BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU THÉP KHÔNG GỈ
CHẾ TẠO KHUNG Ô TÔ

Giáo viên hướng dẫn: Ths. Huỳnh Trọng Chương
TS. Nguyễn Văn Thuần
Sinh viên thực hiện:

Trần Tơ Ny

Mã số sinh viên:

58131957

Khánh Hịa - 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU THÉP KHÔNG GỈ
CHẾ TẠO KHUNG Ô TÔ

Giáo viên hướng dẫn: Ths. Huỳnh Trọng Chương
TS. Nguyễn Văn Thuần
Sinh viên thực hiện: Trần Tơ Ny
Mã số sinh viên:

Khánh Hịa - 2020

58131957


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Khoa: Kỹ thuật Giao thông
PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
(Dùng cho CBHD và nộp cùng báo cáo ĐA của sinh viên)
Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng vật liệu thép không gỉ chế tạo khung ô tô
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Huỳnh Trọng Chương
TS. Nguyễn Văn Thuần
Sinh viên được hướng dẫn: Trần Tơ Ny
Khóa: 2016-2020
Lần KT

Ngày

MSSV: 58131957

Ngành: Kỹ thuật ơ tô
Nội dung

Nhận xét của GVHD


1

10/3/2020

Chỉnh sửa về bố cục, cách trình
bày

2

17/3/2020

Chỉnh sửa về bố cục, cách trình
bày

3

12/5/2020

Chỉnh sửa

4

19/5/2020

Viết báo cáo

Kiểm tra giữa tiến độ của Trưởng BM
Ngày KT:
…………………..


Đánh giá công việc hồn thành: ………..%
Được tiếp tục: □

Ký tên

Khơng tiếp tục: □ .………………...

5
6
7
8
Nhận xét chung (sau khi sinh viên hoàn thành ĐA/KL):
……………………………………………………………………………………….…
……………………………………………………………………………………….…
Điểm hình thức:……/10
Đồng ý cho sinh viên:

Điểm nội dung:......./10
Được bảo vệ:

Điểm tổng kết:………/10

Khơng được bảo vệ:

Khánh Hịa, ngày......., tháng......, năm.......
Cán bộ hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

i



TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Khoa: Kỹ thuật Giao thông
PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho cán bộ chấm phản biện)
1. Họ tên người chấm:………………………………….
2. Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện ĐA (sĩ số trong nhóm: 1)
Trần Tơ Ny

MSSV: 58131957

Lớp: 58.CNOT-3

Ngành: Kỹ thuật ô tô

3. Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng vật liệu thép không gỉ chế tạo khung ơ tơ
4. Nhận xét
-

Hình thức:...............................................................................................................

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
-

Nội dung:................................................................................................................

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Điểm hình thức:....../10

Điểm nội dung:....../10

Đồng ý cho sinh viên:

Được bảo vệ:

Điểm tổng kết:....../10
Không được bảo vệ:

Khánh Hòa, ngày.......,tháng.......,năm...........
Cán bộ chấm phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)

ii


TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Khoa: Kỹ thuật Giao thông
PHIẾU CHẤM CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ ĐA
(Dùng cho thành viên Hội đồng bảo vệ ĐA)
1. Họ tên thành viên HĐ:..................................................................................................

Chủ tịch:


Thư ký:

Ủy viên:

2. Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng vật liệu thép không gỉ chế tạo khung ô tô
3. Họ tên sinh viên thực hiện:

Trần Tô Ny

MSSV: 58131957

4. Phần đánh giá và cho điểm của thành viên hội đồng (theo thang điểm 10)
a) Hình thức, bố cục bài báo cáo (sạch, đẹp, cân đối giữa các phần,…)

: ………

b) Nội dung bản báo cáo (thể hiện mục tiêu, kết quả,…)

: ………

c) Trình bày (đầy đủ, ngắn gọn, lưu lốt, khơng q thời gian,…)

: ………

d) Trả lời các câu hỏi của người chấm (đúng/sai)

: ………

đ) Trả lời các câu hỏi của thành viên hội đồng (đúng/sai)


: ………

e) Thái độ, cách ứng xử, mức độ tự tin

: ………

g) Nắm vững nội dung đề tài

:……….

h) Nắm vững những vấn đề liên quan đề tài

:……….

i) Tính sáng tạo khoa học của sinh viên

:……….
Tổng cộng

Điểm trung bình của các cột điểm trên:……./10 (làm trịn đến 1 số lẻ)
Cán bộ chấm điểm
(Ký và ghi rõ họ tên)

iii

: ……....


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan mọi kết quả của đề tài “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu thép

không gỉ chế tạo khung ơ tơ” là cơng trình ghiên cứu của cá nhân tôi và chưa từng
được công bố trong bất cứ cơng trình khoa học nào khác cho tới thời điểm này.
Khánh Hòa, ngày tháng năm 2020
Sinh viên thực hiện
Trần Tô Ny

iv


MỤC LỤC
Trang

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP ....................................................................
PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ........................ i
PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ...............................................................ii
PHIẾU CHẤM CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ ĐA.......................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... iv
MỤC LỤC ....................................................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................................... x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................... xi
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU THÉP KHÔNG GỈ .................................. 4
1.1. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI ................................................................................... 4
1.1.1. Định nghĩa ............................................................................................................. 4
1.1.2. Phân loại ................................................................................................................ 4
1.2. NHẬN BIẾT MỘT SỐ MÁC THÉP KHÔNG GỈ THƠNG DỤNG ....................... 6
1.3. THÀNH PHẦN HĨA HỌC CỦA THÉP KHƠNG GỈ ............................................ 7
1.4. CƠ TÍNH – LÝ TÍNH – HĨA TÍNH VÀ CỦA VẬT LIỆU THÉP KHƠNG GỈ . 10

1.4.1. Cơ tính ................................................................................................................. 10
1.4.2. Lý tính ................................................................................................................. 11
1.4.3. Hóa tính ............................................................................................................... 12
CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN VẬT LIỆU VÀ CHẾ TẠO KHUNG XE .......................... 14
2.1. XÂY DỰNG CƠ SỞ LỰA CHỌN VẬT LIỆU ..................................................... 14
2.1.1. Đặc điểm thép không gỉ SUS 304 ....................................................................... 14
v


2.1.2. Tính gia cơng của thép khơng gỉ SUS304 ........................................................... 16
2.2. QUY ĐỊNH CUỘC THI VỀ CHẾ TẠO XE SINH THÁI ..................................... 17
2.2.1 Tiêu chuẩn của cuộc thi về thân xe ...................................................................... 17
2.2.2. Bố trí người lái và hành khách trong khoang xe ................................................. 19
2.3. TIẾNG ỒN VÀ SỰ RUNG ĐỘNG TRONG XE .................................................. 21
2.3.1. Định nghĩa ........................................................................................................... 21
2.3.2. Nguyên nhân ....................................................................................................... 21
2.4. PHÂN TÍCH CHỌN LỰA PHƯƠNG ÁN CHẾ TẠO........................................... 22
2.4.1. Chế độ vận hành của ô tô sinh thái...................................................................... 23
2.4.2 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế khung ô tô .......................................... 23
2.5. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUNG Ơ TƠ MƠ HÌNH ............................................... 25
2.5.1. Các phần mềm phổ biến trong thiết kế, tính tốn, kiểm nghiệm khung ô tô ...... 25
2.5.2. Các loại khung thông dụng.................................................................................. 26
2.5.3. Sử dụng phần mềm Solidwork trong thiết kế khung ô tơ mơ hình ..................... 32
2.5.4. Chế tạo ................................................................................................................. 35
2.6. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB TÍNH TỐN TẦN SỐ DAO ĐỘNG
KHUNG XE .................................................................................................................. 44
2.6.1. Tổng quan phần mềm Matlab.............................................................................. 44
2.6.2. Tính toán tần số dao động ................................................................................... 46
CHƯƠNG 3. KIỂM TRA, THỬ NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ ............................................ 50
3.1. KIỂM TRA TỔNG QUÁT XE SAU KHI LẮP RÁP HOÀN THIỆN .................. 50

3.2. THỬ NGHIỆM ....................................................................................................... 52
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 54
4.1. KẾT LUẬN ............................................................................................................ 54
4.2. KIẾN NGHỊ ............................................................................................................ 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 55
vi


PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 57

vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Quan hệ giữa thế điện cực và hàm lượng Cr trong hợp kim Fe – Cr .............. 7
Hình 1.2. Suất ăn mịn trong mơi trường khơng khí khu cơng nghiệp của thép khơng
gỉ ...................................................................................................................................... 7
Hình 1.3. Tốc độ ăn mịn trong axit nitrit đun sơi của .................................................. 13
Hình 2.1. Giản đồ Schaeffler về phân loại thép khơng gỉ theo cấu trúc ....................... 16
Hình 2.2. Quy định về khung vỏ xe sinh thái ................................................................18
Hình 2.3. Vấn đề bố trí hành khách trong khoang xe ....................................................19
Hình 2.4. Tầm nhìn phía trước ......................................................................................20
Hình 2.5. Tầm nhìn phía sau .........................................................................................21
Hình 2.6. Khung hình chiếc thang .................................................................................27
Hình 2.7. Khung hình ống rỗng .....................................................................................27
Hình 2.8. Khung gầm liền khối .....................................................................................28
Hình 2.9. Khung gầm liền khối ULSAB .......................................................................29
Hình 2.10. Khung gầm hình xương sống ......................................................................29
Hình 2.11. Xe kiểu 2 bánh trước và 1 bánh sau ............................................................30
Hình 2.12. Xe kiểu 2 bánh sau và 1 bánh trước ............................................................30

Hình 2.13. Dao diện chính của phần mềm SolidWorks ................................................32
Hình 2.14. Hình chiếu đứng của khung xe ....................................................................34
Hình 2.15. Hình chiếu bằng của khung xe ....................................................................34
Hình 2.16. Hình chiếu cạnh của khung xe.....................................................................34
Hình 2.17. Hình mơ phỏng của khung xe ......................................................................35
Hình 2.18. Inox hộp chữ nhật ........................................................................................35
Hình 2.19. Máy hàn SAW .............................................................................................37
Hình 2.20. Gá cố định bằng ê tô kết hợp thanh giằng để hàn thân khung ....................39
Hình 2.21. Dùng thước eke cơ khí để đảm bảo độ vng các góc ................................39
Hình 2.22. Hàn các thanh chéo nối giữa phần đầu và đi của khung .........................39
Hình 2.23. Cơ cấu phanh sau và khu vực đặt động cơ ..................................................40
Hình 2.24. Hệ thống lái và cơ cấu phanh trước .............................................................40
Hình 2.25. Hộp đựng Accu ............................................................................................41
Hình 2.26. Mũi xe ..........................................................................................................41
viii


Hình 2.27. Đặt thử động cơ vào khung .........................................................................42
Hình 2.28. Khung xe hồn thiện ....................................................................................42
Hình 2.29. Quy trình sửa lỗi rỗ khí và xỉ hàn ................................................................42
Hình 2.30. Quy trình sửa lỗi vết nứt và hàn khơng đầy ................................................43
Hình 2.31. Phấn đánh bóng inox ...................................................................................44
Hình 2.32. Giao diện chính phần mềm matlab ..............................................................45
Hình 2.33. Sơ đồ khối q trình tính tần số dao động của khung .................................46
Hình 2.34. Hệ thống treo ô tô ........................................................................................47
Hình 2.35. Giá trị đầu vào .............................................................................................49
Hình 2.36. Xuất kết quả .................................................................................................49
Hình 2.37. Kết quả tần số dao động khung xe làm từ vật liệu nhơm ............................49
Hình 3.1. Khung xe hồn thiện ...................................................................................... 50
Hình 3.2. Chạy thử nghiệm xe trên điều kiện mặt đường bằng phẳng.......................... 53

Hình 3.3. Chạy thử nghiệm khả năng quay vòng của xe............................................... 53

ix


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Suất ăn mòn của hợp kim Fe – Cr trong môi trường axit nitrie 65%, đun sơi 8
Bảng 1.2. So sánh lý tính chủ yếu của các loại thép không gỉ ...................................... 12
Bảng 2.1. Thành phần hóa học SUS304 (tiêu chuẩn Nhật JIS G4303-91) ................... 14
Bảng 2.2. Cơ tính của thép SUS304 (theo tiêu chuẩn Nhật JIS G4303-91) ................. 14
Bảng 2.3. So sánh độ bền của Inox 304 với vật liệu khác ............................................. 15
Bảng 2.4. Hệ số tính gia cơng ie của các ngun tố hợp kim ....................................... 17
Bảng 2.5. Bảng giá Inox 304 tháng 11/2019 ................................................................ 35
Bảng 2.6. Khối lượng tổng thành khung xe .................................................................. 47
Bảng 3.1. Nội dung kiểm tra phần khung ...................................................................... 50
Bảng 3.2. Nội dung kiểm tra động cơ và bánh xe ......................................................... 51
Bảng 3.3. Nội dung kiểm tra hệ thống phanh ................................................................ 51
Bảng 3.4. Nội dung kiểm tra hệ thống lái...................................................................... 52
Bảng 3.5. Nội dung kiểm tra hệ thống điện động lực.................................................... 52

x


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
SUS (Steel Use Stainless): Thép không gỉ
JIS (Japanese Industrial Standards): Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản
PPC (Copolymer polypropylene polystone): Vật liệu tổng hợp
FRP (Fibeglass Reinfored Plastic): Nhựa cốt sợi thủy tinh
CAD (Computer Aided Design): Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính
SAP (Structural Analysis Program): Phần mềm tính tốn kết cấu

ANSYS (Analysic System): Phần mềm phân tích hệ thống
MATLAB (matrix laboratory): Phần mềm tính tốn ma trận
RDM (Resistances des Materiaux): Phần mềm phần tử hữu hạn
HV (Vickers Pyramid Number): Thang đo độ cứng Vickers

xi


PHẦN MỞ ĐẦU
Lời mở đầu
Ngày nay, đất nước đang trong q trình cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa nên nhu
cầu sử dụng thép không gỉ ngày càng nhiều. Trong công nghiệp, có rất nhiều chi tiết làm
việc trong mơi trường mà ở đó máy móc, thiết bị bị phá phá hủy đồng thời bởi tác nhân
mài mòn và ăn mòn. Có rất nhiều phương pháp nâng cao khả năng chống mài mòn của
các vật liệu làm việc trong điều kiện trên như: hóa bền bằng biến dạng hoặc nhiệt luyện,..
Ngành ơ tơ có ¾ khối lượng được làm từ thép, phần lớn trong đó là thép lá nhẹ. Tỷ lệ
sắt trong vật liệu cũng ngày càng giảm đi theo từng model xe mỗi năm do thành phần
nhôm và phi kim pha trộn (chiếm khoảng 8%) và nhựa (khoảng 11%) được kết hợp để
cấu tạo nên những mẫu ô tô đời mới.
Theo những nghiên cứu từ Bộ năng lượng Mỹ thì khi tự trọng của xe giảm 10%
thì có thể tăng mức tiết kiệm nhiên liệu lên khoảng 6 đến 8%. Vì vậy, sẽ khơng ngạc
nhiên khi các vật liệu nhẹ không thuộc kết cấu cơ sở này và các vật liệu nội thất hiện đại
ngày nay sẽ được thay thế để giúp chiếc xe trở nên nhẹ hơn. Tuy nhiên, theo lý thuyết
thiết kế ơ tơ thì việc đảm bảo chiếc xe vẫn vận hành êm dịu, tin cậy chưa bao giờ là việc
dễ dàng.
Ta có thể khẳng định ngành khoa học nghiên cứu vật liệu để áp dụng đưa vào sản
xuất các kết cấu ô tô trong tương lai gần là điều không thể tránh khỏi.
Hiện nay cuộc thi xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu với quy mô lớn được diễn ra
hằng năm, thu hút đông đảo sinh viên toàn quốc tham gia. Cuộc thi là sự cạnh tranh cả
về ý tưởng, kỹ thuật chế tạo và kỹ năng lái xe với mục đích thiết kế và chế tạo ra những

chiếc xe có khả năng giảm tối đa hiệu suất tiêu hao nhiên liệu. Trong đó, bên cạnh việc
can thiệp kỹ thuật vào động cơ, hệ thống đánh lửa, hệ thống nhiên liệu, … thì trọng
lượng xe cũng là một trong những nguyên nhân chủ yếu tác động đến lượng tiêu thụ
nhiên liệu của xe. Theo đó, khối lượng các bộ phận cấu thành xe sinh thái tự chế phải
được chế tạo giảm ở mức thiểu. Trong các bộ phận thuộc xe sinh thái khung xe chiếm
trọng lượng khá cao và có kiểu dáng rất khó chế tạo. Khung xe cần đạt tiêu chuẩn nhỏ
gọn, nhẹ nhưng vẫn đảm bảo chắc chắn, bền sẽ giúp tiết kiệm nhiên liệu hơn. Vì vậy,
việc nghiên cứu ứng dụng vật liệu để chế tạo khung xe như thế nào cho hợp lý là yếu tố
tất yếu không thể xem nhẹ.
1


Đối tượng nghiên cứu
Khung xe sinh thái bằng vật liệu thép không gỉ.
Mục tiêu
- Lựa chọn vật liệu để chế tạo khung xe.
- Chế tạo thành công khung xe sinh thái đảm bảo điều kiện bền, tần số dao động
dọc đạt chuẩn, khả năng chống xoắn cao.
Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về vật liệu thép không gỉ.
- Lựa chọn vật liệu và chế tạo.
- Kết quả và khuyến nghị.
Giá trị thực tiễn của đề tài
+ Về giáo dục và đào tạo:
Nâng cao tư duy sáng tạo về kỹ thuật, công nghệ.
Đề tài là cơ sở khoa học quan trọng để từng bước tự động quá trình chế tạo khung
xe sinh tái từ đó rút ngắn thời gian chế tạo. Kết quả thu được trong đề tài được lưu trữ
làm tài liệu phục vụ cho công tác học tập và nghiên cứu sau này.
+ Đối với Trường Đại học Nha Trang nói chung và khoa Kỹ thuật Giao thơng nói riêng:
Nộp báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài để phục vụ nghiên cứu, giảng dạy và học

tập cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật ô tô.
Sau hơn 3 tháng thực hiện đồ án, em đã hoàn thành nội dung cơ bản của đề tài.
Nhưng trong quá trình nghiên cứu và thực hiện, do vốn kiến thức và kinh phí thực hiện
cịn eo hẹp nên khơng thể tránh khỏi những sai sót, kính mong q thầy và các bạn đồng
học đóng góp ý kiến để đồ án được bổ sung hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!
Nha Trang, ngày

tháng

năm 2020

Sinh viên thực hiện

2


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đồ án, nhận được nhiều sự giúp đỡ và chỉ bảo nhiệt tình
của các quý thầy, gia đình và bạn bè là điều may mắn đối với em.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Huỳnh Trọng Chương và thầy Nguyễn
Văn Thuần đã trực tiếp hướng dẫn và hỗ trợ em rất nhiều trong quá trình thực tập tại
xưởng và triển khai đồ án, giúp em nhận rõ những thiếu sót của mình.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy thuộc khoa Kỹ thuật Giao thông
đã hỗ trợ nhiệt tình khi em tìm đến và nhờ sự trợ giúp, để em thực hiện đồ án dễ dàng
hơn.
Cuối cùng, em muốn cảm ơn gia đình, bạn bè đã ln bên cạnh, động viên và cho
em những lời góp ý hữu ích để hồn thành đồ án.
Trong q trình thực hiện đồ án, khó tránh khỏi sai sót, em mong quý thầy đóng
góp ý kiến, bổ sung để bài làm được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU THÉP KHÔNG GỈ

1.1. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI
1.1.1. Định nghĩa
Thép khơng gỉ cịn có tên gọi khác là Inox (tiếng anh là Stainless Steel hay SUS)
là một loại thép hợp kim có chứa Cr là thành phần chính (với hàm lượng Cr tối thiếu là
10,5% khối lượng). Các loại thép thông thường nếu tiếp xúc với khơng khí, độ ẩm…, sẽ
tạo thành gỉ sắt, gây hiện tượng ăn mịn vật liệu. Ở thép khơng gỉ, bởi chứa thành phần
chính là ngun tố hóa học Cr nên khi tác dụng với oxy ngồi khơng khí sẽ hình thành
lớp màng oxit crom có tác dụng ngăn cản q trình tạo gỉ và ăn mịn vào lớp vật liệu
bên trong khiến cho bề mặt nó ln tạo cảm giác sáng bóng [1].
Nhờ những đặc tính nổi bật, ngày nay, thép không gỉ được ứng dụng rộng rãi trong
cơng nghiệp, y tế, đời sống… Tuy nhiên, vì cái tên “không gỉ”, đây cũng làm loại vật
liệu hay được lạm dụng vì nhiều mục đích khác nhau, nhất là đối với các ứng dụng trong
đời sống. Nhưng thực tế, khả năng chịu ăn mòn của loại thép này tùy thuộc theo các
thành phần hợp kim của nó và mơi trường sử dụng, trong nhiều trường hợp, nó cịn nhạy
cảm với ăn mòn hơn cả thép thường (nhất là trong dung dịch muối clo, VD: muối ăn
NaCl…)
1.1.2. Phân loại
1.1.2.1. Phân loại theo tốc độ bị ăn mịn
Như đã trình bày ở định nghĩa trên, tính khơng gỉ của thép chính là khả năng chống
ăn mịn trong các mơi trường khác nhau. Tùy thuộc tính ăn mịn của mơi trường, thép
nói chung và thép khơng gỉ nói riêng được phân loại theo tốc độ ăn mịn như sau [1]:
Trong mơi trường ăn mịn yếu: nước ngọt, khơng khí…
- Khơng lớn hơn 0,01 mm/năm: Thép được coi là hồn tồn khơng gỉ.

- Không lớn hơn 0,1 mm/năm: Thép được coi là không gỉ.
- Lớn hơn 0,1 mm/năm: Thép coi là bị gỉ.
Trong mơi trường ăn mịn mạnh: Nước biển, muối, axit…
- Khơng lớn hơn 0,1 mm/năm: Được coi là chịu muối, axit (tốt).
- Không lớn hơn 1 mm/năm: Thép được coi là không gỉ (đạt yêu cầu).
- Lớn hơn 1 mm/năm: Thép coi là bị gỉ.
4


1.1.2.2. Phân loại theo cấu trúc của thép
Tính đến thời điểm hiện tại, có 4 loại thép khơng gỉ chính. Bao gồm: Austenit,
Ferrit, Martensit và Austenit-Ferrit (Duplex).
Thép không gỉ γ (Austenitic)
Thép chứa tối thiểu 7% Niken (Ni), 16% Crom (Cr), và tối đa 0,08% Cacbon (C).
Ưu điểm nổi bật của loại thép này là:
- Tính chống ăn mịn cao trong nước sơng, nước biển, hơi nước bão hịa, các dung
dịch nước muối, axit (HNO3 đặc nóng, H2SO4 nguội, HCL lỗng, nguội). Vì vậy loại
thép này được sử dụng nhiều trong cơng nghiệp hóa dầu và thực phẩm, sản xuất axit,
chế tạo các chi tiết chịu nhiệt tới 900÷10000C.
- Loại thép này có tính dẻo cao (δ = 45÷60%) nên dễ dàng cán, dập, gị nguội để
tạo hình sản phẩm, thích hợp để chế tạo các loại bình, ống,.. Cấu trúc mạng lập phương
tâm mặt cho phép nó khơng bị giịn ngay cả khi nung quá lâu. Vì vậy, chúng được ứng
dụng chế tạo các dụng cụ làm việc ở vùng băng tuyết, làm bình chứa khí hóa lỏng và
trong kỹ thuật nhiệt lạnh.
- Cơ tính đảm bảo: Giới hạn bền uốn và giới hạn bền kéo tương đối cao.
Thép không gỉ austenit là loại thép phổ biến nhất trên thị trường. Các mác thép
thông dụng bao gồm SUS 301, 304, 304L,…
Thép không gỉ Martensit
Thành phần Cr chiếm khoảng 12 ~ 17% tổng khối lượng.
Ưu điểm nổi bật của loại thép này là tính chống ăn mịn cao trong mơi trường nước

ngọt, dung dịch axit HNO3 (nhưng bị ăn mòn trong các loại axit khác).
Loại thép này với hàm lượng Cacbon thấp (VD: Mác 403, 410 của Mỹ) được dùng
làm đồ trang sức, ốc vít khơng gỉ, chi tiết chịu nhiệt (dưới 450°C) như cánh tuốc bin hơi.
Các mác có %C cao hơn (VD: 420, 440, 440B) có độ cứng và giới hạn đàn hồi cao hơn
được dùng làm lò xo không gỉ, dụng cụ mổ (dao, kéo), chi tiết chịu nhiệt và chịu mài
mòn như supap xả, một số loại ổ bi làm việc trong mơi trường ăn mịn.
Thép khơng gỉ Ferrit
Trong thép chứa khoảng 12% – 17% crôm.
Ưu điểm chính của loại thép này là:
- Có giới hạn bền dẻo cao nên được dễ dàng chế tạo bằng phương pháp cán, kéo,
gò, dập,.. Ứng dụng sản xuất các dụng cụ ngành cơng nghiệp hóa thực phẩm, kiến trúc,..
5


- Độ chống ăn mòn cao, tuy nhiên phải điều chỉnh hàm lượng Cr trên 20% và thêm
2% Mo vào thành phần để có thể sử dụng trong mơi trường khí hậu biển, nước biển và
axit.
Nhược điểm chính là khó hàn, khi hàn các vùng gần mối hàn trở nên giịn và bị
ăn mịn (có thể khắc phục bằng cách hạ thấp %C hoặc thêm 0,8% Ti).
Các mác thép phổ biến như SUS 430, 410, 409,…
Thép không gỉ song pha Austenit-Ferrit (Duplex)
Thép không gỉ hai pha thuộc một trong 4 loại thép khơng gỉ như đã nói ở trên.
Ngành cơng nghệ vật liệu tiên tiến ngày nay đã nghiên cứu, sản xuất loại thép liên pha
mới (Duplex Stainless Steels), nó là sự tổng hợp của 2 pha austenit + ferrit, kết hợp được
những ưu việt cũng như giảm được nhược điểm riêng của từng loại. Loại thép này có
thành phần chính là 18 ~ 28% Cr và 5 ~ 9% Ni.
Ưu điểm nổi bật của loại thép này là:
- Cơ tính rất tốt: Loại bỏ hiện tượng giịn ở thép ferrit, giới hạn đàn hồi cao gấp 3
lần thép austenit.
- Độ bền chống ăn mòn đảm bảo, nhất là trong điều kiện chịu áp lực (ăn mòn ứng

suất), hoặc chịu ăn mịn tập trung (ăn mịn điểm), mơi trường có tính xâm thực mạnh
(ống xả, dầu khí, nước biển…).
Các mác thép phổ biến như: LDX 2101, SAF 2304, 2205, 253MA.
1.2. NHẬN BIẾT MỘT SỐ MÁC THÉP KHÔNG GỈ THÔNG DỤNG
Theo lý thuyết, các nhóm thép khơng gỉ hầu như khơng có từ tính, cho nên việc
dùng nam châm để phân biệt là điều bất khả thi.
Mác thép 4xx thuộc họ martesit và ferrit; 2xx và 3xx thuộc họ austenit.
Có 2 phương pháp để phân biệt các nhóm thép:
- Phân tích thành phần hóa học (giá thành cao).
- Nhận biết theo tia lửa mài (dựa vào kinh nghiệm).
Nhóm thép 4xx: Khi mài sẽ tạo thành tia và hoa lửa có màu cam sẫm, phần cuối
nở thành hình bơng hoa.
Nhóm thép 2xx: 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.
6


1.3. THÀNH PHẦN HĨA HỌC CỦA THÉP KHƠNG GỈ
Thép khơng gỉ thành phần chính là hợp kim Fe – Cr – C, lấy Crôm là nguyên tố
hợp kim cơ bản.
Trong công nghiệp chế tạo thép không gỉ, lấy nguyên tố hợp kim Cr là lý tưởng
bởi vì nhà sản xuất muốn nâng cao tính chống ăn mịn của thép. Được như vậy ta cần
tăng thế điện cực dung dịch đặc của Fe, để lớp bề mặt có thể tạo được lớp màng mỏng
thụ động hóa ổn định, siết chặt trong mơi trường oxy hóa.
Bảng thứ tự thế điện cực cho ta thấy rằng thế điện cực của Fe còn âm khá xa so
với H2 nhưng khi cho thêm Cr vào thì thế điện cực tăng, hàm lượng Cr càng tăng thì thế
điện cực của dung dịch đặc Fe cũng tăng, nhưng không phải tăng đều mà là tới khi lượng
Cr tăng lên tới một giá trị nhất định, thì thế điện cực tăng đột biến, ví dụ như Cr đạt đến

12,5% theo tỷ lệ nguyên tử, thế điện cực của dung dịch đặc Fe từ - 0,56 tăng lên + 0,2
(hình 1.1) tính chống ăn mịn của thép trong khơng khí và trong mơi trường axit lỗng
nhờ vậy mà tăng lên rõ rệt (hình 1.2).

Hình 1.1. Quan hệ giữa thế điện cực và hàm lượng Cr trong hợp kim Fe – Cr
Giản đồ hình 1.1 với trục tung là thế điện cực (V) và trục hoành là hàm lượng Cr
tương đương (%).

Hình 1.2. Suất ăn mịn trong mơi trường khơng khí khu cơng nghiệp của thép khơng gỉ
Giản đồ hình 1.2 có trục tung thể hiện cho phần trọng lượng mất đi (g/mm2) và
trục hoành là đương lượng Cr (%).
7


Thường thì 12,5% tỷ lệ ngun tử tính đổi ra tỷ lệ trọng lượng là 11,7% nếu không
xét tới ảnh hưởng của Cr và Fe trong thép, thì hàm lượng này là giới hạn cần thiết tối
thiểu của Cr trong thép không gỉ. Nhưng do C là nguyên tố tồn tại tất nhiên trong thép,
nó có thể kết hợp với Cr tạo thành những cacbit, có ảnh hưởng tới cơ tính và tính chống
ăn mịn của thép khơng gỉ.
Ví dụ như hình thành cacbit Cr23C6 tỷ lệ giữa C và Cr là 1:17, nghĩa là một lượng
Cr nhiều gấp 17 lần C đã được dùng để tạo thành cacbit, như vậy muốn đảm bảo cho
hàm lượng Cr trong dung dịch đặc của hợp kim khơng dưới 11,7% để có được tính
chống ăn mịn, cần thiết phải tăng thêm tổng lượng Cr trong thép khơng gỉ lên một chút
nữa, vì thế hàm lượng Cr trung bình trong thép khơng gỉ dùng trong thực tế là 13%
(thép 0Cr13 ~ 4Cr13).
Thông thường loại thép 13% Cr được gọi là thép khơng gỉ vì nó chịu được sự ăn
mịn của khơng khí và của mơi trường axit yếu. Muốn thép có thể chịu được ăn mịn
trong axit có nồng độ cao hơn thì phải tăng hàm lượng Cr lên (xem bảng 1.1), ví dụ nâng
hàm lượng Cr lên 16 – 18%, loại này gọi là thép chịu axit hoặc thép không gỉ chịu axit.
Thường theo tập quán đều gọi chung là thép không gỉ.

Bảng 1.1. Suất ăn mòn của hợp kim Fe – Cr trong môi trường axit nitrit 65%, đun
sôi
Hàm lượng Cr, %
Tốc độ ăn mịn mm/ năm

4,5

8

10

12

16

18

20

3930

44

10,67

3,96

1,07

0,66


0,46

Trong thép khơng gỉ, ngồi 3 ngun tố cơ bản Fe, Cr, C ra cịn có các nguyên tố
như Ni, Mn, N, Cu, Mo, Nb, Ti, W và Si, Al, S, P, v.v.. Các nguyên tố đó, thứ thì cho
thêm vào để tăng tính chống ăn mịn của thép khơng gỉ, thứ thì cho thêm vào để cải thiện
cơ tính và các tính chất khác, thứ thì tồn tại trong thép như những tạp chất thường có.
Ni là nguyên tố mở rộng khu vực austenit, cho thêm Ni vào thép không gỉ Cr cao,
làm tổ chức thay đổi rõ rệt, ví dụ thép Cr17 sau khi cho thêm 2% Ni, đang từ tổ chức
ferrit đơn thuần chuyển sang trạng thái hai pha, có thể một phần tổ chức chịu được tơi
tăng bền, đạt được cơ tính rất cao. Khi Ni tăng lên 8%, điểm chuyển biến Martensit hạ
xuống thấp hơn nhiệt độ thường, đó chính là thép không gỉ Cr – Ni austenit 18 – 8
thường dùng, loại thép này ngồi tính chống ăn mịn cao ra, cịn có những tính năng rất
q như: Tính biến dạng nguội, tính hàn, độ dai va đập cao và khơng có từ tính v..v..
8


Khi hàm lượng Mn dưới 2% không ảnh hưởng lớn gì đến tính chất của thép khơng
gỉ. Do Mn có thể làm tăng tính ổn định của austenit, có tác dụng thay thế Ni, ở đây 2%
Ni có thể thay cho 1% Ni, vì vậy mới xuất hiện các loại thép Cr17Mn4 thay cho
Cr17Ni2, thép Cr18Mn8Ni5 thay cho 1Cr18Ni9, v..v.. Trong trường hợp thép có hàm
lượng C thấp, Cr cao (C ≤ 0,2%, Cr ≥ 14 – 15%) nếu chỉ đơn thuần dùng Mn thay Ni thì
khơng thể đạt được tổ chức austenit thuần khiết, đồng thời nếu chỉ dùng một số mác
thép không gỉ Cr – Mn đơn giản thì chưa đủ, nên đã có một số loại thép cho thêm đồng
thời cả Mn và N, tỉ lệ dùng N thay Ni là 0,025 : 1, thường người ta cho rằng 1% N có
thể thay thế 2,5 – 6% Ni trong thép khơng gỉ, đó là loại thép khơng gỉ mới Cr – Mn – N.
Thép không gỉ Cr cao có khả năng chống ăn mịn rất tốt ở mơi trường oxy hóa
mạnh (như axit nitrit) nhưng lại khơng ổn định trong mơi trường oxy hóa yếu (axit
sunfuric) và mơi trường khơng oxy hóa (như axit clohydric, các loại axit hữu cơ v.v..)
muốn mở rộng phạm vi ứng dụng đến các mặt trên cần thiết phải cho thêm vào các

nguyên tố hợp kim khác, thường dùng nhiều nhất là Mo và Cu, như thép Cr17Mo2,
Cr18Ni18Mo2Cu2Ti, v.v..
Thép chứa Mo có tính chống ăn mịn điểm rất tốt.
Cho thêm Ti và Nb trong thép để ngăn ngừa ăn mòn tinh giới, để đạt được mục
đích này cần duy trì tỷ lệ nhất định với C, đồng thời phải xét tới Ti và Nb có ái lực mạnh
với O và N rất dễ tạo ra các tạp chất như O và nitrit, thường tính như sau:
Ti = 0,8 - 5 x C%

(1.1)

Nb = 10 x C%

(1.2)

Loại thép khơng gỉ điển hình chứa Ti và Nb dùng trong công nghiệp là
1Cr18Ni9Ti, Cr18Ni11Nb, v.v.. So sánh Ti với Nb thì Ti dễ bị oxy hóa hơn hơi Nb, làm
giảm chất lượng bề mặt và tính ổn định trong axit nitrit đun sơi. Nhưng do giá thành Ti
rẻ, có thể đảm nhiệm được việc ăn mòn tinh giới nên được dùng tương đối nhiều. Tuy
vậy, các loại thép hàn thì hay dùng thép Nb mà khơng dùng thép Ti, vì Ti sau khi bị
cháy làm cho mối hàn bị ăn mòn tinh giới.
Si tồn tại trong thép như một tạp chất thường có, làm tăng tính lưu động và chống
oxy hóa của thép khơng gỉ.
Tantan (Ta) cũng có tác dụng như Ti và Nb nhưng do giá đắt hơn, hơn nữa nguyên
tử lượng của nó lớn hơn gấp đôi Nb, phải dùng gấp 20 lần hàm lượng C mới đủ, nên ít
được dùng nhiều. Có một số mác thép ghi trên nhãn hiệu Nb + Ta ≥ 10C, đó là do 2
9


nguyên tố này hay cộng sinh với nhau trong thiên nhiên rất khó phân ly. Do Ta có tính
phóng xạ nên trong công nghiệp nguyên tử, dùng thép không gỉ phải hạn chế hàm lượng

Ta (< 0,1%).
Trong thép không gỉ ít dùng W và Co, tác dụng chính của chúng là cải thiện cơ
tính. Ví dụ thép 9Cr17MoVCo chứa 1,2 – 1,8% Co, có tác dụng tăng độ cứng và tính
chống mài mịn, cơng dụng chủ yếu của loại thép này là dùng làm các chi tiết có độ cứng
cao và chống ăn mịn.
Nhơm cũng là ngun tố nâng cao tính chống oxy hóa trong thép khơng gỉ, thường
người ta cho thêm một ít Al (0,1 – 0,3%) vào loại thép Cr 13% làm nó trở thành thép
ferrit, ngăn ngừa được hiện tượng dịn do tơi cứng gây nên, loại thép này trước khi hàn
khơng được nung nóng. Cũng có khi nhôm được dùng như một nguyên tố hợp kim (như
trong thép không gỉ 17Cr7Ni1Al, trong thép không gỉ lắng biến cứng).
Trong nhiều trường hợp, S và P đều là tạp chất, tuy vậy hàm lượng P cho phép có
trong thép không gỉ austenit nhiều hơn trong thép thường một ít. Cũng có khi cho thêm
S và Se vào để cải thiện tính cắt gọt, nhưng lại giảm độ dai và tính chống ăn mịn, vì vậy
cũng ít dùng.
Ngồi ra trong một số loại thép khơng gỉ nào đó cịn các nguyên tố đất hiếm, tác
dụng chủ yếu của chúng là cải thiện tính cơng nghệ gia cơng nóng.
1.4. CƠ TÍNH – LÝ TÍNH – HĨA TÍNH VÀ CỦA VẬT LIỆU THÉP KHƠNG
GỈ
Theo [2], [3], tính chất của thép khơng gỉ được hiểu qua 4 phương diện dưới đây.
1.4.1. Cơ tính
Trong các loại thép khơng gỉ thì thép ferrit có cơ tính thấp nhất, đồng thời khi đốt
nóng và làm nguội khơng có chuyển biến thù hình, khơng thể thơng qua nhiệt luyện để
tăng độ bền, mặt khác do tinh thể loại thép này dễ biến thô, hàm lượng Cr cao làm cho
nhiệt độ dòn nguội tăng lên, do độ dịn ở 4750C và do tính dịn của pha σ v.v.. nên loại
thép này có khuynh hướng dịn tương đối cao, vì vậy phần lớn chỉ dùng làm các chi tiết
và kết cấu chịu tải trọng tĩnh và lực không lớn lắm.
Thép khơng gỉ martensit là loại có cơ tính cao nhất, vì chúng có khả năng tơi tăng
bền, cơ tính thay đổi theo nhiệt độ ram trong phạm vi rất rộng, nhất là sau khi nhiệt
luyện hóa tốt, có thể đạt được sự phối hợp độ bền và độ dai tốt, vì vậy chúng chủ yếu
được dùng làm các chi tiết máy quan trọng chịu lực tương đối lớn. Ở loại thép này, khi

10


nguyên tố hợp kim giống nhau, độ bền sau nhiệt luyện chủ yếu do hàm lượng C quyết
định.
Thép không gỉ austenit và austenit – ferrit tuy độ bền không cao lắm, cũng khơng
thể tơi tăng bền được, nhưng có thể làm tăng độ bền bằng phương pháp gia công nguội,
đặc điểm quan trọng về cơ tính của hai loại thép này là có tính dai và tính dẻo rất cao ở
nhiệt độ thường và nhiệt độ thấp. So với thép thuần austenit, thép austenit – ferrit có
giới hạn chảy hơi cao một chút, nhưng dễ sinh ra pha σ dòn, so với thép austenit – crom
– niken, thép austenit hợp kim hóa bằng Mn có khả năng biến cứng qua gia cơng nguội
càng lớn, ví dụ thép 1Cr18Ni9Ti muốn đạt được σb = 120, phải cho biến dạng tới 60%
tỷ lệ dãn dài chỉ 60%, còn thép crom – mangan – niken có chứa N thì chỉ cần biến dạng
20 – 30%, đồng thời tỷ lệ dãn dài vẫn duy trì được trên 20%. Nói tóm lại, hàm lượng Cr
của hai loại thép này đều khá cao, chủ yếu được dùng làm các chi tiết và kết cấu yêu cầu
khả năng chống ăn mịn cao, và cần qua gia cơng nguội hoặc qua hàn, còn về độ bền
trong các trường hợp này là thứ yếu.
1.4.2. Lý tính
Bảng 1.2 nêu lên sự so sánh lý tính của các loại thép khơng gỉ. Từ các số liệu
trong bảng, ta thấy lý tính của các loại thép không gỉ như tỷ trọng, mô đun đàn hồi, tỷ
nhiệt, điện trở suất, v.v… không khác nhau nhiều lắm. Ngoài thép austenit và thép
austenit – ferrit, các loại thép khác đều có tính sắt từ, riêng thép không gỉ austenit – ferrit
bị nhiễm từ dưới tác dụng của từ trường mạnh do có ferrit tồn tại, lượng ferrit bên trong
càng nhiều thì độ nhiễm từ càng tăng lên. Nói chung các loại thép khơng gỉ có tính dẫn
điện kém, nhất là các loại thép khơng gỉ austenit và austenit – ferrit lại càng kém. Ngồi
thép khơng gỉ austenit và austenit – ferrit ra, hệ số dãn nở dài của các loại thép khác
không khác nhau mấy, đồng thời chúng lại gần như thép C thấp, hệ số dãn nở khá lớn,
điểm này có thể xem là nhược điểm của hai loại thép trên.
Cũng cần nêu thêm rằng tính dẫn nhiệt của thép 13% Cr kém, vì vậy khi nung tôi
cần tiến hành từ từ hoặc qua nung sơ bộ trước. Đối với loại thép cacbon tương đối cao

như 3Cr13 và 4Cr13, khi nung cần đề phòng thốt cacbon, vì thốt cacbon làm bề mặt
xuất hiện ferrit và hạt thơ, tơi sẽ kém cứng.
Ngồi ra, thép khơng gỉ chứa 13% Cr có tính giảm chấn động tốt nhất trong các
loại thép khơng gỉ. Đó chính là ngun nhân làm cho loại thép này được ứng dụng rộng
rãi trong ngành chế tạo cơ khí.
11


Bảng 1.2. So sánh lý tính chủ yếu của các loại thép khơng gỉ
Austenit (Austenit –

Nhóm thép

Ferrit

Martensit

Mác thép

Cr17

2Cr13

1Cr18Ni9Ti

Tỷ trọng (g/mm3)

7,71

7,75


7,90

Module đàn hồi (kG/mm2)

20400

22300

20200

Có tính sắt từ

Khơng có tính sắt từ

Có tính sắt

Từ tính

từ

Ferrit)

Tỷ nhiệt 0 - 1000C

0,11

0,11

0,12


200C

0,060

-

-

1000C

0,061

0,053

0,039

2000C

-

0,056

0,042

Hệ số dẫn

3000C

-


0,059

0,045

nhiệt

4000C

-

0,061

0,051

Cal/mm.s0C

5000C

0,063

0,063

0,055

6000C

-

-


0,059

7000C

-

-

0,064

200C

0,56

0,57

0,70

2000C

0,76

0,75

0,83

4000C

0,92


0,88

0,95

6000C

1,05

1,03

1,04

20-1000C

-

10,5

16,6

20-2000C

10,6

11,0

17,0

Hệ số


20-3000C

-

11,5

17,2

nở dài

20-4000C

11,2

12,0

17,5

(.10-8)

20-5000C

-

12,0

17,9

20-6000C


11,6

-

18,2

20-8000C

12,0

-

18,6 (7000C)

Điện trở
suất
.mm /m
2

1.4.3. Hóa tính
Tính chống ăn mịn của thép không gỉ chủ yếu do hàm lượng C và Cr quyết định.
Nói chung, khi thành phần C và Cr tương tự nhau thì tính chống ăn mịn của các loại
12