Thép không gỉ 422: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 422 là thép không gỉ martensitic được biết đến với độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vừa phải. Nó được phân loại là thép không gỉ martensitic do hàm lượng cacbon cao và sự hiện diện của crom, góp phần tạo nên độ cứng và độ bền của nó. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 422 bao gồm crom (12-14%), niken (1-2%) và cacbon (0,15-0,25%). Các nguyên tố này ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính của thép, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau mà độ bền và khả năng chống mài mòn là rất quan trọng.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 422 được công nhận vì các đặc tính cơ học tuyệt vời, đặc biệt là độ bền kéo và độ cứng cao. Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi vật liệu phải chịu được ứng suất và độ mài mòn cao, chẳng hạn như trong sản xuất cánh tuabin, các thành phần van và các bộ phận hiệu suất cao khác. Cấu trúc martensitic của thép cho phép nó được làm cứng thông qua xử lý nhiệt, tăng cường độ bền và khả năng chống mài mòn.

Thuận lợi:
- Độ bền cao: Thép không gỉ 422 có độ bền kéo vượt trội, lý tưởng cho các ứng dụng chịu ứng suất cao.
- Khả năng chống mài mòn tốt: Độ cứng của loại thép này mang lại khả năng chống mài mòn tuyệt vời, kéo dài tuổi thọ của các bộ phận.
- Khả năng chống ăn mòn trung bình: Mặc dù không có khả năng chống ăn mòn như thép không gỉ austenit, 422 có khả năng chống oxy hóa và ăn mòn khá tốt trong một số môi trường nhất định.

Hạn chế:
- Độ dẻo dai thấp hơn: So với thép không gỉ austenit, thép không gỉ 422 có độ dẻo dai thấp hơn, điều này có thể hạn chế việc sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống va đập cao.
- Các vấn đề về khả năng hàn: Hàm lượng carbon cao có thể dẫn đến những thách thức trong quá trình hàn, đòi hỏi phải lựa chọn cẩn thận vật liệu hàn và kỹ thuật hàn.

Theo truyền thống, thép không gỉ 422 đã được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm hàng không vũ trụ và ô tô, do sự cân bằng độc đáo giữa độ bền và khả năng chống ăn mòn. Vị thế thị trường của nó đã được khẳng định, đặc biệt là trong các ứng dụng đòi hỏi 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	S42200	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 420 với sự khác biệt nhỏ về thành phần.
AISI/SAE	422	Hoa Kỳ	Tương tự như thép 420 nhưng có hàm lượng carbon cao hơn để cải thiện độ cứng.
Tiêu chuẩn ASTM	A276	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thanh và hình dạng thép không gỉ.
VI	1.4002	Châu Âu	Chất lượng tương đương theo tiêu chuẩn Châu Âu.
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS420J2	Nhật Bản	Tính chất tương tự nhưng có một số khác biệt nhỏ về thành phần.

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 AISI 420 và 422 tương tự nhau, hàm lượng carbon cao hơn trong 422 làm tăng độ cứng nhưng có thể làm giảm độ dẻo dai.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,15 - 0,25
Cr (Crom)	12.0 - 14.0
Ni (Niken)	1.0 - 2.0
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 422 là tăng cường khả năng chống ăn mòn và cải thiện độ cứng. Niken góp phần tạo nên độ dẻo dai và độ mềm, trong khi carbon làm tăng độ cứng và độ bền 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	620 - 750MPa	90 - 110 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	Nhiệt độ phòng	450 - 600MPa	65 - 87 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	Nhiệt độ phòng	10-15%	10-15%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell C)	Ủ	Nhiệt độ phòng	30-40HRC	30-40HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	Charpy V-notch	-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 422 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tải trọng cơ học đáng kể. Độ cứng của nó cung cấp khả năng chống mài mòn, trong khi độ giãn dài vừa phải cho thấy nó có thể chịu được một số biến dạng trước khi hỏng.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	7,75 g/cm³	0,28 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1450 - 1510 °C	2642 - 2750 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	25 W/m·K	14,5 BTU·in/h·ft²·°F
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,72 µΩ·m	0,72 µΩ·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	Nhiệt độ phòng	16,5 x 10⁻⁶/K	9,2 x 10⁻⁶/°F

Mật độ và điểm nóng chảy của thép không gỉ 422 cho thấy độ bền của nó, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao. Độ dẫn nhiệt ở mức trung bình, có lợi cho các ứng dụng cần tản nhiệt.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	3-5%	20-60 °C	Hội chợ	Nguy cơ ăn mòn rỗ.
Axit sunfuric	10-20%	20-40 °C	Nghèo	Không khuyến khích sử dụng ở nồng độ cao.
Axit axetic	5-10%	20-50 °C	Tốt	Sức đề kháng vừa phải.
Nước biển	-	Môi trường xung quanh	Hội chợ	Dễ bị ăn mòn cục bộ.

Thép không gỉ 422 có khả năng chống chịu vừa phải với nhiều môi trường ăn mòn khác nhau. Nó hoạt động tốt trong điều kiện ăn mòn nhẹ nhưng dễ bị rỗ trong môi trường giàu clorua. So với các loại austenit như 304 hoặc 316, 422 có khả năng chống ăn mòn thấp hơn, khiến nó ít phù hợp hơn cho các ứng dụng hàng hải.

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 nhiệt độ cao trong thời gian ngắn.
Nhiệt độ đóng băng	800 °C	1472 °F	Nguy cơ oxy hóa ở nhiệt độ cao.

Ở nhiệt độ cao, thép không gỉ 422 vẫn giữ được độ bền nhưng có thể bị oxy hóa. Điều cần thiết là phải cân nhắc đến môi trường và khả năng đóng cặn khi sử dụng loại thép này trong các ứng dụng nhiệt độ cao.

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 phải xử lý nhiệt sau khi hàn.

Hàn thép không gỉ 422 có thể là một thách thức do hàm lượng carbon cao, có thể dẫn đến nứt. Việc gia nhiệt trước 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 422	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	50	100	Yêu cầu tốc độ chậm hơn và dụng cụ mạnh mẽ hơn.
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30 m/phút	60 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất.

Gia công thép không gỉ 422 đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận về tốc độ cắt và dụng cụ do độ cứng của nó. Dụng cụ cacbua được khuyến nghị để gia công hiệu quả.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 422 có khả năng định hình hạn chế do cấu trúc martensitic của nó. Có thể định hình nguội nhưng có thể dẫn đến quá trình tôi cứng khi gia công, đòi hỏi phải kiểm soát cẩn thận bán kính uốn 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	Giảm độ cứng, tăng độ dẻo.
Làm cứng	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 phút	Dầu hoặc không khí	Tăng độ cứng và sức mạnh.

Các quy trình xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô của thép không gỉ 422, tăng cường độ cứng và độ bền trong khi có khả năng làm giảm độ dẻo.

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, chống mài mòn	Quan trọng đối với hiệu suất và sự an toàn.
Ô tô	Các thành phần van	Khả năng chống ăn mòn, độ bền	Cần thiết cho độ bền khi chịu áp lực.
Dầu khí	Trục bơm	Độ bền cao, độ dẻo dai	Cần thiết cho môi trường có áp suất cao.
Thuộc về y học	Dụng cụ phẫu thuật	Khả năng chống ăn mòn, độ cứng	Đảm bảo độ bền và độ tin cậy.

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Phần cứng hàng hải : nơi cần khả năng chống ăn mòn vừa phải.
- Máy móc công nghiệp : các chi tiết đòi hỏi khả năng chống mài mòn cao.

Thép không gỉ 422 được lựa chọn cho các ứng dụng này vì sự kết hợp độc đáo giữa độ bền, độ cứng và khả năng chống ăn mòn vừa phải, khiến nó 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 422	AISI 304	AISI 316	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Vừa phải	Vừa phải	Thép 422 có độ bền cao hơn nhưng độ dẻo dai thấp hơn.
Góc nhìn ăn mòn chính	Sức đề kháng vừa phải	Tốt	Xuất sắc	Thép 422 có khả năng chống ăn mòn kém hơn thép austenit.
Khả năng hàn	Thách thức	Tốt	Tốt	422 yêu cầu thực hiện hàn cẩn thận.
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Tốt	Thép 422 khó gia công hơn thép austenit.
Khả năng định hình	Giới hạn	Tốt	Tốt	Thép 422 có khả năng định hình thấp hơn do cấu trúc của nó.
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Vừa phải	Cao hơn	Chi phí có thể thay đổi tùy theo điều kiện thị trường.
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Cao	422 có thể ít được sử dụng hơn 304 hoặc 316.

Khi lựa chọn thép không gỉ 422, cần cân nhắc đến các đặc tính cơ học, khả năng chống ăn mòn và thách thức trong chế tạo. Điều cần thiết là phải cân nhắc các yếu tố này so với các yêu cầu cụ thể của ứng dụng để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ tối ưu. Tính hiệu quả về chi phí của thép không gỉ 422 khiến nó trở thành lựa chọn hấp dẫn cho các ứng dụng mà độ bền cao là tối quan trọng, nhưng những hạn chế về khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn của nó phải được quản lý cẩn thận.