Buzz
Thép không gỉ đã trở thành một vật liệu quen thuộc trong cuộc sống hàng ngày, từ dụng cụ nhà bếp đến các công trình xây dựng hiện đại. Vậy điều gì khiến hợp kim sắt sáng bóng này không bị rỉ sét như thép thông thường?
Quá trình oxy hóa và rỉ sét
Rỉ sét xảy ra khi sắt phản ứng với oxy trong không khí hoặc nước, tạo ra oxit sắt và làm kim loại bị ăn mòn, mất tính cơ học và thẩm mỹ. Ngay cả thép, hợp kim sắt với lượng carbon thấp, cũng không tránh khỏi hiện tượng này, khiến các công trình và thiết bị bị giảm độ bền và có thể trở nên nguy hiểm.
Tuy nhiên, thép không gỉ lại chống được hiện tượng này nhờ vào thành phần hóa học đặc biệt của nó, đặc biệt là crôm. Tim Collins, nhà khoa học vật liệu và tổng thư ký của tổ chức Worldstainless, giải thích rằng crôm trong thép không gỉ tạo ra lớp oxit crôm (Cr2O3) 'thụ động' trên bề mặt. Lớp này ngăn cản sự tiếp xúc giữa oxy với sắt, từ đó ngăn chặn quá trình oxy hóa và hình thành rỉ sét.
Thép không gỉ nổi bật với thành phần hóa học đặc biệt, bao gồm từ 62% đến 75% sắt, 1% carbon và hơn 10,5% crôm. Thép không gỉ cũng thường chứa một lượng nhỏ niken, giúp tăng cường độ cứng và dễ gia công.
Cấu tạo của thép không gỉ
Thép thông thường gồm khoảng 99% sắt và một lượng nhỏ carbon từ 0,2% đến 1%. Ngược lại, thép không gỉ chứa từ 62% đến 75% sắt và hơn 10,5% crôm, cùng với các nguyên tố khác như niken để tăng cường độ bền. Crôm là yếu tố chính tạo lớp bảo vệ, làm thép không gỉ nổi bật so với thép thường.
Lớp oxit crôm trên thép không gỉ chỉ dày vài nanomet và khó nhận thấy bằng mắt thường, nhưng có khả năng tự phục hồi nếu bị tổn thương. Điều này khiến thép không gỉ trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ngành cần tính vệ sinh và an toàn cao, như sản xuất thực phẩm, thiết bị y tế và trong môi trường ăn mòn.
Crom là thành phần chính giúp thép không gỉ chống gỉ. Khi tiếp xúc với oxy, crom tạo ra lớp oxit crom (Cr2O3) cực mỏng trên bề mặt kim loại, không thể nhìn thấy bằng mắt thường.
Lịch sử phát minh thép không gỉ
Thép không gỉ được phát minh vào năm 1912 bởi nhà luyện kim người Anh, Harry Brearley. Trong quá trình nghiên cứu hợp kim chống ăn mòn cho nòng súng, ông đã tạo ra một hợp kim từ sắt, crôm, carbon và niken. Mặc dù hợp kim này không phù hợp cho mục đích ban đầu và bị bỏ ngoài trời, nhưng vài tuần sau, Brearley phát hiện nó vẫn giữ được độ sáng bóng mà không bị rỉ sét. Ông đã phát triển và giới thiệu thép không gỉ vào năm 1915.
Hiện nay, thép không gỉ chiếm khoảng 4% tổng lượng thép tiêu thụ toàn cầu hàng năm, tương đương gần 2 tỷ tấn. Tuy nhiên, chi phí sản xuất thép không gỉ cao hơn nhiều so với thép thông thường, gấp từ ba đến năm lần, do cần nhiều nguyên tố kim loại đặc biệt như molypden cho môi trường dưới nước. Vì vậy, thép thường vẫn được sử dụng phổ biến hơn, đặc biệt khi không cần tính chống rỉ sét cao hoặc có thể bảo vệ bằng lớp sơn.
Thép không gỉ được phát hiện tình cờ vào năm 1912 bởi nhà luyện kim người Anh Harry Brearley.
Ứng dụng và tiềm năng của thép không gỉ
Thép không gỉ đang ngày càng được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là ngành chế biến thực phẩm. Theo Kantha Shelke, nhà khoa học thực phẩm từ Đại học Johns Hopkins, thép không gỉ nổi bật với khả năng chống ăn mòn do axit và hóa chất tẩy rửa, vượt trội hơn so với nhôm và đồng. Nó không gây ô nhiễm thực phẩm và dễ dàng vệ sinh, đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh nghiêm ngặt trong chế biến thực phẩm và y tế.
Với độ bền, khả năng chống ăn mòn và tính an toàn cao, thép không gỉ ngày càng khẳng định vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp hiện đại. Tuy nhiên, chi phí cao vẫn là một hạn chế lớn, khiến thép không gỉ chủ yếu được sử dụng trong các lĩnh vực yêu cầu chất lượng và bền vững cao, như y tế, thực phẩm và hàng không vũ trụ.
Thép không gỉ hiện chiếm khoảng 4% tổng lượng thép tiêu thụ toàn cầu, tương đương gần 2 tỷ tấn mỗi năm. Mặc dù chi phí sản xuất cao hơn thép thường từ ba đến năm lần, nhưng những lợi ích mà nó mang lại là không thể phủ nhận.
Thép không gỉ không chỉ là một bước đột phá trong ngành luyện kim mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong đời sống. Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của nó giúp kéo dài tuổi thọ của các công trình và thiết bị, đồng thời đảm bảo an toàn và vệ sinh cho người sử dụng.
