Giới thiệu

Thép không gỉ Ferritic, Martensitic và Duplex có xu hướng trở nên giòn khi nhiệt độ giảm, tương tự như các loại thép ferritic / martensitic khác.

Tuy nhiên, các loại thép không gỉ austenitic như: Inox 304 (1.4301) và Inox 316 (1.4401) được đánh giá là ‘khá dẻo dai’ ở nhiệt độ lạnh và có thể được phân loại là ‘thép đông lạnh’.

Chúng có thể được coi là phù hợp với nhiệt độ ‘xung quanh’ 0 độ, đôi khi được đề cập trong các thông số kỹ thuật dịch vụ và các ứng dụng tại vị trí cận Bắc cực và Bắc cực (thường xuống đến -40 ° C).

Đây là kết quả của cấu trúc nguyên tử ‘fcc’ (khối lập phương ở giữa) của austenite, là kết quả của việc bổ sung niken vào các loại thép này.

Cấu trúc austenitic không thể hiện sự chuyển tiếp từ dễ uốn -> giòn, nhưng giảm dần các giá trị tác động của quá trình gia công khi nhiệt độ hạ thấp.(hiểu môm na là giảm độ dẻo dai)

Có một bản tóm tắt hữu ích về dữ liệu nhiệt độ thấp cho thép không gỉ Austenit tại đây [bản tiếng anh]

Độ bền va đập và đo cường độ tác động

Thử nghiệm tác động, ví dụ: “Việc tác động” (gia công uốn chấn chẳng hạn), được thực hiện để đánh giá độ dẻo dai của vật liệu. Để đánh giá sự phù hợp của chúng đối với các ứng dụng đông lạnh, thử nghiệm được thực hiện sau khi làm mát mẫu thử.

Thử nghiệm va chạm để đo năng lượng hấp thụ khi một mẫu thử vuông tiêu chuẩn 10 mm (thường có diện tích độ sâu “v notch”) dày 2 mm bị gãy bằng cách đập vào máy thử kiểu con lắc.

Càng hấp thụ nhiều năng lượng, vật liệu càng cứng và ít có khả năng thất bại ‘thảm khốc’ hơn nếu chịu các cú sốc hoặc tác động cơ học.

Độ bền va đập của thép thay đổi theo nhiệt độ.

Thép Ferritic và martensitic thể hiện cái được gọi là “chuyển tiếp dẻo -> giòn” trong đó, trong một phạm vi nhiệt độ nhất định, có sự giảm rõ rệt về độ bền va đập khi giảm nhiệt độ thử nghiệm.

Khi được vẽ trên đồ thị, năng lượng được hấp thụ theo nhiệt độ sẽ tạo ra đường cong ‘S’.

Điểm giữa trên ‘S’ được gọi là ‘nhiệt độ chuyển tiếp’. Ở đây, chế độ hỏng gãy thay đổi khi nhiệt độ hạ xuống, từ ‘dễ uốn’, trong đó thép có thể hấp thụ khá nhiều năng lượng khi vỡ, đến giòn, nơi chỉ hấp thụ một lượng năng lượng nhỏ.

Vì lý do này, thật nguy hiểm khi sử dụng thép ở trạng thái giòn này trong các ứng dụng kết cấu, vì ngay cả những cú sốc nhỏ cũng có thể dẫn đến những tai nạn thảm khốc.

Ảnh hưởng của kết cấu thép đến độ dẻo dai

Sự cứng rắn của austenitic dựa vào cấu trúc nguyên tử fcc của chúng. Sự hiện diện của ferrite hoặc martensite có thể hạn chế tính hữu dụng của thép không gỉ austenite ở nhiệt độ âm.

Các mức độ nhỏ của ferrite xuất hiện trong quá trình rèn austenitic thường không gây bất lợi.

Nhiệt độ âm lạnh cũng có thể ảnh hưởng đến độ dẻo dai của thép không gỉ Austenit.

Điều này là do sự hình thành lũy tiến của martensite từ austenite ‘siêu ổn định’. Trên thực tế, điều này tương tự như sự hiện diện của ferrite và có thể được kiểm soát theo cùng một cách thông qua các thay đổi thành phần giúp ổn định austenite.

Ngoài ra, ảnh hưởng của gia công nguội có thể được loại bỏ bằng cách xử lý nhiệt. Giải pháp ủ (làm mềm) bằng cách làm nóng đến khoảng 1050/10000 ° C và làm mát trong không khí, tùy thuộc vào kích thước phần, sẽ hoàn toàn làm giảm căng thẳng cấu trúc và biến đổi cấu trúc trở lại cấu trúc austenitic tự nhiên.

Các khu vực hàn có thể có nguy cơ bị giòn ở nhiệt độ rất thấp, vì nồng độ ferrite trong các mối hàn cao hơn thép rèn xung quanh (để tránh nứt nóng khi hóa rắn).

Vật liệu hàn nên được xem xét cho các ứng dụng nhiệt độ rất thấp, phải an toàn vì nó rất quan trọng.

Độ bền va đập của thép không gỉ Austenit

Khi thép không gỉ austenit được thử nghiệm và đập ở -196 ° C, mẫu thử thường có độ dẻo đủ để không bị gãy (điều này thực sự làm mất hiệu lực thử nghiệm).

Tuy nhiên, dữ liệu có sẵn báo giá năng lượng tác động của hơn 130J cho loại Inox 304 (1.4301). Thông tin cần thiết trong tiêu chuẩn bình áp lực BS EN 10028-7 cho 304 (1.4301) ở -196 ° C.

Bất kỳ thép không gỉ austenitic nên phù hợp cho các ứng dụng ở những nhiệt độ này. Các lựa chọn tốt nhất của các loại cho nhiệt độ rất thấp là những loại có bổ sung ổn định austenite như nitơ, ví dụ: ansi Inox 304LN (1.4311). (Các loại hợp kim cao hơn như SUS310 (1.4845) hoặc Inox 904L (1.4539) có được tính ổn định austenite của chúng từ các mức niken cao hơn cũng có thể được xem xét)

Các loại rèn có bổ sung ổn định ferrite như Inox SUS321 (1.4541) hoặc SUS347 (1.4550) có thể không phù hợp ở nhiệt độ rất thấp.

Độ bền va đập của thép không gỉ khác

Thép không gỉ ferritic, martensitic và duplex không thể được coi là thép đông lạnh.

Đặc tính tác động của chúng thay đổi ở nhiệt độ dưới 0 theo cách tương tự như thép hợp kim thấp. Nhiệt độ chuyển tiếp sẽ phụ thuộc vào thành phần và xử lý nhiệt.