Thép 8620H: Tính chất và ứng dụng chính

Thép 8620H là thép hợp kim cacbon trung bình chủ yếu được phân loại là thép hợp kim thấp. Thép này được biết đến với khả năng làm cứng, độ bền và độ dẻo dai tuyệt vời, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép 8620H bao gồm crom (Cr), molypden (Mo) và niken (Ni), giúp tăng cường các tính chất cơ học và khả năng chống mài mòn và mỏi.

Tổng quan toàn diện

Thép 8620H có đặc điểm là thành phần cân bằng, thường bao gồm khoảng 0,18-0,23% cacbon, 0,70-0,90% mangan, 0,40-0,60% crom, 0,15-0,25% molypden và 1,00-1,50% niken. Sự kết hợp các nguyên tố này góp phần tạo nên độ bền kéo cao, độ dẻo tốt và độ dai tuyệt vời, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ bền cao.

Thuận lợi:
- Độ bền và độ dẻo dai cao: 8620H thể hiện các tính chất cơ học tuyệt vời, phù hợp cho các ứng dụng hạng nặng.
- Khả năng làm cứng tốt: Các nguyên tố hợp kim có khả năng làm cứng tốt, cho phép thực hiện các quy trình xử lý nhiệt hiệu quả.
- Tính linh hoạt: Có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm bánh răng, trục và các bộ phận khác đòi hỏi độ bền cao.

Hạn chế:
- Mối quan ngại về khả năng hàn: Mặc dù có thể hàn, nhưng phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa đặc biệt để tránh nứt.
- Chi phí: Các thành phần hợp kim có thể làm cho thép đắt hơn so với thép chất lượng thấp.
- Khả năng chống ăn mòn: Thép không có khả năng chống ăn mòn như thép không gỉ, điều này có thể hạn chế việc sử dụng trong một số môi trường nhất định.

Theo truyền thống, 8620H đã được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ, nơi các đặc tính của nó rất quan trọng đối với hiệu suất và sự an toàn. Vị thế thị trường của nó rất mạnh, đặc biệt là trong các lĩnh vực đòi hỏi vật liệu 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	G86200	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 8620
AISI/SAE	8620	Hoa Kỳ	Tên gọi thường dùng
Tiêu chuẩn ASTM	A29/A29M	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn chung cho thép hợp kim
VI	1.6523	Châu Âu	Sự khác biệt nhỏ về thành phần
ĐẠI HỌC	20CrMo	Đức	Tính chất tương tự, nhưng các nguyên tố hợp kim khác nhau
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SCM420	Nhật Bản	Có thể so sánh được, nhưng có tính chất cơ học khác nhau

Sự khác biệt giữa các cấp độ tương đương này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất, đặc biệt là về khả năng tôi và độ dẻo dai. Ví dụ, trong khi cả AISI 8620 và UNS G86200 đều tương tự nhau, thì loại sau có thể có giới hạn thành phần chặt chẽ hơn có thể ảnh hưởng đến các đặc tính cơ học của nó.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,18 - 0,23
Mn (Mangan)	0,70 - 0,90
Cr (Crom)	0,40 - 0,60
Mo (Molipden)	0,15 - 0,25
Ni (Niken)	1,00 - 1,50
Si (Silic)	0,15 - 0,40
P (Phốt pho)	≤ 0,035
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,040

Vai trò chính của các nguyên tố hợp kim quan trọng trong thép 8620H bao gồm:
- Crom: Tăng khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn.
- Molypden: Tăng cường độ bền ở nhiệt độ cao và tăng độ dẻo dai.
- Niken: Tăng độ dẻo dai và cải thiện khả năng chịu va đập của thép.

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	Làm nguội & tôi luyện	850 - 1000MPa	123 - 145 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Làm nguội & tôi luyện	650 - 850MPa	94 - 123 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Làm nguội & tôi luyện	15-20%	15-20%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Giảm Diện Tích	Làm nguội & tôi luyện	50-60%	50-60%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell C)	Làm nguội & tôi luyện	28 - 34HRC	28 - 34HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động (Charpy)	Nhiệt độ phòng	40 - 60J	30 - 44 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các tính chất cơ học này làm cho thép 8620H đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến tải trọng động và tính toàn vẹn của cấu trúc, chẳng hạn như trong sản xuất bánh răng và trục. Độ bền kéo và độ bền chảy cao, cùng với độ dẻo tốt, cho phép thép hoạt động tốt dưới ứng suất.

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	7,85g/cm³	0,284 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	45 W/m·K	31 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	0,46 kJ/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,00065 Ω·m	0,00038 Ω·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	Nhiệt độ phòng	11,5 x 10⁻⁶ /K	6,4 x 10⁻⁶ /°F

Ý nghĩa thực tiễn của các tính chất vật lý của 8620H bao gồm:
- Mật độ: Cung cấp thông tin chi tiết về các cân nhắc về trọng lượng cho các ứng dụng kết cấu.
- Độ dẫn nhiệt: Quan trọng đối với các ứng dụng đòi hỏi khả năng tản nhiệt cao.
- Điểm nóng chảy: Chỉ ra sự phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	Thay đổi	Môi trường xung quanh	Hội chợ	Nguy cơ rỗ
Axit sunfuric	10%	25 °C / 77 °F	Nghèo	Không khuyến khích
Natri Hydroxit	5%	25 °C / 77 °F	Hội chợ	Dễ bị SCC
Khí quyển	-	Môi trường xung quanh	Tốt	Sức đề kháng vừa phải

Thép 8620H có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong điều kiện khí quyển. Tuy nhiên, thép này dễ bị rỗ trong môi trường clorua và không nên sử dụng trong điều kiện axit hoặc kiềm cao. So với thép không gỉ như 304 hoặc 316, có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, thép 8620H ít phù hợp hơn cho các ứng dụng tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt.

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 tiếp xúc kéo dài
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	500 °C	932 °F	Tiếp xúc ngắn hạn
Nhiệt độ đóng băng	600 °C	1112 °F	Nguy cơ oxy hóa vượt quá nhiệt độ này
Bắt đầu xem xét về sức bền kéo dài	300 °C	572 °F	Quan trọng cho các ứng dụng nhiệt độ cao

Ở nhiệt độ cao, thép 8620H vẫn giữ được độ bền và độ dẻo dai, nhưng quá trình oxy hóa có thể trở thành mối lo ngại. Nó phù hợp cho các ứng dụng mà nhiệt độ không vượt quá giới hạn sử dụng tối đa của nó, khiến nó trở nên lý tưởng cho các thành phần trong động cơ và máy móc.

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
MIG	ER70S-6	Argon + CO2	Nên làm nóng trước
TIG	ER80S-Ni	Khí Argon	Xử lý nhiệt sau khi hàn
Dán	E7018	-	Yêu cầu làm nóng trước

Thép 8620H có thể được hàn bằng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng thường cần phải gia nhiệt trước để giảm thiểu nguy cơ nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn cũng được khuyến nghị để giảm ứng suất và cải thiện độ dẻo dai.

Khả năng gia công

Thông số gia công	[Thép 8620H]	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	60%	100%	Khả năng gia công vừa phải
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30-50 m/phút	80-100 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Khả năng gia công của 8620H ở mức trung bình; nó đòi hỏi phải lựa chọn cẩn thận dụng cụ và tốc độ cắt. Dụng cụ cacbua được khuyến nghị để có hiệu suất tối ưu.

Khả năng định hình

Thép 8620H có khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện cả quá trình định hình nguội và nóng. Tuy nhiên, điều cần thiết là phải xem xét hiệu ứng làm cứng khi gia công nguội, có thể làm tăng độ bền của vật liệu nhưng cũng có thể dẫn đến nứt nếu không được quản lý đúng cách.

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	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1 - 2 giờ	Không khí hoặc lò sưởi	Làm mềm, cải thiện độ dẻo
Làm nguội	800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F	30 phút	Dầu hoặc Nước	Làm cứng, tăng cường độ
Làm nguội	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 giờ	Không khí	Cải thiện độ bền

Trong quá trình xử lý nhiệt, 8620H trải qua những biến đổi luyện kim đáng kể. Làm nguội làm tăng độ cứng, trong khi tôi luyện làm giảm độ giòn, tạo ra sự kết hợp cân bằng giữa độ bền và 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)
Ô tô	Bánh răng	Độ bền cao, độ dẻo dai	Quan trọng đối với hiệu suất
Hàng không vũ trụ	Trục	Độ cứng tốt, chống mỏi	An toàn và độ tin cậy
Máy móc	Trục khuỷu	Độ bền tuyệt vời, chống mài mòn	Độ bền dưới áp lực

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Linh kiện ngành dầu khí
- Linh kiện máy móc hạng nặng
- Các thành phần kết cấu trong xây dựng

Thép 8620H được lựa chọn cho các ứng dụng này vì khả năng chịu được ứng suất và độ mỏi cao, rất lý tưởng cho các thành phần quan trọng.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép 8620H	Tiêu chuẩn AISI 4140	Tiêu chuẩn AISI 4340	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Sức mạnh vừa phải	Độ bền cao	8620H có độ bền tốt so với độ cứng cao hơn của 4140
Góc nhìn ăn mòn chính	Hội chợ	Nghèo	Hội chợ	8620H tốt hơn cho môi trường trung bình
Khả năng hàn	Vừa phải	Tốt	Hội chợ	8620H cần phải làm nóng trước
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Hội chợ	8620H có khả năng gia công kém hơn 4140
Khả năng định hình	Tốt	Hội chợ	Nghèo	8620H dễ hình thành hơn
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Vừa phải	Cao hơn	8620H có giá thành hợp lý với các đặc tính của nó
Khả năng cung cấp điển hình	Tốt	Tốt	Vừa phải	8620H có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn thép 8620H, cần cân nhắc đến tính hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và tính phù hợp cho các ứng dụng cụ thể. Khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn vừa phải của thép 8620H khiến thép này trở thành lựa chọn đa năng, trong khi các đặc tính cơ học của thép đảm bảo độ tin cậy trong các môi trường khắc nghiệt.

Tóm lại, thép 8620H là vật liệu bền chắc, cân bằng giữa độ bền, độ dẻo dai và tính linh hoạt, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên trong nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau. Các đặc tính và đặc tính hiệu suất độc đáo của nó cần được đánh giá cẩn thận theo yêu cầu của dự án để đảm bảo lựa chọn vật liệu tối ưu.