Thép Không Gỉ Crom: Đặc Tính, Phân Loại và Ứng Dụng

Phân loại theo AISI (Hiệp hội Sắt và Thép Hoa Kỳ):

Theo hệ thống phân loại của AISI, thép không gỉ crom thường được gọi là thép loạt 400. Một số mác thép tiêu biểu và ứng dụng của chúng bao gồm:

• Thép 410 (11.5 - 13.5% Cr; tối đa 0.15% C): Với hàm lượng crom vừa phải, thép 410 có độ bền và khả năng chống ăn mòn tốt trong môi trường không quá khắc nghiệt. Ứng dụng phổ biến bao gồm chế tạo dụng cụ mổ y tế, chi tiết máy bơm và van.
• Thép 430 (15 - 17% Cr; tối đa 0.12% C): So với thép 410, thép 430 có hàm lượng crom cao hơn, mang lại khả năng chống ăn mòn tốt hơn. Chúng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bộ đồ ăn, các bề mặt làm việc trong công nghiệp và một số chi tiết trang trí.
• Thép 446 (27.5 - 29.5% Cr; tối đa 0.20% C): Với hàm lượng crom rất cao, thép 446 thể hiện khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt tuyệt vời. Chúng thường được dùng để chế tạo các chi tiết làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn mạnh như ống xả xe hơi và các bộ phận của động cơ phản lực.

Ký hiệu theo thành phần hóa học (Tiêu chuẩn GOST Nga):

Ngoài phân loại AISI, thép không gỉ crom còn được ký hiệu dựa trên thành phần hóa học. Ví dụ điển hình là mác thép 08X13 theo tiêu chuẩn GOST của Nga. Ký hiệu này cho biết thép chứa 0.08% carbon (số 08 nhân với 0.01) và 13% crom (số 13).

Ảnh hưởng của Crom đến Cấu trúc và Tính chất của Thép:

Crom có cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối, tương đồng với pha alpha-ferrit trong sắt. Do đó, khi crom được thêm vào sắt (Fe), nó làm thu hẹp vùng tồn tại của dung dịch rắn austenit và mở rộng vùng tồn tại của pha alpha-ferrit trên giản đồ pha Fe-Cr.

Một đặc tính quan trọng của crom là khả năng tạo thành một lớp màng oxit thụ động trên bề mặt thép khi đạt hàm lượng tối thiểu khoảng 12%. Lớp màng oxit này, chủ yếu là Cr₂O₃, rất bền và có khả năng tự phục hồi khi bị tổn thương, giúp thép chống lại quá trình ăn mòn ở nhiệt độ thường. Để đạt được khả năng chống gỉ ở nhiệt độ cao, hàm lượng crom cần cao hơn, thường từ 30% trở lên.

Crom có ái lực mạnh với carbon, tạo thành các carbide như Cr₇C₃ và Cr₂₃C₆. Crom cũng có thể hòa tan trong cementit (Fe₃C) để tạo thành carbide phức tạp (Fe, Cr)₃C hoặc hỗn hợp carbide có hòa tan sắt như (Fe, Cr)₂₃C₆. Các carbide crom có độ ổn định nhiệt cao hơn so với cementit. Chúng hòa tan vào thép ở nhiệt độ cao hơn và quá trình hòa tan cũng diễn ra chậm hơn. Điều này thể hiện rõ ở nhiệt độ chuyển pha austenite (A₁) của thép. Trong thép carbon thông thường, nhiệt độ A₁ là khoảng 710°C, trong khi đó, ở thép không gỉ crom, nhiệt độ này tăng lên khoảng 900°C.

Để thép có cơ tính tối ưu với độ bền cao kết hợp với tính dẻo tốt phải tiến hành tôi và ram. Thép không rỉ với thành phần Crom từ 10,5% đến 12% khi có thêm các nguyên tố Mo, W, Nb, V và Ni sẽ có khả năng bên nhiệt lên đến 600 độ C.

Về mặt tổ chức kim loại thép không gỉ crom có thể thuộc 1 trong 3 loại sau: Mactenzit (M); Mactenzit -Ferit (M+F) và Ferit (F).

Thành phần và ứng dụng của thép không gỉ Crom theo AISI

Với tiêu chuẩn AISI thì về mác thép và ứng dụng của từng loại được mô tả theo bảng sau:

Thành phần và ứng dụng của thép không gỉ Crom theo AISI

Loại	Thành phần %	Cấu trúc/ Công dụng
403	≤0,15 C. 1,0 Mn; 0,5 Si; 1,5-13,0 Cr	M/ Cánh quạt tuabin hơi nước, các chi tiết chịu ứng suất cao.
410	≤0,15 C; 1,0 Mn; 1,0 Si; 11,5-13,0 Cr	M/ Dạng cơ bản của nhóm 410 nhiệt luyên được. Chi tiết máy,Trục bơm
414	≤0,15 C; 1,0 Mn; 1,0 Si; 11,5-13,0 Cr. 1,25-2.5 Ni	M/ Hàm lượng Ni nâng cao giúp tăng tính thẩm tôi và chống ăn mòn. Lò so, con lăn, chỉ tiết máy sau khi ram.
416	≤0,15 C; 1,25 Mn; 1,0 Si; 12,0-14,0 Cr. ≥ 0,15 S	M/ Dạng thép 410 có tính cắt gọt tốt (chứa lưu huỳnh), chiều sâu cắt lớn.
416Se	≤ 0,15 C; 1,25 Mn; 1,0 Si; 12,0-14,0 Cr. ≥ 0,15 Se	M/ Dạng thép 410 có tính cất gọt tốt (chứa selen), chiều sâu cắt nhỏ, có thể gia công nóng, nguội.
420	>0,15 C; 1,0 Mn; 1,0 Si; 12,0-14,0 Cr	M/ Dạng thép 410 có hàm lượng cacbon cao, có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn tốt, dụng cụ làm bếp, dụng cụ phẫu thuật, van.
431	≤ 0,20 C; 1,0 Mn; 1,0 Si; 15,0-17,0 Cr; 1,25-2,5 Ni	M/ Phụ tùng ống cho máy bay, thanh nung, chi tiết máy làm giấy, bulông
440A	0,60-0,75 C; 1,0 Mn; 1,0 Si; 16,0-18,0 Cr, ≤ 0,75 Мо	M/ Dụng cụ làm bếp, chi tiết van.
440B	0,75-0,95 C; 1,0 Mn: 1,0 Si; 16,0-18,0 Cr. ≤ 0,75 Мо	M/ Dụng cụ làm bếp tỉnh xảo, chỉ tiết van.
440C	0,95-1,2 C; 1,0 Mn; 1,0 Si; 16,0-18,0 Cr, ≤ 0,75 Mo	M/ Bi, ổ bi, mặt lăn.
405	≤ 0,08 C; 1,0 Mn; 1,0 Si; 11,5-14,5 Cr; 1,1-0,3 Al	F/ Nhôm có tác dụng ngăn biến cứng mối hàn.
430	≤0,12 C; 1,0 Mn; 1,0 Si; 14,0-18,0 Cr	F/ Dạng cơ bản. Dùng trong trang tri, bể chứa axit nitric, thùng ủ.
430F	≤ 0,12 C; 1,25 Mn; 1,0 Si; 14,0-18,0 Cr; ≥ 0,15S	F/ Dạng 430 dễ cắt gọt, chỉ tiết máy có ren cắt gọt.
430FSe	≤0.12 C; 1,25 Mn; 1,0 Si; 14,0-18,0 Cr, ≥ 0,15Se	F/ Dạng 430 dễ cắt gọt, có thể gia công nóng, vê nguội chòm cầu.
446	≤ 0,20 C; 1,50 Mn; 1,0 Si; 23,0-27,0 Cr; ≤ 0,25 N₂	F/ Dùng trong môi trường không khi chứa lưu huỳnh

Kết luận:

Thép không gỉ crom là một nhóm vật liệu kỹ thuật quan trọng với nhiều ưu điểm vượt trội về khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt. Sự đa dạng về mác thép, được phân loại theo các tiêu chuẩn khác nhau như AISI và GOST, cho phép người dùng lựa chọn vật liệu phù hợp với từng ứng dụng cụ thể, từ y tế, thực phẩm đến công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ. Hiểu rõ về thành phần, cấu trúc và tính chất của thép không gỉ crom là yếu tố then chốt để khai thác tối đa tiềm năng của loại vật liệu này.