4.2 Các thép không gỉ Martensit
Đây
là nhóm thép không gỉ có chứa 12 ~ 17% Cr. Nếu hàm lượng Cr ở giới hạn dưới (12
~ 13%) thì phải khống chế hàm lượng C không quá 0.4% để tránh tạo thành quá
nhiều cacbit crom, làm nghèo Cr ở phần kim loại nền và giảm tính chống gỉ. Nếu
hàm lượng Cr lên tới 17% thì lượng C có thể cao 0.9 ~ 1.1% để tăng cơ tính (độ
cứng) mà vẫn đảm bảo tính chống gỉ.
4.2.1 Các loại thép martensit
Bảng 8 : Các
thép Martensit – Phạm vi áp dụng
|
Phạm vi áp
dụng các thép martensit
|
Beispiele
|
|
1. Thép martensit tinh khiết:
Dụng cụ phẫu thuật, dao, vòng bi, sử dụng nhiệt tới 500 °C, thép công cụ cho gia công, dao cạo râu |
X39Cr13, X50CrMoV15, X105CrMo17
|
|
2. Thép martensit với một phần ferrit:
Các chi tiết kết cấu độ bền cao, chịu nhiệt (phụ kiện khí, phụ kiện nước, phụ kiện hơi nước, trục máy, trục khuỷu, tuabin, giày trượt tuyết), áo giáp |
X12Cr13
|
|
3. Thép martensit mềm:
Các chi tiết kết cấu với tính chất dẻo dai tốt và khả năng chống ăn mòn tốt, hàn |
X3CrNiMo13-4, X4CrNiMo16-5-1, X5CrNi13-1,
X5CrNi13-4, X5CrNiMo13-4-1 |
|
4. Thép martensit có khả năng tôi cứng kết tủa:
Các chi tiết kết cấu trong các thiết bị và hệ thống kỹ thuật dưới ứng lực cơ học, nhiệt và ăn mòn, hàn |
X5CrNiMoCuNb16-4
1, X8CrNiMoAl15-17-2
|
1. Các thép martensit
với C ³ 0,2 % + thành phần các nguyên tố hợp kim.
Những loại thép này được đặc trưng bởi hàm lượng cao
của C và các nguyên tố hợp kim của chúng, bởi vậy không thích hợp hàn, do đó sẽ
không được thảo luận thêm. Cấu trúc của chúng là martensit tinh khiết (Biểu đồ Schaeffler
không có khả năng áp dụng).
2. Các thép martensit
–ferrit với 0,1 % £ C £ 0,2/0,25 %, 13 % £ Cr £ 18 % và thành phần Ni-/Mo
Các thép nhóm này khác với các thép ferrit chủ yếu là
do tăng hàm lượng C (X12Cr13 (M) - X6Cr13 (F)). Tùy theo cấp của các giá trị
phân tích ở các giới hạn cực trị có thể chứng minh cấu trúc hoặc là chủ yếu ferrit
hoặc là cấu trúc chủ yếu martensit. Các thép với các hàm lượng cao C, Cr, Ni hoặc
Mo chủ yếu là martensit.
3. Các thép martensit
mềm với C £ 0,06 %, tăng hàm
lượng Ni- (4-6 %) và Mo (0,3-1,5 %).
Trong những thép hàm lượng carbon sẽ giảm đáng kể.Vai
trò của C được thay thế bằng Ni và Mo. Qua đó đảm bảo sự hình thành cấu trúc
martensit hoàn toàn không phụ thuộc vào tốc độ nguội, do hàm lượng carbon ít nó
tương đối mềm và dẻo dai.
4. Các thép martensit
có khả năng tôi cứng với C £ 0,08 %, 13 £ Cr £ 18 %, Ni £ 6%, Mo £ 1,3 % và Cu/Al/Nb:
Cu/Al/Nb hình thành qua cơ chế kết tủa các Phase liên
kim loại và kéo căng mạng martensit, không có cơ chế này độ dẻo dai hoặc khả
năng biến dạng sẽ trở về. Cấu trúc nằm chủ yếu trong phạm vi hỗn hợp A + M + d-F. Xử lý nhiệt sẽ cho các loại thép này độ bền cao
hơn, kết hợp với khả năng chống ăn mòn tốt. Độ bền cao hơn là do các hợp chất
liên kim loại kết tủa (Cu/Al/Nb phục vụ như tạo mầm) từ cấu trúc martensit
trong khi xử lý nhiệt kết thúc.
4.2.2 Các đặc tính thép martensit
Chế
độ nhiệt luyện của loại thép này: tôi ở 950 ~ 1100 °C, môi trường nguội có thể
là dầu hoặc không khí (do có %Cr cao nên dễ tôi), nhiệt độ ram tùy theo yêu cầu
cụ thể nhưng phải chú ý tránh giòn ram loại II ở vùng nhiệt độ 350 ~ 575 °C (bằng
cách nguội nhanh trong dầu, nếu nguội chậm sẽ hình thành Cr23C6 làm thép bị
giòn và giảm khả năng chống ăn mòn).
Thép
không gỉ martensite có tính chống ăn mòn cao trong môi trường nước ngọt, do
hiệu ứng thụ động hóa của crom nên không bị ăn mòn trong môi trường axit HNO3
(nhưng bị ăn mòn trong các loại axit khác). Loại thép này với hàm lượng carbon
thấp (ví dụ, loại 403, 410 của Mỹ) được dùng làm đồ trang sức, ốc vít không gỉ,
chi tiết chịu nhiệt (dưới 450 °C) như cánh tuốc bin hơi .. Các mác có %C cao
hơn (ví dụ, 420) có độ cứng và giới hạn đàn hồi cao hơn được dùng làm lò xo
không gỉ, dụng cụ đo … Các mác có %C lên tới 0.9 ~ 1.0% (ví dụ, 440, 440B) được
dùng làm dụng cụ mổ (dao, kéo), chi tiết chịu nhiệt và chịu mài mòn như supap
xả, một số loại ổ bi làm việc trong môi trường ăn mòn.
Thép không gỉ Mactenxit
chứa 11-18% Cr, tối đa 1,20% C và một lượng
nhỏ Mn và Ni
và, đôi khi, Mo. Những loại thép này sẽ chuyển biến thành austenite
khi
nung nóng và, do đó, có thể được làm cứng bằng
hình thành của martensite trong lúc nguội. Nhóm
này bao
gồm loại 403, 410, 414, 416, 420, 422, 431 và 440. Cả hai loại thép không gỉ martensit tiêu chuẩn và phi tiêu chuẩn
theo ASM được liệt kê trong Bảng 12. Chúng có xu hướng nứt
mối hàn trong lúc nguội khi martensit cứng
giòn được hình thành.
Hàm lượng Crom và Carbon của kim loại điền đầy thường phải phù hợp với các nguyên tố này trong
các kim loại cơ bản. Dạng kim loại
điền đầy 410 có sẵn như điện cực vỏ bọc, dây
đặc và dây
lõi thuốc và có thể được sử dụng để
hàn các loại thép 402, 410, 414 và 420.
Dạng 410NiMo kim loại điền đầy cũng có thể được sử dụng. Khi nó là
cần thiết để phù hợp với carbon
trong loại thép 420, loại kim loại điền đầy 420, mà nó có sẵn như
dây đặc và dây
lõi thuốc, được sử dụng. Các kim loại
điền đầy austenit loại 308,
309 và 310 có thể được sử dụng để hàn các thép
martensit với bản thân nó hoặc với thép khác, khi đó độ dẻo dai kết tủa tốt.
Cấu trúc micro và thành
phần hoá học đầy đủ carbon là chìa
khóa để có được một cấu trúc micro martensit (xem hình 4.2). Với
việc bổ sung một số nguyên tố hợp
kim khác, độ bền của thép không gỉ martensit có
thể được tăng cường thông qua sự kết tủa của các phase đa
kim loại. Trong sản xuất các loại thép không gỉ tôi cứng kết tủa này, xử lý nhiệt phải được kiểm soát cẩn thận.
Hình
4.2. Cấu trúc micro của thép không gỉ martensit.
Để cung cấp cho một cấu trúc semi-martensit
(các thép không gỉ martensit không phải dễ dàng hợp kim như thép không gỉ austenit), các thép không gỉ martensit cũng có thể được hợp kim với bất kỳ một
hoặc nhiều các nguyên tố niken, molybden
và nitơ. Thép
No. 1.4418 là một bằng thép không gỉ semi-martensit với, thông thường, 80% martensit, 15% austenit
và 5% ferrit. Sự kết hợp độ bền cao với khả
năng hàn tốt, các thép như vậy chứng
tỏ độ dẻo dai cao sau khi
hàn.
Tùy theo hàm lượng C và hàm lượng các nguyên tố hợp
kim bổ sung, các tính chất của các thép này gần với các tính chất của các thép d-ferrit hoặc các thép không hợp kim hoặc
các thép hợp kim thấp.
4.2.4 các
tính chất cơ học
Bảng 9 :
Các
tính chất cơ học.
|
|
Martensit
|
Martensit-Ferrit
|
Martensit mềm
|
Martensit tôi
cứng
|
|
Rp0,2 (N/mm2)
|
600
|
450 -
650
|
500 - 800
|
500 - 1000
|
|
Rm (N/mm2)
|
750 - 900
|
700 - 1050
|
600 - 1100
|
800 - 1200
|
|
A (%)
|
<< 10
|
10 - 14
|
12 - 15
|
10 - 18
|
|
KV (J)
|
< 20
|
< 25
|
< 90
|
< 75
|
Tất cả
các thép martensit là có khả năng tôi cứng. Các thép martensit mềm và có khả
năng tôi cứng kết tủa là trái ngược với martensit, chúng cho thấy khả năng biến
dạng tốt và tính dẻo dai tương đối tốt.
Carbon cao hơn các thép không gỉ martensit có
thể được sản xuất với giới hạn chảy
và độ bền kéo rất cao cũng như độ cứng tốt hơn. Tuy nhiên, độ giãn dài và độ bền va đập
trở nên tồi tệ.
4.2.5 Khả năng chống ăn mòn
Khả
năng chống ăn mòn của các thép
không gỉ martensit nói chung là khiêm
tốn, nhưng có thể được tăng lên bằng cách thêm molypden, được sử dụng trong các ứng dụng
lọc dầu. Trong các môi
trường như vậy, ăn mòn được sinh ra
bởi ô nhiễm carbon
dioxide ngăn ngừa việc sử
dụng các thép carbon.
4.2.6 Kết tủa/Hóa giòn
Tất cả các thép được nêu trên không những có xu
hướng hình thành hạt thô mà còn có cả sự hóa giòn 475°C xuất hiện ở các thép
ferrit (Ngoại trừ : Các thép dựa trên cơ sở giới hạn phân tích nằm gần với các
thép ferrit).
Các thép martensit-ferriti thích hợp với nguy cơ nứt
tôi cứng và tăng phá hủy giòn khi hàm lượng C và các hàm lượng nguyên tố hợp
kim tăng lên do hình thành Chrom carbide. Ở các thép martensit mềm nguy cơ nứt
tôi cứng và hình thành Chrom carbide là tương đối ít khi hàm lượng C thấp.
Ở các thép martensit có khả năng tôi cứng và nickelmartensit
sẽ không quan sát thấy hiện tượng hóa giòn do C hoặc Chrom carbide. Ngược lại ở
các thép martensiti mềm và có khả năng tôi cứng cần chú ý tính toán hóa giòn
Hydro do sự hòa tan của Hydro tăng cao trong martensit.
Sự hình thành Chi-phase hoặc s-Phase không quan sát thấy trong
bất kỳ các loại thép trên.
4.2.7 Các
tiêu chuẩn cho các thép martensit
|
Tên ngắn
|
Nr.
|
Cấu
trúc
|
Rp0,2
|
Rm
|
A
|
KV (RT)
|
|
X55CrMo14
|
1.4110
|
M
|
-
|
830
|
-
|
-
|
|
X30CrMoN15-1
|
1.4108
|
M
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
X65Cr13
|
1.4037
|
M
|
-
|
840
|
-
|
-
|
|
X20CrMo13
|
1.4120
|
M
|
-
|
770
|
-
|
-
|
|
X2CrNiMo13-4
|
1.4320
|
WMF
|
520
|
680-880
|
17
|
90
|
|
Đối với tất
cả các loại trong trạng thái ram/tôi cứng kết tủa đảm bảo độ cứng (ram:
220-320 HB; tôi cứng kết tủa: 360 HB);
tất cả các
giá trị phụ thuộc vào dạng bán sản phẩm và trạng thái xử lý nhiệt
1 chi cho loại cung cấp được ram
|
||||||
Bảng 11
: Các
thép không gỉ martensit theo EN 10088
|
Tên ngắn
|
Nr.
|
Cấu
trúc
|
Rp0,2
|
Rm
|
A
|
KV (RT)
|
|
X12Cr13
|
1.4006
|
M +
|
400-450
|
550-850
|
20-12
|
25-
|
|
X12CrS13
|
1.4005
|
M +
|
450
|
650-850
|
12
|
-
|
|
X20Cr13
|
1.4021
|
M +
|
450-600
|
650-950
|
15-10
|
25-20
|
|
X30Cr13
|
1.4028
|
M
|
600-650
|
800-1000
|
15-10
|
-
|
|
X29CrS13
|
1.4029
|
M
|
650
|
850-1000
|
9
|
-
|
|
X39Cr13
|
1.4031
|
M
|
-
|
760-800
|
12-
|
-
|
|
X46Cr13
|
1.4034
|
M
|
-
|
780-800
|
12-
|
-
|
|
X50CrMoV15
|
1.4116
|
M
|
-
|
850-900
|
12-
|
-
|
|
X70CrMo151
|
1.4109
|
M
|
-
|
900
|
-
|
-
|
|
X14CrMoS17
|
1.4104
|
M +
|
500
|
650-850
|
12-10
|
-
|
|
X39CrMo17-1
|
1.4122
|
M
|
550
|
750-950
|
12
|
20-
|
|
X105CrMo171
|
1.4125
|
M
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
X90CrMoV181
|
1.4112
|
M
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
X17CrNi16-2
|
1.4057
|
M +
|
600-700
|
800-1050
|
14-12
|
25-15
|
|
X3CrNiMo13-4
|
1.4313
|
WM +
|
520-800
|
650-1100
|
15-11
|
70-50
|
|
X4CrNiMo16-5-1
|
1.4418
|
WM + A
|
550-700
|
760-1100
|
16-14
|
90-55
|
|
X5CrNiCuNb16-4
|
1.4542
|
AM + + A
|
1150-520
|
800-1300
|
18-3
|
75-40
|
|
X7CrNiAl17-7
|
1.4568
|
AM + + A
|
1310-
|
850-1450
|
19-2
|
-
|
|
X8CrNiMoAl15-7-2
|
1.4532
|
AM + + A
|
1380-
|
1550-1100
|
20-2
|
-
|
|
X5CrNiMoCuNb14-5
|
1.4594
|
AM + + A
|
720-1000
|
930-1270
|
15-10
|
40
|
|
Đối
với tất cả các loại trong trạng thái ram/tôi cứng kết tủa đảm bảo độ cứng (ram:
220-320 HB; tôi cứng kết tủa: 360 HB);
tất
cả các giá trị phụ thuộc vào dạng bán sản phẩm và trạng thái xử lý nhiệt
1 chi
cho loại cung cấp được ram
|
||||||
Bảng 12 : Các thành phần hóa học danh nghĩa của các thép
không gỉ Martensit theo ASM
|
Loại
|
UNS
Number
|
Thành phần hóa học – Phần trăm *
|
Khác
|
||||||
|
C
|
Mn
|
Si
|
Cr
|
Ni
|
P
|
S
|
|||
|
403
|
S40300
|
0.15
|
1.00
|
0.50
|
11.5-13.0
|
|
0.04
|
0.03
|
|
|
410
|
S41000
|
0.15
|
1.00
|
1.00
|
11.5-13.0
|
|
0.04
|
0.03
|
|
|
410Cb
|
S41040
|
0.18
|
1.00
|
1.00
|
11.5-13.5
|
|
0.04
|
0.03
|
0.05-0.3
Nb(Cb)
|
|
410S
|
S41008
|
0.08
|
1.00
|
1.00
|
11.5-13.5
|
0.6
|
0.04
|
0.03
|
|
|
414
|
S41400
|
0.15
|
1.00
|
1.00
|
11.5-13.5
|
1.25-2.50
|
0.04
|
0.03
|
|
|
414L
|
|
0.06
|
0.50
|
0.15
|
12.5-13.0
|
2.5-3.0
|
0.04
|
0.03
|
0.5 Mo; 0.03
Al
|
|
416
|
S41600
|
0.15
|
1.25
|
1.00
|
12.0-14.0
|
|
0.04
|
0.03
|
0.6 Mo
|
|
416Se**
|
S41623
|
0.15
|
1.25
|
1.00
|
12.0-14.0
|
|
0.06
|
0.06
|
0.15 min. Se
|
|
416 Plus X**
|
S41610
|
0.15
|
1.5-2.5
|
1.00
|
12.0-14.0
|
|
0.06
|
0.15 min.
|
0.6 Mo
|
|
420
|
S42000
|
0.15 min.
|
1.00
|
1.00
|
12.0-14.0
|
|
0.04
|
0.03
|
|
|
420F**
|
S42020
|
0.15 min.
|
1.25
|
1.00
|
12.0-14.0
|
|
0.06
|
0.15 min.
|
0.6 Mo
|
|
422
|
S42200
|
0.20-0.25
|
1.00
|
0.75
|
11.0-13.0
|
0.5-1.0
|
0.025
|
0.025
|
0.75-1.25 Mo;
0.75-1.25 W;
0.15-0.3 V
|
|
431
|
S43100
|
0.20
|
1.00
|
1.00
|
15.0-17.0
|
1.25-2.50
|
0.04
|
0.03
|
|
|
440A
|
S44002
|
0.60-0.75
|
1.00
|
1.00
|
16.0-18.0
|
|
0.04
|
0.03
|
0.75 Mo
|
|
440B
|
S44003
|
0.75-0.95
|
1.00
|
1.00
|
16.0-18.0
|
|
0.04
|
0.03
|
0.75 Mo
|
|
440C
|
S44004
|
0.95-1.20
|
1.00
|
1.00
|
16.0-18.0
|
|
0.04
|
0.03
|
0.75 Mo
|
|
*Các
giá trị duy nhất là các giá trị lớn nhất.
**Các
cấp độ này thường được coi là không có khả năng hàn.
|
|||||||||
(Từ ASM
Metals Handbook, Ninth Edition, Volume 3)
Độ cứng cao và độ dẻo thấp là đặc điểm của
martensit, tôi cứng ở
không khí, các thép không gỉ rất dễ bị nứt
hydro. Khả năng hàn do đó có thể được coi là nghèo. Chuẩn bị kỹ lưỡng (nung
nóng trước ở 75-150°C theo sau bằng
cách làm nguội, ủ ở 550-590°C và, cuối cùng, làm nguội chậm trong
không khí) thông thường là cần thiết.
Khả năng hàn của các thép không gỉ Martesxit-Ferrit-Austenit (ví dụ No. 1.4418) tốt hơn nhiều. Cấu trúc được
tôi luyện, với martensit
carbon thấp và austenit
mịn phân tán, cho
độ dẻo tốt. Do đó,
ngoại
trừ liên quan tới
các điều kiện vật liệu dày và / hoặc các điều kiện
kéo căng, nung nóng trước khi hàn
và xử lý nhiệt sau khi hàn nói chung không cần thiết.
Để đảm bảo tính chất cơ học
tối ưu, hàn nên
được thực hiện bằng cách sử dụng kim loại điền
đầy phù hợp. Kim
loại điền đầy austenit hoặc
duplex có thể được sử dụng trong
một số trường hợp, nhưng độ bền kéo thấp hơn một chút của mối hàn phải được
lưu ý.
Sự nguy hiểm lớn khi hàn các thép martensit là nứt
nguội và nứt nóng, sự hóa giòn thông qua hình thành Chrom carbide và hóa giòn Hydro.
Các
thép martensittinh khiết: Hàn có điều kiện đến không thích
hợp cho hàn
Chủ yếu là tôi cứng trong không khí, với hàm lượng
carbon từ 0,20 % chuyển hóa chậm, sau khi hàn trong vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ)
thời gian kéo dài quá nguội austenit xuất hiện, sau đó nó bắt đầu chuyển hóa
sang martensit sau khi làm nguội trung gian. Nếu được ram ngay sẽ dẫn đến tổn
thất độ dẻo dai do hình thành martensit ram.
Tp > 400
°C; làm nguội trung gian dưới 100 - 150 °C (0,5 - 2 h); Ram 700 - 800 °C.
Các thép
martensit-ferrit: Thích hợp cho hàn có điều kiện
Các thép với » 13 % Cr chuyển hóa hoàn toàn
thành martensit và ferrit; Các thép với » 17 % chuyển hóa một phần.
a) Làm nguội từ cấu trúc ram có khả năng
biến dạng
Tp = 200 - 350 °C (giới hạn trên Cr = 13 %; giới
hạn dưới Cr = 17 %);
Ram không có làm nguội trung gian ở
650 - 800 °C (0,5 - 2 h);
Làm nguội chậm
không có gió lùa (trong lò)
b) Ram các lớp giữa
Tp = 100 - 150 °C (dưới Ms – nhiệt độ chuyển hóa martensit)
Ti = max. 150 °C
Ram các lớp đã được hàn thông qua
các lớp tiếp theo
Các thép
martensit mềm: Thích hợp cho hàn
a) Hàn bên dưới Ms:
Tp = 100 - 150 °C; Ti £
150 °C
Khi hàn sửa
chữa với nhiệt độ nung nóng trước cao hơn phải được làm nguội trung gian như dưới
b).
b) Hàn trong phạm vi Austenit:
Tp = 200 - 300 °C
Làm nguội có
kiểm soát tới 50 - 100 (150) °C để chuyển hóa martensir hoàn toàn (dẻo dai)
Cả hai trường hợp được ram (0,5 -
1 h/600 °C) hoặc được tôi luyện mới (950 - 1050 °C/Không khí/600 °C)
Các thép
martensit có khả năng tôi cứng: Thích hợp cho hàn tốt
4.2.9 Bổ
sung hàn cho các thép martensit
Các thép martensit với hàm lượng carbon > 0,25 % là
hàn có điều kiện đến không thích hợp hàn và thông thường hiếm khi thực hiện hàn.
Nói chung đối với hàn liên kết của các thép martensit áp dụng các bổ sung hàn
austenit. Khuyến nghị cho việc lựa chọn các bổ sung hàn theo mục 4.1.7 Nr. 2
(Austenit-khác loại).
Nguyên
tắc:
-
Bổ sung hàn austeniti
-
Bổ sung hàn cùng loại/Loại tương tự đối
với lớp phủ
-
Các điện cực bazơ và bột hàn khi C £ 0,08 % cần được sấy khô lại
-
Nung nóng trước từ chiều dày vật liệu 5
- 10 mm
-
Ram tùy theo chiều dày tấm
4.2.10 Ứng dụng các
thép martensit
Các thép không gỉ martensit được
sử dụng trong bồn, bình xử lý trong ngành công nghiệp dầu
khí và tuốc bin nước, cánh quạt, trục và các thành phần khác cho các ứng dụng thủy
điện
(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:
Đăng nhận xét