Thành phần hóa học có ảnh hưởng lớn trên một cấu trúc tinh thể của thép, tính chất cơ học,tính chất vật lý và khả năng
chống ăn mòn.
Các nguyên tố hóa học sẽ ảnh hưởng đến tính chất của thép theo những
cách khác nhau, đôi khi sẽ làm tính chất của thép biến đổi theo chiều
hướng tích cực và cũng có những lúc sẽ làm cho tính chất của thép biến
đổi theo chiều hướng tiêu cực. Vì vậy, khi chọn thành phần hóa học cho
vật liệu, đôi khi người ta phải hy sinh một vài tính chất, để tối ưu hóa
những tính chất còn lại của thép. Những nguyên tố hóa học dưới đây sẽ
miêu tả một cách cụ thể ảnh hưởng của từng nguyên tố hóa học lên thép
không gỉ Austenitic:
Nguyên tố Chrom (Cr):
Cr chính là nguyên tố làm cho thép không gỉ trở thành “không gỉ”. Chỉ
cần một hàm lượng Cr tối thiểu là 10.5%, sẽ tạo lên một lớp màng tự động
bảo vệ thép không gỉ. Lớp màng này bảo vệ thép không gỉ khỏi quá trình
oxy hóa và nhiều loại acid khác nhau. Khả năng chống ăn mòn sẽ càng tăng
cao khi hàm lượng Cr trong thép không gỉ càng lớn. Chính vì điều này mà
các dòng thép không gỉ có những hàm lượng Cr khác nhau để phù hợp với
những ứng dụng khác nhau.
Ví dụ: như Austenitic là 18%, còn HPASS là 20-28% (Đây là mác theo chuyên dùng cho ngành không gian vũ trụ)
Nguyên tố Niken (Ni):
Niken chính là nguyên tố chính tạo ra và ổn định pha Austenitic hay nói cách khác là tạo ra dòng
Inox
Austenitic. Nếu không có 8% Ni, thì Inox 304 không còn là dòng Inox
Austenitic và không thể có được những cơ tính tuyệt vời như trong thực
tế, mà thay vào đó, nó sẽ trở thành một loại Inox trong dòng Inox
Ferritic với một sự giới hạn về độ bền. Hàm lượng Cr trong thép càng
cao, thì hàm lượng Niken cũng phải tăng tương ứng để duy trì pha
Austenitic.
Ví dụ: dòng Inox HPASS (High Performance Austenitic
Stainless Steel) có hàm lượng Cr và Mo rất cao, vì thế hàm lượng
Ferritic trong dòng Inox này lên đến 20% hoặc cao hơn để duy trì pha
Austenitic.
Ngoải ra, Niken còn làm tăng khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ
trước nhiều loại acid và tăng ứng suất ăn mòn lên 20%. Và Niken cũng làm
giảm khả năng biến cứng của thép không gỉ trong quá trình biến dạng
nguội.
Nguyên tố Molypden (Mo):
Molypden tăng khả năng chống rỗ bề mặt và ăn mòn ở các khe hở trong môi
trường của Clo. Mo kết hợp với Chrom và Nitơ để tăng cường khả năng này.
Molypden cũng góp phần tăng khả năng chống ăn mòn và giảm tác động của
acid HCl và acid sunfuric H2S04. Trong dòng Inox Austenitic thì hàm
lượng của Mo chiếm tối thiểu là 2%, ví dụ như Inox 316. Còn trong dòng
Inox HPASS thì hàm lượng này là 7.5% Mo.
Mo góp phần vào việc hình thành pha Ferritic, lượng Mo càng cao thì
việc hình thành pha Ferritic càng mạnh, hay nói cách khác thì hàm lượng
Mo thì càng làm cho Inox trở thành dòng Inox Ferritic. Ngoài ra, sự tham
gia của Molyden cũng làm giảm khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao của
Inox. Vì vậy, người ta thường rất đắn đo khi thêm Molyden vào Inox.
Nguyên tố Carbon (C):
Cacbon góp phần làm tăng độ bền của Inox. Vì thế Cacbon là nguyên tố hữu
dụng trong việc Inox được sử dụng để làm lò hơi hoạt động ở nhiệt độ
cao. Ngoài ảnh hưởng tích cực này ra, thì Carbon không còn ứng dụng tích
cực nào khác và Carbon còn góp phần làm giảm khả năng chống ăn mòn của
Inox. Vì vậy, người ta phải giảm hàm lượng Carbon đến mức tối thiểu
trong các hợp kim.
Hàm lượng Carbon thấp được sử dụng trong các ứng dụng của hàn.
Ví dụ: như Inox 304L và Inox 316L, ở trong những Inox này người
ta giới hạn hàm lượng Carbon tối đa là 0.03%. Còn ở trong một số hợp
kim HPASS thì hàm lượng này là 0.02%.
Nguyên tố Nitơ (N):
Nguyên tố Nitơ góp phần làm ổn định và tăng độ bền cho Inox Austenitic. Ở
một số mác Inox có hàm lượng Carbon thấp (0.01%) do độ bền thấp vì
thiếu Cacbon, thì người ta phải thêm Nitơ vào để tăng độ bền. Nitơ cũng
làm tăng khả năng chống rỗ bề mặt và ăn mòn ở khe hở trong môi trường
Clorua. Vì vậy, trong dòng Inox HPASS thì hàm lượng Nitơ lên đến 0.5%.
Nguyên tố Mangan (Mn):
Người ta sử dụng Mangan để khử oxy trong Inox nóng chảy và còn được sử
dụng như một phương pháp để làm ổn định pha Austenitic. Khi Mangan góp
mặt thì điều này sẽ tăng sự hòa tan của Nitơ trong thép không gỉ . Vì
vậy, Magan được thêm rất nhiều vào trong Inox HPASS để tăng hàm lượng
của Nitơ, từ đó làm tăng độ bền và khả năng chống ăn mòn.
Nguyên tố Đồng (Cu):
Đồng làm tăng khả năng chống ăn mòn của Inox trong môi trường của các
Acid như Acid Sunfuric và Acid Photphoric. Đồng được thêm vào một số mác
Inox HPASS và giúp những mác này chuyên được sử dụng trong những môi
trường như thế này.
Nguyên tố Silic (Si):
Cũng giống như Mangan thì Silic được dùng để khử Oxy trong thép nóng
chảy. Ngoài tác dụng này thì Silic còn có những tác động tích cực lên
chất lượng bề mặt như khả năng đánh bóng, khả năng hàn và khả năng chống
ăn mòn Inox
Nguyên tố Niobi, Columbi và Titan (Nb, Cb, Ti):
Những nguyên tố này giúp Inox tăng bền ở nhiệt độ cao. Những mác Inox
như 347 và 321 có chứa Nb và Ti thường được dùng trong việc chế tạo lò
hơi và những ứng dụng về tinh luyện, ở những ứng dụng này người ta đòi
hỏi Inox phải có độ bền và khả năng hàn tốt ở nhiệt độ cao. Ngoài ra,
những nguyên tố này còn được dùng để khử oxy trong thép.
Nguyên tố Lưu Huỳnh và Photpho (S, P):
Lưu huỳnh có cả 2 tác động tích cực và tiêu cực đến tính chất của thép
không gỉ. Một trong những ứng dụng quan trọng của Lưu Huỳnh là tăng khả
năng cắt gọt của Inox trên máy công cụ, trong khi đó lại làm giảm khả
năng gia công của Inox ở nhiệt độ cao. Dòng Inox HPASS về bản chất là
rất khó gia công ở nhiệt độ cao, vì vậy người ta phải giới hạn hàm lượng
Lưu Huỳnh xuống dưới 0.001%. Và Lưu Huỳnh không được sử dụng trong
những hợp kim như thế này.
Photpho không có tác dụng tích cực nào lên Inox và làm giảm khả năng
gia công ở nhiệt độ cao của Inox trong quá trình rèn nguội và cán nóng.
Và nó làm tăng khả năng gãy vỡ trong quá trình làm nguội sau khi hàn. Vì
vậy người ta phải hạn chế hàm lượng này càng ít càng tốt.