Giải thích về các loại thép không gỉ: 304 so với 316 so với 430 so với 2205

Cấp độ thép không gỉ thực sự cho bạn biết điều gì

“Cấp độ” không gỉ là một cửa sổ thuộc tính và công thức được tiêu chuẩn hóa (xử lý cấu trúc vi mô hóa học) dự đoán hành vi ăn mòn, độ bền, khả năng định dạng, khả năng hàn, từ tính và chi phí.

Ở mức độ đơn giản nhất, thép không gỉ chống gỉ vì chúng chứa đủ crom để tạo thành một màng oxit thụ động mỏng, tự phục hồi. Trong hầu hết các tiêu chuẩn, thép không gỉ được định nghĩa là ≥10,5% crom theo khối lượng. Nhiều crom thường cải thiện khả năng chống oxy hóa; các chất bổ sung như molypden và nitơ cải thiện khả năng chống rỗ clorua; niken ổn định austenite và cải thiện độ dẻo dai và khả năng định hình.

Tuy nhiên, “không gỉ” không phải là “chống vết bẩn”. Clorua (muối), kẽ hở, nước đọng, nhiệt độ cao hoặc độ hoàn thiện kém có thể phá vỡ tính thụ động và gây rỗ, ăn mòn kẽ hở, nhuộm trà, nứt ăn mòn do ứng suất hoặc ăn mòn giữa các hạt. Việc chọn đúng loại có nghĩa là làm cho hợp kim phù hợp với thực tế tiếp xúc và chế tạo.

Cách hoạt động của tên lớp (AISI, UNS, VN 1.xxxx)

Nhãn cấp độ khác nhau tùy theo khu vực, nhưng chúng ánh xạ tới cùng một định nghĩa vật liệu cơ bản. Bạn sẽ thường thấy:

• AISI/ASTM 3 chữ số (ví dụ: 304, 316, 430): cách viết tắt được sử dụng rộng rãi cho các gia đình thông thường.
• UNS (ví dụ: S30400, S31603): mã rõ ràng được sử dụng theo các tiêu chuẩn; “03” thường biểu thị lượng carbon thấp (ví dụ: 316L = S31603).
• EN (ví dụ: 1.4301 cho 304, 1.4404 cho 316L): phổ biến ở Châu Âu.

Tại sao “L”, “H” và điểm ổn định lại quan trọng

Carbon thấp (“L”) các loại (304L, 316L) giảm nguy cơ nhạy cảm (hình thành cacbua crom ở ranh giới hạt) sau khi hàn hoặc tiếp xúc với nhiệt độ cao, giúp ngăn chặn sự ăn mòn giữa các hạt trong nhiều môi trường dịch vụ.

Carbon cao (“H”) các cấp (ví dụ: 304H) hỗ trợ độ bền nhiệt độ cao (leo) tốt hơn nhưng có thể làm tăng nguy cơ mẫn cảm nếu không được quản lý.

Đã ổn định các loại (321 với Ti, 347 với Nb) được thiết kế để chống lại sự nhạy cảm trong quá trình làm việc ở nhiệt độ cao hoặc hàn trong đó chỉ riêng hóa học “L” có thể không đủ.

Các dòng sản phẩm không gỉ mà bạn thực sự sẽ chọn

Hầu hết các quyết định lựa chọn không gỉ thực sự là những quyết định về cấu trúc vi mô. Mỗi gia đình có sự đánh đổi riêng biệt:

Austenit (loạt 300: 304, 316)

• Khả năng định hình và độ dẻo dai tuyệt vời (ngay cả ở nhiệt độ thấp).
• Nói chung không có từ tính trong điều kiện ủ (có thể trở nên hơi từ tính sau khi làm nguội).
• Dễ bị ăn mòn rỗ/kẽ hở clorua và nứt do ăn mòn ứng suất clorua trong điều kiện nóng, mặn.

Ferit (dòng 400 như 430)

• Từ tính, thường có chi phí thấp hơn (ít/không có niken).
• Khả năng chống ăn mòn và oxy hóa trong khí quyển tốt; khả năng kháng clorua hạn chế so với 316 và nhiều loại song công.
• Thường ít định dạng hơn 304; khả năng hàn có thể hạn chế hơn đối với các phần dày.

Mactenxit (410, 420)

• Có thể xử lý nhiệt để có độ cứng cao hơn và chống mài mòn.
• Từ tính; thường có khả năng chống ăn mòn thấp hơn 304/316.
• Được sử dụng cho dao kéo, trục, bộ phận van và các bộ phận chịu mài mòn khi độ cứng có vấn đề.

Song công (2205 trở lên)

• Cấu trúc ferrite austenite hỗn hợp: cường độ cao và khả năng chống clorua được cải thiện.
• Thường xuyên khoảng 2 × cường độ năng suất 304/316 trong điều kiện điển hình, cho phép cắt các phần mỏng hơn.
• Hàn yêu cầu kiểm soát nhiệt đầu vào và chất độn chặt chẽ hơn để duy trì cân bằng pha và hiệu suất ăn mòn.

Lượng mưa làm cứng (17-4PH)

• Độ bền cao thông qua xử lý nhiệt lão hóa; phổ biến trong các thành phần hàng không vũ trụ/công nghiệp.
• Khả năng chống ăn mòn thường nằm trong khoảng từ 304 đến 316 tùy theo điều kiện và môi trường.

304 và 316 không phải là câu hỏi thực sự: tập trung vào clorua và kẽ hở

Phương pháp lựa chọn không gỉ thực tế bắt đầu với các nguyên nhân gây hư hỏng phổ biến nhất: tiếp xúc với clorua, kẽ hở/ứ đọng, nhiệt độ và tình trạng bề mặt. Cấp độ "đúng" có thể thay đổi nếu bạn có kẽ hở chật hẹp, bám bẩn sinh học, làm ướt không liên tục hoặc lớp hoàn thiện thô.

Sử dụng PREN để so sánh khả năng chống rỗ (nhanh, không hoàn hảo)

Một thước đo sàng lọc phổ biến là Số tương đương khả năng chống rỗ (PREN):

PREN ≈ %Cr 3,3×%Mo 16×%N

Giá trị PREN của sân bóng điển hình (giá trị chính xác phụ thuộc vào phạm vi tiêu chuẩn cụ thể và hóa học nhiệt):

PREN là một công cụ so sánh, không phải là sự đảm bảo. Hiệu suất thực sự phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, lượng oxy sẵn có, kẽ hở, cặn lắng, chất lượng mối hàn và độ hoàn thiện bề mặt. Tuy nhiên, đối với nhiều người mua, điều quan trọng nhất là: 316 là một bước tiến có ý nghĩa so với 304 về clorua và 2205 lại là một bước thay đổi .

Ví dụ kiểm tra thực tế nhanh

Nếu bạn đang chỉ định ốc vít, tay vịn hoặc giá đỡ gần bờ biển hoặc xung quanh hồ bơi, 304 thường phát triển vết ố hoặc rỗ ở nơi có cặn muối và giữ ẩm. Chuyển sang 316 thường cải thiện tuổi thọ bề ngoài vì molypden tăng khả năng chống lại sự tấn công cục bộ. Nếu bộ phận có các kẽ hở chật hẹp (khớp nối, miếng đệm, rễ ren) hoặc nhìn thấy clorua ấm, song công 2205 có thể là lựa chọn chắc chắn hơn mặc dù chi phí vật liệu cao hơn.

Các điểm phổ biến được giải thích bằng các quy tắc thực tế “chọn nó khi…”

Nếu bạn chỉ nhớ một quy tắc: khe hở clorua ấm áp là nơi “không gỉ tiêu chuẩn” thất bại đầu tiên. Đó là lý do tại sao nhiều nâng cấp trong thế giới thực tăng lên 304 → 316L → 2205 (hoặc cao hơn) khi mức độ nghiêm trọng của muối tăng lên.

Sự khác biệt về tính chất cơ học làm thay đổi thiết kế

Các lớp không chỉ khác nhau về khả năng chống ăn mòn. Sức mạnh và độ cứng ảnh hưởng đến độ dày, trọng lượng và độ biến dạng. Ví dụ về cường độ năng suất ở nhiệt độ phòng điển hình (thứ tự cường độ; dạng sản phẩm và tình trạng):

• 304/316 ủ: xung quanh 200–250 MPa năng suất (nhiều danh sách thông số kỹ thuật tối thiểu gần 205–215 MPa).
• Song công 2205: thường ở xung quanh 450 MPa năng suất tối thiểu, cho phép các phần mỏng hơn cho cùng một tải.
• 17-4PH (tuổi): có thể vượt quá 900–1100 MPa năng suất tùy thuộc vào điều kiện xử lý nhiệt.

Ý nghĩa thực tế: nếu bạn đang thiết kế giá đỡ, khung hoặc bộ phận chịu áp lực, song công có thể làm giảm độ dày, thời gian hàn và độ lệch. Điều đó có thể bù đắp chi phí hợp kim trên mỗi pound cao hơn - miễn là bạn có thể chế tạo nó một cách chính xác.

Từ tính và những bất ngờ về công việc lạnh lùng

Các lớp ferrit và martensitic có từ tính. Các lớp Austenitic thường không có từ tính ở dạng ủ, nhưng gia công nguội (uốn, cán, tạo hình) có thể tạo ra từ tính một phần. Nếu từ tính là một yêu cầu nghiêm ngặt (ví dụ: tương tác cảm biến), hãy chỉ định phản hồi từ tính có thể chấp nhận được thay vì giả sử “304 không có từ tính”.

Hàn và chế tạo: nơi mà chất lượng tốt không đạt được trong thực tế

Nhiều vấn đề ăn mòn không gỉ bắt nguồn từ quá trình chế tạo chứ không phải lớp cơ sở. Cùng một loại có thể thực hiện rất khác nhau tùy thuộc vào quy trình hàn, loại bỏ màu nhiệt, hoàn thiện bề mặt và thiết kế kẽ hở.

Sử dụng các điều khiển chế tạo này làm danh sách kiểm tra

• Chọn điểm “L” đối với các sản phẩm hàn trừ khi bạn có lý do để không làm vậy (giúp giảm nguy cơ nhạy cảm).
• Loại bỏ màu nhiệt (tẩy/thụ động) trong dịch vụ ăn mòn quan trọng; tông màu nhiệt có thể là điểm yếu gây rỗ.
• Tránh ô nhiễm sắt từ các dụng cụ bằng thép cacbon; sắt tự do có thể rỉ sét và làm ố bề mặt không gỉ.
• Thiết kế các kẽ hở (mối hàn liên tục, mối nối bịt kín, đường thoát nước) nơi clorua hoặc hóa chất tẩy rửa có thể tồn tại.
• Đối với song công (2205), kiểm soát nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ giữa các đường truyền; kiểm soát kém có thể làm giảm khả năng chống ăn mòn và độ dẻo dai.

Một ví dụ đơn giản: tại sao việc hoàn thiện lại quan trọng

Bề mặt thô ráp, trầy xước sẽ giữ lại cặn muối và thúc đẩy sự tấn công cục bộ. Nếu hình thức bên ngoài và hiệu suất tẩy rửa có vấn đề, hãy chỉ định chế độ hoàn thiện và làm sạch—không chỉ cấp độ. Trong nhiều trường hợp kiến ​​trúc, việc nâng cấp phần hoàn thiện (và loại bỏ các kẽ hở) có thể tốt hơn việc thực hiện bước nhảy cấp độ mà không cần thay đổi thiết kế.

Tiếp xúc với nhiệt và hóa chất: chọn đúng loại “chuyên gia”

Nếu tiếp xúc chính của bạn là nhiệt độ cao (nguy cơ oxy hóa, đóng cặn, mẫn cảm) hoặc một hóa chất cụ thể (axit, chất tẩy rửa clo), khung 304/316 thông thường có thể sai.

Khi nhiệt là động lực chính

• Đối với nhiệt độ cao được duy trì liên tục khi hàn, hãy xem xét các lớp ổn định như 321/347 (kháng nhạy cảm trong dịch vụ).
• Đối với khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ rất cao, các loại có hàm lượng Cr/Ni cao như 310 thường được sử dụng.
• Tránh cho rằng nhiệt độ 316 “luôn tốt hơn 304”; Việc lựa chọn phụ thuộc vào các cân nhắc về quá trình oxy hóa, độ bền và độ nhạy cảm.

Khi hóa chất là động lực chính

Khả năng tương thích hóa học quá rộng đối với một bảng duy nhất, nhưng bạn có thể sử dụng quy trình làm việc an toàn: xác định nồng độ, nhiệt độ, sục khí và chất gây ô nhiễm; sau đó tham khảo dữ liệu kháng hóa chất và chỉ định các cấp độ được kiểm tra. Một lưu ý thực tế, chất tẩy rửa và chất tẩy có chứa clorua là những chất sát thủ thường xuyên trong dịch vụ thực phẩm và bảo trì tòa nhà; trong những trường hợp đó, kiểm soát quá trình và rửa có thể quan trọng như hợp kim.

Ma trận lựa chọn lớp thực tế (môi trường → danh sách rút gọn)

Hãy sử dụng điều này làm điểm khởi đầu để xây dựng thông số kỹ thuật của bạn. Luôn xác nhận chính xác mức clorua, nhiệt độ, hóa chất tẩy rửa và mức độ nghiêm trọng của kẽ hở.

Nguyên tắc quyết định: nếu bạn không thể loại bỏ các kẽ hở hoặc cặn và clorua hiện diện, nâng cấp lớp và nâng cấp chi tiết —chỉ làm một việc là khiến nhiều dự án thất bại.

Kiểm tra việc mua sắm: tránh những sự thay thế “tương đương” gây phản tác dụng

Sự thay thế xảy ra vì thép không gỉ thường được mua theo cấp tốc ký. Để kiểm soát rủi ro, hãy đưa những bước kiểm tra này vào thông số kỹ thuật hoặc ghi chú PO của bạn:

1. Nêu rõ tên gọi đầy đủ (ví dụ: 316L / UNS S31603 / EN 1.4404) để giảm sự mơ hồ.
2. Xác định hình thức và tình trạng sản phẩm (tấm, tấm, thanh, ống; được ủ, gia công nguội, ủ) vì các đặc tính khác nhau đáng kể.
3. Đưa ra các yêu cầu về độ hoàn thiện bề mặt nếu bề ngoài ăn mòn có vấn đề (độ nhám và phương pháp hoàn thiện ảnh hưởng đến việc giữ lại cặn).
4. Đối với các mối hàn, hãy chỉ định cấp L hoặc cấp ổn định, kỳ vọng làm sạch sau hàn và tiêu chí chấp nhận đối với màu nhiệt.
5. Nếu dịch vụ clorua là quan trọng, hãy cân nhắc yêu cầu các biện pháp kiểm soát hóa học tối thiểu liên quan đến PREN (hoặc danh sách cấp đã được phê duyệt) thay vì “304 hoặc tương đương”.

Một lỗi đắt giá phổ biến là chấp nhận sử dụng “tương đương” hợp kim thấp hơn cho các bộ phận thẩm mỹ ngoài trời. Khoản tiết kiệm chi phí ban đầu thường biến mất khi vết bẩn dẫn đến việc phải làm sạch, làm lại hoặc thay thế.

Kết luận nhanh: cách đơn giản nhất để tự tin lựa chọn

Để biến “các loại thép không gỉ được giải thích” thành một lựa chọn tự tin, hãy thực hiện theo thứ tự:

• Xác định mức độ phơi nhiễm: clorua (muối), nhiệt độ, chu trình ướt/khô và liệu cặn có tồn tại hay không.
• Xác định các kẽ hở: ren, khớp nối, miếng đệm, vùng lắng đọng dưới, túi ứ đọng.
• Chọn mức độ ăn mòn: 304 (lành tính) → 316L (clorua vừa phải) → 2205 (clorua ấm/kẽ hở) → hợp kim cao hơn dùng cho nước biển/nước muối nóng.
• Kiểm soát chế tạo khóa: Cấp L cho các mối hàn, loại bỏ vết nhiệt, tránh nhiễm bẩn sắt, chỉ định độ hoàn thiện.
• Nếu độ bền quyết định độ dày, hãy xem xét cấp độ song công hoặc PH—nhưng chỉ định tình trạng và xác minh nhu cầu ăn mòn.

Điểm mấu chốt: Lựa chọn loại không gỉ không phải là chọn hợp kim “tốt nhất”—mà là chọn hợp kim phù hợp với mức độ clorua, rủi ro kẽ hở, nhiệt độ và chất lượng chế tạo của bạn.