Phân loại thép không gỉ: Austenitic, Ferritic và Martensitic (so sánh chi tiết)

Để chọn đúng vật liệu inox cho dự án, hiểu rõ 3 họ thép không gỉ chính—Austenitic, Ferritic và Martensitic—là bước nền tảng quan trọng. Bài viết này hệ thống hóa sự khác biệt cốt lõi về thành phần, vi cấu trúc, tính chất, công nghệ hàn/gia công, ứng dụng và tiêu chuẩn tương đương. Đây là một phần trọng yếu trong kiến thức nền tảng về thép không gỉ, nhưng đủ độc lập để bạn ra quyết định kỹ thuật ngay.

Ba họ thép không gỉ chính: nhìn nhanh

– Austenitic (họ 200/300, ví dụ 304, 316): Không nhiễm từ (ở trạng thái ủ), dẻo dai cao, hàn/gia công tốt, chống ăn mòn tổng quát tốt nhất trong ba họ. Không hóa bền bằng tôi nguội, nhưng hóa bền do biến dạng rất mạnh. Chi phí cao do chứa Ni, Mo.
– Ferritic (ví dụ 409, 430): Nhiễm từ, độ dẻo trung bình, chống ăn mòn trung bình, kháng nứt do ứng suất trong môi trường Cl- tốt hơn austenitic, giá thành cạnh tranh nhờ ít/không Ni. Không tôi cứng được.
– Martensitic (ví dụ 410, 420, 431): Nhiễm từ, có thể tôi ram đạt độ cứng/độ bền cao, chống ăn mòn thấp nhất trong ba họ, hàn khó hơn, phù hợp chi tiết chịu mài mòn/dao khuôn.

Thành phần hóa học và vi cấu trúc

– Yêu cầu chung của “thép không gỉ”: tối thiểu ~10,5% Cr để hình thành màng thụ động Cr2O3 chống gỉ.
– Austenitic: 16–26% Cr, 6–22% Ni (hoặc Mn-N trong họ 200), có thể thêm Mo (2–3%) và N (0,05–0,20%). Vi cấu trúc austenite mặt khối (FCC) ổn định ở nhiệt độ phòng → dẻo dai cao, không nhiễm từ.
– Ferritic: 11–30% Cr, Ni rất thấp, C rất thấp. Vi cấu trúc ferit tâm khối (BCC) → nhiễm từ, có nhiệt độ chuyển giòn- dẻo rõ rệt.
– Martensitic: 11,5–18% Cr, C cao hơn (0,10–1,2% tùy mác). Tôi nguội từ vùng austenit hóa → tạo martensite cứng; ram để cân bằng bền–dai.

Tính chất kỹ thuật cốt lõi

Cơ tính và độ cứng

– Austenitic:
– Giới hạn chảy điển hình: 200–300 MPa (ủ). Độ bền kéo: 520–750 MPa. Dẻo dai xuất sắc kể cả ở nhiệt độ thấp (tới cryogenic).
– Hóa bền do biến dạng mạnh: sau cán nguội có thể đạt >800–1000 MPa.
– Ferritic:
– Giới hạn chảy: 250–350 MPa. Độ bền kéo: 430–520 MPa. Dẻo vừa, nhưng giảm nhanh dưới 0°C do chuyển giòn–dẻo.
– Martensitic:
– Ở trạng thái tôi–ram: độ bền kéo 700–1200+ MPa, độ cứng có thể đạt HRC ~40–55 (tùy mác, 420 có thể cao hơn 50 HRC). Độ dai thấp hơn hai họ còn lại.

Lưu ý: Giá trị cụ thể phụ thuộc mác, trạng thái nhiệt luyện và tiêu chuẩn sản phẩm.

Khả năng chống ăn mòn

– Thang tổng quát (trong môi trường chung): Austenitic > Ferritic > Martensitic.
– Pitting/crevice trong ion Cl-: dùng chỉ số PREN ≈ %Cr + 3,3×%Mo + 16×%N.
– 304 (18Cr-8Ni): PREN ≈ 18–19 → phù hợp trong nhà/khô/ẩm nhẹ.
– 316 (18Cr-10Ni-2Mo): PREN ≈ 24–26 → tốt hơn đáng kể cho hơi mặn, nước biển văng, hóa chất nhẹ.
– 430 (16–17Cr, không Mo): PREN ≈ 16–17 → trong nhà khô, trang trí, khu vực không chloride.
– 410/420: PREN ~12–14 → yêu cầu bảo dưỡng/khống chế môi trường.
– Ứng suất ăn mòn nứt (SCC) do Cl- ở nhiệt độ 50–100°C:
– Austenitic 304/316 nhạy hơn.
– Ferritic 430/446 kháng SCC tốt.
– Martensitic nhạy do độ cứng cao và màng thụ động yếu hơn.
– Ăn mòn liên tinh khi hàn:
– Austenitic: nguy cơ kết tủa Cr-carbide 450–850°C; chọn mác “L” (C≤0,03%) như 304L/316L, hoặc mác ổn định Ti/Nb (321/347) khi cần.
– Ferritic: nhạy với hạt thô/giòn sau hàn; dùng mác ổn định Ti/Nb (409Ti, 430Ti), kiểm soát nhiệt đầu vào.
– Martensitic: cần xử lý nhiệt sau hàn để phục hồi thụ động và độ dai.

Nhiệt và oxy hóa ở nhiệt độ cao

– Austenitic 304/316: làm việc liên tục đến ~870°C (gián đoạn) tùy môi trường oxy hóa; các mác chịu nhiệt chuyên dụng như 309/310 cao hơn.
– Ferritic một số mác (446, 430) cho khả năng kháng oxy hóa tốt ở nhiệt cao nhờ Cr cao; 409 phổ biến cho ống xả ô tô.
– Martensitic: không tối ưu cho nhiệt cao liên tục; dễ suy giảm cơ tính.

Từ tính

– Austenitic: không nhiễm từ ở trạng thái ủ; có thể nhiễm từ nhẹ sau cán nguội/hàn do hình thành martensite biến dạng.
– Ferritic & Martensitic: nhiễm từ rõ rệt.

Khả năng gia công, tạo hình và hàn

– Tạo hình nguội:
– Austenitic: tốt nhất; chú ý springback và làm cứng biến dạng → cần kiểm soát lực, có thể ủ giải ứng suất giữa công đoạn.
– Ferritic: tạo hình được nhưng springback lớn hơn austenitic; hạn chế bán kính uốn quá nhỏ.
– Martensitic: tạo hình nguội kém; nên tạo hình trước khi tôi ram hoặc gia công cơ khí sau nhiệt luyện.
– Gia công cắt gọt:
– Austenitic: xu hướng dính dao do độ dẻo và hóa bền; cần dao sắc, chất bôi trơn tốt, tốc độ cắt thấp–trung bình.
– Ferritic: gia công thuận lợi hơn austenitic.
– Martensitic: gia công tốt nhất ở trạng thái ủ; sau tôi cứng cần dụng cụ carbide/gốm.
– Hàn:
– Austenitic: hàn rất tốt; dùng mác L (304L/316L) để tránh nhạy cảm hóa; que hàn 308L/316L; kiểm soát nhiệt đầu vào để giảm nứt nóng.
– Ferritic: trung bình; rủi ro hạt thô/giòn vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ); dùng vật liệu hàn phù hợp, tiền nhiệt nhẹ, mác ổn định Ti/Nb.
– Martensitic: khó hơn; cần tiền nhiệt 150–300°C (tùy mác/độ dày), vật liệu hàn có Ni để tăng độ dai, ram sau hàn để giảm nứt.
– Xử lý nhiệt:
– Austenitic: không tôi cứng; ủ dung dịch (solution anneal ~1050–1100°C, làm nguội nhanh) để phục hồi dẻo dai/chống ăn mòn.
– Ferritic: không tôi cứng; ủ để tinh luyện hạt và khử ứng suất.
– Martensitic: chu trình austenit hóa → tôi → ram để đạt bền–dai mong muốn.

Ứng dụng điển hình tại Việt Nam

– Austenitic:
– 304/304L: bồn bể, đường ống thực phẩm, lan can, thang máy, thiết bị y tế, đồ gia dụng cao cấp.
– 316/316L: môi trường ven biển, nhà máy dược–hóa mỹ, xử lý nước, hệ PCCC nước biển, tàu thuyền.
– Ferritic:
– 430: tủ điện trong nhà khô, trang trí nội thất, ốp thang máy, đồ bếp phía trong nhà.
– 409/409L/409Ti: ống xả, vỏ lò, ống khói, bộ trao đổi nhiệt khí nóng.
– Martensitic:
– 410/420: dao kéo, khuôn cắt, trục–vòng bi chịu mài mòn vừa, cánh bơm nước sạch.
– 431: trục bơm/chi tiết máy yêu cầu bền–dai với chống ăn mòn nhỉnh hơn 410.

Các mác phổ biến và tiêu chuẩn tương đương

– Austenitic:
– 304/304L: ASTM A240 – UNS S30400/S30403; EN 1.4301/1.4307; JIS SUS304.
– 316/316L: ASTM A240 – UNS S31600/S31603; EN 1.4401/1.4404; JIS SUS316.
– 321/347 (ổn định Ti/Nb) cho mối hàn nhiệt độ cao.
– Ferritic:
– 430: ASTM A240 – UNS S43000; EN 1.4016; JIS SUS430.
– 409/409L/409Ti: ASTM A240 – UNS S40900/S40910; EN 1.4512/1.4511; JIS SUS409.
– Martensitic:
– 410: ASTM A240/A276 – UNS S41000; EN 1.4006; JIS SUS410.
– 420: ASTM A276 – UNS S42000; EN 1.4021/1.4028; JIS SUS420J1/J2.
– 431: ASTM A276 – UNS S43100; EN 1.4057; JIS SUS431.

Lưu ý kiểm tra tiêu chuẩn sản phẩm: tấm/lá (ASTM A240), thanh (ASTM A276), ống (ASTM A312/A268), v.v.

So sánh chi phí – hiệu năng

– Chi phí nguyên liệu chịu ảnh hưởng chính bởi Ni và Mo:
– Ferritic (430, 409) thường rẻ nhất.
– Martensitic (410, 420) trung bình.
– Austenitic 304 cao hơn; 316 cao nhất trong nhóm phổ thông do Mo.
– Hãy cân bằng chi phí vòng đời: ăn mòn sớm, bảo dưỡng, dừng máy có thể khiến lựa chọn rẻ ban đầu đắt hơn về sau.

Hướng dẫn chọn nhanh theo điều kiện làm việc

– Môi trường trong nhà khô, yêu cầu thẩm mỹ: 430 là tối ưu chi phí; nếu cần bề mặt gương, chọn 304.
– Môi trường ẩm, đô thị/khí công nghiệp nhẹ: 304/304L.
– Ven biển, phun sương mặn, clorua: 316/316L; tăng độ dày/bọc bảo vệ tại vị trí hứng muối.
– Nhiệt độ cao khô (ống xả, lò đốt): 409/409Ti hoặc ferritic Cr cao; nhiệt cao + oxy hóa mạnh chọn 309/310 (austenitic chịu nhiệt).
– Chi tiết cần độ cứng/mài mòn (dao, trục, khuôn): 410/420/431 tôi–ram; đánh đổi chống gỉ.
– Hàn nhiều, cơ cấu mỏng: 304L/316L để giảm nhạy cảm hóa; với ferritic chọn mác ổn định Ti/Nb.
– Điều kiện có SCC Cl- ở 60–100°C (tháp giải nhiệt, bay hơi): ưu tiên ferritic hoặc duplex (ngoài phạm vi bài), hạn chế austenitic 304/316.

Lỗi chọn mác thường gặp và cách tránh

– Dùng 430 ngoài trời ven biển → rỗ pitting sớm: thay 316/316L.
– Chọn 304 cho kết cấu nóng 800–900°C → biến màu/oxy hóa: dùng 309/310 hoặc ferritic chịu nhiệt.
– Hàn 304 thường (không L) ở chiều dày lớn → ăn mòn liên tinh quanh mối: chọn 304L hoặc 321/347.
– Dùng 410 trong nước có Cl- >200 ppm mà không bảo vệ → rỗ/nứt: cân nhắc 316 hoặc phủ bề mặt.
– Gia công nguội sâu austenitic mà không ủ giải ứng suất → biến dạng/nứt về sau: lên quy trình ủ trung gian.

Lưu ý về hoàn thiện bề mặt và vệ sinh

– Độ nhám thấp (No.4, HL, 2B, BA) ảnh hưởng mạnh tới chống bám bẩn và pitting. Bề mặt đánh bóng gương (BA/8K) dễ vệ sinh hơn No.1.
– Tránh nhiễm bẩn sắt tự do khi gia công; dùng dụng cụ riêng cho inox, tẩy gỉ–thụ động hóa sau hàn bằng hỗn hợp axit phù hợp.
– Trong môi trường chloride, lập kế hoạch rửa định kỳ để giảm muối bám.

Câu hỏi thường gặp

– Inox nào không hút nam châm? Austenitic (304/316) ở trạng thái ủ không hút; có thể hút nhẹ sau biến dạng/hàn.
– Vì sao 316 đắt hơn 304? Do chứa Mo (2–3%) và thường Ni cao hơn → chống pitting tốt hơn.
– Martensitic có chống gỉ không? Có, nhưng thấp hơn; ưu điểm là có thể tôi cứng đạt độ cứng cao.
– Ferritic có hàn được không? Có, nhưng cần mác ổn định (430Ti/409Ti), kiểm soát nhiệt và có thể ủ sau hàn.

Nguồn tham khảo

– International Stainless Steel Forum (ISSF) – The Stainless Steel Family (https://www.worldstainless.org)
– Outokumpu Stainless Steel Handbook, 11th ed. (https://www.outokumpu.com)
– Nickel Institute – Technical Series on Austenitic/Ferritic Stainless Steels (https://nickelinstitute.org)
– ASTM A240/A276/A312 – Tiêu chuẩn sản phẩm inox (https://www.astm.org)
– ISO 15510:2014 – Stainless steels — Chemical composition (https://www.iso.org)
– ATI/AK Steel Datasheets for 304/316/430/410/420/431 (ví dụ: https://www.atimaterials.com)

Kết luận

– Austenitic: giải pháp “chống gỉ đa dụng” với hàn–tạo hình tốt, đặc biệt 304/316 cho công trình và công nghiệp thực phẩm.
– Ferritic: lựa chọn tối ưu chi phí cho môi trường trong nhà/ít chloride, bền nhiệt tốt ở một số mác, kháng SCC clorua.
– Martensitic: khi cần độ cứng/độ bền cao và mài mòn, chấp nhận chống gỉ thấp hơn và quy trình hàn–nhiệt luyện nghiêm ngặt.

Chìa khóa chọn mác đúng nằm ở: mức chloride/độ ẩm, nhiệt độ làm việc, yêu cầu cơ tính, phương pháp hàn/gia công và chi phí vòng đời. Nếu bạn đang cân nhắc giữa 304/316/430/410 cho dự án tại Hà Nội hoặc khu vực ven biển, hãy trao đổi điều kiện làm việc cụ thể để tối ưu hóa thiết kế và ngân sách.

Liên hệ Inox Cường Thịnh để được tư vấn chi tiết và báo giá tốt nhất.
Hotline: 0343.417.281
Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com