Rèn thép không gỉ | Quy trình rèn, tính chất, lợi ích và ứng dụng

Rèn có thể cải thiện thêm các tính chất cơ học và độ bền của thép không gỉ, giúp thép hoạt động tốt trong nhiều môi trường khắc nghiệt khác nhau. 

Chúng tôi sẽ giới thiệu chi tiết cho bạn toàn bộ quy trình rèn thép không gỉ, bao gồm các loại thép thường dùng để rèn, phân loại và ưu điểm của thép rèn cũng như ứng dụng rộng rãi của chúng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đồng thời so sánh và phân tích thép rèn không gỉ với thép không gỉ thông thường.

Thép không gỉ rèn là gì?

Thép không gỉ rèn là thép không gỉ được định hình và gia cường thông qua quá trình gia nhiệt và biến dạng cơ học. Phương pháp này cải thiện độ bền, độ bền và khả năng chống va đập, khiến thép trở nên lý tưởng cho các ứng dụng chịu ứng suất cao trong ngành hàng không vũ trụ, ô tô và xây dựng.

Thép không gỉ có thể rèn được không?

Có, nhưng có một số yếu tố cần cân nhắc khi rèn thép không gỉ.

Độ bền nóng và độ khó khi xử lý: Vì thép không gỉ có độ bền cao ở nhiệt độ cao nên cần áp suất và năng lượng lớn hơn trong quá trình rèn, thường đòi hỏi phải sử dụng thiết bị rèn hạng nặng và xử lý phức tạp hơn.

Độ dẻo và độ dai của vật liệu: Để đảm bảo không có vết nứt và các khuyết tật khác xảy ra trong quá trình rèn, nhiệt độ rèn và thời gian gia nhiệt phải được kiểm soát chặt chẽ. Ngoài ra, rèn thép không gỉ thường cần được xử lý nhiệt sau khi rèn, chẳng hạn như xử lý dung dịch và xử lý lão hóa, để cải thiện hơn nữa hiệu suất của chúng.

Làm thế nào để rèn thép không gỉ?

Quá trình rèn thép không gỉ bao gồm một số bước chính, mỗi bước đều rất quan trọng đối với chất lượng và hiệu suất của sản phẩm cuối cùng:

Lựa chọn vật liệu

Chọn loại thép không gỉ phù hợp theo yêu cầu ứng dụng. Vật liệu rèn thép không gỉ phổ biến bao gồm loại 300 (như 304, 316), loại 400 (như 410, 420) và thép không gỉ duplex (như 2205). Mỗi loại thép không gỉ có đặc điểm hiệu suất và tình huống ứng dụng riêng.

Sưởi ấm

Thép không gỉ được nung ở nhiệt độ thích hợp, thường là từ 1700 đến 2300 độ F (khoảng 927 đến 1260 độ C). Cần kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ trong quá trình nung để tránh hiện tượng hạt vật liệu thô và quá nhiệt. Nhiệt độ và thời gian nung cũng khác nhau đối với các loại thép không gỉ khác nhau.

Rèn

Sau khi nung đến nhiệt độ thích hợp, thép không gỉ được rèn thành hình dạng mong muốn bằng cách áp dụng lực nén. Công nghệ rèn có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau và rèn khuôn hở, rèn khuôn kín hoặc rèn tự do có thể được áp dụng linh hoạt. Trong các hoạt động rèn, điều quan trọng là phải đảm bảo biến dạng đồng đều và tinh chế hạt của vật liệu. Đồng thời, việc lựa chọn thiết bị rèn phải xem xét đầy đủ kích thước và độ phức tạp cụ thể của quá trình rèn.

Làm mát

Sau khi rèn, tiến hành xử lý làm nguội thích hợp. Đối với thép không gỉ austenit, thường sử dụng làm nguội bằng không khí hoặc làm nguội bằng nước; trong khi thép không gỉ martensitic cần làm nguội chậm để tránh ứng suất bên trong và nứt. Tốc độ và phương pháp làm nguội có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất cuối cùng của quá trình rèn.

Xử lý nhiệt

Xử lý nhiệt (như xử lý dung dịch và xử lý lão hóa) được sử dụng để cải thiện thêm các tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ rèn. Nhiệt độ và thời gian xử lý nhiệt cần được điều chỉnh theo cấp thép không gỉ cụ thể và các yêu cầu ứng dụng. Chìa khóa của xử lý nhiệt là loại bỏ ứng suất bên trong phát sinh trong quá trình rèn và cải thiện cấu trúc vi mô của vật liệu.

Hoàn thiện

Sau khi rèn xong, vật liệu thép không gỉ thường phải trải qua một loạt các bước gia công và xử lý bề mặt. Trong số các phương pháp xử lý bề mặt, công nghệ đánh bóng, tẩy rửa và thụ động hóa đặc biệt phổ biến. Chúng không chỉ có thể cải thiện đáng kể hình thức và kết cấu của vật rèn mà còn tăng cường hơn nữa khả năng chống ăn mòn và kéo dài tuổi thọ sử dụng của chúng.

Các loại thép không gỉ thông dụng để rèn

Trong rèn thép không gỉ, các loại thép thường được sử dụng bao gồm các loại sau, mỗi loại có yêu cầu về nhiệt độ và đặc điểm xử lý riêng trong quá trình rèn.

thép không gỉ 304

Loại này là một trong những loại thép không gỉ được sử dụng phổ biến nhất, có khả năng chống ăn mòn tốt và dễ gia công. Phạm vi nhiệt độ rèn của thép không gỉ 304 thường nằm trong khoảng từ 1700°F đến 2300°F (927°C đến 1260°C). Do độ bền nóng cao nên cần áp dụng áp suất và năng lượng lớn hơn trong quá trình rèn.

thép không gỉ 316

Nhiệt độ rèn của thép không gỉ 316 tương tự như thép không gỉ 304, thường ở nhiệt độ từ 1700°F đến 2300°F (927°C đến 1260°C). Hàm lượng niken và molypden cao hơn khiến nó hoạt động tốt trong môi trường có tính ăn mòn cao và quá trình rèn đòi hỏi phải kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt để tránh làm hạt thô.

thép không gỉ 410

Phạm vi nhiệt độ rèn của thép không gỉ 410 is generally between 1700°F and 2150°F (927°C to 1177°C). During the forging process, care should be taken to avoid excessive temperatures to prevent the material from overheating and forming delta-ferrite, which affects its mechanical properties.

thép không gỉ 420

Nhiệt độ rèn của thép không gỉ 420 is similar to that of 410 stainless steel, usually between 1700°F and 2150°F (927°C and 1177°C). Slow heating is required during forging to avoid cracking, and appropriate heat treatment is performed after forging to eliminate internal stress and increase hardness.

2205 Thép không gỉ kép

Phạm vi nhiệt độ rèn của thép không gỉ 2205 thường nằm trong khoảng từ 1870°F đến 2010°F (1020°C đến 1100°C). Do cấu trúc kép của nó, nhiệt độ rèn cần được kiểm soát chặt chẽ để duy trì tỷ lệ austenit và ferit thích hợp.

17-4 Thép không gỉ tôi cứng bằng kết tủa

Các tính chất của 17-4PH có thể được cải thiện đáng kể bằng cách xử lý nhiệt. Phạm vi nhiệt độ rèn của thép không gỉ 17-4PH thường nằm trong khoảng từ 1800°F đến 1950°F (982°C đến 1066°C). Xử lý lão hóa thường được yêu cầu sau khi rèn để đạt được các tính chất cơ học cần thiết. Nó được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ, công nghiệp hạt nhân, thiết bị hóa chất và thiết bị y tế.

Tính chất và lợi ích của thép không gỉ rèn

Rèn thép không gỉ có nhiều ưu điểm hơn so với các quy trình sản xuất khác (như đúc, gia công).

Độ bền và sức mạnh cao: Quá trình rèn tinh chế các hạt thép không gỉ thông qua lực nén, cải thiện đáng kể độ bền và độ dẻo dai, phù hợp với các ứng dụng chịu ứng suất cao và mỏi cao. Các bộ phận thép không gỉ rèn hoạt động tốt trong môi trường áp suất cao và nhiệt độ cao, phù hợp với ngành hàng không vũ trụ, công nghiệp hạt nhân và công nghiệp hóa dầu.

Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời: Thép không gỉ rèn hoạt động tốt trong môi trường ăn mòn, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp hóa chất, hàng hải và dược phẩm. Việc tinh chế hạt và phân phối đồng đều trong quá trình rèn giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ, khiến nó trở nên tuyệt vời trong môi trường axit, kiềm và hàng hải.

Khả năng chịu nhiệt tốt: Thép không gỉ rèn có khả năng chịu nhiệt độ cao tuyệt vời và phù hợp với các thiết bị và môi trường có nhiệt độ cao như nồi hơi, bộ trao đổi nhiệt và lò nung. 

Độ chảy liên tục của hạt: Các bộ phận bằng thép không gỉ rèn có cấu trúc hạt đồng nhất, nghĩa là độ bền và độ dẻo dai được phân bổ đều khi chịu lực, giúp cải thiện độ tin cậy của các bộ phận.

Giảm thiểu lãng phí vật liệu: Quá trình rèn tạo ra ít chất thải hơn đúc và gia công, cải thiện việc sử dụng vật liệu và giảm chi phí sản xuất. Quá trình rèn có thể sử dụng nguyên liệu thô hiệu quả hơn và giảm chất thải phát sinh trong quá trình gia công, do đó giảm chi phí sản xuất.

Ứng dụng của rèn thép không gỉ

Rèn thép không gỉ được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. 

Xây dựng và cơ sở hạ tầng: Được sử dụng trong các dự án cơ sở hạ tầng như tòa nhà, cầu và đường hầm, có độ bền và khả năng chống ăn mòn tốt. Thép không gỉ được sử dụng trong xây dựng và cơ sở hạ tầng để sản xuất các thành phần kết cấu, ốc vít và đầu nối để đảm bảo tính ổn định và độ bền của tòa nhà.

Dầu khí: Được sử dụng trong đường ống, bể chứa và nhà máy lọc dầu, chúng có thể chịu được các chất ăn mòn và môi trường nhiệt độ cao. Ngành công nghiệp dầu khí đòi hỏi mức độ chống ăn mòn và độ bền cao nhất từ vật liệu của mình. Thép không gỉ rèn hoạt động tốt trong môi trường này và thường được sử dụng để sản xuất đường ống dẫn dầu, bể chứa và thiết bị khoan.

Năng lượng và công suất: Được sử dụng trong các nhà máy điện, cơ sở hạt nhân và các lĩnh vực năng lượng tái tạo, chẳng hạn như cánh tua bin, trục, bộ trao đổi nhiệt và hệ thống xả. Rèn thép không gỉ được sử dụng trong các ngành công nghiệp năng lượng và điện để sản xuất các thành phần chính nhằm đảm bảo hoạt động ổn định của thiết bị trong môi trường nhiệt độ cao và áp suất cao.

Vận tải: Được sử dụng trong nhiều bộ phận khác nhau của ô tô, tàu hỏa, máy bay và tàu thủy, bao gồm hệ thống ống xả, bộ phận kết cấu và phụ kiện bên trong. Thép không gỉ rèn được sử dụng trong ngành vận tải để sản xuất các thành phần chính nhằm đảm bảo an toàn và độ tin cậy của xe cộ và tàu thủy.

Y tế và sức khỏe: Được sử dụng trong thiết bị y tế, các bộ phận cấu trúc của hộp đựng đông lạnh, dụng cụ phẫu thuật, cấy ghép và cơ sở hạ tầng bệnh viện, có hiệu suất vệ sinh tốt và khả năng tương thích sinh học. Rèn thép không gỉ được sử dụng trong lĩnh vực y tế và sức khỏe để sản xuất dụng cụ phẫu thuật, cấy ghép và thiết bị y tế để đảm bảo an toàn và độ tin cậy khi sử dụng.

Rèn chế biến thực phẩm: Thiết yếu để duy trì vệ sinh, độ bền và hiệu quả trong ngành công nghiệp thực phẩm. Thường được làm từ thép không gỉ như 304 và 316, các sản phẩm rèn này được sử dụng trong các thành phần thiết bị, dụng cụ và bộ phận kết cấu, mang lại những lợi ích như tăng cường độ bền, giảm nguy cơ ô nhiễm và kéo dài tuổi thọ.

Phân loại thép không gỉ rèn

Thép không gỉ rèn có thể được phân loại theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau để đáp ứng nhu cầu của các tình huống ứng dụng khác nhau.

Theo thành phần hóa học, thép không gỉ được phân loại thành hệ crom, crom-niken và crom-niken-molypden, với khả năng chống ăn mòn tăng dần.

Theo cấu trúc tổ chức được phân loại thành thép không gỉ rèn austenitic, martensitic, ferritic và duplex.

Theo hàm lượng tạp chất được phân loại thành thép không gỉ rèn thông thường, thép không gỉ rèn hàm lượng carbon thấp, thép không gỉ rèn hàm lượng carbon cực thấp và thép không gỉ rèn có độ tinh khiết cao.

Theo khả năng chống ăn mòn được phân loại thành thép không gỉ chịu ăn mòn ứng suất, chịu rỗ và chịu mài mòn.

Theo môi trường trung bình được phân loại thành thép không gỉ chịu axit nitric, chịu axit sunfuric, chịu urê và chịu nước biển.

Bằng cách phân loại nguyên tố, thép không gỉ rèn bao gồm thép không gỉ tiết kiệm niken, không chứa niken và tiết kiệm crom. Tiết kiệm chi phí bằng cách giảm hàm lượng nguyên tố.

Theo các yếu tố đặc trưng, thép không gỉ rèn có thể được phân loại thành thép không gỉ silicon cao và thép không gỉ nitơ cao. Thép không gỉ silicon cao rèn có khả năng chống oxy hóa và chịu nhiệt tuyệt vời; thép không gỉ nitơ cao rèn có độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tốt.

Theo tính chất chức năng, thép không gỉ rèn bao gồm thép không gỉ rèn chịu nhiệt độ thấp/siêu thấp, không từ tính, độ bền cao, siêu dẻo, dễ cắt và chịu nhiệt.

Thép không gỉ rèn có bị gỉ không?

Có, thép không gỉ rèn có thể bị rỉ sét, nhưng nhìn chung chúng có khả năng chống ăn mòn tốt hơn các loại thép khác do hàm lượng crom tạo thành lớp oxit bảo vệ. Tuy nhiên, chúng vẫn có thể bị rỉ sét trong một số điều kiện nhất định, chẳng hạn như tiếp xúc với clorua, bảo dưỡng kém hoặc nếu lớp bảo vệ bị hỏng. Việc vệ sinh thường xuyên và chăm sóc đúng cách có thể giúp ngăn ngừa rỉ sét ở thép không gỉ rèn.

Rèn thép không gỉ so với thép không gỉ

Quy trình sản xuất

Rèn thép không gỉ được hình thành bằng cách rèn vật liệu thép không gỉ. Các quy trình rèn thường bao gồm rèn nguội và rèn nóng, có thể loại bỏ các khuyết tật bên trong vật liệu, chẳng hạn như độ lỏng lẻo, lỗ rỗng, v.v. và tối ưu hóa cấu trúc vi mô của vật liệu. Có nhiều quy trình sản xuất thép không gỉ thông thường, bao gồm kéo nguội, dập, hàn và đúc. So với các quy trình rèn, chúng có thể có một số hạn chế nhất định trong việc loại bỏ các khuyết tật bên trong của vật liệu và tối ưu hóa tổ chức vật liệu.

Tính chất cơ học

Thép không gỉ rèn có độ bền, độ dẻo dai và tuổi thọ chịu mỏi cao hơn thép không gỉ thông thường. Điều này là do quá trình rèn tinh chỉnh cấu trúc hạt và loại bỏ các khuyết tật bên trong. Thép không gỉ thông thường có thể không thể sánh được với thép không gỉ rèn về độ bền và độ dẻo dai, đặc biệt là trong môi trường chịu ứng suất và chịu mỏi cao.

Khả năng chống ăn mòn

Thép không gỉ rèn có khả năng chống ăn mòn vượt trội, đặc biệt là nứt ăn mòn ứng suất và rỗ. Thép không gỉ thông thường, mặc dù có khả năng chống ăn mòn tốt, nhưng có thể không hoạt động tốt bằng thép không gỉ rèn trong môi trường khắc nghiệt.

Khả năng chịu nhiệt

Thép không gỉ rèn thích hợp cho các thiết bị như bộ trao đổi nhiệt và lò nung nhiệt độ cao, trong khi thép không gỉ thông thường có thể không hoạt động ổn định như thép không gỉ rèn trong môi trường nhiệt độ cao.

Hiệu quả về chi phí

Mặc dù thép không gỉ rèn có chi phí ban đầu cao hơn, nhưng đặc tính cơ học tuyệt vời và tuổi thọ dài của nó có thể giảm chi phí bảo trì và thay thế dài hạn. Thép không gỉ thông thường có thể có chi phí ban đầu thấp hơn, nhưng chi phí vòng đời của nó có thể cao hơn trong các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất và độ bền cao.

Các lĩnh vực ứng dụng

Thép không gỉ rèn được sử dụng rộng rãi trong những dịp có nhu cầu cao trong các ngành công nghiệp khí nén, hàng không, hóa chất, luyện kim và các ngành công nghiệp khác do đặc tính hiệu suất tuyệt vời của chúng. So với thép không gỉ rèn, các lĩnh vực ứng dụng của thép không gỉ thông thường có thể tập trung hơn vào các yêu cầu chung.

Hình dạng và kích thước

Rèn có thể sản xuất các bộ phận có hình dạng phức tạp và kích thước lớn, trong khi thép không gỉ thông thường phù hợp hơn với các bộ phận có hình dạng đơn giản và kích thước nhỏ. Quá trình rèn mang lại tính linh hoạt cao hơn trong sản xuất các bộ phận cho các ứng dụng đặc biệt có hình dạng phức tạp.

Sự khác biệt giữa đúc và rèn thép không gỉ là gì?

Sự khác biệt chính giữa thép không gỉ đúc và rèn là:

1. Quá trình

• Đúc: Bao gồm việc đổ thép không gỉ nóng chảy vào khuôn để tạo ra hình dạng cụ thể. Sau khi nguội, vật liệu sẽ đông cứng thành hình dạng đó.
• Rèn:Bao gồm việc nung nóng thép không gỉ và sau đó định hình nó thông qua biến dạng cơ học, giúp nén và tăng cường độ bền cho kim loại.

2. Của cải

• Đúc: Có thể tạo ra hình dạng đồng nhất hơn nhưng có thể có độ xốp và tạp chất, dẫn đến tính chất cơ học thấp hơn.
• Rèn: Tạo ra vật liệu dày đặc và chắc chắn hơn với độ dẻo dai và khả năng chống mỏi được cải thiện nhờ cấu trúc hạt tinh chế.

3. Ứng dụng

• Đúc: Thường được sử dụng cho các hình dạng phức tạp và các thành phần lớn, nơi độ chính xác không quá quan trọng.
• Rèn:Được ưa chuộng cho các ứng dụng có độ bền cao, chẳng hạn như các bộ phận ô tô và hàng không vũ trụ, nơi độ tin cậy là điều cần thiết.

Đọc thêm: Đúc thép không gỉ.

Nhiệt độ rèn của thép không gỉ 304 là bao nhiêu?

Nhiệt độ rèn cho thép không gỉ 304 thường nằm trong khoảng từ 2100°F đến 2300°F (khoảng 1150°C đến 1260°C). Khoảng nhiệt độ này cho phép đạt được độ dẻo và khả năng gia công tối ưu trong quá trình rèn.

Hàn rèn thép không gỉ là gì?

Hàn rèn là một quá trình hàn trạng thái rắn liên quan đến việc nung nóng hai mảnh thép không gỉ đến nhiệt độ cao và sau đó đập hoặc ép chúng lại với nhau để tạo ra mối liên kết mà không làm tan chảy vật liệu. Nó cung cấp mối nối chắc chắn, chất lượng cao trong khi vẫn giữ được các đặc tính mong muốn của vật liệu.

Quá trình

• Sưởi ấm:Các miếng thép không gỉ được nung đến nhiệt độ ngay dưới điểm nóng chảy của chúng, thường là từ 2100°F đến 2300°F (khoảng 1150°C đến 1260°C).
• Rèn:Sau khi được nung nóng, các mảnh ghép được ghép lại với nhau bằng cách tạo áp lực, thường là thông qua đập hoặc ép, giúp kim loại chảy và liên kết ở cấp độ nguyên tử.

Thuận lợi

• Sức mạnh: Tạo ra mối nối chắc chắn, bền bỉ với các đặc tính tương tự như kim loại cơ bản.
• Không có vật liệu độn:Không giống như các phương pháp hàn khác, hàn rèn không yêu cầu vật liệu độn, điều này có thể dẫn đến sự không nhất quán.
• Cấu trúc vi mô: Duy trì cấu trúc vi mô ban đầu của thép không gỉ, góp phần tăng khả năng chống ăn mòn.

Ứng dụng

Hàn rèn được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ tin cậy cao, chẳng hạn như sản xuất dụng cụ, dao và một số bộ phận kết cấu.

Thách thức

• Kiểm soát nhiệt độ: Kiểm soát nhiệt độ chính xác là rất quan trọng để tránh tình trạng quá nhiệt, có thể dẫn đến oxy hóa hoặc mất đi các đặc tính của vật liệu.
• Kỹ năng cần thiết:Yêu cầu người vận hành có tay nghề cao để đạt được sự căn chỉnh và áp suất thích hợp trong quá trình rèn.

Nhà sản xuất & Nhà cung cấp Rèn thép không gỉ

Là một trong những công ty rèn thép chuyên nghiệp nhất, SteelPRO Group chuyên về thép không gỉ chất lượng cao để đáp ứng nhu cầu của nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Chúng tôi cung cấp nhiều loại thép không gỉ để lựa chọn, sản xuất thép không gỉ rèn chất lượng cao vượt quá mong đợi của bạn và giúp bạn đáp ứng nhiều nhu cầu rèn. Để tìm hiểu thêm về thép không gỉ hoặc các loại thép khác, hãy xem blog hoặc liên hệ với một trong những chuyên gia về kim loại của chúng tôi.