Vì sao inox 316L không thể thiếu trong công nghiệp đóng tàu

Inox 316L từ lâu được xem là “chuẩn” cho môi trường biển nhờ khả năng chống ăn mòn clorua, dễ hàn, độ tin cậy cao và tính sẵn có toàn cầu. Trong bức tranh rộng hơn của inox cho công nghiệp nặng, 316L là vật liệu nền tảng của đóng tàu hiện đại vì tối ưu giữa hiệu năng và chi phí vòng đời. Bài viết này phân tích toàn diện lý do 316L là vật liệu gần như không thể thay thế trên tàu và giàn nổi, kèm chuẩn mực, ứng dụng, giới hạn và lưu ý kỹ thuật để bạn triển khai đúng ngay từ đầu.

Thành phần, cơ chế chống ăn mòn và ý nghĩa của “L”

– Mác thép: ASTM/ASME 316L; EN 1.4404; UNS S31603.
– Thành phần điển hình: Cr 16.5–18.5%, Ni 10–13%, Mo 2.0–2.5%, C ≤ 0.03%, N ~0.05%. Molypden (Mo) là “chìa khóa” tăng cường khả năng chống rỗ (pitting) và ăn mòn kẽ hở trong nước biển.
– Chỉ số PREN (Pitting Resistance Equivalent Number): PREN = %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N. 316L thường đạt ~24–26, cao hơn 304 (~18–19), cho thấy khả năng kháng rỗ tốt hơn trong dung dịch clorua.
– “L” = Low Carbon: Hàm lượng C ≤ 0.03% giúp hạn chế kết tủa cacbit Cr ở 450–850°C, chống ăn mòn tinh giới sau hàn. Nhờ đó, 316L hàn được các kết cấu dày mà không cần xử lý nhiệt sau hàn trong đa số trường hợp.

Tác động trong môi trường biển:
– Nước biển giàu ion Cl- gây rỗ, ăn mòn kẽ hở và nứt do ứng suất (SCC). Nhờ Mo và N, 316L kháng rỗ/ăn mòn kẽ hở vượt trội so với 304, đặc biệt ở vùng bắn tóe (splash zone) và hệ thống nước biển tuần hoàn.
– SCC clorua: Austenit nói chung nhạy cảm khi nhiệt độ > 60°C. 316L chịu SCC tốt hơn 304 nhưng vẫn có giới hạn; thiết kế và kiểm soát nhiệt độ, ứng suất là quan trọng.

Nguồn kỹ thuật: Outokumpu Datasheet 316/316L; Nickel Institute – Stainless Steels in Marine Environments; IMOA – Molybdenum in Stainless Steels.

Tính chất cơ học, độ tin cậy và gia công

– Cơ tính điển hình (tấm ASTM A240): Rp0.2 ≥ 170 MPa; Rm ≥ 485 MPa; δ ≥ 40%; độ bền va đập và độ dai tốt đến nhiệt độ thấp (cryogenic).
– Hàn: GTAW/TIG, GMAW/MIG, SMAW; dùng que/kim ER316L, E316L-xx hoặc 316LSi (GMAW) để chống nứt nóng và duy trì khả năng chống ăn mòn.
– Gia công: Dễ uốn, cán, dập; gần như không nhiễm từ (có thể hơi nhiễm từ sau biến dạng nguội).
– Bề mặt: No.1 (cán nóng tẩy), 2B/2D (cán nguội). Sau chế tạo cần tẩy gỉ–thụ động hóa để tái tạo lớp màng thụ động Cr2O3.

Chuẩn và sản phẩm:
– Tấm/cuộn: ASTM A240; Ống hàn/đúc: ASTM A312/A358; Thanh: ASTM A276.
– Chứng nhận được các đăng kiểm hàng hải (ABS, DNV, LR) chấp thuận trong nhiều hạng mục hệ thống.

Ứng dụng điển hình trên tàu và giàn

– Hệ thống nước biển: Ống hút/xả, bộ lọc (strainer), vỏ bơm, ống làm mát, hệ thống HVAC sử dụng nước biển.
– Hệ thống ballast/bilge, nước rửa boong, cứu hỏa nước biển (chú ý thiết kế tránh kẽ hở).
– Thiết bị trao đổi nhiệt vỏ–ống, két chứa nước ngọt/nước xám, bồn hóa chất nhẹ.
– Phụ kiện boong: Lan can, cáp, bulông/ốc, cầu thang, giằng, nắp hầm.
– Khu vực bếp và xử lý thực phẩm: bề mặt chế biến, bồn rửa – tận dụng khả năng vệ sinh, chống bám bẩn của inox 316L.
– Hệ thống xả/scrubber: nhiều đường ống phụ trợ dùng 316L; riêng vùng nước rửa có pH thấp và clorua cao có thể cần hợp kim cao hơn (254 SMO/6Mo, hợp kim Ni).

Lợi ích vòng đời:
– So với thép carbon sơn phủ, 316L giảm chu kỳ sơn/phủ lại và dừng tàu, kéo dài tuổi thọ thiết bị trong môi trường biển → tổng chi phí vòng đời (LCC) thấp hơn trong 10–20 năm, đặc biệt cho ống và phụ kiện ngoài boong (Nickel Institute, IMOA).

316L so với 304, 316 (C cao) và các lựa chọn cao cấp

– 316L vs 304: 316L có Mo → kháng rỗ/kẽ hở vượt trội, là lựa chọn an toàn cho nước biển. 304 thường rỗ nhanh trong vùng nước biển lưu động hoặc mặn gió.
– 316L vs 316: Thành phần hợp kim tương đương nhưng 316 có C cao hơn (≤0.08%), dễ nhạy cảm ăn mòn tinh giới sau hàn ở mối hàn dày. 316L giảm rủi ro này → “chuẩn” cho kết cấu hàn trong đóng tàu.
– Khi nào cần hơn 316L:
– Nước biển ấm, đọng/stagnant, nhiều kẽ hở → xét Duplex 2205 (PREN ~35, bền cao, tốt cho ống áp lực), hoặc 904L/6Mo cho môi trường clorua rất khắc nghiệt.
– Nhiệt độ > 60°C trong clorua và có ứng suất kéo cao → cân nhắc Duplex/Titanium để giảm SCC.

Giới hạn sử dụng và lưu ý thiết kế quan trọng

– Tránh kẽ hở: mối ghép mặt bích, gioăng, kẹp ôm, mối hàn không mài nhẵn → là điểm khởi phát ăn mòn kẽ hở. Thiết kế bề mặt thoát nước tốt, bo mép lớn, mối hàn liên tục, mài nhẵn và thụ động hóa.
– Kiểm soát nước: Ưu tiên dòng chảy liên tục, hạn chế đọng nước biển ấm. Tránh nước biển lẫn cát/bùn gây xói mòn; lắp lọc kép ở đầu hút.
– Chống SCC: Hạn chế nhiệt độ dịch clorua > 60°C; giảm ứng suất dư (kiểm soát biến dạng nguội, quy trình hàn); dùng cách nhiệt ít clorua, khô ráo.
– Vệ sinh và bảo trì: Rửa nước ngọt định kỳ ở vùng bắn tóe; tránh hóa chất tẩy rửa chứa clorua cao; sửa chữa sơn điểm tại khu vực cặp kề kim loại khác để hạn chế ăn mòn điện hóa.
– Thử kín/hydrotest: Dùng nước sạch, Cl- thấp (<30–50 ppm), pH trung tính; xả cạn và sấy khô ngay sau thử.

Quy trình hàn/chế tạo đạt chuẩn hàng hải

Vật liệu hàn và tham số

– Vật liệu hàn: ER/E308L không phù hợp; chọn ER316L/316LSi, E316L-17 để duy trì Mo trong kim loại mối hàn.
– Ferrite trong mối hàn: một lượng nhỏ δ-ferrite (~3–10%) giúp chống nứt nóng; điều chỉnh qua que/kim và chế độ hàn.
– Nhiệt vào: Trung bình–thấp, hạn chế vùng ảnh hưởng nhiệt quá rộng; làm sạch giữa các pass.

Xử lý sau hàn và hoàn thiện

– Tẩy gỉ–thụ động hóa bằng gel/paste hoặc bể; rửa kỹ; kiểm tra độ sạch bề mặt (không để nhiễm sắt từ dụng cụ thép carbon).
– Kiểm tra: PMI xác nhận mác (Mo/Ni); kiểm tra rỗ bề mặt; NDT tại vị trí chịu áp; thử áp theo tiêu chuẩn hệ thống.

Tiêu chuẩn, chứng chỉ và lưu ý mua hàng tại Việt Nam

– Quy cách gọi hàng:
– Tấm/cuộn: ASTM A240 316L; EN 1.4404.
– Ống: ASTM A312 TP316L (hàn/đúc); phụ kiện: ASTM A403 WP316L.
– Thanh/tròn: ASTM A276 316L.
– Chứng chỉ: EN 10204 3.1; yêu cầu heat number truy xuất; có phê duyệt đăng kiểm (ABS/DNV/LR) nếu dùng cho hạng mục chịu quy định.
– Thông số đặt hàng: chiều dày/đường kính/SDR, bề mặt (No.1, 2B), tolerances, pickled & passivated. Với ống nước biển, ưu tiên bề mặt tẩy sạch và thụ động hóa tại xưởng.
– Kiểm tra nhận hàng: PMI tại kho, kiểm tra bề mặt rỗ/va đập, chứng chỉ cơ–lý–hóa đạt chuẩn; lưu kho khô ráo, tách khỏi vật liệu có chứa clorua.

Ví dụ thực tế và hiệu quả kinh tế

– Hệ ống nước biển làm mát trên tàu dịch vụ ngoài khơi: chuyển từ thép carbon sơn phủ sang 316L giúp tăng chu kỳ thay thế từ ~3–5 năm lên 10–15 năm (tùy lưu tốc, nhiệt độ, vệ sinh), giảm đáng kể chi phí dừng tàu và nhân công bảo trì. Nickel Institute và IMOA ghi nhận xu hướng LCC của inox austenit có lợi khi điều kiện clorua trung bình và thiết kế hạn chế kẽ hở.

Khi nào 316L không đủ và lựa chọn thay thế

– Môi trường rất khắc nghiệt: nước biển ấm, tù đọng, pH thấp, có SOx/NOx (xả scrubber) → xem xét 254 SMO/6Mo, 904L hoặc hợp kim Ni.
– Tải trọng cao, ăn mòn kẽ hở nghiêm trọng và yêu cầu độ bền cao hơn: Duplex 2205 cho ống áp lực/heat exchangers.
– Nhiệt độ clorua cao và ứng suất kéo: Titanium Gr.2 cho bộ trao đổi nhiệt nước biển tốc độ cao, cát.

Nguồn tham khảo kỹ thuật

– Outokumpu, Stainless steel 316/316L datasheet (thành phần, cơ tính, khả năng chống ăn mòn).
– Nickel Institute, Stainless Steels in Marine Environments; Life-Cycle Costing of Stainless Steels.
– International Molybdenum Association (IMOA), Molybdenum in Stainless Steels; Stainless steels in seawater.
– ASTM A240/A312/A276/A403 (yêu cầu vật liệu và sản phẩm).

Kết luận

Inox 316L là vật liệu gần như “mặc định” cho môi trường biển vì kết hợp tối ưu giữa kháng clorua (nhờ Mo), khả năng hàn vượt trội (nhờ C thấp), cơ tính ổn định, tính sẵn có và sự tuân thủ chuẩn quốc tế. Khi được thiết kế đúng để tránh kẽ hở, kiểm soát nhiệt độ và bảo trì hợp lý, 316L mang lại tuổi thọ dài và chi phí vòng đời thấp hơn đáng kể so với thép carbon sơn phủ. Chỉ trong các điều kiện clorua cực kỳ khắc nghiệt hoặc nhiệt độ cao, bạn mới cần cân nhắc duplex hay hợp kim cao cấp hơn. Đó là lý do 316L vẫn là vật liệu không thể thiếu của ngành đóng tàu hiện đại.

Cần tư vấn chọn mác, độ dày, quy cách hàn và chứng chỉ đăng kiểm phù hợp dự án? Liên hệ Inox Cường Thịnh để được hỗ trợ kỹ thuật và báo giá tốt nhất.
Hotline: 0343.417.281
Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com