1. Giới thiệu
Thép sắt và thép không gỉ là hai trong số các vật liệu kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất trên nhiều lĩnh vực công nghiệp.
Từ hệ thống nước thành phố đến thiết bị chế biến hóa học, Những vật liệu này hỗ trợ cơ sở hạ tầng quan trọng và năng suất công nghiệp.
Chọn đúng vật liệu có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất hệ thống, trị giá, và độ tin cậy vòng đời.
Bài viết này cung cấp một so sánh chi tiết và có thẩm quyền của sắt và thép không gỉ dẻo, phân tích cơ học của họ, hóa chất, nhiệt, thuộc kinh tế, và các thuộc tính môi trường để hướng dẫn lựa chọn vật liệu sáng suốt.
2. Sắt dễ uốn là gì?
Sắt dễ uốn, còn được gọi là gang gang hoặc Spheroidal Graphite sắt (SG sắt), là một loại gang. Nó khác về cơ bản với sắt xám truyền thống trong cấu trúc vi mô và hiệu suất cơ học của nó.
Trong khi sắt màu xám chứa than chì hình vảy làm cho nó giòn, Sắt dễ chứa hình cầu (nốt sần) than chì, giúp tăng cường đáng kể độ bền và độ dẻo của nó, từ đó tên Dukes sắt.
Sự biến đổi của hình dạng than chì từ mảnh sang thành quả nhân vật đạt được bằng cách thêm một lượng nhỏ magiê (Thông thường 0,03 …0,05%) hoặc cerium trong quá trình đúc.
Sửa đổi quan trọng này cho phép sắt dễ uốn để kết hợp các lợi thế của khả năng đúc và khả năng gia công với sức mạnh cơ học được cải thiện và khả năng chống va đập.
Cấu trúc vi mô và thành phần
Thành phần hóa học điển hình của sắt dẻo bao gồm:
- Carbon: 3.2–3,6%
- Silicon: 2.2–2,8%
- Mangan: ≤0,5%
- Magiê: 0.03–0,05%
- Lưu huỳnh & Phốt pho: Được giữ ở mức thấp (≤0,02%)
Ma trận cơ sở có thể thay đổi:
- Sắt dẻo sắt: Dễ uốn hơn, sức mạnh thấp hơn.
- Sắt dễ uốn ngọc trai: Sức mạnh cao hơn và khả năng chống mài mòn.
- Austempered sắt dẻo (Adi): Được xử lý nhiệt hơn nữa cho hiệu suất vượt trội (độ bền kéo > 1,200 MPA).
Ưu điểm của sắt dẻo
- Khả năng đúc tuyệt vời và khả năng máy móc.
- Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao.
- Hiệu quả về chi phí cho sản xuất khối lượng lớn.
- Có thể hấp thụ các cú sốc và rung động.
- Hiệu suất tốt dưới tải theo chu kỳ.
Các ứng dụng điển hình của sắt dẻo
Sắt dễ uốn được sử dụng rộng rãi trong:
- Hệ thống đường ống nước và cống thoát nước.
- Thành phần ô tô (trục khuỷu, tay lái).
- Máy móc nông nghiệp và hạng nặng.
- Vỏ bánh, cơ thể bơm, và xi lanh máy nén.
- Cơ sở hạ tầng thành phố (Hanhe bao gồm, Van, vòi nước).
3. Thép không gỉ là gì?
Thép không gỉ là một hợp kim chống ăn mòn chủ yếu bao gồm sắt (Fe), crom (Cr), và số lượng khác nhau của Niken (TRONG), Carbon (C), và các yếu tố hợp kim khác như Molypden (MO), Mangan (Mn), Và nitơ (N).
Đặc điểm xác định của nó là sự hiện diện của ít nhất 10.5% crom, tạo thành màng oxit crom thụ động trên bề mặt, bảo vệ nó khỏi bị rỉ sét và tấn công hóa học.
Được phát triển vào đầu thế kỷ 20, Thép không gỉ đã trở nên thiết yếu trong các ngành công nghiệp đòi hỏi sức mạnh cao, Vệ sinh, và chống ăn mòn, quá trình oxy hóa, và nhiệt.
Tính linh hoạt của vật liệu, cuộc sống phục vụ lâu dài, Và khả năng tái chế làm cho nó trở thành một trong những vật liệu kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.
Lớp thép không gỉ và phân loại
Thép không gỉ thường được phân loại thành Năm gia đình chính, mỗi tác phẩm và thuộc tính riêng biệt:
Kiểu | Kết cấu | Lớp quan trọng | Các tính năng chính |
Austenitic | FCC (Không từ tính) | 304, 316, 321, 310 | Kháng ăn mòn tuyệt vời, Khả năng hàn tốt và khả năng định dạng |
Ferritic | BCC (Từ tính) | 430, 409, 446 | Kháng ăn mòn vừa phải, hiệu quả chi phí, khả năng hàn hạn chế |
Martensitic | BCT (Từ tính) | 410, 420, 440C | Độ cứng cao, Kháng ăn mòn vừa phải, Thích hợp cho các công cụ cắt |
Song công | Trộn lẫn (Austenite + Ferrite) | 2205, 2507 | Sức mạnh cao, Khả năng chống nứt ăn mòn căng thẳng tuyệt vời |
Lượng mưa cứng (PH) | Biến | 17-4PH, 15-5PH | Sức mạnh cao, Độ cứng tốt, nhiệt có thể xử lý được |
Ưu điểm của thép không gỉ
- Sự ăn mòn và khả năng chống oxy hóa nổi bật.
- Tính chất cơ học tuyệt vời ở cả nhiệt độ thấp và cao.
- Bề mặt vệ sinh - lý tưởng cho y tế, đồ ăn, và các ứng dụng dược phẩm.
- Kháng cáo thẩm mỹ cao với các kết thúc bề mặt khác nhau (đánh bóng, chải, vân vân.).
- Cuộc sống phục vụ lâu dài và 100% Tính tái chế.
Các ứng dụng điển hình của thép không gỉ
Thép không gỉ là không thể thiếu trong các ngành công nghiệp như:
- Thức ăn và đồ uống: Xe tăng xử lý, Dao kéo, Thiết bị nhà bếp.
- Thuộc về y học: Dụng cụ phẫu thuật, cấy ghép, Thiết bị bệnh viện.
- Hóa chất và hóa dầu: Tàu áp lực, Trao đổi nhiệt.
- Sự thi công: Tay vịn, ốp, hỗ trợ cấu trúc.
- Hàng hải: Phụ kiện thuyền, Cấu trúc ngoài khơi, bơm.
- Năng lượng: Các thành phần lò phản ứng hạt nhân, Các bộ phận tuabin gió.
4. So sánh tính chất cơ học: Thép bằng sắt và thép không gỉ
Chọn vật liệu kỹ thuật phù hợp đòi hỏi phải có sự hiểu biết vững chắc về hiệu suất cơ học trong điều kiện dịch vụ.
Cả hai sắt dễ uốn Và thép không gỉ Cung cấp các thuộc tính cơ học mạnh mẽ, Nhưng chúng phù hợp cho các môi trường căng thẳng khác nhau, Mức độ mệt mỏi, và kỳ vọng hiệu suất.
Bảng so sánh: Tính chất cơ học
Tài sản | Sắt dễ uốn 60-40-18 | Sắt dễ uốn 100-70-03 | thép không gỉ 304 | thép không gỉ 316 |
Độ bền kéo (MPA) | 414 (60 KSI) | 690 (100 KSI) | 505Mạnh720 | 520Mạnh750 |
Sức mạnh năng suất (MPA) | 276 (40 KSI) | 483 (70 KSI) | 215Mạnh290 | 240Cấm300 |
Kéo dài (%) | 18% | 3% | 40% | 30% |
Độ cứng (Brinell, HBW) | 170Mạnh230 | 241–302 | 150Mạnh200 | 160Mạnh210 |
Kháng lực tác động | Cao | Vừa phải | Rất cao | Rất cao |
Sức mạnh mệt mỏi (MPA) | 160Mạnh230 | 240Cấm300 | 240Mạnh350 | 250Mạnh400 |
Tỉ trọng (g/cm³) | ~ 7.0 | ~ 7.1 | 7.9 | 8.0 |
Độ dẫn nhiệt (W/m · k) | ~ 50 | ~ 36 | ~ 16 | ~ 14 |
5. Kháng ăn mòn của sắt dẻo vs thép không gỉ
- thép không gỉ: Tạo thành một lớp oxit crom thụ động chống lại quá trình oxy hóa và ăn mòn. 316 Không gỉ đặc biệt kháng clorua và môi trường axit.
- Sắt dễ uốn: Dễ bị oxy hóa và ăn mòn điện; thường được bảo vệ bằng cách sử dụng lớp phủ epoxy, lớp lót kẽm, hoặc bảo vệ catốt.
6. Điện trở nhiệt và hóa học
Lựa chọn vật chất cho môi trường khắc nghiệt phụ thuộc rất nhiều vào độ ổn định nhiệt và độ bền hóa học.
Sắt và thép không gỉ dễ uốn khác nhau đáng kể ở các khía cạnh này do các chế phẩm và cấu trúc vi mô của chúng.
Điện trở nhiệt
Diện mạo | Sắt dễ uốn | thép không gỉ (304 / 316) |
Phạm vi nhiệt độ cao | Lên đến 300 nhiệt450 ° C cho các lớp tiêu chuẩn; lớp chịu nhiệt (với mo, TRONG) lên đến 600 ° C. (VÍ DỤ., ASTM A476) | Xuất sắc: 304 ổn định >600° C.; Điện trở oxy hóa lên đến 870 ° C; 316 lên đến 900 ° C với MO bổ sung |
Duy trì sức mạnh ở mức cao t | ~ 70% cường độ kéo ở 300 ° C; ~ 50% ở 400 ° C cho 60-40-18 cấp | >500 Độ bền kéo MPA ở 600 ° C (304); 40% duy trì sức mạnh ở 800 ° C (316) |
Hành vi nhiệt độ thấp | Giòn dưới 0 ° C ở các lớp tiêu chuẩn; Ni-hợp kim (80-55-06) duy trì độ dẻo dai (Tác động Charpy 27 J ở -40 ° C.) | Thép không gỉ austenitic vẫn dễ chịu ở nhiệt độ đông lạnh (304 giữ lại >40% Độ giãn dài ở -196 ° C.) |
Hệ số mở rộng nhiệt (CTE) | Thấp: 11Mạnh12 × 10⁻⁶ /° C (20Mạnh100 ° C.), Giảm thiểu ứng suất nhiệt | Cao hơn: 304 ~ 17.3 × 10⁻⁶ /° C, 316 ~ 16,0 × 10⁻⁶ /° C; Ferritic 430 thấp hơn (10.4 × 10⁻⁶ /° C.) Nhưng ít dễ uốn |
Kháng hóa chất
Môi trường hóa học | Sắt dễ uốn | thép không gỉ (304 / 316) |
Kháng axit | Không may (Ăn mòn lên đến 2 mm/năm trong 5% H₂so₄); Lớp phủ cần thiết (Epoxy, lớp lót) | Tuyệt vời trong axit loãng và tập trung (304 Chống lại lên đến 65% Hno₃; 316 Tốt hơn với mo cho clorua) |
Kháng kiềm | Tốt trong kiềm nhẹ; tạo thành lớp sắt hydroxit bảo vệ; Ổn định ở nhiệt độ phòng | Nói chung là kháng; dễ bị nhiễm caustic trong nóng, kiềm tập trung (304/316); lớp ferritic kháng thuốc hơn |
Kháng muối/clorua | Ăn mòn trong nước biển (0.2Không được bảo vệ 0,5 mm/năm); yêu cầu lớp phủ bảo vệ để giảm sự ăn mòn bên dưới 0.01 mm/năm | 304 Không thể chống lại clorua nhẹ nhưng hố nước biển; 316 Khả năng chống rỗ cao trong môi trường clorua (<0.005 mm/năm) |
7. Khả năng gia công và khả năng đúc của Iron Ductle Vs Thép không gỉ
Khả năng định hình, máy móc, và các vật liệu tham gia là rất quan trọng trong sản xuất, Tác động trực tiếp đến hiệu quả sản xuất, một phần phức tạp, và chi phí tổng thể.
Khả năng đúc: Định hình sự phức tạp và hiệu quả
Khả năng diễn viên đề cập đến một vật liệu có khả năng lấp đầy khuôn đồng đều, Chất rắn mà không cần khuyết điểm (VÍ DỤ., Độ xốp, co ngót), và giữ độ chính xác về chiều trong quá trình làm mát.
Khách sạn này đặc biệt quan trọng để sản xuất phức tạp, Các bộ phận gần n-net, nơi đúc làm giảm nhu cầu xử lý hậu kỳ rộng rãi.
Sắt dễ uốn: Một công việc casting
Iron dễ uốn vốn là vật liệu đúc, được tối ưu hóa cho các quy trình đúc. Khả năng diễn viên của nó là đặc biệt do:
- Điểm nóng chảy thấp: Sắt dẻo tan chảy ở 1.1501,200 ° C, thấp hơn đáng kể so với thép không gỉ (1,400Mạnh1,530 ° C.).
Điều này làm giảm mức tiêu thụ năng lượng trong quá trình tan chảy và đơn giản hóa thiết kế khuôn, Khi nhiệt độ thấp hơn giảm thiểu ứng suất nhiệt trên khuôn (VÍ DỤ., khuôn cát hoặc đầu tư). - Tính trôi chảy cao: Dạng nóng chảy của chảy dễ dàng chảy vào các khoang nấm mốc phức tạp, Làm cho nó trở nên lý tưởng cho các hình học phức tạp, chẳng hạn như vỏ bánh răng, thân van, hoặc bơm bơm với các bức tường mỏng hoặc các kênh bên trong.
- Hóa rắn có kiểm soát: Bật granditit bằng sắt dẻo (hình thành thông qua điều trị bằng magiê hoặc cerium) Giảm co ngót trong quá trình làm mát so với sắt xám, hạ thấp nguy cơ vết nứt hoặc độ xốp.
Điều này cho phép sản xuất nhất quán của lớn, Các thành phần thành dày (VÍ DỤ., đường ống lên đến 2 Đồng hồ đo đường kính) với các khiếm khuyết tối thiểu.
Chung Phương pháp đúc cho sắt dẻo Bao gồm đúc cát (80% sản xuất), Đúc đầu tư, và đúc ly tâm (cho đường ống).
ASTM A536, tiêu chuẩn chính cho sắt dễ uốn, Chỉ định điểm (VÍ DỤ., 60-40-18, 80-55-06) được tối ưu hóa cho khả năng đúc trên các ứng dụng.
thép không gỉ: Thử thách casting và các lớp chuyên ngành
Thép không gỉ ít được đúc hơn sắt dẻo, Nhưng những tiến bộ trong công nghệ đúc đã mở rộng việc sử dụng nó trong các phần phức tạp. Những thách thức của nó xuất phát từ:
- Điểm nóng chảy cao: Nhiệt độ cao cần thiết để làm tan chảy thép không gỉ (1,400Mạnh1,530 ° C.) Tăng chi phí năng lượng và yêu cầu khuôn chịu nhiệt (VÍ DỤ., Các khuôn gốm hoặc chất chịu lửa), Tăng chi phí dụng cụ.
- Rủi ro oxy hóa: Thép không gỉ nóng chảy dễ bị oxy hóa, có thể giới thiệu các vùi (Các hạt oxit) trong phần cuối cùng, làm suy yếu cấu trúc của nó.
Điều này đòi hỏi phải che chắn khí trơ (VÍ DỤ., Argon) Trong quá trình đúc, Thêm sự phức tạp của quá trình. - Co ngót và độ xốp: Phạm vi hóa rắn bằng thép không gỉ rộng hơn sắt dẻo, Tăng rủi ro co ngót và độ xốp.
Điều này đòi hỏi phải thiết kế khuôn chính xác (VÍ DỤ., riser để cho ăn kim loại nóng chảy trong khi làm mát) và các điều khiển quá trình chặt chẽ hơn.
Bất chấp những thách thức này, lớp thép không gỉ đúc (VÍ DỤ., ASTM A351 CF8, CF3, CF8M) được thiết kế để cải thiện khả năng đúc. Ví dụ:
- CF8 (tương đương với rèn 304) và CF3 (304L) là các lớp đúc Austenitic có hàm lượng carbon thấp, giảm lượng mưa cacbua và cải thiện tính lưu động.
- CF8M (316 tương đương) Bao gồm molypden để chống ăn mòn tăng cường, với khả năng diễn viên được tối ưu hóa cho các thành phần xử lý hóa học (VÍ DỤ., thân van).
Phương pháp đúc cho thép không gỉ bao gồm Đúc đầu tư (Đối với các bộ phận chính xác cao như dụng cụ y tế) Và Đúc cát (Đối với các thành phần lớn hơn như vỏ máy bơm).
Tuy nhiên, Thép không gỉ đúc thường đòi hỏi gia công sau đúc nhiều hơn sắt dẻo để đạt được dung sai chặt chẽ.
Khả năng gia công: Dễ cắt và mặc công cụ
Khả năng gia công đề cập đến mức độ dễ dàng của một vật liệu, khoan, hoặc được định hình bằng máy công cụ, được đo bằng các yếu tố như cuộc sống công cụ, Tốc độ cắt, và hoàn thiện bề mặt. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian sản xuất và chi phí công cụ.
Sắt dễ uốn: Khả năng gia công vượt trội
Iron dễ chịu nổi tiếng với khả năng gia công tuyệt vời, vượt trội hơn hầu hết các thép không gỉ. Lý do chính bao gồm:
- Bôi trơn than chì: Các nốt than chì trong sắt dẻo đóng vai trò là chất bôi trơn bên trong trong quá trình cắt, giảm ma sát giữa công cụ và phôi.
Giảm công cụ giảm và cho phép tốc độ cắt cao hơn (lên đến 200 m/phút cho các lớp carbon trung bình). - Làm việc công việc thấp: Không giống như thép không gỉ, sắt dễ uốn không cứng đáng kể dưới căng thẳng cơ học trong quá trình gia công, Ngăn chặn "Galling" (chuyển vật chất vào công cụ) và duy trì lực cắt phù hợp.
- Hình thành chip thuận lợi: Iron dẻo tạo ra ngắn, những con chip giòn dễ bị phá vỡ, Giảm nhu cầu hệ thống loại bỏ chip và giảm thiểu thiệt hại bề mặt cho phôi.
Chỉ số máy móc (liên quan đến 1018 Thép carbon = 100) cho phạm vi sắt dễ uốn từ 70 trận90, Tùy thuộc vào lớp. Ví dụ:
- Lớp ASTM A536 60-40-18 (độ bền kéo 414 MPA) có chỉ số khả năng gia đình là ~ 85.
- Lớp cường độ cao hơn (VÍ DỤ., 120-90-02) có chỉ số thấp hơn một chút (~ 70) Do độ cứng tăng nhưng vẫn vượt trội hơn hầu hết các thép không gỉ.
thép không gỉ: Những thách thức về khả năng máy móc
Khả năng gia công bằng thép không gỉ thay đổi theo cấp độ nhưng thường kém hơn sắt dẻo, được điều khiển bởi:
- Công việc cao làm cứng: Thép không gỉ Austenitic (VÍ DỤ., 304, 316) cứng nhanh khi cắt, hình thành một khó khăn, Lớp chống hao mòn ở giao diện công cụ.
Điều này làm tăng lực cắt và hao mòn công cụ, Giới hạn tốc độ cắt (Thông thường 50 trận100 m/phút cho 304). - Độ dẫn nhiệt thấp: Thép không gỉ dẫn nhiệt kém, Bẫy nhiệt ở đầu công cụ và gây ra lỗi công cụ sớm (VÍ DỤ., dụng cụ cacbua quá nóng và suy thoái).
- Chip cứng: Các lớp Austenitic sản xuất lâu dài, Chuỗi chip bao quanh các công cụ, Yêu cầu bộ ngắt chip chuyên dụng và hệ thống làm mát để ngăn chặn sự gây nhiễu.
Các chỉ số khả năng gia công phản ánh những thách thức này:
- Aisi 304 có chỉ số khả năng gia đình ~ 40 (vs. 1018 Thép), trong khi 316 (với molypden) thậm chí còn thấp hơn (~ 30).
- Thép không gỉ ferritic (VÍ DỤ., 430) thực hiện tốt hơn (~ 60) Do hàm lượng niken thấp hơn, nhưng vẫn tụt lại phía sau sắt dẻo.
Chi phí dụng cụ cho thép không gỉ cao hơn 2 3x3x so với sắt dẻo, dưới dạng các công cụ cacbua hoặc gốm (Thay vì thép tốc độ cao) được yêu cầu để chịu được nhiệt và mài mòn.
Khả năng hàn: Tham gia tài liệu một cách an toàn
Khả năng hàn xác định mức độ dễ dàng của một vật liệu thông qua hàn mà không bị nứt, Độ xốp, hoặc mất các tính chất cơ học.
Sắt dễ uốn: Thách thức hàn
Iron dễ uốn nổi tiếng là khó hàn do hàm lượng carbon cao của nó (2.5–4.0%) và cấu trúc than chì:
- Di chuyển carbon: Trong quá trình hàn, carbon có thể khuếch tán vào vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt (HAZ), hình thành martensite giòn, gây ra vết nứt.
- Quá trình oxy hóa than chì: Nhiệt độ cao có thể oxy hóa than chì thành CO/CO₂, Tạo độ xốp trong mối hàn.
Hàn thành công sắt dẻo đòi hỏi phải làm nóng trước (200400400 ° C.) để làm mát làm chậm, Điều trị nhiệt sau hàn (500Mạnh600 ° C.) để ôn hòa Martensite, và kim loại phụ chuyên dụng (VÍ DỤ., Hợp kim dựa trên niken như Enife-C1).
Ngay cả với các bước này, mối hàn thường có độ bền mệt mỏi thấp hơn vật liệu cơ bản, giới hạn việc sử dụng chúng trong các ứng dụng căng thẳng cao (VÍ DỤ., Các thành phần cấu trúc).
thép không gỉ: Khả năng hàn tuyệt vời
Thép không gỉ, Đặc biệt các lớp Austenitic, có khả năng hàn cao:
- Lớp Austenitic (304, 316): Hàm lượng carbon thấp của họ (≤0,08% cho 304; ≤0,03% cho 304L) và ổn định niken ngăn chặn sự hình thành martensite trong haz.
TIG (Khí trơ vonfram) hoặc mig (Khí trơ kim loại) Hàn tạo ra mạnh mẽ, mối hàn dễ uốn với vết nứt tối thiểu. - Không khí kiểm soát: Hàng rào trơ (Argon) Ngăn chặn quá trình oxy hóa crom, Bảo tồn lớp thụ động (quan trọng đối với khả năng chống ăn mòn).
Thép không gỉ hàn Giữ lại ~ 80 trận90% của vật liệu cơ sở Độ bền kéo, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng cấu trúc (VÍ DỤ., Thiết bị chế biến thực phẩm, Vỏ biển).
Thép không gỉ Martensitic (VÍ DỤ., 410) ít được hàn hơn do làm cứng, Nhưng làm nóng trước và ủ giảm thiểu rủi ro.
Chi phí xử lý: Đúc, Gia công, và hàn
Chi phí xử lý ưu tiên sắt dẻo trong hầu hết các kịch bản:
- Chi phí đúc: Đúc sắt dễ uốn rẻ hơn 30% 50% so với đúc bằng thép không gỉ, Do sử dụng năng lượng thấp hơn, Khuôn đơn giản hơn, và ít làm lại liên quan đến khiếm khuyết.
Ví dụ, Một cơ thể van 10kg có giá ~ 20 đô la 30 đô la cho Iron dễ uốn so với. $40- $ 60 cho thép không gỉ đúc (CF8). - Chi phí gia công: Gia công sắt dễ chịu thấp hơn 20 @% so với thép không gỉ, Là cuộc sống công cụ dài hơn (Các công cụ cacbua kéo dài 2 trận 3x) và tốc độ cắt nhanh hơn làm giảm chi phí lao động và công cụ.
- Chi phí hàn: Hàn sắt dẻo là 2 loại 3x3x hơn so với hàn thép không gỉ, Do điều trị trước/sau nhiệt và lao động chuyên ngành.
Tuy nhiên, Điều này được bù đắp bởi chi phí đúc và gia công bằng sắt dễ uốn trong hầu hết các ứng dụng.
8. Chi phí và tính sẵn có của sắt dẻo vs thép không gỉ
Nguyên liệu và chi phí sản xuất
- Sắt dễ uốn lợi ích từ chi phí nguyên liệu thấp hơn do quặng sắt phong phú và các yếu tố hợp kim đơn giản hơn (chủ yếu là carbon và magiê).
Điểm nóng chảy thấp hơn của nó (1,150Mạnh1,200 ° C.) Giảm tiêu thụ năng lượng trong quá trình tan chảy và đúc, dẫn đến sản xuất hiệu quả về chi phí. - thép không gỉ, bao gồm chủ yếu bằng sắt, crom, Niken, và molypden, có chi phí nguyên liệu cao hơn được thúc đẩy bởi các yếu tố hợp kim đắt tiền.
Điểm nóng chảy cao hơn của nó (1,400Mạnh1,530 ° C.) Tăng yêu cầu năng lượng, và xử lý phức tạp hơn (VÍ DỤ., khí quyển được kiểm soát, khuôn vật liệu chịu lửa) tăng thêm chi phí sản xuất.
Vòng đời và chi phí bảo trì
- Sắt dễ uốn Thường có chi phí ban đầu thấp hơn nhưng có thể phải chịu chi phí bảo trì cao hơn trong môi trường ăn mòn do lớp phủ hoặc lớp lót cần thiết để ngăn chặn sự rỉ sét và suy thoái.
- thép không gỉ lệnh giá trả trước cao hơn nhưng cung cấp khả năng chống ăn mòn vượt trội và tuổi thọ cao hơn, giảm tần suất bảo trì và chi phí liên quan, trong đó có thể biện minh cho khoản đầu tư ban đầu vào nhiều ứng dụng.
Các yếu tố chuỗi cung ứng và sẵn có
- Sắt dễ uốn Tận hưởng sự sẵn có rộng rãi trên toàn cầu, Với các ngành công nghiệp đúc trưởng thành có khả năng sản xuất một loạt các lớp và kích thước thành phần.
Thời gian dẫn đầu thường ngắn, và chuỗi cung ứng được thiết lập tốt. - thép không gỉ cũng có sẵn rộng rãi, Nhưng chuỗi cung ứng có thể bị ảnh hưởng bởi sự dao động trong thị trường niken và crom toàn cầu, Đổi giá và thời gian dẫn đầu.
Các lớp chuyên ngành có thể yêu cầu thời gian mua sắm lâu hơn do khối lượng sản xuất thấp hơn.
9. Tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật
Tiêu chuẩn sắt dễ uốn
- ASTM A536: Tiêu chuẩn chính chỉ định các tính chất cơ học, Thành phần hóa học, và các phương pháp thử nghiệm cho các vật đúc sắt dễ uốn.
Các lớp phổ biến bao gồm 60-40-18, 80-55-06, Và 100-70-03, xác định độ bền kéo, Sức mạnh năng suất, và yêu cầu kéo dài. - ISO 1083: Tiêu chuẩn quốc tế cho bàn ủi đúc than chì hình cầu (sắt dễ uốn), Chi tiết các lớp và tính chất cơ học.
- TRONG 1563: Tiêu chuẩn châu Âu bao gồm các vật đúc sắt dễ uốn với các giao thức thử nghiệm và chất lượng được chỉ định.
Tiêu chuẩn thép không gỉ
- ASTM A240: Bao gồm tấm thép không gỉ crom và crom-nickel, tờ giấy, và dải cho các tàu áp lực và các ứng dụng chung; Bao gồm các lớp 304, 316, và những người khác.
- ASTM A276: Chỉ định các thanh và hình dạng bằng thép không gỉ được sử dụng trong sản xuất.
- ASTM A351: Tiêu chuẩn cho các lớp thép không gỉ đúc, bao gồm CF8 (304 tương đương) và CF8M (316 tương đương), được sử dụng trong các van, bơm, và phụ kiện.
- ISO 15510: Chỉ định thành phần hóa học cho thép không gỉ quốc tế.
- TRONG 10088: Tiêu chuẩn châu Âu cho thành phần hóa học bằng thép không gỉ và tính chất cơ học.
10. Bảng so sánh tóm tắt
Tài sản / Tính năng | Sắt dễ uốn | thép không gỉ |
Sức mạnh cơ học | Độ bền kéo: 400Mạnh700 MPa | Độ bền kéo: 520Mạnh750 MPa |
Độ dẻo | Vừa phải (Kéo dài 10 trận18%) | Cao (Kéo dài 40 trận60%) |
Kháng ăn mòn | Vừa phải; Yêu cầu lớp phủ cho phương tiện truyền thông khắc nghiệt | Xuất sắc; Kháng ăn mòn vốn có |
Điện trở nhiệt | Dịch vụ nhiệt độ lên đến 450 ° C (lớp tiêu chuẩn) | Cao; lên đến 900 ° C cho 316 cấp |
Khả năng gia công | Xuất sắc; than chì đóng vai trò là chất bôi trơn | Từ trung bình đến nghèo; làm việc làm cứng các vấn đề |
Khả năng đúc | Xuất sắc; Điểm nóng chảy thấp, Tính trôi chảy tốt | Tốt; Điểm nóng chảy cao hơn, Rủi ro oxy hóa |
Khả năng hàn | Khó; Yêu cầu điều trị nhiệt trước/sau | Xuất sắc; Hàn dễ dàng với khí trơ |
Trị giá (Vật liệu & Xử lý) | Chi phí gia công và ban đầu thấp hơn | Chi phí gia công và ban đầu cao hơn |
Ứng dụng | Ống, Các bộ phận ô tô, Vỏ bơm | Chế biến thực phẩm, hóa chất, hàng hải, thuộc về y học |
Tiêu chuẩn | ASTM A536, ISO 1083, TRONG 1563 | ASTM A240, A351, ISO 15510, TRONG 10088 |
Tính tái chế & Bền vững | Khả năng tái chế cao; năng lượng vừa phải để tan chảy | Khả năng tái chế cao; Cường độ năng lượng cao hơn |
11. Phần kết luận
Cả hai bộ sắt có dẻo và thép không gỉ đều là vật liệu nền tảng trong kỹ thuật hiện đại. Sắt dễ uốn có hiệu quả về chi phí, mạnh, và lý tưởng cho các vật đúc và cơ sở hạ tầng quy mô lớn.
Thép không gỉ cung cấp khả năng chống ăn mòn vượt trội, kết thúc thẩm mỹ, và vệ sinh, Làm cho nó phù hợp cho các môi trường quan trọng trong đó độ bền và độ sạch là tối quan trọng.
Lựa chọn vật liệu nên dựa trên các điều kiện hoạt động, Mục tiêu chi phí, yêu cầu quy định, và kỳ vọng vòng đời.
Mỗi vật liệu vượt trội trong các lĩnh vực khác nhau, và các kỹ sư phải cân bằng hiệu suất với tính thực tế.
Câu hỏi thường gặp
Iron có thể thay thế thép không gỉ trong nước biển?
KHÔNG. Các vụ ăn mòn sắt dẻo không tráng ở mức 0,3, 0,5 mm/năm trong nước biển, kéo dài <5 năm. 316 Thép không gỉ kéo dài 30+ năm không tráng.
Thép không gỉ mạnh hơn sắt dẻo?
Thép không gỉ có độ bền kéo cao hơn (515 MPA vs. 414 MPA), Nhưng sắt dễ uốn cung cấp sức mạnh năng suất cao hơn (276 MPA vs. 205 MPA), Làm cho nó tốt hơn cho tải tĩnh.
Hiệu quả chi phí hơn cho các ống nước?
Sắt dễ uốn (Chi phí thô $ 1,5, 2,5/kg) là 50% rẻ hơn 304 Thép không gỉ cho ống nước ngọt, mặc dù 316 tốt hơn cho các khu vực ven biển với tiếp xúc với nước mặn.
Có thể hàn sắt có thể được hàn không?
Đúng, Nhưng đòi hỏi phải làm nóng trước (200Mùi300 ° C.) và các điện cực chuyên dụng để tránh bị nứt. Các khớp hàn có 50 p% sức mạnh của kim loại cơ bản.