Stainless steel là một trong những loại vật liệu quan trọng và phổ biến nhất trong cuộc sống và công nghiệp hiện đại. Với khả năng chống ăn mòn, chống gỉ sét và độ bền cơ học cao, stainless steel được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như xây dựng, ô tô, hàng không, y tế, thực phẩm và gia dụng. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về stainless steel, từ thành phần, cấu trúc, quá trình sản xuất, đến các loại thép không gỉ phổ biến và ứng dụng của chúng. Nào chúng ta cùng tìm hiểu kiến thức này nhé
Tìm hiểu về Stainless steel
Stainless steel là gì?
Stainless steel(Hay còn được gọi là thép không gỉ hay vật liệu inox) , là một loại hợp kim sắt đặc biệt có khả năng chống oxi hóa, ăn mòn và gỉ sét. Điều này là do sự hiện diện của thành phần chính là crom, tạo ra một lớp màng oxi hoá bền vững trên bề mặt thép. Màng oxi hoá này ngăn chặn sự tác động của không khí và nước, giúp bảo vệ thép khỏi quá trình oxi hóa và gỉ sét.
Với khả năng chống ăn mòn và gỉ sét, stainless steel trở thành một vật liệu đáng tin cậy trong nhiều ứng dụng. Nó được sử dụng rộng rãi trong việc xây dựng các công trình, từ cầu đường, tòa nhà cao tầng đến hệ thống ống dẫn nước. Ngoài ra, thép không gỉ còn được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không, nơi yêu cầu tính bền vững và chống ăn mòn cao.
Trong lĩnh vực y tế, stainless steel được ưa chuộng trong sản xuất dụng cụ y tế, thiết bị phẫu thuật và các bộ phận cần độ sạch và chống ăn mòn. Nó cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, nơi yêu cầu tính an toàn vệ sinh và khả năng chống ăn mòn để đảm bảo chất lượng và sự an toàn của sản phẩm.
Với tính chất đa dạng và khả năng tùy chỉnh, vật liệu này cũng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất đồ gia dụng và trang trí nội thất, mang lại vẻ đẹp hiện đại và sự bền bỉ.
Với những ưu điểm vượt trội của nó, thép không gỉ đóng vai trò quan trọng trong đời sống hàng ngày và công nghiệp, đáp ứng nhu cầu về vật liệu chịu mài mòn và độ bền cao.
Lịch sử hình thành và phát triển của Stainless steel
Stainless steel được coi là một trong những phát minh vĩ đại nhất của thế kỷ 20 trong lĩnh vực kỹ thuật vật liệu. Tuy nhiên, sự phát triển của nó không chỉ xảy ra trong một thế kỷ, mà là một quá trình lâu dài của sự tìm tòi và nghiên cứu vật liệu.
Vào năm 1913, Harry Brearley, một nhà khoa học người Anh, đã phát hiện ra stainless steel ngẫu nhiên trong quá trình tìm kiếm một loại thép có khả năng chống mài mòn cao hơn cho các dao và dụng cụ phẫu thuật. Brearley đã thêm lượng crom vào thép, tạo ra một loại thép có khả năng chống oxi hóa và ăn mòn cao hơn. Đây là bước đầu tiên trong việc phát triển stainless steel.
Sau đó, các nhà khoa học trên khắp thế giới đã tiếp tục nghiên cứu và phát triển stainless steel để nâng cao tính chất của nó. Trong những năm 1920, khối Liên hiệp Xô viết đã đầu tư mạnh vào nghiên cứu và sản xuất thép không gỉ, góp phần tạo nên sự phát triển của ngành công nghiệp kim loại này. Trong những năm 1930 và 1940, các công ty sản xuất thép khác nhau trên thế giới đã tiếp tục nghiên cứu và phát triển dòng vật liệu này để tạo ra các loại thép có tính chất khác nhau đáp ứng nhu cầu sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau.
Đến những năm 1950 và 1960, thép không gỉ đã trở thành một vật liệu quan trọng và phổ biến trong cuộc sống và công nghiệp. Tính năng vượt trội của nó đã mở ra một loạt các ứng dụng mới và cải thiện tính hiệu quả của các ứng dụng truyền thống. Ngày nay, stainless steel được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ xây dựng và công nghiệp, đến y tế và thực phẩm, đáp ứng nhu cầu của con người về vật liệu chịu mài mòn và độ bền cao.
Thành phần cấu trúc và đặc tính của stainless steel
Thành phần cấu trúc của Stainless steel
Stainless steel là một hợp kim sắt có thành phần chính là sắt (Fe) và chứa ít nhất 10,5% crom (Cr) theo tỷ trọng. Crom là thành phần quan trọng trong nhất của thép không gỉ. Nó tạo ra một lớp màng oxi hoá không thấm nước trên bề mặt thép, ngăn chặn sự tác động của không khí và nước, từ đó bảo vệ thép khỏi quá trình oxi hóa và gỉ sét.
Ngoài crom, loại vật liệu này cũng có thể chứa các thành phần khác để cải thiện tính chất và đáp ứng yêu cầu của ứng dụng cụ thể. Các thành phần này bao gồm:
- Niken (Ni): Thêm niken giúp cải thiện tính chất chống ăn mòn và khả năng chịu nhiệt. Niken cũng có vai trò trong việc cải thiện độ bền và độ dẻo của thép.
- Molypden (Mo): Thêm molypden vào giúp thép không gỉ tăng khả năng chống ăn mòn trong môi trường ăn mòn axit. Molypden cũng cải thiện khả năng chịu nhiệt và độ cứng của thép.
- Đồng (Cu): Thêm đồng vào giúp hợp chất này cải thiện khả năng chống ăn mòn trong môi trường nước biển và axit sulfuric. Ngoài ra, đồng còn tăng khả năng gia công của thép.
- Titan (Ti): Thêm titan vào stainless steel giúp tăng độ cứng và kháng ăn mòn. Titan cũng cải thiện tính chất kháng oxy hóa và khả năng chịu nhiệt.
Cấu trúc của thép không gỉ thường là một hợp chất tinh thể, trong đó các nguyên tử sắt (Fe) hình thành mạng lưới tạo thành một ma trận, và các nguyên tử khác như crom (Cr), niken (Ni), molypden (Mo) nằm xen kẽ trong ma trận sắt. Sự phân bố các thành phần trong cấu trúc này quyết định tính chất và hiệu suất của stainless steel trong các ứng dụng khác nhau.
Các thuộc tính quan trọng của stainless steel
- Khả năng chống ăn mòn: Với lớp màng oxi hoá không thấm nước trên bề mặt thép, stainless steel có khả năng chống ăn mòn và chịu được các môi trường khắc nghiệt như axit, kiềm, nước biển, khí độc, …Đây chính là thuộc tính nổi bật và quan trọng nhất của thép không
- Khả năng chịu nhiệt: Vật liệu này có khả năng chịu nhiệt và giữ độ cứng và độ dẻo của thép ở nhiệt độ cao. Điểm nóng chảy điểm nóng chảy của thép không gỉ được biểu thị dưới dạng một dải nhiệt độ chứ không phải nhiệt độ đơn lẻ. Phạm vi nhiệt độ này dao động từ 1.400 đến 1.530 °C (2.550 đến 2.790 °F; 1.670 đến 1.800 K; 3.010 đến 3.250 °R) tùy thuộc vào tính nhất quán cụ thể của hợp kim của nó
- Dễ dàng chế tạo và gia công: Thép không gỉ này dễ dàng chế tạo và gia công bằng nhiều phương pháp khác nhau, cho phép sản xuất các sản phẩm có kích thước và hình dạng phức tạp.
- Tính chất cơ học: Stainless steel có tính chất cơ học tốt, bao gồm độ bền kéo, độ cứng và độ dẻo, giúp nó trở thành một vật liệu cơ khí phổ biến. Thép không gỉ là kim loại có độ bền cao được biết đến với độ cứng ấn tượng. Chất lượng này chủ yếu là do sự hiện diện của hai thành phần chính: crom và niken. Chromium tạo thành một lớp oxit trên bề mặt kim loại, bảo vệ nó khỏi bị ăn mòn và mài mòn. Trong khi đó, niken góp phần tạo nên độ bền và độ dẻo của kim loại, nâng cao độ cứng tổng thể của nó. Nó cũng có thể được làm cứng thông qua các quá trình xử lý nhiệt như ủ hoặc làm nguội, cải thiện hơn nữa độ cứng của nó.
- Tính chất thẩm mỹ: Với vẻ ngoài bóng bẩy, sang trọng và không bị ảnh hưởng bởi các tác nhân môi trường, stainless steel thường được sử dụng trong thiết kế sản phẩm thẩm mỹ
- Tính dẫn nhiệt: Độ dẫn nhiệt của thép không gỉ phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó. Thông thường, thép không gỉ có độ dẫn nhiệt từ 15 đến 20 W/mK (watt trên mét Kelvin). Do đó, nó giữ nhiều năng lượng hơn giúp ổn định nhiệt độ xung quanh.
- Kháng hóa chất: Vật liệu này có khả năng chống tác động của nhiều hóa chất và dung môi khác nhau, bao gồm axit, bazơ và muối. Điều này làm cho nó trở thành vật liệu ưu tiên trong các ứng dụng y tế, công nghiệp hóa chất và xử lý chất thải.
- Tính an toàn vệ sinh: không gây độc hại và không tạo ra chất phụ gia có thể xâm nhập vào sản phẩm hoặc môi trường. Nó cũng dễ dàng vệ sinh, không thấm nước, chống dính và kháng khuẩn, giúp duy trì môi trường sạch sẽ và an toàn.
Các loại stainless steel phổ biến hiện nay
Hiện nay, vật liệu thép không gỉ được chia thành các nhóm chính(Hay còn gọi là họ thép không gỉ) như sau:
- Austenitic stainless steel: Đây là loại stainless steel phổ biến nhất, chiếm tới khoảng 70% sản lượng stainless steel trên thế giới. Austenitic stainless steel có độ bền cao, chống ăn mòn và chịu được nhiệt độ cao. Nó cũng rất dễ dàng để gia công, hàn và nhuộm màu. Loại này thường được sử dụng trong sản xuất thiết bị y tế, thiết bị điện tử, ống dẫn chất lỏng và thực phẩm. Austenitic stainless steel phổ biến nhất hiện nay là inox 304, inox 316. Đây là hai dòng thép không gỉ được sử dụng và ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống của chúng ta hiện nay
- Ferritic stainless steel: Loại này có chứa nhiều lượng chromium hơn so với Austenitic stainless steel, tạo ra độ bền cao và khả năng chống ăn mòn. Ferritic stainless steel thường được sử dụng trong sản xuất ô tô, đồ gia dụng và sản phẩm gia đình. Thường chúng ta nghe đến inox 201 đúng không ạ, và dòng inox này được xếp vào Ferritic stainless steel các bạn nhé.
- Martensitic stainless steel: Loại này có chứa lượng carbon và chromium cao, tạo ra độ cứng và bền vững cao hơn so với các loại stainless steel khác. Martensitic stainless steel thường được sử dụng trong sản xuất dao và dụng cụ cắt.
- Duplex stainless steel: Loại này có chứa cả Austenitic và Ferritic stainless steel, tạo ra độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và chịu được nhiệt độ cao. Duplex stainless steel thường được sử dụng trong sản xuất dầu khí, các bộ phận máy bay và các sản phẩm khác yêu cầu độ bền cao.
- Precipitation-hardening stainless steel: Loại này được làm cứng bằng cách tạo ra các pha kết tủa bên trong, tạo ra độ cứng và bền vững cao hơn so với các loại stainless steel khác. Precipitation-hardening stainless steel thường được sử dụng trong sản xuất máy bay, vật liệu y tế và các sản phẩm đòi hỏi độ chính xác cao.
Quá trình sản xuất stainless steel
- Lựa chọn nguyên liệu: Quá trình bắt đầu bằng việc thu thập các nguyên liệu chính gồm sắt, crom, niken và các thành phần khác theo tỷ lệ phù hợp. Các nguyên liệu này thường được nhập khẩu từ các nhà cung cấp quốc tế.
- Pha chế hợp kim: Các nguyên liệu được đưa vào lò luyện và nung nóng ở nhiệt độ cao để tạo thành hợp kim. Quá trình này bao gồm nhiều giai đoạn như nghiền, pha chế, luyện kim và điều chỉnh thành phần hợp kim để đạt được các yêu cầu cụ thể. Tùy vào mác thép không gỉ mà người ta có thể phối trộn tỉ lệ của các chất là khác nhau
- Đúc và tạo hình: Sau khi hợp kim đã được tạo thành, nó được đúc thành các dạng thanh, lá, tấm hoặc ống. Quá trình đúc có thể sử dụng phương pháp như đúc li tâm, đúc liên tục, hoặc đúc ép. Sau đó, các sản phẩm được gia công và tạo hình theo yêu cầu của khách hàng.
- Tôi luyện: Sau khi gia công xong, các sản phẩm stainless steel thường được tôi luyện để cải thiện tính chất cơ học, bền màu và bề mặt. Quá trình tôi luyện có thể bao gồm gia công nhiệt, cán nóng hoặc cán lạnh.
- Xử lý nhiệt: Một số loại stainless steel cần được xử lý nhiệt để tăng cường độ cứng và tính chất cơ học. Quá trình này bao gồm gia nhiệt, nung nóng và làm lạnh nhanh.
- Hoàn thiện sản phẩm: Cuối cùng, các sản phẩm stainless steel được hoàn thiện bằng cách mài, đánh bóng, phủ lớp chống ăn mòn hoặc nhuộm màu để cải thiện vẻ đẹp và độ bền của chúng.
Ưu điểm và nhược điểm của stainless steel
Ưu điểm của stainless steel
- Kháng ăn mòn: Stainless steel có khả năng chống ăn mòn cao, đặc biệt là với các chất oxy hóa như nước muối, axit, kiềm và hóa chất với nồng độ thấp đến trung bình.
- Bền và độ bóng cao: Với bề mặt sáng bóng và mịn màng, stainless steel có khả năng chống trầy xước, bền và dễ dàng vệ sinh. Nó cũng không bị ố vàng, giúp bảo vệ độ sáng và độ bóng của sản phẩm lâu dài.
- Tính năng thẩm mỹ: Với độ bóng cao, màu sắc đẹp, thép không gỉ có tính thẩm mỹ cao và thường được sử dụng trong thiết kế nội thất và ngoại thất hiện đại.
- Độ cứng cao: Hợp chất này có độ cứng cao, khó bị biến dạng hay gãy vỡ trong quá trình sử dụng. Điều này giúp gia tăng tuổi thọ và giảm chi phí bảo trì.
- Đa dạng ứng dụng: Stainless steel được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như chế tạo ô tô, đóng tàu, sản xuất thiết bị y tế, Van công nghiệp(Van bướm inox, van bi inox điều khiển điện, van cổng inox 304…)dụng cụ gia dụng và nhiều ngành công nghiệp khác.
- Khả năng chống oxy hóa: Stainless steel có khả năng chống oxy hóa tốt, không bị ảnh hưởng bởi khí trời hay nhiệt độ cao, giúp tăng độ bền của sản phẩm.
- Khả năng chịu nhiệt: Stainless steel có khả năng chịu nhiệt cao, không bị biến dạng hay mất tính chất cơ học khi tiếp xúc với nhiệt độ cao.
- Tính tiết kiệm: Stainless steel có khả năng tái chế và tái sử dụng, giúp giảm thiểu lượng rác thải và tiết kiệm chi phí sản xuất.
- An toàn cho sức khỏe: Stainless steel là một vật liệu an toàn cho sức khỏe, không chứa chất độc hại, không gây kích ứng da và không tác động xấu đến sức khỏe con người. Nó được sử dụng cho các sản phẩm liên quan đến thực phẩm, dược phẩm và đồ uống…
Nhược điểm của stainless steel
- Giá thành là một trong những nhược điểm của dòng vật liệu này: Giá thành sản xuất stainless steel khá cao, do đó sản phẩm sử dụng chất liệu này cũng có giá thành tương đối cao.
- Dễ bị ăn mòn: Dù có khả năng chống ăn mòn tốt, tuy nhiên thép không gỉ vẫn có thể bị ăn mòn nếu tiếp xúc với các chất hóa học như axit mạnh, muối biển, hoặc trong môi trường có độ pH cao.
- Khó gia công: Stainless steel có độ cứng cao, do đó khó để gia công, cắt, uốn hoặc hàn so với các vật liệu khác.
- Dễ bị trầy xước: Bề mặt của nó dễ bị trầy xước, làm giảm tính thẩm mỹ của sản phẩm.
- Độ dẫn nhiệt, dẫn điện kém: Stainless steel có độ dẫn nhiệt thấp hơn so với một số vật liệu khác, do đó không thích hợp sử dụng trong các ứng dụng cần độ dẫn nhiệt và dẫn điện
Ứng dụng của stainless steel
- Sử dụng trong kiến trúc: Đây là vật liệu có bề mặt sáng bóng, không bị ô xy hóa nên rất được ưa chuộng và sử dụng trong nội thất, kiến trúc hiện đại ngày nay. Với tuổi thọ cao, tính thẩm mỹ cao, chống chịu với môi trường xung quanh rất tốt, đây quả thật là một loại vật liệu số 1 trong nội thất, kiến trúc hiện đại ngày nay
- Ứng dụng trong ngành nước sạch và nước thải: Đây cũng là một trong những ứng dụng quan trọng của Stainless steel. Sử dụng các đường ống bằng vật liệu thép không gỉ, các loại van bằng thép không rỉ(Van inox 201, 304, 316) giúp nó hoạt động cực kỳ tốt trong những môi trường này
- Được sử dụng nhiều trong thực phẩm và đồ uống: Stainless steel là vật liệu ưu tiên số 1 trong các ngành nghề và đồ gia dụng hiện nay. Sử dụng dòng vật liệu này giúp an toàn cho người sử dụng, dễ dàng vệ sinh và tiệt trùng. Đặc biệt là các dòng đường ống vi sinh, van vi sinh…sử dụng trong các ứng dụng về thực phẩm và đồ uống là yêu cầu bắt buộc hiện nay
- Trong chế tạo ô tô, xe máy: Các chi tiết máy được làm bằng thép không gỉ vừa giúp trang trí bắt mắt, vừa đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật đề ra. Ngoài ra các phương tiện như máy bay, tàu hỏa cũng thường sử dụng các vật liệu như bàn, ghế, khu vệ sinh bằng vật liệu inox sáng bóng hiện nay
- Ứng dụng trong năng lượng và hạt nhân: Các dòng vật liệu Stainless steel được ứng dụng nhiều trong chế tạo năng lượng(Máy móc, đường ống, chi tiết máy, bộ lọc làm mát…)
- Sử dụng trong xử lý hóa chất và dầu: Các loại hóa chất trong quá trình sản xuất, sử dụng sử dụng các vật liệu inox làm phương tiện sản xuất. Với khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của nó, không phản ứng với các hóa chất nên đây cũng là lựa chọn đáng tin cậy hiện nay
- Ứng dụng trong dược phẩm và y tế: Các hệ thống sản xuất dược phẩm, thuốc điều trị….đều sử dụng dây chuyền bằng thép không gì 100%. Ngoài ra các dụng cụ trong ngành y tế như khay, kéo, dao, bơm tiêm…đều sử dụng vật liệu là thép không gỉ
Các bạn thân mến như vậy là chúng tôi đã giới thiệu cho các bạn hiểu rõ về Stainless steel là gì? Lịch sử hình thành và phát triển của dòng vật liệu này như thế nào? Các loại thép không rỉ hiện nay gồm những loại nào
Có thể khẳng định một điều rằng: Stainless steel là một dòng vật liệu cực kỳ quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta cũng như trong công nghiệp sản xuất
Với nhiều điểm vượt trội như đã nêu, vật liệu này mang lại hiệu suất sử dụng cao, độ bền và tuổi thọ lâu dài cho các thành phẩm chế tạo tự thép không rỉ
Tuy nhiên điểm trừ của dòng sản phẩm này đó chính là giá thành tương đối cao hơn nhiều so với các dòng vật liệu phổ thông. Bạn hay doanh nghiệp cần cân nhắc lựa chọn và sử dụng hợp lý nhất
Cảm ơn các bạn đã quan tâm và gửi những câu hỏi hay đến cho chúng tôi, mong nhận được phản hồi tích cực cho bài viết này. Từ đó chúng ta hoàn thiện bài viết hơn nữa để giúp cho các bạn muốn tìm hiểu có được kiến thức chính xác nhất. Tạm biệt và hẹn gặp lại
