Thép không gỉ 440: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 440 là thép không gỉ martensitic có hàm lượng cacbon cao, được biết đến với độ cứng và khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Được phân loại theo danh mục thép không gỉ martensitic, loại thép này thường chứa 16-18% crom và 1,0-1,2% cacbon, ảnh hưởng đáng kể đến tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn của nó. Hàm lượng cacbon cao cho phép hình thành cấu trúc martensitic cứng sau khi xử lý nhiệt, khiến nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và khả năng chống mài mòn.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 440 chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng cần độ cứng cao và khả năng chống ăn mòn vừa phải. Sự kết hợp độc đáo của các đặc tính này khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến cho dao kéo, dụng cụ phẫu thuật và nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau. Thép có thể được phân loại thành ba loại phụ: 440A, 440B và 440C, mỗi loại có sự thay đổi nhỏ về hàm lượng carbon và độ cứng.

Thuận lợi:
- Độ cứng cao: Thép không gỉ 440 có thể đạt độ cứng lên tới 58 HRC khi được xử lý nhiệt đúng cách, rất lý tưởng cho các công cụ cắt và ứng dụng chống mài mòn.
- Khả năng chống ăn mòn tốt: Mặc dù không có khả năng chống ăn mòn như thép austenit, thép không gỉ 440 có khả năng chống oxy hóa và ăn mòn tốt trong môi trường nhẹ.
- Giữ cạnh: Độ cứng của nó cho phép giữ cạnh tuyệt vời khi cắt, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho dao và lưỡi dao.

Hạn chế:
- Độ giòn: Hàm lượng carbon cao có thể dẫn đến độ giòn, đặc biệt là ở các phần mỏng hơn, điều này có thể hạn chế việc sử dụng trong một số ứng dụng nhất định.
- Vấn đề về khả năng hàn: Thép không gỉ 440 có thể khó hàn do hàm lượng carbon cao, có thể dẫn đến nứt ở vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt.
- Khả năng chống ăn mòn trung bình: So với thép không gỉ austenit, khả năng chống ăn mòn của thép này bị hạn chế, đặc biệt là trong môi trường khắc nghiệt.

Trong lịch sử, thép không gỉ 440 đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển dao kéo và dụng cụ phẫu thuật hiệu suất cao, khẳng định vị thế là vật liệu đáng tin cậy trong nhiều ngành công nghiệp 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	S44000	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 440A/B/C
AISI/SAE	440A, 440B, 440C	Hoa Kỳ	Sự thay đổi hàm lượng cacbon ảnh hưởng đến độ cứng
Tiêu chuẩn ASTM	A276	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thanh thép không gỉ
VI	1.4116	Châu Âu	Tương đương với AISI 440C
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS440A, SUS440B, SUS440C	Nhật Bản	Tính chất tương tự với sự 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 ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi 440C có độ cứng cao hơn do hàm lượng carbon của nó, nó cũng có thể dễ bị ăn mòn hơn trong một số môi trường nhất định so với 440A.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,95 - 1,20
Cr (Crom)	16.0 - 18.0
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

Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 440 bao gồm crom và cacbon. Crom tăng cường khả năng chống ăn mòn và góp phần hình thành lớp oxit bảo vệ, trong khi cacbon tăng độ cứng và độ bền thông qua quá trình hình thành martensit trong quá trình xử lý nhiệt.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	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	620 - 850MPa	90 - 123 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	450 - 600MPa	65 - 87 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	12-15%	12-15%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng	Ủ	30-40HRC	30-40HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	-	20 J (ở -20°C)	15 ft-lbf (ở -4°F)	Tiêu chuẩn ASTM E23

Tính chất cơ học của thép không gỉ 440 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 khả năng chịu được tải trọng đáng kể, trong khi độ cứng của nó đảm bảo độ bền trong các ứng dụng cắt.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị mét - SI)	Giá trị (Đơn vị Anh)
Tỉ trọng	-	7,75g/cm³	0,28 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Độ dẫn nhiệt	20 °C	25,4 W/m·K	17,5 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	20 °C	0,50 J/g·K	0,12 BTU/lb·°F
Điện trở suất	20 °C	0,74 µΩ·m	0,0000013 Ω·trong

Các đặc tính vật lý chính như mật độ và điểm nóng chảy rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến môi trường nhiệt độ cao. Mật độ cho biết trọng lượng của vật liệu, trong khi điểm nóng chảy cung cấp thông tin chi tiết về độ ổn định nhiệt của vật liệu.

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 rỗ
Axit sunfuric	10-30	20-40 / 68-104	Nghèo	Không khuyến khích
Axit axetic	5-20	20-60 / 68-140	Tốt	Sức đề kháng vừa phải
Khí quyển	-	-	Tốt	Hoạt động tốt trong môi trường nhẹ nhàng

Thép không gỉ 440 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 ăn mòn rỗ trong môi trường clorua, đây là một cân nhắc quan trọng đối với các ứng dụng trong môi trường biển hoặc ven biển. So với các loại austenit như 304 hoặc 316, thép không gỉ 440 có khả năng chống ăn mòn kém 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	752	Trên mức này, quá trình oxy hóa có thể xảy ra
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	600	1112	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	800	1472	Rủi ro mở rộng vượt quá nhiệt độ này

Ở nhiệt độ cao, thép không gỉ 440 vẫn giữ được độ bền nhưng có thể bị oxy hóa. Hiệu suất của nó trong các ứng dụng nhiệt độ cao bị hạn chế so với các loại thép không gỉ khác, đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận khi thiết kế.

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	ER440 (AWS A5.9)	Khí Argon	Nên làm nóng trước
MIG	ER440 (AWS A5.9)	Argon + CO2	Có thể cần xử lý nhiệt sau khi hàn

Hàn thép không gỉ 440 có thể là một thách thức do hàm lượng carbon cao, làm tăng nguy cơ 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 440]	[AISI 1212]	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	60%	100%	Yêu cầu dụng cụ tốc độ cao
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30-50 m/phút	100-150 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Thép không gỉ 440 có khả năng gia công ở mức trung bình, đòi hỏi dụng cụ và tốc độ cắt cụ thể để đạt được kết quả tối ưu. Nên sử dụng dụng cụ cacbua để nâng cao hiệu suất.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 440 không dễ định hình do hàm lượng carbon cao, có thể dẫn đến nứt trong quá trình gia công nguội. Có thể định hình nóng nhưng cần kiểm soát nhiệt độ cẩn thận để tránh làm giảm tính chất.

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	760 - 800 / 1400 - 1472	1-2 giờ	Không khí	Giảm độ cứng, tăng độ dẻo
Làm cứng	980 - 1050 / 1800 - 1922	30 phút	Dầu hoặc không khí	Tăng độ cứng và sức mạnh
Làm nguội	150 - 400 / 300 - 750	1 giờ	Không khí	Giảm độ giòn, tăng độ dai

Các quy trình xử lý nhiệt tác động đáng kể đến cấu trúc vi mô và tính chất của thép không gỉ 440. Quá trình làm cứng làm tăng độ bền và độ cứng, trong khi quá trình ram giúp giảm độ giòn.

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 tốt	Tuyệt vời cho các công cụ cắt
Thuộc về y học	Dụng cụ phẫu thuật	Khả năng chống ăn mòn, khử trùng	An toàn khi sử dụng trong y tế
Ô tô	Các thành phần van	Khả năng chống mài mòn, sức mạnh	Yêu cầu hiệu suất cao
Hàng không vũ trụ	Linh kiện động cơ	Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao	Quan trọng đối với sự an toàn và hiệu suất

Thép không gỉ 440 được lựa chọn cho các ứng dụng đòi hỏi độ cứng cao và khả năng chống ăn mòn vừa phải. Khả năng giữ cạnh của nó làm cho nó đặc biệt phù hợp với dao kéo, trong khi độ bền của nó có lợi thế trong các ứng dụng ô tô và hàng không vũ trụ.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép không gỉ 440	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 cứng cao	Độ dẻo tốt	Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời	440 cứng hơn nhưng ít dẻo hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Sức đề kháng vừa phải	Sức đề kháng tốt	Sức đề kháng tuyệt vời	440 ít phù hợp với môi trường khắc nghiệt
Khả năng hàn	Nghèo	Tốt	Tốt	440 yêu cầu chăm sóc đặc biệt trong hàn
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Vừa phải	440 đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn để gia công
Khả năng định hình	Nghèo	Tốt	Tốt	440 ít có khả năng định hình hơn các loại austenit
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Thấp	Trung bình đến Cao	Chi phí thay đổi tùy theo điều kiện thị trường
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Cao	440 có thể ít có sẵn hơn

Khi lựa chọn thép không gỉ 440, cần cân nhắc đến các đặc tính cơ học, khả năng chống ăn mòn và đặc điểm chế tạo của nó. Mặc dù có độ cứng cao, nhưng những hạn chế về khả năng hàn và khả năng định hình của nó phải được tính đến trong thiết kế và ứng dụng. Hiệu quả về chi phí và tính khả dụng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn vật liệu, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp cạnh tranh.

Tóm lại, thép không gỉ 440 là vật liệu đa năng, vượt trội trong các ứng dụng đòi hỏi độ cứng và khả năng chống mài mòn cao, khiến nó trở thành lựa chọn có giá trị trong nhiều ngành công nghiệp mặc dù có hạn chế về khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn.