Thép S390 (Bohler HSS): Tính chất và ứng dụng chính
Chia sẻ
Table Of Content
Table Of Content
Thép S390, còn được gọi là Bohler HSS, là loại thép tốc độ cao (HSS) nổi tiếng với độ cứng, khả năng chống mài mòn và khả năng duy trì hiệu suất cắt ở nhiệt độ cao. Được phân loại là thép công cụ, S390 chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống mài mòn và độ bền cao. Thành phần của thép bao gồm một lượng lớn vonfram, molypden và vanadi, góp phần tạo nên các đặc tính độc đáo của nó.
Tổng quan toàn diện
Thép S390 được phân loại là thép tốc độ cao, được thiết kế đặc biệt cho các công cụ cắt và các ứng dụng đòi hỏi độ cứng và khả năng chống mài mòn cao. Các nguyên tố hợp kim chính trong S390 bao gồm vonfram (W), molypden (Mo) và vanadi (V), giúp tăng cường độ cứng và độ dẻo dai của thép. Sự hiện diện của cacbon $C$ cũng rất quan trọng, vì nó tạo thành cacbua góp phần tạo nên độ cứng của thép.
Các đặc điểm quan trọng nhất của Thép S390 bao gồm:
- Độ cứng cao : Độ cứng có thể đạt tới 67 HRC, phù hợp cho các ứng dụng cắt khắt khe.
- Khả năng chống mài mòn tuyệt vời : Cấu trúc cacbua mang lại khả năng chống mài mòn vượt trội, kéo dài tuổi thọ của dụng cụ.
- Độ bền tốt : Mặc dù có độ cứng, S390 vẫn duy trì được độ bền giúp ngăn ngừa tình trạng sứt mẻ và nứt trong quá trình sử dụng.
Thuận lợi :
- Hiệu suất vượt trội trong các ứng dụng cắt tốc độ cao.
- Giữ được độ sắc bén lâu hơn nhiều loại thép dụng cụ khác.
- Đa năng cho nhiều quy trình gia công khác nhau.
Hạn chế :
- Đắt hơn thép công cụ thông thường.
- Cần xử lý nhiệt cẩn thận để đạt được tính chất tối ưu.
- Có thể khó gia công vì độ cứng của nó.
Trong lịch sử, S390 đóng vai trò quan trọng trong sản xuất dụng cụ cắt, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp như ô tô và hàng không vũ trụ, nơi độ chính xác và độ bền là tối quan trọng.
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 | T11302 | Hoa Kỳ | Gần nhất tương đương với Bohler S390 |
| AISI/SAE | M2 | Hoa Kỳ | Sự khác biệt nhỏ về thành phần |
| ĐẠI HỌC | 1.3343 | Đức | Tính chất tương tự, nhưng xử lý nhiệt khác nhau |
| Tiêu chuẩn Nhật Bản | SKH51 | Nhật Bản | Hiệu suất tương đương trong các ứng dụng cắt |
| Tiêu chuẩn ISO | 4957 | Quốc tế | Tiêu chuẩn cho thép tốc độ cao |
Sự khác biệt tinh tế giữa các cấp độ này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi M2 là một lựa chọn thay thế phổ biến, nó có thể không đạt được độ cứng tương tự như S390 trong điều kiện xử lý nhiệt giống hệt nhau.
Thuộc tính chính
Thành phần hóa học
| Nguyên tố (Biểu tượng) | Phạm vi phần trăm (%) |
|---|---|
| Cacbon (C) | 1,40 - 1,60 |
| Molipđen (Mo) | 4,00 - 5,00 |
| Vonfram (W) | 9.00 - 10.00 |
| Vanadi (V) | 2,00 - 3,00 |
| Crom (Cr) | 3,00 - 4,00 |
| Sắt (Fe) | Sự cân bằng |
Vai trò chính của vonfram và molypden trong Thép S390 là tăng cường độ cứng và khả năng chống mài mòn, trong khi vanadi góp phần hình thành các cacbua mịn, cải thiện độ dẻo dai và độ ổn định trong các ứng dụng nhiệt độ cao.
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 | Làm nguội & tôi luyện | Nhiệt độ phòng | 2000 - 2200MPa | 290 - 320 ksi | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%) | Làm nguội & tôi luyện | Nhiệt độ phòng | 1800 - 2000MPa | 261 - 290 ksi | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ giãn dài | Làm nguội & tôi luyện | Nhiệt độ phòng | 2-5% | 2-5% | Tiêu chuẩn ASTM E8 |
| Độ cứng | Làm nguội & tôi luyện | Nhiệt độ phòng | 64 - 67 HRC | 64 - 67 HRC | Tiêu chuẩn ASTM E18 |
| Sức mạnh tác động | Làm nguội & tôi luyện | -20 °C | 20 - 30 giờ | 15 - 22 ft-lbf | 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 S390 phù hợp cho các ứng dụng liên quan đến tải trọng cơ học cao và khả năng chống mài mòn, chẳng hạn như dụng cụ cắt và khuôn.
Tính chất vật lý
| Tài sản | Điều kiện/Nhiệt độ | Giá trị (Đơn vị đo lường) | Giá trị (Anh) |
|---|---|---|---|
| Tỉ trọng | Nhiệt độ phòng | 8,0 g/cm³ | 0,289 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/h·ft²·°F |
| Nhiệt dung riêng | Nhiệt độ phòng | 460 J/kg·K | 0,11 BTU/lb·°F |
Mật độ và điểm nóng chảy của Thép S390 cho thấy độ bền của nó, trong khi độ dẫn nhiệt của nó rất cần thiết cho các ứng dụng liên quan đến việc tạo nhiệt trong quá trình cắt. Nhiệt dung riêng cũng rất quan trọng để hiểu được cách quản lý nhiệt trong gia công tốc độ cao.
Chống ăn mòn
| Chất ăn mòn | Sự tập trung (%) | Nhiệt độ (°C) | Xếp hạng sức đề kháng | Ghi chú |
|---|---|---|---|---|
| Clorua | 3-5% | 20 - 60 | Hội chợ | Nguy cơ rỗ |
| Axit sunfuric | 10% | 25 | Nghèo | Không khuyến khích |
| Natri Hydroxit | 5% | 25 | Tốt | Sức đề kháng vừa phải |
Thép S390 có khả năng chống clorua khá tốt nhưng dễ bị ăn mòn rỗ trong môi trường khắc nghiệt. So với các loại thép tốc độ cao khác như M2 và SKH51, khả năng chống ăn mòn của S390 thường thấp hơn, khiến nó ít phù hợp hơn cho các ứng dụng trong môi trường ăn mòn 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 | 600 | 1112 | Thích hợp cho việc cắt tốc độ cao |
| Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa | 650 | 1202 | Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn |
| Nhiệt độ thang đo | 700 | 1292 | Nguy cơ oxy hóa vượt quá nhiệt độ này |
Ở nhiệt độ cao, Thép S390 vẫn giữ được độ cứng và khả năng chống mài mòn, lý tưởng cho các ứng dụng cắt tốc độ cao. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 650 °C có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và suy giảm các đặc tính.
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 | ER80S-D2 | Khí Argon | Nên làm nóng trước |
| MIG | ER70S-6 | Argon/CO2 | Xử lý nhiệt sau khi hàn |
Thép S390 thường không được khuyến khích để hàn vì hàm lượng carbon cao, có thể dẫn đến nứt. Việc gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau khi hàn là điều cần thiết để giảm thiểu những rủi ro này.
Khả năng gia công
| Thông số gia công | [Thép S390] | [AISI 1212] | Ghi chú/Mẹo |
|---|---|---|---|
| Chỉ số khả năng gia công tương đối | 30 | 100 | S390 khó hơn đáng kể |
| Tốc độ cắt điển hình (Tiện) | 20 m/phút | 60 m/phút | Sử dụng dụng cụ cacbua cho S390 |
Gia công thép S390 đòi hỏi dụng cụ và điều kiện chuyên dụng do độ cứng của nó. Dụng cụ cacbua được khuyến nghị để gia công hiệu quả.
Khả năng định hình
Thép S390 thường không được biết đến với khả năng định hình do độ cứng cao. Định hình nguội là một thách thức, trong khi định hình nóng có thể khả thi với việc kiểm soát nhiệt độ thích hợp. Có thể xảy ra hiện tượng cứng khi làm việc, đòi hỏi phải quản lý cẩn thận bán kính uốn cong.
Xử lý nhiệt
| Quy trình điều trị | Phạm vi nhiệt độ (°C) | Thời gian ngâm điển hình | Phương pháp làm mát | Mục đích chính / Kết quả mong đợi |
|---|---|---|---|---|
| Ủ | 800 - 850 | 1 - 2 giờ | Không khí | Giảm độ cứng, cải thiện khả năng gia công |
| Làm cứng | 1200 - 1250 | 30 - 60 phút | Dầu | Đạt được độ cứng tối đa |
| Làm nguội | 550 - 600 | 1 giờ | Không khí | Giảm độ giòn, tăng độ dai |
Các quy trình xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô của Thép S390, tăng cường độ cứng và độ dẻo dai thông qua việc hình thành các cacbua mịn.
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 |
|---|---|---|---|
| Hàng không vũ trụ | Dụng cụ cắt để sản xuất tua bin | Độ cứng cao, chống mài mòn | Tuổi thọ dụng cụ kéo dài |
| Ô tô | Khuôn dập cho hoạt động dập | Độ bền, khả năng chống mài mòn | Độ bền dưới áp lực |
| Gia công kim loại | Máy khoan tốc độ cao | Giữ độ sắc bén, chịu nhiệt | Hiệu quả trong việc cắt |
Các ứng dụng khác bao gồm:
-
- Khuôn ép phun
-
- Cưa và lưỡi cắt kim loại
-
- Dụng cụ cho hoạt động gia công
Thép S390 được lựa chọn cho các ứng dụng này vì khả năng duy trì hiệu suất trong điều kiện ứng suất cao, đảm bảo tuổi thọ và hiệu quả.
Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn
| Tính năng/Thuộc tính | [Thép S390] | [M2] | [SKH51] | Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi |
|---|---|---|---|---|
| Tính chất cơ học chính | Độ cứng cao | Vừa phải | Độ cứng cao | S390 có khả năng chống mài mòn vượt trội |
| Góc nhìn ăn mòn chính | Hội chợ | Tốt | Hội chợ | M2 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn |
| Khả năng hàn | Nghèo | Hội chợ | Hội chợ | S390 là thách thức để hàn |
| Khả năng gia công | Thấp | Vừa phải | Cao | M2 dễ gia công hơn |
| Chi phí tương đối xấp xỉ | Cao | Vừa phải | Vừa phải | S390 đắt hơn |
| Khả năng cung cấp điển hình | Vừa phải | Cao | Cao | M2 và SKH51 phổ biến hơn |
Khi lựa chọn Thép S390, các cân nhắc bao gồm hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các yêu cầu ứng dụng cụ thể. Mặc dù thép này có hiệu suất cắt tốc độ cao vượt trội, nhưng chi phí cao hơn và khả năng gia công thấp hơn so với các loại thép thay thế như M2 có thể là những yếu tố hạn chế. Ngoài ra, các cân nhắc về an toàn khi xử lý và gia công là tối quan trọng do độ cứng của thép và khả năng mài mòn dụng cụ.
Tóm lại, Thép S390 là sự lựa chọn cao cấp cho các công cụ cắt hiệu suất cao, mang đến sự kết hợp độc đáo giữa độ cứng, khả năng chống mài mòn và độ bền, phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi khắt khe.