Thép không gỉ Austenitic 301 và 302: Hướng dẫn ứng dụng kết cấu và lò xo

Loại 301 và Loại 302 đều là thép không gỉ austenit họ 18-8 có trước hóa học cacbon 304-thấp hiện đại. Ngày nay, chúng vẫn được chỉ định vì một lý do cụ thể: phản ứng làm cứng sản phẩm có kiểm soát, có thể dự đoán được, chuyển đổi tạo hình nguội trực tiếp thành cường độ mà không cần xử lý nhiệt. Điều này làm cho chúng trở thành vật liệu tiêu chuẩn cho lò xo, kẹp, ốc vít và phần cứng kết cấu nhẹ.

Hai loại này khác nhau chủ yếu ở hàm lượng niken. Niken ổn định pha austenit; việc giảm nó, như trong 301, làm cho austenite kém ổn định hơn và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi cấu trúc được gia công nguội-thành martensite có độ bền-cao{4}}gây ra. Hiểu được sự khác biệt duy nhất này sẽ giải thích được hầu hết mọi sự khác biệt thực tế giữa hai cấp độ.

Thành phần cốt lõi và mục đích thiết kế

Giới hạn thành phần dưới đây tuân theo tiêu chuẩn ASTM A240 đối với tấm, lá và dải:

Phần tử (wt%)	301, UNS S30100	302, UNS S30200
Cacbon, tối đa	0.15	0.15
crom	16.0–18.0	17.0–19.0
Niken	6.0–8.0	8.0–10.0
Mangan, tối đa	2.00	2.00
Silicon, tối đa	0.75	0.75
Phốt pho, tối đa	0.045	0.045
Lưu huỳnh, tối đa	0.030	0.030
Nitơ, tối đa	0.10	0.10

Trong điều kiện ủ, cả hai loại đều có độ bền tối thiểu như nhau theo tiêu chuẩn ASTM A240: độ bền kéo 515 MPa, năng suất 0,2% 205 MPa, độ giãn dài 40%. Sự khác biệt về hiệu suất chỉ xuất hiện sau khi gia công nguội.

Làm việc chăm chỉ: Đòn bẩy của người tạo ra mùa xuân

Cán nguội, kéo hoặc tạo hình làm tăng cường độ của cả hai lớp. Lớp 301 hoạt động-cứng nhanh hơn vì hàm lượng niken mỏng hơn khiến austenite kém ổn định hơn; sự biến dạng tạo ra sức căng-gây ra martensite, giúp tăng cường độ bền nhanh chóng. Trong-điều kiện dải cứng hoàn chỉnh được xác định bởi ASTM A666, Loại 301 cho thấy độ bền kéo tối thiểu khoảng 1.030 MPa, gần gấp đôi giá trị đã ủ. Đây là lý do tại sao 301 chiếm ưu thế trong các điểm tiếp xúc của pin, vòng khóa, kẹp và các thành phần{12}có độ đàn hồi cao khác.

Lớp 302 hoạt động-cứng lại chậm hơn. Nó đạt đến mức độ bền hữu ích ở nhiệt độ nhẹ hơn nhưng vẫn giữ được độ dẻo cao hơn sau khi tạo hình vừa phải, phù hợp với giá đỡ uốn cong, vỏ định hình và các bộ phận máy nhỏ phải tồn tại trong các hoạt động thứ cấp mà không bị nứt.

Chống ăn mòn trong dịch vụ điển hình

Cả hai loại đều không chứa molypden nên không được sử dụng trong dịch vụ ướt hàng hải, hóa chất hoặc thực phẩm. Loại 301, với hàm lượng crom và niken thấp hơn, có độ nhạy cao hơn trong hai loại này và tốt nhất nên hạn chế ở môi trường khô ráo trong nhà. Loại 302 chịu được-độ ẩm không khí ngắn hạn và độ ẩm nhẹ tốt hơn, đồng thời có thể chấp nhận được đối với phần cứng ngoài trời trong đất liền nơi bề mặt được làm sạch định kỳ. Cả hai đều không có-từ tính trong điều kiện ủ và trở nên hơi từ tính sau khi gia công nguội nặng, điều này quan trọng đối với vỏ điện tử và các cụm lắp ráp nhạy cảm với-nhiễu từ-.

Chế tạo, hàn và đánh đổi chi phí-

Hàn: 302 mối hàn dễ dàng hơn vì hàm lượng niken cao hơn làm giảm nguy cơ nứt nóng; Chỉ nên hàn 301 khi không thể tránh khỏi và các mối hàn ở 301 không giữ được độ bền-đã được làm cứng của dải đế. Tạo hình: 301 yêu cầu dụng cụ được kiểm soát vì quá-làm cứng quá mức có thể gây nứt cạnh; 302 dễ tha thứ hơn đối với những người chế tạo ít kinh nghiệm hơn. Chi phí: 301 chứa ít niken hơn và thường rẻ hơn từ 3 đến 5% mỗi tấn, một khoản tiết kiệm đáng kể khi sản xuất dải{12}}số lượng lớn khi giá niken cao.

Nguyên tắc lựa chọn

Chọn 301 cho lò xo, kẹp lò xo, điểm tiếp xúc của pin, bộ giảm chấn và bất kỳ bộ phận nào phụ thuộc vào độ đàn hồi gia công nguội. Chọn 302 cho khung kết cấu, ốc vít, tấm bảo vệ máy và các bộ phận định hình cần độ bền vừa phải cộng với khả năng định hình và khả năng hàn. Đối với cả hai loại, hãy xác minh môi trường sử dụng: nếu có độ ẩm, muối hoặc hóa chất, thay vào đó hãy nâng cấp lên 304, 316 hoặc cấp độ cứng kết tủa.

Câu hỏi thường gặp

Lớp nào mạnh hơn cho lò xo?

Loại 301 đạt cường độ cao hơn ở cùng nhiệt độ vì nó hoạt động-cứng nhanh hơn. Ở dạng dải cứng hoàn chỉnh, nó có độ bền kéo tối thiểu khoảng 1.030 MPa theo tiêu chuẩn ASTM A666, so với mức tối thiểu thấp hơn đối với 302 ở cùng nhiệt độ.

Tại sao 302 đắt hơn 301?

302 chứa nhiều niken hơn khoảng hai điểm phần trăm và niken là yếu tố chi phí chủ yếu trong việc định giá thép không gỉ austenit.

301 và 302 có từ tính không?

Trong điều kiện ủ, về cơ bản chúng không có-từ tính. Sau khi gia công ở nhiệt độ cao, biến dạng-martensite gây ra khiến chúng có từ tính yếu. Loại 301 trở nên có từ tính hơn 302 ở cùng mức độ làm việc nguội.

301 có thể hàn được không?

Nó có thể được hàn nhưng mối nối sẽ mất đi khả năng-độ cứng khi gia công và hàm lượng niken mỏng hơn sẽ làm tăng nguy cơ nứt nóng-. Đối với các cụm hàn, 302, 304 hoặc 304L thường được ưu tiên hơn.

301 và 302 có cần xử lý nhiệt sau khi gia công nguội không?

Không. Bản thân quy trình làm việc nguội-sẽ phát triển độ bền cần thiết. Làm nóng trên khoảng 400 C sẽ làm giảm công việc nguội và giảm độ bền.

Nên sử dụng lớp nào cho các ứng dụng điện tử?

Cả hai đều được sử dụng. 302 được ưu tiên khi phải giảm thiểu từ tính dư và khi cần khả năng chống ăn mòn nhẹ; 301 được chọn khi cần lực lò xo tối đa trong một không gian hạn chế.