Thép không gỉ 316 thuộc nhóm thép Austenitic, trong đó niken đóng vai trò là nguyên tố ổn định cấu trúc Austenitic. Thành phần điển hình của thép không gỉ 316 bao gồm 16–18% crôm, 10–14% niken, 2–3% molypden, tối đa 2% mangan, tối đa 0,75% silic, tối đa 0,10% nitơ, tối đa 0,08% cacbon, tối đa 0,045% phốt pho, tối đa 0,03% lưu huỳnh, phần còn lại là sắt. Các nguyên tố hợp kim bổ sung như titan và niobi có thể được thêm vào để tạo ra các mác thép khác. Thành phần của các mác thép không gỉ khác nhau được tổng hợp như bên dưới.

Grade	Alloying Elements (Percent)
Grade	C	Cr	Ni	Mo	Mn	Si	N	P	S	Others
316	0.08	16-18	10-14	2-3	2.0	0.75	0.10	0.045	0.03
316L	0.03	16-18	10-14	2-3	2.0	0.75	0.10	0.045	0.03
316H	0.04 – 0.10	16-18	10-14	2-3	2.0	0.75		0.045	0.03
316Ti	0.08	16-18	10-14	2-3	2.0	0.75	0.10	0.045	0.03	Ti¹
316Cb	0.08	16-18	10-14	2-3	2.0	0.75	0.10	0.045	0.03	Cb²
316N	0.03	16-18	10-14	2-3	2.0	0.75	0.10 – 0.16	0.045	0.03
316LN	0.03	16-18	10-14	2-3	2.0	0.75	0.10 – 0.16	0.045	0.03

Ghi chú:

Lượng titan tối thiểu được tính bằng 5 × (C + N). Lượng titan tối đa là 0,70%.
Columbi (Cb) hiện nay được gọi là Niobi (Nb). Lượng niobi tối thiểu được tính bằng 10 × (C + N). Lượng niobi tối đa là 1,10%.

Xem thêm: Công Dụng Đặc Biệt Của Bulong Đầu Tròn Cổ Vuông

Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim

Các nguyên tố hợp kim của thép không gỉ 316 và tác động của chúng đến các tính chất của hợp kim được liệt kê như sau.

Cacbon: Đây là nguyên tố hợp kim chính của thép. Sắt nguyên chất có tính chất cơ học kém, nhưng khi được hợp kim hóa với các hàm lượng cacbon khác nhau sẽ tạo ra dải rộng về độ cứng và độ bền. Việc bổ sung cacbon làm thép cứng và bền hơn nhưng cũng giòn hơn, trong khi giảm hàm lượng cacbon sẽ cải thiện độ dẻo. Ngoài ra, bổ sung đủ lượng cacbon cho phép thép đáp ứng quá trình nhiệt luyện. Tuy nhiên, hàm lượng cacbon có giới hạn nhất định. Đối với thép không gỉ Austenitic, việc thêm quá nhiều cacbon sẽ thúc đẩy hiện tượng nhạy cảm hóa. Nhạy cảm hóa là hiện tượng kết tủa cacbit crôm tại biên hạt, làm tiêu hao crôm ở các vùng lân cận, khiến thép không gỉ dễ bị ăn mòn liên tinh thể.

Crôm: Việc bổ sung crôm giúp thép trở thành thép không gỉ, với hàm lượng tối thiểu yêu cầu khoảng 10,5%. Crôm trên bề mặt phản ứng với oxy tạo thành lớp thụ động oxit crôm, có tác dụng bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn. Crôm có tác dụng ổn định pha ferit trong thép. Đối với thép không gỉ Austenitic, hàm lượng crôm được cân bằng với các nguyên tố hợp kim khác nhằm duy trì cấu trúc vi mô Austenitic.
Niken: Niken được bổ sung vào thép không gỉ để hình thành hoặc duy trì cấu trúc vi mô Austenitic ở nhiệt độ thường và nhiệt độ thấp. Hàm lượng tối thiểu cần thiết để ổn định cấu trúc Austenitic khoảng 8–9%. Trong thép không gỉ Austenitic, hàm lượng niken thường nằm trong khoảng 10–14% do có sự bổ sung molypden, một nguyên tố tạo ferit khác bên cạnh crôm.

Molypden: Molypden được bổ sung nhằm duy trì độ dai ở nhiệt độ cao của thép không gỉ. Độ dai của các loại thép này sẽ suy giảm đáng kể khi làm việc ở dải nhiệt độ khoảng 752 đến 1022°F (400 đến 550°C), hiện tượng này được gọi là giòn hóa theo nhiệt độ. Ngoài việc duy trì độ dai, molypden còn làm tăng khả năng chống ăn mòn rỗ của thép không gỉ.
Mangan: Mangan được bổ sung cùng với nitơ để giảm lượng niken cần thiết nhằm duy trì cấu trúc vi mô Austenitic. Việc thay thế một phần niken bằng mangan và nitơ giúp giảm ảnh hưởng của biến động giá niken và hạ chi phí vật liệu. Ngoài ra, mangan phản ứng với lưu huỳnh tạo thành mangan sulfua, ngăn chặn sự hình thành hợp chất kém ổn định hơn là sắt sulfua. Đồng thời, các bao thể mangan sulfua giúp giảm tính giòn do lưu huỳnh và cải thiện khả năng gia công cắt gọt của thép không gỉ.
Nitơ: Nitơ được bổ sung cùng với mangan nhằm thúc đẩy sự hình thành cấu trúc vi mô Austenitic. Nitơ có khả năng tạo Austenite mạnh hơn niken, mangan và thậm chí cả cacbon. Hợp kim hóa nitơ tạo ra hiệu ứng tương tự cacbon nhưng mang lại nhiều lợi ích bổ sung. Nitơ ít có xu hướng phản ứng với crôm, do đó có thể tăng hàm lượng nitơ để nâng cao độ bền của thép không gỉ với mức độ nhạy cảm hóa thấp hơn. Điều này giúp tăng khả năng chống ăn mòn liên tinh thể. Ngoài ra, khi kết hợp với molypden, nitơ còn làm tăng khả năng chống ăn mòn rỗ của thép không gỉ.
Titan: Titan là nguyên tố ổn định được bổ sung vào thép không gỉ 316 tiêu chuẩn để tạo ra biến thể 316Ti. Titan có khả năng tạo cacbit mạnh hơn crôm. Ở nhiệt độ cao, crôm có xu hướng phản ứng với cacbon và kết tủa tại biên hạt. Trong thép không gỉ 316Ti, titan sẽ phản ứng với cacbon thay cho crôm, nhờ đó duy trì hàm lượng crôm trong pha Austenite và mang lại độ ổn định ở nhiệt độ cao cho 316Ti. Việc giảm sự hình thành kết tủa cũng giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn liên tinh thể.

Niobi (Columbi): Tương tự titan, niobi là nguyên tố ổn định trong thép không gỉ, đặc biệt là mác 316Cb. Hai nguyên tố này đôi khi được sử dụng kết hợp với nhau. Titan có khả năng ổn định cấu trúc tốt hơn, trong khi niobi đảm bảo độ bền mối hàn cao và khả năng chống biến dạng chảy (creep) vượt trội.
Silic: Silic là chất khử oxy trong thép và thường tồn tại trong hợp kim dưới dạng tạp chất dư. Sự có mặt của một lượng nhỏ silic giúp cải thiện độ bền của thép không gỉ. Tuy nhiên, ở hàm lượng cao, silic có xu hướng tạo các hợp chất liên kim loại ở nhiệt độ cao, gây hiện tượng giòn hóa.
Phốt pho: Phốt pho cũng là tạp chất dư sinh ra trong quá trình sản xuất thép carbon. Hàm lượng phốt pho cao làm tăng nguy cơ giòn hóa khi ram và gây tác động bất lợi nhiều hơn so với silic.
Lưu huỳnh: Lưu huỳnh tồn tại tự nhiên trong quặng và xỉ. Tương tự silic và phốt pho, lưu huỳnh có mặt trong thép không gỉ như một tạp chất dư từ quá trình sản xuất. Hàm lượng lưu huỳnh cao có thể gây giòn lưu huỳnh và ảnh hưởng xấu đến khả năng hàn cũng như tính năng làm việc ở nhiệt độ cao. Ngoài ra, lưu huỳnh làm giảm khả năng chống ăn mòn, đặc biệt là ăn mòn rỗ. Tuy nhiên, khi được bổ sung có kiểm soát, lưu huỳnh giúp cải thiện khả năng gia công cắt gọt của thép không gỉ; trong trường hợp này, mangan được sử dụng để hạn chế các tác động tiêu cực của lưu huỳnh.

Đăng nhập