Thép không gỉ song pha là gì?

Năm 1968, phát minh ra phương pháp khử cacbon bằng argon-oxy (AOD), một quy trình tinh luyện thép không gỉ, đã tạo ra một loạt các loại thép không gỉ mới. Một trong những tiến bộ mà quy trình AOD mang lại là việc bổ sung nguyên tố hợp kim N. Độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn của vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) gần bằng với kim loại nền, và tỷ lệ hình thành pha liên kim loại có hại có thể được giảm thiểu bằng cách thêm nguyên tố N vào thép không gỉ song pha.
Giống như thép không gỉ austenit, thép không gỉ song pha là một loại thép có khả năng chống ăn mòn khác nhau, phụ thuộc vào thành phần hợp kim. Thép không gỉ song pha đã và đang được phát triển liên tục. Thép không gỉ song pha hiện đại có thể được chia thành bốn loại:

1. Thép không gỉ song pha cấp thấp 2304 không chứa Mo;
2. Thép không gỉ song pha tiêu chuẩn 2205, chiếm hơn 80% tổng lượng thép song pha;
3. Thép không gỉ song pha 25% Cr, điển hình là hợp kim 255, có thể được phân loại là thép không gỉ siêu song pha;
4. Thép không gỉ siêu song pha, chứa 25-26% Cr, có hàm lượng Mo và N cao hơn hợp kim 255. Mác thép điển hình là 2507.

Các nguyên tố hợp kim trong thép không gỉ song pha chủ yếu là Cr, Mo, N và Ni. Chức năng của chúng trong thép song pha như sau:

Cr
Ít nhất 10,5% Cr trong thép có thể tạo thành một lớp màng thụ động ổn định để bảo vệ thép khỏi sự ăn mòn trong khí quyển. Khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ tăng lên khi hàm lượng Cr tăng. Cr là một nguyên tố ferit, có thể ổn định cấu trúc sắt với mạng tinh thể lập phương tâm khối (BCC) và cải thiện khả năng chống oxy hóa của thép ở nhiệt độ cao.

Mo
Hiệu ứng hiệp đồng của Mo và Cr có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn clorua của thép không gỉ. Mo có khả năng chống ăn mòn rỗ và ăn mòn khe hở gấp ba lần so với Cr trong môi trường clorua (xem công thức CPT). Mo là một nguyên tố tạo ferit, có thể thúc đẩy sự hình thành pha liên kim loại. Do đó, hàm lượng Mo trong thép không gỉ austenit nhỏ hơn 7,5% và trong thép song pha nhỏ hơn 4%.

N
Nguyên tố N có thể tăng cường khả năng chống ăn mòn rỗ và ăn mòn khe hở của thép không gỉ austenit và thép không gỉ song pha, đồng thời cải thiện đáng kể độ bền của thép. Đây là nguyên tố hiệu quả nhất cho việc tăng cường độ bền dung dịch. Cùng lúc cải thiện độ bền của thép, nguyên tố N cũng có thể tăng độ dẻo dai của thép không gỉ austenit và thép không gỉ song pha, làm chậm sự hình thành pha liên kim loại, giúp thép không gỉ song pha có đủ thời gian để gia công và chế tạo, đồng thời bù đắp xu hướng hình thành pha σ dễ xảy ra do hàm lượng Cr và Mo cao.
Nitơ (N) là một nguyên tố austenit mạnh, có thể thay thế một phần niken (Ni) trong thép không gỉ austenit. Nói chung, N và Ni, gần với giới hạn hòa tan, được thêm vào thép không gỉ song pha để điều chỉnh cân bằng pha. Cần phải đạt được sự cân bằng giữa các nguyên tố ferit Cr và Ni và các nguyên tố tạo austenit Ni và N để thu được cấu trúc song pha mong muốn.

Ni
Niken (Ni) là một nguyên tố giúp ổn định cấu trúc austenit. Việc bổ sung Ni vào hợp kim gốc sắt (Fe) có thể thúc đẩy quá trình chuyển đổi thép không gỉ từ cấu trúc lập phương tâm khối (Bcc) (ferit) sang cấu trúc lập phương tâm mặt (FCC) (austenit).
Ni có thể làm chậm quá trình hình thành pha liên kim loại, nhưng hiệu quả của nó kém hơn nhiều so với n.
Dưới đây là hai loại thép không gỉ song pha để giúp bạn hiểu rõ hơn về hiệu năng của nó.