Phân loại thép không gỉ: Austenitic, Ferritic và Martensitic

Thép không gỉ được phân chia theo vi cấu trúc thành ba họ chính: Austenitic, Ferritic và Martensitic. Mỗi họ có thành phần hợp kim, tính chất cơ-lý-hóa và khả năng gia công khác nhau, quyết định trực tiếp đến độ bền, khả năng chống ăn mòn, hàn, định hình và chi phí. Bài viết này là hướng dẫn đầy đủ để bạn chọn đúng mác thép cho công trình, thiết bị và xưởng tại Việt Nam.

Tổng quan nhanh: khác biệt cốt lõi giữa 3 họ

– Austenitic (họ 200/300): không từ tính ở trạng thái ủ, Ni/Mn cao, chống ăn mòn tốt nhất trong ba họ, dễ hàn và tạo hình, không tôi cứng bằng nhiệt luyện mà cứng lên do biến dạng nguội. Ứng dụng rộng rãi: 304/304L, 316/316L, 321, 347, 201.
– Ferritic (họ 400 ferrit): từ tính, Cr cao, C rất thấp, ít/không có Ni, chịu ăn mòn trung bình-khá, giá tốt, dẫn nhiệt cao, giãn nở thấp, không tôi cứng bằng nhiệt luyện, hàn cần kiểm soát nhiệt. Mác phổ biến: 409/409L, 430, 439, 441.
– Martensitic (họ 400 mactenxit): từ tính, Cr trung bình, C cao hơn, tôi ram để đạt độ cứng/cường độ cao, chống ăn mòn vừa phải, hàn khó. Mác phổ biến: 410, 420 (420J1/J2), 431.

Austenitic: lựa chọn đa dụng cho môi trường ăn mòn

Thành phần & vi cấu trúc

– Cr ~16–26%, Ni ~6–22% (hoặc Mn/N cao ở họ 200 như 201), C ≤0,08% (dòng L: ≤0,03%).
– Vi cấu trúc austenit ổn định ở nhiệt độ phòng, không từ tính khi ủ, làm cứng mạnh khi biến dạng nguội.

Tính chất chính

– Chống ăn mòn: tốt nhất trong ba họ, đặc biệt với mác có Mo (316) hoặc N (LN). PREN tham khảo: 304 ~18–19; 316 ~24.
– Cơ tính (trạng thái ủ): Rp0.2 ~200–300 MPa; Rm ~520–750 MPa; độ dẻo cao, dai va đập tốt kể cả ở nhiệt độ thấp (dùng được tới âm sâu).
– Nhiệt: chịu oxy hóa tốt đến ~870°C (gián đoạn), nhưng dễ nhạy cảm hóa ở 450–850°C nếu C cao; dùng mác L hoặc ổn định (321 Ti, 347 Nb) khi hàn.
– Từ tính: gần như không từ tính khi ủ; có thể hơi hút nam châm sau cán nguội/hàn.

Hàn, gia công, bề mặt

– Hàn: dễ hàn GTAW/GMAW/SMAW. Dùng que/kim loại điền 308L cho 304, 316L cho 316; tránh nhạy cảm hóa bằng mác L, 321/347. Làm sạch lớp ôxít (heat tint) sau hàn và thụ động hóa bằng axit citric/nitric.
– Gia công: dễ uốn, dập nhưng có lực hồi đàn hồi cao; chú ý chọn bán kính chày cối lớn hơn thép cacbon tương đương. Khoan tiện: dùng mũi hợp kim cứng, tốc độ thấp hơn nhôm/CS, làm mát tốt.
– Bề mặt: phổ biến 2B, BA, No.4, HL. Tránh nhiễm sắt tự do từ dụng cụ thép cacbon (gây gỉ bề mặt).

Ứng dụng & mác điển hình

– 304/304L (SUS304, X5CrNi18-10): Inox “chuẩn” cho đồ gia dụng, lan can, bồn bể, ống trang trí/áp lực (ASTM A312).
– 316/316L (SUS316, X5CrNiMo17-12-2): môi trường clorua, gần biển, hóa chất nhẹ, y tế.
– 321/347: ứng dụng nhiệt cao, nhiều mối hàn, chống nhạy cảm hóa.
– 201 (SUS201): thay Ni bằng Mn/N; phù hợp nội thất, trang trí trong nhà khô; không khuyến nghị cho ngoài trời/ẩm mặn.

Hạn chế cần biết

– Dễ nứt ứng suất do clorua (SCC) ở nhiệt độ 50–150°C; xem xét Ferritic hoặc Duplex nếu có tải kéo tĩnh trong môi trường clorua nóng.
– Giá phụ thuộc Ni/Mo, biến động theo thị trường.

Ferritic: giải pháp kinh tế, ổn định kích thước, kháng SCC

Thành phần & vi cấu trúc

– Cr ~11–18% (một số cao hơn), C rất thấp (≤0,03–0,08%), thường có Ti/Nb để ổn định C,N (439, 441).
– Vi cấu trúc ferrit, từ tính, hạt dễ thô nếu nhiệt vào quá cao.

Tính chất chính

– Chống ăn mòn: tốt hơn thép mạ kẽm, tương đương 304 trong môi trường khô, kém hơn 304/316 trong clorua/công nghiệp nặng. PREN tham khảo: 430 ~17; 441 ~18–19.
– Cơ tính (trạng thái ủ): Rp0.2 ~260–350 MPa; độ dẻo vừa; dai va đập thấp hơn austenitic, đặc biệt dưới 0°C.
– Nhiệt: giãn nở thấp, dẫn nhiệt cao hơn austenitic (~+30–40%), ít biến dạng do nhiệt. Chịu oxy hóa tốt cho ống xả, buồng đốt (409, 441).
– Kháng SCC: tốt hơn austenitic trong clorua nóng.

Hàn, gia công

– Hàn: kiểm soát nhiệt vào, tránh hạt thô và giòn. Dùng vật liệu ổn định (439/441) cho kết cấu hàn; nhiệt luyện sau hàn thường không cần.
– Gia công: dễ cắt hơn austenitic, uốn/dập ở mức vừa; chọn bán kính uốn lớn hơn 430.

Ứng dụng & mác điển hình

– 430 (SUS430, X6Cr17): thiết bị gia dụng, trang trí nội thất, tấm 2B/BA, hoàn thiện No.4.
– 409/409L (1.4512): ống xả, nhiệt thải, môi trường nhiệt khô.
– 439/441 (1.4510/1.4509): thay thế 304 trong nhiều ứng dụng hàn, bồn rửa, ống xả cải tiến, trao đổi nhiệt.

Hạn chế cần biết

– Không tôi cứng bằng nhiệt luyện; độ bền giới hạn.
– Độ dai thấp ở lạnh sâu; không phù hợp cryogenic.
– Chống kẽ rỗ kém hơn 316 trong môi trường clorua.

Martensitic: ưu tiên độ cứng, cường độ, mài mòn

Thành phần & vi cấu trúc

– Cr ~11–18%, C từ 0,10 đến 1,2% (cao hơn hai họ kia), có thể thêm Ni (431).
– Tôi ram để đạt tổ chức martensit: cứng, từ tính, có thể đạt HRC 40–55 tùy mác và chế độ nhiệt.

Tính chất chính

– Cơ tính: sau tôi ram, Rp0.2 có thể >800 MPa, độ cứng cao, chịu mài mòn tốt.
– Chống ăn mòn: trung bình; đủ cho nước ngọt/khô, kém trong clorua/axit. PREN tham khảo: 410 ~12–13; 420 ~13; 431 ~16–17.
– Hàn: khó; yêu cầu tiền nhiệt 150–300°C và ram sau hàn để tránh nứt.
– Gia công: gia công cắt tốt ở trạng thái ủ; sau tôi cứng khó gia công.

Ứng dụng & mác điển hình

– 410 (X12Cr13): trục, bu lông, linh kiện máy, cánh bơm nước sạch.
– 420/420J2 (X20Cr13/X30Cr13): dao kéo, khuôn nhựa, dụng cụ mài mòn.
– 431 (X17CrNi16-2): trục chịu tải/ăn mòn tốt hơn 410, bộ phận thủy lực, bulông neo.

Hạn chế cần biết

– Giòn nếu xử lý nhiệt không chuẩn; chống ăn mòn hạn chế trong clorua.
– Hàn phức tạp, không khuyến nghị cho kết cấu hàn chịu tải dài hạn.

So sánh kỹ thuật nhanh theo tiêu chí ứng dụng

– Môi trường ven biển/clorua: 316/316L; nếu tải kéo tĩnh + nhiệt ấm, cân nhắc Ferritic cao Cr (444) hoặc Duplex (ngoài phạm vi bài này).
– Kết cấu hàn, yêu cầu ổn định kích thước: Ferritic ổn định (439/441) hoặc Austenitic L/321/347 nếu cần chống ăn mòn cao hơn.
– Nội thất/đồ gia dụng trong nhà khô: 430 hoặc 201; khu vực công cộng ngoài trời ở Hà Nội: 304; gần biển/quanh hồ nước mặn: 316.
– Độ cứng/mài mòn: Martensitic 420/431.
– Nhiệt khô, khí thải: 409/441; nhiệt cao liên tục >900°C cân nhắc 309/310 (Austenitic chịu nhiệt chuyên dụng).
– Hạn chế ngân sách: Ferritic (430/441) hoặc 201; lưu ý điều kiện môi trường để tránh ố bề mặt.

Tiêu chuẩn mác và quy cách thường gặp tại Việt Nam

– Tấm/cuộn: ASTM A240/A480 (Austenitic/Ferritic), JIS G4304/4305; bề mặt 2B, BA, No.4, HL.
– Ống hàn áp lực/trang trí: ASTM A312 (Austenitic), A268 (Ferritic), A554 (trang trí).
– Thanh tròn/dẹt: ASTM A276/A479; Martensitic còn gặp A582.
– Quy đổi mác tham khảo:
– 304 ≈ SUS304 ≈ X5CrNi18-10 (1.4301); 304L ≈ 1.4307
– 316 ≈ SUS316 ≈ X5CrNiMo17-12-2 (1.4401); 316L ≈ 1.4404
– 430 ≈ SUS430 ≈ X6Cr17 (1.4016)
– 409L ≈ 1.4512; 439 ≈ 1.4510; 441 ≈ 1.4509
– 410 ≈ X12Cr13 (1.4006); 420J1/J2 ≈ 1.4028/1.4021; 431 ≈ X17CrNi16-2 (1.4057)
– Độ dày phổ biến tồn kho: 0,4–3,0 mm (tấm cuộn trang trí), 3–12 mm (tấm cắt chấn); ống trang trí Ø9,5–Ø114; thanh tròn 6–80 mm (410/420/431).

Lưu ý hàn và xử lý bề mặt theo từng họ

– Austenitic:
– Vật liệu hàn: 308L cho 304, 316L cho 316; 309/312 cho hàn dị vật liệu.
– Kiểm soát vùng ảnh hưởng nhiệt để giảm nhạy cảm hóa; ưu tiên mác L/321/347.
– Tẩy màu nhiệt bằng pickling gel; thụ động hóa để khôi phục lớp Cr2O3.
– Ferritic:
– Dùng vật liệu hàn tương thích (439/441) hoặc 430Ti; nhiệt vào thấp-trung bình; làm nguội có kiểm soát để tránh hạt thô.
– Martensitic:
– Tiền nhiệt 150–300°C; dùng que 410NiMo/309; ram sau hàn 600–750°C; tránh hydro.

Chống ăn mòn: thực tế hiện trường Việt Nam

– Khí hậu nóng ẩm, mưa axit nhẹ và bụi công nghiệp làm tăng nguy cơ ố bề mặt.
– Lan can, biển hiệu ngoài trời nội đô Hà Nội: 304 đủ dùng nếu bảo dưỡng định kỳ; gần đường cao tốc/bến xe có muối khử băng (hiếm ở VN) thì cân nhắc 316.
– Vùng biển (Hải Phòng, Hạ Long, Đà Nẵng, Nha Trang): dùng 316/316L cho kết cấu lộ thiên; tránh 201/430 vì dễ kẽ rỗ/ố vàng.
– Nước clo trong hồ bơi/nhà máy xử lý nước: dùng 316L; thông gió tốt để hạn chế hơi clo gây SCC lên 304.

Hướng dẫn chọn nhanh theo câu hỏi thực tế

– Cần thép không gỉ “không hút nam châm” cho thiết bị y tế? 304L/316L ủ chuẩn; lưu ý sau gia công có thể hơi hút nam châm—kiểm tra PMI thay vì chỉ thử nam châm.
– Làm bồn chứa thực phẩm, sữa? 304L thường đủ; môi trường mặn/axit hữu cơ: 316L.
– Ống xả lò hơi nhỏ, nhiệt khô 500–700°C? 409/441; nếu ăn mòn do ngưng tụ axit, chọn 441/439.
– Dao, khuôn nhựa, trục bơm cứng: 420/431 đã tôi ram.
– Thay 304 để tối ưu chi phí trong nội thất khô: 430 hoặc 201; ưu tiên 430 khi cần bề mặt BA cao cấp ít biến màu theo thời gian.

Sai lầm phổ biến và cách tránh

– Dùng 201 ngoài trời: dễ ố vàng/kẽ rỗ – chuyển sang 304 hoặc 316.
– Chỉ thử nam châm để nhận biết mác: không đủ chính xác – dùng PMI quang phổ/cầm tay.
– Không làm sạch sau hàn: nhiệt màu sót lại là điểm khởi đầu ăn mòn – luôn pickling + passivation.
– Dùng martensitic cho kết cấu hàn chịu tải: rủi ro nứt – chọn austenitic L hoặc ferritic ổn định.

Kết luận

– Austenitic là lựa chọn “an toàn” cho đa số môi trường ăn mòn, đặc biệt 304/316; dễ hàn, tạo hình, nhưng giá phụ thuộc Ni/Mo.
– Ferritic mang lại hiệu quả chi phí, ổn định nhiệt, kháng SCC tốt hơn, phù hợp nội thất, ống xả, thiết bị gia dụng; cần kiểm soát hàn.
– Martensitic phục vụ nhu cầu độ cứng và cường độ cao (dao, trục, khuôn), chống ăn mòn chỉ ở mức vừa và hàn khó.
Cách chọn đúng mác xuất phát từ môi trường (độ mặn/axit), yêu cầu cơ tính, phương pháp chế tạo và ngân sách. Với các tiêu chí trên, bạn có thể ra quyết định tự tin cho công trình và xưởng sản xuất tại Việt Nam, tối ưu cả độ bền lẫn chi phí vòng đời.