Inox có tiếng là không gỉ, nên khi một bulong inox 316 nứt đôi mà bề mặt vẫn sáng bóng, ít ai nghĩ tới ăn mòn. Nhưng đó chính là nứt ăn mòn ứng suất — SCC, stress corrosion cracking — kiểu hỏng nguy hiểm nhất của thép không gỉ austenit, vì nó không báo trước bằng gỉ, không làm mỏng tiết diện, và phá hủy đột ngột.
SCC chỉ xảy ra khi ba yếu tố đồng thời tồn tại. Đây là điểm quan trọng nhất của cả bài, vì nó cho ta ba hướng phòng ngừa độc lập:
Cắt đứt bất kỳ điều kiện nào là đủ. Trong thực tế, điều kiện dễ can thiệp nhất là điều kiện thứ nhất — đổi mác vật liệu.
Tài liệu kỹ thuật thường nêu ngưỡng khoảng 50–60 °C cho SCC clorua của thép austenit: dưới ngưỡng đó, rủi ro thấp trong môi trường clorua loãng. Đó là hướng dẫn hữu ích cho phần lớn thiết bị công nghiệp — đường ống nóng, bình trao đổi nhiệt, thiết bị cách nhiệt bị ngấm nước biển.
Nhưng có một ngoại lệ đã được ghi nhận rõ và rất đáng biết: khí quyển bể bơi trong nhà. Ở đó, hợp chất clo bay hơi ngưng tụ lên chi tiết treo trên trần, nước bay hơi và clorua cô đặc dần tại chỗ. Nồng độ cục bộ tăng lên rất cao dù nhiệt độ chỉ quanh mức phòng, và SCC vẫn xảy ra. Vì lý do đó, EN 1993-1-4 có hướng dẫn riêng cho môi trường bể bơi trong nhà, khuyến cáo không dùng mác austenit thông thường cho chi tiết chịu lực trên trần.
Điều kiện áp dụng: ngưỡng nhiệt độ là hướng dẫn kinh nghiệm, không phải ranh giới tuyệt đối. Nồng độ clorua cục bộ mới là biến quyết định, và nó có thể cao hơn nồng độ trung bình của môi trường hàng trăm lần ở những chỗ nước bay hơi và muối đọng lại — khe hở, dưới lớp cách nhiệt, dưới mũ bulong.
| Đặc điểm | SCC | Gãy mỏi | Ăn mòn đều thông thường |
|---|---|---|---|
| Biến dạng dẻo trước khi gãy | Không | Không | Có, nếu tiết diện mỏng dần rồi quá tải |
| Bề mặt bên ngoài | Thường vẫn sáng, ít gỉ | Bình thường | Gỉ, rỗ, mất kim loại thấy rõ |
| Hình thái vết nứt | Nhiều nhánh, như rễ cây | Một vết chính, vân đồng tâm | Không có vết nứt đặc trưng |
| Thời điểm | Sau thời gian tiếp xúc môi trường, không cần tải chu kỳ | Sau nhiều chu kỳ tải | Diễn tiến chậm và nhìn thấy được |
| Vị trí | Chân ren, chỗ có khe đọng nước, dưới mũ | Ren ăn khớp đầu tiên, ren thoát, góc lượn mũ | Toàn bộ bề mặt tiếp xúc |
Dấu hiệu cảnh báo mạnh nhất trong vận hành: nhiều bulong inox trên cùng một thiết bị nứt trong khoảng thời gian gần nhau, mà bề ngoài không có gỉ. Đó là lỗi lựa chọn vật liệu cho môi trường, không phải lỗi của lô hàng.
| Nhóm vật liệu | Khả năng chống SCC clorua | Ghi chú khi dùng làm chi tiết lắp xiết |
|---|---|---|
| A2 (mác 304) | Thấp | Không dùng cho môi trường clorua nóng hoặc ven biển chịu lực. |
| A4 (mác 316) | Thấp hơn kỳ vọng | Chống rỗ tốt hơn A2 nhờ molypden, nhưng vẫn nhạy cảm với SCC. Đây là hiểu lầm phổ biến nhất. |
| Thép song pha (duplex) | Cao hơn rõ rệt | Tổ chức hai pha làm chậm lan nứt. Giá cao hơn, nguồn cung ít hơn, cần đặt trước. |
| Hợp kim nền nickel cao | Rất cao | Dùng cho hóa chất và ngoài khơi; chi phí lớn. |
| Thép cacbon mạ kẽm nhúng nóng hoặc kẽm lamellar | Không có cơ chế SCC clorua kiểu austenit | Phương án thay thế hợp lý ở nhiều trường hợp: thép cacbon ăn mòn đều và nhìn thấy được, dễ kiểm tra định kỳ hơn nhiều so với nứt ngầm. |
| Môi trường | Khuyến nghị |
|---|---|
| Trong nhà khô, không clorua | A2 (304) thoải mái; thép mạ kẽm cũng đủ. |
| Ngoài trời đô thị, ít muối | A2 hoặc A4 tùy tuổi thọ mong muốn; mạ kẽm nhúng nóng là phương án kinh tế. |
| Ven biển, nhiệt độ môi trường | A4 chấp nhận được nếu có rửa trôi và không có khe đọng; tránh khe hở, kiểm tra định kỳ. |
| Clorua kết hợp nhiệt độ trên 50–60 °C | Không dùng austenit thông thường. Chuyển sang song pha, hợp kim nickel, hoặc dùng thép cacbon phủ và chấp nhận kiểm tra định kỳ. |
| Bể bơi trong nhà, chi tiết treo trên trần | Không dùng A2 hay A4 cho chi tiết chịu lực; theo hướng dẫn của EN 1993-1-4. |
Chỉ tốt hơn rất ít. Molypden trong mác 316 cải thiện mạnh khả năng chống ăn mòn rỗ và ăn mòn khe, nhưng cả 304 và 316 đều thuộc nhóm austenit và đều nhạy cảm với nứt ăn mòn ứng suất do clorua. Khi bài toán là SCC thì phải đổi sang nhóm khác như thép song pha, không phải đổi mác trong cùng nhóm.
Tài liệu thường nêu ngưỡng khoảng 50–60 °C cho môi trường clorua loãng. Nhưng ngưỡng đó không tuyệt đối: ở nơi nước bay hơi và clorua cô đặc cục bộ — khe hở, dưới lớp cách nhiệt, khí quyển bể bơi trong nhà — SCC vẫn xảy ra ở nhiệt độ phòng. Biến quyết định là nồng độ clorua tại chỗ, không phải nhiệt độ trung bình.
Nhìn hình thái vết nứt và bối cảnh. SCC cho vết nứt phân nhánh như rễ cây, không cần tải chu kỳ, bề mặt bulong thường vẫn sáng. Gãy mỏi cho một vết nứt chính với các vân đồng tâm và đòi hỏi hàng triệu chu kỳ tải. Nếu nhiều bulong inox trên cùng thiết bị nứt gần như cùng lúc trong môi trường có clorua thì gần như chắc chắn là SCC.
Có. Ứng suất kéo là một trong ba điều kiện cần của SCC, và lực siết chính là nguồn ứng suất kéo lớn nhất trong bulong. Siết vượt mức cần thiết không mang lại lợi ích gì mà làm tăng rủi ro. Với inox phải dùng mô men tính từ ISO 3506-1 chứ không dùng bảng của thép cacbon, vì giới hạn chảy của A2-70 và A4-80 thấp hơn thép 8.8.