Năm 1913, nhà kim loại học người Anh Harry Brearly, lúc đó
đang làm việc cho một dự án cải tiến các thùng có rãnh xoắn, tình cờ phát hiện
ra nếu thêm crôm vào thép carbon thấp sẽ khiến nó không bị gỉ sét.
Bên cạnh các
nguyên tố sắt, carbon, crôm, thép không gỉ hiện nay còn có thể chứa các nguyên
tố khác, như nickel, niobi, molypđen, và titan. Nickel, molypđen, niobi và crôm
cải thiện khả năng chống mài mòn của thép không gỉ. Chính việc thêm tối thiểu
12% crôm vào thép giúp nó chống gỉ sét, hay ít gỉ sét hơn hẳn các loại thép
khác.
Hầu hết dụng cụ nấu nướng hay trang thiết bị nhà bếp, phòng tắm ngày nay đều làm bằng thép không gỉ, vì chúng bền, rẻ và ... không gỉ
Crôm trong thép kết hợp với oxy trong không khí tạo thành một
lớp crôm oxit mỏng và vô hình, còn gọi là màng thụ động. Kích cỡ của phân tử
crôm và crôm oxit tương đương nhau, vì thế chúng xếp vào nhau một cách gọn gàng
trên bề mặt kim loại, tạo thành một tầng ổn định chỉ có vài phân tử to hơn một
chút. Nếu kim loại bị cắt hay bị đập, lớp màng thụ động bị phá vỡ, các oxit mới
sẽ nhanh chóng được hình thành và phục hồi lại bề mặt như trước, bảo vệ nó khỏi
quá trình gỉ sét bởi oxy hóa. (Còn sắt thì ngược lại, sẽ bị gỉ sét nhanh chóng,
vì nguyên tử sắt nhỏ hơn nhiều so với oxit sắt, vì thế oxit của nó tạo thành một
lớp lỏng lẻo, không gắn chặt với nhau, rồi bong ra.)
Lớp màng thụ động này đòi
hỏi oxy được tự do điều chỉnh, vì thế thép không gỉ không có khả năng chống gỉ
cao trong môi trường oxy thấp và mức độ lưu thông kém.
Trong nước biển, clorua
từ muối sẽ tấn công và phá hủy lớp màng thụ động này nhanh hơn tốc độ lớp màng
này tự tái tạo trong môi trường oxy thấp.
Các loại thép không gỉ
Có ba loại thép không gỉ chính, đó là austenitic, ferritic
và martensitic. Ba loại thép này phân biệt bởi vi cấu trúc của chúng, hay chuỗi
tinh thể đặc trưng của chúng.
Austenitic: có
austenite là pha chính (tinh thể lập phương tâm mặt). Hợp kim này chứa crôm và
nickel (đôi khi cả mangan và nitơ), cấu trúc kiểu hợp kim sắt Loại 302, 18%
crôm, 8% nickel. Thép này không thể làm cứng bằng nhiệt. Loại thép không gỉ phổ
biến nhất của kiểu này là 304, đôi khi còn gọi là T304 hay đơn giản là 304. Loại
mác thép 304 là thép austenitic chứa 18-20% crôm và 8-10% nickel.
Ferritic: có
ferrite (tinh thể lập phương tâm khối) là pha chính. Thép này chứa sắt và crôm,
dựa trên mác thép 430 với 17% crôm. Thép ferritic dễ uốn hơn thép austenitic và
không thể làm cho cứng bằng nhiệt.
Martensitic: vi cấu
trúc martensite hình thoi đặc trưng của nó lần đầu tiên được quan sát bởi người
làm kính hiển vi người Đức Adolf Martens vào khoảng năm 1890. Thép này là thép
carbon thấp dựng lên từ mác thép 410 – hợp kim của sắt, 12% crôm, 0,12% carbon. Thể tích của nó thường lớn hơn vi cấu trúc của austenitic khoảng 4,3%. Loại thép này có thể được ủ và làm cứng. Thép martensitic có độ cứng rất lớn,
nhưng điều đó cũng làm giảm độ bền của nó và khiến nó giòn và dễ vỡ, vì thế chỉ
một số ít thép này được làm cứng hoàn toàn.
Cũng có những cách phân loại thép không gỉ khác, chẳng hạn dựa
vào độ cứng, màu sắc… Thép không gỉ có thể được sản xuất với vô số vật liệu phủ
và trang trí, và nó cũng có thể được tráng với phổ màu rất rộng.
Thụ động hóa (oxy
hóa)
Có một số tranh cãi về việc liệu khả năng chống gỉ của thép
chống gỉ có thể được cải thiện bằng tiến trình thụ động hóa hay không. Đặc biệt,
sự thụ động hóa là việc loại bỏ các phân tử sắt tự do khỏi bề mặt thép. Nó được
thực hiện bằng cách nhúng thép vào một chất oxy hóa, chẳng hạn như axit nitric
hay axit citric. Vì lớp thép trên cùng sẽ bị loại bỏ, sự thụ động hóa làm giảm
đổi màu bề mặt. Trong khi đó sự thụ động hóa không ảnh hưởng tới độ dày hay
tính hiệu quả của lớp màng thụ động, vì thế nó rất hữu ích trong việc tạo ra một
bề mặt sạch cho các thao tác và xử lý khác, chẳng hạn như mạ hay sơn. Mặt khác,
nếu chất oxy hóa không bị loại bỏ hoàn toàn khỏi thép (đôi khi vẫn xảy ra trong
các vị trí như khớp nối hay vị trí góc), sẽ xảy ra hiện tượng ăn mòn kẽ.
Hầu hết
các nghiên cứu đều chỉ ra rằng việc nhúng phần bị gỉ một phần bề mặt không làm
giảm độ nhạy cảm với hiện tượng gỉ sét ăn rỗ bề mặt.
http://cuahangphamquang.blogspot.com