Luyenkim.Net - Thép không gỉ Austenite và Ferrit trong ứng dụng thực tiễn: phần 1

Trang chủ

Khoa học công nghệ

Kỹ thuật vật liệu

Thép không gỉ Austenite và Ferrit trong ứng dụng thực tiễn: phần 1

(0 votes)

Thứ năm, 15 Tháng ba 2007

Tóm lược

Thép austenit phổ biến nhất được gọi là 18/8 chứa khoảng 18%Cr và 8%Ni. Đây là họ thép có chứa ít Niken nhất có cấu trúc hoàn toàn Austenit. Thép Austenit có khuynh hướng bị nứt dưới tác động của sự ăn mòn ứng suất, đặc biệt sự có mặt của ion clorua chỉ với vài phần triệu đôi khi có thể gây nguy hiểm. Đây là một dạng phá hủy không mong muốn, xảy ra trong các môi trường ăn mòn dưới có tác dụng của ứng suất nhỏ, là sự cố ý hay ứng suất dư hình thành trong quá trình chế tạo vật liệu.

Trong thép Austenit có xảy ra hiện tượng giống bẻ gãy xuyên tinh thể - quá trình này rất dễ phát triển trong dung dịch muối Clo nóng. Phá hủy do ăn mòn ứng suất được giảm thiểu trong thép hợp kim Austenit Ni cao.

Thép austenit phổ biến nhất được gọi là 18/8 chứa khoảng 18%Cr và 8%Ni. Đây là họ thép có chứa ít Niken nhất có cấu trúc hoàn toàn Austenit. Tuy nhiên trong một vài trường hợp, ví dụ, sau khi bị biến dạng hay hàm lượng C rất thấp, nó có thể chuyển đổi một phần thành Mactenxit ở nhiệt độ phòng. Nhằm ổn định hơn sự tạp thành của Macténit có thể đạt được bằng cách tăng dần hàm lượng Niken, giống như là minh họa trong họ thép từ 301 đến 310. Thép không rỉ 18/8 được sử dụng rộng rãi bởi tính chống chịu với các môi trường ăn mòn rất xuất sắc. Tuy nhiên, các tính chất đó chỉ được cải thiện bằng việc tăng thêm hàm lượng Niken và, tăng hàm lượng Crom làm tăng sự chống chịu ăn mòn giữa các hạt.

Thép Austenit có khuynh hướng bị nứt dưới tác động của sự ăn mòn ứng suất, đặc biệt sự có mặt của ion clorua chỉ với vài phần triệu đôi khi có thể gây nguy hiểm. Đây là một dạng phá hủy không mong muốn, xảy ra trong các môi trường ăn mòn dưới có tác dụng của ứng suất nhỏ, là sự cố ý hay ứng suất dư hình thành trong quá trình chế tạo vật liệu. Trong thép Austenit có xảy ra hiện tượng giống bẻ gãy xuyên tinh thể - quá trình này rất dễ phát triển trong dung dịch muối Clo nóng. Phá hủy do ăn mòn ứng suất được giảm thiểu trong thép hợp kim Austenit Ni cao.

Họ thép 316 chứa 2-4% Molipden, Mo làm tăng đáng kẻ tính chống ăn mòn, đặc biệt trong chống ăn mòn lỗ, ăn mòn lỗ định nghĩa như một vùng thấm cục bộ trên màng chống ăn mòn và xảy ra điển hình trong dung dịch muối Cl. Gần đây, một số mác với hàm lượng Mo là 6.5% đã phát triển, nhưng Crom phải được tăng đến 20% và niken đến 24% để duy trì cấu trúc Austenit.

Sự ăn mòn về biên giới hạt có thể trở thành một vấn đề nguy hiểm, đặc biệt khi xử lý nhiệt độ cao, chẳng hạn quá trình hàn cho phép tiết ra Cr23C6 trong những vùng biên giới này. Dạng ăn mòn giữa các hạt đôi khi xuất xứ từ sự mục mối hàn. Để chống lại hậu quả này một vài loại thép Austenit, ví dụ họ 304 and 316, được chế tạo với cacbon thấp hơn 0.03% và tuân theo các qui định như của mác 304L và 316L. Bằng cách lựa chọn them vào Niobi hoăc Titan hơi quá một lượng hợp thức để có thể kết hợp với C, giống như trong các họ 321 và 347.

Thép Austenit cho đến nay vẫn được coi là vật liệu không có độ bền cao. Điển hình ứng suất dư tại biến dạng 0.2% chỉ khoảng 250 MPa và sức bền kéo trong khoảng 500 và 600 MPa, cho thấy rằng họ thép có tiềm năng thực sự đối với hóa bền bằng rèn (biến dạng), sẽ làm cho điều kiện làm việc khắc nghiệt hơn so với trường hợp của thép mềm. Tuy nhiên thép Austenit lại có tính dẻo tốt với độ giãn dài lên đến 50% trong quá trình thử độ bền kéo.

Thép Cr/Ni cũng chống chịu tốt trong môi trường oxy hóa nhiệt độ cao do có sự hình thành lớp màng mỏng bề mặt bảo vệ, còn các mác thông thường có độ bền thấp ở nhiệt độ cao. Họ thép này trở nên ổn định khi có mặt của Ti và Nb, họ thép 321 và 347, có thể được xử lý nhiệt để tạo ra sự phân tán nhỏ mịn của TiC hoặc NbC, chúng sẽ tương tác với lệch sinh ra trong quá trình rão. Một trong những hợp kim được sử dụng phổ biến là 25Cr20Ni có sự bổ sung Ti hay Nb là nguyên tố duy trì độ bền rão tốt ở nhiệt độ 700°C

Để đạt được đặc tính chống dão cao nhất ở nhiệt độ cao, cần thiết trước hết là nâng độ bền ở nhiệt độ phòng lên mức cao hơn. Điều này có thể đạt được bằng cách xử lý nhiệt hóa bền tiết pha trong thép có thành phần nguyên tố phù hợp để cho phép tiết ra các pha liên kim loại, thường là Ni3(Al,Ti).

Sự quan trọng của việc điều khiển miền γ để đạt được thép Austenit ổn định đã được đề cập. Giữa vùng pha austenit và sắt δ có một miền giói hạn (α+γ) mà có thể được sử dụng để nhận được thép không rỉ hai pha hoặc cấu trúc song pha. Cấu trúc phải được tạo thành bằng cách cân bằng chính xác giữa các nguyên tố mở rộng (tạo thành) α (Mo,Ti, Nb, Si, Al) và nguyên tố mở rộng γ (Ni, Mn, C and N). Để đạt được cấu trúc song pha, cần tăng hàm lượng Cr lên trên 20%. Tuy nhiên tỷ lệ chính xác của α+γ được xác định bởi quá trình xử lý nhiệt. Rõ ràng, từ nhận định về phân vùng γ từ giản đồ trạng thái cân bằng, rằng phần nằm trong phạm vi 1000-1300°C sẽ dẫn đến hàm lượng ferit biến thiên quá các khoảng giới hạn.

Xứ lý thông thường được thực hiện giữa 1050 và 1150°C, ở đó hàm lượng ferit không quá nhạy quá trình làm nguội tiếp theo. Thép song pha bền hơn thép Austenit thường, một phần là nhờ kết quả của cấu trúc hai pha và cũng bởi vì điều này dẫn đến kích thước hạt trở nên nhỏ mịn hơn. Thực vậy bằng cách xử lý hóa nhiệt thích hợp giữa 900 và 1000C, có thể nhận được cấu trúc song-pha-vi-mô rất mịn, thể hiện ở tính siêu dẻo, ví dụ có độ tính dẻo rất cao ở nhiệt độ cao, khi tốc độ biến dạng nhỏ hơn giá trị tới hạn.

Một lợi thế nữa là thép không gỉ song pha chống chịu quá trình phát sinh nứt khi kết tinh, rất có ý nghĩa đối với quá trình hàn. Trong khi sự tồn tại của sắt δ có ảnh hưởng bất lợi trong việc chống ăn mòn trong một số trường hợp, nó cải thiện sức chịu đựng của thép chống lại quá trình phát sinh nứt ăn mòn ứng suất xuyên tinh do pha ferit trơ đối với dạng phá hủy này.

Có 1 nhóm thép không rỉ có cấu trúc ferit quan trọng nữa. Có chứa từ 17 đến 30% Cr và, bằng quá trình phân tán của các nguyên tố hóa bền austenit Ni, chiếm đáng kể lợi thế về kinh tế. Những loại thép này, đặc biệt với một lượng lớn Cr, có tính chống ăn mòn xuất sắc trong nhiều môi trường cụ thể và hoàn toàn không có sự ăn mòn ứng suất.

Thép này chứa vài giới hạn, đặc biệt những loại thép có hàm lượng Cr cao, là nguyên tố có chiều hướng làm cho thép trở nên bị dòn. Quá trình gây ròn một phần các nguyên tố xen kẽ C và N, ví dụ với thép 25 %Cr bình thường sẽ dòn ở nhiệt độ phòng nếu hàm lượng C quá 0.3% .Một nhân tố cộng nữa là không có sự thay đổi pha dẫn đến khó khăn hơn trong việc làm mịn các hạt ferit, và chúng sẽ trở nên thô sau khi được xử lý ở nhiệt độ cao như hàn. Điều này vẫn làm tăng thêm nhiệt độ chuyên tiếp dẻo/dòn, điều đó giống như là hành vi của các nguyên tố xen kẽ. May mắn thay, các phương pháp luyện thép hiện đại như tinh luyện bằng Argon-Oxyen có thể làm giảm lượng nguyên tố xen kẽ xuống dưới 0.03%, trong quá trình nấu chảy chân không bằng chùm tia điện tử vẫn có thể làm tốt hơn.

Biên dịch: NGUYỄN VĂN ANH
Hiệu đính và giới thiệu: Nguyễn Hoàng Việt
Mọi ý kiến góp ý xin gửi về: This e-mail address is being protected from spam bots, you need JavaScript enabled to view it

Nguyên bản:
Austenitic and Ferritic Stainless Steels inPractical Applications: Part One
www.keytosteel.com