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

Thép không gỉ 420HC là thép không gỉ có hàm lượng cacbon cao thuộc nhóm martensitic. Loại thép này chủ yếu được hợp kim với crom (khoảng 13-15%) và cacbon (khoảng 0,4-0,5%), ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính của nó. Sự hiện diện của crom mang lại khả năng chống ăn mòn, trong khi cacbon tăng cường độ cứng và độ bền.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 420HC được biết đến với độ cứng và khả năng chống mài mòn tuyệt vời, khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền. Cấu trúc martensitic của nó cho phép nó được làm cứng thông qua xử lý nhiệt, tạo ra một vật liệu có thể đạt được độ bền và độ dẻo dai cao.

Đặc điểm chính:
- Khả năng chống ăn mòn: Mặc dù không bền như thép không gỉ austenit, 420HC có khả năng chống oxy hóa và ăn mòn tốt trong môi trường nhẹ.
- Độ cứng: Sau khi xử lý nhiệt, độ cứng có thể đạt tới 58 HRC, thích hợp làm dụng cụ cắt và lưỡi dao.
- Độ dẻo dai: Thép có độ dẻo dai tốt, điều này rất cần thiết cho các ứng dụng chịu tác động hoặc tải trọng sốc.

Thuận lợi:
- Độ cứng và khả năng chống mài mòn cao.
- Giữ cạnh tốt, lý tưởng cho dao và dụng cụ cắt.
- Khả năng chống ăn mòn trung bình phù hợp với nhiều môi trường khác nhau.

Hạn chế:
- Khả năng chống ăn mòn hạn chế so với thép không gỉ hợp kim cao hơn.
- Có thể khó gia công vì độ cứng của nó.
- Cần xử lý nhiệt cẩn thận để đạt được tính chất mong muốn.

Trong lịch sử, 420HC đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm dao kéo, dụng cụ phẫu thuật và lưỡi dao công nghiệp, khẳng định vị thế trên thị trường là sự lựa chọn đáng tin cậy cho các ứng dụng hiệu suất cao.

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 nhưng có hàm lượng carbon cao hơn.
AISI/SAE	420HC	Hoa Kỳ	Biến thể carbon cao của AISI 420.
Tiêu chuẩn ASTM	A276	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thanh và hình dạng thép không gỉ.
VI	1.4021	Châu Âu	Chất lượng tương đương theo tiêu chuẩn Châu Âu.
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS420J2	Nhật Bản	Tính chất tương tự nhưng thành phần hơi khác nhau.

Sự khác biệt giữa các loại này thường nằm ở hàm lượng carbon và phản ứng xử lý nhiệt, có thể ảnh hưởng đến độ cứng, độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn. Ví dụ, trong khi SUS420J2 có hàm lượng carbon thấp hơn, nó có thể cung cấp khả năng chống ăn mòn tốt hơn nhưng phải đánh đổi bằng độ cứng.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,40 - 0,50
Cr (Crom)	13.00 - 15.00
Mn (Mangan)	Tối đa 1.00
Si (Silic)	Tối đa 1.00
P (Phốt pho)	0,04 tối đa
S (Lưu huỳnh)	0,03 tối đa

Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 420HC là crom và cacbon. Crom tăng cường khả năng chống ăn mòn và độ cứng, trong khi cacbon tăng cường độ bền và khả năng chống mài mòn. Mangan và silic được đưa vào để cải thiện khả năng làm cứng và độ dẻo dai.

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	350 - 500MPa	51 - 73 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	Nhiệt độ phòng	12-20%	12-20%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	54 - 58 HRC	54 - 58 HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	Làm nguội & tôi luyện	-20°C	30 tháng	22 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Các tính chất cơ học của thép không gỉ 420HC làm cho nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ cứng cao. Độ bền kéo và độ bền chảy của nó cho thấy khả năng chịu được tải trọng đáng kể, trong khi các giá trị độ cứng cho thấy khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Độ bền va đập, mặc dù thấp hơn một số loại khác, nhưng đủ cho nhiều ứng dụng.

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	7,75 g/cm³	0,28 lb/in³
Điểm nóng chảy/Phạm vi	-	1450 - 1510 °C	2642 - 2750 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	25,4 W/m·K	17,5 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	0,74 µΩ·m	0,74 µΩ·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	Nhiệt độ phòng	16,0 x 10⁻⁶ /K	8,9 x 10⁻⁶ /°F

Mật độ của 420HC cho thấy vật liệu tương đối nặng, góp phần tạo nên độ bền của nó. Điểm nóng chảy cho thấy độ ổn định nhiệt tốt, trong khi độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng cho thấy các đặc tính truyền nhiệt vừa phải. Điện trở suất là đặc trưng của thép không gỉ, làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng điện khác nhau.

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 (HCl)	10-20	20-40 / 68-104	Nghèo	Không khuyến khích sử dụng với axit mạnh.
Dung dịch kiềm	5-10	20-60 / 68-140	Tốt	Sức đề kháng vừa phải.
Khí quyển	-	-	Tốt	Hoạt động tốt trong môi trường ôn hòa.

Thép không gỉ 420HC có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong điều kiện khí quyển và môi trường kiềm. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường giàu clorua và nên tránh sử dụng trong các ứng dụng liên quan đến axit mạnh. So với các loại austenit như 304 hoặc 316, 420HC có khả năng chống ăn mòn thấp hơn nhưng có độ cứng vượt trội.

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 để sử dụng không liên tục.
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	500 °C	932 °F	Khả năng chống oxy hóa hạn chế.
Nhiệt độ đóng băng	600 °C	1112 °F	Nguy cơ đóng cặn ở nhiệt độ cao.

Ở nhiệt độ cao, thép không gỉ 420HC vẫn giữ được độ bền nhưng có thể bị oxy hóa và đóng cặn. Không nên sử dụng liên tục ở nhiệt độ trên 400 °C do có khả năng làm giảm tính chất 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	ER420	Khí Argon	Nên làm nóng trước.
MIG	ER420	Argon + CO2	Cần phải kiểm soát cẩn thận.
Dán	E420	-	Không lý tưởng cho các phần dày.

Thép không gỉ 420HC có thể hàn được, nhưng phải cẩn thận để tránh nứt. Thường khuyến nghị nên làm nóng trước để giảm thiểu ứng suất nhiệt. Xử lý nhiệt sau khi hàn cũng có thể cải thiện độ dẻo dai của mối hàn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	420HC	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	50%	100%	Cần có dụng cụ sắc bén và tốc độ chậm.
Tốc độ cắt điển hình	30 m/phút	60 m/phút	Điều chỉnh dựa trên dụng cụ và thiết lập.

Gia công 420HC có thể khó khăn do độ cứng của nó. Nên sử dụng thép tốc độ cao hoặc dụng cụ cacbua và duy trì tốc độ cắt thấp hơn để đạt được kết quả tối ưu.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 420HC không dễ tạo hình do hàm lượng cacbon cao và độ cứng. Có thể tạo hình nguội nhưng có thể dẫn đến quá trình tôi cứng khi gia công, đòi hỏi phải kiểm soát cẩn thận bán kính uốn và quy trình 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 / 1472 - 1652	1-2 giờ	Không khí	Giảm độ cứng, tăng độ dẻo.
Làm nguội	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 phút	Dầu hoặc không khí	Đạt được độ cứng cao.
Làm nguội	150 - 200 / 302 - 392	1 giờ	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 420HC. Làm nguội làm tăng độ cứng, trong khi tôi giúp giảm ứng suất và cải thiện độ dẻo dai.

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)
Đồ dùng ăn uống	Dao nhà bếp	Độ cứng cao, giữ cạnh	Thích hợp cho lưỡi dao sắc.
Thuộc về y học	Dụng cụ phẫu thuật	Khả năng chống ăn mòn, độ cứng	Có thể khử trùng và bền.
Công nghiệp	Dụng cụ cắt	Khả năng chống mài mòn, độ bền	Hiệu suất lâu dài.

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Kéo và kéo cắt
- Lưỡi dao công nghiệp
- Chốt và phụ kiện

Thép 420HC được lựa chọn cho các ứng dụng này vì có độ cứng và khả năng chống mài mòn tuyệt vời, rất quan trọng đối với các công cụ và dụng cụ đòi hỏi độ sắc bén và độ bền.

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

Tính năng/Thuộc tính	420HC	AISI440C	AISI 304	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	Thép 440C có độ cứng tốt hơn nhưng độ dẻo dai kém hơn.
Góc nhìn ăn mòn chính	Sức đề kháng vừa phải	Hội chợ	Xuất sắc	304 tốt hơn cho môi trường ăn mòn.
Khả năng hàn	Vừa phải	Nghèo	Tốt	304 dễ hàn hơn.
Khả năng gia công	Thách thức	Vừa phải	Tốt	304 dễ gia công hơn.
Khả năng định hình	Thấp	Thấp	Vừa phải	304 có thể được hình thành dễ dàng hơn.
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Cao hơn	Thấp hơn	420HC có giá thành phải chăng nhờ những đặc tính của nó.
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Ít phổ biến hơn	Rất phổ biến	304 được sử dụng rộng rãi.

Khi lựa chọn thép không gỉ 420HC, hãy cân nhắc đến sự cân bằng giữa độ cứng và khả năng chống ăn mòn. Mặc dù không chống ăn mòn tốt như các loại thép austenit, nhưng độ cứng của nó khiến nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống mài mòn cao. Ngoài ra, tính sẵn có và hiệu quả về chi phí khiến nó trở thành lựa chọn thiết thực cho nhiều ngành công nghiệp.

Tóm lại, thép không gỉ 420HC là vật liệu đa năng, có sự kết hợp độc đáo giữa độ cứng, khả năng chống mài mòn và khả năng chống ăn mòn vừa phải, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau, đặc biệt là trong dao kéo và dụng cụ công nghiệp.