Thép N690: Tổng quan về tính chất và ứng dụng chính

Thép N690, còn được gọi là Bohler N690, là thép không gỉ hiệu suất cao thuộc loại thép không gỉ martensitic. Loại thép này chủ yếu được hợp kim với crom, molypden và vanadi, giúp tăng đáng kể độ cứng, khả năng chống ăn mòn và các đặc tính cơ học tổng thể. N690 đặc biệt được biết đến với khả năng giữ lưỡi và chống mài mòn tuyệt vời, khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến trong sản xuất dao và dụng cụ cắt chất lượng cao.

Tổng quan toàn diện

Thép N690 được phân loại là thép không gỉ martensitic, được đặc trưng bởi hàm lượng cacbon cao và khả năng được làm cứng thông qua xử lý nhiệt. Các nguyên tố hợp kim chính trong N690 bao gồm:

• Crom (Cr) : Thường chiếm khoảng 17%, có khả năng chống ăn mòn và góp phần tạo nên độ cứng của thép.
• Molypden (Mo) : Khoảng 1,1%, tăng khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở.
• Vanadi (V) : Khoảng 0,2%, giúp cải thiện khả năng chống mài mòn và góp phần tạo nên cấu trúc hạt mịn.

Sự kết hợp của các nguyên tố này tạo ra một loại thép có độ cứng đáng chú ý, thường đạt độ cứng Rockwell là 58-60 HRC sau khi xử lý nhiệt đúng cách.

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm (Pros)	Hạn chế (Nhược điểm)
Giữ cạnh tuyệt vời và chống mài mòn	Khó gia công hơn so với thép hợp kim thấp hơn
Khả năng chống ăn mòn tốt, phù hợp với nhiều môi trường khác nhau	Có thể dễ bị giòn nếu không được xử lý nhiệt đúng cách
Độ cứng và độ bền cao, lý tưởng cho các công cụ cắt	Cần xử lý cẩn thận để tránh bị sứt mẻ hoặc nứt
Giữ được độ sắc bén tốt, làm cho nó trở nên phổ biến trong các ứng dụng làm dao	Độ dẻo hạn chế so với thép không gỉ austenit

Thép N690 đã tạo nên một chỗ đứng trên thị trường, đặc biệt là trong ngành sản xuất dao, nơi các đặc tính của nó được đánh giá cao. Ý nghĩa lịch sử của nó gắn liền với sự phát triển của Bohler, một công ty nổi tiếng về sản xuất thép công cụ chất lượng cao, đã đưa N690 trở thành chuẩn mực về hiệu suất trong nhiều ứng dụng 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	S69030	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với N690
AISI/SAE	440C	Hoa Kỳ	Sự khác biệt nhỏ về thành phần; 440C có hàm lượng carbon cao hơn
Tiêu chuẩn ASTM	A276	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn chung cho thanh thép không gỉ
VI	1.4528	Châu Âu	Cấp độ tương đương theo tiêu chuẩn Châu Âu
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS440C	Nhật Bản	Tính chất tương tự nhưng phản ứng xử lý nhiệt khác nhau

Trong khi N690 thường được so sánh với 440C, điều quan trọng cần lưu ý là hàm lượng crom cao hơn trong N690 mang lại khả năng chống ăn mòn tốt hơn, trong khi 440C có thể có độ cứng cao hơn một chút do hàm lượng carbon của nó. Sự khác biệt này có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn thép cho các ứng dụng cụ thể, đặc biệt là trong các môi trường mà khả năng chống ăn mòn là rất quan trọng.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Cacbon (C)	0,90 - 1,00
Crom (Cr)	16.0 - 17.0
Molipđen (Mo)	1.0 - 1.2
Vanadi (V)	0,1 - 0,3
Mangan (Mn)	0,5 - 1,0
Silic (Si)	0,5 tối đa
Phốt pho (P)	0,03 tối đa
Lưu huỳnh (S)	0,03 tối đa

Vai trò chính của các nguyên tố hợp kim quan trọng trong thép N690 như sau:

• Crom : Tăng khả năng chống ăn mòn và độ cứng.
• Molypden : Cải thiện khả năng chống rỗ và tăng cường độ dẻo dai tổng thể.
• Vanadi : Góp phần tăng khả năng chống mài mòn và giúp tinh chỉnh cấu trúc hạt, cải thiện các tính chất cơ học.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	Nhiệt độ thử nghiệm	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	Nhiệt độ phòng	1000 - 1100MPa	145 - 160 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	800 - 900MPa	116 - 130 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	12-15%	12-15%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng	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	30 - 40J	22 - 30 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp giữa độ bền kéo và độ bền chảy cao, cùng với độ cứng tốt, làm cho thép N690 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tải trọng cơ học cao và tính toàn vẹn về mặt cấu trúc. Khả năng duy trì các đặc tính này trong nhiều điều kiện khác nhau là rất quan trọng đối với các công cụ và thành phần chịu mài mòn và va đập.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị mét - SI)	Giá trị (Đơn vị Anh)
Tỉ trọng	-	7,8g/cm³	0,282 lb/in³
Điểm nóng chảy/Phạm vi	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	20 °C	25 W/m·K	14,5 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	20 °C	500 J/kg·K	0,119 BTU/lb·°F
Điện trở suất	20 °C	0,75 μΩ·m	0,0013 Ω·trong

Ý nghĩa thực tế của các đặc tính vật lý của N690 được thể hiện rõ trong các ứng dụng của nó. Ví dụ, mật độ cao của nó góp phần tạo nên trọng lượng và sự cân bằng của dao, trong khi độ dẫn nhiệt của nó cho phép tản nhiệt hiệu quả trong quá trình cắt. Điểm nóng chảy cho thấy nó phù hợp với các ứng dụng nhiệt độ cao, mặc dù phải cẩn thận để tránh quá nhiệt trong quá trình xử lý.

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 (Lưu huỳnh)	10-30	20-40 °C / 68-104 °F	Hội chợ	Dễ bị SCC
Dung dịch kiềm	5-20	20-60 °C / 68-140 °F	Tốt	Sức đề kháng hạn chế
Điều kiện khí quyển	-	-	Xuất sắc	Tốt cho các ứng dụng ngoài trời

Thép N690 có khả năng chống chịu tốt với nhiều môi trường ăn mòn khác nhau, đặc biệt là trong điều kiện khí quyển và clorua nhẹ. Tuy nhiên, nó dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường clorua cao, có thể là mối lo ngại đối với các ứng dụng hàng hải. So với các loại thép không gỉ khác như AISI 440C và 154CM, N690 có khả năng chống ăn mòn vượt trội do hàm lượng crom cao hơn, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền và tuổi thọ 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	300 °C	572 °F	Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	350 °C	662 °F	Có thể chịu được tiếp xúc trong thời gian ngắn với nhiệt độ cao hơn
Nhiệt độ đóng băng	600 °C	1112 °F	Bắt đầu mất các tính chất cơ học ở nhiệt độ cao hơn

Ở nhiệt độ cao, thép N690 duy trì các đặc tính cơ học của nó ở một giới hạn nhất định. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ cao có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và giảm độ cứng. Điều cần thiết là phải xem xét các yếu tố này khi lựa chọn N690 cho các ứng dụng liên quan đến nhiệt.

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	ER316L	Khí Argon	Nên làm nóng trước
MIG	ER308L	Argon + CO2	Khuyến cáo xử lý nhiệt sau khi hàn
Dán	E308-16	-	Kiểm soát cẩn thận lượng nhiệt đầu vào

Thép N690 có thể được hàn bằng nhiều quy trình khác nhau, nhưng cần kiểm soát cẩn thận lượng nhiệt đầu vào để tránh nứt. Thường khuyến nghị nên nung nóng trước và xử lý nhiệt sau khi hàn có thể giúp giảm ứng suất và cải thiện độ bền. Việc lựa chọn kim loại phụ là rất quan trọng để đảm bảo khả năng tương thích và duy trì khả năng chống ăn mòn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép N690	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	50%	100%	Khó gia công hơn do độ cứng
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30-40 m/phút	80-100 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Thép N690 gây ra những thách thức trong gia công do độ cứng của nó. Các điều kiện tối ưu bao gồm sử dụng dụng cụ cacbua và duy trì tốc độ cắt thấp hơn để tránh mài mòn dụng cụ. Làm mát và bôi trơn thích hợp là điều cần thiết để đạt được bề mặt hoàn thiện mong muốn.

Khả năng định hình

Thép N690 không được biết đến nhiều về khả năng định hình vì đây là loại thép cứng, có thể khó định hình. Có thể định hình nguội nhưng có thể dẫn đến quá trình tôi cứng khi làm việc, đòi hỏi phải kiểm soát cẩn thận bán kính uốn và quy trình định hình. Định hình nóng khả thi hơn nhưng phải theo dõi nhiệt độ để tránh làm ảnh hưởng đến các đặc tính của thép.

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
Làm nguội	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 phút	Dầu hoặc Nước	Tăng độ cứng
Làm nguội	200 - 600 °C / 392 - 1112 °F	1 giờ	Không khí	Giảm độ giòn, tăng độ dai

Quy trình xử lý nhiệt cho thép N690 bao gồm làm nguội và ram để đạt được độ cứng và độ dẻo mong muốn. Trong quá trình làm nguội, thép được làm nguội nhanh để khóa cấu trúc martensitic, trong khi ram giúp giảm ứng suất bên trong và cải thiện độ dẻo. Hiểu được những chuyển đổi này là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất của thép trong 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)
Sản xuất dao	Dao nhà bếp cao cấp	Giữ cạnh tuyệt vời, chống ăn mòn	Lý tưởng cho các ứng dụng ẩm thực
Làm công cụ	Dụng cụ cắt	Độ cứng cao, chống mài mòn	Cần thiết cho độ bền
Dụng cụ y tế	Dụng cụ phẫu thuật	Khả năng chống ăn mòn, độ bền	Yêu cầu về an toàn và vệ sinh
Hàng không vũ trụ	Các thành phần trong động cơ máy bay	Tỷ lệ sức bền trên trọng lượng cao, khả năng chịu nhiệt	Quan trọng đối với hiệu suất

Thép N690 được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp đòi hỏi vật liệu hiệu suất cao. Khả năng giữ cạnh tuyệt vời của nó khiến nó trở thành lựa chọn ưa thích của những người làm dao, trong khi độ bền và khả năng chống ăn mòn của nó rất quan trọng đối với các dụng cụ phẫu thuật và các thành phần 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 N690	440C	154CM	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ cứng cao	Độ cứng cao	Độ cứng vừa phải	N690 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn 440C
Góc nhìn ăn mòn chính	Tốt	Hội chợ	Tốt	N690 vượt trội trong môi trường clorua
Khả năng hàn	Vừa phải	Nghèo	Vừa phải	N690 đòi hỏi kỹ thuật hàn cẩn thận
Khả năng gia công	Thách thức	Vừa phải	Tốt	N690 khó gia công hơn 154CM
Khả năng định hình	Giới hạn	Vừa phải	Tốt	N690 ít định hình hơn 154CM
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Thấp	Vừa phải	N690 thường đắt hơn do có chứa các thành phần hợp kim
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Vừa phải	N690 có thể ít có sẵn hơn 440C

Khi lựa chọn thép N690, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Mặc dù có thể đắt hơn một số loại thép thay thế khác, nhưng các đặc tính vượt trội của nó thường biện minh cho khoản đầu tư, đặc biệt là trong các ứng dụng hiệu suất cao. Ngoài ra, các đặc tính từ tính của nó rất ít, khiến nó phù hợp với các ứng dụng mà nhiễu từ là mối quan tâm.

Tóm lại, thép N690 là vật liệu đa năng và hiệu suất cao, vượt trội trong nhiều ứng dụng khác nhau, đặc biệt là khi độ cứng, khả năng chống ăn mòn và giữ cạnh là yếu tố quan trọng. Hiểu được các đặc tính, ưu điểm và hạn chế của nó là điều cần thiết để đưa ra quyết định sáng suốt khi lựa chọn vật liệu.