Thế giới vật liệu thép phức tạp hơn nhiều so với vẻ bề ngoài. Bạn đã bao giờ tự hỏi tại sao một số loại thép không gỉ lại bền và chống ăn mòn trong khi những loại khác lại dễ bị nứt? Câu trả lời nằm ở một yếu tố quan trọng: hàm lượng ferrite. Bài viết này khám phá "mã bên trong" chi phối hiệu suất của thép không gỉ bằng cách kiểm tra cách hàm lượng ferrite ảnh hưởng đến các đặc tính vật liệu.

Ferrite, một cấu trúc tinh thể bên trong thép không gỉ, là yếu tố quyết định chính các tính chất vật lý và cơ học của hợp kim. Hãy tưởng tượng thép không gỉ như một cấu trúc được xây dựng từ các "khối xây dựng" siêu nhỏ—sự sắp xếp của các khối này (vi cấu trúc) quyết định trực tiếp độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn của vật liệu. Ferrite là một trong những khối xây dựng thiết yếu này.

Cụ thể, ferrite là một cấu trúc mạng lập phương tâm khối của sắt có thể hòa tan một lượng nhỏ carbon và các nguyên tố hợp kim khác. Trong thép không gỉ, sự hiện diện của ferrite có liên quan đến các đặc điểm sau:

• Độ bền cao: Ferrite góp phần tạo ra độ bền kéo và độ bền chảy cao hơn.
• Khả năng chống nứt do ăn mòn ứng suất clorua: Thép không gỉ ferritic hoạt động tốt trong môi trường ăn mòn, chẳng hạn như ứng dụng hàng hải hoặc hóa chất.
• Tính từ tính: Không giống như thép không gỉ austenitic, ferrite có từ tính—một đặc tính có thể được sử dụng để phát hiện hàm lượng ferrite.

Hàm lượng ferrite phải được cân bằng cẩn thận—không quá cao cũng không quá thấp—tùy thuộc vào loại thép không gỉ. Đối với thép không gỉ song công và siêu song công, hàm lượng ferrite là một chỉ số quan trọng ảnh hưởng đến độ bền, độ dẻo dai, khả năng chống ăn mòn và khả năng hàn.

• Khả năng hàn: Hàm lượng ferrite tối ưu làm giảm nguy cơ nứt do đông đặc trong quá trình hàn, có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của mối nối.
• Khả năng chống ăn mòn: Ferrite quá mức có thể làm giảm khả năng chống ăn mòn trong một số môi trường nhất định.
• Tính chất cơ học: Hàm lượng ferrite cao hơn làm tăng độ bền nhưng có thể làm giảm độ dẻo và độ dẻo dai.

Việc đo lường chính xác hàm lượng ferrite là rất cần thiết để đánh giá chất lượng vật liệu. Các phương pháp phổ biến bao gồm:

• Kính hiển vi kim loại: Một phương pháp truyền thống nhưng tốn thời gian liên quan đến việc kiểm tra bằng kính hiển vi.
• Kiểm tra từ tính: Ferritescope đo độ thấm từ để ước tính hàm lượng ferrite—một phương pháp nhanh chóng, không phá hủy, lý tưởng để kiểm tra hiện trường.
• Nhiễu xạ tia X: Độ chính xác cao nhưng đắt tiền và phức tạp.

Trong sản xuất thép và hàn, việc dự đoán hàm lượng ferrite là rất cần thiết. Sơ đồ DeLong sử dụng các đương lượng crôm và niken (Cr _eq và Ni _eq ) để ước tính sự hình thành ferrite trong quá trình hàn. Mặc dù hữu ích, mô hình này không mang tính quyết định—các điều kiện thực tế như tốc độ làm mát cũng phải được xem xét.

Thép không gỉ 304, được sử dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm, thiết bị y tế và xây dựng, có hành vi khác nhau ở dạng đúc và rèn:

• 304 đúc: Chứa 8–20% ferrite để ngăn ngừa nứt do đông đặc.
• 304 rèn: Được thiết kế với 1–6% ferrite để ngăn ngừa nứt khi rèn; hầu hết ferrite hòa tan sau khi ủ dung dịch.

Ủ dung dịch nung nóng thép không gỉ trên 1000°C, sau đó làm nguội nhanh để tăng cường độ dẻo và độ dẻo dai. Mặc dù quá trình này làm giảm hàm lượng ferrite, thép không gỉ đúc vẫn giữ lại mức độ cao hơn do thành phần ban đầu của nó.

Để đo lường chính xác, các phòng thí nghiệm sử dụng kính hiển vi tiên tiến hoặc các thiết bị từ tính có độ nhạy cao, đạt được độ chính xác trong khoảng 0,5–1%. Sau khi ủ, thép austenitic như 304, 316L, 309 và 310 thường chứa ít hơn 2% ferrite.

Thép không gỉ siêu song công kết hợp các pha ferrite và austenite (40–60% ferrite) để có độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn vượt trội. Các hợp kim này lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe trong môi trường khắc nghiệt.