Thép không gỉ cacbon cao SUS304H

SUS304H là gì?

SUS304H là biến thể có hàm lượng carbon cao của SUS304 được xác định trong hệ thống JIS, với lượng carbon được chỉ định ở mức 0,04-0,10% thay vì mức tối đa 0,08% của SUS304. Hàm lượng cacbon được kiểm soát làm tăng độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống rão, đồng thời duy trì khả năng chống ăn mòn chung của dòng 18-8. Loại này tương ứng với tiêu chuẩn ASTM 304H, UNS S30409 và được sử dụng cho các bộ phận chịu tải trong các nhà máy phát điện và hóa dầu chạy liên tục ở nhiệt độ cao.

Thành phần hóa học theo JIS G4303 / G4305

Phần tử (wt%)	SUS304H
C	0.04-0.10
Sĩ	1.00 max
Mn	2.00 max
P	0.045 max
S	0.030 max
Cr	18.0-20.0
Ni	8.0-10.5

Giới hạn thành phần tuân theo thông lệ JIS G4303 (thanh) và G4305 (tấm và dải cán nguội) và phù hợp với giới hạn ASTM A240 S30409. Phạm vi crom và niken giống hệt với SUS304; chỉ có thông số kỹ thuật carbon là khác nhau.

Tính chất cơ học

Trong điều kiện ủ, loại này có độ bền kéo tối thiểu 515 MPa, cường độ năng suất tối thiểu 205 MPa, độ giãn dài tối thiểu 40% và độ cứng điển hình lên tới khoảng 201 HB, phù hợp với cả dữ liệu JIS G4305 và giá trị ASTM A240 S30409. Tuy nhiên, đặc tính quan trọng nhất trong sử dụng không phải là độ bền kéo ở nhiệt độ phòng mà là độ bền rão và đứt ở 800-900 C, trong đó cấu trúc vi mô được ghim bằng cacbua rõ ràng vượt trội hơn SUS304.

Hiệu suất nhiệt độ cao

Ở nhiệt độ trên khoảng 600 C, các cacbua crom mịn được hình thành do hàm lượng cacbon cao đóng vai trò như các điểm ghim hạn chế chuyển động của ranh giới hạt và làm chậm biến dạng rão. Đây là điều cho phép SUS304H hoạt động liên tục ở nhiệt độ 800-900 C trong bộ quá nhiệt của nồi hơi và các bộ phận của tuabin hơi, trong đó SUS304 sẽ biến dạng và hỏng hóc sớm hơn nhiều. Loại này cũng cho thấy độ ổn định nhiệt tốt khi tiếp xúc kéo dài, đó là lý do tại sao nó được chỉ định cho các bộ phận có tuổi thọ cao trong máy phát điện.

Những cân nhắc về xử lý nhiệt và hàn

Phương pháp xử lý nhiệt được khuyến nghị là ủ dung dịch ở 1010-1120 C, sau đó làm nguội nhanh bằng nước, hòa tan cacbua vào ma trận austenit và khôi phục cấu trúc vi mô đồng nhất. Hàn là điểm yếu của lớp: vùng chịu nhiệt đi qua phạm vi nhạy cảm 425-815 C, cacbua crom kết tủa ở ranh giới hạt và khả năng chống ăn mòn giữa các hạt bị mất. Đối với các bộ phận hàn, việc ủ dung dịch sau hàn là cần thiết nhưng thường không thực tế đối với các cụm nồi hơi lớn. Do đó, đối với dịch vụ hàn nhiệt độ cao, các loại ổn định như SUS321H hoặc SUS347H là lựa chọn ưu tiên.

Ứng dụng và điểm tương đương

Các ứng dụng điển hình là ống quá nhiệt của nồi hơi, các bộ phận của tuabin hơi, các bộ phận của lò công nghiệp và ống phản ứng hóa dầu. Các tiêu chuẩn tương đương chính xác là ASTM 304H (UNS S30409); trong hệ thống EN chất tương tự chịu nhiệt gần nhất là X6CrNi18-11 (EN 1.4948). Lưu ý rằng EN 1.4307 (X2CrNi18-9) là loại 304L có hàm lượng carbon thấp và không được sử dụng tương đương với SUS304H.

Câu hỏi thường gặp

Hàm lượng carbon cao của SUS304H cải thiện hiệu suất ở nhiệt độ cao như thế nào?

Trên khoảng 600 C, cacbon cao tạo thành các cacbua crom mịn có tác dụng ghim các ranh giới hạt, hạn chế biến dạng rão dưới ứng suất kéo dài. SUS304, với ít carbon hơn, tạo thành ít cacbua hơn và ranh giới hạt của nó trượt dễ dàng hơn, do đó nó rão nhanh hơn ở 800-900 C.

Khả năng chống leo là gì và tại sao nó lại quan trọng ở đây?

Khả năng chống rão là khả năng chống biến dạng vĩnh viễn chậm dưới ứng suất không đổi ở nhiệt độ cao. Đối với các ống quá nhiệt của nồi hơi và các bộ phận tuabin, nó quyết định tuổi thọ sử dụng: khả năng chống rão tốt giúp bộ phận này ổn định về kích thước trong hàng chục nghìn giờ thay vì hàng nghìn giờ.

SUS304H có phù hợp cho các ứng dụng hàn không?

Không lý tưởng. Hàm lượng carbon cao thúc đẩy sự kết tủa cacbua crom trong vùng chịu ảnh hưởng nhiệt trong quá trình hàn, gây ra hiện tượng nhạy cảm và nguy cơ ăn mòn giữa các hạt. Ủ dung dịch sau hàn ở nhiệt độ 1010-1120 C với khả năng làm nguội bằng nước sẽ phục hồi khả năng chống chịu nhưng thường không thực tế trên các cụm lắp ráp lớn, vì vậy các loại ổn định như SUS321H hoặc SUS347H được ưu tiên sử dụng cho dịch vụ hàn ở nhiệt độ cao.

SUS304H so sánh với SUS321H ở nhiệt độ cao như thế nào?

SUS321H được ổn định bằng titan nên hoàn toàn tránh được hiện tượng nhạy cảm và không cần xử lý nhiệt sau hàn, có khả năng hoạt động tốt ở nhiệt độ lên tới khoảng 900 C. SUS304H dựa vào cacbon để tạo độ bền và là lựa chọn có chi phí thấp hơn cho các bộ phận không hàn, nơi các yêu cầu hạn chế về hàn và ăn mòn không nghiêm trọng.

Nên xử lý nhiệt gì cho SUS304H?

Ủ dung dịch ở nhiệt độ 1010-1120 C sau đó làm nguội nhanh bằng nước. Điều này hòa tan các cacbua hiện có và ngăn chặn sự kết tủa lại trong quá trình làm mát, tối đa hóa độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống rão. Phải tránh ủ ở nhiệt độ thấp vì nó thúc đẩy kết tủa cacbua ranh giới hạt.

EN tương đương chính xác của SUS304H là gì?

Tương đương với ASTM là 304H (UNS S30409). Trong hệ thống EN chất tương tự chịu nhiệt gần nhất là X6CrNi18-11 (EN 1.4948); EN 1.4307 là loại có hàm lượng carbon thấp loại 304L và không phải là loại tương đương.