Inox hay còn gọi là Thép không gỉ là bất kỳ một trong nhóm hợp kim đen có chứa tối thiểu khoảng 11% crom. Một thành phần ngăn sắt không bị gỉ và cũng cung cấp các đặc tính chống nóng. Các loại thép không gỉ khác nhau bao gồm các nguyên tố cacbon (từ 0,03% đến lớn hơn 1,00%), nitơ , nhôm , silic , lưu huỳnh ,titan , niken , đồng , selen , niobi và molypden. Các loại thép không gỉ cụ thể thường được ký hiệu bằng số ba chữ số AISI của chúng. Ví dụ: 304 không gỉ. Tiêu chuẩn ISO 15510 liệt kê các thành phần hóa học của thép không gỉ theo các thông số kỹ thuật trong các tiêu chuẩn ISO, ASTM , EN , JIS và GB hiện có trong một bảng trao đổi hữu ích.
Giới thiệu về Inox
Khả năng chống gỉ của inox là kết quả của sự hiện diện của crom trong hợp kim, tạo thành một lớp màng thụ động bảo vệ vật liệu bên dưới khỏi sự tấn công ăn mòn và có thể tự phục hồi khi có oxy. Có thể tăng thêm khả năng chống ăn mòn bằng các cách sau:
- tăng hàm lượng crom lên hơn 11%
- thêm niken vào ít nhất 8%
- thêm molypden (cũng giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn rỗ )
- Việc bổ sung nitơ cũng cải thiện khả năng chống ăn mòn rỗ và tăng độ bền cơ học. Do đó, có rất nhiều loại thép không gỉ với hàm lượng crom và molypden khác nhau để phù hợp với môi trường mà hợp kim phải chịu đựng.
Khả năng chống ăn mòn và ố màu, bảo trì thấp, và độ bóng quen thuộc làm cho thép không gỉ trở thành vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng đòi hỏi cả độ bền của thép và khả năng chống ăn mòn. Hơn nữa, thép không gỉ có thể được cuộn thành tấm , tấm, thanh, dây và ống.
Lịch sử về thép không gỉ
Một thông báo, như đã xuất hiện trên tờ New York Times năm 1915, về sự phát triển của thép không gỉ ở Sheffield , Anh. Việc phát minh ra thép không gỉ theo sau một loạt các phát triển khoa học, bắt đầu từ năm 1798 khi crom lần đầu tiên được Louis Vauquelin trình diễn cho Học viện Pháp. Vào đầu những năm 1800, các nhà khoa học người Anh James Stoddart, Michael Faraday và Robert Mallet đã quan sát thấy khả năng chống lại các hợp kim crom-sắt (“thép crom”) đối với các tác nhân oxy hóa . Robert Bunsen đã phát hiện ra khả năng chống lại axit mạnh của crom. Khả năng chống ăn mòn của hợp kim sắt-crom có thể được công nhận lần đầu tiên vào năm 1821 bởi Pierre Berthier , người đã ghi nhận khả năng chống lại sự tấn công của một số axit và đề xuất sử dụng chúng trong dao kéo.
Trong những năm 1840, cả hai nhà sản xuất thép Sheffield của Anh và sau đó là Krupp của Đức đều sản xuất thép crom và sau đó sử dụng nó cho các khẩu đại bác vào những năm 1850. Năm 1861, Robert Forester Mushet đã nhận được bằng sáng chế về thép crom ở Anh.
Những sự kiện này đã dẫn đến việc người Mỹ đầu tiên sản xuất thép chứa crom bởi J. Baur của Chrome Steel Works ở Brooklyn để xây dựng cầu. Bằng sáng chế của Hoa Kỳ cho sản phẩm đã được cấp vào năm 1869. [1] : 2261 [16] Tiếp theo là sự công nhận khả năng chống ăn mòn của hợp kim crom bởi những người Anh John T. Woods và John Clark, những người đã ghi nhận phạm vi crom từ 5–30 %, có thêm vonfram và “cacbon trung bình”. Họ đã theo đuổi giá trị thương mại của sự đổi mới thông qua một bằng sáng chế của Anh cho “Hợp kim chịu được thời tiết”. [1] : 261, 11 [17] [ cần trích dẫn đầy đủ ]
Vào cuối những năm 1890, nhà hóa học người Đức Hans Goldschmidt đã phát triển một quy trình nhiệt điện tử ( thermite ) để sản xuất crom không chứa cacbon. [18] Từ năm 1904 đến năm 1911, một số nhà nghiên cứu, đặc biệt là Leon Guillet của Pháp, đã điều chế các hợp kim được coi là thép không gỉ ngày nay. [18] [19]
Năm 1908, công ty Friedrich Krupp Germaniawerft của Essen đã đóng chiếc du thuyền Germania 366 tấn với thân tàu bằng thép mạ crôm-niken ở Đức. Năm 1911, Philip Monnartz đã báo cáo về mối quan hệ giữa hàm lượng crom và khả năng chống ăn mòn. [20] Vào ngày 17 tháng 10 năm 1912, các kỹ sư Benno Strauss và Eduard Maurer của Krupp đã cấp bằng sáng chế cho Nirosta về thép không gỉ Austenit [21] [22] [23] [20] ngày nay được gọi là 18/8 hoặc AISI Kiểu 304. [24]
Đài tưởng niệm Harry Brearley tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Firth cũ ở Sheffield , Anh
Những phát triển tương tự cũng đang diễn ra ở Hoa Kỳ, nơi Christian Dantsizen của General Electric [24] và Frederick Becket (1875-1942) tại Union Carbide đang công nghiệp hóa thép không gỉ ferit. [25] Năm 1912, Elwood Haynes nộp đơn xin cấp bằng sáng chế của Hoa Kỳ về hợp kim thép không gỉ martensitic, hợp kim này không được cấp cho đến năm 1919. [26]
Trong khi tìm kiếm hợp kim chống ăn mòn cho nòng súng vào năm 1912, Harry Brearley thuộc phòng thí nghiệm nghiên cứu Brown-Firth ở Sheffield, Anh, đã phát hiện và sau đó công nghiệp hóa hợp kim thép không gỉ martensitic , ngày nay được gọi là AISI Type 420. [24 ] công bố hai năm sau đó trong một bài báo tháng 1 năm 1915 trên The New York Times . [12]
Kim loại này sau đó đã được Firth Vickers đưa ra thị trường với thương hiệu “Staybrite” ở Anh và được sử dụng cho mái che lối vào mới của khách sạn Savoy ở London vào năm 1929. [27] Brearley đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế của Hoa Kỳ vào năm 1915 chỉ vì Haynes đã có đã đăng ký một. Brearley và Haynes đã góp vốn và cùng với một nhóm các nhà đầu tư thành lập Tập đoàn Thép không gỉ Hoa Kỳ, có trụ sở chính tại Pittsburgh , Pennsylvania. [1] : 360
Ban đầu, thép không gỉ được bán ở Mỹ dưới các tên thương hiệu khác nhau như “Allegheny metal” và “Nirosta steel”. Ngay cả trong ngành luyện kim, cái tên này vẫn chưa được đặt ra; vào năm 1921, một tạp chí thương mại gọi nó là “thép không thể chống chọi được”. [28] Vào năm 1929, trước cuộc Đại suy thoái, hơn 25.000 tấn thép không gỉ đã được sản xuất và bán ở Mỹ hàng năm. [29]
Những tiến bộ công nghệ lớn trong những năm 1950 và 1960 đã cho phép sản xuất những thùng hàng có trọng tải lớn với chi phí phải chăng:
Quy trình AOD ( khử cacbon bằng khí argon ), để loại bỏ cacbon và lưu huỳnh
Đúc liên tục và cán dải nóng [30]
Z-Mill , hoặc nhà máy cán nguội Sendzimir [31] [32]
Creusot -Loire Uddeholm (CLU) và các quy trình liên quan sử dụng hơi nước thay vì một số hoặc tất cả argon. [33]
Các loại thép không gỉ (inox)
“18/10” chuyển hướng ở đây. Để biết ngày, hãy xem ngày 18 tháng 10 .
Bài chi tiết: Các loại thép SAE
Có năm họ chính, được phân loại chủ yếu theo cấu trúc tinh thể của chúng : Austenit, Ferit, Mactenxit, Duplex, và Làm cứng kết tủa.
Inox Austenit
Thép không gỉ (inox) Austenit là họ thép không gỉ lớn nhất, chiếm khoảng 2/3 tổng sản lượng thép không gỉ (xem số liệu sản xuất bên dưới). Chúng có cấu trúc vi mô Austenit, là cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt. Cấu trúc vi mô này đạt được bằng cách tạo hợp kim thép với đủ niken và / hoặc mangan và nitơ để duy trì cấu trúc vi mô Austenit ở mọi nhiệt độ, từ vùng đông lạnh đến điểm nóng chảy. Do đó, thép không gỉ Austenit không thể cứng bằng cách xử lý nhiệt vì chúng có cùng cấu trúc vi mô ở mọi nhiệt độ.
Inox Austenit có thể được chia nhỏ hơn nữa thành hai nhóm phụ, sê-ri 200 và sê-ri 300:
200 series là hợp kim crom-mangan-niken sử dụng tối đa mangan và nitơ để giảm thiểu việc sử dụng niken. Do được bổ sung nitơ, chúng có cường độ năng suất cao hơn xấp xỉ 50% so với thép tấm không gỉ dòng 300.
- Loại inox 201 có thể làm cứng được qua quá trình gia công nguội.
- Loại inox 202 là thép không gỉ đa dụng. Giảm hàm lượng niken và tăng mangan dẫn đến khả năng chống ăn mòn yếu.
300 series là hợp kim crom-niken đạt được cấu trúc vi mô Austenit của chúng hầu như chỉ bằng hợp kim niken; một số loại hợp kim rất cao bao gồm một số nitơ để giảm yêu cầu niken. 300 series là nhóm lớn nhất và được sử dụng rộng rãi nhất. - Loại inox 304: Loại được biết đến nhiều nhất là Loại 304, còn được gọi là 18/8 và 18/10 cho thành phần của nó tương ứng là 18% crom và 8% hoặc 10% niken.
- Loại inox 316: Thép không gỉ Austenit phổ biến thứ hai là Loại 316. Việc bổ sung 2% molypden cung cấp khả năng chống lại axit cao hơn và ăn mòn cục bộ do các ion clorua gây ra. Các phiên bản carbon thấp, chẳng hạn như 316L hoặc 304L, có hàm lượng carbon dưới 0,03% và được sử dụng để tránh các vấn đề ăn mòn do hàn.
Inox (Thép không gỉ) Ferritic
Bài chi tiết: Thép không gỉ Ferritic
Thép không gỉ ferit có cấu trúc vi mô ferit giống như thép cacbon, là một cấu trúc tinh thể hình khối tập trung vào thân và chứa từ 10,5% đến 27% crom với rất ít hoặc không có niken. Cấu trúc vi mô này có ở mọi nhiệt độ do có thêm crom, vì vậy chúng không thể cứng lại bằng cách xử lý nhiệt. Chúng không thể được tăng cường bằng cách gia công nguội ở mức độ giống như thép không gỉ Austenit. Chúng có từ tính.
Bổ sung niobi (Nb), titan (Ti) và zirconi (Zr) vào Kiểu 430 cho phép khả năng hàn tốt (xem phần hàn bên dưới).
Do gần như không có niken, chúng rẻ hơn thép Austenit và có mặt trong nhiều sản phẩm, bao gồm:
Ống xả ô tô (Loại 409 và 409 Cb [1] được sử dụng ở Bắc Mỹ; loại ổn định Loại 439 và 441 được sử dụng ở Châu Âu) [43]
Ứng dụng kiến trúc và kết cấu (Loại 430, chứa 17% Cr) [44]
Các thành phần của tòa nhà, chẳng hạn như móc đá phiến, tấm lợp và ống dẫn ống khói
Các tấm điện trong pin nhiên liệu oxit rắn hoạt động ở nhiệt độ khoảng 700 ° C (1.292 ° F) (sắt crom cao chứa 22% Cr) [45]
Thép không gỉ Martensitic
Bài chi tiết: Thép không gỉ Martensitic
Thép không gỉ Martensitic cung cấp nhiều đặc tính và được sử dụng làm thép kỹ thuật không gỉ, thép công cụ không gỉ và thép chống rung . Chúng có từ tính và không chống ăn mòn như thép không gỉ ferit và Austenit do hàm lượng crom thấp. Chúng được chia thành bốn loại (với một số chồng chéo): [46]
Các lớp Fe-Cr-C. Đây là những lớp đầu tiên được sử dụng và vẫn được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng kỹ thuật và chống mài mòn.
Các lớp Fe-Cr-Ni-C. Một số carbon được thay thế bằng niken. Chúng mang lại độ dẻo dai cao hơn và khả năng chống ăn mòn cao hơn. Cấp EN 1.4303 (Cấp đúc CA6NM) với 13% Cr và 4% Ni được sử dụng cho hầu hết các tuabin Pelton , Kaplan và Francis trong các nhà máy thủy điện [47] vì nó có đặc tính đúc tốt, khả năng hàn tốt và khả năng chống xói mòn xâm thực tốt .
Lớp làm cứng kết tủa. Cấp EN 1.4542 (còn được gọi là 17 / 4PH), cấp nổi tiếng nhất, kết hợp giữa làm cứng mactenxit và làm cứng kết tủa . Nó đạt được độ bền cao và độ dẻo dai tốt và được sử dụng trong hàng không vũ trụ cùng các ứng dụng khác.
Các cấp độ chống thấm. Bổ sung nhỏ niobi, vanadi , boron và coban làm tăng sức mạnh và khả năng chống rão lên đến khoảng 650 ° C (1.202 ° F).
Xử lý nhiệt thép không gỉ martensitic
Thép không gỉ Martensitic có thể được xử lý nhiệt để cung cấp các đặc tính cơ học tốt hơn.
Xử lý nhiệt thường bao gồm ba bước: [48]
Austenitizing, trong đó thép được nung nóng đến nhiệt độ trong khoảng 980–1.050 ° C (1.800–1.920 ° F), tùy thuộc vào cấp. Austenit tạo thành có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt.
Dập tắt . Austenit được biến đổi thành mactenxit, một cấu trúc tinh thể tứ giác cứng làm trung tâm . Mactenxit đã được dập tắt rất cứng và quá giòn đối với hầu hết các ứng dụng. Một số Austenit dư có thể vẫn còn.
Ủ. Mactenxit được nung nóng đến khoảng 500 ° C (932 ° F), giữ ở nhiệt độ, sau đó được làm mát bằng không khí. Nhiệt độ tôi luyện cao hơn làm giảm độ bền năng suất và độ bền kéo cuối cùng nhưng lại làm tăng độ giãn dài và khả năng chống va đập.
Thép không gỉ martensitic hợp kim nitơ
Thay thế một số carbon trong thép không gỉ martensitic bằng nitơ là một phát triển gần đây. [ khi nào? ] Khả năng hòa tan giới hạn của nitơ được tăng lên nhờ quá trình tinh chế bằng điện áp (PESR), trong đó quá trình nấu chảy được thực hiện dưới áp suất nitơ cao. Thép có chứa tới 0,4% nitơ đã đạt được, dẫn đến độ cứng và độ bền cao hơn và khả năng chống ăn mòn cao hơn. Vì PESR đắt tiền, hàm lượng nitơ thấp hơn nhưng đáng kể đã đạt được bằng cách sử dụng quy trình khử cacbon bằng khí argon tiêu chuẩn (AOD). [49] [50] [51] [52] [53]
Thép không gỉ hai mặt
Bài chi tiết: Thép không gỉ Duplex
Thép không gỉ song công có cấu trúc vi mô hỗn hợp của austenit và ferit, tỷ lệ lý tưởng là hỗn hợp 50:50, mặc dù các hợp kim thương mại có thể có tỷ lệ 40:60. Chúng được đặc trưng bởi crom cao hơn (19–32%) và molypden (lên đến 5%) và hàm lượng niken thấp hơn so với thép không gỉ Austenit. Thép không gỉ song công có độ bền năng suất gần gấp đôi so với thép không gỉ Austenit. Cấu trúc vi mô hỗn hợp của chúng cung cấp khả năng chống nứt do ăn mòn do ứng suất clorua cải thiện so với thép không gỉ Austenit Loại 304 và 316.
Loại song công thường được chia thành ba nhóm phụ dựa trên khả năng chống ăn mòn của chúng: loại song công nạc, loại song công tiêu chuẩn và loại siêu song công.
Các đặc tính của thép không gỉ duplex đạt được với hàm lượng hợp kim tổng thể thấp hơn so với các loại siêu Austenit có hiệu suất tương tự, làm cho việc sử dụng chúng tiết kiệm chi phí cho nhiều ứng dụng. Ngành công nghiệp giấy và bột giấy là một trong những ngành đầu tiên sử dụng rộng rãi thép không gỉ duplex. Ngày nay, ngành công nghiệp dầu khí là ngành sử dụng lớn nhất và đã thúc đẩy các cấp chống ăn mòn nhiều hơn, dẫn đến sự phát triển của các cấp siêu song công và siêu song công. Gần đây hơn, loại song tinh mỏng ít tốn kém hơn (và ít chống ăn mòn hơn một chút) đã được phát triển, chủ yếu cho các ứng dụng kết cấu trong xây dựng và xây dựng (thanh cốt thép bê tông, tấm cho cầu, công trình ven biển) và trong ngành công nghiệp nước .
Kết tủa làm cứng thép không gỉ
Thép không gỉ làm cứng kết tủa có khả năng chống ăn mòn tương đương với các loại austenit, nhưng có thể được làm cứng kết tủa đến cường độ cao hơn thậm chí cao hơn so với các loại martensitic khác. Có ba loại thép không gỉ làm cứng kết tủa: [54]
Martensitic 17-4 PH [55] (AISI 630 EN 1.4542) chứa khoảng 17% Cr, 4% Ni, 4% Cu và 0,3% Nb.
Xử lý dung dịch ở khoảng 1.040 ° C (1.900 ° F) sau đó làm nguội dẫn đến kết quả là cấu trúc mactenxit tương đối dễ uốn. Xử lý lão hóa tiếp theo ở 475 ° C (887 ° F) tạo kết tủa các pha giàu Nb và Cu làm tăng độ bền lên đến trên 1000 MPa. Mức độ bền vượt trội này được sử dụng trong các ứng dụng công nghệ cao như hàng không vũ trụ (thường là sau khi nấu chảy lại để loại bỏ tạp chất phi kim loại, làm tăng tuổi thọ mỏi). Một ưu điểm lớn khác của loại thép này là quá trình lão hóa, không giống như xử lý tôi, được thực hiện ở nhiệt độ có thể được áp dụng cho (gần như) các bộ phận đã hoàn thiện mà không bị biến dạng và biến màu.
Bán Austenit 17-7PH [55] (AISI 631 EN 1.4568) chứa khoảng 17% Cr, 7,2% Ni và 1,2% Al.
Xử lý nhiệt điển hình bao gồm xử lý dung dịch và làm nguội . Tại thời điểm này, cấu trúc vẫn là Austenit. Sự biến đổi Martensitic sau đó thu được bằng cách xử lý đông lạnh ở −75 ° C (−103 ° F) hoặc bằng gia công lạnh nghiêm trọng (biến dạng trên 70%, thường là bằng cách cán nguội hoặc kéo dây). Lão hóa ở 510 ° C (950 ° F) —mà làm kết tủa pha kim loại Ni 3 Al — được thực hiện như trên trên các bộ phận gần như hoàn thiện. Khi đó đạt đến mức ứng suất năng suất trên 1400 MPa.
Austenitic A286 [56] (ASTM 660 EN 1.4980) chứa khoảng Cr 15%, Ni 25%, Ti 2,1%, Mo 1,2%, V 1,3% và B 0,005%.
Cấu trúc vẫn là Austenit ở mọi nhiệt độ.
Xử lý nhiệt điển hình bao gồm xử lý dung dịch và làm nguội, sau đó là già hóa ở 715 ° C (1.319 ° F). Sự già hóa tạo thành kết tủa Ni 3 Ti và làm tăng độ bền sản lượng lên khoảng 650 MPa ở nhiệt độ phòng. Không giống như các lớp trên, các đặc tính cơ học và khả năng chống rão của loại thép này vẫn rất tốt ở nhiệt độ lên đến 700 ° C (1.292 ° F). Do đó, A286 được phân loại là siêu hợp kim Fe , được sử dụng trong động cơ phản lực, tuabin khí và các bộ phận tuabin.
Các cấp độ
Xem thêm: Mác thép và mác thép SAE
Có hơn 150 loại thép không gỉ, trong đó 15 loại được sử dụng phổ biến nhất. Có một số hệ thống để phân loại thép không gỉ và các loại thép khác, bao gồm các loại thép SAE của Hoa Kỳ . Hệ thống đánh số thống nhất cho kim loại và hợp kim (UNS) được ASTM phát triển vào năm 1970. Người Châu Âu đã phát triển EN 10088 cho mục đích tương tự. [24]
Chống ăn mòn
Phần này cần trích dẫn bổ sung để xác minh . Vui lòng giúp cải thiện bài viết này bằng cách thêm trích dẫn vào các nguồn đáng tin cậy . Vật liệu không có nguồn gốc có thể bị thách thức và loại bỏ. ( Tháng 3 năm 2020 ) ( Tìm hiểu cách thức và thời điểm xóa thông báo mẫu này )
Thép không gỉ (hàng dưới) chống lại sự ăn mòn của nước muối tốt hơn hợp kim nhôm-đồng (hàng trên) hoặc đồng-niken (hàng giữa)
Không giống như thép cacbon, thép không gỉ không bị ăn mòn đồng đều khi tiếp xúc với môi trường ẩm ướt. Thép cacbon không được bảo vệ dễ bị gỉ khi tiếp xúc với sự kết hợp của không khí và hơi ẩm. Lớp bề mặt oxit sắt tạo thành xốp và dễ vỡ. Ngoài ra, vì oxit sắt chiếm một thể tích lớn hơn so với thép ban đầu, lớp này mở rộng và có xu hướng bong ra và rơi ra, làm cho lớp thép bên dưới bị tấn công thêm. Trong khi đó, thép không gỉ chứa đủ crom để trải qua quá trình thụ động hóa, tự nhiên hình thành một màng trơ mỏng hiển vi bề mặt của oxit crom bằng phản ứng với oxy trong không khí và thậm chí một lượng nhỏ oxy hòa tan trong nước. Màng thụ động này ngăn chặn sự ăn mòn thêm bằng cách ngăn chặn sự khuếch tán oxy đến bề mặt thép và do đó ngăn chặn sự ăn mòn lan vào phần lớn của kim loại. [3] Phim này có khả năng tự sửa chữa, ngay cả khi bị trầy xước hoặc bị xáo trộn tạm thời bởi điều kiện khó chịu trong môi trường vượt quá khả năng chống ăn mòn vốn có của lớp đó. [57] [58]
Khả năng chống ăn mòn của màng này phụ thuộc vào thành phần hóa học của thép không gỉ, chủ yếu là hàm lượng crom. Thông thường để phân biệt giữa bốn dạng ăn mòn: đồng nhất, cục bộ (rỗ), galvanic và SCC (nứt do ăn mòn do ứng suất). Bất kỳ dạng ăn mòn nào trong số này đều có thể xảy ra khi loại thép không gỉ không phù hợp với môi trường làm việc.
Ký hiệu “CRES” đề cập đến thép chống ăn mòn. [59]
Ăn mòn đồng đều
Ăn mòn đồng đều diễn ra trong các môi trường rất khắc nghiệt, thường là nơi sản xuất hoặc sử dụng nhiều hóa chất, chẳng hạn như trong ngành công nghiệp giấy và bột giấy. Toàn bộ bề mặt của thép bị tấn công, và sự ăn mòn được biểu thị bằng tốc độ ăn mòn tính bằng mm / năm (thường nhỏ hơn 0,1 mm / năm là chấp nhận được đối với những trường hợp này). Bảng ăn mòn cung cấp các hướng dẫn. [60]
Đây là trường hợp điển hình khi thép không gỉ tiếp xúc với dung dịch axit hoặc bazơ. Thép không gỉ có bị ăn mòn hay không phụ thuộc vào loại và nồng độ của axit hoặc bazơ và nhiệt độ dung dịch. Ăn mòn đồng đều thường dễ tránh do dữ liệu ăn mòn được công bố rộng rãi hoặc kiểm tra ăn mòn trong phòng thí nghiệm dễ dàng thực hiện.
Thép không gỉ không hoàn toàn miễn nhiễm với sự ăn mòn như trong thiết bị khử mặn này .
Axit
Các dung dịch axit có thể được chia thành hai loại chung: axit khử, chẳng hạn như axit clohydric và axit sunfuric loãng , và axit oxy hóa , chẳng hạn như axit nitric và axit sunfuric đặc. Tăng hàm lượng crom và molypden làm tăng khả năng chống lại axit khử trong khi tăng hàm lượng crom và silic làm tăng khả năng chống lại axit oxy hóa.
Axit sunfuric là một trong những hóa chất công nghiệp được sản xuất nhiều nhất. Ở nhiệt độ phòng, thép không gỉ Loại 304 chỉ chịu được 3% axit, trong khi Loại 316 chịu được 3% axit lên đến 50 ° C (122 ° F) và 20% axit ở nhiệt độ phòng. Vì vậy, loại 304 SS hiếm khi được sử dụng khi tiếp xúc với axit sulfuric. Loại 904L và Hợp kim 20 có khả năng chống lại axit sulfuric ở nồng độ thậm chí cao hơn nhiệt độ phòng. [61] [62] Axit sulfuric đậm đặc có các đặc tính oxy hóa giống như axit nitric, và do đó thép không gỉ chứa silicon cũng rất hữu ích. [ cần dẫn nguồn ]
Axit clohydric làm hỏng bất kỳ loại thép không gỉ nào và cần tránh. [4] : 118 [63]
Tất cả các loại thép không gỉ đều chống lại sự tấn công từ axit photphoric và axit nitric ở nhiệt độ phòng. Ở nồng độ cao và nhiệt độ cao, sự tấn công sẽ xảy ra, và thép không gỉ hợp kim cao hơn được yêu cầu. [64] [65]
Nói chung, các axit hữu cơ ít bị ăn mòn hơn các axit khoáng như axit clohydric và axit sunfuric. Khi trọng lượng phân tử của axit hữu cơ tăng lên, tính ăn mòn của chúng giảm. Axit fomic có khối lượng phân tử thấp nhất và là một axit yếu. Loại 304 có thể được sử dụng với axit formic, mặc dù nó có xu hướng làm mất màu dung dịch. Loại 316 thường được sử dụng để lưu trữ và xử lý axit axetic , một axit hữu cơ quan trọng về mặt thương mại. [66]
Căn cứ
Thép không gỉ Loại 304 và Loại 316 không bị ảnh hưởng bởi các bazơ yếu như amoni hydroxit , ngay cả ở nồng độ cao và ở nhiệt độ cao. Các lớp tương tự tiếp xúc với bazơ mạnh hơn như natri hydroxit ở nồng độ cao và nhiệt độ cao sẽ có thể bị ăn mòn và nứt. [67] Tăng hàm lượng crom và niken giúp tăng sức đề kháng.
Tổ chức
Tất cả các loại đều chống lại sự phá hủy của aldehyde và amin , mặc dù trong trường hợp thứ hai, Loại 316 được ưu tiên hơn Loại 304; cellulose axetat làm hỏng Loại 304 trừ khi nhiệt độ được giữ ở mức thấp. Chất béo và axit béo chỉ ảnh hưởng đến Loại 304 ở nhiệt độ trên 150 ° C (302 ° F) và Loại 316 SS trên 260 ° C (500 ° F), trong khi Loại 317 SS không bị ảnh hưởng ở mọi nhiệt độ. Loại 316L được yêu cầu để chế biến urê . [4] [ trang cần ]
Ăn mòn cục bộ
Ăn mòn cục bộ có thể xảy ra theo một số cách, ví dụ ăn mòn rỗ và ăn mòn đường nứt . Các cuộc tấn công khu trú này phổ biến nhất khi có sự hiện diện của các ion clorua . Mức clorua cao hơn yêu cầu thép không gỉ hợp kim cao hơn.
Ăn mòn cục bộ có thể khó dự đoán vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:
Nồng độ ion clorua. Ngay cả khi đã biết nồng độ dung dịch clorua, vẫn có thể xảy ra hiện tượng ăn mòn cục bộ không mong muốn. Các ion clorua có thể trở nên tập trung không đều ở một số khu vực nhất định, chẳng hạn như trong các kẽ hở (ví dụ như dưới các miếng đệm) hoặc trên các bề mặt trong không gian hơi do bay hơi và ngưng tụ.
Nhiệt độ: nhiệt độ tăng làm tăng tính mẫn cảm.
Tính axit: tăng tính axit làm tăng tính mẫn cảm.
Sự trì trệ: tình trạng trì trệ làm tăng tính mẫn cảm.
Các loài oxy hóa: sự hiện diện của các loài oxy hóa, chẳng hạn như các ion sắt và cốc, làm tăng tính nhạy cảm.
Chống ăn mòn rỗ
Ăn mòn rỗ được coi là dạng ăn mòn cục bộ phổ biến nhất. Khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ đối với ăn mòn rỗ thường được biểu thị bằng PREN , thu được thông qua công thức:
{\ displaystyle {\ text {PREN}} = \% {\ text {Cr}} + 3,3 \ cdot \% {\ text {Mo}} + 16 \ cdot \% {\ text {N}}}{\ displaystyle {\ text {PREN}} = \% {\ text {Cr}} + 3,3 \ cdot \% {\ text {Mo}} + 16 \ cdot \% {\ text {N}}},
trong đó các thuật ngữ tương ứng với tỷ lệ của hàm lượng theo khối lượng crom, molypden và nitơ trong thép. Ví dụ, nếu thép bao gồm 15% crom% Cr sẽ bằng 15.
PREN càng cao thì khả năng chống ăn mòn rỗ càng cao. Do đó, việc tăng hàm lượng crom, molypden và nitơ mang lại khả năng chống ăn mòn rỗ tốt hơn.
Ăn mòn đường nứt
Mặc dù về mặt lý thuyết, PREN của một số loại thép nhất định có thể đủ để chống lại sự ăn mòn rỗ, ăn mòn đường nứt vẫn có thể xảy ra khi thiết kế kém tạo ra các khu vực hạn chế (các tấm chồng lên nhau, giao diện tấm giặt, v.v.) hoặc khi cặn bám trên vật liệu. Trong các khu vực được chọn này, PREN có thể không đủ cao cho các điều kiện dịch vụ. Thiết kế tốt, kỹ thuật chế tạo, lựa chọn hợp kim, điều kiện vận hành thích hợp dựa trên nồng độ của các hợp chất hoạt động có trong dung dịch gây ăn mòn, độ pH,… có thể ngăn chặn sự ăn mòn đó. [68]
Ứng suất ăn mòn nứt
Vết nứt do ăn mòn ứng suất (SCC) là hiện tượng nứt và hỏng đột ngột của một bộ phận mà không bị biến dạng.
Nó có thể xảy ra khi ba điều kiện được đáp ứng:
Bộ phận bị ứng suất (do tải trọng tác dụng hoặc ứng suất dư).
Môi trường xâm thực (mức clorua cao, nhiệt độ trên 50 ° C (122 ° F), sự hiện diện của H 2 S).
Thép không gỉ không đủ khả năng chịu SCC.
Cơ chế SCC là kết quả của chuỗi sự kiện sau:
Rỗ xảy ra.
Các vết nứt bắt đầu từ vị trí bắt đầu đào hố.
Các vết nứt sau đó lan truyền qua kim loại theo chế độ xuyên hạt hoặc giữa các hạt.
Sự thất bại xảy ra.
Trong khi đó, rỗ thường dẫn đến các bề mặt không đẹp mắt và tệ nhất là thủng tấm không gỉ, việc hỏng hóc do SCC có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng. Do đó nó được coi là một dạng ăn mòn đặc biệt.
Vì SCC yêu cầu phải đáp ứng một số điều kiện, nên nó có thể được chống lại bằng các biện pháp tương đối dễ dàng, bao gồm:
Giảm mức ứng suất (các thông số kỹ thuật của dầu và khí cung cấp các yêu cầu về mức ứng suất tối đa trong môi trường chứa H 2 S).
Đánh giá tính xâm thực của môi trường (hàm lượng clorua cao, nhiệt độ trên 50 ° C (122 ° F), v.v.).
Lựa chọn đúng loại thép không gỉ: siêu Austenit như loại 904L hoặc siêu duplex ( thép không gỉ ferritic và thép không gỉ duplex rất bền với SCC).
Ăn mòn Galvanic
Đai ốc bên trái không phải là thép không gỉ và bị gỉ , không giống như đai ốc bên phải.
Ăn mòn Galvanic [69] (còn được gọi là “ăn mòn kim loại khác nhau”) đề cập đến thiệt hại do ăn mòn gây ra khi hai vật liệu khác nhau được ghép nối trong một chất điện phân ăn mòn. Chất điện giải phổ biến nhất là nước, từ nước ngọt đến nước biển. Khi một cặp galvanic hình thành, một trong những kim loại trong cặp này sẽ trở thành cực dương và ăn mòn nhanh hơn so với một mình, trong khi kim loại kia trở thành cực âm và ăn mòn chậm hơn so với một mình. Thép không gỉ, do có thế điện cực dương hơn ví dụ như thép cacbon và nhôm, trở thành cực âm, làm tăng tốc độ ăn mòn kim loại anốt. Một ví dụ là sự ăn mòn của đinh tán nhôm buộc các tấm thép không gỉ tiếp xúc với nước. [70]
Diện tích bề mặt tương đối của cực dương và cực âm rất quan trọng trong việc xác định tốc độ ăn mòn. Trong ví dụ trên, diện tích bề mặt của đinh tán nhỏ so với của tấm thép không gỉ, dẫn đến ăn mòn nhanh chóng. [70] Tuy nhiên, nếu ốc vít bằng thép không gỉ được sử dụng để lắp ráp các tấm nhôm, quá trình ăn mòn mạ sẽ chậm hơn nhiều vì mật độ dòng điện trên bề mặt nhôm sẽ nhỏ hơn một bậc. [70] Một sai lầm thường gặp là lắp ráp các tấm thép không gỉ với các chốt bằng thép cacbon; trong khi việc sử dụng thép không gỉ để gắn chặt các tấm thép cacbon thường được chấp nhận, điều ngược lại là không.
Cung cấp cách điện giữa các kim loại khác nhau, nếu có thể, có hiệu quả trong việc ngăn chặn loại ăn mòn này. [70]
Ăn mòn ở nhiệt độ cao (đóng cặn)
Ở nhiệt độ cao, tất cả các kim loại đều phản ứng với khí nóng. Hỗn hợp khí ở nhiệt độ cao phổ biến nhất là không khí, trong đó oxy là thành phần dễ phản ứng nhất. Để tránh ăn mòn trong không khí, thép cacbon được giới hạn ở khoảng 480 ° C (900 ° F). Khả năng chống oxy hóa trong thép không gỉ tăng lên khi bổ sung crom, silicon và nhôm. Việc bổ sung nhỏ xeri và yttri làm tăng độ bám dính của lớp oxit trên bề mặt. [71]
Việc bổ sung crom vẫn là phương pháp phổ biến nhất để tăng khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao trong thép không gỉ; crom phản ứng với oxy để tạo thành vảy crom oxit, làm giảm sự khuếch tán oxy vào vật liệu. Crom tối thiểu 10,5% trong thép không gỉ cung cấp khả năng chịu nhiệt đến khoảng 700 ° C (1.300 ° F), trong khi 16% crôm cung cấp khả năng chống lên đến khoảng 1.200 ° C (2.200 ° F). Loại 304, loại thép không gỉ phổ biến nhất với 18% crôm, chịu được nhiệt độ khoảng 870 ° C (1.600 ° F). Các khí khác, chẳng hạn như sulfur dioxide , hydro sulfide , carbon monoxide , clo, cũng tấn công thép không gỉ. Khả năng chống lại các loại khí khác phụ thuộc vào loại khí, nhiệt độ và thành phần hợp kim của thép không gỉ. [72] [73]
Với việc bổ sung lên đến 5% nhôm, các lớp ferritic Fr-Cr-Al được thiết kế để chống điện và chống oxy hóa ở nhiệt độ cao. Các hợp kim như vậy bao gồm Kanthal , được sản xuất dưới dạng dây hoặc ruy băng.
Các ứng dụng của inox
Chúng có thể được sử dụng trong đồ nấu nướng, dao kéo, dụng cụ phẫu thuật, thiết bị chính, xe cộ, vật liệu xây dựng trong các tòa nhà lớn, thiết bị công nghiệp (ví dụ: trong nhà máy giấy , nhà máy hóa chất , xử lý nước), và các bồn chứa và tàu chở hóa chất và các sản phẩm thực phẩm. Khả năng chống ăn mòn của vật liệu, dễ dàng làm sạch và khử trùng bằng hơi nước và không cần lớp phủ bề mặt đã thúc đẩy việc sử dụng inox làm giường xếp inox 304 cao cấp, giường tầng inox cao cấp.
