Sự khác biệt giữa Titan và Thép không gỉ?
Thép không gỉ và Titan: Sự khác biệt giữa hai kim loại này là gì?
Thép không gỉ và Titan là kim loại thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Hai kim loại này đẹp tự nhiên và có những phẩm chất và sức mạnh riêng.
Trừ khi bạn đi sâu vào chất lượng hóa học và cấu trúc của chúng, sự khác biệt giữa thép và titan có thể không rõ ràng.
Bài viết này sẽ giới thiệu đến mọi người Thép không gỉ và titan, ưu và nhược điểm của chúng, cũng như sự khác biệt giữa chúng. Để giúp bạn tìm hiểu thêm về các đặc tính cơ bản của từng kim loại.
I. Thép không gỉ là gì?
Trong luyện kim, thép không gỉ là một loại thép hợp kim cao được thiết kế để cung cấp khả năng chống ăn mòn cao với ít nhất 10,5% crôm theo khối lượng. Có hoặc không có các nguyên tố hợp kim bổ sung và tối đa 1,2% cacbon theo khối lượng. Nó là thép trộn với một hoặc nhiều yếu tố để thay đổi tính chất của nó. Hợp kim hóa là quá trình kết hợp nhiều hơn 1 kim loại.
Thép không gỉ, thường được gọi là thép không gỉ hoặc inox. Từ tiếng Pháp inoxydable (không thể oxy hóa), là hợp kim thép rất nổi tiếng về khả năng chống ăn mòn tăng lên khi hàm lượng crom tăng.
Crom trong hợp kim tạo thành một màng oxit mỏng, không thấm nước trong môi trường oxy hóa, giúp bảo vệ bề mặt khỏi bị ăn mòn. Niken là một thành phần hợp kim khác trong một số loại thép không gỉ để tăng khả năng chống ăn mòn. Carbon được sử dụng để tăng cường và làm cứng kim loại.
Có 5 loại thép không gỉ
Thép không gỉ có thể được chia thành 5 loại khác nhau. Bao gồm:
- Thép không gỉ Ferit
- Thép không gỉ Austenitic
- Thép không gỉ Martensitic
- Thép không gỉ kép
- Thép không gỉ PH
1. Thép không gỉ Ferritic
Thép không gỉ Ferritic có khoảng 10,5 đến 30% crôm, carbon thấp (C<0,08%) và không có niken. Chúng được gọi là hợp kim ferit vì chúng có vi cấu trúc chủ yếu là ferit ở mọi nhiệt độ và không thể làm cứng bằng cách xử lý nhiệt và làm nguội.
Trong khi một số loại ferritic nhất định bao gồm molypden (lên đến 4,00%), crom là thành phần hợp kim kim loại chính. Hơn nữa, chúng có độ bền nhiệt độ cao tương đối thấp.
Thép Ferritic được lựa chọn vì khả năng chống nứt do ăn mòn do ứng suất, làm cho chúng trở thành một lựa chọn hấp dẫn để thay thế thép không gỉ austenit trong các ứng dụng của SCC do clorua gây ra.
Dòng thép không gỉ AISI 400 bao gồm một số lượng đáng kể thép ferit. Một số loại, như thép không gỉ 430, có khả năng chống ăn mòn và khả năng chịu nhiệt cao.
Thép không gỉ 430
Thép không gỉ 430 là một loại thép đa năng có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Nó có độ dẫn nhiệt cao hơn austenite, hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn austenite, khả năng chống mỏi nhiệt, bao gồm titan nguyên tố ổn định và tính chất cơ học mạnh mẽ của mối hàn.
Thép không gỉ 430 được sử dụng trong trang trí tòa nhà, các bộ phận đốt nhiên liệu, đồ gia dụng và các bộ phận của thiết bị gia dụng.
430F là loại thép bổ sung hiệu suất cắt tự do cho thép 430. Nó chủ yếu được sử dụng để sản xuất máy tiện tự động, bu lông và đai ốc.
430LX là một hợp kim trong đó Ti hoặc Nb được thêm vào thép 430 để giảm hàm lượng C và cải thiện hiệu suất xử lý và hàn và chủ yếu được sử dụng cho:
- Bình chứa nước nóng
- Hệ thống cấp nước nóng
- Thiết bị vệ sinh
- Thiết bị gia dụng
- Thiết bị lâu bền
- Bánh đà xe đạp
- Các ứng dụng khác …
2. Thép không gỉ Austenitic
Thép không gỉ Austenitic có hàm lượng Cr từ 16 đến 25% và cũng có thể bao gồm nitơ trong dung dịch. Cả hai đều góp phần vào khả năng chống ăn mòn tương đối mạnh của chúng.
Thép không gỉ Austenitic cung cấp khả năng chống ăn mòn cao nhất so với bất kỳ loại thép không gỉ nào, cũng như các đặc tính đông lạnh đặc biệt và độ bền nhiệt độ cao.
Chúng có vi cấu trúc lập phương tâm diện (fcc) không từ tính và dễ hàn. Cấu trúc tinh thể austenite này thu được với một lượng vừa đủ các nguyên tố ổn định austenite: niken, mangan và nitơ.
Mặc dù thép không gỉ austenit không thể được làm cứng bằng cách xử lý nhiệt, nhưng nó có thể được làm cứng ở mức cường độ cao trong khi vẫn giữ được độ dẻo và độ dai mong muốn.
Các loại thép không gỉ austenit nổi tiếng nhất là thép không gỉ 304 và thép không gỉ 316, có khả năng chống chịu đặc biệt đối với các điều kiện môi trường xung quanh khác nhau và nhiều phương tiện ăn mòn.
Thép không gỉ 304
Trong thép không gỉ austenit, thép không gỉ 304 đặc biệt phổ biến. Nó có hàm lượng niken cao nằm trong khoảng từ 8 đến 10,5% tính theo trọng lượng và hàm lượng crôm cao từ 18 đến 20% tính theo trọng lượng.
Mangan, silicon và carbon là những thành phần hợp kim quan trọng khác. Phần còn lại của thành phần hóa học chủ yếu là sắt.
Do hàm lượng crom và niken cao nên inox 304 có khả năng chống ăn mòn tốt.
Các ứng dụng phổ biến cho thép không gỉ 304 bao gồm:
- Tủ lạnh và máy rửa chén
- Thiết bị chế biến thực phẩm thương mại
- Ốc vít
- Đường ống
- Bộ trao đổi nhiệt
- Xây dựng trong các tình huống ăn mòn thép carbon thông thường.
Thép không gỉ 316
Thép không gỉ 316, giống như 304, chứa hàm lượng crom và niken cao. 316 cũng bao gồm silicon, mangan và carbon, với sắt chiếm phần lớn trong thành phần.
Thành phần hóa học của thép không gỉ 304 và 316 khác nhau đáng kể, với 316 chứa một lượng lớn molypden; thường là 2 đến 3% trọng lượng so với mức không đáng kể trong Inox 304.
Do nồng độ molypden cao hơn, Inox 316 có khả năng chống ăn mòn cao hơn.
Về thép không gỉ austenit cho các ứng dụng hàng hải, thép không gỉ 316 thường được coi là một trong những lựa chọn tốt nhất. Thép không gỉ 316 cũng thường được sử dụng trong:
- Các thiết bị xử lý và lưu trữ hóa chất
- Nhà máy lọc dầu
- Thiết bị y tế và môi trường hàng hải, đặc biệt là những thiết bị có clorua.
3. Thép không gỉ Martensitic
Thép không gỉ Martensitic, giống như thép ferit, dựa trên crom nhưng có hàm lượng carbon lớn hơn tới 1%. Chúng có hàm lượng crom từ 12 đến 14%, hàm lượng molypden từ 0,2 đến 1% và thường không có niken.
Vì chúng chứa nhiều carbon hơn nên chúng có thể được làm cứng và tôi luyện như thép carbon và thép hợp kim thấp.
Chúng có khả năng chống ăn mòn vừa phải và bền, chắc và hơi giòn.
Trái ngược với thép không gỉ austenit, chúng có từ tính và có thể thực hiện thử nghiệm không phá hủy sử dụng phương pháp kiểm tra hạt từ tính trên chúng. Các sản phẩm điển hình bao gồm: dao kéo và dụng cụ phẫu thuật.
4. Thép không gỉ Duplex
Đúng như tên gọi của chúng, thép không gỉ Duplex là hỗn hợp của hai loại hợp kim phổ biến nhất. Chúng có cấu trúc vi mô hỗn hợp của austenit và ferit để tạo ra hỗn hợp 50/50, trong khi tỷ lệ này có thể là 40/60 trong các hợp kim thương mại.
Khả năng chống ăn mòn của chúng tương đương với thép không gỉ austenit. Tuy nhiên, khả năng chống ăn mòn do ứng suất của chúng (đặc biệt là vết nứt do ăn mòn do ứng suất clorua), độ bền kéo và cường độ chảy (khoảng gấp đôi so với thép không gỉ austenit) thường lớn hơn.
Carbon được bảo quản ở mức rất thấp (C<0,03%) trong thép không gỉ Duplex. Mức độ crom của chúng thay đổi từ 21,00 đến 26,00%. Hàm lượng niken của chúng nằm trong khoảng từ 3,50 đến 8,00% và molypden có thể được bao gồm trong các hợp kim này (lên đến 4,50%). Độ dai và độ dẻo thường là trung gian giữa các loại austenit và ferritic.
Dựa trên khả năng chống ăn mòn, các loại Duplex được phân thành ba nhóm phụ:
- Duplex tiêu chuẩn
- Duplex siêu tốc
- Duplex tinh gọn.
So với thép austenit thông thường, thép siêu song công mang lại độ bền cao hơn và khả năng chống lại mọi loại ăn mòn.
Các ứng dụng: hàng hải, nhà máy hóa dầu, nhà máy khử muối, bộ trao đổi nhiệt và sản xuất giấy đều là những cách sử dụng phổ biến. Ngành dầu khí là khách hàng chính hiện nay và nó đã thúc đẩy các loại thép chống ăn mòn nhiều hơn, dẫn đến việc sử dụng rộng rãi thép siêu kép.
5. Thép không gỉ PH
Thép không gỉ PH (thép không gỉ làm cứng kết tủa) chứa khoảng 17% crôm và 4% niken, mang lại sự kết hợp tối ưu giữa các đặc tính của martensitic và austenit.
Chúng được chú ý vì khả năng phát triển độ bền cao khi xử lý nhiệt, tương tự như các loại martensitic và chúng cũng có khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ austenit. Ngay cả ở nhiệt độ cao, các hợp kim này vẫn duy trì độ bền và khả năng chống ăn mòn, giúp chúng được sử dụng tốt trong ngành hàng không vũ trụ.
Thép không gỉ làm cứng kết tủa có độ bền kéo cao nhờ kỹ thuật xử lý nhiệt dẫn đến kết tủa làm cứng ma trận martensitic hoặc austenit.
Quá trình làm cứng được thực hiện bằng cách kết hợp một hoặc nhiều nguyên tố: đồng, nhôm, titan, niobi và molypden. Chúng thường là sự kết hợp tốt nhất giữa độ bền cao, độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn của tất cả các loại thép không gỉ hiện có.
II. Titan là gì?
Titanium là một kim loại sáng bóng, có màu bạc với mật độ thấp 4,506 g/cm3 và nhiệt độ nóng chảy là 1,668 ℃.
Hai đặc tính hữu ích nhất của titan là khả năng chống ăn mòn và tỷ lệ cường độ trên mật độ cao nhất so với bất kỳ kim loại nào. Titanium cứng hơn thép 30% nhưng nhẹ hơn gần 43% và nặng hơn nhôm 60% nhưng bền gấp đôi.
Titan có hệ số giãn nở nhiệt tương đối thấp và độ cứng tương đối, mặc dù không cứng như một số loại thép được xử lý nhiệt, không có từ tính, không thể hiện sự chuyển tiếp dẻo-giòn. Đồng thời có khả năng tương thích sinh học tốt và dẫn nhiệt và điện kém.
Tuy nhiên, oxy và nitơ được titan hấp thụ nhanh chóng ở nhiệt độ trên 500 ℃, dẫn đến các vấn đề giòn tiềm ẩn.
Titanium rất quan trọng đối với nhiều ứng dụng hiệu suất cao, bao gồm:
- Máy bay
- Động cơ xe
- Thiết bị hàng hải
- Dụng cụ y tế
- Máy móc công nghiệp.
Các loại Titan nguyên chất điển hình
Grade 1 (Gr1)
Lớp 1 là lớp đầu tiên trong bốn lớp titan tinh khiết thương mại. Nó là chất dẻo và dễ uốn nhất của loại titan nguyên chất này. Nó có khả năng định dạng lớn nhất, khả năng chống ăn mòn tốt nhất và độ bền va đập cao nhất.
Do những đặc điểm này, tấm và ống titan loại 1 là vật liệu được ưu tiên cho bất kỳ ứng dụng nào đòi hỏi khả năng tạo hình dễ dàng. Đây là một số ví dụ:
- Xử lý hóa học
- Cực dương với sự ổn định kích thước
- Khử muối
- Ngành kiến trúc
- Ngành y tế
- Ngành hàng hải
- Phụ tùng ô tô
- Cấu trúc của một chiếc máy bay
Grade 2 (Gr2)
Do cách sử dụng đa dạng và tính sẵn có rộng rãi, titan Gr2 được gọi là “ngựa ô” của ngành công nghiệp titan tinh khiết thương mại. Nhiều tính chất của nó tương tự như titan Gr1, tuy nhiên, nó mạnh hơn đáng kể. Cả hai đều có khả năng chống ăn mòn như nhau.
Hợp kim này có khả năng hàn, độ bền, độ dẻo và khả năng định dạng tuyệt vời. Do đó, các thanh và tấm titan loại 2 là lựa chọn ưu tiên cho nhiều ứng dụng:
- Ngành kiến trúc
- Sản xuất điện
- Ngành y tế
- Xử lý hydrocarbon
- Ngành hàng hải
- Bọc cho ống xả
- Khử muối cho da máy bay
- Xử lý hóa học
- Sản xuất clorat
Grade 3 (Gr3)
Loại này ít được sử dụng nhất trong số các loại titan tinh khiết thương mại, nhưng nó không làm giảm giá trị của nó. Lớp 3 mạnh hơn Lớp 1 và 2, có độ dẻo tương tự và kém định dạng hơn một chút so với các lớp trước đó, nhưng nó có các tính chất cơ học lớn hơn.
Lớp 3 được sử dụng trong các ứng dụng cần độ bền vừa phải và khả năng chống ăn mòn đáng kể. Đây là một số ví dụ:
- Cấu trúc được sử dụng trong hàng không
- Xử lý hóa học
- Ngành y tế
- Ngành hàng hải
Grade 4 (Gr4)
Titan cấp 4 là loại mạnh nhất trong bốn loại titan tinh khiết thương mại. Nó cũng nổi tiếng với khả năng chống ăn mòn cao, khả năng định dạng và khả năng hàn.
Mặc dù được sử dụng theo cách truyền thống trong các ứng dụng công nghiệp sau đây, titan Cấp 4 gần đây đã tìm thấy một vị trí thích hợp như titan cấp y tế. Nó được yêu cầu trong các ứng dụng đòi hỏi cường độ cao:
- Bộ phận khung máy bay
- Tàu đông lạnh
- Trao đổi nhiệt
- Thiết bị CPI
- Ống cho bình ngưng
- Thiết bị phẫu thuật
- Rổ ngâm
Hợp kim titan
Hợp kim titan có các đặc tính cơ học và khai thác tuyệt vời như tỷ lệ cường độ trên mật độ cao, khả năng chống ăn mòn cao, khả năng chống mỏi và nứt cao, khả năng chịu nhiệt độ cao vừa phải mà không bị rão. Được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ làm vật liệu kết cấu cho máy bay siêu thanh, tàu vũ trụ và các bộ phận phi hàng không vũ trụ như quân sự, ô tô và đồ thể thao.
Do tương thích sinh học, không độc hại và không bị cơ thể con người từ chối, hợp kim titan cũng rất phổ biến trong các ứng dụng y tế, bao gồm dụng cụ phẫu thuật và cấy ghép như thay khớp, có thể tồn tại tới 20 năm.
Hợp kim điển hình của Titan
Grade 7 (Gr7)
Lớp 7 về mặt cơ học và vật lý tương đương với Lớp 2, ngoại trừ việc bao gồm nguyên tố xen kẽ palladi, biến nó thành hợp kim. Hợp kim titan lớp 7 có khả năng chống ăn mòn cao nhất trong tất cả các hợp kim titan, có khả năng hàn và khả năng chế tạo tốt. Nó chống ăn mòn hơn trong việc khử axit.
Lớp 7 thường được sử dụng trong các quá trình hóa học và các bộ phận của dây chuyền sản xu
Grade 11 (Gr11)
Lớp 11 giống hệt với Lớp 1, ngoại trừ một chút palađi được thêm vào để cải thiện khả năng chống ăn mòn. Khả năng chống ăn mòn này rất quan trọng để ngăn ngừa xói mòn kẽ hở và giảm nồng độ axit trong môi trường clorua.
Các đặc điểm thuận lợi khác bao gồm độ dẻo cao, khả năng định hình lạnh, độ bền đáng tin cậy, độ bền va đập và khả năng hàn. Hợp kim này phù hợp với các ứng dụng titan giống như Lớp 1, đặc biệt nếu có vấn đề về ăn mòn, chẳng hạn như:
- Sản xuất hóa chất
- Sản xuất clorat
- Khử muối
- Ứng dụng trên biển
Grade 12 (Gr12)
Đối với khả năng hàn đặc biệt của nó, titan lớp 12 là một hợp kim titan tuyệt vời. Nó là một hợp kim lâu dài với rất nhiều sức mạnh ở nhiệt độ cao. Titan lớp 12 có các đặc tính giống như thép không gỉ 300 series.
Hợp kim này có thể được sản xuất nóng hoặc lạnh bằng phương pháp ép phanh, ép thủy lực, kéo căng hoặc búa thả.
Do khả năng đúc ở nhiều dạng nên nó có giá trị trong nhiều ứng dụng. Khả năng chống ăn mòn đặc biệt của hợp kim này làm cho nó trở nên quan trọng đối với các nhà sản xuất thiết bị nơi vấn đề ăn mòn kẽ hở là một vấn đề. Lớp 12 phù hợp với các ngành và ứng dụng sau:
- Bộ trao đổi nhiệt và vỏ
- Ứng dụng thủy luyện
- Sản xuất hóa chất ở nhiệt độ cao
- Thành phần hàng hải và hàng không
Sự khác biệt giữa Thép không gỉ và Titan
| Thép không gỉ | Titan | |
| Thành phần nguyên tố | – Ít nhất 10,5% crom và các nguyên tố bổ sung, với tỷ lệ thành phần dao động từ 0,03% đến hơn 1,00%.
– Những nguyên tố bao gồm: nhôm, silic, lưu huỳnh, niken, selen, molypden, nitơ, titan, đồng và niobi. |
– Các nguyên tố như: nitơ, hydro, oxy, carbon, sắt và niken.
– Titan là nguyên tố chính, với các nguyên tố khác có tỷ lệ phần trăm từ 0,013% đến 0,5%. |
| Độ cứng | – Cứng hơn thép 30% | |
| Độ bền | – Thép không gỉ và tin đều có tuổi thọ cao | – Titanium mạnh hơn khoảng 3 đến 4 lần so với thép không gỉ |
| Độ đàn hồi | – 200 GPa | – 115 GPa |
| Sức căng | – Thép không gỉ có độ bền kéo cuối cùng lớn hơn titan. | Thép không gỉ có độ bền tổng thể lớn hơn, thì titan lại có độ bền lớn hơn trên một đơn vị khối lượng |
| Cường độ năng suất | – Thép không gỉ 304L là 210 MPa
– Không tương thích sinh học |
– Đối với Ti-6AI-4V là 1100 MPa
– Tương thích sinh học: ứng dụng trong ngành y tế |
| Cân nặng | – Nhẹ hơn Thép khoảng 40% | |
| Giá | – Trung bình | – Cao |
| Ứng dụng | – Thép không gỉ là lý tưởng cho chuyển đổi kiến trúc, giấy, bột giấy và sinh khối, xử lý hóa chất và hóa dầu, thực phẩm và đồ uống, năng lượng, vũ khí, ô tô, ngành y tế và in 3D | – Titan là vật liệu hoàn hảo cho ngành hàng không vũ trụ, ứng dụng tiêu dùng, đồ trang sức, ngành y tế và kho chứa chất thải hạt nhân. |
Thép không gỉ và Titan: Nên chọn loại nào?
Cả thép không gỉ và titan đều có các đặc tính riêng biệt giúp cho loại này hoặc loại kia phù hợp hơn với nhu cầu cụ thể của bạn. Biết được những ưu và nhược điểm của cả hai kim loại sẽ giúp bạn đưa ra quyết định của mình. Dưới đây là những ưu điểm và nhược điểm của chúng.
| Thép không gỉ | Titan | |
| Ưu điểm | – Giá thấp và có sẵn.
– Độ bền và độ bền cao. – Chống ăn mòn tuyệt vời. – Tính chất cơ học tuyệt vời. – Tính bền vững và thân thiện với môi trường. – Cường độ cao và độ bền vượt trội. – Thép không gỉ có thể tái chế. – Dễ dàng tùy chỉnh. – Thiết bị bằng thép không gỉ dễ dàng vệ sinh |
– Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời.
– Điểm nóng chảy cao và chịu được nhiệt độ cao. – Độ bền cao và trọng lượng nhẹ. – Không độc hại, được sử dụng rộng rãi trong ngành y tế. – Khả năng tương thích sinh học tốt. – Có thể tái chế. |
| Nhược điểm | – Sức mạnh được thấp hơn ở nhiệt độ cao.
– Khó hàn hoặc chế tạo. – Thiết bị bằng thép không gỉ rất nặng. |
– Chi phí đắt đỏ.
– Độ đàn hồi thấp và dễ bị biến dạng. – Khó khăn trong việc khai thác, đúc và xử lý. |
Tóm lại
Sự khác biệt chính giữa hai vật liệu: thép không gỉ là hợp kim và titan là một nguyên tố. Tính chất của titan xảy ra tự nhiên trong kim loại. Mặt khác, thép không gỉ là hợp kim kim loại của crom, sắt, niken và những thứ khác.
Do những khác biệt này, tính chất của cả hai kim loại có thể khác nhau, khiến chúng trở thành những khả năng khả thi. Chúng tôi khuyên bạn nên chọn ứng dụng phù hợp nhất với ứng dụng của mình.
Cảm ơn bạn đã đọc bài viết của Vũ Tấn. Chúng tôi hy vọng nó có thể giúp bạn hiểu rõ hơn về sự khác biệt giữa thép không gỉ và titan để bạn có thể chọn vật liệu phù hợp cho công trình của mình.
