9 NGUYÊN TỐ HÓA HỌC CƠ BẢN CÓ TRONG THÉP KHÔNG GỈ (INOX) & VAI TRÒ CỦA NÓ NHƯ THẾ NÀO?

Thành phần hóa học có ảnh hưởng lớn trên một cấu trúc tinh thể của thép không gỉ, tính chất cơ học, tính chất hoá học và khả năng chống ăn mòn. Các nguyên tố hóa học sẽ ảnh hưởng đến tính chất của thép không gỉ theo những cách khác nhau, đôi khi sẽ làm tính chất của thép biến đổi theo chiều hướng tích cực và cũng có những lúc sẽ làm cho tính chất của thép biến đổi theo chiều hướng tiêu cực. Vì vậy, khi chọn thành phần hóa học cho vật liệu, đôi khi người ta phải hy sinh một vài tính chất, để tối ưu hóa những tính chất còn lại của thép. Những nguyên tố hóa học dưới đây sẽ miêu tả một cách cụ thể ảnh hưởng của từng nguyên tố hóa học, các nhà sản xuất đã thêm một hàm lượng các kim loại khác nhằm mục đích tăng độ bền cho thép vào các môi trường ứng dụng khác nhau. Có đúng vậy không? Chúng ta hãy cùng tìm hiểu

1./NIKEN (Ni)

Niken là nguyên tố hợp kim chính của mác thép không gỉ sêri 300. Sự có mặt của Niken hình thành cấu trúc "austenite" làm cho mác thép này có độ bền, tính dẻo và dai, ngay cả ở nhiệt độ hổn hợp làm nguội. Niken cũng là chất không từ tính. Trong khi vai trò của Niken không có ảnh hưởng trực tiếp lên sự phát triển của lớp "trơ" trên mặt, niken cải thiện đáng kể việc chịu được acid tấn công, đặc biệt là với acid sulfuric.

Ví dụ: dòng Inox HPASS (High Performance Austenitic Stainless Steel) có hàm lượng Cr và Mo rất cao, vì thế hàm lượng Ferritic trong dòng Inox này lên đến 20% hoặc cao hơn để duy trì pha Austenitic.

2./CRÔM (Cr)

Bản chất "trơ" của thép không gỉ giải thích được là nhờ Crom là nguyên tố phản ứng cao. Nhờ có crom nên thép không gỉ chịu được tác dụng mòn hoá và gỉ oxid hoá thông thường xảy ra với thép cacbon không được bảo vệ. Một khi hàm lượng crom tối thiểu ở mức 10.5% thì có một lớp mặt không tan bám chặt hình thành ngay ngăn chặn sự khuyếch tán oxid hoá trên mặt và ngăn oxid hoá sắt. Mức Crom càng cao thì mức chống gỉ càng cao.

Ví dụ: như Austenitic là 18%, còn HPASS là 20-28% (Đây là mác theo chuyên dùng cho ngành không gian vũ trụ)

3./CARBON (C)

Hàm lượng Cacbon là chủ yếu và luôn hiện diện trong thép không gỉ. Mức cacbon thường ở mức khá thấp với tất cả các họ thép không gỉ ngoại trừ họ Martensitic.

Họ Martensitic có mức tăng vừa để có độ cứng và độ bền cao. Nhiệt luyện ở mức cao, tôi và rồi giảm lạnh để phát triển pha Martensit.

Cacbon có thể hiệu quả chịu mòn cao. Nếu cacbon kết hợp với Chrom trong cabit, có thể gây tổn thương "lớp trơ" hình thành. Với những khu vực cục bộ; nếu hàm lượng Chrom giảm tới dưới 10.5% "lớp trơ" sẽ không hình thành.

Ví dụ: như Inox 304L và Inox 316L, ở trong những Inox này người ta giới hạn hàm lượng Carbon tối đa là 0.03%. Còn ở trong một số hợp kim HPASS thì hàm lượng này là 0.02%.

4./MOLYBDEN (Mo)

Chất phụ gia Molybden thêm vào mác thép "Cr-Fe-Ni" sẽ tăng tính chống mòn lỗ chỗ cục bộ và chống mòn kẻ nứt tốt hơn (đặc biệt là với mác thép Ferritic Cr-Fe ). Molybden giúp chống tác động thiệt clorua (mác thép 316 có 2% molybden tốt hơn mác thép 304 dùng tại miền ven biển). Lượng Molybden càng cao (đôi khi có mác thép có 6% molybden), thì mức chịu clorua càng cao.

5./SILIC & ĐỒNG (Si & Cu)

Lượng nhỏ Silic và Đồng thường thêm vào mác thép không gỉ Austenitic có Molybden để cải thiện tính chống mòn với Acid Sulfuric. Silic cũng cải thiện tính chống oxy hoá và là chất ổn định hoá mác thép Ferrite. Với mác thép không gỉ Austenitic, hàm lượng silic cao cải thiện tính chống oxy hoá và ngăn việc thấm cacbon ở nhiệt độ cao (thí dụ như mác thép 309 và 310)

6./MANGAN (Mn)

Thông thường Mangan thêm vào thép không gỉ giúp khử oxy hoá, trong khi nấu chảy để ngăn việc hình thành chất bẩn sunfua sắt có thể tạo ra vỡ nứt. Mangan cũng là chất làm ổn định mác thép Austenite và khi hàm lượng Mangan cao (từ 4% -> 15%) thì sẽ thay niken trong các mác thép sêri 200.

7./LƯU HUỲNH (S)

Lưu huỳnh thường được giử ở mức thấp do có thể tạo ra sunfua bẩn. Lưu huỳnh dùng để cải thiện khả năng gia công (trong đó chất bẩn giữ nhiệm vụ "bẻ phoi"). Tuy nhiên, lượng lưu huỳnh dư làm giảm khả năng chống mòn lỗ chỗ.

8./NITƠ (N)

Các mác thép không gỉ Ferritic, Austenitic và song pha Duplex, Nitơ giúp tăng sự tấn công của mòn lỗ chỗ cục bộ và sự ăn mòn giữa các hạt. Hàn đề nghị dùng với mác thép "austenitic" cacbon thấp (cacbon nhỏ hơn 0.03%) vì khi hàm lượng cacbon thấp sẽ giảm tối thiểu sự rủi ro nhạy cảm hoá. Tuy nhiên, hàm lượng cacbon thấp có xu hướng giảm sức bền. Chất phụ gia Nitơ giúp tăng sức bền như mức mác thép chuẩn.

9./NIOBI (Nb)

Chất phụ gia Niobi ngăn mòn giữa các hạt, đặc biệt tại vùng chịu ảnh hưởng nhiệt sau khi hàn. Niobi giúp ngăn việc tạo thành crom cacbua có thể giành cấu trúc tế vi của lượng crom cần cho hoá trơ. Với mác thép không gỉ "Ferritic", chất phụ gia Niobi là cách hiệu quả để cải thiện chống độ mỏi nhiệt.

Trên đây là 9 nguyên tố hóa học cơ bản có trong thép không gỉ (inox) & vai trò của nó như thế nào thì chúng ta phần nào cũng đã hiểu và mỗi % thay đổi của mỗi nguyên tố khác nhau thì mác thép đó cũng có tác dụng khác nhau và nó có thể chịu được trong môi trường ứng dụng này tốt hơn % nguyên tố hóa học kia.