 405 là tăng cường khả năng chống ăn mòn và chống oxy hóa. Niken góp phần cải thiện độ dẻo dai và độ dẻo, trong khi mangan hỗ trợ khử oxy và cải thiện khả năng làm cứng. Hàm lượng carbon thấp rất quan trọng để duy trì khả năng chống ăn mòn và cho phép làm cứng hiệu quả thông qua xử lý nhiệt.

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	550 - 750MPa	80 - 110 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	Nhiệt độ phòng	300 - 450MPa	44 - 65 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	Nhiệt độ phòng	20-30%	20-30%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell B)	Ủ	Nhiệt độ phòng	80 - 90	80 - 90	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	Ủ	-20 °C	30 - 50J	22 - 37 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp giữa độ bền kéo và độ bền chảy cao làm cho thép không gỉ 405 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tính toàn vẹn về mặt cấu trúc dưới tải trọng cơ học. Giá trị độ giãn dài của nó cho thấy độ dẻo tốt, cho phép biến dạng mà không bị gãy, điều này rất cần thiết trong các ứng dụng động.

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	2552 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	25 W/m·K	14,5 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	0,00000073 Ω·m
Hệ số giãn nở nhiệt	Nhiệt độ phòng	16,0 x 10⁻⁶/K	8,9 x 10⁻⁶/°F

Mật độ của thép không gỉ 405 góp phần tạo nên đặc tính về trọng lượng và độ bền, trong khi điểm nóng chảy của nó cho thấy sự phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao. Độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến truyền nhiệt, chẳng hạn như bộ trao đổi 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	25 °C / 77 °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 cục bộ

Thép không gỉ 405 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình trong nhiều môi trường khác nhau. Nó hoạt động khá tốt trong các điều kiện ăn mòn nhẹ, chẳng hạn như axit axetic và nước biển, nhưng dễ bị rỗ và nứt do ăn mòn ứng suất trong môi trường giàu clorua. So với các loại austenit như 304 hoặc 316, 405 có khả năng chống ăn mòn tổng thể thấp hơn, đặc biệt là trong 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	650 °C	1202 °F	Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	700 °C	1292 °F	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	800 °C	1472 °F	Nguy cơ oxy hóa ở nhiệt độ trên
Cân nhắc về sức bền kéo dài bắt đầu từ khoảng	500 °C	932 °F	Khả năng chống biến dạng giảm đáng kể

Ở nhiệt độ cao, thép không gỉ 405 vẫn giữ được độ bền nhưng có thể bị oxy hóa. Nhiệt độ sử dụng liên tục tối đa cho thấy tính phù hợp của nó đối với các ứng dụng nhiệt độ cao, trong khi nhiệt độ đóng cặn làm nổi bật nguy cơ oxy hóa ở điều kiện khắc nghiệt.

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	Số 405	Khí Argon	Kết quả tốt với kỹ thuật phù hợp
MIG	ER308L	Argon/CO2	Thích hợp cho các phần dày hơn
Dán	E308L	-	Nên làm nóng trước

Thép không gỉ 405 thường được coi là có thể hàn được, nhưng nên gia nhiệt trước để giảm thiểu nguy cơ nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể tăng cường các đặc tính của mối hàn, đảm bảo tính toàn vẹn và hiệu suất.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép không gỉ 405	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	60	100	Khả năng gia công vừa phải
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30 m/phút	50 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Thép không gỉ 405 có khả năng gia công ở mức trung bình, đòi hỏi dụng cụ và tốc độ cắt phù hợp để đạt được kết quả tối ưu. Dụng cụ cacbua được khuyến nghị để gia công hiệu quả.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 405 có thể được tạo hình thông qua cả quá trình nguội và nóng. Tạo hình nguội là khả thi nhưng có thể cần lực lớn hơn do độ bền của nó. Vật liệu thể hiện sự cứng khi làm việc, có thể ảnh hưởng đến bán kính uốn và giới hạn tạo 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	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 giờ	Không khí hoặc nước	Giảm ứng suất, cải thiện độ dẻo dai
Làm cứng	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 phút	Dầu hoặc không khí	Tăng độ cứng và sức mạnh

Trong quá trình xử lý nhiệt, thép không gỉ 405 trải qua các biến đổi luyện kim giúp tăng cường các tính chất cơ học của nó. Ủ làm giảm ứng suất bên trong và cải thiện độ dẻo, trong khi làm cứng làm tăng đáng kể độ bền.

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 cao, khả năng chống ăn mòn vừa phải	Độ bền dưới ứng suất nhiệt
Dầu khí	Linh kiện van	Độ bền cao, khả năng hàn	Độ tin cậy trong môi trường khắc nghiệt
Hàng không vũ trụ	Linh kiện động cơ	Độ bền cao, khả năng chịu nhiệt	Hiệu suất ở nhiệt độ cao

Các ứng dụng khác bao gồm:
* - Bộ trao đổi nhiệt
* - Linh kiện máy móc công nghiệp
* - Chốt và phụ kiện

Việc lựa chọn thép không gỉ 405 cho các ứng dụng này chủ yếu là do sự cân bằng giữa độ bền, khả năng chống ăn mòn và khả năng chế tạo, khiến nó phù hợp với các bộ phận chịu ứng suất cơ học và tiếp xúc với nhiều môi trường khác nhau.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép không gỉ 405	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	Sức mạnh vừa phải	Sức mạnh vừa phải	405 cung cấp sức mạnh vượt trội
Góc nhìn ăn mòn chính	Sức đề kháng vừa phải	Sức đề kháng tốt	Sức đề kháng tuyệt vời	405 có khả năng chống chịu kém hơn 304/316
Khả năng hàn	Tốt	Xuất sắc	Xuất sắc	405 cần cẩn thận hơn khi hàn
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Vừa phải	405 ít gia công hơn 304
Khả năng định hình	Vừa phải	Tốt	Tốt	405 ít định hình hơn 304
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Vừa phải	Cao hơn	405 thường tiết kiệm chi phí hơn
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Rất phổ biến	Chung	405 có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn thép không gỉ 405, cần cân nhắc đến tính hiệu quả về mặt chi phí, tính khả dụng và tính phù hợp cho các ứng dụng cụ thể. Mặc dù có thể không cung cấp cùng mức độ chống ăn mòn như các loại thép austenit, nhưng độ bền cao và khả năng chống chịu vừa phải khiến nó trở thành lựa chọn khả thi cho nhiều ứng dụng kỹ thuật. Ngoài ra, khả năng hàn và khả năng gia công của nó làm tăng tính linh hoạt của nó trong các quy trình sản xuất.

Tóm lại, thép không gỉ 405 là vật liệu có giá trị trong nhiều ngành công nghiệp, cân bằng giữa độ bền, khả năng chống ăn mòn và khả năng chế tạo. Hiểu được các đặc tính và ứng dụng của nó có thể hướng dẫn các kỹ sư và nhà thiết kế đưa ra lựa chọn vật liệu sáng suốt cho các dự án của họ.