Lý do cơ bản cho khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ nằm ở nguyên tố hợp kim chính của nó—crom (Cr), với hàm lượng crom thường vượt quá 10,5%.

Sự hình thành của lớp màng thụ động:Trong môi trường oxy hóa, crom phản ứng với oxy để tự phát hình thành một lớp màng oxit giàu crom cực mỏng và đặc (chủ yếu là Cr₂O₃) trên bề mặt thép không gỉ. Lớp màng này chỉ dày 2-5 nanomet và không thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Chức năng bảo vệ kép:

• Rào cản vật lý:Lớp màng này cách ly hoàn toàn ma trận kim loại khỏi các tác nhân ăn mòn bên ngoài (như nước, oxy, axit, kiềm, ion clorua, v.v.), ngăn chặn các con đường điện hóa của phản ứng ăn mòn.

• Tính ổn định hóa học:Bản thân oxit crom có tính ổn định hóa học cao và vẫn trơ trong hầu hết các môi trường, giúp nó chống lại sự hòa tan hoặc suy thoái.

Nếu lớp màng thụ động này bị hư hỏng cục bộ do trầy xước, bề mặt kim loại mới lộ ra sẽ ngay lập tức phản ứng với oxy và tự sửa chữa nhanh chóng, tạo thành một lớp màng bảo vệ mới. Điều này mang lại cho thép không gỉ khả năng "tự phục hồi" liên tục.

Ngoài crom, nguyên tố cốt lõi, các nguyên tố hợp kim khác thường được thêm vào thép không gỉ cũng đóng một vai trò hiệp đồng quan trọng trong việc tăng cường khả năng chống ăn mòn của nó trong các môi trường khắc nghiệt khác nhau:

Molybdenum (Mo):Nó làm tăng đáng kể khả năng chống lại ion clorua (Cl⁻). Ion clorua là một trong những "thủ phạm" chính phá hủy lớp màng thụ động, gây ra hiện tượng rỗ và ăn mòn kẽ hở nguy hiểm. Việc bổ sung molypden có thể ức chế hiệu quả sự phá hủy này. Do đó, bộ trao đổi nhiệt cho các nhiệm vụ trên biển hoặc chứa muối thường sử dụng các loại chứa Mo như 316L (S31603), 317L (S31703), 2205 (S32205), 2507 (S32750) hoặc 254SMO (S31254).

Nickel (Ni):Chức năng chính của nó là ổn định cấu trúc austenitic, cải thiện độ dẻo dai và độ dẻo tổng thể của vật liệu. Nó cũng tăng cường độ ổn định của lớp màng thụ động và giảm nguy cơ nứt do ứng suất ăn mòn, điều này rất quan trọng đối với bộ trao đổi nhiệt chịu ứng suất nhiệt và cơ học (ví dụ: 304L/S30403, 316L/S31603, 904L/N08904, 254SMO/S31254, Hợp kim 625/N06625).

Nitrogen (N):Trong thép không gỉ song công (2205/S32205, 2507/S32750), nitơ có thể làm mịn kích thước hạt hiệu quả, tăng độ bền của vật liệu và tăng cường đáng kể khả năng chống ăn mòn rỗ.

Mặc dù thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn vốn có tuyệt vời, khả năng chống ăn mòn của bộ trao đổi nhiệt cũng bị ảnh hưởng bởi điều kiện vận hành thực tế và chất lượng thiết kế và sản xuất:

Đặc tính môi trường:Thành phần của môi trường ăn mòn (chẳng hạn như nồng độ ion clorua, giá trị pH), nhiệt độ và áp suất là những yếu tố quan trọng. Ví dụ, khi nồng độ ion clorua vượt quá 50ppm, thép không gỉ 304 (S30400) thông thường có thể phải đối mặt với nguy cơ ăn mòn rỗ. Trong những trường hợp như vậy, cần chọn 316L (S31603) hoặc song công 2205 (S32205) có khả năng chống ăn mòn cao hơn.

Quy trình sản xuất:Hàn là một phần quan trọng trong sản xuất bộ trao đổi nhiệt, nhưng vùng bị ảnh hưởng nhiệt của mối hàn dễ bị nhạy cảm, làm tăng độ nhạy với ăn mòn liên hạt. Do đó, thường cần sử dụng các quy trình như xử lý dung dịch để loại bỏ ứng suất dư hàn và khôi phục khả năng chống ăn mòn của vật liệu (đặc biệt đối với các loại cacbon thấp như 304L/S30403 và 316L/S31603).

Xử lý bề mặt:Đánh bóng điện hoặc tẩy axit và thụ động hóa bề mặt thép không gỉ có thể loại bỏ các khuyết tật bề mặt nhỏ, tạp chất và chất gây ô nhiễm, làm cho bề mặt mịn hơn. Điều này thúc đẩy sự hình thành một lớp màng thụ động đồng đều và đặc hơn, tăng cường hơn nữa khả năng chống ăn mòn của nó.