Sẵn sàng cho năng lượng và năng lượng là điều cần thiết cho xã hội hiện đại. Hơn một thế kỷ qua, thép không gỉ đã đóng một vai trò quan trọng trong các chiết xuất và thế hệ của cả chất đốt, điện, ngày càng cần thiết để sản xuất năng lượng xanh.

Ngày nay, chúng ta chiết xuất dầu và khí đốt từ các nguồn khó khăn hơn, điều đó thường có nghĩa là các chất lỏng đang “nóng và chua “(có chứa hydrogen sulphide) và có thể chứa clo. Thường thì thép không gỉ được yêu cầu để xử lý các môi trường ăn mòn, hợp kim khác nhau từ 316L (S31603) hai lớp và siêu hai lớp, và đôi khi hợp kim niken. Các công trình ngoài biển khơi sử dụng thép không gỉ, vì chúng có thể chịu được nước biển ăn mòn. Đối với khí lỏng tự nhiên, thường được lưu trữ ở -162°C, 304L (UNS S30403) thép không gỉ thường được sử dụng, cho đường ống hoặc cho bể chứa. Ngay cả ở nhiệt độ thấp hơn, 304L vẫn rất mềm dẻo.

Trong thế hệ thủy điện, cánh tuabin thường được làm bằng thép không gỉ cứng như 410NiMo (S41500) hoặc 16Cr-5 Ni-1.5Mo hợp kim (EN 1,4418, không có số UNS). Cửa đập thường được làm từ thép không gỉ 304L hoặc 316L trong khi con lăn dẫn hướng được làm từ hợp kim cứng lắng đọng như 17-4PH (S17400).

Các nhà máy điện chạy bằng than đá sử dụng thép không gỉ cho nhiều ứng dụng khác nhau, cả trong phần nhiệt độ đốt cao và cũng như chống ăn mòn ở nhiệt độ thấp. Trong quá khứ 35 năm, thép không gỉ đã được sử dụng trong các hệ thống làm sạch khí, cùng với các hợp kim niken, để giảm lượng khí thải lưu huỳnh cacbon đioxyt.

Gần đây, nó đã được sử dụng để làm giảm nồng độ thủy ngân. 10,5% Cr ferritic thép không gỉ (ví dụ, UNS S40977 hoặc EN 1,4003) được sử dụng để vận chuyển hàng triệu tấn than, đặc biệt là đường sắt, xe ô tô. Cả hai loại này và 304 (S30400) được sử dụng cho các máng than.

Các nhà máy điện đốt khí thiên nhiên sử dụng nhiều tuabin, các động cơ máy bay phản lực sử dụng chúng bằng cách này. Trong khi hợp kim niken được sử dụng trong các thân tuabin, nhiều bộ phận khác chẳng hạn như nhà phục hồi chức năng, được làm từ các loại hợp kim 301 (S30100) và 321 (S32100). Công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon từ khí thải của các nhà máy điện đốt hóa thạch vẫn còn đang được phát triển, mặc dù nó được biết rằng một số mẫu thiết kế quan trọng sử dụng thép không gỉ. Ví dụ, trong amin lau chùi, trong đó loại bỏ CO2, một loạt các điểm có thể cần thiết: 316L, 410NiMo, 347(S34700), 2205 kép đôi (S32205), 904L (N08904) và 6% Mo (ví dụ, S31254 hoặc N08367).

Mặc dù lĩnh vực năng lượng hạt nhân có nhiều điểm phổ biến với các nhà máy nhiên liệu hóa thạch, có một số ứng dụng đặc biệt liên quan đến nhiên liệu chi tiêu. Để điều hòa phát thải Nơtron từ nhiên liệu đã mất trong quá trình vận chuyển, một phiên bản của 304 với ít nhất là 0,5% Bo được sử dụng (S30462). Một phiên bản đặc biệt loại 304L, được biết như là NAG (loại axit nitric), được sử dụng trong việc tái chế nhiên liệu.

Nhiều thiết bị hiện đang được phát triển để khai thác sức mạnh của sóng và thủy triều. Một số nguyên mẫu các thiết bị có chứa thép không gỉ trong đó có một bản ghi theo dõi lâu dài các ứng dụng nước biển trong lĩnh vực dầu khí.

Chuyển giao kiến thức cho ngành năng lượng mới này sẽ trở thành ngày càng quan trọng. Hợp kim Lớp kép và siêu-lớp kép với họ sự kết hợp của sức mạnh và khả năng chống ăn mòn, sẽ có khả năng đóng một vai trò quan trọng trong môi trường đòi hỏi khắt khe này. Thép không gỉ là một vật liệu tự nhiên cho năng lượng mặt trời. Ứng dụng bao gồm các tấm nước nóng năng lượng mặt trời, bề mặt tấm (PV) quang điện màng mỏng, tấm hỗ trợ và kết nối cho các tấm PV tinh thể, và gương diện tích lớn cho các hệ thống thu năng lượng mặt trời.

Lĩnh vực nhiên liệu sinh học được hưởng lợi từ các thuộc tính chống lại sự ăn mòn của thép không gỉ chịu nhiệt. Trong kỵ khí tiêu hóa, loại 304 được sử dụng cho bể nồi nấu lớn và liên kết hệ thống đường ống. Cùng một hợp kim được sử dụng rộng rãi trong sản xuất ethanol từ ngô hoặc mía. Loại 316L được sử dụng trong điều kiện ăn mòn hơn. Thép không gỉ được sử dụng trong các quá trình nhiệt, lĩnh vực này vì cường độ cao và khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao.

Các công nghệ Phát triển khác thép không gỉ được sử dụng bao gồm các nhiên liệu tế bào, nhà máy chất thải thành năng lượng, nhà máy địa nhiệt, quá trình phản ứng tổng hợp và lưu trữ năng lượng. Rõ ràng là tương lai của xã hội phụ thuộc vào các nguồn năng lượng sáng tạo và năng lượng tái tạo, và nó đều rõ ràng như nhau thép không gỉ sẽ là một phần không tách rời sản xuất của họ.

Sữa và các sản phẩm từ sữa là một phần quan trọng trong chế độ ăn uống lành mạnh của nhiều người. Sữa chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của cơ thể, đặc biệt là trẻ em. Trong sữa chứa nhiều protein, canxi, vitamin A, B, magie, kali, kẽm, phốt pho và iốt không chỉ giúp hệ xương khỏe mạnh mà còn tăng sức đề kháng cho cơ thể chống lại nhiều tác nhân gây bệnh.

Với mức độ phát triển của khoa học ngày nay, con người ngày càng đòi hỏi không chỉ chất lượng từ sữa mà còn phải đảm bảo vấn đề vệ sinh. Vấn đề vệ sinh được yêu cầu trong suốt quá trình sản xuất, chế biến, vận chuyển và tiêu dùng. Từ đó, ngành công nghiệp sữa đòi hỏi một vật liệu có thể đáp ứng được nhu cầu của tất cả mọi người dùng sữa trên khắp toàn cầu. Vật liệu đó chính là thép không gỉ với những tính năng vượt trội phù hợp với tiêu chí của ngành công nghiệp sữa như: chống ăn mòn, vệ sinh, chịu nhiệt…

3 yếu tố khiến thép không gỉ trở thành sự lựa chọn tối ưu

1. Con người

Thép không gỉ là vật liệu tốt và phù hợp với con người bởi chúng đảm bảo sức khỏe và sự an toàn cho người dùng nó. Là một vật liệu không gây hại cho những người sử dụng nó trong quá trình sản xuất, những người sử dụng nó trong quá trình xử lý hay những người tiêu dùng nó cuối cùng. Nhờ những đặc điểm này mà thép không gỉ trở thành nguyên liệu chính trong các ngành y tế, thực phẩm (đặc biệt là ngành công nghiệp sữa).

2. Môi Trường

Thép không gỉ là một phát minh vĩ đại vì chúng có thể tái chế và tái sử dụng. Không những thế,  chi phí bảo trì thấp, tuổi thọ lâu. Những ưu thế vượt bậc so với các nguyên liệu khác cũng là tiêu chí giúp bảo vệ môi trường và hành tinh mà chúng ta đang sống. Ước tính có đến 80% thép không gỉ được tái chế. Đây là con số tuyệt vời cho một vật liệu thân thiện với môi trường, với hành tinh.

3. Lợi nhuận

Với những yếu tố như tính bền vững, khả năng tái chế…giúp thép không gỉ trở thành vật liệu kinh tế cho người sử dụng. Thép không gỉ phù hợp với nhiều ngành, mang lại nhiều lợi ích về mặt tài chính. Dễ hiểu khi xã hội ngày càng phát triển, con người càng ý thức hơn về môi trường và kinh tế thì thép không gỉ lại là sự lựa chọn hàng đầu. Các số liệu về số lượng và mức độ sử dụng thép không gỉ ngày càng tăng cao theo thời gian chứng minh sự quan trọng của vật liệu này.

Thép không gỉ trong ngành công nghiệp sữa

Sữa là môi trường thuận lợi cho các vi khuẩn sinh sôi nên cũng là tác nhân gây hỏng sữa hay các sản phẩm cuối cùng có nguyên liệu từ sữa. Vì vậy khi sản xuất sữa cần đảm bảo những quy tắc nhất định về vệ sinh và bảo quản trong quy trình sản xuất, phương pháp bảo quản, phương tiện vận chuyển… Vì vậy, ngành công nghiệp sữa lựa chọn thép không gỉ với ưu thế bề mặt trơn láng ngăn ngừa sự bám của các vi khuẩn, nhằm mang đến cho người tiêu dùng những sản phẩm sữa chất lượng và bảo vệ khỏi các vi trùng.

Ngoài ra, sử dụng thép không gỉ còn giúp ngăn chặn sự nhiễm bẩn từ căn bệnh Johne ở bò sữa bằng cách sử dụng máng nước bằng thép không gỉ. Điều này còn giúp cho doanh nghiệp tiết kiệm nhiều chi phí phát sinh.

Những thiết bị sử dụng thép không gỉ để sản xuất sữa

Các thiết bị sử dụng thép không gỉ để sản xuất các sản phẩm sữa:

Trang trại: Đây là nơi khởi nguồn cho các sản phẩm sữa. Thép không gỉ được sử dụng trong việc chế tạo ra các thiết bị vắt sữa, khung chuồng trại, một số bộ phận của nhà kho hay các bể chứa sữa. Các thiết bị, dụng cụ này cần phải sạch, vệ sinh, không bám bẩn, dễ lau chùi nhằm mang lại chất lượng tốt nhất cho nguồn sữa đầu vào.

Các thùng như bồn chứa, bể nuôi, bể xử lý có bộ khuấy, xe vận chuyển sữa … Đây là những vật dụng trực tiếp tiếp xúc với sữa, do đó vật liệu thép không gỉ đóng vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo vệ sinh, chống ăn mòn oxy hóa cho các vật dụng này.

Thiết bị chuyên dụng trong ngành sữa như thiết bị xử lý nhiệt để khử trùng hoặc như bộ trao đổi tấm, máy làm mát ống, thiết bị bay hơi …).

Các thiết bị để sản xuất các sản phẩm từ sữa (phô mai và bơ) như máy thái sữa đông, máy khuấy, máy butyrate, dụng cụ tách béo… cũng được chế tạo từ nguyên liệu thép không gỉ nhằm đảm bảo sự vệ sinh an toàn thực phẩm.

Các thiết bị khác như ống dẫn truyền, bơm, van…

Tất cả các khâu từ quan trọng đến ít quan trọng, từ khởi đầu cho đến thành phẩm đều có sự góp mặt của thép không gỉ, chứng tỏ sự cần thiết của nó trong đời sống con người nói chung và trong ngành công nghiệp sữa nói riêng.

Chất liệu inox đang ngày càng trở nên phổ biến, được nhiều người tiêu dùng ưa chuộng bởi hình thức sáng bóng của vật liệu, trông rất sạch sẽ.

Tuy nhiên, có không ít trường hợp lắp đặt sử dụng chưa được bao lâu thì không còn sáng bóng nữa, mà bị xỉn màu, hoen ố, hay thậm chí có vết gỉ và xuất hiện các lỗ nhỏ li ti như bị nổ. Trên thị trường hiện nay có nhiều loại inox giả. Chất liệu chính của các sản phẩm này có thể là thép hoặc tôn sắt, mạ ngoài bằng một lớp đồng, niken và crom mỏng.

Có thể phân biệt inox “xịn” và inox mạ bằng độ sáng bóng của vật liệu. Inox mạ thường có độ bóng sáng loáng trong khi inox “xịn” có màu sáng nhờ nhợ.

Ngoài ra, người tiêu dùng có thể thử bằng cách sử dụng nam châm. Tùy vào thành phần inox mà các sản phẩm inox “xịn” hoặc là không hút từ hoặc nếu có chỉ hút nam châm nhẹ, khi kéo ra lực ở tay sẽ rất nhẹ nhàng.

Inox mạ sẽ có độ hút mạnh, thậm chí chỉ đưa đến gần đã nghe tiếng “tạch” vì nam châm bị hút vào kim loại. Khi lấy nam châm ra sẽ thấy lực hút ở tay rất mạnh.

Những người có kỹ thuật cũng có thể sử dụng axit nóng khoảng 70 độ để kiểm tra chất lượng inox. Nếu là inox mạ crôm sẽ đen sì, trong khi inox tốt vẫn giữ nguyên màu sắc.

Inox chất lượng tốt cũng hiếm!

Inox cũng có nhiều loại, tùy thuộc vào hàm lượng các chất tạo thành. Về cơ bản thành phần inox thường có 18% crom, 8% niken, còn lại là sắt và các thành phần khác. Vì giá thành niken rất đắt nên trong một số trường hợp, người ta có thể thay niken bằng mangan, tuy nhiên sự thay thế này làm cho khả năng chịu ăn mòn của vật liệu rất thấp.

Một loại thép không gỉ khác có thành phần 12% crom cũng có tính chất sáng bóng nhưng không được gọi là inox vì có tính hút từ. Để phân biệt inox có chất lượng tốt hay không chỉ có cách duy nhất là sử dụng máy móc để phân tích thành phần, chứ không thể phụ thuộc vào các phép thử axit, thử độ hút từ như phân biệt vật liệu mạ inox.

Trong ngành thiết kế trang trí nội thất vật liệu inox được ứng dụng nhiều như sử dụng làm bàn, ghế và một số đồ nội thất khác như dùng làm trụ cầu thang, lan can cầu thang…

Các đồ gia dụng làm bằng inox kém chất lượng cũng nhanh bị xỉn màu, xám ố hoặc thậm chí bị nổ bề mặt. Tuy nhiên, có hay không nguy cơ thôi nhiễm kim loại nặng thì chưa thể khẳng định rõ ràng, còn cần những nghiên cứu chính xác.

Đối với các vật liệu mạ inox, để tạo giá thành rẻ hơn nữa, nhà sản xuất có thể sử dụng các chất mạ kém chất lượng, pha tạp nhiều chất hoặc không mạ lớp đồng. Các chất mạ là kim loại nặng, nếu lẫn vào thức ăn, lâu ngày, có thể tạo nên sự tích tụ kim loại nặng trong cơ thể, gây hại cho sức khoẻ, thậm chí dẫn đến các bệnh nguy hiểm như gan, ung thư, …

Thép không gỉ hay còn gọi là inox là một dạng hợp kim sắt chứa tối thiểu 10,5% crôm. Nó ít bị biến màu hay bị ăn mòn như thép thông thường khác.

Lịch sử

Thép không gỉ gắn liền với tên tuổi của một chuyên gia ngành thép người Anh là ông Harry Brearley. Khi vào năm 1913, ông đã sáng chế ra một loại thép đặc biệt có khả năng chịu mài mòn cao, bằng việc giảm hàm lượng carbon xuống và cho crôm vào trong thành phần thép (0.24% C và 12.8% Cr).

Sau đó hãng thép Krupp ở Đức tiếp tục cải tiến loại thép này bằng việc cho thêm nguyên tố niken vào thép để tăng khả năng chống ăn mòn axit và làm mềm hơn để dễ gia công

Trên cơ sở hai phát minh này mà 2 loại mác thép 400 và 300 ra đời ngay trước Chiến tranh thế giới lần thứ nhất. Những năm 20 của thế kỷ 20, một chuyên gia ngành thép người Anh là ông W. H Hatfield tiếp tục nghiên cứu, phát triển các ý tưởng về thép không rỉ. Bằng việc kết hợp các tỉ lệ khác nhau giữa ni ken và crôm trong thành phần thép, ông đã cho ra đời một loại thép không rỉ mới 18/8 với tỉ lệ 8% Ni và 18% Cr, chính là mác thép 304 quen thuộc ngày nay. Ông cũng là người phát minh ra loại thép 321 bằng cách cho thêm thành phần titan vào thép có tỉ lệ 18/8 nói trên.

Trải qua gần một thiên niên kỷ ra đời và phát triển, ngày nay thép không rỉ đã được dùng rộng rãi trong mọi lĩnh vực dân dụng và công nghiệp với hơn 100 mác thép khác nhau.

Trong ngành luyện kim, thuật ngữ thép không gỉ (inox) được dùng để chỉ một dạng hợp kim sắt chứa tối thiểu 10,5% crôm. Tên gọi là “thép không gỉ” nhưng thật ra nó chỉ là hợp kim của sắt không bị biến màu hay bị ăn mòn dễ dàng như là các loại thép thông thường khác. Vật liệu này cũng có thể gọi là thép chống ăn mòn. Thông thường, có nhiều cách khác nhau để ứng dụng inox cho những bề mặt khác nhau để tăng tuổi thọ của vật dụng. Trong đời sống, chúng xuất hiện ở khắp nơi như những lưỡi dao cắt hoặc dây đeo đồng hồ…

Thép không gỉ có khả năng chống sự ôxy hoá và ăn mòn rất cao, tuy nhiên sự lựa chọn đúng chủng loại và các thông số kỹ thuật của chúng để phù hợp vào từng trường hợp cụ thể là rất quan trọng.

Khả năng chống lại sự oxy hoá từ không khí xung quanh ở nhiệt độ thông thường của thép không gỉ có được nhờ vào tỷ lệ crôm có trong hợp kim (nhỏ nhất là 13% và có thể lên đến 26% trong trường hợp làm việc trong môi trường làm việc khắc nghiệt). Trạng thái bị oxy hoá của crôm thường là crôm ôxit(III). Khi crôm trong hợp kim thép tiếp xúc với không khí thì một lớp chrom III oxit rất mỏng xuất hiện trên bề mặt vật liệu; lớp này mỏng đến mức không thể thấy bằng mắt thường, có nghĩa là bề mặt kim loại vẫn sáng bóng. Tuy nhiên, chúng lại hoàn toàn không tác dụng với nước và không khí nên bảo vệ được lớp thép bên dưới. Hiện tượng này gọi là sự oxi hoá chống gỉ bằng kỹ thuật vật liệu. Có thể thấy hiện tượng này đối với một số kim loại khác như ở nhôm và kẽm.

Khi những vật thể làm bằng inox được liên kết lại với nhau với lực tác dụng như bu lông và đinh tán thì lớp ôxit của chúng có thể bị bay mất ngay tại các vị trí mà chúng liên kết với nhau. Khi tháo rời chúng ra thì có thể thấy các vị trí đó bị ăn mòn.

Niken cũng như mô-lip-đen và vanađi cũng có tính năng oxy hoá chống gỉ tương tự nhưng không được sử dụng rộng rãi.

Bên cạnh crôm, niken cũng như mô-lip-đen và ni tơ cũng có tính năng oxi hoá chống gỉ tương tự.

Niken (Ni) là thành phần thông dụng để tăng cường độ dẻo, dễ uốn, tính tạo hình của thép không gỉ.

Mô-lip-đen (Mo) làm cho thép không gỉ có khả năng chịu ăn mòn cao trong môi trường axit. Ni tơ (N) tạo ra sự ổn định cho thép không gỉ ở nhiệt độ âm (môi trường lạnh).

Sự tham gia khác nhau của các thành phần crôm, niken, mô-lip-đen, ni tơ dẫn đến các cấu trúc tinh thể khác nhau tạo ra tính chất cơ lý khác nhau của thép không gỉ.

Thép không gỉ có khả năng chống sự oxy hoá và ăn mòn rất cao, tuy nhiên sự lựa chọn đúng chủng loại và các thông số kỹ thuật của chúng để phù hợp vào từng trường hợp cụ thể là rất quan trọng.

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều chủng loại inox như: SUS430, SUS202, SUS201, SUS304, SUS316. Các chủng loại inox này khác nhau về thành phần cấu tạo do đó về độ bền, độ sáng bóng cũng khác nhau. Dưới đây là một số đặc điểm của các loại inox phổ biến:

* SUS430: nhiễm từ, dễ bị tác động của môi trường làm hoen ố

* SUS202: nhiễm từ, dễ bị tác động của môi trường làm hoen ố

* SUS201: không nhiễm từ (99%), bền với thời gian, song tránh tiếp xúc trực tiếp với axit hoặc muối

* SUS304: không nhiễm từ, có thể dùng trong mọi môi trường, luôn sáng bóng, đảm bảo an toàn thực phẩm

* SUS316: không nhiễm từ, có thể dùng trong mọi môi trường, kể cả những môi trường đòi hỏi độ sạch rất khắt khe.

Nhận biết inox 2xx, 3xx, 4xx

Theo những trình bày ở trên, có thể thấy các mác thép 4xx thuộc họ thép không gỉ martensite và ferrite, các mác thép 2xx và 3xx thuộc họ thép không gỉ austenite. Theo lý thuyết, nhóm thép austenite nguyên bản hoàn toàn không nhiễm từ (không bị nam châm hút) nhưng, cũng theo những trình bày trên, nhóm thép austenite bị biến cứng mạnh khi biến dạng dẻo nguội do có sự chuyển pha từ austenite thành martensite biến dạng (mà pha martensite thì có từ tính). Vậy nên, trong thực tế, dùng nam châm để phân biệt các mác inox, nhất là để phân biệt các mác 2xx và 3xx, thì có thể nói là bất khả thi. Để phân biệt chính xác nhất thì chỉ có thể dùng phương pháp phân tích thành phần hóa học (nhưng giá thành cao) hoặc dựa vào phương pháp nhận biết theo tia lửa mài (phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm).

* nhóm thép 4xx: do trong thành phần có chứa nhiều Cr và hầu như không có Ni nên khi mài sẽ tạo thành tia và hoa lửa có màu cam sẫm, phần cuối nở thành hình bông hoa. Có từ tính mạnh hơn các mác 2xx và 3xx

* nhóm thép 2xx: do một phần Ni được thay thế bằng Mn nên nếu cùng độ dày với mác 3xx, khi bẻ hoặc uốn sẽ có cảm giác cứng hơn. Khi mài, chùm tia có màu vàng cam sáng, tia lửa dày, hoa lửa nhiều cánh hơn (so với 3xx)

* nhóm thép 3xx: khi mài, chùm tia có màu vàng cam, số cánh hoa lửa ít, dọc theo các tia lửa có các đốm sáng nhấp nháy.