Ống thép không gỉ, hay ống inox, là ống làm từ thép chứa tối thiểu khoảng 10,5 % crom. Crom tạo trên bề mặt một lớp oxit rất mỏng, tự phục hồi khi trầy xước nên ống chống gỉ tốt hơn hẳn thép carbon. Khi chọn ống thép không gỉ cho đường ống, ba câu hỏi quyết định là: dùng mác nào (304, 316 hay duplex), ống đúc hay ống hàn, và theo tiêu chuẩn nào (ASTM A312 cho ống dẫn chịu áp, A554 cho ống cơ khí, trang trí).
Bài này đi theo ba câu hỏi đó. Ống inox là một nhánh của hệ thống đường ống, thuộc nhóm tài liệu đường ống và phụ kiện của Viva; so với ống thép carbon nó đắt hơn nhưng không phải sơn mạ, còn so với ống nhựa nó chịu được nhiệt và áp cao hơn.
Ống thép không gỉ là gì và vì sao không gỉ
Thép không gỉ là hợp kim của sắt, crom và thường có thêm niken, molypden. Lớp oxit crom (lớp thụ động) ngăn oxy tiếp tục ăn sâu vào kim loại. Ống được dùng để dẫn chất lỏng, khí, hơi, bùn và bột, ngoài ra còn làm lan can, khung kết cấu.
Không gỉ không có nghĩa là không bao giờ bị ăn mòn. Ion clorua trong muối, nước biển hay chất tẩy chứa clo có thể phá lớp thụ động và gây rỗ (ăn mòn lỗ) hoặc ăn mòn khe ở mối bích, ren. Inox 316 có molypden nên chịu clorua tốt hơn 304; môi trường khắc nghiệt hơn thì cần duplex. Đây là lý do mác thép quan trọng hơn vẻ ngoài sáng bóng của ống.
Các nhóm thép không gỉ dùng làm ống
Thép không gỉ có nhiều chục mác, chia theo cấu trúc tinh thể thành năm nhóm: austenit, ferrit, duplex, martensit và hóa bền tiết pha. Trong đường ống, ba nhóm đầu mới thường gặp.
| Nhóm | Mác tiêu biểu | Đặc điểm | Hay dùng làm ống khi |
|---|---|---|---|
| Austenit | 304, 304L, 316, 316L, 321 | Dẻo, hàn tốt, chống ăn mòn tốt, không bị nam châm hút khi ở trạng thái ủ | Hầu hết đường ống công nghiệp, thực phẩm, nước sạch, hóa chất |
| Ferrit | 430, 409 | Có từ tính, ít hoặc không có niken nên rẻ hơn, hàn kém hơn austenit | Ống trang trí, ống xả; ít dùng làm ống dẫn chịu áp |
| Duplex | 2205, 2507 | Cấu trúc hai pha, bền cơ học cao, chịu clorua và nứt do ăn mòn ứng suất tốt | Nước biển, dầu khí, hóa chất chứa clorua |
| Martensit | 410, 420 | Cứng, có thể tôi | Rất ít dùng làm ống dẫn |
Austenit: 304, 316 và hậu tố L
Inox 304 có thành phần khoảng 18 % crom và 8 % niken (nên còn gọi là 18/8), là mác thông dụng nhất cho nước sạch và công nghiệp thực phẩm nhẹ. Inox 316 có khoảng 16 đến 18 % crom, 10 đến 14 % niken và 2 đến 3 % molypden, chịu clorua và axit tốt hơn nhưng đắt hơn.
Hậu tố L (304L, 316L) là carbon thấp, tối đa khoảng 0,03 %. Khi hàn, carbon cao có thể kết hợp với crom thành cacbua ở vùng cạnh mối hàn, làm vùng này mất khả năng chống ăn mòn (hiện tượng nhạy hóa). Mác L hạn chế hiện tượng đó nên được chọn cho đường ống hàn nhiều, đặc biệt là ống inox vi sinh làm từ 316L. Chi tiết các mác xem bài vật liệu inox.
Duplex: 2205 và 2507
Duplex gồm khoảng một nửa pha austenit, một nửa pha ferrit. Giới hạn chảy của duplex cao hơn austenit rõ rệt nên thành ống có thể mỏng hơn ở cùng áp suất, đồng thời chịu nứt do ăn mòn ứng suất trong clorua tốt hơn 304 và 316. Mác 2205 là loại duplex phổ biến, 2507 thuộc nhóm super duplex dùng cho môi trường khắc nghiệt hơn. Austenit lại dẻo, dễ hàn và dễ gia công hơn nên vẫn là lựa chọn mặc định khi môi trường không quá khắc nghiệt.
Ống inox đúc và ống inox hàn
Ống inox hàn được cuốn từ tấm hoặc cuộn thép không gỉ rồi hàn dọc thân. Với ống dẫn theo ASTM A312, hàn thường làm tự động, sau đó ống được ủ dung dịch để khôi phục khả năng chống ăn mòn ở vùng mối hàn. Giá thấp hơn, thành thường mỏng hơn, làm được nhiều cỡ; dấu hiệu nhận biết là đường hàn dọc, dù sau khi đánh bóng đường này rất khó thấy.
Ống inox đúc (liền mạch) được làm từ phôi đặc nung nóng, xuyên và cán thành ống nên không có mối hàn. Thành đồng nhất, chịu áp và nhiệt tốt, hợp với dầu khí, hóa dầu và đường hơi, nhưng đắt hơn. Với cùng áp suất, thiết kế theo ASME B31.3 dùng hệ số mối hàn thấp hơn 1 cho ống hàn, nên ống đúc cho phép thành mỏng hơn nếu chỉ xét điểm này.
Độ dày thành ống inox: SCH 5S, 10S, 40S, 80S
Kích thước ống dẫn inox theo ASME B36.19M, các cấp độ dày có hậu tố S (5S, 10S, 40S, 80S). Vì inox chống ăn mòn tốt nên thiết kế thường để rất ít hoặc không để dư độ dày cho ăn mòn như thép carbon, do đó loại 10S mỏng rất hay gặp. Các cấp này có cùng đường kính ngoài với ống thép carbon cùng cỡ, chỉ khác độ dày thành. Ví dụ cỡ DN100 (NPS 4), OD 114,3 mm:
| Cấp | Độ dày thành (mm) | Đường kính trong (mm) |
|---|---|---|
| SCH 5S | 2,11 | 110,08 |
| SCH 10S | 3,05 | 108,20 |
| SCH 40S | 6,02 | 102,26 |
| SCH 80S | 8,56 | 97,18 |
Nguyên tắc chọn cấp theo áp suất giống ống thép carbon, xem SCH là gì. Hãy kiểm tra hệ số mối hàn và ứng suất cho phép của mác thép ở nhiệt độ làm việc trước khi chốt cấp mỏng.
Tiêu chuẩn ống thép không gỉ: A312 khác A554 thế nào
Đây là chỗ người mua hay nhầm nhất. Cùng là ống inox, nhưng tiêu chuẩn khác nhau cho mục đích khác nhau:
| Tiêu chí | ASTM A312 | ASTM A554 | Ống vi sinh (ASTM A270, ASME BPE) |
|---|---|---|---|
| Mục đích | Ống dẫn austenit, đúc hoặc hàn, dùng trong đường ống công nghiệp | Ống cơ khí, kết cấu, trang trí (lan can, khung, tay vịn) | Đường ống thực phẩm, đồ uống, dược phẩm |
| Cách ghi kích thước | Cỡ danh nghĩa (NPS, DN) và SCH | Đường kính ngoài và độ dày, ví dụ Φ25,4 × 1,2 mm | Đường kính ngoài và độ dày, bề mặt trong nhẵn bóng |
| Dùng làm ống dẫn chịu áp | Có | Không nên | Có, theo thiết kế vệ sinh |
| Mác phổ biến | TP304, TP304L, TP316, TP316L | 304, 316, 430 | 316L, 304 |
Hệ quả thực tế: không nên dùng ống trang trí A554 làm đường dẫn chất lỏng chịu áp chỉ vì giá rẻ và trông giống. Với ngành thực phẩm và dược phẩm, hãy xem tiêu chuẩn ống inox vi sinh và trang sản phẩm ống inox vi sinh. Ngoài ASTM, bạn còn gặp JIS G3459 và các tiêu chuẩn EN cho ống inox chịu áp; khi nhà cung cấp chỉ ghi chung chung “ống inox 304”, hãy hỏi lại tiêu chuẩn cụ thể.
Tiêu chuẩn theo ngành
- Dầu khí: API 5LC quy định ống dẫn bằng hợp kim chống ăn mòn; môi trường có H₂S (khí chua) tham chiếu NACE MR0175/ISO 15156. NACE nay thuộc AMPP.
- Thực phẩm, sữa: tiêu chuẩn 3-A Sanitary Standards cho thiết bị chế biến.
- Dược phẩm, công nghệ sinh học: ASME BPE.
Tính chất của ống thép không gỉ
- Chống ăn mòn: nhờ lớp oxit crom; mức độ chịu clorua, axit phụ thuộc mác thép như đã nêu ở trên.
- Chịu nhiệt: inox giữ được độ bền và chống oxy hóa ở nhiệt độ cao tốt hơn thép carbon, nên dùng cho hơi, nồi hơi, bộ trao đổi nhiệt. Khi thiết kế, hãy dùng ứng suất cho phép của mác thép tại đúng nhiệt độ làm việc, không lấy con số “chịu nhiệt tối đa” của quảng cáo.
- Độ bền và độ dẻo: chịu áp và va đập tốt, hàn được; riêng ferrit và martensit hàn kém hơn austenit.
- Vệ sinh: bề mặt nhẵn, ít bám bẩn, tẩy rửa và khử trùng dễ.
- Hạn chế: giá cao hơn thép carbon và ống nhựa, giãn nở nhiệt của austenit lớn hơn thép carbon, dẫn nhiệt kém hơn.
Nối và hàn ống inox
- Hàn: thường hàn TIG, nên có khí bảo vệ phía trong ống (khí argon) để mặt trong không bị cháy ôxy hóa. Sau hàn cần tẩy màu nhiệt và thụ động hóa để phục hồi lớp oxit crom. Xem thêm các phương pháp hàn ống.
- Mặt bích: ống inox có thể dùng bích rời trên đầu nối ống để giảm giá, nhưng phần tiếp xúc với lưu chất vẫn phải là inox.
- Ren: dùng cho cỡ nhỏ, áp thấp; ren inox dễ kẹt (galling), nên dùng chất bôi trơn phù hợp.
- Clamp vi sinh: đường ống thực phẩm, dược phẩm dùng kẹp clamp vi sinh để tháo vệ sinh nhanh.
Phụ kiện cần cùng mác và cùng tiêu chuẩn với ống, ví dụ cút inox và các phụ kiện inox khác. Với mối hàn đối đầu, dùng cút inox hàn theo ASME B16.9 và côn thu inox cùng SCH với ống để mặt trong không bị lệch bậc. Tránh dùng dụng cụ mài, cắt đã dùng cho thép carbon trên inox vì bụi sắt bám vào sẽ gây gỉ bề mặt.
Ứng dụng của ống inox
- Thực phẩm, đồ uống, dược phẩm: thường dùng 316L vi sinh, bề mặt trong nhẵn, dễ tẩy rửa và khử trùng.
- Hóa chất: 316L hoặc duplex khi có axit, kiềm, muối; mác cụ thể phải tra bảng tương thích với lưu chất và nhiệt độ.
- Cấp nước sạch trong tòa nhà: 304 phổ biến; vùng ven biển hay nước có clorua cao nên cân nhắc 316.
- Nước biển, hàng hải, dầu khí: duplex hoặc super duplex để chịu clorua.
- Xử lý nước, nước thải, hơi, nồi hơi: chọn mác theo hóa chất xử lý và nhiệt độ.
Chọn ống inox theo môi trường clorua: chỉ số PREN
PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) là chỉ số xếp hạng khả năng chống ăn mòn rỗ của thép không gỉ theo thành phần hóa học: PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N (phần trăm khối lượng). PREN càng cao thì ống inox càng khó bị rỗ trong môi trường có clorua như nước muối, ven biển hay nước làm mát có clo.
| Mác | Thành phần giả định (% Cr / % Mo / % N) | PREN tính được | Khoảng thường gặp |
|---|---|---|---|
| 304 | 18 / 0 / 0,05 | ≈ 19 | 18–20 |
| 316 | 17 / 2,1 / 0,05 | ≈ 25 | 23–25 |
| Duplex 2205 | 22 / 3 / 0,17 | ≈ 35 | 34–35 |
| Super duplex 2507 | 25 / 3,8 / 0,27 | ≈ 42 | từ 40 trở lên |
Molypden có hệ số 3,3 vì nguyên tố này ổn định màng thụ động Cr₂O₃ ở chỗ màng bị phá cục bộ, giúp vết rỗ mới hình thành thụ động hóa lại trước khi ăn sâu. Thêm khoảng 2 đến 3 % Mo nâng PREN của ống inox 316 lên cao hơn ống inox 304 khoảng 6–8 đơn vị; nitơ trong duplex đóng góp thêm 16 lần phần trăm N.
Cách dùng: nước sạch ít clorua thì ống inox 304 là đủ; có muối, nước biển hoặc chất tẩy chứa clo thì chuyển sang 316 hoặc duplex. Các tài liệu thường lấy PREN trên 32 làm ngưỡng tối thiểu cho nước biển trong điều kiện thuận lợi và từ 40 trở lên cho nước biển thực tế. PREN chỉ là chỉ số lý thuyết, nên cần xét thêm nhiệt độ, khe hở ở mối bích và chất lượng xử lý sau hàn.
Thành phần thật dao động trong giới hạn tiêu chuẩn, nên hãy tính PREN theo chứng chỉ vật liệu của lô hàng. Ống dẫn austenit đúc và hàn thuộc phạm vi tiêu chuẩn ASTM A312/A312M (bản hiện hành A312/A312M-25).
Cách chọn ống thép không gỉ
- Xác định môi chất: có clorua, axit, kiềm không, nồng độ và nhiệt độ bao nhiêu. Đây là căn cứ chọn 304, 316 hay duplex.
- Xác định áp suất và nhiệt độ: quyết định ống đúc hay hàn, cấp 10S, 40S hay 80S.
- Ghi đủ tiêu chuẩn trong đơn hàng: ví dụ ASTM A312 TP316L, SCH 10S, DN50, ống đúc.
- Yêu cầu chứng chỉ vật liệu: chứng nhận thành phần hóa học và cơ tính của lô hàng.
- Kiểm tra mác thép khi nhận: nam châm không phân biệt được 304 và 316; austenit ủ gần như không bị hút, còn gia công nguội hoặc ferrit sẽ bị hút. Muốn xác định mác, dùng máy phân tích hợp kim cầm tay (PMI, XRF).
- Đồng bộ phụ kiện và van: cùng vật liệu để tránh ăn mòn điện hóa và tiện bảo trì.
Để thiết kế cả hệ thống, xem thêm bài quy trình thiết kế đường ống. Với đường ống không cần chống ăn mòn mạnh, ống nhựa có thể là phương án rẻ hơn cho nước lạnh. Viva tư vấn van và phụ kiện inox đồng bộ với đường ống tại Số 20, Ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội; gửi mác thép, DN và lưu chất, bên mình đối chiếu cấu hình phù hợp.
Địa chỉ: Số 20 ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội
Phụ trách kinh doanh: Miss Hoa
Câu hỏi thường gặp về ống thép không gỉ
Ống inox 304 và 316 khác nhau thế nào?
Inox 316 có thêm 2 đến 3 % molypden nên chịu clorua, nước muối và axit tốt hơn 304. Đổi lại giá cao hơn. 304 phù hợp nước sạch và môi trường ít ăn mòn; 316 nên chọn cho ven biển, hóa chất và nước có clorua cao.
Ống inox có bị gỉ không?
Có thể. Inox chống gỉ nhờ lớp oxit crom nhưng clorua, bụi sắt bám bề mặt hoặc mối hàn không được tẩy và thụ động hóa có thể gây gỉ hoặc rỗ. Chọn đúng mác và xử lý sau hàn quyết định độ bền thực tế.
Ống inox ASTM A312 khác A554 chỗ nào?
A312 là tiêu chuẩn ống dẫn, gọi theo cỡ danh nghĩa và SCH, dùng cho đường ống công nghiệp chịu áp. A554 là tiêu chuẩn ống cơ khí, trang trí, gọi theo đường kính ngoài và độ dày, không nên dùng làm ống dẫn chịu áp.
Nam châm hút ống inox có phải là inox giả không?
Không chắc. Inox austenit như 304 gần như không bị hút khi ở trạng thái ủ, nhưng gia công nguội hoặc vùng mối hàn có thể bị hút nhẹ. Inox ferrit như 430 bị hút mạnh. Nam châm không phân biệt được 304 với 316, muốn biết chính xác cần phân tích thành phần.
Chữ L trong 304L và 316L nghĩa là gì?
L là carbon thấp, tối đa khoảng 0,03 %. Mác L hạn chế mất khả năng chống ăn mòn ở vùng cạnh mối hàn nên được chọn cho đường ống hàn nhiều, đặc biệt là ống vi sinh 316L.
