Mọi thứ bạn cần biết về ống thép không gỉ: Thuộc tính, loại và ứng dụng

Ống thép không gỉ là các cấu trúc hình trụ rỗng được làm từ một hợp kim thép chứa tối thiểu 10,5% crom. Hàm lượng crom này là rất quan trọng vì nó tạo thành một lớp bảo vệ thụ động trên bề mặt, ngăn ngừa rỉ sét và ăn mòn. Những ống này là các thành phần thiết yếu trong vô số ngành công nghiệp, từ việc vận chuyển chất lỏng và khí cho đến cung cấp hỗ trợ cấu trúc. Tầm quan trọng của chúng bắt nguồn từ sự kết hợp của độ bền, vệ sinh và hấp dẫn thẩm mỹ.

Những ưu điểm chính của việc sử dụng các ống thép không gỉ bao gồm khả năng chống ăn mòn đặc biệt, độ bền kéo cao và khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt. Chúng cũng dễ dàng để làm sạch và bảo trì, điều này làm cho chúng lý tưởng cho các ứng dụng vệ sinh như những người trong các lĩnh vực thực phẩm và y tế. Hơn nữa, bản chất không phản ứng của thép không gỉ đảm bảo nó không làm ô nhiễm các vật liệu mà nó tiếp xúc, bảo tồn độ tinh khiết và tính toàn vẹn.

Thép không gỉ là gì?

Thép không gỉ là một gia đình hợp kim dựa trên sắt được biết đến với khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Phần tử xác định trong thành phần của nó là crom, phản ứng với oxy để tạo thành một lớp oxit crom mỏng, vô hình trên bề mặt. Lớp này, được gọi là phim thụ động, là thứ mang lại cho thép không gỉ chất lượng "không gỉ". Các yếu tố khác cũng được thêm vào để tăng cường các tính chất cụ thể, chẳng hạn như niken để cải thiện độ dẻo và khả năng chống ăn mòn trong môi trường axit, hoặc molybdenum để có khả năng chống rỗ và ăn mòn kẽ hở lớn hơn.

Các tính chất của thép không gỉ rất đa dạng và có thể được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh thành phần của nó. Thuộc tính chính bao gồm:

Khả năng chống ăn mòn: Như đã đề cập, đây là tính năng chính của thép không gỉ. Các lớp khác nhau cung cấp mức độ kháng khác nhau đối với các tác nhân ăn mòn khác nhau.

Độ bền và độ bền cao: Thép không gỉ có thể rất mạnh và khó khăn, làm cho nó phù hợp để đòi hỏi các ứng dụng cấu trúc và chịu áp lực.

Điện trở nhiệt độ: Nó có thể hoạt động tốt ở cả nhiệt độ cao và thấp mà không mất đáng kể tính chất cơ học của nó.

Khả năng định dạng: Một số loại nhất định rất dễ uốn, cho phép chúng dễ dàng hình thành thành các hình dạng phức tạp.

Tính chất vệ sinh: Bề mặt mịn, không xốp của thép không gỉ giúp dễ dàng làm sạch và vệ sinh, điều này rất quan trọng đối với môi trường vô trùng.

Các loại ống thép không gỉ

Các ống bằng thép không gỉ có nhiều dạng khác nhau, mỗi loại được thiết kế cho các ứng dụng cụ thể. Sự khác biệt chính nằm trong quá trình sản xuất, hình dạng và loại thép không gỉ cụ thể được sử dụng.

Liền mạch so với ống thép không gỉ hàn

Sự khác biệt chính trong các ống thép không gỉ là cách chúng được sản xuất.

Các ống thép không gỉ liền mạch: Chúng được làm từ một khối thép rắn (phôi) được làm nóng và đùn qua một trục gá để tạo ra một ống rỗng. Bởi vì không có mối hàn, các ống liền mạch cung cấp sức mạnh vượt trội, xếp hạng áp lực và khả năng chống ăn mòn đồng đều trong toàn bộ cấu trúc. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng áp suất cao như đường ống dầu và khí đốt, hệ thống thủy lực và ống nồi hơi.

Các ống thép không gỉ hàn: Chúng được sản xuất từ các tấm phẳng bằng thép không gỉ (cuộn dây) được cuộn thành hình ống và sau đó được hàn dọc theo đường may. Những tiến bộ trong công nghệ hàn (như hàn khí trơ vonfram (TIG)) đã làm cho các ống này rất đáng tin cậy. Các ống hàn thường hiệu quả hơn về chi phí và có sẵn trong các chiều dài liên tục dài hơn so với các ống liền mạch. Chúng là lý tưởng cho các ứng dụng trong đó kết thúc thẩm mỹ là quan trọng hoặc đối với các ứng dụng áp lực không quan trọng, chẳng hạn như trong lan can, đồ nội thất và một số thiết bị chế biến thực phẩm.

Hình dạng khác nhau

Trong khi các ống tròn là phổ biến nhất, các ống thép không gỉ cũng có sẵn trong các hình dạng khác để phù hợp với nhu cầu chức năng và thẩm mỹ khác nhau.

Ống tròn: Đây là loại phổ biến nhất, có giá trị cho sức mạnh cấu trúc và hiệu quả của chúng trong việc vận chuyển chất lỏng. Chúng được sử dụng ở khắp mọi nơi, từ tay vịn kiến trúc đến đường ống công nghiệp.

Các ống vuông và hình chữ nhật: Các ống này cung cấp thẩm mỹ hiện đại, sạch hơn và thường được sử dụng trong các ứng dụng kiến trúc, cấu trúc và đồ nội thất. Bề mặt phẳng của chúng làm cho chúng lý tưởng để tham gia và tạo ra các khung cứng.

Lớp thép không gỉ thông thường

Loại thép không gỉ được sử dụng chỉ ra các tính chất cụ thể của ống và sự phù hợp cho các môi trường khác nhau. Các lớp phổ biến nhất là từ 300-series, là thép không gỉ Austenitic.

Lớp 304: Đây là loại thép không gỉ được sử dụng rộng rãi nhất. Nó chứa 18% crom và 8% niken, tạo ra khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong nhiều loại khí quyển và phơi nhiễm hóa học. Nó rất có thể hàn và có thể hình thành, làm cho nó trở thành một lựa chọn tuyệt vời cho thiết bị nhà bếp, chế biến thực phẩm và các ứng dụng kiến trúc.

Lớp 316: Thường được gọi là thép không gỉ "cấp biển", lớp 316 chứa molypden ngoài crom và niken. Molypden cung cấp khả năng chống rỗ và ăn mòn vượt trội, đặc biệt là trong môi trường giàu clorua như khu vực ven biển hoặc nhà máy chế biến hóa học. Đây là sự lựa chọn ưa thích cho các ứng dụng hàng hải và dụng cụ phẫu thuật.

Lớp 321: Lớp này tương tự 304 nhưng với việc bổ sung titan. Titan ổn định thép, ngăn chặn một hiện tượng được gọi là "phân rã mối hàn" có thể xảy ra khi vật liệu được làm nóng đến nhiệt độ cao. Điều này làm cho Lớp 321 lý tưởng cho các ứng dụng liên quan đến nhiệt độ cao và hàn, chẳng hạn như ống xả máy bay và các bộ phận lò.

Tính chất của ống thép không gỉ

Việc sử dụng rộng rãi các ống thép không gỉ là một minh chứng cho sự kết hợp độc đáo của chúng. Những đặc điểm này làm cho chúng trở thành một lựa chọn đáng tin cậy trên một loạt các môi trường và ứng dụng.

Kháng ăn mòn

Đây được cho là tài sản quan trọng nhất của các ống thép không gỉ. Hàm lượng crom tạo thành một lớp thụ động, tự phục hồi, bảo vệ kim loại cơ bản khỏi rỉ sét và các tác nhân ăn mòn khác nhau. Mức độ kháng ăn mòn thay đổi theo cấp độ. Mặc dù thép không gỉ 304 là tuyệt vời cho các ứng dụng chung, các lớp như 316 và 317 được thiết kế đặc biệt cho môi trường khắc nghiệt, ăn mòn, chẳng hạn như các loại có nồng độ muối cao hoặc hóa chất tích cực.

Độ bền kéo và độ bền

Thép không gỉ được biết đến với tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao. Các ống làm từ vật liệu này có thể chịu được áp lực đáng kể và căng thẳng cơ học mà không bị biến dạng hoặc phá vỡ. Độ bền kéo này làm cho chúng lý tưởng cho các ứng dụng cấu trúc và vận chuyển chất lỏng áp suất cao. Độ bền của chúng đảm bảo tuổi thọ lâu dài, giảm nhu cầu thay thế thường xuyên.

Điện trở nhiệt độ

Các ống bằng thép không gỉ hoạt động đặc biệt tốt trên một phạm vi nhiệt độ rộng. Họ có thể duy trì tính toàn vẹn cấu trúc và sức mạnh trong cả môi trường đông lạnh (cực thấp) và nhiệt độ cao. Điều này làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng như trao đổi nhiệt, lò nung và lưu trữ đông lạnh. Một số loại, như 321, được ổn định đặc biệt để chống lại sự nhạy cảm và ăn mòn khi tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian dài.

Thuộc tính vệ sinh

Bề mặt mịn, không xốp của các ống thép không gỉ làm cho chúng trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng vệ sinh. Bề mặt này ngăn chặn sự kết dính của vi khuẩn và các vi sinh vật khác, và dễ dàng làm sạch và khử trùng. Đây là lý do tại sao các ống thép không gỉ là tiêu chuẩn cho các ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, y tế và dược phẩm, nơi vệ sinh là tối quan trọng.

Quy trình sản xuất

Việc sản xuất các ống thép không gỉ liên quan đến một số quy trình chuyên dụng định hình vật liệu thành hình thức cuối cùng của nó. Phương pháp được chọn phụ thuộc vào các thuộc tính và ứng dụng mong muốn.

Vẽ lạnh

Vẽ lạnh là một quá trình được sử dụng để tạo ra các ống liền mạch với kích thước chính xác và hoàn thiện bề mặt mịn. Một ống được kéo qua một khuôn, làm giảm đường kính và độ dày thành của nó trong khi tăng chiều dài của nó. Quá trình này làm việc làm cứng thép, cải thiện độ bền kéo và độ cứng của nó. Các ống được vẽ lạnh thường được sử dụng trong các hệ thống thủy lực, các thành phần ô tô và dụng cụ y tế trong đó dung sai chặt chẽ là rất quan trọng.

Phun ra

Đùn là một quá trình làm việc nóng được sử dụng để tạo ra các ống liền mạch. Một phôi thép không gỉ nóng được đẩy qua một khuôn để tạo thành hình dạng mong muốn. Phương pháp này là hiệu quả để sản xuất các ống có đường kính lớn và những ống có tường dày. Đất ép thường được theo sau bởi bản vẽ lạnh để đạt được kích thước cuối cùng và chất lượng bề mặt.

Kỹ thuật hàn (TIG, laser, v.v.)

Đối với các ống hàn, quá trình sản xuất bắt đầu bằng một dải thép không gỉ phẳng. Dải này được cuộn thành một hình tròn, và đường may sau đó được hàn lại với nhau. Các kỹ thuật hàn phổ biến nhất bao gồm:

Hàn TIG (Khí trơ vonfram): Phương pháp này sử dụng điện cực vonfram không tiêu thụ và tấm chắn khí trơ để tạo ra mối hàn sạch, chất lượng cao. Nó được sử dụng rộng rãi để sản xuất các ống thép không gỉ chất lượng cao.

Hàn laser: Quá trình này sử dụng chùm tia laser cô đặc để hợp nhất các cạnh của dải. Nó cung cấp tốc độ và độ chính xác cao, làm cho nó phù hợp cho việc sản xuất các ống có khối lượng lớn với các bức tường mỏng và một đường nối hàn hẹp, hẹp.

Ứng dụng của ống thép không gỉ

Tính linh hoạt của các ống thép không gỉ làm cho chúng không thể thiếu trong một loạt các ngành công nghiệp. Ứng dụng cụ thể của họ thường phụ thuộc vào lớp được chọn, quy trình sản xuất và kích thước.

Ứng dụng công nghiệp

Ống thép không gỉ rất quan trọng trong môi trường công nghiệp đòi hỏi. Trong quá trình chế biến hóa học, chúng được sử dụng để vận chuyển các hóa chất ăn mòn và khí đốt do khả năng kháng đặc biệt của chúng đối với tấn công hóa học. Ngành công nghiệp dầu khí dựa vào các ống thép không gỉ liền mạch cho các đường ống áp suất cao và bộ trao đổi nhiệt, nơi an toàn và độ bền là tối quan trọng.

Xây dựng và kiến trúc

Trong xây dựng và kiến trúc, các ống thép không gỉ cung cấp cả tính toàn vẹn về cấu trúc và sự hấp dẫn về mặt thẩm mỹ hiện đại. Chúng được sử dụng cho tay vịn, lan can và hàng rào vì chúng mạnh mẽ, bền và chống gỉ do tiếp xúc với thời tiết. Kết thúc sạch sẽ của họ cũng làm cho chúng phổ biến cho các yếu tố trang trí và mặt tiền xây dựng.

Sử dụng y tế và dược phẩm

Các đặc tính vệ sinh của thép không gỉ làm cho nó trở thành vật liệu được lựa chọn cho các ứng dụng y tế và dược phẩm. Ống được sử dụng cho các dụng cụ phẫu thuật, thiết bị bệnh viện và trong môi trường phòng sạch để vận chuyển nước và khí tinh khiết. Lớp 316 thường được ưa thích ở đây do khả năng kháng clorua vượt trội.

Ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống

Ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống sử dụng các ống thép không gỉ rộng rãi cho bề mặt không phản ứng và dễ làm sạch của họ. Chúng được sử dụng trong các thiết bị chế biến thực phẩm, đường ống sữa và hệ thống nhà máy bia để đảm bảo rằng các sản phẩm vẫn tinh khiết và không bị ô nhiễm. Các bề mặt bên trong liền mạch và được đánh bóng của các ống này ngăn chặn sự tích tụ của vi khuẩn.

Ứng dụng ô tô

Trong lĩnh vực ô tô, các ống thép không gỉ được sử dụng cho các hệ thống ống xả và đường dây nhiên liệu vì chúng có thể chịu được nhiệt độ cao và chống ăn mòn từ khí thải và nhiên liệu. Sức mạnh và độ bền của chúng cũng làm cho chúng trở thành một lựa chọn tuyệt vời cho các thành phần khác như khung cấu trúc trong các phương tiện hiệu suất cao.

Tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật

Tuân thủ các tiêu chuẩn cụ thể là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng, an toàn và khả năng tương thích của các ống thép không gỉ. Các tiêu chuẩn này xác định mọi thứ từ thành phần vật liệu đến kích thước và dung sai.

Tiêu chuẩn ASTM

Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) cung cấp các tiêu chuẩn được công nhận rộng rãi cho các ống thép không gỉ. Ví dụ, ASTM A269 bao gồm ống bằng thép không gỉ austenitic liền mạch và hàn cho dịch vụ chung, trong khi ASTM A312 chỉ định các đường ống bằng thép không gỉ Austenitic liền mạch, hàn và lạnh.

Tiêu chuẩn en

Tiêu chuẩn châu Âu (En) cũng là một bộ thông số kỹ thuật chính. EN 10217-7 Chỉ định các điều kiện phân phối kỹ thuật cho các ống thép không gỉ hàn cho mục đích áp lực, trong khi EN 10216-5 bao gồm các ống liền mạch. Các tiêu chuẩn này đảm bảo rằng các ống được sản xuất ở châu Âu đáp ứng các tiêu chí an toàn và chất lượng nghiêm ngặt.

Kích thước và dung sai

Các tiêu chuẩn cũng chỉ định các kích thước (như đường kính ngoài và độ dày tường) và dung sai (các biến thể chấp nhận được từ các kích thước được chỉ định). Các phép đo chính xác này là rất quan trọng để đảm bảo rằng các ống phù hợp chính xác với các phụ kiện và các thành phần khác, đặc biệt là trong các hệ thống phức tạp. Họ chỉ ra sự thay đổi độ dày của tường, độ bầu dục và độ thẳng, đảm bảo tính đồng nhất và độ tin cậy.

Tham gia và cài đặt

Tham gia và lắp đặt đúng cách là rất quan trọng đối với hiệu suất và tuổi thọ của các hệ thống ống bằng thép không gỉ. Phương pháp được chọn phụ thuộc vào ứng dụng, yêu cầu áp suất và loại thép không gỉ.

Hàn ống thép không gỉ

Hàn là phương pháp phổ biến nhất để tạo các kết nối chống rò rỉ vĩnh viễn. Hàn khí trơ vonfram (TIG) là kỹ thuật ưa thích cho thép không gỉ vì nó tạo ra các mối hàn sạch, chất lượng cao với độ méo tối thiểu. Điều cần thiết là sử dụng kim loại phụ tương thích với kim loại cơ bản để duy trì khả năng chống ăn mòn của khớp. Chuẩn bị đúng, bao gồm làm sạch các đầu ống, là rất quan trọng để tránh ô nhiễm, có thể làm tổn hại đến mối hàn và dẫn đến sự ăn mòn trong tương lai.

Kết nối cơ học

Khi một khớp vĩnh viễn không cần thiết hoặc khi hàn là không thực tế, các kết nối cơ học được sử dụng.

Phụ kiện: Một loạt các phụ kiện khác nhau như khớp nối, khuỷu tay và tees có sẵn để kết nối và thay đổi hướng của các ống. Các phụ kiện này thường được nối với các vòng nén hoặc kết nối ren để tạo ra một khớp an toàn, có thể niêm phong.

Mặt bích: Đối với các đường ống và hệ thống lớn hơn yêu cầu tháo gỡ định kỳ để bảo trì hoặc kiểm tra, mặt bích là giải pháp lý tưởng. Mặt bích là vòng cổ được hàn vào các đầu của các ống và sau đó được bắt vít cùng với một miếng đệm ở giữa để tạo ra một con dấu mạnh, chống rò rỉ.

Bảo trì và chăm sóc

Mặc dù thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn cao, nhưng duy trì và chăm sóc đúng cách vẫn cần thiết để đảm bảo hiệu suất và ngoại hình lâu dài của nó.

Làm sạch và thụ động

Làm sạch thường xuyên là hình thức bảo trì đơn giản nhất. Xà phòng và nước nhẹ thường đủ để loại bỏ bụi bẩn và bụi bẩn. Đối với các vết bẩn cứng đầu, có thể sử dụng chất tẩy rửa không hấp thụ. Điều quan trọng là rửa sạch và làm khô bề mặt để ngăn chặn các đốm nước và rỉ sét.

Bị thụ động là một phương pháp điều trị hóa học giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn tự nhiên của thép không gỉ. Quá trình này liên quan đến việc sử dụng dung dịch axit (như axit citric) để loại bỏ sắt tự do khỏi bề mặt thép, do đó tăng cường lớp oxit crom thụ động. Sự thụ động thường được thực hiện sau khi sản xuất hoặc hàn để loại bỏ các chất gây ô nhiễm và khôi phục lớp bảo vệ.

Ngăn chặn sự ăn mòn

Để ngăn chặn sự ăn mòn, điều quan trọng là phải tránh:

Tiếp xúc với thép carbon: Các hạt nhỏ bằng thép carbon có thể tự nhúng vào bề mặt thép không gỉ, dẫn đến rỉ sét.

Chất tẩy rửa mài mòn: miếng đệm hoặc chất tẩy rửa có thể làm trầy xước bề mặt, làm hỏng lớp thụ động và tạo các vị trí để ăn mòn bắt đầu.

Clorua: Trong môi trường có hàm lượng clorua cao, chẳng hạn như khu vực ven biển, việc làm sạch thường xuyên là cần thiết để loại bỏ các mỏ muối có thể gây ăn mòn. Sử dụng một loại kháng clorua như 316 cũng là một biện pháp phòng ngừa tốt.

Ưu điểm và nhược điểm

Giống như bất kỳ vật liệu nào, các ống thép không gỉ có bộ ưu và nhược điểm riêng của chúng phải được xem xét trong quá trình lựa chọn.

Ưu điểm của ống thép không gỉ

Kháng ăn mòn: Lợi ích chính là khả năng chống lại sự thoái hóa và hóa học của họ, mang lại cho họ một cuộc sống lâu dài trong môi trường khắc nghiệt.

Độ bền và sức mạnh: Các ống thép không gỉ có độ bền kéo cao và có thể chịu được áp lực cực độ và căng thẳng cơ học, làm cho chúng đáng tin cậy cho các ứng dụng đòi hỏi.

Tính chất vệ sinh: Bề mặt mịn, không xốp của chúng giúp chúng dễ dàng làm sạch và khử trùng, điều này rất cần thiết cho các ngành công nghiệp như chế biến thực phẩm và chăm sóc sức khỏe.

Kháng nhiệt độ: Chúng hoạt động tốt trên một phạm vi nhiệt độ rộng, từ môi trường đông lạnh đến nhiệt độ cao, mà không mất đáng kể tính chất.

Thẩm mỹ: Cái nhìn sạch sẽ, hiện đại của thép không gỉ làm cho nó trở thành một lựa chọn phổ biến cho mục đích kiến trúc và trang trí.

Khả năng tái chế: Thép không gỉ có thể tái chế 100%, làm cho nó trở thành một lựa chọn thân thiện với môi trường.

Nhược điểm của ống thép không gỉ

Chi phí: Các ống thép không gỉ thường đắt hơn các ống làm từ các vật liệu khác như thép carbon hoặc nhựa.

Trọng lượng: Thép không gỉ nặng hơn một số lựa chọn thay thế, có thể là bất lợi trong các ứng dụng trong đó trọng lượng là một yếu tố quan trọng.

Yêu cầu hàn: Hàn thép không gỉ đòi hỏi các kỹ thuật cụ thể và vật liệu phụ để duy trì khả năng chống ăn mòn của khớp, có thể phức tạp hơn so với hàn các kim loại khác.