Tác dụng của các nguyên tố hóa học trong vật liệu inox - thép không gỉ

Cập nhật : 08:25:58 AM - 28/05/2019  768 lượt xem   bình luận
Thành phần hóa học có ảnh hưởng lớn trên một cấu trúc tinh thể của thép, tính chất cơ học, tính chất hoá học và khả năng chống ăn mòn. Các nguyên tố hóa học sẽ ảnh hưởng đến tính chất của thép theo những cách khác nhau, đôi khi sẽ làm tính chất của thép biến đổi theo chiều hướng tích cực và cũng có những lúc sẽ làm cho tính chất của thép biến đổi theo chiều hướng tiêu cực. Vì vậy, khi chọn thành phần hóa học cho vật liệu, đôi khi người ta phải hy sinh một vài tính chất, để tối ưu hóa những tính chất còn lại của thép. Những nguyên tố hóa học dưới đây sẽ miêu tả một cách cụ thể ảnh hưởng của từng nguyên tố hóa học lên inox - thép không gỉ họ Austenitic

Nguyên tố Chrom (Cr):

Cr chính là nguyên tố làm cho thép không gỉ trở thành “không gỉ”. Chỉ cần một hàm lượng Cr tối thiểu là 10.5%, sẽ tạo nên một lớp màng tự động bảo vệ thép không gỉ. Lớp màng này bảo vệ thép không gỉ khỏi quá trình oxy hóa và nhiều loại acid khác nhau. Khả năng chống ăn mòn sẽ càng tăng cao khi hàm lượng Cr trong thép không gỉ càng lớn. Chính vì điều này mà các dòng thép không gỉ có những hàm lượng Cr khác nhau để phù hợp với những ứng dụng khác nhau.

Ví dụ: như Austenitic là 18%, còn HPASS là 20-28% (Đây là mác theo chuyên dùng cho ngành không gian vũ trụ)

Nguyên tố Niken (Ni):

Niken chính là nguyên tố chính tạo ra và ổn định pha Austenitic hay nói cách khác là tạo ra dòng Inox Austenitic. Nếu không có 8% Niken, thì Inox 304 không còn là dòng Inox Austenitic và không thể có được những cơ tính tuyệt vời như trong thực tế, mà thay vào đó, nó sẽ trở thành một loại Inox trong dòng Inox Ferritic với một sự giới hạn về độ bền. Hàm lượng Cr trong thép càng cao, thì hàm lượng Niken cũng phải tăng tương ứng để duy trì pha Austenitic.

Ví dụ: dòng Inox HPASS (High Performance Austenitic Stainless Steel) có hàm lượng Cr và Mo rất cao, vì thế hàm lượng Ferritic trongdòng Inox này lênđến 20% hoặc cao hơn để duy trì pha Austenitic.

Ngoài ra, Niken còn làm tăng khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ trước nhiều loại acid và tăng ứng suất ăn mòn lên 20%. Và Niken cũng làm giảm khả năng biến cứng của thép không gỉ trong quá trình biến dạng nguội.

Nguyên tố Molypden (Mo):

Molypden tăng khả năng chống rỗ bề mặt và ăn mòn ở các khe hở trong môi trường của Clo. Mo kết hợp với Chrom và Nitơ để tăng cường khả năng này. Molypden cũng góp phần tăng khả năng chống ăn mòn và giảm tác động của acid HCl và acid sunfuric H2SO4. Trong dòng Inox Austenitic thì hàm lượng của Mo chiếm tối thiểu là 2%, ví dụ như Inox 316. Còn trong dòng Inox HPASS thì hàm lượng này là 7.5% Mo. Mo góp phần vào việc hình thành pha Ferritic, lượng Mo càng cao thì việc hình thành pha Ferritic càng mạnh, hay nói cách khác thì hàm lượng Mo thì càng làm cho Inox trở thành dòng Inox Ferritic. Ngoài ra, sự tham gia của Molyden cũng làm giảm khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao của Inox. Vì vậy, người ta thường rất đắn đo khi thêm Molyden vào Inox.

Nguyên tố Carbon (C):

Cacbon góp phần làm tăng độ bền của Inox. Vì thế Cacbon là nguyên tố hữu dụng trong việc Inox được sử dụng để làm lò hơi hoạt động ở nhiệt độ cao. Ngoài ảnh hưởng tích cực này ra, thì Carbon không còn ứng dụng tích cực nào khác và Carbon còn góp phần làm giảm khả năng chống ăn mòn của Inox. Vì vậy, người ta phải giảm hàm lượng Carbon đến mức tối thiểu trong các hợp kim. Hàm lượng Carbon thấp được sử dụng trong các ứng dụng của việc gia công hàn.

Ví dụ: như Inox 304L và Inox 316L, ở trong những Inox này người ta giới hạn hàm lượng Carbon tối đa là 0.03%. Còn ở trong một số hợp kim HPASS thì hàm lượng này là 0.02%.

Nguyên tố Nitơ (N):

Nguyên tố Nitơ góp phần làm ổn định và tăng độ bền cho Inox Austenitic. Ở một số mác Inox có hàm lượng Carbon thấp (0.01%) do độ bền thấp vì thiếu Cacbon, thì người ta phải thêm Nitơ vào để tăng độ bền. Nitơ cũng làm tăng khả năng chống rỗ bề mặt và ăn mòn ở khe hở trong môi trường Clorua. Vì vậy, trong dòng Inox HPASS thì hàm lượng Nitơ lên đến 0.5%.

Nguyên tố Mangan (Mn):

Người ta sử dụng Mangan để khử oxy trong Inox nóng chảy và còn được sử dụng như một phương pháp để làm ổn định pha Austenitic. Khi Mangan góp mặt thì điều này sẽ tăng sự hòa tan của Nitơ trong thép không gỉ. Vì vậy, Magan được thêm rất nhiều vào trong Inox HPASS để tăng hàm lượng của Nitơ, từ đó làm tăng độ bền và khả năng chống ăn mòn.

Nguyên tố Đồng (Cu):

Đồng làm tăng khả năng chống ăn mòn của Inox trong môi trường của các Acid như Acid Sunfuric và Acid Photphoric. Đồng được thêm vào một số mác Inox HPASS và giúp những mác này chuyên được sử dụng trong những môi trường như thế này.

Nguyên tố Silic (Si):

Cũng giống như Mangan thì Silic được dùng để khử Oxy trong thép nóng chảy. Ngoài tác dụng này thì Silic còn có những tác động tích cực lên chất lượng bề mặt như khả năng đánh bóng, khả năng hàn và khả năng chống ăn mòn Inox

Nguyên tố Niobi, Columbi và Titan (Nb, Cb, Ti):

Những nguyên tố này giúp Inox tăng bền ở nhiệt độ cao. Những mác Inox như 347 và 321 có chứa Nb và Ti thường được dùng trong việc chế tạo lò hơi và những ứng dụng về tinh luyện, ở những ứng dụng này người ta đòi hỏi Inox phải có độ bền và khả năng hàn tốt ở nhiệt độ cao. Ngoài ra, những nguyên tố này còn được dùng để khử oxy trong thép.

Nguyên tố Lưu Huỳnh và Photpho (S, P):

Lưu huỳnh có cả 2 tác động tích cực và tiêu cực đến tính chất của thép không gỉ. Một trong những ứng dụng quan trọng của Lưu Huỳnh là tăng khả năng cắt gọt của Inox trên máy công cụ, trong khi đó lại làm giảm khả năng gia công của Inox ở nhiệt độ cao. Dòng Inox HPASS về bản chất là rất khó gia công ở nhiệt độ cao, vì vậy người ta phải giới hạn hàm lượng Lưu Huỳnh xuống dưới 0.001%. Và Lưu Huỳnh không được sử dụng trong những hợp kim như thế này. Photpho không có tác dụng tích cực nào lên Inox và làm giảm khả năng gia công ở nhiệt độ cao của Inox trong quá trình rèn nguội và cán nóng. Và nó làm tăng khả năng gãy vỡ trong quá trình làm nguội sau khi hàn. Vì vậy người ta phải hạn chế hàm lượng này càng ít càng tốt.

Góp ý - Thảo luận