Giới thiệu chung

Oxy hóa là sự hình thành quy mô giàu oxit. Thang đo, một khi được hình thành, làm chậm quá trình oxy hóa, trừ khi nó bị loại bỏ hoặc nứt bằng cơ học, điều này có thể xảy ra nếu thép biến dạng dưới tải. Trong thép không gỉ, được sử dụng ở nhiệt độ cao (lên đến 1100�C đối với các loại chịu nhiệt), điều này được sử dụng để tạo lợi thế, quy mô hình thành chủ yếu là giàu crôm. Lớp quy mô được cải cách sẽ ngăn chặn quá trình oxy hóa hơn nữa, nhưng kim loại bị mất trong quá trình hình thành oxit sẽ làm giảm cường độ hiệu quả của phần thép.

Khả năng chống oxy hóa phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ, thành phần khí và độ ẩm và cấp thép (chủ yếu là cấp độ crom).

Thép không gỉ Austenitic là sự lựa chọn tốt nhất vì chúng cũng có độ bền nhiệt độ cao hơn so với gia đình ferritic. Tốc độ giãn nở nhiệt cao hơn của austenitic có thể dẫn đến các vấn đề như biến dạng và có thể dẫn đến mất quy mô (nứt vỡ) trong quá trình đạp xe nhiệt.

Điều kiện để hình thành oxit ổn định

Sự oxy hóa phụ thuộc chủ yếu vào mức oxy có sẵn trong khí quyển. Các hỗn hợp khí liên quan đến không khí, carbon dioxide và hơi nước đều được ‘hỗ trợ’ oxy hóa. Khả năng chống oxy hóa là do sự hình thành các oxit giàu crom, (Cr2O3) trên bề mặt thép. Sau khi hình thành, nó chỉ phát triển với tốc độ chậm, do đó bảo vệ thép bên dưới khỏi quá trình oxy hóa hơn nữa. Điều kiện khí quyển oxy hóa hỗ trợ khả năng chống oxy hóa hơn nữa. Hơi nước có thể ảnh hưởng xấu đến khả năng chống oxy hóa của thép không gỉ.

Đây có lẽ là kết quả của việc giảm độ dẻo của thang oxit bảo vệ. Theo nguyên tắc chung, nhiệt độ dịch vụ tối đa cho dịch vụ trong không khí ẩm, so với không khí khô, nên được hạ xuống khoảng 40-65�C. Hơi nước nhiệt độ cao nên được coi là một trường hợp đặc biệt.

Nếu lớp oxit bị nứt trong điều kiện nhiệt độ theo chu kỳ, thì tốc độ oxy hóa tổng thể tăng lên. Đây có thể là một vấn đề đối với gia đình austenitic và được phản ánh ở nhiệt độ dịch vụ tối đa thấp hơn trong điều kiện nhiệt độ ‘không liên tục’, so với điều kiện dịch vụ ‘liên tục’. Ngược lại, thép không gỉ ferritic và martensitic thường có độ gián đoạn cao hơn nhiệt độ dịch vụ liên tục.

Ảnh hưởng của Mác Thép (thành phần) đến khả năng chống oxy hóa

Hàm lượng crom là quan trọng nhất để cung cấp khả năng chống oxy hóa. Mặc dù mức 18% Cr của ferritic 430 (1.4016) và austenitic 304 (1.4301), 316 (1.4401) và 321 (1.4541) cung cấp khả năng chống oxy hóa ‘tốt’, thép được thiết kế đặc biệt để chống oxy hóa thường có mức độ crôm cao hơn trong phạm vi từ 20-25%, chẳng hạn như lớp 310 (1.4845).

Niken cũng giúp cải thiện khả năng chống oxy hóa. Điều này có lẽ là do độ bám dính của lớp oxit được cải thiện.

Silic và nhôm cũng được thêm vào để cải thiện khả năng chống oxy hóa và có mặt ở một số loại nhất định, với số lượng hạn chế vì chúng cũng có thể ảnh hưởng xấu đến khả năng định dạng và hiệu suất oxy hóa của thép không gỉ chịu nhiệt.

Canxi được thêm vào với số lượng nhỏ hơn cũng có thể có lợi cho khả năng chống oxy hóa.

Các nguyên tố đất hiếm bao gồm xeri và yttri cũng được thêm vào để tạo ra một số loại chịu nhiệt chuyên dụng. Những bổ sung này có thể có tác dụng tương tự như niken, bằng cách hỗ trợ sự bám dính của lớp oxit giàu crom với bề mặt kim loại.

Một ví dụ về loại chịu nhiệt sử dụng kết hợp các lợi ích thành phần này là ‘253MA’ (1.4835). Thép này không có phạm vi nhôm được chỉ định, nhưng nitơ được thêm vào để tăng cường độ.

BS EN 10095, 1.4835 composition, weight %
C	Si	Cr	Ni	N	Ce
0.05-0.12	1.40-2.50	20.0-22.0	10.0-12.0	0.12-0.20	0.03-0.08

Giòn ở nhiệt độ ứng dụng

Thép ferritic có thể tạo thành các thành phần giòn trong các phạm vi nhiệt độ nhất định.

Nên tránh các phạm vi nhiệt độ từ 370-540 độ C. Ở các mác dòng ferritic crôm cao hơn, sự hấp thụ ở nhiệt độ cao hơn cũng có thể xảy ra do sự hình thành pha ‘sigma’. Đây cũng là một vấn đề nếu loại 25% crom 1.4845 (Inox 310) được sử dụng ở nhiệt độ DƯỚI khoảng 900 độ C.

Độ chính xác ‘tiêu chuẩn’ 1.4878 / 14541 (Inox 321), 1.4401 (Inox 316) hoặc 1.4301 (Inox 304) có thể là lựa chọn tốt hơn cho những nhiệt độ ‘thấp hơn’, lên tới khoảng 870độ C, là nhiệt độ sử dụng tối đa của chúng.