Thép không gỉ là gì?
Ngày nay toàn bộ các công cụ, dụng cụ, máy móc gia đình loại không có lớp phủ đều được làm bằng thép không gỉ. Thép không gỉ đơn giản là sắt được pha thêm các nguyên tố khác để nó ít chịu tác động ăn mòn hóa học. Các nguyên tố có khả năng chống oxi hóa là crome, niken, molypden, vanadium… Chúng có độ phổ biến, giá cả và tính chất khác nhau nên được ứng dụng trong từng trường hợp. Crome được sử dụng nhiều nhất là nguyên tố quan trọng nhất trong ngành thép. Các thép không gỉ hiện nay được định nghĩa là hợp kim của sắt có ít nhất 10% crome trở lên.
Nguồn gốc ra đời thép không gỉ
Sắt: là nguyên tố phổ biến thứ 10 trong vũ trụ, chiếm 5% trong lớp vỏ trái đất. Được khai thác nhiều trong các mỏ quặng, ít nằm ở dạng tự do nên rất dễ khai thác. Là nguyên liệu sản xuất gang, thép, hợp kim… Đặc điểm của sắt là nó phản ứng rất mạnh với oxy trong không khí, trong nước để tạo thành sắt oxit chính là hiện tượng rỉ sét.
Crom: ở dạng tinh chất cứng, giòn, nóng chảy cao. Bề mặt thường kết hợp với oxy trong không khí để tạo thành Cr2O3 màu bạc, cứng, chống trầy xước. Lần đầu phát hiện trong lăng mộ Tần Thủy Hoàng ở các thanh kiếm bên trong. 1797 lần đầu điều chế crom từ quặng rất cứng nhưng lại giòn. Hầu như không được để ý cho đến khi phát hiện nó không bị rỉ sét khi kết hợp với sắt.
Hiện nay 85% crom khai thác được sử dụng để chế tạo thép không gỉ. Thậm chí chỉ cần mạ một lớp crom mỏng ở ngoài là đã đủ cứng, sáng và không bị ăn mòn.
Ngoài đặc điểm chống oxy hóa, các thép không gỉ còn phải đảm bảo độ cứng, dẻo, trọng lượng theo đúng thông số kỹ thuật cho từng ngành. Độ cứng không phải tất cả trong nhiều ngành cần sự trung hòa giữa các yếu tố dẻo, độ ăn mòn, thẩm mỹ, trọng lượng…
Ví dụ như trộn với vanadium, molypden sẽ tăng độ dẻo và giảm trọng lượng. Trộn với niken để chống ăn mòn, mềm hơn để dễ gia công.
Các loại thép không gỉ?
Có rất nhiều loại thép không gỉ từng được định nghĩa cho từng ngành nghề. Dựa vào đặc điểm và thành phần để gom vào 4 nhóm sau:
- Austenit: 7% niken, 16% crôm, carbon 0.08%(tối đa) còn lại là sắt. Phổ biến nhất, có rất nhiều ưu điểm tính dẻo cao, tốc độ hóa rèn rất cao, chịu ăn mòn cao, tính hàn rất cao, chịu nhiệt rất cao. Tuy nhiên lại không có từ tính.
- Duplex: 12% – 17% crôm ưu điểm là khả năng chịu ăn mòn rất cao, tính mềm, có từ tính. Nên được dùng làm đồ gia dụng, vật liệu kiến trúc…
- Ferrit: chứa ít niken hơn khoảng 3-4%. Nằm giữa 2 thằng trên cứng vừa đủ, mềm vừa đủ. Ra đời do niken ngày càng đắt, ứng dụng trong ngành lọc dầu, vỏ tàu và sản xuất khác
- Martensit: 11%-13% Cr độ cứng, độ bền cao, ăn mòn thấp. Thường dùng chế tạo công cụ dụng cụ như lưỡi dao, kìm, tua vít, cờ lê, mỏ lết…
Các quy chuẩn về thép không gỉ được định nghĩa và quy định bởi học viện gang thép Mỹ(AISI) và được thế giới công nhận đến ngày nay.
Giá của thép không gỉ?
Thép không gỉ là vật liệu phổ biến của hầu hết loại máy móc. Thành phần chủ yếu là sắt nên mức giá của nó không quá cao. Mức giá phụ thuộc nhiều vào các nguyên tố phụ trợ như Niken, Crom. Vanadium, Molypden… Xin nhắc lại còn hàng trăm loại hợp kim khác có chất lượng tốt như Titanum, sợi carbon, kim cương… Tuy nhiên giá lại quá cao và khó điều chế, thép nguyên liệu chỉ khoảng 0.3$/kg nguyên liệu.
Quy trình tạo thành
Tất cả các hợp kim đều được xử lý thông qua quá trình nhiệt luyện. Khi kim loại đạt đến một nhiệt độ nhất định sẽ hóa lỏng. Khi đó có thể làm thay đổi mật độ và cấu trúc vật lý, hóa học. Tất quả quy trình này được gọi là luyện kim. Một hợp kim có thể trải qua nhiều lần tôi nóng, làm nguội để đạt được chất lượng tốt nhất.
Qúa trình này được quy định rất chặt chẽ về nguyên liệu và nhiệt độ. Công nghệ luyện kim được xem là bí mật quốc gia, rất nhiều công thức không được công bố. Ví dụ như trục máy kích thước lớn thường có phần lõi là vật liệu rẻ tiền. Mặt ngoài được xử lý để nó đạt độ cứng, chống mài mòn cao nhất. Nhưng bên trong vẫn đảm bảo độ uốn dẻo, chống lại chấn động lại vừa tiết kiệm chi phí.
Thép không gỉ có trên dưới trăm loại nhưng tính chất và giá cả chênh lệch rất nhiều. Quy trình nhiệt luyện gồm 7 bước cơ bản như sau: Ủ – Tôi lõi – Tôi bề mặt – Ram – Hóa già – Hoàn thiện bề mặt.
Ví dụ như kiếm Katana của Nhật được tôi luyện trên chục lần đến khi có mật độ tốt nhất. Nó có độ cứng có thẻ chém gãy các thanh kiếm khác cùng thời, đạn bắn vào không gãy. Cho thấy công nghệ luyện kim của Nhật được tập trung ngay từ thời cổ đại.
Bài viết liên quan:
