Thép không gỉ Nitronic 40: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ Nitronic 40 (21-6-9) là thép không gỉ austenit được biết đến với độ bền, khả năng chống ăn mòn và tính linh hoạt vượt trội trong nhiều ứng dụng khác nhau. Được phân loại theo ký hiệu UNS S21900, thép này chủ yếu được hợp kim hóa với crom, niken và molypden, góp phần tạo nên các đặc tính độc đáo của thép. Việc bổ sung nitơ làm tăng độ bền và cải thiện khả năng chống ăn mòn rỗ và khe hở, giúp thép phù hợp với các môi trường khắc nghiệt.

Tổng quan toàn diện

Nitronic 40 được đặc trưng bởi độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, đặc biệt là trong môi trường biển và hóa chất. Thành phần của nó thường bao gồm khoảng 21% crom, 6% niken và 9% molypden, cùng với nitơ, giúp tăng cường đáng kể các tính chất cơ học của nó. Loại thép này thường được sử dụng trong các ứng dụng mà cả độ bền và khả năng chống ăn mòn đều quan trọng.

Thuận lợi:
- Độ bền cao: Nitronic 40 có độ bền kéo vượt trội so với thép không gỉ tiêu chuẩn, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng kết cấu.
- Khả năng chống ăn mòn: Có khả năng chống chịu tuyệt vời với nhiều môi trường ăn mòn, bao gồm nước biển và môi trường axit.
- Tính linh hoạt: Loại thép này có thể được sử dụng ở nhiều dạng khác nhau, bao gồm dạng tấm, dạng đĩa và dạng thanh, cho phép ứng dụng đa dạng.

Hạn chế:
- Chi phí: Các thành phần hợp kim có thể làm cho Nitronic 40 đắt hơn thép không gỉ tiêu chuẩn.
- Khả năng hàn: Mặc dù có thể hàn được nhưng phải đặc biệt cẩn thận để tránh các vấn đề như nứt nóng.

Trong lịch sử, Nitronic 40 đã tìm được chỗ đứng trong các ngành công nghiệp như hàng hải, chế biến hóa chất và hàng không vũ trụ, nơi các đặc tính độc đáo của nó được tận dụng cho các ứng dụng 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	S21900	Hoa Kỳ	Tên gọi chính của Nitronic 40
AISI/SAE	21-6-9	Hoa Kỳ	Tên gọi thường dùng
Tiêu chuẩn ASTM	A240/A240M	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm thép không gỉ
VI	1.3964	Châu Âu	Tên gọi tương đương ở Châu Âu
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS329J1	Nhật Bản	Tương đương gần nhất với sự khác biệt nhỏ về thành phần

Sự khác biệt giữa các cấp độ tương đương này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất, đặc biệt là trong các môi trường ăn mòn cụ thể hoặc điều kiện tải cơ học. Ví dụ, trong khi SUS 329J1 có khả năng chống ăn mòn tương tự, nhưng nó có thể không phù hợp với các đặc tính về độ bền của Nitronic 40.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Cr (Crom)	20.0 - 22.0
Ni (Niken)	5.0 - 7.0
Mo (Molipden)	8.0 - 10.0
N (Nitơ)	0,1 - 0,3
Fe (Sắt)	Sự cân bằng

Các nguyên tố hợp kim chính trong Nitronic 40 đóng vai trò quan trọng:
- Crom: Tăng khả năng chống ăn mòn và góp phần hình thành lớp oxit thụ động.
- Niken: Cải thiện độ dẻo dai, độ dai, đặc biệt ở nhiệt độ thấp.
- Molypden: Tăng khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở, đặc biệt là trong môi trường clorua.
- Nitơ: Tăng cường độ bền và cải thiện khả năng chống nứt do ăn mòn ứng suất.

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	620 - 750MPa	90 - 110 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	Nhiệt độ phòng	310 - 450MPa	45 - 65 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	Nhiệt độ phòng	40% - 50%	40% - 50%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell B)	Ủ	Nhiệt độ phòng	85 - 95 HB	85 - 95 HB	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	Charpy (20°C)	20°C	40 - 60J	30 - 45 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các tính chất cơ học này làm cho Nitronic 40 phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai cao, chẳng hạn như trong các thành phần kết cấu và môi trường biển.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	7,9g/cm³	0,285 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1400 - 1450 °C	2550 - 2642 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	16 W/m·K	92 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

Các tính chất vật lý quan trọng như mật độ và độ dẫn nhiệt có ý nghĩa quan trọng đối với các ứng dụng đòi hỏi trọng lượng và khả năng truyền nhiệt, chẳng hạn như trong ngành hàng không vũ trụ và ô tô.

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	Xuất sắc	Nguy cơ rỗ
Axit sunfuric	10%	20°C / 68°F	Tốt	Sức đề kháng công bằng
Axit clohydric	5%	25°C / 77°F	Hội chợ	Dễ bị SCC
Nước biển	-	Môi trường xung quanh	Xuất sắc	Có sức đề kháng cao

Nitronic 40 có khả năng chống chịu đặc biệt với nhiều môi trường ăn mòn khác nhau, đặc biệt là trong các ứng dụng hàng hải. Khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở của nó khiến nó phù hợp để sử dụng trong môi trường nước biển và giàu clorua. Tuy nhiên, nó có thể dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất (SCC) trong một số điều kiện axit, đặc biệt là khi có clorua.

Khi so sánh với các loại thép không gỉ khác như 316L và 904L, Nitronic 40 thường vượt trội hơn về độ bền và khả năng chống rỗ, mặc dù 904L có thể có khả năng chống chịu tốt hơn 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	800 °C	1472 °F	Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	900 °C	1652 °F	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ đóng băng	1000 °C	1832 °F	Nguy cơ oxy hóa vượt quá giới hạn này

Nitronic 40 vẫn duy trì được độ bền và khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao, do đó phù hợp để sử dụng trong môi trường có nhiệt độ cao. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 800 °C có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và đóng cặn, có thể làm giảm tính toàn vẹn của nó.

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	ER309L	Khí Argon	Kết quả tốt với kỹ thuật phù hợp
MIG	ER308L	Argon + 2% CO2	Thích hợp cho các phần mỏng
SÚNG BẮN TỪ	E309L	-	Yêu cầu làm nóng trước cho các phần dày

Nitronic 40 có thể được hàn bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm TIG và MIG. Điều cần thiết là phải sử dụng kim loại phụ thích hợp để đảm bảo khả năng tương thích và tránh các khuyết tật như nứt nóng. Có thể cần phải làm nóng trước đối với các phần dày hơn để giảm thiểu nguy cơ nứt.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Nitronic 40	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 (Tiện)	30 m/phút	60 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Gia công Nitronic 40 có thể là một thách thức do đặc tính làm cứng của nó. Nên sử dụng dụng cụ cacbua và tốc độ cắt thấp hơn để đạt được kết quả tối ưu.

Khả năng định hình

Nitronic 40 thể hiện khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện các quy trình gia công nguội và nóng. Tuy nhiên, điều cần thiết là phải xem xét hành vi làm cứng của nó, có thể đòi hỏi phải kiểm soát cẩn thận bán kính uốn và kỹ thuật tạo hình để tránh nứt.

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
Dung dịch ủ	1040 - 1150 °C / 1900 - 2100 °F	30 phút	Không khí hoặc Nước	Sự hòa tan của cacbua, cải thiện độ dẻo
Giảm căng thẳng	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 giờ	Không khí	Giảm ứng suất dư

Các quy trình xử lý nhiệt như ủ dung dịch làm tăng cấu trúc vi mô của Nitronic 40, cải thiện độ dẻo và độ bền của nó. Các biến đổi luyện kim trong quá trình xử lý này có thể tác động đáng kể đến 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)
Hàng hải	Trục cánh quạt	Độ bền cao, chống ăn mòn	Tiếp xúc với nước biển
Xử lý hóa học	Linh kiện máy bơm	Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời	Xử lý hóa chất mạnh
Hàng không vũ trụ	Thành phần cấu trúc	Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao	Ứng dụng chịu tải quan trọng
Dầu khí	Các thành phần van	Khả năng chống rỗ và nứt do ăn mòn ứng suất	Điều kiện môi trường khắc nghiệt

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Chốt trong môi trường biển
- Bộ trao đổi nhiệt trong nhà máy hóa chất
- Linh kiện trong thiết bị chế biến thực phẩm

Nitronic 40 được lựa chọn cho các ứng dụng này vì sự kết hợp độc đáo giữa độ bền, khả năng chống ăn mòn và tính linh hoạt, khiến nó trở nên lý tưởng cho các môi trường khắc nghiệt.

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

Tính năng/Thuộc tính	Nitronic 40	316L	904L	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	Nitronic 40 cung cấp sức mạnh vượt trội
Góc nhìn ăn mòn chính	Xuất sắc	Tốt	Xuất sắc	Nitronic 40 có khả năng chống rỗ vượt trội
Khả năng hàn	Vừa phải	Tốt	Tốt	Cần phải cẩn thận để tránh nứt
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Vừa phải	Thách thức hơn 316L
Khả năng định hình	Tốt	Tốt	Tốt	Đặc điểm tạo hình tương tự
Chi phí tương đối xấp xỉ	Cao hơn	Vừa phải	Cao hơn	Chi phí có thể là một yếu tố trong việc lựa chọn
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Vừa phải	316L phổ biến hơn

Khi lựa chọn Nitronic 40, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu hiệu suất cụ thể. Mặc dù có thể đắt hơn thép không gỉ tiêu chuẩn, nhưng các đặc tính vượt trội của nó thường biện minh cho khoản đầu tư vào các ứng dụng quan trọng. Ngoài ra, các đặc tính từ tính của nó không đáng kể, khiến nó phù hợp với các ứng dụng cần giảm thiểu từ tính.

Tóm lại, Nitronic 40 (21-6-9) là loại thép không gỉ hiệu suất cao, có sự kết hợp độc đáo giữa độ bền, khả năng chống ăn mòn và tính linh hoạt, khiến nó trở thành lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.