Sự khác biệt giữa các mác thép không gỉ chủ yếu thể hiện ở thành phần hóa học, cấu trúc vi mô và các nguyên tố hợp kim. Thép không gỉ 304, một trong những mác được sử dụng rộng rãi nhất, chứa khoảng 18% crôm và 8% niken, mang lại khả năng chống ăn mòn và tính hàn rất tốt. Trong khi đó, thép không gỉ 316 cung cấp khả năng chống ăn mòn cao hơn nữa—đặc biệt trước môi trường clorua và môi trường biển—nhờ có khoảng 16% crôm và 2–3% molypden. Ngoài ra, thép không gỉ 304 có nhiệt độ nóng chảy tương đối cao, trong khoảng 1398,9°C đến 1451,4°C (2550°F đến 2650°F), cho phép vật liệu chịu được các điều kiện làm việc khắc nghiệt mà vẫn duy trì tính toàn vẹn kết cấu.

Xem thêm : Các mác (chủng loại) khác nhau của thép không gỉ 316 là gì, và đặc tính của chúng ra sao?

Cả thép không gỉ 304 và 316 đều được phân loại là thép Austenitic, thuộc dòng thép không gỉ T300. Sự khác biệt then chốt giữa hai mác này nằm ở hàm lượng niken và molypden, những yếu tố tạo nên cấu trúc tinh thể đặc trưng và khả năng chống ăn mòn rỗ nâng cao cho dòng T300. Đặc biệt, sự hiện diện của molypden trong mác 316 giúp tăng đáng kể khả năng chống ăn mòn do clorua, axit và các hóa chất khắc nghiệt, khiến inox 316 trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong ngành hóa chất, hàng hải và dược phẩm—nơi yêu cầu khả năng chống ăn mòn là yếu tố then chốt.

Sự phổ biến rộng rãi và việc sử dụng thép không gỉ trong nhiều ngành công nghiệp như chế biến thực phẩm, sản xuất thiết bị y tế và kiến trúc bắt nguồn từ khả năng chống ăn mòn vượt trội, dễ gia công và khả năng làm việc tốt ở nhiệt độ rất thấp. Bên cạnh đó, thép không gỉ còn được đánh giá cao về mức độ vệ sinh và dễ làm sạch, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho cả hàng tiêu dùng—như thiết bị nhà bếp và dao kéo—lẫn các chi tiết công nghiệp quan trọng. Những đặc tính này phần lớn đến từ lớp thụ động bảo vệ của vật liệu, là một màng oxit crôm rất mỏng tự hình thành trên bề mặt kim loại, giúp đảm bảo khả năng bảo vệ lâu dài và tính bền vững.

Lớp thụ động này được hình thành khi crôm trong thép không gỉ phản ứng với oxy, tạo ra một lớp màng oxit crôm có khả năng tự phục hồi, bảo vệ kim loại nền khỏi các tác nhân ăn mòn. Mặc dù lớp bảo vệ này là đặc trưng của thép không gỉ, cần lưu ý rằng không phải mọi kim loại chứa crôm đều có hành vi tương tự. Để quá trình thụ động hóa diễn ra hiệu quả, hàm lượng crôm phải vượt quá 11%, do đó crôm là nguyên tố thiết yếu trong tất cả các loại thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn. Ngoài ra, hàm lượng niken giúp cải thiện khả năng tạo hình và độ dẻo, trong khi các nguyên tố vi lượng như nitơ, cacbon và mangan được sử dụng để tinh chỉnh các tính chất cơ học và hiệu năng của từng mác thép.

Việc so sánh lớp thụ động trên thép không gỉ với rỉ sét hay oxit sắt có thể gây nhầm lẫn, nhưng đây là một quan niệm sai lầm. Rỉ sét hình thành từ phản ứng giữa sắt và oxy trong sự hiện diện của nước, tạo ra bề mặt bong tróc, yếu về mặt kết cấu và không mang lại bất kỳ khả năng bảo vệ nào. Ngược lại, lớp thụ động hình thành trên thép không gỉ có tính trơ về mặt hóa học và không phản ứng với các nguyên tố khác, nhờ đó không chỉ mang lại khả năng chống ăn mòn vượt trội mà còn giúp dễ dàng vệ sinh và làm sạch bề mặt. Những ưu điểm này đặc biệt quan trọng trong thiết kế vệ sinh, nhất là tại các bếp thương mại, bệnh viện và cơ sở công nghệ sinh học, nơi yêu cầu kiểm soát nhiễm bẩn ở mức tối thiểu.

Ngoài khả năng chống ăn mòn, thép không gỉ còn khác biệt so với các kim loại và hợp kim khác bởi nhiều yếu tố then chốt. Thép được phân loại dựa trên thành phần hóa học, tính chất vật lý và cơ học, cấu trúc luyện kim và đặc tính chức năng. Tất cả kim loại và hợp kim đều có cấu trúc tinh thể hoặc mạng tinh thể, nhưng các cấu trúc tinh thể của thép không gỉ được phân loại đặc trưng thành ferit, Austenitic, mactenxit hoặc sự kết hợp của các cấu trúc này. Các tính chất và mức độ phù hợp cho ứng dụng công nghiệp của thép không gỉ được quyết định bởi tỷ lệ của các mạng tinh thể này, và được chia thành năm họ chính: thép không gỉ Austenitic, ferit, duplex, mactenxit và thép không gỉ hóa bền kết tủa.

Mặc dù cùng có khả năng chống ăn mòn, chỉ một thay đổi nhỏ trong cấu trúc vi mô tinh thể giữa các mác thép không gỉ cũng có thể ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất cơ học như độ bền, độ dẻo, độ dai và khả năng hàn. Mỗi họ thép không gỉ, dù có chung nền tảng là hợp kim sắt–crôm và khả năng chống ăn mòn cơ bản, vẫn sở hữu những đặc tính riêng biệt được tối ưu cho các ứng dụng công nghiệp và thương mại cụ thể. Chính sự khác biệt này cho phép kỹ sư thiết kế, đơn vị gia công và bộ phận mua hàng lựa chọn hợp kim thép không gỉ phù hợp nhất dựa trên các tiêu chí như khả năng tạo hình, độ bền, tính từ tính và khả năng nhiệt luyện.

Trong quá trình đông đặc của hợp kim thép không gỉ khi sản xuất, các nguyên tử sắp xếp thành những cấu trúc tinh thể riêng biệt—gọi là các pha—tác động trực tiếp đến độ cứng, độ linh hoạt và khả năng chịu tải của thép. Pha Austenitic có cấu trúc lập phương tâm diện (FCC), mang lại độ dẻo cao và tính không từ. Pha ferit có cấu trúc lập phương tâm khối (BCC), tạo ra độ từ thẩm cao hơn và khả năng chống nứt ăn mòn ứng suất do clorua tốt. Pha mactenxit, với cấu trúc lập phương tâm tứ giác (BCT), cung cấp độ cứng vượt trội và được sử dụng rộng rãi cho các dụng cụ cắt và chi tiết chịu mài mòn. Những pha này là nền tảng để phân biệt các mác thép không gỉ cho các mục đích sử dụng chuyên biệt.

Họ Austenitic

Họ Austenitic có pha lập phương tâm diện (FCC) không từ tính, và một số loại thép không gỉ Austenitic có thể chứa một lượng nhỏ pha ferit. Nhóm này nổi bật với giới hạn chảy thấp, khả năng hóa bền biến dạng cao, độ bền kéo lớn, độ dẻo rất tốt, khả năng hàn xuất sắc và khả năng chống oxy hóa cũng như chịu nhiệt độ thấp vượt trội. Các mác tiêu biểu như inox 304, 304L và 316 được sử dụng phổ biến cho thiết bị thực phẩm, dụng cụ phẫu thuật, ốp kiến trúc và hệ thống ống trong môi trường ăn mòn.

Một ưu điểm lớn của thép không gỉ Austenitic là tính linh hoạt trong gia công thành nhiều dạng, cấu hình và hình dạng khác nhau, rất phù hợp để chế tạo các chi tiết phức tạp như đường ống, bồn chứa và lò xo. Mặc dù có khả năng hàn tốt, nhóm này không thể hóa bền bằng nhiệt luyện mà được tăng cường đáng kể bằng tạo hình nguội hoặc hóa bền biến dạng. Khả năng chống ăn mòn vượt trội, dễ vệ sinh và khả năng tạo hình tốt là những lý do chính khiến thép Austenitic chiếm ưu thế trong các ứng dụng yêu cầu độ bền và tính vệ sinh cao.

Họ Ferit

Họ ferit chủ yếu gồm pha ferit với hàm lượng cacbit và nitrit rất thấp. Khác với pha Austenitic, thép không gỉ ferit có tính từ tương tự thép carbon. Đặc tính của nhóm này bao gồm độ bền cao, khả năng chống nứt ăn mòn ứng suất do ion clorua rất tốt, độ dẫn nhiệt cao và chi phí thấp hơn do hàm lượng niken giảm. Tương tự nhóm Austenitic, thép ferit không thể hóa bền bằng nhiệt luyện và có độ dai tương đối hạn chế, nên thường chỉ dùng cho tấm và dải mỏng. Thông thường, các sản phẩm này có chiều dày ≤ 4 mm (0,15 in) và được ứng dụng cho hệ thống ống xả ô tô, thiết bị gia dụng, chi tiết trang trí kiến trúc, ống dẫn và các chi tiết mỏng yêu cầu khả năng chống ăn mòn vừa phải và tính từ.

Họ Mactenxit

Thép không gỉ mactenxit có thể được tăng cường độ bền bằng nhiệt luyện, khiến nó phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ cứng cao và khả năng chống mài mòn vượt trội. Khi được nung đến khoảng 1040°C (1904°F), vật liệu chuyển sang cấu trúc Austenitic và khi làm nguội về nhiệt độ phòng sẽ biến đổi thành cấu trúc mactenxit. Để đạt độ cứng và độ dai mong muốn, thép mactenxit được ram trong khoảng 100°C đến 700°C (200°F đến 1300°F). Nhóm này nổi bật với độ bền kéo cao, khả năng chống mài mòn tốt, độ dai tự nhiên thấp và khó hàn. Các ứng dụng điển hình gồm dao kéo, dụng cụ phẫu thuật, chi tiết van và cánh tuabin—những nơi yêu cầu giữ sắc cạnh và độ bền cao

Họ Duplex

Họ duplex kết hợp hai pha ferit và Austenitic, với tỷ lệ xấp xỉ 50–55% Austenitic và 45–50% ferit. Cấu trúc hai pha này mang lại độ bền cao, khả năng chống mài mòn tốt, độ dai cải thiện so với thép ferit và khả năng chống nứt ăn mòn ứng suất do clorua vượt trội. Nhờ các đặc tính cơ học và chống ăn mòn ưu việt, thép không gỉ duplex rất được ưa chuộng trong các môi trường khắc nghiệt như bình chịu áp, bồn chứa hóa chất, đường ống dầu khí, kết cấu ngoài khơi và các chi tiết kết cấu làm việc trong điều kiện khắc nghiệt.

Họ Hóa bền kết tủa (Precipitation Hardened)

Nhóm hóa bền kết tủa đạt được độ bền nhờ một quy trình xử lý đặc biệt, bao gồm nung thép không gỉ đến nhiệt độ cao để hòa tan, sau đó làm nguội và hóa già nhằm tạo các hợp chất liên kim loại kết tủa. Quá trình này làm tăng giới hạn chảy và độ cứng trong khi vẫn duy trì khả năng chống ăn mòn tốt. Thép không gỉ hóa bền kết tủa, giàu crôm, molypden và các nguyên tố khác, được đánh giá cao trong ngành hàng không vũ trụ, trục hiệu suất cao và các chi tiết phải chịu tải cơ học lớn trong môi trường công nghiệp ăn mòn.

Hệ thống phân loại mác thép không gỉ

Thép không gỉ được phân loại thành các series và mác trong các họ Austenitic, ferit và mactenxit, phản ánh sự khác biệt về độ bền, khả năng gia công, chất lượng và khả năng chịu nhiệt. Các ký hiệu số như 304, 304L và 316 cho biết thành phần hóa học—đặc biệt là hàm lượng crôm, niken, cacbon và molypden. Hệ thống phân loại này giúp kỹ sư và người mua xác định chính xác loại hợp kim tối ưu cho từng ứng dụng.

Hệ thống 3 chữ số của SAE (AISI)

Hệ thống SAE, còn gọi là hệ AISI, sử dụng cách đánh số ba chữ số liên hệ trực tiếp với thành phần hợp kim và họ luyện kim của thép không gỉ. Chữ số đầu tiên biểu thị họ thép: 2 và 3 đại diện cho thép Austenitic (bao gồm các mác an toàn thực phẩm và hợp kim chống ăn mòn), 4 chỉ thép ferit và mactenxit thường dùng trong ô tô và công nghiệp, dòng 500 dành cho ứng dụng chịu nhiệt độ cao và chịu nhiệt. Thép không gỉ hóa bền kết tủa được nhận diện bằng dòng 600. Hệ thống ký hiệu thống nhất này giúp đơn giản hóa việc trao đổi thông tin và tìm nguồn cung trong ngành thép toàn cầu.

Hệ thống 6 chữ số của ASTM

Mã định danh ASTM bắt đầu bằng một chữ cái từ A đến G để phân biệt loại vật liệu: A dành cho kim loại đen (bao gồm các loại thép không gỉ), và B dành cho kim loại màu như hợp kim đồng. Sau chữ cái là một đến bốn chữ số, dấu gạch ngang và năm ban hành tiêu chuẩn. Các tiêu chuẩn ASTM làm rõ yêu cầu kỹ thuật vật liệu, tính năng và phương pháp thử nghiệm. ASTM đã ban hành hơn 12.000 tiêu chuẩn bao phủ nhiều loại vật liệu và sản phẩm, góp phần đảm bảo độ tin cậy và an toàn trong xây dựng, sản xuất và kiểm soát chất lượng trên nhiều ngành công nghiệp.

Đăng nhập