Thép M390 (Bohler PM Stainless): Tính chất và ứng dụng chính

Thép M390, còn được gọi là Bohler PM Stainless, là thép không gỉ hiệu suất cao thuộc loại thép không gỉ martensitic. Nó được phân loại là thép luyện kim bột, cho phép có cấu trúc vi mô mịn và các đặc tính được cải thiện. Các nguyên tố hợp kim chính trong M390 bao gồm crom (Cr), molypden (Mo), vanadi (V) và carbon (C), mỗi nguyên tố đều đóng góp đáng kể vào các đặc tính chung của nó.

Tổng quan toàn diện

Thép M390 nổi tiếng với khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn và giữ cạnh tuyệt vời, khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến trong sản xuất dao cao cấp và các ứng dụng gia công. Hàm lượng crom cao (khoảng 20%) mang lại khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, trong khi việc bổ sung molypden và vanadi làm tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn của nó. Cấu trúc vi mô mịn đạt được thông qua luyện kim bột dẫn đến sự phân bố đồng đều các cacbua, góp phần tạo nên các đặc tính cơ học vượt trội của nó.

Ưu điểm của thép M390:
- Giữ cạnh sắc tuyệt vời: M390 giữ được độ sắc bén lâu hơn nhiều loại thép khác, khiến nó trở nên lý tưởng để cắt dụng cụ và dao.
- Khả năng chống ăn mòn cao: Hàm lượng crom cao mang lại khả năng chống gỉ và ăn mòn tuyệt vời, thích hợp sử dụng trong môi trường ẩm ướt.
- Độ bền tốt: Mặc dù có độ cứng cao nhưng M390 vẫn có độ bền tốt, giúp giảm nguy cơ sứt mẻ hoặc vỡ trong quá trình sử dụng.

Hạn chế của thép M390:
- Khó mài: Độ cứng của M390 có thể khiến việc mài trở nên khó khăn hơn so với các loại thép mềm hơn.
- Chi phí cao hơn: Là loại thép cao cấp, M390 có xu hướng đắt hơn thép không gỉ tiêu chuẩn.
- Số lượng có hạn: Mặc dù ngày càng phổ biến, M390 có thể không được cung cấp rộng rãi như các loại phổ biến khác.

Theo truyền thống, M390 đã tìm được chỗ đứng trong thị trường hiệu suất cao, đặc biệt là trong các loại dao tùy chỉnh và các ứng dụng công nghiệp cao cấp, nơi các đặc tính độc đáo của nó có thể được phát huy tối đa.

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	S39000	Hoa Kỳ	Gần nhất tương đương với Bohler M390
AISI/SAE	-	Hoa Kỳ	Không được phân loại trực tiếp theo AISI/SAE
Tiêu chuẩn ASTM	A240	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ
VI	1.4116	Châu Âu	Tính chất tương tự, nhưng có thể khác nhau về thành phần
Tiêu chuẩn Nhật Bản	-	Nhật Bản	Không có sự tương đương trực tiếp, nhưng có những cấp độ tương tự

Các vật liệu tương đương gần nhất của M390, chẳng hạn như 1.4116, có thể có những khác biệt nhỏ về thành phần có thể ảnh hưởng đến hiệu suất, đặc biệt là khả năng giữ cạnh và khả năng chống ăn mòn. Điều cần thiết là phải xem xét những khác biệt này khi lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng cụ thể.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	1,90 - 2,10
Cr (Crom)	19.00 - 20.00
Mo (Molipden)	0,80 - 1,20
V (Vanadi)	0,10 - 0,50
Mn (Mangan)	0,30 - 0,50
Si (Silic)	0,20 - 0,50
P (Phốt pho)	≤ 0,03
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,03

Các nguyên tố hợp kim chính trong thép M390 đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các tính chất của nó:
- Crom (Cr): Có khả năng chống ăn mòn và góp phần hình thành bề mặt cứng, chống mài mòn.
- Molypden (Mo): Tăng độ cứng và cải thiện khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở.
- Vanadi (V): Tăng khả năng chống mài mòn và giúp tinh chỉnh cấu trúc hạt, góp phần tăng độ bền tổng thể.

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	2000 - 2200MPa	290 - 320 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Làm nguội & tôi luyện	1800 - 2000MPa	261 - 290 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Làm nguội & tôi luyện	6-8%	6-8%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng	Làm nguội & tôi luyện	58 - 62HRC	58 - 62HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	Làm nguội & tôi luyện	30 - 40 J ở -20°C	22 - 30 ft-lbf ở -4°F	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp giữa độ bền kéo và độ bền chảy cao, cùng với độ cứng tuyệt vời, làm cho thép M390 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tải trọng cơ học cao và tính toàn vẹn của cấu trúc. Độ bền của nó đảm bảo rằng nó có thể chịu được va đập mà không bị gãy, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các môi trường khắc nghiệt.

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	7,8g/cm³	0,282 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	25 W/m·K	17,3 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	500 J/kg·K	0,119 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,7 µΩ·m	0,7 µΩ·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	Nhiệt độ phòng	10,5 x 10⁻⁶ /K	5,8 x 10⁻⁶ /°F

Các đặc tính vật lý chính như mật độ và độ dẫn nhiệt rất quan trọng đối với các ứng dụng trong môi trường hiệu suất cao. Điểm nóng chảy cao cho thấy M390 có thể chịu được nhiệt độ cao mà không mất tính toàn vẹn về mặt cấu trúc, khiến nó phù hợp cho các ứng dụng trong các quy trình sử dụng nhiều nhiệt.

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°C (68-140°F)	Tốt	Nguy cơ ăn mòn rỗ
Axit	10-30%	20-80°C (68-176°F)	Hội chợ	Dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất
Dung dịch kiềm	5-20%	20-60°C (68-140°F)	Tốt	Nói chung là kháng cự
Khí quyển	-	-	Xuất sắc	Hoạt động tốt trong môi trường ẩm ướt

Thép M390 có khả năng chống ăn mòn trong khí quyển tuyệt vời và đặc biệt hiệu quả trong môi trường ẩm ướt. 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 khác như 440C và S30V, M390 có khả năng chống mài mòn và giữ cạnh vượt trội, mặc dù nó có thể không hoạt động tốt trong môi trường có tính axit 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	350 °C	662 °F	Thích hợp cho việc tiếp xúc kéo dài
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	400 °C	752 °F	Tiếp xúc trong thời gian ngắn mà không bị suy giảm đáng kể
Nhiệt độ đóng băng	600 °C	1112 °F	Nguy cơ oxy hóa ở nhiệt độ cao

Thép M390 duy trì các đặc tính cơ học 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 350 °C có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và đóng cặn, có thể làm giảm hiệu suất của thép.

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	ER308L	Khí Argon	Nên làm nóng trước
MIG	ER308L	Argon/CO2	Cần kiểm soát cẩn thận
Dán	E308L	-	Không khuyến khích cho các phần dày

Thép M390 có thể hàn được, nhưng phải cẩn thận để tránh nứt. Thường khuyến nghị nên nung nóng trước để giảm nguy cơ sốc nhiệt. Xử lý nhiệt sau khi hàn cũng có thể cần thiết để giảm ứng suất và phục hồi độ dẻo dai.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép M390	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	50%	100%	M390 khó gia công hơn
Tốc độ cắt điển hình	20-30 m/phút	50-70 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Thép M390 khó gia công hơn thép hợp kim thấp hơn do độ cứng của nó. Sử dụng dụng cụ cacbua và tốc độ cắt thích hợp có thể cải thiện khả năng gia công.

Khả năng định hình

Thép M390 có khả năng định hình hạn chế do độ cứng cao. Nhìn chung không nên định hình nguội, trong khi có thể định hình nóng một cách cẩn thận. Hiệu ứng làm cứng khi gia công có thể khiến việc uốn và định hình trở nên khó khăn, đòi hỏi các kỹ thuật chuyên biệt.

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 dầu	Giảm độ cứng, tăng độ dẻo dai
Làm cứng	1000 - 1100 °C (1832 - 2012 °F)	30-60 phút	Dầu hoặc không khí	Tăng độ cứng và sức mạnh
Làm nguội	200 - 600 °C (392 - 1112 °F)	1 giờ	Không khí	Giảm độ giòn, tăng độ dai

Các quy trình xử lý nhiệt cho thép M390 bao gồm austenit hóa tiếp theo là làm nguội và ram. Các quy trình này tạo ra cấu trúc vi mô mịn giúp tăng cường độ cứng và khả năng chống mài mòn trong khi vẫn duy trì 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)
Sản xuất dao	Dao nhà bếp cao cấp	Giữ cạnh tuyệt vời, chống ăn mòn	Lý tưởng cho các ứng dụng ẩm thực
Công cụ	Dụng cụ cắt chính xác	Độ cứng cao, chống mài mòn	Thích hợp cho gia công đòi hỏi khắt khe
Thiết bị y tế	Dụng cụ phẫu thuật	Chống ăn mòn, tương thích sinh học	Cần thiết cho vệ sinh và độ bền
Ô tô	Linh kiện hiệu suất cao	Độ bền, khả năng chống mỏi	Quan trọng đối với sự an toàn và độ tin cậy

Thép M390 được lựa chọn cho các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất và độ bền cao. Khả năng giữ cạnh đặc biệt của nó khiến nó trở thành lựa chọn ưa thích của những người làm dao, trong khi khả năng chống ăn mòn của nó rất quan trọng trong các ứng dụng y tế và ô tô.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép M390	Thép 440C	Thép S30V	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ cứng cao	Độ cứng vừa phải	Độ bền cao	M390 có khả năng chống mài mòn vượt trội
Góc nhìn ăn mòn chính	Xuất sắc	Tốt	Tốt	M390 hoạt động tốt trong môi trường ẩm ướt
Khả năng hàn	Vừa phải	Tốt	Vừa phải	M390 đòi hỏi kỹ thuật hàn cẩn thận
Khả năng gia công	Thách thức	Tốt	Vừa phải	M390 khó gia công hơn 440C
Khả năng định hình	Giới hạn	Tốt	Vừa phải	M390 ít có khả năng định hình hơn do độ cứng
Chi phí tương đối xấp xỉ	Cao	Vừa phải	Vừa phải	M390 là loại thép cao cấp có giá thành cao hơn
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Cao	M390 có thể không dễ dàng có sẵn

Khi lựa chọn thép M390 cho một ứng dụng cụ thể, điều cần thiết là phải xem xét các đặc tính cơ học, khả năng chống ăn mòn và các thách thức trong chế tạo. Mặc dù thép này có hiệu suất vượt trội trong nhiều lĩnh vực, nhưng chi phí cao hơn và tính khả dụng hạn chế có thể ảnh hưởng đến quá trình ra quyết định. Hiểu được sự đánh đổi giữa M390 và các loại thép thay thế như 440C và S30V có thể giúp đưa ra những lựa chọn sáng suốt phù hợp với nhu cầu kỹ thuật cụ thể.