Thép không gỉ 440C: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 440C là thép không gỉ martensitic có hàm lượng cacbon cao, được biết đến với độ cứng, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn tuyệt vời. Nó được phân loại là thép không gỉ martensitic do hàm lượng cacbon cao (khoảng 1,0-1,2%) và hàm lượng crom đáng kể (khoảng 16-18%). Các nguyên tố hợp kim chính bao gồm cacbon (C), crom (Cr) và một lượng nhỏ mangan (Mn), silic (Si) và molypden (Mo). Hàm lượng cacbon cao cho phép hình thành cấu trúc martensitic cứng sau khi xử lý nhiệt, trong khi crom cung cấp khả năng chống ăn mòn.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 440C được công nhận rộng rãi vì khả năng đạt được mức độ cứng cao, phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Sự kết hợp độc đáo của các đặc tính bao gồm độ bền kéo cao, độ dẻo tốt và khả năng chịu được môi trường ăn mòn vừa phải. Độ cứng của thép có thể được tăng cường thông qua các quy trình xử lý nhiệt, cho phép đạt được mức độ cứng lên đến 60 HRC.

Thuận lợi:
- Độ cứng cao: Độ cứng có thể đạt được khiến nó trở nên lý tưởng cho các công cụ cắt và ứng dụng chống mài mòn.
- Chống ăn mòn: Có khả năng chống oxy hóa và ăn mòn tốt, đặc biệt là trong môi trường có tính ăn mòn nhẹ.
- Khả năng chống mài mòn: Thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền và tuổi thọ cao.

Hạn chế:
- Độ giòn: Ở mức độ cứng cao hơn, vật liệu có thể trở nên giòn, khiến nó ít phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống va đập cao.
- Khả năng hàn: Nhìn chung khả năng hàn kém do hàm lượng cacbon cao, có thể dẫn đến nứt.
- Chi phí: Chi phí cao hơn so với thép không gỉ cấp thấp hơn.

Trong lịch sử, 440C đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm lưỡi dao, vòng bi và dụng cụ phẫu thuật, do có độ cứng và khả năng chống ăn mòn cân bằng.

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	S44004	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 440C
AISI/SAE	440C	Hoa Kỳ	Tên gọi thường dùng
Tiêu chuẩn ASTM	A276	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thanh thép không gỉ
VI	1.4125	Châu Âu	Điểm tương đương ở Châu Âu
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS440C	Nhật Bản	Tiêu chuẩn Nhật Bản tương đương
Tiêu chuẩn ISO	440C	Quốc tế	Tiêu chuẩn quốc tế

Sự khác biệt giữa các loại này thường nằm ở những thay đổi nhỏ về thành phần có thể ảnh hưởng đến các đặc tính như khả năng chống ăn mòn và độ cứng. Ví dụ, loại tương đương của Châu Âu (1.4125) có thể có sự khác biệt nhỏ về hàm lượng carbon, có thể ảnh hưởng đến độ cứng và độ dẻo dai của nó.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	1.0 - 1.2
Cr (Crom)	16.0 - 18.0
Mn (Mangan)	0,5 - 1,0
Si (Silic)	0,5 tối đa
Mo (Molipden)	0,5 tối đa

Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 440C đóng vai trò quan trọng:
- Cacbon (C): Tăng độ cứng và độ bền thông qua quá trình hình thành martensit trong quá trình xử lý nhiệt.
- Crom (Cr): Có khả năng chống ăn mòn và góp phần tạo nên độ bền tổng thể của thép.
- Mangan (Mn): Cải thiện khả năng tôi luyện và giúp khử oxy cho thép trong quá trình sản xuất.

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	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	600 - 750MPa	87 - 109 kilôgam	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	450 - 600MPa	65 - 87 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	10-15%	10-15%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (HRC)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	58 - 60HRC	58 - 60HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	Làm nguội & tôi luyện	-20°C (-4°F)	20 - 30 giờ	15 - 22 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Tính chất cơ học của thép không gỉ 440C 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 đặc biệt có lợi trong các ứng dụng chịu tải, trong khi độ cứng của nó đảm bảo độ bền trong môi trường dễ bị mài mòn.

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/Phạm vi	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	25 W/m·K	14,5 BTU·in/h·ft²·°F
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,72 µΩ·m	0,72 µΩ·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	20 - 100 °C	16,0 x 10⁻⁶/K	8,9 x 10⁻⁶/°F

Các tính chất vật lý chính như mật độ và độ dẫn nhiệt có ý nghĩa quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến quản lý nhiệt. Điểm nóng chảy tương đối cao cho thấy hiệu suất tốt ở nhiệt độ cao, trong khi độ dẫn nhiệt cho thấy khả năng truyền nhiệt vừa phải, khiến nó phù hợp với các ứng dụng cần tản 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	Dễ bị rỗ
Axit	10	20°C (68°F)	Nghèo	Không khuyến khích sử dụng axit mạnh
kiềm	5	25°C (77°F)	Tốt	Sức đề kháng vừa phải
Khí quyển	-	-	Tốt	Hoạt động tốt trong điều kiện nhẹ nhàng

Thép không gỉ 440C có khả năng chống ăn mòn tốt trong nhiều môi trường khác nhau, đặc biệt là trong điều kiện khí quyển và kiềm nhẹ. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường clorua, đây có thể là một cân nhắc quan trọng trong các ứng dụng hàng hải. So với các loại thép không gỉ khác, chẳng hạn như 304 và 316, 440C có độ cứng tốt hơn nhưng có thể không hoạt động tốt trong môi trường ăn mòn cao do hàm lượng crom thấp hơn.

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 việc sử dụng không liên tục
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	600°C	1112°F	Khả năng chống oxy hóa hạn chế
Nhiệt độ đóng băng	800°C	1472°F	Bắt đầu mất sức

Ở nhiệt độ cao, thép không gỉ 440C vẫn giữ được độ bền nhưng có thể bị oxy hóa. Hiệu suất của nó đủ cho các ứng dụng liên quan đến việc tiếp xúc không liên tục với nhiệt độ cao, nhưng cần lưu ý tránh tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 400°C (752°F) để ngăn ngừa sự suy giảm các đặc tính 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	ER440C	Khí Argon	Nên làm nóng trước
MIG	ER440C	Hỗn hợp Argon + CO2	Có thể cần xử lý nhiệt sau khi hàn

Thép không gỉ 440C có khả năng hàn hạn chế do hàm lượng cacbon cao, có thể dẫn đến nứt. Việc nung nóng trước khi hàn và xử lý nhiệt sau khi hàn thường được khuyến nghị để giảm thiểu những vấn đề này. Việc lựa chọn kim loại phụ cẩn thận là rất quan trọng để đảm bảo khả năng tương thích và hiệu suất của mối hàn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	440C	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	50%	100%	Yêu cầu tốc độ cắt chậm hơn
Tốc độ cắt điển hình	30 m/phút	60 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Thép không gỉ 440C khó gia công hơn so với thép cacbon thấp hơn. Nó đòi hỏi tốc độ cắt chậm hơn và dụng cụ chuyên dụng, chẳng hạn như chèn cacbua, để đạt được kết quả tối ưu. Bôi trơn và làm mát thích hợp là điều cần thiết để ngăn ngừa mài mòn dụng cụ và duy trì độ chính xác về kích thước.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 440C không thực sự phù hợp cho các hoạt động tạo hình rộng rãi do độ cứng và độ bền cao. Có thể tạo hình nguội nhưng có thể cần lực đáng kể và tạo hình nóng thường được ưa chuộng hơn để giảm nguy cơ nứt. Đặc tính làm cứng khi gia công của thép có thể làm phức tạp các quy trình tạo hình, đòi hỏi phải kiểm soát cẩn thận bán kính uốn và kỹ thuật 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	Giảm độ cứng, tăng độ dẻo
Làm cứng	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 phút	Dầu	Đạt được độ cứng tối đa
Làm nguội	150 - 200 °C / 302 - 392 °F	1 giờ	Không khí	Giảm độ giòn, tăng độ dai

Các quy trình xử lý nhiệt cho thép không gỉ 440C ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô và tính chất của nó. Quá trình làm cứng biến đổi thép thành cấu trúc martensitic cứng, trong khi quá trình ram làm giảm độ giòn và tăng độ dẻo dai, làm cho nó phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.

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	Linh kiện máy bay	Độ bền cao, chống mài mòn	Quan trọng đối với sự an toàn và hiệu suất
Thuộc về y học	Dụng cụ phẫu thuật	Khả năng chống ăn mòn, độ cứng	Cần phải vô trùng và bền bỉ
Chế tạo	Dụng cụ cắt	Độ cứng cao, chống mài mòn	Thiết yếu cho tuổi thọ của dụng cụ
Ô tô	Các thành phần van	Sức mạnh, khả năng chống mỏi	Độ tin cậy dưới áp lực

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Dao và lưỡi dao: Được lựa chọn vì khả năng giữ được độ sắc bén.
- Vòng bi: Được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu ma sát thấp và khả năng chống mài mòn cao.
- Chốt: Được lựa chọn dựa trên độ bền và khả năng chống ăn mòn trong môi trường khắc nghiệt.

Thép không gỉ 440C thường được lựa chọn cho các ứng dụng đòi hỏi sự kết hợp giữa độ cứng và khả năng chống ăn mòn. Khả năng duy trì độ sắc bén của nó khiến nó đặc biệt phổ biến trong ngành công nghiệp dao.

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

Tính năng/Thuộc tính	440C	AISI 304	AISI 316	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ cứng cao	Độ cứng vừa phải	Độ cứng vừa phải	440C có độ cứng vượt trội, trong khi 304 và 316 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Công bằng trong clorua	Xuất sắc	Xuất sắc	440C có khả năng chống rỗ kém hơn 304 và 316
Khả năng hàn	Nghèo	Tốt	Tốt	440C yêu cầu cân nhắc đặc biệt khi hàn
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Tốt	440C khó gia công hơn 304 và 316
Khả năng định hình	Giới hạn	Tốt	Tốt	440C ít có khả năng định hình hơn do độ cứng của nó
Chi phí tương đối xấp xỉ	Cao hơn	Vừa phải	Cao hơn	Chi phí thay đổi tùy theo điều kiện thị trường
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Cao	440C có thể ít có sẵn hơn 304 và 316

Khi lựa chọn thép không gỉ 440C, cần cân nhắc đến các đặc tính cơ học, khả năng chống ăn mòn và các yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Mặc dù có độ cứng vượt trội, nhưng có thể không phải là lựa chọn tốt nhất cho các môi trường có nguy cơ ăn mòn cao hoặc cho các ứng dụng đòi hỏi phải hàn hoặc tạo hình nhiều. Chi phí và tính khả dụng cũng có thể ảnh hưởng đến quyết định, vì các lựa chọn thay thế như AISI 304 và 316 có thể mang lại hiệu suất tổng thể tốt hơn trong một số trường hợp nhất định.

Tóm lại, thép không gỉ 440C là vật liệu đa năng với các đặc tính độc đáo giúp nó phù hợp với nhiều ứng dụng, đặc biệt là khi độ cứng và khả năng chống mài mòn là tối quan trọng. Tuy nhiên, những hạn chế về khả năng hàn và khả năng tạo hình của nó phải được cân nhắc cẩn thận trong quá trình lựa chọn.