Cút thép không gỉ: loại, tiêu chuẩn ASME B16.9, mác 304 và 316

Cút thép không gỉ là gì?

Cút thép không gỉ (cút inox, co inox) là phụ kiện đổi hướng đường ống, thường ở các góc 45°, 90° và 180°. Cút được chế tạo từ thép không gỉ, loại hợp kim chứa tối thiểu khoảng 10,5% crom; các mác phổ biến như 304 chứa khoảng 18% Cr và 8% Ni. Crom tạo lớp màng oxit mỏng bảo vệ bề mặt, nên cút chống ăn mòn tốt hơn thép cacbon.

Các mác hay gặp là 304, 304L, 316, 316L và 321. Chữ L là bản hàm lượng cacbon thấp, hợp để hàn vì giảm nguy cơ ăn mòn tại vùng mối hàn. Mác 316 có thêm molypden nên chịu clorua và hóa chất tốt hơn 304; mác 321 có thêm titan, dùng khi làm việc ở nhiệt độ cao. Đổi lại, giá cút inox cao hơn cút thép cacbon.

Nếu bạn cần thông tin sản phẩm và báo giá, xem trang cút inox; dòng cho thực phẩm, dược phẩm có cút inox vi sinh.

Các nhóm thép không gỉ dùng làm cút inox

Theo cấu trúc tinh thể, thép không gỉ có bốn nhóm chính dưới đây (ngoài ra còn nhóm hóa bền tiết pha, ít gặp trong đường ống). Cút và phụ kiện đường ống chủ yếu dùng nhóm austenit và đôi khi là duplex.

• Austenit (304, 304L, 316, 316L, 321): cấu trúc lập phương tâm mặt, dẻo, dễ hàn, không có từ tính ở trạng thái ủ (sau gia công nguội có thể hơi nhiễm từ). Đây là nhóm phổ biến nhất của cút inox và nằm trong phạm vi ASTM A403.
• Duplex (austenit-ferrit): có cả hai pha, độ bền cao hơn austenit và chống ăn mòn ứng suất tốt, có từ tính. Dùng cho môi trường khắc nghiệt như hóa chất, dầu khí.
• Ferit: cấu trúc lập phương tâm khối, có từ tính, không hóa bền bằng nhiệt luyện. Ít dùng cho cút đường ống áp lực.
• Mactenxit: có từ tính, điều chỉnh cơ tính được bằng nhiệt luyện, thường dùng cho trục, dao, chi tiết chịu mài mòn hơn là cút.

Thông số kích thước và tiêu chuẩn của cút thép không gỉ

Kích thước cút inox phụ thuộc tiêu chuẩn và cỡ ống. Cút hàn giáp mép theo ASME B16.9 áp dụng từ NPS 1/2 đến NPS 48 (tương đương khoảng DN15 đến DN1200); độ dày thành theo cấp SCH khớp với ống nối. Vật liệu cút inox thường theo ASTM A403, và châu Âu có EN 10253-4.

Bán kính 1,5D là loại thông dụng nhất vì tổn thất áp suất nhỏ hơn bán kính ngắn 1D. Bán kính ngắn dùng ở chỗ hẹp, khi chấp nhận tổn thất lớn hơn. Ngoài ra một số nhà sản xuất làm cút bán kính 2D, 3D, 5D (cút uốn) theo đơn đặt hàng, khi cần dòng chảy êm hoặc dùng cho thiết bị làm sạch đường ống.

Vật liệu của cút thường là 304, 304L, 316, 316L, 321; một số dự án dùng thêm 310S hoặc 317L. Bề mặt có thể là gia công thô, ngâm tẩy hoặc đánh bóng, tùy yêu cầu. Ảnh dưới đây là bảng tra kích thước để bạn đối chiếu.

Muốn hiểu cách chọn độ dày theo ống, bạn xem thêm bài tiêu chuẩn côn thu inox (cùng nhóm phụ kiện hàn giáp mép) và tiêu chuẩn ống inox vi sinh.

Kích thước cút hàn inox theo ASME B16.9

Kích thước chính của cút hàn là khoảng cách tâm-đến-mặt (center-to-end): từ đường tâm của một đầu cút tới mặt vát mép của đầu kia. Số liệu này trong ASME B16.9 không đổi theo cấp độ dày, nên cút SCH 10S và SCH 80S cùng cỡ có cùng kích thước tâm-đến-mặt; chỉ đường kính trong và khối lượng khác nhau. Về độ dày SCH, cút phải chọn cùng cấp với ống để hai miệng vát khớp thành.

Quy luật để tự kiểm tra: bán kính cút LR bằng 1,5 lần cỡ danh nghĩa tính bằng inch, nên cút NPS 4 có R = 1,5 × 4 in = 6 in ≈ 152 mm; cút SR có R bằng cỡ danh nghĩa (NPS 4 là 4 in ≈ 102 mm). Cút 45° có kích thước xấp xỉ R × tan 22,5°, tức khoảng 0,41 R. Ngoại lệ là NPS 1/2 và NPS 3/4: B16.9 bản hiện hành cho cả hai cùng 38 mm (cút 90°) nên không theo quy luật này; hai cỡ này cũng không có cút SR vì bán kính ngắn bắt đầu từ NPS 1.

Dùng bảng để tính chiều dài ống cắt. Ví dụ hai cút 90° LR DN100 đặt hai đầu một đoạn ống có khoảng cách tâm-tâm 1.000 mm. Chiều dài ống cần cắt = 1.000 − 152 − 152 = 696 mm, trừ thêm khe hở chân mối hàn khoảng 2 đến 3 mm mỗi đầu. Cút SR chiếm ít chỗ hơn nhưng sụt áp lớn hơn; xem thêm hệ số tổn thất của cút để tính cụ thể cho tuyến.

Cút hàn, cút ren, cút vi sinh: chọn theo áp suất và kiểu nối

Kiểu nối quyết định áp suất cho phép, cỡ ống và cách thi công. Ba nhóm chính dưới đây không thay thế được nhau vì khác tiêu chuẩn, khác hệ kích thước.

Cút hàn đối đầu theo ASME B16.9

Cút hàn đối đầu (butt weld) dùng cho cỡ từ DN15 trở lên, đặc biệt DN50 trở lên. Phụ kiện này không có cấp áp riêng như mặt bích: áp suất cho phép tính theo độ dày thành và mác thép, như ống đúc cùng vật liệu và cùng độ dày. Vì vậy chọn cút cùng SCH với ống là đủ, không cần tra thêm cấp áp.

Cút rèn hàn lồng và ren theo ASME B16.11

ASME B16.11 quy định phụ kiện rèn hàn lồng (socket weld) và ren cho cỡ nhỏ, từ NPS 1/8 đến NPS 4. Cấp áp được gọi bằng con số: ren có cấp 2000, 3000 và 6000; hàn lồng có cấp 3000, 6000 và 9000. Con số là ký hiệu cấp, không phải áp suất làm việc tính bằng psi: áp suất cho phép của phụ kiện lấy bằng áp cho phép của ống thẳng có độ dày tương ứng, cùng vật liệu, và giảm khi nhiệt độ tăng.

Với hàn lồng, cấp 3000 tương ứng ống SCH 80, cấp 6000 tương ứng SCH 160 và cấp 9000 tương ứng ống dày gấp đôi (XXS). Với ren, mỗi cấp lùi một bậc vì ren làm mỏng thành: cấp 2000 ứng SCH 80, cấp 3000 ứng SCH 160, cấp 6000 ứng XXS. Cút ren tạo đường rò dọc ren nên bị giới hạn ở tuyến nhỏ, áp thấp và ít rung; trên đường hơi, dầu nhiệt hay chất độc thường chuyển sang hàn lồng hoặc hàn đối đầu.

Cút clamp và cút hàn vi sinh

Đường ống thực phẩm, dược phẩm dùng cút vi sinh. Chúng làm theo hệ ống tube (ví dụ ASME BPE, DIN 11850) với đường kính ngoài khác ống NPS: tube 2 in có đường kính ngoài 50,8 mm, còn ống NPS 2 là 60,3 mm. Vì vậy không ghép cút vi sinh vào ống công nghiệp bằng cách hàn thẳng.

Cút vi sinh có hai đầu hàn hoặc đầu clamp (ferrule) theo ISO 2852 hay DIN 32676, nối bằng vòng đệm và kẹp. Bề mặt trong đánh bóng để không đọng cặn, và mối nối cần tháo được khi vệ sinh. Chi tiết nằm ở trang sản phẩm cút inox vi sinh và bài về ống inox vi sinh đã nêu ở trên.

Cút inox phù hợp môi trường nào?

Cút inox dùng trong các ngành cần đường ống bền, sạch và chống ăn mòn: thực phẩm, đồ uống, dược phẩm, hóa chất, xử lý nước và nước thải, dầu khí. Chọn mác theo môi chất:

• 304 / 304L: nước sạch, thực phẩm, hơi, môi trường ít clorua.
• 316 / 316L: có clorua, axit nhẹ, hóa chất, dược phẩm. Nước biển vẫn có thể gây rỗ trên 316, nên cần cân nhắc duplex hoặc mác cao hơn.
• 321: làm việc ở nhiệt độ cao, vùng hàn chịu nhiệt chu kỳ.

Về kiểu nối, cút có thể hàn giáp mép, hàn lồng hoặc nối ren tùy cỡ và áp suất. Với hóa chất đậm đặc hoặc có tính ăn mòn mạnh, bạn nên tra bảng tương thích hóa chất theo nồng độ và nhiệt độ rồi chọn mác; một số hóa chất tẩy rửa không hợp inox mà nên dùng cút nhựa.

Ăn mòn và xử lý mối hàn cút inox

Chỗ yếu nhất của phụ kiện inox là vùng quanh mối hàn, không phải thân cút. Có hai cơ chế: nhạy hóa (sensitization) ở vùng ảnh hưởng nhiệt và lớp oxit màu nhiệt (heat tint) trên bề mặt.

Nhạy hóa vùng ảnh hưởng nhiệt

Khi thép austenit nằm trong khoảng nhiệt độ khoảng 450 đến 850 °C đủ lâu, crom kết hợp với cacbon thành cacbit crom ở biên hạt. Vùng sát biên hạt nghèo crom, xuống dưới khoảng 12 %, là mức tối thiểu để giữ màng thụ động. Biên hạt khi đó bị ăn mòn ưu tiên (ăn mòn giữa các hạt), hạt có thể bong ra và trong trường hợp nặng ăn xuyên thành.

Vùng này nằm cách mép mối hàn vài milimét, nơi nhiệt hàn giữ kim loại trong dải nhiệt độ nhạy hóa. Cách xử lý là giảm cacbon hoặc giữ cacbon bằng nguyên tố khác: mác 304L và 316L giới hạn cacbon tối đa 0,030 % so với 0,08 % ở 304 và 316, còn mác 321 dùng titan để giữ cacbon. Hàn nhanh, nhiệt vào thấp và chờ nguội giữa các lớp hàn cũng rút ngắn thời gian ở dải nhạy.

Màu nhiệt và tẩy mối hàn

Khi hàn, bề mặt gần mối nóng lên và hình thành lớp oxit. Màu từ rơm nhạt, vàng nâu, tím, xanh lam đến xám cho biết bề dày oxit và nhiệt độ đạt được. Màu càng sẫm thì càng nhiều crom đã bị oxy hóa, để lại lớp mỏng nghèo crom ngay dưới oxit. Lớp này không tạo lại được màng thụ động đầy đủ nên là nơi rỗ bắt đầu, nhất là trong môi trường clorua.

Hàn đường ống inox cần hàn TIG (GTAW) cùng khí argon thổi mặt trong. Khí đẩy oxy ra khỏi lòng ống để mặt trong mối hàn chỉ có màu rơm nhạt hoặc không màu. Sau hàn, mối hàn lộ màu cần được tẩy trước khi đưa vào sử dụng.

• Tẩy cơ học: mài, đánh bóng hoặc phun bi sạch. Phải bóc qua hết lớp nghèo crom nằm dưới oxit, không dừng ở chỗ vừa mất màu, và chỉ dùng đĩa mài, bàn chải dành riêng cho inox.
• Tẩy hóa học (pickling): dùng gel hoặc dung dịch axit nitric kèm axit flohydric hòa tan oxit và lớp nghèo crom. Axit flohydric nguy hiểm, cần bảo hộ và xử lý nước thải.
• Thụ động hóa (passivation): dùng axit nitric hoặc axit citric để dựng lại màng thụ động trên bề mặt sạch. Quy trình tham khảo ASTM A967; ASTM A380 hướng dẫn làm sạch, tẩy gỉ và thụ động hóa.

Cơ chế thụ động hóa: dung dịch oxy hóa hòa tan sắt tự do bám trên bề mặt, sau đó crom trong thép oxy hóa lại thành màng Cr₂O₃ dày chỉ vài nanômét, đặc và bám chặt. Mạt sắt từ dụng cụ thép carbon còn sót lại sẽ gỉ và phá màng, nên bàn chải và đĩa mài dùng cho inox phải là loại dành riêng.

Lưu ý khi lắp và bảo quản cút inox

• Làm sạch đường ống trước khi lắp; mặt tiếp xúc giữ sạch, lau hết bụi và dầu mỡ.
• Mối ren phải được làm kín (băng tan hoặc keo ren phù hợp); mối hàn cần đúng quy trình, có khí bảo vệ phía trong với ống inox.
• Không dùng dụng cụ, bàn chải thép cacbon trên bề mặt inox vì mạt sắt bám vào sẽ gây gỉ.
• Cút chưa dùng nên cất trong nhà, nơi khô thoáng, tránh để ngoài trời và tránh để lẫn với thép cacbon.
• Kiểm tra định kỳ cút tồn kho lâu ngày trước khi lắp.

Đặt mua cút inox tại Hà Nội

Viva cung cấp cút inox công nghiệp và dòng vi sinh có bề mặt đánh bóng, dễ vệ sinh. Ngoài cút, bạn có thể mua phụ kiện inox, van và mặt bích để hoàn thiện cả tuyến ống. Xem tổng hợp ở bài các loại phụ kiện đường ống, bài tổng quan về ống thép không gỉ và chuyên mục tài liệu đường ống.

Muốn nắm thứ tự chọn ống, phụ kiện và van cho cả hệ thống, đọc bài tổng quan hệ thống đường ống. Bạn gửi mác inox, cỡ DN, độ dày SCH, góc cút và tiêu chuẩn (ASME B16.9 hay EN 10253-4) về Số 20, Ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội, bên mình tư vấn và báo giá.

Câu hỏi thường gặp khi chọn cút inox