Thép không gỉ 455: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ 455, còn được gọi là Custom 455, là một loại thép không gỉ martensitic được công nhận vì sự kết hợp độc đáo giữa độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và khả năng chế tạo tốt. Được phân loại chủ yếu là thép không gỉ martensitic, loại thép này có đặc điểm là hàm lượng crom và niken cao, góp phần tạo nên các đặc tính tổng thể của thép. Các nguyên tố hợp kim chính bao gồm crom (Cr), niken (Ni) và molypden (Mo), mỗi nguyên tố đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các đặc tính của thép.

Tổng quan toàn diện

Thép không gỉ 455 được thiết kế cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao và khả năng chống ăn mòn vừa phải. Thành phần của nó thường bao gồm khoảng 15-17% crom, 4-6% niken và 0,5-1,5% molypden, giúp tăng cường các tính chất cơ học và khả năng chống oxy hóa. Cấu trúc martensitic cho phép xử lý nhiệt, giúp vật liệu đạt được độ cứng và độ bền cao.

Đặc điểm chính:
- Độ bền cao: Có độ bền kéo và độ bền chảy tuyệt vời, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
- Khả năng chống ăn mòn: Có khả năng chống chịu tốt với nhiều môi trường ăn mòn khác nhau, mặc dù không cao bằng thép austenit.
- Khả năng chế tạo: Có thể dễ dàng gia công và hàn, mặc dù phải cẩn thận để tránh nứt trong quá trình hàn.

Thuận lợi:
- Tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao.
- Khả năng chống mài mòn tốt.
- Thích hợp cho xử lý nhiệt để tăng cường tính chất.

Hạn chế:
- Khả năng chống ăn mòn trung bình so với thép không gỉ austenit.
- Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất trong một số môi trường nhất định.

Theo truyền thống, Thép không gỉ 455 đã được sử dụng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ, ô tô và y tế do các đặc tính thuận lợi của nó. Vị thế thị trường của nó rất mạnh, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp mà vật liệu hiệu suất cao là điều cần thiết.

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	S45500	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 630
AISI/SAE	455	Hoa Kỳ	Thép không gỉ Martensitic
Tiêu chuẩn ASTM	A313	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho dây
VI	1.4542	Châu Âu	Tính chất tương tự như AISI 630
Tiêu chuẩn Nhật Bản	Thép không gỉ 630	Nhật Bản	Sự khác biệt nhỏ về thành phần

Bảng trên nêu bật các tiêu chuẩn và ký hiệu khác nhau liên quan đến Thép không gỉ 455. Đáng chú ý là, trong khi các cấp như AISI 630 và EN 1.4542 thường được coi là tương đương, chúng có thể biểu hiện sự khác biệt tinh tế về thành phần có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, hàm lượng niken trong AISI 630 thấp hơn một chút, điều này có thể ảnh hưởng đến độ bền và khả năng chống ăn mòn của nó.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Cr (Crom)	15.0 - 17.0
Ni (Niken)	4.0 - 6.0
Mo (Molipden)	0,5 - 1,5
C (Cacbon)	0,05 - 0,15
Mn (Mangan)	0,5 - 1,0
Si (Silic)	0,5 - 1,0
P (Phốt pho)	≤ 0,04
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,03

Các nguyên tố hợp kim chính trong thép không gỉ 455 có vai trò riêng biệt:
- Crom: Tăng khả năng chống ăn mòn và góp phần hình thành lớp oxit bảo vệ.
- Niken: Cải thiện độ dẻo dai và độ dai, cho phép hoạt động tốt hơn dưới ứng suất.
- Molypden: Tăng khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở, đặc biệt là trong môi trường clorua.

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	860 - 1030MPa	125 - 150 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	Nhiệt độ phòng	620 - 800MPa	90 - 116 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	Ủ	-40°C	30 tháng	22 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Tính chất cơ học của thép không gỉ 455 làm cho nó đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến tải trọng cơ học cao. Độ bền kéo và độ bền chảy cao cho phép nó chịu được ứng suất đáng kể, trong khi độ giãn dài và độ bền va đập đảm bảo rằng nó có thể hấp thụ năng lượng mà không bị gãy.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	7,75g/cm³	0,28 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1450 - 1500 °C	2642 - 2732 °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

Các tính chất vật lý của thép không gỉ 455, chẳng hạn như mật độ và điểm nóng chảy, rất quan trọng đối với các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất nhiệt độ cao. Độ dẫn nhiệt của nó ở mức trung bình, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng cần tản nhiệt nhưng không quan trọng.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	3-10	20-60	Hội chợ	Nguy cơ ăn mòn rỗ
Axit sunfuric	10-30	20-40	Nghèo	Không khuyến khích
Axit axetic	5-20	20-60	Tốt	Sức đề kháng vừa phải
Nước biển	-	20-30	Hội chợ	Nguy cơ ăn mòn khe hở

Thép không gỉ 455 có khả năng chống chịu tốt với nhiều môi trường ăn mòn khác nhau, đặc biệt là trong điều kiện vừa phải. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường giàu clorua, đây là một cân nhắc quan trọng đối với các ứng dụng ở vùng biển hoặc ven biển. So với các loại thép không gỉ austenit như thép không gỉ 316, có khả năng chống ăn mòn vượt trội, 455 ít được ưa chuộng hơn trong 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	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	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ thang đo	800 °C	1472 °F	Nguy cơ oxy hóa ở nhiệt độ cao
Cân nhắc về sức bền biến dạng	500 °C	932 °F	Khả năng chống biến dạng giảm ở nhiệt độ cao hơn

Thép không gỉ 455 vẫn giữ được độ bền và độ cứng ở nhiệt độ cao, phù hợp với các ứng dụng liên quan đến tiếp xúc với nhiệt. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 600 °C có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và đóng cặn, có thể làm giảm tính toàn vẹn của cấu trúc.

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	ER455	Khí Argon	Nên làm nóng trước
MIG	ER308L	Argon/CO2	Khuyến cáo xử lý nhiệt sau khi hàn
SÚNG BẮN TỪ	E308L	-	Cần cẩn thận để tránh nứt

Thép không gỉ 455 có thể được hàn bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm hàn TIG và hàn MIG. Tuy nhiên, thường khuyến nghị nên gia nhiệt trước để giảm thiểu nguy cơ nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể tăng cường thêm các đặc tính cơ học của mối hàn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép không gỉ 455	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	60-80 m/phút	Sử dụng chất làm mát để tránh quá nhiệt

Khả năng gia công của thép không gỉ 455 ở mức trung bình, đòi hỏi phải lựa chọn cẩn thận các công cụ cắt và tốc độ. Nên sử dụng các công cụ thép tốc độ cao hoặc cacbua để đạt được kết quả tối ưu.

Khả năng định hình

Thép không gỉ 455 có khả năng định hình vừa phải, phù hợp với các quy trình định hình nguội và nóng. Tuy nhiên, do có độ bền cao nên bán kính uốn cong lớn hơn được khuyến nghị để tránh nứt trong quá trình định 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 hoặc nước	Làm mềm, cải thiện độ dẻo
Làm cứng	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 phút	Dầu hoặc không khí	Tăng độ cứng và sức mạnh
Làm nguội	500 - 600 °C / 932 - 1112 °F	1 giờ	Không khí	Giảm độ giòn, tăng độ dẻo dai

Các quy trình xử lý nhiệt cho thép không gỉ 455 ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô và tính chất của nó. Ủ làm mềm vật liệu, trong khi làm cứng làm tăng độ bền. Làm nguội là rất quan trọng để giảm độ giòn sau khi làm cứng.

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
Hàng không vũ trụ	Linh kiện máy bay	Độ bền cao, chống ăn mòn	Nhẹ và bền
Ô tô	Các bộ phận động cơ	Độ bền cao, khả năng gia công tốt	Hiệu suất và độ tin cậy
Thuộc về y học	Dụng cụ phẫu thuật	Chống ăn mòn, tương thích sinh học	An toàn và độ bền

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Linh kiện ngành dầu khí
- Thiết bị hàng hải
- Chốt và phụ kiện

Việc lựa chọn thép không gỉ 455 cho các ứng dụng hàng không vũ trụ và ô tô chủ yếu là do tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao, yếu tố cần thiết cho hiệu suất và hiệu quả.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép không gỉ 455	Thép không gỉ AISI 316	Thép không gỉ AISI 420	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời	Sức mạnh vừa phải	455 mạnh hơn nhưng khả năng chống ăn mòn kém hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Công bằng trong clorua	Tuyệt vời trong clorua	Nghèo clorua	455 phù hợp với môi trường vừa phải
Khả năng hàn	Vừa phải	Tốt	Hội chợ	455 cần được chăm sóc để tránh nứt
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Nghèo	455 cần dụng cụ tốc độ cao
Khả năng định hình	Vừa phải	Tốt	Hội chợ	455 có độ bền cao hơn, hạn chế khả năng tạo hình
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Cao hơn	Thấp hơn	Chi phí thay đổi tùy theo nhu cầu thị trường
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Vừa phải	455 ít phổ biến hơn 316

Khi lựa chọn Thép không gỉ 455, cần cân nhắc đến các đặc tính cơ học, khả năng chống ăn mòn và tính khả dụng của nó. Mặc dù có độ bền cao, nhưng nó có thể không phải là lựa chọn tốt nhất cho các môi trường có tính ăn mòn cao so với các loại thép austenit. Chi phí vừa phải và tính khả dụng của nó khiến nó trở thành lựa chọn khả thi cho nhiều ứng dụng khác nhau, đặc biệt là khi độ bền được ưu tiên hơn khả năng chống ăn mòn.

Tóm lại, Thép không gỉ 455 là vật liệu đa năng cân bằng giữa độ bền và khả năng chống ăn mòn, phù hợp với nhiều ứng dụng kỹ thuật. Các đặc tính và đặc điểm chế tạo độc đáo của nó mang lại những lợi thế đáng kể trong các môi trường khắc nghiệt, trong khi việc cân nhắc cẩn thận các hạn chế của nó là điều cần thiết để có hiệu suất tối ưu.