Thép không gỉ 420B: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 420B là thép không gỉ martensitic được biết đến với độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vừa phải. Được phân loại theo họ martensitic, nó chủ yếu chứa crom là nguyên tố hợp kim chính, góp phần tạo nên khả năng chống ăn mòn và độ cứng. Thành phần điển hình bao gồm khoảng 12-14% crom, cùng với cacbon (khoảng 0,15-0,25%) và một lượng nhỏ mangan, silic và phốt pho. Thành phần này cho phép 420B đạt được sự cân bằng giữa độ cứng và độ dẻo dai, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 420B có đặc điểm là khả năng được tôi luyện thông qua xử lý nhiệt, giúp tăng cường các tính chất cơ học của nó. Thép này có khả năng chống mài mòn tuyệt vời và thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vừa phải. Sự kết hợp độc đáo các tính chất của nó làm cho nó đặc biệt có giá trị trong sản xuất dụng cụ cắt, dụng cụ phẫu thuật và nhiều thành phần công nghiệp khác nhau.

Ưu điểm của thép không gỉ 420B:
- Độ cứng cao: Đạt được độ cứng cao sau khi xử lý nhiệt, thích hợp cho các ứng dụng cắt và chống mài mòn.
- Khả năng chống ăn mòn trung bình: Có khả năng chống ăn mòn ở mức hợp lý, đặc biệt là trong môi trường có tính ăn mòn nhẹ.
- Tính chất cơ học tốt: Giữ được độ bền và độ dẻo dai ngay cả ở nhiệt độ cao.

Hạn chế của thép không gỉ 420B:
- Khả năng chống ăn mòn thấp hơn so với thép không gỉ Austenitic: Mặc dù có khả năng chống ăn mòn tốt nhưng không bền bằng thép không gỉ Austenitic như 304 hoặc 316.
- Giòn trong một số điều kiện nhất định: Có thể trở nên giòn nếu không được xử lý nhiệt đúng cách hoặc nếu tiếp xúc với điều kiện khắc nghiệt.
- Khó hàn: Việc hàn có thể gặp nhiều thách thức do hàm lượng carbon cao, có thể dẫn đến nứt.

Theo truyền thống, 420B có ý nghĩa quan trọng trong quá trình phát triển thép không gỉ, đặc biệt là trong các ứng dụng đòi hỏi sự kết hợp giữa độ cứng và khả năng chống ăn mòn. Vị thế thị trường của nó vẫn có liên quan, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp tập trung vào sản xuất các công cụ và thành phần chịu được sự hao 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	S42000	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 420
AISI/SAE	420B	Hoa Kỳ	Sự khác biệt nhỏ về thành phần so với AISI 420
Tiêu chuẩn ASTM	A276	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thanh thép không gỉ
VI	1.4021	Châu Âu	Tương đương với AISI 420 với một số thay đổi nhỏ
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS420J2	Nhật Bản	Tính chất tương tự nhưng hàm lượng cacbon khác nhau

Bảng trên nêu bật các tiêu chuẩn và giá trị tương đương khác nhau cho thép không gỉ 420B. Đáng chú ý, trong khi 420B và AISI 420 thường được coi là tương đương, hàm lượng carbon cụ thể có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng trong các ứng dụng. Ví dụ, AISI 420 thường có hàm lượng carbon cao hơn, có thể tăng cường độ cứng nhưng cũng có thể ảnh hưởng đến độ dẻo.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Biểu tượng)	Phạm vi phần trăm (%)
Cacbon (C)	0,15 - 0,25
Crom (Cr)	12.0 - 14.0
Mangan (Mn)	1.0 tối đa
Silic (Si)	1.0 tối đa
Phốt pho (P)	0,04 tối đa
Lưu huỳnh (S)	0,03 tối đa

Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 420B bao gồm crom, giúp tăng khả năng chống ăn mòn và độ cứng, và cacbon, giúp tăng độ bền và khả năng chống mài mòn. Mangan và silic có mặt với lượng nhỏ để cải thiện độ dẻo dai và khử oxy trong quá trình luyện thép.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	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	600 - 800MPa	87 - 116 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	400 - 600MPa	58 - 87 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	12-20%	12-20%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell C)	Ủ	30-40HRC	30-40HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	-	30 J ở -20°C	22 ft-lbf ở -4°F	Tiêu chuẩn ASTM E23

Tính chất cơ học của thép không gỉ 420B làm cho nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và khả năng chống mài mòn. 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 độ dẻo hợp lý, điều này rất cần thiết cho 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	-	7,75 g/cm³	0,28 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1450 - 1510 °C	2642 - 2750 °F
Độ dẫn nhiệt	20 °C	25 W/m·K	14,5 BTU·in/h·ft²·°F
Nhiệt dung riêng	20 °C	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Điện trở suất	20 °C	0,74 µΩ·m	0,0000013 Ω·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	20 - 100 °C	16,5 µm/m·K	9,2 µin/in·°F

Mật độ của thép không gỉ 420B cho thấy nó tương đối nặng, đặc trưng của thép martensitic. Điểm nóng chảy của nó rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến hoạt động ở nhiệt độ cao. Độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng cho thấy rằng mặc dù nó có thể dẫn nhiệt, nhưng nó không hiệu quả bằng một số vật liệu khác, đây là một cân nhắc trong các ứng dụng nhiệt.

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	10-20	20-40 / 68-104	Nghèo	Không khuyến khích
Axit axetic	5-10	20-40 / 68-104	Tốt	Sức đề kháng vừa phải
Khí quyển	-	-	Tốt	Hoạt động tốt trong không khí khô

Thép không gỉ 420B có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong điều kiện khí quyển và axit loãng. Tuy nhiên, nó dễ bị rỗ trong môi trường clorua, đây có thể là một cân nhắc quan trọng trong các ứng dụng hàng hải. So với các loại austenit như 316, có khả năng chống ăn mòn vượt trội, 420B có thể không phù hợp với môi trường có tính ăn mòn cao.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	400 °C	752 °F	Thích hợp cho dịch vụ không liên tục
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	600 °C	1112 °F	Khả năng chống oxy hóa hạn chế ở nhiệt độ cao
Nhiệt độ thang đo	700 °C	1292 °F	Nguy cơ mở rộng vượt quá nhiệt độ này

Ở nhiệt độ cao, thép không gỉ 420B vẫn giữ được độ bền nhưng có thể bắt đầu mất độ cứng và độ dẻo dai. Quá trình oxy hóa có thể xảy ra ở nhiệt độ cao, đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận trong các ứng dụng liên quan đến tiếp xúc với nhiệt.

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	ER420	Khí Argon	Nên làm nóng trước
MIG	ER420	Argon + CO2	Có thể cần xử lý nhiệt sau khi hàn

Hàn thép không gỉ 420B có thể là một thách thức do hàm lượng carbon cao, có thể dẫn đến nứt. Làm nóng trước khi hàn và xử lý nhiệt sau khi hàn thường được khuyến nghị để giảm thiểu những vấn đề này.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép không gỉ 420B	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	50	100	Khả năng gia công vừa phải
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30 m/phút	60 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Thép không gỉ 420B có khả năng gia công ở mức trung bình, có thể cải thiện bằng dụng cụ và tốc độ cắt phù hợp. Nên sử dụng dụng cụ cacbua để gia công hiệu quả.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 420B không dễ tạo hình do độ bền và độ cứng cao. Có thể tạo hình nguội nhưng có thể cần lực đáng kể và phải cẩn thận để tránh nứt. Tạo hình nóng khả thi hơn, cho phép tạo hình tốt hơn mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của vật liệu.

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	Làm mát bằng không khí	Giảm độ cứng, tăng độ dẻo
Làm cứng	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 - 60 phút	Làm nguội dầu	Tăng độ cứng
Làm nguội	200 - 600 / 392 - 1112	1 giờ	Làm mát bằng 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 thép không gỉ 420B. Làm cứng làm tăng độ cứng thông qua quá trình chuyển đổi martensitic, trong khi tôi giúp giảm độ giòn, khiến nó phù hợp hơn cho các ứng dụng thực tế.

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)
Thuộc về y học	Dụng cụ phẫu thuật	Độ cứng cao, chống ăn mòn	Độ bền và khử trùng
Chế tạo	Dụng cụ cắt	Khả năng chống mài mòn, sức mạnh	Độ bền sử dụng
Ô tô	Linh kiện van	Độ bền cao, khả năng chống ăn mòn vừa phải	Hiệu suất dưới áp lực

Thép không gỉ 420B thường được sử dụng trong lĩnh vực y tế cho dụng cụ phẫu thuật do độ cứng và khả năng khử trùng. Trong sản xuất, nó được ưa chuộng cho các dụng cụ cắt có khả năng chống mài mòn rất quan trọng.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép không gỉ 420B	AISI440C	AISI 316	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ cứng cao	Độ cứng cao hơn	Độ cứng thấp hơn	440C có khả năng chống mài mòn tốt hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Sức đề kháng vừa phải	Nghèo	Xuất sắc	316 tốt hơn cho môi trường ăn mòn
Khả năng hàn	Thách thức	Khó	Tốt	316 dễ hàn hơn
Khả năng gia công	Vừa phải	Nghèo	Tốt	316 dễ gia công hơn
Khả năng định hình	Giới hạn	Giới hạn	Tốt	316 cung cấp khả năng định hình tốt hơn
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Cao hơn	Vừa phải	440C thường đắt hơn
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Ít phổ biến hơn	Chung	316 có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn thép không gỉ 420B, cần cân nhắc đến các đặc tính cơ học, khả năng chống ăn mòn và đặc điểm chế tạo. Mặc dù có sự cân bằng tốt giữa độ cứng và khả năng chống ăn mòn, các lựa chọn thay thế như AISI 440C có thể có khả năng chống mài mòn tốt hơn và AISI 316 có thể được ưu tiên cho các ứng dụng trong môi trường có tính ăn mòn cao. Chi phí và tính khả dụng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn vật liệu, với 420B là lựa chọn tiết kiệm chi phí cho nhiều ứng dụng.