Lời nói đầu

Trong lĩnh vực khoa học vật liệu rộng lớn, thép không gỉ đã trở thành một phần không thể thiếu của ngành công nghiệp hiện đại và thiết kế thời trang do các đặc tính và phong cách độc đáo của nó. Từ cuộc cách mạng công nghiệp đầu thế kỷ 20 đến xu hướng thời trang đương đại, thép không gỉ không chỉ chứng kiến những tiến bộ công nghệ mà còn trở thành biểu tượng quan trọng cho sự phát triển của nền văn minh nhân loại. Chuỗi bài viết này sẽ đi sâu vào quá trình tiến hóa của thép không gỉ, ứng dụng và sự phát triển của nó trong ngành chế tạo đồng hồ, và quá trình tiến hóa lịch sử của nó như một yếu tố thời trang.

Phần Một: "Lịch sử và sự phát triển của thép không gỉ như một vật liệu kim loại"

Phần hai: "Ứng dụng và phát triển của thép không gỉ trong chế tạo đồng hồ"

Trong chế tạo đồng hồ, ứng dụng của thép không gỉ đặc biệt nổi bật. Bài viết này sẽ đi sâu vào tầm quan trọng của thép không gỉ trong sản xuất đồng hồ, bao gồm cách các đặc tính của nó đáp ứng các yêu cầu của sản xuất chính xác và cách các cải tiến công nghệ thúc đẩy sự đa dạng hóa và hiệu suất cao của đồng hồ thép không gỉ. Ngoài ra, bài viết này sẽ phân tích sự chấp nhận và sở thích của người tiêu dùng đối với đồng hồ thép không gỉ, cũng như các cơ hội và thách thức mà đồng hồ thép không gỉ phải đối mặt trong tương lai.

Phần Ba: "Từ Tiện ích đến Thời trang: Sự phát triển lịch sử của Đồng hồ thép không gỉ"

Đồng hồ thép không gỉ không chỉ là những vật dụng tiện ích mà còn là biểu tượng của thời trang. Bài viết này sẽ khám phá cách đồng hồ thép không gỉ phát triển từ những sản phẩm chức năng đơn giản thành phụ kiện thời trang, phân tích cách kết hợp giữa thiết kế và kỹ thuật đã định hình nên hình ảnh cổ điển của đồng hồ thép không gỉ và xem xét vai trò của chúng trong các nền văn hóa và thị trường khác nhau. Hơn nữa, bài viết sẽ đánh giá cách những tiến bộ công nghệ và đổi mới thiết kế cùng nhau thúc đẩy sự phát triển liên tục của ngành công nghiệp đồng hồ thép không gỉ.

Lịch sử và sự phát triển của thép không gỉ như một vật liệu kim loại

Bài viết này sẽ theo dõi nguồn gốc của thép không gỉ, khám phá cách nó phát triển từ một hợp kim thử nghiệm thành một vật liệu quan trọng trong ngành công nghiệp hiện đại. Chúng tôi sẽ xem xét quá trình phát triển ban đầu của thép không gỉ, phân tích cách các đột phá công nghệ thúc đẩy ứng dụng rộng rãi của nó trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau và thảo luận về phân loại, tính chất, tác động môi trường và chiến lược phát triển bền vững của thép không gỉ. Cuối cùng, chúng tôi sẽ hướng tới các ứng dụng tiềm năng của thép không gỉ trong các công nghệ mới và xu hướng phát triển trong tương lai của nó.

Giới thiệu

Trong quá trình phát triển của nền văn minh nhân loại, sự phát triển của khoa học vật liệu luôn đóng vai trò quan trọng. Thép không gỉ, một hợp kim có khả năng chống ăn mòn đặc biệt và độ bền đáng kinh ngạc, đã cách mạng hóa thế giới của chúng ta kể từ khi được phát hiện vào đầu thế kỷ 20. Từ sản xuất công nghiệp đến cuộc sống hàng ngày, ứng dụng của thép không gỉ rất phổ biến. Lịch sử phát triển của nó không chỉ đại diện cho bước nhảy vọt trong khoa học vật liệu mà còn phản ánh sự tiến bộ của công nghiệp hiện đại.

Phát triển sớm

1. Sắt, thép và thép không gỉ

Sắt (ký hiệu hóa học: Fe), có nguồn gốc từ tiếng Latin "Ferrum", là một nguyên tố hóa học có số nguyên tử là 26 và khối lượng nguyên tử là 55,845 u. Nó thuộc về chuỗi đầu tiên của các nguyên tố chuyển tiếp, nằm trong Nhóm 8 của bảng tuần hoàn. Sắt là nguyên tố phổ biến nhất theo khối lượng trong lớp vỏ Trái Đất và chiếm một phần đáng kể trong cả lõi ngoài và lõi trong của Trái Đất. Đây là nguyên tố phổ biến thứ tư trong lớp vỏ Trái Đất. quặng sắt

Sắt nguyên chất rất hiếm trong lớp vỏ Trái Đất và chủ yếu được tìm thấy trong thiên thạch. Mặc dù các mỏ quặng sắt rất phong phú, nhưng việc khai thác kim loại sắt có thể sử dụng được đòi hỏi nhiệt độ vượt quá 1500°C, cao hơn 500°C so với nhiệt độ cần thiết để nấu chảy đồng. Việc nấu chảy sắt bắt đầu vào khoảng năm 2000 TCN ở Âu Á, dần dần thay thế hợp kim đồng ở một số khu vực vào khoảng năm 1200 TCN, đánh dấu sự chuyển đổi từ Thời đại đồ đồng sang Thời đại đồ sắt. Do tính chất cơ học và chi phí thấp, hợp kim sắt như thép, thép không gỉ và thép hợp kim vẫn là kim loại công nghiệp phổ biến nhất cho đến nay.

Bề mặt sắt nguyên chất có màu xám bạc giống như gương, nhưng sắt dễ phản ứng với oxy và nước để tạo thành oxit sắt ngậm nước màu nâu hoặc đen, thường được gọi là gỉ. Không giống như các oxit của các kim loại khác có thể làm thụ động kim loại, gỉ có thể tích lớn hơn sắt ban đầu, khiến nó bong ra, làm cho các bề mặt mới tiếp tục bị ăn mòn. Mặc dù có tính phản ứng, sắt có độ tinh khiết cao được sản xuất bằng phương pháp điện phân vẫn có khả năng chống ăn mòn tốt.

Thép, còn được gọi là sắt thép, là hợp kim bao gồm sắt và các nguyên tố khác, phổ biến nhất là cacbon, và hiện là một trong những vật liệu kim loại được sử dụng rộng rãi nhất. Hàm lượng cacbon thường dao động từ 0,02% đến 2,0% trọng lượng của thép, tùy thuộc vào cấp độ. Các nguyên tố hợp kim khác có thể bao gồm mangan, crom, vanadi và vonfram.

Thêm niken và mangan làm tăng độ bền của thép và ổn định các đặc tính austenit của nó, trong khi thêm crom làm tăng độ cứng và điểm nóng chảy. Thêm vanadi cũng làm tăng độ cứng trong khi làm giảm tác động của sự mỏi kim loại. Để ngăn ngừa ăn mòn, cần tối thiểu 11% crom, tạo thành lớp oxit cứng trên bề mặt; hợp kim này được gọi là thép không gỉ. vũ khí lạnh

Thép không gỉ là một loại thép được biết đến với đặc tính chống ăn mòn. Nó thường chứa crom và các nguyên tố hợp kim khác. Việc bổ sung crom tạo thành một lớp màng oxit dày đặc, ngăn chặn quá trình oxy hóa và ăn mòn thêm bề mặt thép. Thép không gỉ thể hiện khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, tính thẩm mỹ và độ bền, khiến nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

2. Con đường dài từ thép đến thép không gỉ

Những hiện vật bằng thép sớm nhất được biết đến có niên đại khoảng bốn nghìn năm trước, với một hiện vật như vậy được khai quật tại địa điểm Kaman-Kalehoyuk ở Anatolia, Thổ Nhĩ Kỳ. Những hiện vật bằng thép cổ khác đã được tìm thấy ở Đông Phi, có niên đại khoảng năm 1400 TCN. Hiệp sĩ và thanh kiếm

Vào thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên, vũ khí bằng thép giống với falcata của Iberia đã được sản xuất tại Bán đảo Iberia, trong khi quân đội La Mã sử dụng vũ khí bằng thép được sản xuất tại Noricum.

Trong thời Chiến Quốc (403–221 TCN), Trung Quốc sử dụng phương pháp tôi để làm cứng thép, và đến thời nhà Hán (202 TCN – 220 CN), thép được sản xuất bằng cách nấu chảy sắt rèn và gang cùng nhau. Kỹ thuật này dẫn đến việc sản xuất thép cacbon trung bình vào thế kỷ thứ 1 CN.

Gần 2.000 năm trước, người Haya ở Đông Phi đã phát minh ra lò nung nhiệt độ cao, cho phép họ rèn thép cacbon ở nhiệt độ lên tới 1.802°C.

Nghiên cứu sản xuất thép chống ăn mòn có thể bắt nguồn từ đầu thế kỷ 19. Các thí nghiệm ban đầu chủ yếu tập trung vào việc cải thiện thành phần hóa học và kỹ thuật chế biến thép để tăng khả năng chống ăn mòn.

Vào cuối thế kỷ 19, nhà nghiên cứu người Anh Harry Brearley và những người khác đã bắt đầu nghiên cứu có hệ thống về thép hợp kim, với mục tiêu phát triển một loại thép có khả năng chống gỉ. Năm 1913, Brearley đã sản xuất thành công một loại thép chứa 13% crom, được gọi là "thép không gỉ". Khám phá này được coi là một cột mốc trong lịch sử của thép không gỉ.

Vào đầu thế kỷ 20, một số nhà khoa học người Áo cũng đã có những tiến bộ trong nghiên cứu thép không gỉ. Năm 1912, Max Mauermann đã phát triển thép không gỉ chứa 18% crom và 8% niken, được coi là loại thép không gỉ 18-8 sớm nhất.

Đột phá công nghệ và ứng dụng công nghiệp

Khi nghiên cứu và ứng dụng thép không gỉ tiếp tục phát triển, sản xuất và sử dụng thép không gỉ đã tăng trưởng nhanh chóng sau giữa thế kỷ 20. Các nhà máy thép và viện nghiên cứu liên tục cải tiến quy trình sản xuất và tạo công thức thép không gỉ, dẫn đến việc sử dụng ngày càng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm xây dựng, chế biến thực phẩm, công nghiệp hóa chất, thiết bị y tế, hàng không vũ trụ, v.v. Có rất nhiều loại thép không gỉ hiện đại, có thể điều chỉnh thành phần hợp kim và kỹ thuật chế biến theo yêu cầu ứng dụng cụ thể, để đáp ứng các nhu cầu hiệu suất khác nhau.

Phân loại và đặc điểm

1. Phân loại theo cấu trúc tinh thể

Thép không gỉ được phân loại thành năm loại chính dựa trên cấu trúc tinh thể: thép không gỉ austenit (A1, A2, A3, A4, A5), thép không gỉ ferritic (F1), thép không gỉ martensitic (C1, C4, C3), thép không gỉ duplex và thép không gỉ tôi kết tủa. Mỗi loại thép không gỉ có các tính chất vật lý và hóa học riêng phù hợp với các ứng dụng khác nhau. Ví dụ, thép không gỉ austenit được sử dụng rộng rãi trong đồ dùng nhà bếp và dụng cụ y tế do khả năng gia công và chống ăn mòn tuyệt vời, trong khi thép không gỉ martensitic thường được sử dụng để sản xuất dụng cụ vì độ bền và độ cứng cao.

- Thép không gỉ Austenitic: Chứa 16%-26% crom và ít hơn 35% niken. Nó thường có khả năng chống ăn mòn cao nhất và không có từ tính. Các loại phổ biến bao gồm 304L, 316L, 904L, v.v. nồi áp suất làm bằng thép không gỉ

-Thép không gỉ Ferritic: Chứa 10,5%-27% crom và không có niken. Được sử dụng trong các ứng dụng không yêu cầu cao về khả năng chống ăn mòn, chẳng hạn như trong xây dựng và trang trí ô tô. Các loại phổ biến bao gồm 434, 441, v.v.

- Thép không gỉ Martensitic: Thường chứa 11,5%-18% crom và ít hơn 1,2% carbon, đôi khi có niken. Nó có thể được gia cường bằng cách xử lý nhiệt và được sử dụng trong dao kéo, dụng cụ phẫu thuật, cờ lê, tua bin, v.v. Các loại phổ biến bao gồm 416, 420, 431, v.v. cờ lê/cờ lê

- Thép không gỉ Duplex: Hỗn hợp thép không gỉ austenit và ferritic có tỷ lệ cấu trúc vi mô khoảng 50:50. Nó thể hiện khả năng chống ăn mòn clorua tốt hơn thép không gỉ austenit. Các loại phổ biến bao gồm 2205, 2507, v.v.

- Thép không gỉ tôi luyện kết tủa: Có nền austenit hoặc martensit và có thể được tôi luyện bằng phương pháp tôi luyện kết tủa. Các loại phổ biến bao gồm 17-4PH, 15-5PH, v.v.

2. Phân loại theo cấp thép

Cấp thép SAE là một tập hợp các hệ thống số thép do Hiệp hội Kỹ sư Ô tô phát triển. Các loại 200, 300, 400, 500 và 600 thường được sử dụng trong các cấp thép không gỉ.

- Dòng 200: Thép không gỉ Austenitic Crom-Niken-Mangan.

- Dòng 300: Thép không gỉ Crom-Niken Austenitic. Các loại phổ biến bao gồm 301, 304, 316, v.v.

301: Độ dẻo tốt, thích hợp để tạo hình sản phẩm. Nó cũng có thể được làm cứng nhanh chóng thông qua quá trình gia công cơ học. Khả năng hàn tuyệt vời. Khả năng chống mài mòn và độ bền mỏi vượt trội hơn thép không gỉ 304, được sử dụng trong các sản phẩm như lò xo, kết cấu thép và vỏ bánh xe.
302: Khả năng chống ăn mòn tương tự như 304, nhưng có hàm lượng carbon cao hơn, tạo ra độ bền tốt hơn.
303: Bằng cách thêm một lượng nhỏ lưu huỳnh và phốt pho, nó dễ gia công hơn 304.
304: Chủ yếu có hai loại: thép không gỉ 18% crom/8% niken và 18% crom/10% niken. Được sử dụng trong các sản phẩm như hộp đựng chống ăn mòn, dao kéo, đồ nội thất, lan can và thiết bị y tế. Thành phần tiêu chuẩn là 18% crom cộng với 8% niken. Nó không có từ tính, nhưng đôi khi có thể xảy ra từ tính yếu sau khi xử lý khi mức độ tạp chất cao. Từ tính yếu này chỉ có thể được loại bỏ thông qua xử lý nhiệt. Nó thuộc về thép không gỉ không thể thay đổi cấu trúc vi mô của nó thông qua các phương pháp xử lý nhiệt.
304L: Có cùng đặc điểm với 304, nhưng hàm lượng carbon thấp hơn, chống ăn mòn tốt hơn và dễ xử lý nhiệt hơn. Tuy nhiên, tính chất cơ học của nó kém hơn, phù hợp với các sản phẩm hàn và ít xử lý nhiệt hơn.
304N: Có cùng đặc điểm với 304. Đây là thép không gỉ chứa nitơ. Nitơ được thêm vào để cải thiện độ bền của thép.
309: Có khả năng chịu nhiệt tốt hơn so với 304.
309s: Với hàm lượng crom và niken cao hơn, nó thể hiện khả năng chịu nhiệt và chống oxy hóa tuyệt vời. Nó được sử dụng trong các sản phẩm như bộ trao đổi nhiệt, thành phần nồi hơi và động cơ phản lực.
310: Chứa hàm lượng crom và niken cao nhất, thép này có khả năng chịu nhiệt và chống oxy hóa tốt nhất, phù hợp cho các ứng dụng như bộ trao đổi nhiệt, linh kiện nồi hơi và thiết bị điện.
316: Sau 304, đây là loại thép được sử dụng rộng rãi thứ hai, chủ yếu được sử dụng trong ngành thực phẩm và dụng cụ phẫu thuật. Việc bổ sung molypden mang lại cho nó một cấu trúc chống ăn mòn đặc biệt. Do khả năng chống ăn mòn clorua vượt trội so với 304, nó cũng được sử dụng làm "thép hàng hải". SS316 thường được sử dụng trong thiết bị tái chế nhiên liệu hạt nhân. Các loại thép không gỉ có thành phần 18/10 cũng đáp ứng được cấp độ ứng dụng này. Nó đặc biệt phù hợp với các môi trường ăn mòn như nhà máy hóa chất, vùng ven biển, đóng tàu và vật liệu xây dựng.
316L: Do hàm lượng carbon thấp nên có khả năng chống ăn mòn tốt hơn và dễ xử lý nhiệt hơn. Nó được sử dụng trong các sản phẩm như thiết bị xử lý hóa chất, máy phát điện hạt nhân và bể chứa đông lạnh.
321: Ngoài việc giảm nguy cơ ăn mòn mối hàn bằng cách bổ sung các thành phần titan, các tính chất khác của nó cũng tương tự như 304. Nó thích hợp để hàn thiết bị pha chế, ống hơi và các bộ phận hàng không vũ trụ.
347: Thêm nguyên tố ổn định niobi, thích hợp để hàn các bộ phận hàng không vũ trụ và thiết bị hóa chất.

- Dòng 400: Thép không gỉ Ferritic và Martensitic. Các loại phổ biến bao gồm 409, 410, 420, 430, v.v.

408: Khả năng chịu nhiệt tốt, chống ăn mòn yếu, 11% Cr, 8% Ni.
409: Ngoài việc bổ sung titan để giảm nguy cơ ăn mòn mối hàn, loại kinh tế nhất (ở Anh và Mỹ), thường được dùng cho ống xả ô tô, thuộc loại thép không gỉ ferritic (thép crom), thích hợp để hàn, giá thành thấp, dùng cho ống xả ô tô, thiết bị dầu khí.
410: Martensitic (thép crom cường độ cao), khả năng chống mài mòn tốt, khả năng chống ăn mòn kém, thích hợp cho máy bơm. Thành phần hóa học của nó chứa 13% crom, ít hơn 0,15% cacbon và một lượng nhỏ các nguyên tố hợp kim khác. Giá nguyên liệu tương đối rẻ, có từ tính và có thể được làm cứng bằng cách xử lý nhiệt. Các ứng dụng phổ biến bao gồm ổ trục, thiết bị y tế và dao.
416: Việc bổ sung lưu huỳnh sẽ cải thiện khả năng gia công của vật liệu.
420: Chứa hàm lượng carbon cao hơn, độ cứng và độ bền cao hơn, thép không gỉ martensitic cấp lưỡi dao, tương tự như thép không gỉ Brearley, loại thép không gỉ đầu tiên do nhà luyện kim người Anh Harry Brearley phát triển, có khả năng đạt được độ hoàn thiện rất sáng, thích hợp cho dao, lò xo, dụng cụ phẫu thuật, lưỡi dao cạo và van.
430: Thép không gỉ Ferritic, trang trí, từ tính, dùng làm đồ trang trí ô tô. Khả năng định hình tốt, nhưng khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn kém, thích hợp làm ốc vít, dao kéo và đồ nội thất. Thành phần hóa học tiêu chuẩn là 16-18% crom, hàm lượng carbon thấp. Loại thép không gỉ này có từ tính.
434: Chứa molypden nên có khả năng chống ăn mòn tốt hơn 430, thích hợp làm dao kéo, cần gạt nước và trang trí ô tô.
440: Thép lưỡi dao có độ bền cao, hàm lượng cacbon cao hơn một chút, sau khi xử lý nhiệt thích hợp, có thể đạt được độ bền kéo cao hơn, độ cứng có thể đạt tới 58HRC, thuộc loại thép không gỉ cứng nhất. Ví dụ ứng dụng phổ biến nhất là "lưỡi dao cạo". Có ba loại phổ biến: 440A, 440B, 440C và một loại khác là 440F (loại dễ gia công).

- Dòng 500: Thép hợp kim Crom chịu nhiệt.

- Dòng 600: Thép không gỉ kết tủa Martensitic. Các loại phổ biến bao gồm 630 (17-4PH), v.v.

-904L Stainless Steel là thép không gỉ austenit hợp kim cao, hàm lượng carbon thấp được thiết kế để sử dụng trong môi trường ăn mòn. Nó có khả năng chống axit sunfuric và các điều kiện ăn mòn khác tuyệt vời, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau bao gồm cả bình chịu áp suất.

Phần kết luận

Thép không gỉ đã trải qua một hành trình tiến hóa phong phú, phát triển từ các hiện vật bằng thép cổ xưa thành các hợp kim tinh vi mà chúng ta sử dụng ngày nay. Các phân loại đa dạng của nó phục vụ cho vô số ứng dụng trong các ngành công nghiệp, từ xây dựng đến y học, hàng không đến nghệ thuật ẩm thực. Trong lĩnh vực chế tác đồng hồ, thép không gỉ nổi bật là vật liệu được ưa chuộng để chế tạo đồng hồ do độ bền, khả năng chống ăn mòn và tính thẩm mỹ.

Phần tiếp theo: Ứng dụng và sự phát triển của thép không gỉ trong chế tạo đồng hồ.

Từ Vật liệu của Cách mạng Công nghiệp đến Biểu tượng Thời trang Hiện đại - Phần một: Lịch sử và Sự phát triển của Thép không gỉ như một Vật liệu Kim loại