Thứ Ba, 5 tháng 7, 2016

HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 1 : Khái quát chung

1. Giới thiệu chung

Thép không gỉ được định nghĩa là hợp kim sắt có chứa ít nhất 10,5% crôm. Hợp kim với đủ crôm, thép hấp thụ oxy từ không khí (hoặc từ dung dịch nước có ngậm khí) để hình thành và duy trì một lớp oxit crom mỏng trong suốt Màng oxit crom mỏng nhưng dày đặc hình thành trên bề mặt của thép không gỉ cung cấp khả năng chống ăn mòn và ngăn ngừa quá trình oxy hóa. Bất cứ điều gì ngăn chặn sự tiếp cận của oxy trên bề mặt thép không gỉ (bụi bẩn, dầu mỡ, sơn, lớp phủ, vv) cản trở đến sự hình thành của lớp oxit thụ động sẽ dẫn đến làm giảm chống ăn mòn cục bộ. Các lớp hình thành một cách tự nhiên khi môi trường là đủ giàu oxy hóa. Các khuyết tật trên bề mặt kim loại (ví dụ như vết trầy xước) thụ động hóa lại một cách tự nhiên. Oxit crom là thành phần chính của lớp thụ động của thép không gỉ.

Các đặc tính cơ học của thép (chống ăn mòn, khả năng hàn, vv) chủ yếu được xác định bởi cấu trúc micro của nó. Điều này được xác định bởi thành phần hóa học của thép.

Theo EN 10088, thép không gỉ có thể được chia thành 4 nhóm đưa ra dưới đây phụ thuộc vào cấu trúc micro cơ bản :
          Các thép ferrit và ferritc-martensit
          Các thép Martensit và các thép tôi cứng kết tủa
          Các thép austenit
          Các thép Austenit-ferrit (duplex)

Theo ASM, có năm loại thép không gỉ phụ thuộc vào những bổ sung hợp kim khác có mặt, chúng phạm vi từ hoàn toàn Austenit tới hoàn toàn Ferit :
          Các thép không gỉ Austenitic
          Các thép không rỉ Ferit
          Các thép không gỉ Mactenxit
          Các thép không gỉ Duplex

          Các thép không gỉ tôi cứng kết tủa

1.1 Đặc điểm thép không gỉ

Thép không gỉ là một họ hợp kim trên cơ sở Fe có tính chất chủ yếu là chống ăn mòn trong các môi trường khác nhau. Tuy nhiên, cần hiểu tính chất “không gỉ” ở đây là tương đối so với thép thông thường. Còn thực chất, mỗi loại thép không gỉ chỉ có tính chống ăn mòn cao trong một số môi trường nhất định, và ngay cả trong môi trường đó, nó vẫn bị ăn mòn nhưng với tốc độ không đáng kể nên được coi là không gỉ.

Trong số khoảng 16 ~ 18 nguyên tố hợp kim được sử dụng trong thép không gỉ, các nguyên tố C, Ni, Cr, Mo, Mn, Si, Nb là các nguyên tố có ảnh hưởng chính, quyết định đến cấu trúc và tính chất của thép. Trong đó, Cr là nguyên tố hợp kim quyết định cho tính không gỉ của thép. Giải thích về điều này có thể theo 2 cách như sau.

Với hàm lượng từ 12% Cr trở lên, thép trở nên không gỉ trong môi trường oxy hóa do bề mặt được bảo vệ bởi lớp màng thụ động Cr2O3.

Khi ferrite chứa không ít hơn 12.5% Cr, điện thế điện cực của nó tăng lên tương đương điện thế của pha cementit (carbit nói chung) dẫn đến nâng cao khả năng chống ăn mòn điện hóa và thép trở nên không gỉ.

1.2 Phân loại thép không gỉ

Phân loại theo tốc độ bị ăn mòn

Như đã trình bày ở trên, tính không gỉ của thép chính là khả năng chống ăn mòn trong các môi trường khác nhau. Căn cứ theo đó, tùy thuộc tính ăn mòn của môi trường, thép nói chung và thép không gỉ nói riêng được phân loại theo tốc độ ăn mòn như sau:

a) trong môi trường ăn mòn yếu: nước ngọt, không khí …
          không lớn hơn 0.01 mm/năm: thép được coi là hoàn toàn không gỉ
          không lớn hơn 0.1 mm/năm: thép được coi là không gỉ
          lớn hơn 0.1 mm/năm: thép coi là bị gỉ

b) trong môi trường ăn mòn mạnh: nước biển, muối, axit …
          không lớn hơn 0.1 mm/năm: được coi là chịu muối, axit (tốt)
          không lớn hơn 1 mm/năm: được coi là không gỉ (đạt yêu cầu)
          lớn hơn 1 mm/năm: coi là bị gỉ.

Phân loại theo cấu trúc của thép

Căn cứ theo ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến cấu trúc của thép, chúng được chia thành 2 nhóm: các nguyên tố ổn định cấu trúc austenite (đặc trưng bằng hàm lượng Ni tương đương) và ổn định cấu trúc ferrite (đặc trưng bằng hàm lượng Cr tương đương). Điều này được trình bày trong giản đồ Schaeffler về cấu trúc của thép không gỉ với trục tung theo %Ni tương đương, trục hoành theo %Cr tương đương.

Các loại các thép không gỉ

Thép không gỉ Austenitic bao gồm series 200 300 dạng 304 là phổ biến nhất. Những hợp kim chính bổ xung crôm và niken.

Thép không rỉ Ferrit các hợp kim Fe-Cr không có khả năng tôi cứng. Dạng 405, 409, 430, 422 và 446 là đại diện của nhóm này.

Thép không gỉ Mactenxit tương tự như trong thành phần nhóm Ferit nhưng chứa carbon cao hơn và crom thấp hơn cho phép tôi cứng bằng xử lý bằng nhiệt. Dạng 403, 410, 416 và 420 là đại diện của nhóm này.

Thép không gỉ Duplex được cung cấp với cấu trúc micro có số lượng ferrite austenite tương đương nhau. Chúng có chứa khoảng 24% Cr và 5% niken. Hệ thống đánh số của chúng không bao gồm trong các nhóm  200, 300 hoặc 400.

Thép không gỉ tôi cứng kết tủa chứa hợp kim bổ xung là nhôm cho phép chúng được tôi cứng bằng hòa tan và xử lý nhiệt hóa già. Chúng được phân loại thành các nhóm phụ như các thép không gỉ martensit, semiaustenit và thép không gỉ austenit tôi cứng kết tủa. Chúng được xác định là series 600 của các thép không gỉ (ví dụ 630, 631, 660).
Các nguyên tố hợp kim xuất hiện trong các thép không gỉ được phân loại là các chất hoạt hóa ferrit và các chất hoạt hóa austenit và được liệt kê như sau.

Các chất hoạt hóa ferrit
Crom – cung cấp khả năng chống ăn mòn.
Molybden – cung cấp độ bền nhiệt độ cao và tăng khả năng chống ăn mòn.
Niob (Columbium), Titanium – hình thành carbid mạnh.

Các chất hoạt hóa austenit
Nickel – cung cấp độ bền nhiệt độ cao và tính dẻo.
Carbon – định hình carbid, làm tăng bền.
Nitơ – tăng độ bền, giảm độ dẻo dai.

Ảnh hưởng trung hòa
Về Austenite & Ferrite
Mangan – định hình sulfid
Silicon – tác nhân tình trạng lỏng loãng.
Lưu huỳnh và Selen – cải thiện khả năng gia công, gây ra nứt nóng trong các mối hàn.

1.3 Khả năng hàn của thép không gỉ

Hầu hết các loại thép không gỉ được xem là có khả năng hàn tốt và có thể được hàn bằng một số qúa trình hàn bao gồm các quá trình hàn hồ quang, hàn điện trở, điện tử và hàn chùm tia laser, hàn ma sát và hàn vảy. Đối với bất kỳ các quá trình này, các bề mặt liên kết và bất kỳ kim loại điền đầy phải được làm sạch.

Hệ số giãn nở nhiệt cho các loại austenit là lớn hơn so với thép carbon 50% và điều này phải được xem xét để giảm thiểu sự biến dạng. Độ dẫn nhiệt và điện thấp của các thép không gỉ Austenitic nói chung là hữu ích trong việc hàn. Nhiệt hàn thấp là cần thiết để thực hiện một mối hàn vì nhiệt được dẫn từ liên kết không nhanh như thép carbon. Trong hàn điện trở, dòng điện hàn thấp hơn có thể được sử dụng bởi vì điện trở suất cao hơn. Các thép không gỉ yêu cầu các qui trình hàn đặc biệt được thảo luận trong phần sau.

(Dipl.Eng.IWE/EWE-Nguyễn Duy Ninh)

(Dipl.Eng.IWE/EWE-Nguyễn Duy Ninh)

Các bài viết liên quan

HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 1 : Khái quát chung
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 3 : Cơ sở luyện kim học
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 4 : Các thép không gỉ Ferrit
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 5 : Các thép không gỉ Martensit
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 6 : Các thép không gỉ Austenit
HÀN THÉP KHÔNG GỈ - Phần 7 : Các thép không gỉ tôi cứng kết tủa và Duplex

Không có nhận xét nào:

/*********************************************** Bắt đầu bỏ từ đây ***********************************************/ /*********************************************** Kết thúc bỏ từ đây ***********************************************/