Inox 316/316L: Giải pháp chống ăn mòn tối ưu cho biển và hóa chất

Inox 316/316L là mác thép không gỉ austenitic tăng cường molypden (Mo), nổi tiếng nhờ khả năng chống rỗ pitting và kẽ crevice vượt trội trong môi trường biển, nước mặn, clo và nhiều hóa chất công nghiệp. Bài viết này cung cấp một hướng dẫn kỹ thuật đầy đủ: thành phần, cơ chế chống ăn mòn, so sánh với 304/2205/904L, tiêu chuẩn, hàn-gia công, và khuyến nghị chọn vật liệu theo điều kiện làm việc. Chủ đề này là một mảnh ghép quan trọng trong bức tranh “Phân tích Chuyên sâu về các Mác Inox Phổ biến”, nhưng hoàn toàn đứng độc lập để bạn ra quyết định kỹ thuật tự tin.

Thành phần, ký hiệu và vai trò của molypden

– Ký hiệu quốc tế:
– UNS S31600 (316), S31603 (316L)
– EN 1.4401 (316), 1.4404 (316L), 1.4435 (316L Mo cao), 1.4436 (316 Mo cao)
– Tiêu chuẩn sản phẩm thường gặp: ASTM A240 (tấm/cuộn), A312 (ống hàn/đúc), A270 (ống vi sinh), A276 (thanh), A182 (mặt bích), A403 (co, tê, cút), EN 10088.
– Thành phần điển hình (% khối lượng):
– Cr 16.5–18.5; Ni 10–13; Mo 2.0–2.5 (có mác nâng Mo tới ~2.7–3.0); Mn ≤2; Si ≤1; N 0.03–0.10; C ≤0.08 (316), ≤0.03 (316L).
– Vai trò Mo và N:
– Mo tăng mạnh khả năng chống rỗ/kẽ trong môi trường chứa ion Cl−, tăng ổn định màng thụ động.
– N (khi có) tăng bền chảy và cải thiện chống ăn mòn cục bộ.
– Chỉ số PREN (Pitting Resistance Equivalent Number):
– Công thức gần đúng: PREN = %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N.
– 316/316L điển hình: PREN ≈ 24–26 (cao hơn 304: ~18–19).
– So sánh tham chiếu: 2205 duplex ≈ 34–36; 904L ≈ 34–36; 254SMO ≈ 43–46.

Cơ chế và hành vi chống ăn mòn trong thực tế

Màng thụ động và ăn mòn cục bộ

– Lớp thụ động Cr2O3 hình thành tự nhiên, được Mo ổn định trong môi trường có Cl−.
– 316/316L vượt trội 304 ở:
– Rỗ pitting: khởi phát tại khuyết tật bề mặt, tạp chất, vết xước.
– Ăn mòn kẽ crevice: tại mối chồng, gioăng, bulong, khe lắp.
– Nhiệt độ rỗ tới hạn (CPT, thử G48) tham khảo:
– 316/316L: ~10–20°C; 2205: ~25–30°C; 904L: ~25–35°C; 254SMO: >50°C.

Giới hạn clorua theo điều kiện phục vụ (gợi ý thực hành)

– Môi trường, nhiệt độ, bề mặt và thiết kế ảnh hưởng mạnh. Quy tắc ngón tay cái ở điều kiện sạch, bề mặt mịn:
– Nước chứa Cl− ở nhiệt độ phòng, dòng chảy tốt, ít kẽ: 316/316L có thể chịu ≈ 200–1,000 ppm Cl−.
– Có kẽ, lắng muối, nước tù/ấm (>30–40°C): giới hạn thấp hơn đáng kể; cân nhắc 2205/904L.
– Tiếp xúc gián đoạn với sương muối ven biển (không ngập): 316/316L hoạt động tốt nếu bề mặt mịn và có vệ sinh định kỳ.
– Lưu ý: bất kỳ nồng độ HCl hoặc FeCl3 đều nguy hiểm; 316/316L không phù hợp.

Ứng suất – nứt SCC do clorua

– 316/316L có chống SCC tốt hơn 304 nhưng vẫn nhạy khi:
– T > 50–60°C, Cl− hiện diện, có ứng suất kéo (hàn, uốn, lắp).
– Giải pháp: giảm nhiệt độ dịch, ủ giảm ứng suất khi khả thi, chọn 2205/2507 khi rủi ro SCC cao.

Ăn mòn điện hóa (galvanic) trong biển

– Tránh ghép với thép carbon, kẽm, nhôm trong nước mặn. Nếu buộc phải ghép:
– Dùng đệm cách điện, sơn cách điện, hoặc chọn toàn bộ hệ cùng vật liệu.
– Ưu tiên bắt vít/neo cũng bằng 316/316L.

Tea-staining (ố nâu) ven biển

– Không phải ăn mòn xuyên sâu nhưng ảnh hưởng thẩm mỹ. Giảm thiểu bằng:
– Bề mặt mịn (No. 2B + electropolish hoặc Satin/HL có Ra thấp), tránh xước.
– Rửa nước ngọt định kỳ (2–4 tuần/lần trong phạm vi 5 km bờ biển).
– Loại bỏ “heat tint” sau hàn bằng tẩy pickling + passivation.

316 vs 316L vs 316Ti và so sánh với 304/2205/904L

– 316 vs 316L:
– 316L có C ≤0.03% giảm nhạy cảm kết tủa carbide (450–850°C), chống ăn mòn liên tinh sau hàn tốt hơn.
– Cơ tính 316 cao hơn nhẹ (tối thiểu), nhưng trong thực tế hàng “dual-certified 316/316L” rất phổ biến, đáp ứng cả hai.
– 316Ti (EN 1.4571):
– Ổn định Ti chống kết tủa carbide ở nhiệt cao, phù hợp cho nhiệt độ liên tục 400–800°C; phổ biến ở EU. Chống rỗ không hơn 316L.
– So sánh nhanh theo ứng dụng:
– 304/304L: nội thất, môi trường sạch, Cl− thấp; ven biển dễ ố/rỗ.
– 316/316L: tiêu chuẩn cho biển, nước mặn loãng, hóa chất nhẹ–trung bình, F&B/dược (316L).
– 2205 duplex: Cl− cao, nhiệt >40°C, SCC đáng lo, tải cơ học cao.
– 904L/super austenitic: acid mạnh (H2SO4), Cl− rất cao, yêu cầu CPT cao; chi phí lớn.

Hiệu năng trong môi trường biển: từ ven bờ đến ngập mặn

– Vùng phun sóng/sương muối (atmospheric marine):
– 316/316L phù hợp cho lan can, vỏ bọc, bulong, thang, bơm, tủ điện ngoài trời.
– Chọn bề mặt mịn, hạn chế khe, thoát nước tốt, vệ sinh định kỳ.
– Ngập mặn liên tục:
– 316/316L dùng được cho nước biển mát và sạch, tốc độ chảy ≥1 m/s giúp giảm cặn bám.
– Khu vực lắng bẩn, nước ấm (>30°C), bề mặt có kẽ: cân nhắc 2205 trở lên.
– RO/Desalination:
– 316L cho nước cấp sơ bộ/khung, ống áp lực cao thường dùng duplex/super austenitic.
– Tháp giải nhiệt:
– 316/316L dùng tốt ở vòng nước có Cl− kiểm soát; nếu nhiệt và Cl− cao, ưu tiên 2205.

Khả năng chịu hóa chất điển hình

– Axit:
– HNO3: rất tốt ở mọi nồng độ nhiệt độ thấp–trung bình.
– H2SO4: tốt đến trung bình ở <20% và nhiệt thấp; 904L tốt hơn nếu đậm đặc/nóng. - H3PO4: sử dụng được ở nhiệt độ phòng đến trung bình, nồng độ vừa. - HCl: không khuyến nghị ở mọi nồng độ; nguy cơ rỗ/đục nhanh. - Axit hữu cơ (axetic, formic): 316/316L tốt, đặc biệt trong F&B/dược. - Kiềm: - NaOH/KOH: tốt tới nhiệt độ tương đối cao, tránh tạp Cl− và kẽ hở. - Muối: - Clorua sắt, đồng: rất ăn mòn; tránh tiếp xúc. - Dung môi hữu cơ: nói chung trơ; chú ý phụ gia halogen. Khuyến cáo: luôn kiểm tra biểu đồ tương thích hóa học theo nồng độ, nhiệt độ, khuấy trộn và tạp chất.

Tính chất cơ học và vật lý quan trọng

– Cơ tính tối thiểu (tấm theo ASTM A240, ở trạng thái ủ):
– 316: Rm ≥ 515 MPa; Rp0.2 ≥ 205 MPa; A5 ≥ 40%.
– 316L: Rm ≥ 485 MPa; Rp0.2 ≥ 170 MPa; A5 ≥ 40%.
– Độ cứng tối đa: ~217 HB (~95 HRB).
– Tính chất vật lý:
– Khối lượng riêng ~8.0 g/cm3; Mô đun đàn hồi ~193 GPa.
– Hệ số giãn nở nhiệt ~16 µm/m·K (20–100°C).
– Dẫn nhiệt ~16 W/m·K (ở 100°C); Điện trở suất ~0.74 µΩ·m.
– Từ tính: gần như không từ ở trạng thái ủ; có thể nhiễm từ nhẹ sau cán/định hình nguội.
– Nhiệt độ làm việc cao:
– Khả năng chịu oxy hóa tốt tới ~870°C gián đoạn. 316L có độ bền nhiệt thấp hơn 316 tại nhiệt độ cao kéo dài; nếu làm việc lâu dài 400–800°C cân nhắc 316Ti.

Hàn, xử lý bề mặt và gia công

– Hàn:
– Vật liệu hàn: ER316L/316LSi (GMAW/GTAW); que 316L cho SMAW; dùng khí Ar, back purging trong ống để tránh “sugaring”.
– Kiểm soát nhiệt đầu vào, tránh quá nhiệt; mục tiêu ferrite số FN ~3–10 trong kim loại hàn để hạn chế nứt nóng.
– 316L giảm nguy cơ ăn mòn liên tinh sau hàn; không cần PWHT trong đa số ứng dụng.
– Xử lý sau hàn:
– Loại bỏ màu nhiệt (heat tint) bằng pickling (hỗn HNO3/HF) hoặc cơ học + passivation (HNO3/citric) để khôi phục lớp thụ động.
– Electropolish tăng mịn bề mặt, cải thiện chống rỗ và vệ sinh CIP.
– Gia công – tạo hình:
– Austenitic có độ dẻo cao, dễ uốn; dự phòng springback lớn hơn thép carbon 50–60%.
– Cắt plasma/laser tốt; khoan/taro dùng dung dịch cắt không chứa Cl−.
– Bán kính uốn khuyến nghị ≥ 1×t (tùy chiều cán, trạng thái nguội).

Tiêu chuẩn, dạng hàng và kiểm định

– Dạng cung cấp:
– Tấm/cuộn 2B, BA, No.4/HL, gương; dải độ dày phổ biến 0.5–50 mm.
– Ống hàn/đúc A312 TP316/316L; ống vi sinh A270 316L (bề mặt nội Ra ≤0.8–0.4 µm).
– Thanh tròn/lục giác A276; mặt bích A182; phụ kiện A403.
– Chứng chỉ và kiểm tra:
– Chứng chỉ vật liệu EN 10204 3.1; PMI xác nhận thành phần (đặc biệt Mo).
– Kiểm soát độ nhám bề mặt cho F&B/dược theo ASME BPE khi cần.
– Dual certification:
– Nhiều nhà máy cấp 316L đạt cơ tính 316 (được ghi “316/316L”), thuận lợi cho hầu hết dự án.

Hướng dẫn lựa chọn nhanh theo điều kiện

– Ven biển, kiến trúc ngoài trời:
– 316/316L + bề mặt mịn + vệ sinh định kỳ. Vùng phun sóng mạnh/thiếu bảo trì: cân nhắc 2205.
– Đường ống/dụng cụ tiếp xúc nước biển mát, sạch:
– 316L phù hợp; có kẽ/đọng bẩn/ấm: 2205.
– Hóa chất:
– Axit hữu cơ/photphoric loãng – 316/316L.
– H2SO4 đặc/ấm – 904L hoặc siêu austenitic.
– Môi trường chứa HCl/FeCl3 – tránh austenitic Mo thấp; chọn hợp kim cao cấp.
– Nhiệt > 60°C và Cl− đáng kể:
– Ưu tiên duplex (2205/2507) để giảm SCC và tăng CPT.
– Hàn nhiều, yêu cầu vệ sinh/CIP:
– 316L (ống vi sinh A270), mối hàn được pickling/passivation, Ra đáp ứng tiêu chuẩn.

Ứng dụng thực tế tại Việt Nam

– Công trình ven biển: lan can, bu lông neo, thang, bậc cầu cảng tại Hải Phòng, Quảng Ninh, Đà Nẵng; ưu tiên 316/316L hoàn thiện mịn, vệ sinh định kỳ.
– Hệ RO – nước lợ/nước mặn: khung, ống góp tiền xử lý bằng 316L; mạch cao áp thường dùng duplex.
– F&B/dược phẩm: bồn, ống vi sinh 316L, mối hàn nội bóng, Ra ≤0.8–0.4 µm, CIP NaOH/HNO3.
– Hóa chất: bồn chứa axit hữu cơ, phân bón lỏng, thiết bị trao đổi nhiệt nước muối.

Chi phí và tính sẵn có

– 316/316L đắt hơn 304 khoảng 20–40% do chứa Mo và Ni cao; biến động theo chỉ số Ni/Mo.
– Hàng 316L dual-certified phổ biến, rút ngắn thời gian giao; dạng tấm 2B/No.4 và ống A312 TP316L sẵn kho rộng rãi.
– Tối ưu chi phí bằng:
– Chỉ định bề mặt phù hợp (không quá mức), thiết kế hạn chế kẽ, kế hoạch vệ sinh – thường rẻ hơn nâng mác lên 2205/904L.

Kinh nghiệm thiết kế – lắp đặt để tối đa hóa tuổi thọ

– Tránh khe kẽ, bảo đảm thoát nước, hướng bề mặt đứng thay vì nằm ngang giữ muối.
– Dùng phụ kiện, bulong cùng mác 316/316L; cách điện khi lắp vào thép carbon.
– Rửa nước ngọt định kỳ tại vùng biển; loại bỏ bụi xi măng/Fe sau thi công.
– Kiểm soát quy trình hàn, bắt buộc xử lý heat tint và passivation.

Kết luận

Inox 316/316L là lựa chọn chuẩn cho môi trường biển và nhiều hóa chất nhờ Mo tăng cường chống rỗ/kẽ, khả năng hàn tốt và tính sẵn có rộng rãi. 316L vượt trội trong các kết cấu hàn, yêu cầu vệ sinh, còn 316Ti phù hợp khi làm việc lâu dài vùng 400–800°C. Tuy nhiên, khi nhiệt độ cao và clorua lớn hoặc rủi ro SCC nghiêm trọng, duplex 2205 hay austenitic cao cấp (904L, 254SMO) mới là phương án bền vững. Hãy kết hợp lựa chọn mác đúng, bề mặt mịn, thiết kế giảm kẽ và bảo trì định kỳ; đó là chìa khóa để khai thác tối đa tuổi thọ và tối ưu chi phí vòng đời của 316/316L trong môi trường biển và hóa chất.