Inox, còn được gọi là thép không gỉ (stainless steel), là một vật liệu đa năng và được sử dụng rộng rãi nhờ khả năng chống ăn mòn và ố màu. Tính chất đặc biệt này làm cho inox trở thành một vật liệu quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, từ xây dựng đến các thiết bị gia dụng. Bài viết này sẽ đi sâu vào thành phần hóa học, lịch sử, quy trình sản xuất, tính chất từ tính, ứng dụng và nguồn tài nguyên của vật liệu inox.
* Lưu ý: inox và thép không gỉ là hai từ đồng nghĩa, chỉ chung một loại vật liệu. Ở Việt Nam từ inox được dùng nhiều hơn trong cuộc sống đời thường.
I. THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA INOX
Vật liệu inox chủ yếu là hợp kim của sắt và carbon, nhưng điều làm cho nó khác biệt so với thép thông thường là hàm lượng crom. Thành phần cơ bản của thép không gỉ bao gồm:
1. Sắt (Fe): Là thành phần chính, chiếm phần lớn hợp kim (65%-75%).
2. Crom (Cr): Thông thường từ 10,5% đến 30%, crom là nguyên tố cung cấp cho inox khả năng chống ăn mòn. Nó tạo ra một lớp oxit crom trên bề mặt, ngăn chặn quá trình oxy hóa thêm.
3. Niken (Ni): Thường được thêm vào để tăng cường khả năng chống ăn mòn và cải thiện tính chất cơ học của hợp kim. Tỷ lệ niken có thể từ 8% đến 10% trong thép không gỉ austenitic.
4. Carbon (C): Có mặt với lượng nhỏ, thường dưới 1%. Nó cải thiện độ cứng và độ bền nhưng phải được kiểm soát cẩn thận để tránh giòn quá mức.
5. Mangan (Mn): Cải thiện độ dai và độ bền. Nó cũng giúp khử oxy trong quá trình sản xuất thép.
6. Molypden (Mo): Được thêm vào để tăng cường khả năng chống ăn mòn ở những môi trường có clorua. Nó thường có trong thép không gỉ dùng cho hải quân.
7. Các nguyên tố khác: Silicon (Si), nitơ (N) và đôi khi các nguyên tố như titan (Ti), niobi (Nb) và vanadi (V) được thêm vào để đạt được các tính chất cụ thể.
* Giải Đáp Nhanh: Inox có phải là kim loại không? Không, inox là hợp kim của sắt, crom, niken, carbon, mangan, molypden, vv.
II. LỊCH SỬ CỦA QUÁ TRÌNH TÌM RA INOX
Phát minh ra inox/thép không gỉ được cho là của Harry Brearley, một nhà luyện kim người Anh, vào năm 1913. Brearley được giao nhiệm vụ tìm kiếm một vật liệu chống ăn mòn cho các nòng súng. Qua các thí nghiệm của mình, ông phát hiện ra rằng việc thêm crom vào thép đã cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn của nó. Công việc của ông dẫn đến sự phát triển của loại thép không gỉ martensitic đầu tiên, được biết đến với tên gọi “thép không rỉ”.
Đầu thế kỷ 20, các nhà luyện kim ở Đức và Hoa Kỳ đã độc lập phát hiện ra lợi ích của việc thêm niken vào hợp kim, dẫn đến sự ra đời của thép không gỉ austenitic, kết hợp khả năng chống ăn mòn tuyệt vời với tính dễ dàng tạo hình và hàn.
III. QUY TRÌNH TẠO RA INOX
Quy trình sản xuất inox/thép không gỉ bao gồm các bước chính sau:
1. Nấu Chảy: Các nguyên liệu thô, bao gồm quặng sắt, crom, niken và các nguyên tố hợp kim khác, được nấu chảy cùng nhau trong lò hồ quang điện (EAF) hoặc lò thổi oxy cơ bản (BOF). Kim loại nóng chảy sau đó được tinh chế để loại bỏ tạp chất.
2. Đúc: Thép không gỉ nóng chảy được đúc thành các dạng bán thành phẩm như tấm, thanh hoặc phôi. Quá trình này có thể được thực hiện bằng phương pháp đúc liên tục hoặc đúc khuôn.
3. Cán Nóng: Các dạng bán thành phẩm được đun nóng và đi qua các nhà máy cán để tạo ra các tấm, tấm mỏng, thanh và các hình dạng khác. Cán nóng cải thiện các tính chất cơ học và chất lượng bề mặt của thép.
4. Ủ: Thép không gỉ cán được ủ (đun nóng và làm nguội) để giảm căng thẳng bên trong, tăng độ dẻo dai và đạt được cấu trúc vi mô mong muốn. Quá trình ủ thường được tiếp theo bởi quá trình tẩy, trong đó thép được xử lý bằng axit để loại bỏ các vết gỉ và tạp chất.
5. Cán Lạnh: Đối với các sản phẩm yêu cầu kích thước chính xác và bề mặt hoàn thiện mịn, thép sẽ trải qua quá trình cán lạnh, bao gồm cán ở nhiệt độ phòng.
6. Hoàn Thiện: Thép không gỉ được xử lý qua các quy trình hoàn thiện khác nhau như đánh bóng, mài và tráng để đạt được vẻ ngoài và đặc tính bề mặt mong muốn.
7. Kiểm Soát Chất Lượng: Việc kiểm tra và kiểm tra nghiêm ngặt đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đáp ứng các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật yêu cầu.
IV. VÌ SAO NAM CHÂM KHÔNG HÚT INOX DÙ THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA INOX LÀ SẮT?
TỶ LỆ SẮT TRONG INOX
Thép không gỉ, hay inox, thường chứa một tỷ lệ cao sắt. Tỷ lệ chính xác có thể thay đổi tùy thuộc vào loại thép không gỉ cụ thể, nhưng thường dao động từ khoảng 65% đến 75%. Thành phần còn lại bao gồm crom, niken, carbon và các nguyên tố hợp kim khác đóng góp vào các tính chất độc đáo của thép không gỉ.
TÍNH CHẤT TỪ TÍNH CỦA INOX
Mặc dù chứa một tỷ lệ cao sắt, không phải tất cả các loại thép không gỉ đều có từ tính. Tính chất từ tính của thép không gỉ phụ thuộc vào cấu trúc vi mô của nó, có thể được phân loại thành ba loại chính: austenitic, ferritic và martensitic.
1. Thép không gỉ Austenitic:
– Thành phần: Loại này thường chứa khoảng 16-26% crom và 6-22% niken. Các loại phổ biến bao gồm thép không gỉ 304 và 316.
– Cấu trúc vi mô: Thép không gỉ austenitic có cấu trúc tinh thể lập phương mặt tâm (FCC).
– Tính chất từ tính: Chúng thường không có từ tính ở trạng thái ủ. Sự thêm vào của niken ổn định cấu trúc austenitic, mà không có từ tính.
– Ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong thiết bị nhà bếp, thiết bị y tế và ngành công nghiệp chế biến thực phẩm do khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và không có từ tính.
2. Thép không gỉ Ferritic:
– Thành phần: Chứa khoảng 10,5-27% crom, với rất ít hoặc không có niken. Các loại phổ biến bao gồm thép không gỉ 430.
– Cấu trúc vi mô: Thép không gỉ ferritic có cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối (BCC).
– Tính chất từ tính: Chúng có từ tính do hàm lượng sắt và cấu trúc BCC.
– Ứng dụng: Được sử dụng trong hệ thống xả ô tô, thiết bị công nghiệp và trang trí, nơi mà khả năng chống ăn mòn trung bình và tính chất từ tính là chấp nhận được.
3. Thép không gỉ Martensitic:
– Thành phần: Thường chứa khoảng 12-18% crom, với hàm lượng carbon cao hơn so với thép austenitic và ferritic. Các loại phổ biến bao gồm thép không gỉ 410 và 420.
– Cấu trúc vi mô: Thép không gỉ martensitic có cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối (BCT).
– Tính chất từ tính: Chúng có từ tính và có thể được làm cứng bằng cách xử lý nhiệt.
– Ứng dụng: Được sử dụng trong dao kéo, dụng cụ phẫu thuật và lưỡi công nghiệp do độ cứng và tính chất từ tính của chúng.
TẠI SAO MỘT SỐ LOẠI INOX KHÔNG CÓ TỪ TÍNH
Tính chất không từ tính của thép không gỉ austenitic chủ yếu là do cấu trúc tinh thể của chúng và sự hiện diện của các nguyên tố hợp kim như niken. Niken ổn định cấu trúc austenitic, ngăn chặn nó biến đổi thành pha từ tính ở nhiệt độ phòng. Mặc dù những loại thép này chứa một lượng lớn sắt, cấu trúc tinh thể FCC không cho phép các tính chất từ tính thường thấy ở sắt.
Ngược lại, thép không gỉ ferritic và martensitic, có cấu trúc BCC hoặc BCT, có tính từ tính vì các cấu trúc này cho phép các miền từ tính sắp xếp, tạo thành vật liệu có từ tính.
V. ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU INOX
Các tính chất đặc biệt của thép không gỉ làm cho nó phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau:
1. Xây Dựng: Sử dụng trong mặt dựng tòa nhà, mái nhà và các thành phần cấu trúc nhờ độ bền và vẻ ngoài thẩm mỹ.
2. Ô Tô và Hàng Không: Được sử dụng trong sản xuất hệ thống xả, tấm thân xe và các thành phần máy bay do độ bền và khả năng chống ăn mòn.
3. Thiết Bị Y Tế: Sử dụng trong các dụng cụ phẫu thuật, cấy ghép và thiết bị y tế do tính tương thích sinh học và dễ dàng tiệt trùng.
4. Ngành Công Nghiệp Thực Phẩm và Đồ Uống: Sử dụng trong thiết bị chế biến, bể chứa và dụng cụ nhà bếp vì không phản ứng với thực phẩm và dễ dàng làm sạch.
5. Ngành Công Nghiệp Hóa Chất và Dầu Khí: Ứng dụng trong sản xuất các bể chứa, đường ống và lò phản ứng vì khả năng chống lại hóa chất ăn mòn.
6. Ngành Năng Lượng: Sử dụng trong các nhà máy điện, lò phản ứng hạt nhân và hệ thống năng lượng tái tạo do khả năng chịu được nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn.
7. Hàng Tiêu Dùng: Tìm thấy trong các thiết bị gia dụng, dụng cụ và đồ trang sức nhờ vẻ ngoài thẩm mỹ và độ bền.
VI. SẢN LƯỢNG VÀ NGUỒN CUNG CỦA INOX
Sản xuất thép không gỉ dựa vào sự sẵn có của các nguyên liệu thô quan trọng, đặc biệt là quặng sắt, crom và niken. Các nguyên liệu này được khai thác trên toàn cầu, với các nhà sản xuất chính bao gồm Trung Quốc, Nam Phi và Nga.
Thép không gỉ có khả năng tái chế cao, và ngành công nghiệp này cam kết với các thực hành bền vững. Thép không gỉ tái chế, hay phế liệu, đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất, giảm nhu cầu về nguyên liệu thô mới và giảm thiểu tác động môi trường. Quá trình tái chế cũng tiết kiệm năng lượng, vì nấu chảy phế liệu cần ít năng lượng hơn so với sản xuất thép không gỉ từ quặng thô.
Thị trường thép không gỉ toàn cầu đã chứng kiến sự tăng trưởng đều đặn nhờ nhu cầu ngày càng tăng từ các ngành công nghiệp khác nhau. Những đổi mới trong kỹ thuật sản xuất và thành phần hợp kim tiếp tục mở rộng các ứng dụng của nó, thúc đẩy nhu cầu thêm.
LỜI KẾT
Vật liệu inox, hay thép không gỉ, là một vật liệu không thể thiếu trong xã hội hiện đại. Sự kết hợp độc đáo của độ bền, độ dai và khả năng chống ăn mòn làm cho nó lý tưởng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Hiểu được thành phần hóa học, lịch sử, quy trình sản xuất và nguồn tài nguyên của nó nhấn mạnh tầm quan trọng của hợp kim đáng chú ý này. Khi các ngành công nghiệp tiếp tục đổi mới và nhu cầu về các vật liệu bền vững tăng lên, thép không gỉ chắc chắn sẽ vẫn là một thành phần quan trọng trong việc định hình tương lai của chúng ta.
HẾT
Đọc thêm về inox: https://vi.wikipedia.org/wiki/Thép_không_gỉ
Đọc thêm bài về kiến thức: https://saobangchannel.com/category/kham-pha/kien-thuc/
