Thép không rỉ bao gồm một họ hợp kim trên cơ sở sắt mà tính chất cơ bản của chúng là chống ăn mòn trong các môi trường khác nhau. Mỗi loại thép không rỉ chỉ có khả năng chống ăn
mòn trong một môi trường nhất định. Tính chống ăn mòn hay nói cách khác là độ bền ăn mòn của thép chia ra các cấp sau:
+ Tính chống ăn mòn cao: khi chiều sâu kim loại bị xâm thực nhỏ hơn 0,125mm/năm
+ Tính chống ăn mòn đạt yêu cầu: khi chiều sâu kim loại bị xâm thực từ 0,125 đến 1,25mm/năm + Tính chống ăn mòn yếu ( không đạt yêu cầu): khi độ xâm thực lớn hơn 1.25mm/năm
Nguyên nhân của hiện tượng thép bị rỉ là do ăn mòn điện hoá, vì vậy nguyên lý chung để chế tạo thép không rỉ đó là : thứ nhất, nâng cao thế điện cực của ferit và cacbit ( hai pha cơ bản trong thép ) lên xấp xỉ nhau, làm giảm dòng điện ăn mòn. Thứ hai, làm cho thép có tổ chức một pha với thành phần đồng nhất.
Thép không rỉ có đặc điểm chung đó là hàm lượng cacbon thấp ( càng thấp tính chống ăn mòn càng tốt ), thành phần crôm và hợp kim cao. Các loại thép không rỉ đều có hàm lượng crôm lớn hơn 12,5%. Sau đây là một số loại thép không rỉ
a. Thép không rỉ hai pha ferit:
Là loại thép không rỉ có 0,1-0,4% cacbon và 13% Cr với hai pha là pherit và cacbit crom, gồm các mác sau: 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13 và 40Cr13. Nhóm thép này có tính chống ăn mòn cao trong không khí, nước sông, nước máy và axit HNO3. Công dụng làm đồ trang sức, ốc vít không rỉ, chi tiết chịu nhiệt < 450oC, dụng cụ mổ, ổ bi chống ăn mòn.
Tính chống ăn mòn cao của thép này được giải thích như sau:
Khi crôm hòa tan vào ferit đến các giới hạn khoảng n/8 nguyên tử thì thế điện cực của nó tăng lên đột ngột. Chỉ cần khoảng 12,5% tức 1/8 nguyên tử Cr, điện thế điện cực của ferit từ giá trị -0,44V tăng vọt lên gần +0,2V. Do vậy thép chứa 13% Cr có tính chống ăn mòn cao hơn hẳn thép chứa 12%Cr.
Khi crôm hòa tan vào ferit làm nồng độ crôm trong pha này tăng lên, giúp tạo nên lớp màng oxyt Cr2O3 để tạo nên sự thụ động hóa làm tăng tính chống ăn mòn. Điều này giải thích:
+ Các thép không gỉ đều chứa crôm cao
+ Tăng cacbon tạo nhiểu cacbit crôm làm giảm lượng crôm hòa tan trong ferit, làm giảm tính chống ăn mòn.
+ Tôi gồm nung nóng thép đến nhiệt độ cao 1000oC làm cacbit hòa tan vào dung dịch rắn rồi nguội nhanh giúp pha này trở nên giàu crôm hơn sẽ cải thiện được tính chống ăn mòn.
b. Thép không rỉ một pha ferit
Là loại thép có hàm lượng cacbon thấp từ 0,08 đến 0,2% với lượng crôm rất cao từ 17-25% Cr, tính chống ăn mòn của loại thép này cao hơn loại trên. Nhóm thép này sử dụng được trong môi trường nước biển, môi trường axit, công nghiệp hoá dầu và một số lĩnh vực khác. Chúng gồm các mác sau: 12Cr17, 15Cr25Ti…với các đặc tính như sau:
+ Thép không có chuyển biến pha, thù hình, luôn luôn có tổ chức ferit nên không thể hóa bền bằng tôi, ngoài ra khi nung nóng để làm cho hạt lớn và làm xấu cơ tính.
+ Nung lâu thép ở nhiệt độ cao hơn 475oC sẽ xuất hiện các pha giòn.
Đặc tính của loại thép này là không những chứa crôm cao mà còn chứa niken cao, nó là loại thép được sử dụng nhiều nhất và chiếm tỷ lệ áp đảo trong thép không gỉ do nó có các tính chất chống ăn mòn công nghệ và cơ tính tốt.
Về tính chống ăn mòn, ngoài HNO3 nó có thể chịu được cả H2SO4 ( với mọi nồng độ và ở nhiệt độ thường), HCl ( loãng và ở nhiệt độ thường)
Về cơ tính và tính công nghệ, có thể thấy rằng do có tổ chức austenit nên thép có độ dẻo cao và khả năng hóa bền biến dạng mạnh
Để nâng cao tính chống ăn mòn phải làm cho thép có tổ chức một pha austenit đồng nhất, không cho phép có cacbit crôm. Tiến hành austenit hóa bằng cách nung đến nhiệt độ cao để cacbit hòa tan hết vào austenit rồi sau đó làm nguội nhanh để cố định các tổ chức này. Thao tác này trong thực tế vẫn quen gọi là tôi vì về hình thức giống hệt tôi thông thường, song cần chú ý là nó không tạo ra mactenxit cứng như khi thực hiện với thép kết cấu mà cố định tổ chức một pha austenit đồng nhất nên có tính chống ăn mòn tốt nhất.
d. Thép không gỉ hóa bền tiết pha
Họ thép này có những đặc điểm sau.
- Về thanh phần và tổ chức nó rất gần với họ austenit song với lượng crôm, niken thấp hơn đôi chút, có them Al, Cu, Mo…và tổ chức austenit không thật ổn định.
- Vừa có tính công nghệ cao vừa có cơ tính cao: rất dễ biến dạng và gia công cắt thép ở trạng thái mềm, sau đó hóa bền nó bằng hóa già ở nhiệt độ thấp nhờ đó tránh được biến dạng và oxy hóa. Nhờ cơ tính cao họ thép này được dùng làm kết cấu máy bay. Mác thép dùng nhiều của họ này là AISI 361.