Thép không gỉ Nitronic 50: Tính chất và ứng dụng chính

Thép không gỉ Nitronic 50, còn được gọi là XM-19, là thép không gỉ austenit hiệu suất cao được công nhận vì độ bền và khả năng chống ăn mòn đặc biệt. Được phân loại là thép không gỉ austenit, Nitronic 50 chủ yếu được hợp kim hóa với một lượng đáng kể crom, niken và mangan, góp phần tạo nên các đặc tính độc đáo của nó. Loại thép này đặc biệt đáng chú ý vì độ bền kéo cao và khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở tuyệt vời, khiến nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi khắt khe trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Tổng quan toàn diện

Nitronic 50 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. Các thành phần hợp kim chính bao gồm:

• Crom (Cr) : Tăng khả năng chống ăn mòn và góp phần hình thành lớp oxit bảo vệ.
• Niken (Ni) : Cải thiện độ dẻo dai và độ dai, đồng thời ổn định cấu trúc austenit.
• Mangan (Mn) : Tăng cường độ bền và khả năng chống oxy hóa.

Sự kết hợp của các nguyên tố này tạo ra một loại thép có các tính chất cơ học vượt trội, bao gồm độ bền kéo và độ bền chảy cao, cùng với độ dẻo và độ bền tốt.

Ưu điểm (Pros) :
- Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, đặc biệt là chống lại hiện tượng rỗ do clorua gây ra.
- Độ bền cao, thích hợp cho các ứng dụng kết cấu.
- Khả năng hàn và tạo hình tốt, cho phép chế tạo đa dạng.

Hạn chế (Nhược điểm) :
- Chi phí cao hơn so với thép không gỉ thông thường.
- Có thể cần cân nhắc đặc biệt khi gia công do độ bền của nó.

Trong lịch sử, Nitronic 50 đã tìm được chỗ đứng trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, hàng hải và chế biến hóa chất, nơi các đặc tính độc đáo của nó có thể được tận dụng 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	S20910	Hoa Kỳ	Gần giống nhất với AISI 316 nhưng có độ bền cao hơn.
AISI/SAE	XM-19	Hoa Kỳ	Được biết đến với khả năng chống ăn mòn vượt trội so với 304 và 316.
Tiêu chuẩn ASTM	A240	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho tấm, lá và dải thép không gỉ crom và crom-niken.
VI	1.3964	Châu Âu	Tương đương với UNS S20910 với một số khác biệt nhỏ về thành phần.
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SUS316L	Nhật Bản	Khả năng chống ăn mòn tương tự nhưng độ bền thấp hơn.

Nitronic 50 thường được so sánh với các loại thép không gỉ khác như AISI 316 và 304. Trong khi các loại thép này có khả năng chống ăn mòn tốt, Nitronic 50 có độ bền cao hơn và phù hợp hơn cho các ứng dụng chịu ứng suất cao.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Cr (Crom)	19.0 - 21.0
Ni (Niken)	9.0 - 12.0
Mn (Mangan)	5.0 - 7.0
N (Nitơ)	0,10 - 0,20
Mo (Molipden)	0,0 - 0,5
C (Cacbon)	0,0 - 0,03
Si (Silic)	0,0 - 1,0
P (Phốt pho)	0,0 - 0,045
S (Lưu huỳnh)	0,0 - 0,03

Vai trò của các nguyên tố hợp kim chính:
- Crom : Có khả năng chống ăn mòn và tăng khả năng chịu oxy hóa của thép.
- Niken : Cải thiện độ dẻo dai và độ dai, cần thiết cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao.
- Mangan : Góp phần tạo nên độ bền của thép và giúp ổn định cấu trúc austenit.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	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	620 - 750MPa	90 - 109 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Ủ	310 - 450MPa	45 - 65 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Ủ	40 - 50%	40 - 50%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell B)	Ủ	85 - 95 HRB	85 - 95 HRB	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động (Charpy)	-20°C	40 tháng	30 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp giữa độ bền kéo và độ bền chảy cao làm cho Nitronic 50 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tính toàn vẹn của cấu trúc khi chịu tải. Tỷ lệ giãn dài của nó cho thấy độ dẻo tốt, cho phép biến dạng 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	7,9g/cm³	0,285 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1400 - 1450 °C	2550 - 2640 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	25 W/m·K	17,3 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	20 - 100 °C	16,5 x 10⁻⁶/K	9,2 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 mà việc quản lý nhiệt là cần thiết. Điểm nóng chảy tương đối cao cho thấy hiệu suất tốt ở nhiệt độ cao.

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	Chống rỗ.
Axit sunfuric	10%	20°C / 68°F	Tốt	Nguy cơ ăn mòn cục bộ.
Axit clohydric	5%	25°C / 77°F	Hội chợ	Không khuyến khích sử dụng ở nồng độ cao.
Nước biển	-	-	Xuất sắc	Lý tưởng cho các ứng dụng hàng hải.

Nitronic 50 có khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở tuyệt vời, đặc biệt là trong môi trường clorua, khiến nó phù hợp cho các ứng dụng hàng hải. Tuy nhiên, nó có thể dễ bị ăn mòn cục bộ trong axit mạnh, điều này cần được xem xét trong thiết kế ứng dụng.

Khi so sánh với các loại thép như AISI 316, Nitronic 50 có khả năng chống rỗ và nứt do ăn mòn ứng suất vượt trội, đặc biệt là trong môi trường nước muối.

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	Có thể chịu được nhiệt độ cao trong thời gian ngắn.
Nhiệt độ đóng băng	1000 °C	1832 °F	Bắt đầu mất dần sức mạnh ở nhiệt độ cao hơn mức này.

Nitronic 50 vẫn duy trì được độ bền và khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao, phù hợp cho các ứng dụng trong môi trường nhiệt độ cao. Tuy nhiên, cần lưu ý tránh tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 800 °C, có thể dẫn đến đóng cặn và mất các đặc tính cơ học.

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	Thích hợp cho các phần mỏng.
MIG	ER308L	Argon + CO2	Phù hợp với các phần dày hơn.
SÚNG BẮN TỪ	E309L	-	Cần phải làm nóng trước đối với các phần dày hơn.

Nitronic 50 thường được coi là có khả năng hàn tốt. Tuy nhiên, có thể cần phải gia nhiệt trước đối với các phần dày hơn để tránh nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể tăng cường các đặc tính cơ học của mối hàn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Nitronic 50	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 50 có thể khó khăn do độ bền của nó. Nên sử dụng dụng cụ cacbua và tốc độ cắt chậm hơn để đạt được kết quả tối ưu.

Khả năng định hình

Nitronic 50 có khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện cả quá trình định hình nguội và nóng. Tuy nhiên, do độ bền cao nên phải cẩn thận để tránh làm cứng khi gia công trong quá trình định hình nguội. Nên tuân thủ bán kính uốn cong được khuyến nghị 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 - 1120 °C / 1900 - 2050 °F	30 phút	Không khí hoặc Nước	Hòa tan cacbua, tăng khả năng chống ăn mòn.
Giảm căng thẳng	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 giờ	Không khí	Giảm ứng suất dư.

Trong quá trình xử lý nhiệt, Nitronic 50 trải qua các biến đổi luyện kim giúp tăng cường cấu trúc vi mô và tính chất của nó. Ủ dung dịch, nói riêng, rất quan trọng để tối đa hóa khả năng chống ăn mòn và hiệu suất cơ học.

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 không vũ trụ	Linh kiện máy bay	Độ bền cao, chống ăn mòn	Quan trọng đối với sự an toàn và hiệu suất.
Hàng hải	Đóng tàu	Khả năng chống nước biển tuyệt vời	Cần thiết cho tuổi thọ và độ bền.
Xử lý hóa học	Các thành phần của bơm và van	Khả năng chống lại các hóa chất mạnh	Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường khắc nghiệt.
Dầu khí	Nền tảng ngoài khơi	Độ bền cao và khả năng chống ăn mòn	Cần thiết cho tính toàn vẹn của cấu trúc.

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Thiết bị y tế
- Thiết bị chế biến thực phẩm
- Ứng dụng kiến ​​trúc

Nitronic 50 được lựa chọn cho các ứng dụng này vì sự kết hợp độc đáo giữa độ bền và khả năng chống ăn mòn, yếu tố quan trọng trong các môi trường không thể tránh khỏi nguy cơ hỏng hóc.

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

Tính năng/Thuộc tính	Nitronic 50	AISI 316	Thép không gỉ Duplex	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 50 có độ bền vượt trội.
Góc nhìn ăn mòn chính	Xuất sắc	Tốt	Xuất sắc	Nitronic 50 hoạt động tốt trong môi trường clorua.
Khả năng hàn	Tốt	Tốt	Vừa phải	Có thể hàn được tất cả các loại thép, nhưng Nitronic 50 có thể cần phải gia nhiệt trước.
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Vừa phải	Nitronic 50 khó gia công hơn AISI 316.
Khả năng định hình	Tốt	Tốt	Vừa phải	Tất cả các loại thép đều có thể định hình được, nhưng Nitronic 50 cần được cẩn thận để tránh bị cứng khi gia công.
Chi phí tương đối xấp xỉ	Cao hơn	Vừa phải	Cao hơn	Những cân nhắc về chi phí có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn.
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Vừa phải	AISI 316 được sử dụng phổ biến hơn.

Khi lựa chọn Nitronic 50, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Các đặc tính độc đáo của nó làm cho nó phù hợp với các ứng dụng thích hợp, nơi hiệu suất là yếu tố quan trọng, mặc dù chi phí cao hơn so với các loại thép không gỉ thông thường hơn.

Tóm lại, thép không gỉ Nitronic 50 (XM-19) là vật liệu hiệu suất cao, hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt, trở thành lựa chọn ưu tiên trong các ngành công nghiệp đòi hỏi độ bền và khả năng chống ăn mòn tối ưu.