Inox austenit là tổ chức một pha austenit, hoặc austenit kèm một ít ferit delta. Inox duplex là tổ chức hai pha, ferit và austenit chia nhau gần đều. Hai pha cho giới hạn chảy cao hơn và ứng xử ăn mòn ứng suất do clorua tốt hơn, đổi lại phần ferit sinh pha giòn khi giữ nhiệt.
Kết luận trên đúng khi đọc theo góc vật liệu học: so tổ chức pha và hệ quả trực tiếp của tổ chức đó lên cơ tính, lên ứng xử ăn mòn và lên khoảng nhiệt dùng được. Phạm vi nguồn: ba mục kiến thức của một viện hàn Anh, một trang kiến thức ăn mòn của một hãng vật liệu, một bài báo truy cập mở. Chỗ nguồn không nói: giới hạn chảy hay độ dai cho từng mác ngoài vài ví dụ dưới đây, và cách chọn vật liệu cho một thiết bị cụ thể.
Bảng đối chiếu inox duplex và inox austenit
| Tiêu chí | Inox duplex | Inox austenit |
|---|---|---|
| Tổ chức pha | Hỗn hợp xấp xỉ 50/50 austenit và ferit delta [1]; [5] mô tả là hai pha với phần thể tích gần bằng nhau | Một pha: 100 % austenit, hoặc austenit kèm một ít ferit [2] |
| Dải cân bằng pha | Kim loại cơ bản thường trong dải 35 đến 60 % ferit; tối ưu quanh 50 % ferit và 50 % austenit [1] | Khi có ferit delta, mức thường yêu cầu là 2 % đến 5 % để hạn chế nứt nóng [2] |
| Khác biệt thành phần | So với inox austenit: crom 20 đến 28 %; molypden tới 5 %; niken thấp hơn, tới 9 %; nitơ 0,05 đến 0,5 % [1] | Niken, cacbon, mangan, nitơ là nhóm tạo austenit; crom, silic, molypden, niobi là nhóm tạo ferit [2] |
| Giới hạn chảy quy ước, ví dụ của nguồn | Duplex 22 % Cr tối thiểu khoảng 450 N/mm²; superduplex tối thiểu 550 N/mm² [1] | Một mác Type 304: khoảng 280 N/mm² [1] |
| Hoá bền | Cân bằng pha phụ thuộc thành phần và tốc độ nguội; nguội nhanh giữ lại nhiều ferit hơn [1] | Không chuyển pha khi nguội nên không tôi cứng thành mactenxit được; hoá bền bằng biến dạng nguội [2] |
| Ăn mòn do clorua | Được thiết kế để chịu ăn mòn ứng suất và ăn mòn rỗ do clorua tốt hơn inox austenit tiêu chuẩn [1] | Alleima ghi thép austenit kiểu ASTM 304 và 316 có sức chịu nứt ăn mòn ứng suất hạn chế [4] |
| Khoảng nhiệt dùng được | Mác superduplex trong nghiên cứu dùng dưới 350 °C [5]; lý do là pha giòn trong ferit ở nhiệt độ tương đối thấp [1] | Chịu ăn mòn và ôxi hoá tới 650 °C hoặc cao hơn, kèm độ dẻo và độ dai tốt trong dải đó [5] |
| Pha giòn | Sigma và chi ở 550 đến 1000 °C, nhanh nhất quanh 850 °C, có thể chỉ sau 30 đến 40 giây ở một hợp kim superduplex; giòn 475 °C ở 350 đến 550 °C [1] | Sigma và chi cũng hình thành, ở xấp xỉ 500 đến 900 °C, nhưng TWI mô tả quá trình là chậm chạp [2] |
| Nứt nóng khi hàn | Hiếm khi thành vấn đề nhờ hàm lượng ferit cao [3]; IMOA ghi kim loại mối hàn duplex chịu nứt nóng tốt hơn hẳn kim loại mối hàn austenit [6] | Nhóm hoàn toàn austenit nhạy với nứt nóng; ferit hoà tan được nhiều S và P hơn austenit [2] |
| Tính chất vật lý | Nằm giữa hai họ nhưng gần nhóm ferit và thép cacbon hơn; dẫn nhiệt cao hơn, giãn nở nhiệt thấp hơn [6] | Giãn nở nhiệt cao hơn; ứng suất nhiệt cục bộ tại mối hàn dữ dội hơn [6] |
| Từ tính | Vật liệu sắt từ; đo tỉ lệ pha bằng phương pháp dò từ có độ tin cậy hạn chế [6] | Nguồn đã kiểm không nói |
Nguồn [1]–[5] ghi ở khối "Nguồn và giới hạn", tra ngày 15/09/2026. Các trị số giới hạn chảy trong bảng là ví dụ mà [1] nêu cho từng mác cụ thể, không phải trị số chung cho cả nhóm.
Vì sao thêm một pha lại đổi cả cơ tính lẫn ứng xử ăn mòn
Tên gọi nói thẳng cơ chế. TWI viết tên "duplex" của họ thép này đến từ tổ chức tế vi gồm hỗn hợp xấp xỉ 50/50 austenit và ferit delta [1]. Ở phía kia, TWI mô tả inox austenit là hợp kim đơn giản về mặt luyện kim, hoặc 100 % austenit hoặc austenit kèm một ít ferit [2].
Hệ quả thứ nhất nằm ở cơ tính. TWI đưa ví dụ số: một mác Type 304 có giới hạn chảy quy ước 0,2 % trong khoảng 280 N/mm², một mác duplex 22 % Cr tối thiểu khoảng 450 N/mm², một mác superduplex tối thiểu 550 N/mm² [1] — số của ba mác cụ thể nguồn nêu làm ví dụ, không phải mức của cả nhóm.
Hệ quả thứ hai nằm ở cách hoá bền. Vì không có chuyển pha khi nguội từ nhiệt độ cao, inox austenit không tôi cứng thành mactenxit được; TWI ghi nhóm này hoá bền bằng biến dạng nguội chứ không bằng nhiệt luyện, và cơ tính phần lớn không bị hàn làm đổi [2]. Với duplex thì ngược lại: cân bằng pha phụ thuộc cả thành phần lẫn tốc độ nguội [1]. Cách hiểu của bài: ở duplex, nhiệt đưa vào chi tiết là một biến của tổ chức; ở austenit thì ít là biến hơn hẳn.
Hệ quả thứ ba nằm ở ăn mòn. TWI ghi họ duplex được thiết kế để chịu ăn mòn ứng suất và ăn mòn rỗ do clorua tốt hơn inox austenit tiêu chuẩn như Type 304 hay Type 316 [1]. Alleima nói cùng hướng: nứt ăn mòn ứng suất do clorua thường xảy ra trên 60 °C, tiền đề của nó là ăn mòn rỗ khi thép chưa đủ sức chịu rỗ [4]. Chỉ số xếp hạng rỗ thì gắn với thành phần chứ không gắn với tổ chức: TWI cho PREN = %Cr + 3,3%Mo + 16%N, duplex dưới 40, superduplex 40 đến 45, hyperduplex trên 45 [1] — nguồn giới thiệu nó như cách xếp hạng trong nội bộ một họ, nên bài không dùng nó để so hai họ. Cơ chế rỗ và lớp thụ động xem ở thụ động hoá inox và lớp ôxit crom.
Cái giá của pha ferit: khoảng nhiệt sinh pha giòn
Pha ferit mang lại giới hạn chảy và sức chịu clorua, nhưng chính nó là chỗ sinh pha giòn. TWI ghi duplex không dùng được ở nhiệt độ cao, lý do là pha giòn hình thành trong ferit ở nhiệt độ tương đối thấp [1]; bài báo truy cập mở nói cùng hướng khi ghi mác superduplex trong nghiên cứu được dùng ở nhiệt độ làm việc dưới 350 °C [5].
Động học mới là phần đáng nhớ. Theo TWI, sigma và chi hình thành trong dải 550 đến 1000 °C, nhanh nhất quanh 850 °C, thời gian tạo pha có thể chỉ 30 đến 40 giây ở một hợp kim superduplex; giòn 475 °C xảy ra ở dải thấp hơn, 350 đến 550 °C, thời gian bắt đầu chừng 7 đến 10 phút [1]. Ở inox austenit, cùng hai pha đó cũng hình thành, trong dải xấp xỉ 500 đến 900 °C, nhưng TWI gọi quá trình là chậm chạp, chỉ lộ ra khi làm việc ở nhiệt độ cao hoặc khi khử ứng suất [2] — xem ủ, thường hoá và khử ứng suất.
Vì sao lệch nhau nhiều như vậy, chính TWI trả lời: ferit delta chuyển biến nhanh hơn austenit, nên hợp kim chứa nhiều pha này xuống cấp nhanh hơn thép austenit chỉ có ít ferit [2]. Cách hiểu của bài: cùng một phản ứng, khác ở lượng ferit sẵn có.
Cùng pha ferit đó lại có mặt tốt. TWI ghi nứt nóng hiếm khi thành vấn đề ở duplex nhờ hàm lượng ferit cao [3]; ở inox austenit, ferit hoà tan được nhiều lưu huỳnh và phốt pho hơn austenit nên giữ chúng trong dung dịch thay vì để chúng tạo màng lỏng dọc biên hạt [2] — xem dây hàn inox 308L và 309L.
Tính chất vật lý: duplex nằm giữa hai họ nhưng nghiêng về phía ferit
IMOA đặt cả nhóm vào vị trí đó ngay câu mở đầu: tính chất vật lý của inox duplex nằm giữa inox austenit và inox ferit, nhưng có xu hướng gần nhóm ferit và gần thép cacbon hơn [6]. Đây là hệ quả trực tiếp của việc một nửa tổ chức là ferit. Cần nói rõ một chỗ nguồn tự nói khác nhau: ở phần bảng tính chất vật lý, cùng tài liệu ấy viết tính chất vật lý của các mác duplex nằm giữa inox austenit và thép cacbon, nhưng gần nhóm inox hơn [6]. Hai câu đặt hai mốc so sánh khác nhau; bài giữ cả hai trước mắt người đọc thay vì chọn một câu rồi im câu kia.
Về nhiệt, IMOA ghi inox duplex có độ dẫn nhiệt cao hơn và hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn, nên không sinh ứng suất nhiệt cục bộ tại mối hàn dữ dội như inox austenit [6]. Cùng tài liệu ghi ở chỗ khác rằng hệ số giãn nở nhiệt của thép duplex gần với thép cacbon hoặc thép hợp kim thấp, còn inox austenit có hệ số giãn nở nhiệt cao hơn [6]. Cách hiểu của bài: hai vế co giãn khác nhau khi cùng bị nung, nên ứng xử ở khâu nung và khâu nguội cũng khác.
Về từ tính, IMOA nói thẳng inox duplex là vật liệu sắt từ, với khoảng cách giữa austenit và ferit rất mịn, nên dùng phương pháp dò từ để đo tỉ lệ pha có độ tin cậy hạn chế [6]. Hai câu tiếp theo của IMOA là thứ đáng nhớ nhất ở xưởng: pha trung gian không bắt từ nên phép đo từ tính không dò trực tiếp được sigma và chi; nhưng số đọc ferit thấp bất thường trên một chi tiết duplex có thể là dấu hiệu ferit đã chuyển thành pha trung gian [6]. Nguồn đã kiểm không nói về ứng xử từ tính của họ austenit, nên bài không nêu vế đó.
Ba mẹo sai về cặp này
Mẹo sai 1: "Duplex là inox austenit được pha thêm crom cho cứng hơn." Khác biệt là tổ chức, không phải độ cứng. TWI ghi duplex gồm hỗn hợp xấp xỉ 50/50 austenit và ferit delta [1], còn inox austenit là một pha austenit hoặc austenit kèm ít ferit [2]. Thành phần cũng đổi theo hướng khác: duplex có crom 20 đến 28 %, molypden tới 5 %, nhưng niken thấp hơn, tới 9 % [1].
Mẹo sai 2: "Chỉ duplex mới sinh pha sigma, austenit thì không." TWI ghi inox austenit cũng giòn hoá do sigma và chi, trong dải xấp xỉ 500 đến 900 °C [2]. Khác biệt là tốc độ: cùng nguồn gọi quá trình ở austenit là chậm chạp, trong khi ở một hợp kim superduplex thời gian tạo pha có thể chỉ 30 đến 40 giây [1].
Mẹo sai 3: "Inox austenit không bị nứt ăn mòn ứng suất vì nó là inox." Alleima ghi thép austenit kiểu ASTM 304 và 316 có sức chịu nứt ăn mòn ứng suất hạn chế, ngay cả ở hàm lượng clorua và nhiệt độ rất thấp; cùng trang xếp inox duplex và inox austenit có niken cao hơn 25 % vào nhóm chịu được kiểu nứt này [4].
Bảng quyết định: thấy hoặc đo được gì trên mẫu thì đọc ra gì
| Thấy hoặc đo được trên mẫu, trên chi tiết | Đọc ra gì, làm gì | Căn cứ |
|---|---|---|
| Ảnh kim tương của kim loại cơ bản duplex cho tỉ lệ ferit ngoài dải 35 đến 60 % | Tổ chức lệch khỏi dải nguồn ghi cho kim loại cơ bản; rà lại nhiệt luyện và chế độ nguội | [1] |
| Mối hàn duplex nguội rất nhanh, đo được nhiều ferit hơn kim loại cơ bản | Đúng chiều nguồn mô tả: nguội nhanh giữ lại nhiều ferit hình thành ở nhiệt độ cao | [1] |
| Chi tiết duplex đã nằm lâu trong dải 550 đến 1000 °C | Đặt nghi vấn sigma và chi, nhất là quanh 850 °C | [1] |
| Chi tiết duplex đã nằm trong dải 350 đến 550 °C | Đặt nghi vấn giòn 475 °C, thời gian bắt đầu chừng 7 đến 10 phút | [1] |
| Chi tiết austenit vừa qua khử ứng suất trong dải 500 đến 900 °C | Sigma và chi hình thành chậm nhưng vẫn hình thành; tính tới mất độ dẻo | [2] |
| Môi trường chứa clorua, nhiệt độ vận hành trên 60 °C | Vùng nứt ăn mòn ứng suất do clorua theo Alleima; rỗ là tiền đề của kiểu nứt này | [4] |
| Đo ferit bằng thiết bị từ tính trên chi tiết duplex, số đọc thấp bất thường | Có thể ferit đã chuyển thành pha trung gian; pha trung gian không bắt từ nên phép đo từ không dò trực tiếp được sigma và chi | [6] |
Nguồn và giới hạn
Tra ngày 15/09/2026. Các câu dẫn đã đối chiếu nguyên văn trên bản tải trực tiếp từ trang gốc.
- [1] TWI, Duplex Stainless Steel - Part 1: https://www.twi-global.com/technical-knowledge/job-knowledge/duplex-stainless-steel-part-1-105 — tổ chức 50/50, thành phần, ví dụ giới hạn chảy, PREN, động học pha giòn.
- [2] TWI, Welding of Austenitic Stainless Steel: https://www.twi-global.com/technical-knowledge/job-knowledge/welding-of-austenitic-stainless-steel-103 — tổ chức một pha, hoá bền bằng biến dạng nguội, sigma và chi ở austenit.
- [3] TWI, Duplex Stainless Steel - Part 2: https://www.twi-global.com/technical-knowledge/job-knowledge/duplex-stainless-steel-part-2-106 — nứt nóng ở duplex.
- [4] Alleima, Stress corrosion cracking - facts and how to reduce the risk: https://www.alleima.com/en/technical-center/corrosion/wet-corrosion/stress-corrosion-cracking-scc/ — ngưỡng nhiệt của nứt ăn mòn ứng suất do clorua.
- [5] Metals (MDPI, truy cập mở trên PMC), Nd: YAG Pulsed Laser Dissimilar Welding of UNS S32750 Duplex with 316L Austenitic Stainless Steel: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6766208/ — tổ chức hai pha, khoảng nhiệt làm việc.
- [6] IMOA, Practical Guidelines for the Fabrication of Duplex Stainless Steels: https://www.imoa.info/download_files/stainless-steel/Duplex_Stainless_Steel_3rd_Edition.pdf — vị trí của duplex giữa hai họ, dẫn nhiệt, giãn nở nhiệt, ứng xử sắt từ.
- Tiêu chuẩn và hệ ký hiệu chỉ dẫn tên, số hiệu, bài không trích trị số: ASTM A 240, EN 10088-2, ASTM G 48, ASTM E 562, AWS A4.2, hệ số hiệu UNS.
- Ghi thẳng về bộ nguồn: sáu mục thuộc bốn nơi xuất bản, TWI chiếm ba trên sáu, và toàn bộ trị số về cân bằng pha, giới hạn chảy ví dụ, PREN và động học pha giòn vẫn chỉ lấy từ hai mục TWI. Ba phần có nguồn khác đối chiếu: ăn mòn ứng suất, khoảng nhiệt, tính chất vật lý.
Bảng này không dùng cho:
- Chọn vật liệu cho một thiết bị, đường ống hay công trình cụ thể: bài không nêu.
- Bảng thành phần hoá học theo từng mác và trị số nghiệm thu: nằm trong tiêu chuẩn trả phí.
- Inox ferit, inox mactenxit, inox hoá bền tiết pha: chỉ được nhắc tên, không đối chiếu.
- Ứng xử từ tính của họ austenit: nguồn đã kiểm không phát biểu.
- Quy trình hàn cụ thể, chọn vật liệu hàn, mức nhiệt đưa vào: thuộc bài khác.
- Giá, chi phí, xếp hạng nhà cung cấp: bài không nêu.
Không xác định được từ bài này: tỉ lệ ferit thực trong một chi tiết đang có — phải đo bằng kim tương hoặc phép đo từ tính; và ngưỡng nhiệt độ, nồng độ clorua cụ thể mà một mác nhất định bắt đầu nứt, vì [4] chỉ cho mốc chung.
Cần chính xác hơn: cơ chế ăn mòn nền ở ăn mòn điện hoá; dạng ăn mòn cục bộ ở ăn mòn galvanic và ăn mòn khe hở.
Câu hỏi thường gặp
Inox duplex là gì? Là họ inox có tổ chức hai pha. TWI ghi tên gọi đến từ tổ chức tế vi gồm hỗn hợp xấp xỉ 50/50 austenit và ferit delta [1]; một bài báo truy cập mở mô tả cùng ý là hai pha với phần thể tích gần bằng nhau [5].
Tỉ lệ ferit và austenit trong inox duplex là bao nhiêu? Theo TWI, mức tối ưu là khoảng 50 % ferit và 50 % austenit, còn cân bằng pha của kim loại cơ bản thường nằm trong dải 35 đến 60 % ferit [1]. Tỉ lệ thực của một chi tiết phải đo.
Vì sao inox austenit không tôi cứng được? TWI ghi inox austenit không có chuyển pha khi nguội từ nhiệt độ cao nên không tôi cứng thành mactenxit được; nhóm này hoá bền bằng biến dạng nguội chứ không bằng nhiệt luyện [2].
Pha sigma trong inox duplex hình thành ở nhiệt độ nào? TWI ghi sigma và chi hình thành trong dải 550 đến 1000 °C, nhanh nhất quanh 850 °C, thời gian tạo pha có thể chỉ 30 đến 40 giây ở một hợp kim superduplex [1].
Inox austenit có bị nứt ăn mòn ứng suất do clorua không? Có. Alleima ghi thép austenit kiểu ASTM 304 và 316 có sức chịu hạn chế với kiểu nứt này, ngay cả ở hàm lượng clorua và nhiệt độ rất thấp; cùng trang ghi kiểu nứt này thường xảy ra trên 60 °C [4].
Inox duplex có bị nam châm hút không? IMOA ghi inox duplex là vật liệu sắt từ, và vì khoảng cách giữa austenit với ferit rất mịn nên dùng phương pháp dò từ để đo tỉ lệ pha có độ tin cậy hạn chế [6]. Nguồn đã kiểm không nói về ứng xử từ tính của họ austenit.