Các tính chất chính của thép không gỉ: Những điều bạn cần biết

Thép không gỉ được đánh giá cao vì độ bền, độ chắc và khả năng chống ăn mòn. Blog này đề cập đến các đặc tính vật lý và hóa học chính của nó, bao gồm thành phần, khả năng chống chịu và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất. Hiểu được các đặc tính này sẽ cho thấy lý do tại sao thép không gỉ lại đa năng và đáng tin cậy đến vậy.

Thép không gỉ là gì?

Thép không gỉ, hay inox, CRES, và thép không gỉ, là hợp kim được tạo thành từ sắt 70-80%, ít nhất 10,5% crom và các nguyên tố khác như cacbon. Crom bảo vệ thép khỏi rỉ sét và ăn mòn, và dễ vệ sinh hơn nhôm và đồng. Với độ bền cao, có khả năng tái chế cao, độ bền và độ bóng, thép không gỉ được sử dụng trong xây dựng, ô tô, dụng cụ y tế và đồ dùng nhà bếp. Các loại phổ biến bao gồm austenitic, ferritic, martensitic và duplex.

Tính chất vật lý của thép không gỉ là gì? 

Các tính chất vật lý tuyệt vời của thép không gỉ làm cho nó hoàn hảo cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau. Các tính chất này bao gồm độ bền, độ dẫn nhiệt, từ tính, mật độ, độ dẫn điện, điểm nóng chảy, độ đàn hồi, khả năng chống va đập và độ bền mỏi.

Độ dẫn nhiệt

Thép không gỉ có độ dẫn nhiệt thấp hơn so với các kim loại khác như đồng và nhôm. Điều này làm cho nó kém hiệu quả hơn trong việc dẫn nhiệt nhưng cung cấp khả năng truyền nhiệt được kiểm soát. Tính chất này hữu ích cho các thiết bị nhà bếp và đồ nấu nướng khi cần làm nóng đều, cũng như trong các ứng dụng mà cách nhiệt là quan trọng.

Tính chất từ tính

Các từ tính của thép không gỉ thay đổi tùy theo loại. Thép không gỉ austenit (dòng 300) thường không có từ tính do cấu trúc tinh thể của chúng, trong khi thép không gỉ ferritic và martensitic (dòng 400) có từ tính. Tính chất này rất quan trọng trong các ứng dụng như tách từ, thiết bị điện và các quy trình công nghiệp đòi hỏi phản ứng từ tính.

Tỉ trọng

Với mật độ khoảng 7,8 gam trên một centimet khối, thép không gỉ tương đối nặng. mật độ của thép SS tăng cường sức mạnh và độ bền, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng xây dựng, ô tô và hàng không vũ trụ. Mật độ cũng ảnh hưởng đến hiệu suất của vật liệu trong môi trường chịu ứng suất cao.

Độ dẫn điện

Thép không gỉ có độ dẫn điện thấp, khiến nó trở thành vật dẫn điện kém. Tính chất này có lợi cho các ứng dụng đòi hỏi điện trở, chẳng hạn như các bộ phận gia nhiệt, điện trở và các thành phần cần nhiễu điện tối thiểu. Nó giúp duy trì sự an toàn và hiệu quả cho các thiết bị điện và điện tử.

Điểm nóng chảy

Điểm nóng chảy của thép không gỉ ở nhiệt độ từ 1.400 đến 1.530 độ C (2.552 đến 2.786 độ F). Điểm nóng chảy cao của nó cho phép nó được sử dụng trong các môi trường như lò nung, bộ trao đổi nhiệt và động cơ phản lực. Khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt mà không bị biến dạng hoặc mất độ bền khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng quan trọng.

Độ đàn hồi và độ dẻo

Thép không gỉ thể hiện cả tính đàn hồi và tính dẻo, nghĩa là nó có thể được kéo giãn hoặc nén lại rồi trở về hình dạng ban đầu (tính đàn hồi), cũng như bị biến dạng vĩnh viễn mà không bị gãy (tính dẻo). Những đặc tính này rất quan trọng đối với các quy trình sản xuất như uốn, cán và rèn, cho phép sản xuất các hình dạng và cấu trúc phức tạp.

Khả năng chống va đập

Thép không gỉ chống va đập và sốc, hấp thụ năng lượng mà không bị gãy. Tính chất này rất quan trọng đối với các ứng dụng quan trọng về an toàn trong ngành công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ và xây dựng, nơi vật liệu phải chịu được va đập và rung động đột ngột. Độ bền của nó đảm bảo hiệu suất lâu dài và độ tin cậy trong điều kiện khắc nghiệt.

Độ bền mỏi

Thép không gỉ có độ bền mỏi tuyệt vời, chịu được các chu kỳ ứng suất lặp đi lặp lại mà không bị hỏng. Điều này làm cho nó phù hợp với các thành phần chịu tải trọng tuần hoàn, chẳng hạn như lò xo, chốt và các thành phần kết cấu trong các tòa nhà và cầu. Khả năng chống nứt do mỏi của nó giúp tăng cường độ an toàn và độ bền của các kết cấu và hệ thống cơ khí.

Những đặc tính này làm cho thép không gỉ phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp và tiêu dùng, từ đồ dùng nhà bếp đến các thành phần hàng không vũ trụ. 

Tính chất hóa học của thép không gỉ là gì? 

Tính chất hóa học của thép không gỉ làm cho nó hoàn hảo cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau. Các tính chất này bao gồm thành phần hóa học, khả năng chống ăn mòn, khả năng chống oxy hóa, khả năng chống axit và kiềm, khả năng chống ăn mòn rỗ và khe hở, khả năng chống ăn mòn giữa các hạt, khả năng chống nứt do ăn mòn ứng suất và thụ động bề mặt.

Thành phần hóa học

Thép không gỉ chủ yếu bao gồm sắt, ít nhất 10,5% crom và các nguyên tố như niken, molypden và cacbon. Crom là nguyên tố chính cung cấp cho thép không gỉ khả năng chống ăn mòn bằng cách tạo thành một lớp oxit mỏng trên bề mặt. Thành phần thay đổi tùy theo cấp, với các nguyên tố bổ sung như niken để chống ăn mòn và độ bền tốt hơn hoặc molypden để tăng cường độ bền và khả năng chống rỗ.

Chống ăn mòn

Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của thép không gỉ là do crom, tạo thành lớp oxit bảo vệ để chống gỉ. Tính chất này làm cho thép không gỉ trở nên hoàn hảo cho các môi trường khắc nghiệt như ứng dụng hàng hải, nhà máy hóa chất và dụng cụ y tế, nơi gỉ sét và khả năng chống ăn mòn rất quan trọng. Tính chất vệ sinh của nó cũng giúp giữ sạch trong điều kiện ẩm ướt, ăn mòn, ngăn ngừa vi khuẩn phát triển, khiến nó trở nên hoàn hảo cho các ứng dụng vệ sinh.

Khả năng chống oxy hóa

Thép không gỉ có khả năng chống oxy hóa cao, ngay cả ở nhiệt độ cao. Crom tạo thành lớp oxit ổn định ngăn chặn quá trình oxy hóa tiếp theo. Tính chất này đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng nhiệt độ cao như hệ thống xả, bộ trao đổi nhiệt và lò công nghiệp tiếp xúc với môi trường oxy hóa.

Khả năng kháng axit và kiềm

Thép không gỉ chống lại nhiều loại axit và kiềm, làm cho nó lý tưởng cho quá trình chế biến hóa chất và sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Mức độ chống chịu phụ thuộc vào cấp độ của thép không gỉ và nồng độ axit hoặc kiềm.

Ví dụ, thép không gỉ 316, có chứa molypden, có khả năng chống lại clorua và môi trường axit tốt hơn so với thép không gỉ 304.

Khả năng chống ăn mòn rỗ và khe hở

Thép không gỉ, đặc biệt là các loại có chứa molypden như 316, có khả năng chống rỗ và ăn mòn khe hở. Các dạng ăn mòn cục bộ này xảy ra trong không gian hạn chế và thường do clorua gây ra. Khả năng chống lại các loại ăn mòn này là rất cần thiết cho các ứng dụng trong môi trường biển, chế biến hóa chất và các ngành công nghiệp khác, nơi thường xuyên tiếp xúc với môi trường giàu clorua.

Khả năng chống ăn mòn giữa các hạt

Ăn mòn liên hạt xảy ra ở ranh giới hạt của thép không gỉ tiếp xúc với nhiệt độ cao. Các loại ổn định như 321 và 347, có chứa titan hoặc niobi, được thiết kế để chống ăn mòn liên hạt. Tính chất này rất quan trọng để duy trì tính toàn vẹn về mặt cấu trúc của thép không gỉ trong các ứng dụng hàn và nhiệt độ cao.

Chống ăn mòn ứng suất nứt

Thép không gỉ chống lại sự nứt do ăn mòn ứng suất (SCC), do ứng suất kéo và môi trường ăn mòn gây ra. Thép không gỉ austenit như 304 và 316 thường có khả năng chống lại SCC, khiến chúng phù hợp để sử dụng trong môi trường mà SCC do clorua gây ra là mối lo ngại, chẳng hạn như trong các nhà máy hóa chất và ngành công nghiệp dầu khí.

thụ động bề mặt

thụ động bề mặt là quá trình tăng cường lớp oxit bảo vệ của thép không gỉ. Quá trình này thường được thực hiện bằng cách ngâm trong bồn axit nitric hoặc axit citric để loại bỏ chất gây ô nhiễm và thúc đẩy lớp thụ động. Quá trình thụ động hóa giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ và rất cần thiết để sản xuất các thành phần thiết bị y tế và thiết bị bán dẫn.

Những tính chất hóa học này đảm bảo rằng thép không gỉ vẫn là vật liệu đa năng và bền bỉ, có khả năng chịu được nhiều môi trường hóa chất khắc nghiệt và duy trì tính toàn vẹn trong thời gian dài.

Tính chất cơ học của thép không gỉ là gì

Độ bền kéo của thép không gỉ

Độ bền kéo là ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu được trước khi bị gãy. Các loại thép không gỉ khác nhau có độ bền kéo khác nhau, chịu ảnh hưởng của các quy trình như xử lý nhiệt và gia công nguội. Vật liệu dày hơn cũng có thể có độ bền cao hơn. Ví dụ, loại 304 thông thường có độ bền kéo khoảng 210 MPa (30.000 psi) ở trạng thái ủ. Gia công nguội có thể tăng độ bền lên 1.050 MPa (153.000 psi) ở trạng thái cứng hoàn toàn.

Độ bền kéo của thép không gỉ

Giới hạn chảy là điểm mà vật liệu bắt đầu biến dạng dẻo dưới tải trọng kéo hoặc nén, thường thấp hơn giới hạn chảy. Các phương pháp như làm nguội, tinh chế hạt, gia cường dung dịch rắn, làm cứng biến dạng và gia cường kết tủa có thể cải thiện giới hạn chảy. Tuy nhiên, cần tránh xử lý quá mức. Thép không gỉ 304 ủ có giới hạn chảy thấp hơn, khoảng 200 đến 250 MPa, trong khi thép 304 làm nguội có thể đạt 250 đến 300 MPa.

Độ dẻo của thép không gỉ

Độ dẻo là khả năng của vật liệu biến dạng mà không bị gãy dưới ứng suất. Thép không gỉ austenit thể hiện độ dẻo và độ bền tuyệt vời, thường trong khoảng 40%-60%, cho phép kéo thành dây và tấm. Thép không gỉ martensitic có độ dẻo thấp hơn, thường trong khoảng 20% và 40%. Trong khi thép cacbon dẻo hơn thép không gỉ, thì việc ủ hoặc tăng niken có thể tăng cường cấu trúc austenit và cải thiện độ dẻo. Tính chất này làm cho thép không gỉ được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp ô tô, xây dựng và hàng không vũ trụ.

Độ bền mỏi của thép không gỉ

Độ bền mỏi là ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu được sau khi chịu tải tuần hoàn lặp đi lặp lại. Độ bền mỏi thay đổi tùy theo loại tải; ví dụ, độ căng và uốn đơn trục ảnh hưởng đến hiệu suất mỏi khác nhau. Thép không gỉ Duplex cho thấy độ bền mỏi tốt nhất, dao động từ 400 đến 600 MPa, trong khi thép không gỉ tôi kết tủa vượt quá 600 MPa. Ngoài ra, các quy trình xử lý nhiệt như làm nguội và ram có thể cải thiện đáng kể hiệu suất mỏi của các loại thép không gỉ khác.

Độ cứng của thép không gỉ

Độ cứng là khả năng của vật liệu chống lại biến dạng và mài mòn, thường được đo bằng thang Brinell (HB), Rockwell (HRC) hoặc Vickers (HV). Thép không gỉ martensitic có độ cứng cao nhất (HRC 40-60), trong khi thép không gỉ austenitic có độ cứng thấp nhất (HRC 15-30). Các quy trình như làm nguội, ram và ủ, cũng như các nguyên tố hợp kim như crom, niken, cacbon và molypden, có thể làm tăng độ cứng của thép không gỉ.

Khả năng chống biến dạng của thép không gỉ

Khả năng chống biến dạng là khả năng chống biến dạng của vật liệu dưới nhiệt độ cao và tải trọng không đổi, một quá trình biến dạng chậm. Nhiệt độ và tải trọng cao hơn làm tăng tốc độ biến dạng. Thép không gỉ austenit có khả năng chống biến dạng ở nhiệt độ cao tốt nhất, tiếp theo là martensitic, trong đó ferritic là yếu nhất. Các yếu tố như phương pháp nấu chảy, khử oxy, kỹ thuật đông đặc, xử lý nhiệt và chế biến cũng ảnh hưởng đến khả năng chống biến dạng.

Độ giãn dài của thép không gỉ

Độ giãn dài là tỷ lệ giữa chiều dài mở rộng của vật liệu so với chiều dài ban đầu trước khi gãy, biểu thị độ dẻo. Thép không gỉ austenit có độ giãn dài cao nhất (40%-60%), trong khi martensitic và ferritic có giá trị thấp hơn (20%-30%). Hàm lượng cacbon cao và gia công nguội làm giảm độ dẻo, trong khi xử lý nhiệt thích hợp, như ủ, làm tăng độ giãn dài. Thép không gỉ có độ giãn dài cao lý tưởng cho các hình dạng phức tạp và sản xuất chính xác, chẳng hạn như trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ.

Mô đun đàn hồi của thép không gỉ

Mô đun đàn hồi, hay mô đun Young, đo khả năng chống biến dạng đàn hồi của vật liệu. Nó phụ thuộc vào nhiệt độ và điều kiện ứng suất. Thép không gỉ ferit có mô đun cao nhất (khoảng 200 GPa), trong khi austenit có mô đun thấp nhất (khoảng 193 GPa). Ở nhiệt độ cao, mô đun của thép không gỉ austenit giảm nhanh hơn, trong khi ferritic và martensitic giảm chậm hơn. Các nguyên tố hợp kim có tác động tối thiểu đến mô đun đàn hồi.

Những yếu tố nào ảnh hưởng đến tính chất của thép không gỉ? 

Tính chất của thép không gỉ chịu ảnh hưởng bởi thành phần hợp kim, quá trình xử lý nhiệt và quá trình làm cứng.

Thành phần hợp kim

Các thành phần của thép không gỉ hợp kim ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của chúng. Các nguyên tố chính bao gồm sắt, crom, niken và molypden, mỗi nguyên tố góp phần tạo nên các đặc điểm khác nhau:

• Crom: Cung cấp khả năng chống ăn mòn bằng cách hình thành lớp oxit thụ động.

• Niken: Tăng độ dẻo dai, độ dai và cải thiện khả năng chống ăn mòn, đặc biệt là trong môi trường có tính axit.

• Molipden: Tăng cường độ bền và chống lại hiện tượng rỗ và ăn mòn khe hở.

• Cacbon: Ảnh hưởng đến độ cứng và độ bền nhưng có thể làm giảm khả năng chống ăn mòn nếu có hàm lượng cao.

Các loại thép không gỉ khác nhau có thành phần đa dạng phù hợp với từng ứng dụng cụ thể, cân bằng các yếu tố để đạt được các đặc tính mong muốn như độ bền, độ dẻo và khả năng chống ăn mòn.

Xử lý nhiệt

Các quy trình xử lý nhiệt, bao gồm ủ, làm nguội và ram, được sử dụng để thay đổi cấu trúc vi mô của thép không gỉ, do đó tăng cường các tính chất cơ học và vật lý của nó:

• Ủ:Bao gồm việc nung thép đến nhiệt độ cụ thể rồi làm nguội từ từ để loại bỏ ứng suất bên trong và tăng độ dẻo và độ bền.

• Làm nguội: Làm nguội thép nhanh sau khi nung để làm cứng thép, cải thiện khả năng chống mài mòn và độ bền.

• Làm nguội: Làm nóng thép đã tôi ở nhiệt độ thấp hơn rồi để nguội từ từ, giúp tăng độ dẻo dai và giảm độ giòn.

Các kỹ thuật xử lý nhiệt này có thể được áp dụng cho các loại thép không gỉ khác nhau để đạt được sự cân bằng mong muốn về độ cứng, độ bền và độ dẻo cho nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau.

Làm việc chăm chỉ

Làm cứng bằng cách làm việc, hoặc làm cứng bằng cách căng, liên quan đến việc biến dạng thép không gỉ ở nhiệt độ phòng để tăng cường độ bền và độ cứng của nó. Quá trình này thường đạt được thông qua các phương pháp như cán, kéo và uốn:

• Lăn: Nén thép giữa các con lăn để giảm độ dày và tăng cường độ kéo.

• Vẽ: Kéo thép qua khuôn để giảm diện tích mặt cắt ngang và tăng cường độ bền.

• Uốn cong:Việc làm biến dạng thép bằng lực sẽ cải thiện độ cứng và giới hạn chảy của thép.

Làm cứng đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng đòi hỏi tính chất cơ học được cải thiện mà không làm thay đổi thành phần của thép thông qua xử lý nhiệt. Nó được sử dụng để chế tạo lò xo, chốt và các thành phần chịu ứng suất cao, chống mài mòn khác.

Liệu thép không gỉ có bị gỉ sét không?

Thép không gỉ có khả năng chống gỉ cao do có chứa crom, nhưng trong điều kiện khắc nghiệt, chẳng hạn như tiếp xúc lâu với môi trường khắc nghiệt hoặc nếu lớp oxit bảo vệ bị hỏng, cuối cùng thép không gỉ vẫn có thể bị gỉ.

Đọc thêm
Thép không gỉ có bị gỉ không và bạn có thể giải quyết bằng cách nào?

Thép không gỉ có bền hơn thép không?

Thép không gỉ thường vượt trội hơn thép thông thường về độ bền và độ chắc, có khả năng chống ăn mòn và mài mòn tốt hơn. Tuy nhiên, độ bền chính xác phụ thuộc vào hợp kim và phương pháp xử lý cụ thể.

Thép không gỉ có thể sử dụng được bao lâu?

Thép không gỉ có thể tồn tại trong nhiều thập kỷ, thậm chí lên đến 100 năm, tùy thuộc vào môi trường và bảo trì. Độ bền của nó làm cho nó trở thành lựa chọn phổ biến cho cả ứng dụng công nghiệp và gia dụng.

Phần kết luận

Sự kết hợp độc đáo các đặc tính của thép không gỉ khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng. Hiệu suất của nó bị ảnh hưởng bởi thành phần hợp kim, xử lý nhiệt và làm cứng. Hiểu được các yếu tố này nhấn mạnh tính linh hoạt và độ tin cậy của thép không gỉ trong cả sử dụng công nghiệp và hàng ngày.

Tập đoàn SteelPRO cung cấp nhiều loại thép không gỉ có đặc tính tuyệt vời và chúng tôi có thể tùy chỉnh chúng để tăng cường các đặc tính cụ thể. Để biết thêm thông tin về thép không gỉ, hãy truy cập trang blog.

Liên hệ với chuyên gia của chúng tôi Bây giờ là trích dẫn hay nhất!