Thép không gỉ AISI420/SUS420
Thép không gỉ SUS 420
Thép không gỉ AISI 420 là mác thép không gỉ mactenxit theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ, tương đương với thép SUS420 thep tiêu chuẩn Nhật Bản. Thép có thành phần khoảng 13%Cr và C trong khoảng 0,15-0,4%. Thép được ứng dụng nhiều trong các chi tiết làm việc trong điều kiện mài mòn và ăn mòn tương đối như cánh tuocbin, khuôn nhựa,trục..
Ứng dụng
Những ứng dụng chính của thép không gỉ 420 như: lưỡi cắt, dụng cụ y tế, khuôn nhựa…Trong đó ở Việt Nam thép AISI420 đang ứng dụng nhiều để chế tạo khuôn nhựa
Thành phần hóa học(%)
Thép AISI 420 là mác thép theo tiêu chuẩn của Hoa Kỳ, tương đương mác SUS420 theo tiêu chuẩn Nhật, DIN 2083 (Đưc), 30X13 (Nga) và 420S45 (Anh).
| Grade | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo |
| 420 | 0.15 min | 1.0 max | 1.0 max | 0.040 max | 0.030 max | 12.0-14.0 | 0.75 max | 0.50 max |
Thành phần hóa học thép 420 theo tiêu chuẩn AISI được đưa ra ở bảng 1.3. Với thép mác AISI420, hàm lượng C cho phép dao động trong khoảng khá rộng (0,15-0,4)% trong khi tiêu chuẩn các nước khác quy định hàm lượng cacbon khá chặt chẽ. Nhìn chung, mác AISI420 tương đương với mác 3Cr13 theo tiêu chuẩn Trung Quốc (GB1220) và SUS420 theo tiêu chuẩn của Nhật.
Vai trò của cacbon và Crom trong thép mactenxit:
- Cacbon (C): Hàm lượng cacbon cũng làm tăng đáng kể độ cứng, độ bền cơ học cho thép. Tuy nhiên, khi hàm lượng cacbon trong thép không gỉ lớn sẽ làm tăng nguy cơ tạo cacbit dẫn đến khả năng chống ăn mòn của thép kém. Trong thép mactenxit và mactenxit-austenit cacbon làm tăng độ cứng và độ bền sau nhiệt luyện nên các thép này cần sử dụng ở trạng thái tôi và ram. Tuy có độ bền cao nhưng thép mactenxit với hàm lượng cacbon cao sẽ làm giảm độ dẻo và độ dai của các loại thép này làm tăng tính giòn của thép.
- Crom (Cr): Đây là nguyên tố hợp kim quan trọng nhất đối với thép không gỉ. Nó là yếu tố quyết định tính chống ăn mòn của thép. Khả năng chống ăn mòn tăng lên khi hàm lượng crom tăng lên, do nâng cao thế điện cực của ferit và mactenxit và tạo lớp chống ăn mòn điện hóa thụ động trên bề mặt thép. Ngoài ra nó cũng tăng khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao hay còn gọi là tính bền nhiệt cao.
Các nguyên tố khác có mặt trong thép có hàm lượng rất thấp chỉ được coi là tạp chất, không có ảnh hưởng gì tới tính chất, tổ chức của thép
Tính chất cơ học của thép
| Nhiệt độ Ram (°C) | Độ bền kéo (MPa) | Giới hạn chảy0.2% (MPa) | Độ giãn dài (%trong 50mm) | Độ cứng Brinell (HB) | Giai va đập V (J) |
| Annealed * | 655 | 345 | 25 | 241 max | – |
| 204 | 1600 | 1360 | 12 | 444 | 20 |
| 316 | 1580 | 1365 | 14 | 444 | 19 |
| 427 | 1620 | 1420 | 10 | 461 | # |
| 538 | 1305 | 1095 | 15 | 375 | # |
| 593 | 1035 | 810 | 18 | 302 | 22 |
| 650 | 895 | 680 | 20 | 262 | 42 |
Nếu so sánh với thép C (C45 hay AISI 1045), thép không gỉ 420 có nhiệt dung riêng và độ dẫn nhiệt thấp hơn. Do chứa nhiều nguyên tố hợp kim, nên độ dẫn nhiệt kém hơn làm ứng suất nhiệt khi nung nóng và làm nguội sẽ cao hơn so với thép C. Do vậy cần chú ý đến tốc độ nung và môi trường nguội khi tôi thép để tránh biến dạng, đặc biệt đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp.
So với hai loại thép không gỉ phổ biến là 304 (austenit) và 430 (ferit), thép không gỉ mactenxit 420 có giới hạn bền và giới hạn chảy vượt trội hẳn. Tuy nhiên, độ dẻo của thép không gỉ mactenxit 420 thấp hơn rất nhiều so với 2 loại thép austenite và ferit.
NHIỆT LUYỆN THÉP 420
Ủ thép 420
Là công nghệ nhiệt luyện sơ bộ thường áp dụng trước và sau gia công cơ khí. Đối với thép không gỉ mactenxit 420 thường áp dụng hai phương pháp ủ là:
- Ủ mềm: là nguyên công thường áp dụng cho phôi trước khi gia công cơ khí. Do thép 420 có thể tôi được trong không khí nén nên sau đúc phôi thép thường có độ cứng khá cao, độ dẻo thấp nên gia công tạo hình sẽ khó khăn. Chính vì thế cần được ủ mềm ở nhiệt độ 880 oC trong thời gian 1 giờ và nguội cùng lò với tốc độ nguội rất chậm. Nhiệt độ và thời gian ủ này ta lựa chọn dựa trên một số tài liệu tham khảo hoặc ta cũng có thể dựa vào giản đồ pha. Có tài liệu sử dụng nhiệt độ ủ cho thép AISI420 là (840~900) oC trong thời gian 1h [13].
- Ủ khử ứng suất: áp dụng cho chi tiết sau gia công cơ khí. Nhiệt độ ủ khử ứng suất khoảng 650oC trong 2 giờ sau đó nguội cùng lò.
Tôi thép 420
Khi nhiệt độ tôi tăng thì độ cứng tăng do hòa tan được nhiều cacbit vào nền nên hàm lượng C trong mactenxit cao. Tuy nhiên, khi nhiệt độ nung lớn trên 1050oC, độ cứng có xu hướng giảm do lượng austenit dư trong thép tăng mạnh. Mặt khác, khi nhiệt độ nung thấp hơn 1050 oC, kích thước hạt austenit chưa hoặc ít thay đổi do quá trình sáp nhập hạt xảy ra chậm. Nếu nung quá nhiệt độ này, tốc độ lớn hạt tăng lên nhanh chóng, nên kích thước hạt tăng lên. Chính vì lý do này, nhiệt độ nung cho thép 420 thường được chọn thấp hơn 1050 oC. Chính vì vậy, đề tài sẽ tiến hành chọn nhiệt độ tôi cho thép 420 là 1040 oC.Thép không gỉ mactenxit là loại thép có thể áp dụng công nghệ tôi để nâng cao độ cứng cũng như khả năng chống mài mòn cho thép bởi loại thép này có hai pha ferit và cacbit ở trạng thái cân bằng đồng thời hàm lượng cacbon nằm trong dải của thép cacbon trung bình thấp. Ở trạng thái ủ thép có tổ chức hai pha là ferit và cacbit nhưng.
Khi nung nóng ở nhiệt độ trên 900oC sẽ đạt được tổ chức hoàn toàn austenit và khi làm nguội trong không khí có thể tạo pha mactenxit. Do có độ dẫn nhiệt thấp hơn thép C nhưng cần có nhiệt độ tôi cao để hòa tan cacbit nên đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp cần được nung phân cấp. Đối với chi tiết lớn có hình dáng phức tạp, thép không gỉ mactenxit được nung phân cấp đến khoảng 540°C sau đó tiếp tục nung đến nhiệt độ austenit hóa ở khoảng (925÷1065) °C. Sau thời gian giữ nhiệt nhất định tại nhiệt độ austenit hóa, thép không gỉ mactenxit được làm nguội bằng dầu hoặc không khí. Thép có độ thấm tôi cao vì hàm lượng Cr trong austenit rất lớn.
Quá trình nhiệt luyện thép về bản chất theo giản đồ pha như hình dưới đây:
Ram thép 420
Sau tôi thép cứng và giòn do đó cần ram thép để tăng dẻo dai cho thép, đáp ứng các ứng dụng trong thực tế. Tùy nhiệt độ thép mà quyết định độ cứng của thép.
Thành viên của THT là tác giả chính trong công trình nghiên cứu nhiệt luyện cho thép 420. Bạn có thể liên hệ với chúng tôi để có thông tin chi tiết hơn
