Phụ lục C (Tham khảo) Phân loại các mác thép

(Tham khảo)

Phân loại các mác thép

C.1 Thép không gỉ

Crom là nguyên tố hợp kim chính và lượng crom không liên kết với các bon xác định độ bền chống ăn mòn.

Thép ferit chống ăn mòn có giới hạn hàm lượng các bon là 0,08 % khối lượng. Các loại thép này phải được ủ ở các nhiệt độ sao cho dưới nhiệt độ này sẽ tạo thành austenit. Vùng giới hạn nhiệt độ nung này thường là từ 850 °C đến 950 °C tùy thuộc vào thành phần hóa học, xử lý nhiệt ở các nhiệt độ cao hơn và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt của các mối hàn sẽ chứa austenit và austenit này biến đổi thành mactenxit trong quá trình làm nguội. Mức độ ảnh hưởng này phụ thuộc vào các hàm lượng của các bon và nitơ chưa liên kết và hàm lượng của crom và các nguyên tố hợp kim khác. Các loại thép có nhiều khả năng bị biến đổi thành mactenxit nhất được gọi là thép bán ferit.

Tổ chức kim tương là ferit (ferit anpha hoặc ferit đenta), có cấu trúc mạng lập phương tâm khối có từ tính.

Tổ chức này có tính dẻo trong các điều kiện chế tạo riêng, đặc biệt khi ở các mặt cắt ngang mỏng.

Các loại thép ferit có tính cắt gọt tốt thường được sử dụng nhiều nhất cho các chi tiết dạng thanh, dầm bao gồm cả loại thép ferit có bổ sung thêm lưu huỳnh trên 0,15 % để dễ dàng gia công cắt. Sự bổ sung thêm lưu huỳnh này có thể làm cho sức bền chống ăn mòn giảm đi một chút.

Một số loại thép ferit có tính hàn tương đối tốt. Thông thường, nên dùng nhiệt lượng cấp vào thấp để tránh mối hàn bị giòn do hạt tinh thể quá lớn.

Các loại thép mactenxit có hàm lượng các bon cao nhất tính bằng phần trăm khối lượng , điển hình từ 0,08 % đến 1,00 %. Độ bền cơ học của các loại thép này tăng lên sau nhiệt luyện tôi và ram. Các loại thép này có tính sắt từ.

Một số mác thép có bổ sung thêm lưu huỳnh trên 0,15 % để cải thiện tính gia công cơ. Trong trường hợp này, cần lưu ý rằng sức bền chống ăn mòn có thể bị suy giảm.

Ngoài các loại thép được qui định trong tiêu chuẩn này còn có các loại thép được sử dụng cho các ứng dụng riêng. Ví dụ như một số loại thép được dùng cho chế tạo các ổ trục có các thành phần trong phạm vi của các loại thép không gỉ.

Các loại thép hóa bền tiết pha có thể có độ bền cao trong khi vẫn giữ được sức bền chống ăn mòn tốt.

Độ bền cao của các loại thép này là do sự phân tán của các hợp chất giữa các kim loại trong tổ chức bởi xử lý nhiệt lần cuối ở nhiệt độ tương đối thấp.

Các điều kiện để xử lý nhiệt riêng phải được điều chỉnh tùy thuộc vào mức cơ tính yêu cầu và các dữ liệu do nhà sản xuất cung cấp.

Các loại thép austenit có được nhờ hợp kim hóa kết hợp của niken, mangan, đồng, nitơ và các bon để tạo ra tổ chức austenit.

Tổ chức kim tương của các loại thép này là austenit (pha gama), có cấu chức tinh thể lập phương tâm mặt không có từ tính.

Một số loại thép austenit có thể có từ tính yếu do sự tạo thành mactenxit trong tổ chức trong quá trình biến dạng hoặc sự tạo thành ferit đenta trong quá trình đông đặc.

CHÚ THÍCH: Các tổ chức mactenxit chỉ có thể được loại bỏ bằng ủ hoà tan hoặc có thể được giảm đi đáng kể bằng cách điều chỉnh hàm lượng các nguyên tố như các bon, mangan, nitơ và niken.

Các loại thép austenit có sức bền chống ăn mòn dạng chung tốt. Các loại thép austenit không tôi cứng được bằng nhiệt luyện. Độ bền của chúng có thể được tăng lên bằng bổ sung thêm nitơ hoặc bằng gia công nguội.

Nếu các loại thép austenit có hàm lượng các bon 0,04 % hoặc lớn hơn tính theo khối lượng và được làm nguội chậm sau khi xử lý nhiệt hoặc hàn (ví dụ ở các mặt cắt dày), cacbit crom sẽ tiết pha phân tán trên biên giới hạt ở phạm vi nhiệt độ tới hạn xấp xỉ 600 °C đến 800 °C. Hiện tượng này gây ra ăn mòn tinh giới khi tiếp xúc với axit và các môi trường ăn mòn khác.

Có hai cách để tránh sự ăn mòn này là thay đổi thành phần hóa học được cho trong c) và d) dưới đây.

Các loại thép austenit có tính chất hàn tốt.

Các loại thép austenit có độ dai cực tốt. Thậm chí một số loại thép austenit ở trạng thái ổn định giữ được độ dai ở nhiệt độ làm lạnh sâu.

Tùy theo hàm lượng các bon và các nguyên tố hợp kim, thép austenit có thể được phân loại như sau:

a) Thép austenit không có molipđen

Các loại thép này thường khó gia công cơ hơn các loại thép không gỉ ferit hoặc mactenxit. Các loại thép không gỉ (với S ≥ 0,15 %) có thể tiến hành các dạng cắt gọt nhưng hàm lượng lưu huỳnh sẽ làm cho sức bền chống ăn mòn giảm đi một chút.

b) Thép austenit có molipđen

Sự bổ sung molipđen thường cải thiện độ bền chống ăn mòn, đặc biệt là chống sự tạo thành lỗ rỗ do clorua.

Thép không gỉ chứa molipđen không được sử dụng trong các môi trường axit nitơric và khí nitơ

c) Thép austenit có hàm lượng các bon cực thấp

Một phương pháp để tránh ăn mòn tinh giới gây ra do hàn là nấu luyện thép có hàm lượng các bon thấp (≤ 0,030 %) sao cho quá trình tiết pha phân tán của cacbit crom (crom cacbua) bị chậm trễ so với khoảng thời gian phơi nhiệt trong quá trình hàn và khử ứng suất khi sử dụng.

d) Thép austenit ổn định hóa

Sự bổ sung titan và/hoặc niobi sẽ ngăn ngừa sự tạo thành cacbit crom trong quá trình nhiệt luyện, hàn, hoặc trong sử dụng có tiếp xúc với nhiệt trong thời gian dài.

e) Thép siêu austenit

Các loại thép này có hàm lượng crom và molipđen đầy đủ và có tổ chức hoàn toàn austenit do hàm lượng niken và nitơ cao. Chúng có độ bền chống ăn mòn rất tốt trong các môi trường ăn mòn.

f) So sánh các phương pháp phòng tránh sự ăn mòn tinh giới

Cho đến những năm 1960, giải pháp dùng dung dịch rắn có thành phần ổn định hóa để tránh ăn mòn tinh giới đã được ưu tiên mặc dù có khó khăn do chi phí cao và độ tin cậy thấp trong tinh luyện thép có hàm lượng các bon rất thấp trong lò điện hồ quang. Tuy nhiên, từ đó đến nay, các tiến bộ về công nghệ nấu luyện thép không gỉ cho phép tạo ra được các loại thép có hàm lượng các bon rất thấp với giá thành rẻ hơn, nhanh hơn và tin cậy hơn so với thép ổn định hóa.

Nhà sản xuất cần có lời khuyên về việc lựa chọn thép. Cần lựa chọn “giải pháp” nào, thép sẽ được nấu luyện và xử lý như thế nào để không có nguy cơ ăn mòn tinh giới ở trạng thái cung cấp và có nên qui định thử nghiệm ăn mòn tinh giới trong hầu hết các điều kiện kỹ thuật mua hàng hay không.

C.6 Thép austenit-ferit (song pha)

Các loại thép không gỉ hai pha thường có hàm lượng crom cao hơn (20 % đến 30 % khối lượng), có hoặc không có thêm molipđen đến 5 % và hàm lượng niken là trung gian giữa các loại thép không gỉ ferit và austenit. Tổ chức kim tương điển hình thường là 40 % đến 60 % austenit trên nền ferit. Sự bổ sung nitơ chủ yếu là để duy trì độ dai và độ bền chống ăn mòn trong trường hợp các loại thép này được hàn và sau đó không được ủ hoàn toàn.

Các đặc tính bền của thép không gỉ hai pha cao hơn các đặc tính bền của thép austenit.

Các loại thép này có độ bền chống ăn mòn ứng suất rất tốt.

Pha sigma và các pha khác có thể làm giảm đáng kể độ dai và độ bền chống ăn mòn được hình thành nhanh ở 600 °C đến 900 °C trong các loại thép này. Nên làm nguội nhanh các mối hàn trong phạm vi nhiệt độ này. Có thể cần phải ủ hoà tan lại và tôi để loại bỏ các pha có hại này. Tuy nhiên, một số loại thép hai pha được thiết kế để giảm tới mức tối thiểu sự tạo thành các pha thứ yếu để tránh phải xử lý nhiệt sau hàn.

C.7 Thép chống rão

Các phương án thay đổi cho các loại thép được mô tả trong các điều C.1 đến C.6, thường có hàm lượng các bon tăng, được sử dụng như các loại thép chống rão.

Các loại thép ferit hoặc austenit này được sử dụng bởi có tính nổi trội chống sự oxy hóa và ăn mòn do các khí có nhiệt độ cao và trong thực tế chúng giữ được cơ tính trong một phạm vi nhiệt độ rộng.

Phụ lục D

(Tham khảo)

Giá trị khối lượng riêng của thép không gỉ

Bảng D.1 giới thiệu các giá trị khối lượng riêng của các loại thép không gỉ được cho trong Bảng 1.