Quá trình oxy hóa bên trong thép: Nguyên nhân, tác động và kiểm soát chất lượng

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Quá trình oxy hóa bên trong là một hiện tượng luyện kim đặc trưng bởi sự khuếch tán oxy vào ma trận thép, dẫn đến quá trình oxy hóa cục bộ bên trong khối vật liệu thay vì chỉ trên bề mặt. Nó biểu hiện dưới dạng hình thành các hạt hoặc lớp oxit nhúng bên trong thép, thường không nhìn thấy được bằng mắt thường nhưng có thể phát hiện qua kiểm tra bằng kính hiển vi. Lỗi này rất quan trọng vì nó có thể làm giảm tính chất cơ học, khả năng chống ăn mòn và tính toàn vẹn tổng thể của các thành phần thép.

Trong bối cảnh kiểm soát chất lượng thép và thử nghiệm vật liệu, quá trình oxy hóa bên trong đóng vai trò là chỉ báo về điều kiện xử lý không phù hợp, chẳng hạn như tiếp xúc với oxy quá mức trong quá trình nấu chảy, đúc hoặc xử lý nhiệt. Đây là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá tính phù hợp của thép đối với các ứng dụng hiệu suất cao, đặc biệt là khi tính toàn vẹn bên trong là tối quan trọng. Việc nhận biết và kiểm soát quá trình oxy hóa bên trong là điều cần thiết để đảm bảo độ tin cậy, độ bền và sự an toàn của các sản phẩm thép trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Bản chất vật lý và nền tảng luyện kim

Biểu hiện vật lý

Ở cấp độ vĩ mô, quá trình oxy hóa bên trong thường không tạo ra các khuyết tật bề mặt có thể nhìn thấy; tuy nhiên, trong một số trường hợp, nó có thể gây ra độ xốp bên trong hoặc các vết nứt nhỏ có thể được phát hiện thông qua các phương pháp kiểm tra không phá hủy. Về mặt vi mô, quá trình oxy hóa bên trong xuất hiện dưới dạng các hạt oxit rời rạc hoặc các vùng phân tán trong ma trận thép, thường được sắp xếp dọc theo ranh giới hạt hoặc trong các đặc điểm cấu trúc vi mô cụ thể.

Các đặc điểm đặc trưng bao gồm các hạt oxit mịn, sẫm màu được nhúng trong các pha ferit hoặc austenit, đôi khi tạo thành các mạng lưới liên tục dọc theo ranh giới hạt. Các tạp chất oxit này có thể thay đổi kích thước từ nanomet đến micromet, tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng của quá trình oxy hóa và điều kiện xử lý. Dưới ánh sáng phân cực hoặc kính hiển vi điện tử, các oxit bên trong thể hiện độ tương phản rõ rệt so với kim loại xung quanh, hỗ trợ việc xác định chúng.

Cơ chế luyện kim

Cơ chế chính đằng sau quá trình oxy hóa bên trong liên quan đến sự xâm nhập của các nguyên tử oxy vào thép trong quá trình xử lý nhiệt độ cao, chẳng hạn như nấu chảy, đúc hoặc xử lý nhiệt. Khi oxy khuếch tán vào thép, nó phản ứng ưu tiên với các nguyên tố hợp kim như silic, mangan hoặc nhôm, tạo thành các hợp chất oxit ổn định bên trong cấu trúc vi mô.

Quá trình này được điều chỉnh bởi động học khuếch tán, phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất riêng phần oxy và thành phần hóa học của thép. Ví dụ, trong thép có hàm lượng silic cao, oxit silic có xu hướng hình thành bên trong, đặc biệt là nếu có oxy trong quá trình xử lý. Những thay đổi về cấu trúc vi mô bao gồm sự kết tủa các hạt oxit trong pha ferit hoặc austenit, có thể hoạt động như chất tập trung ứng suất và làm yếu vật liệu.

Sự hình thành oxit bên trong cũng có thể bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của tạp chất hoặc khí còn sót lại trong quá trình đông đặc. Các thông số xử lý như tốc độ làm mát, kiểm soát khí quyển và các hoạt động khử oxy ảnh hưởng đáng kể đến mức độ oxy hóa bên trong.

Hệ thống phân loại

Phân loại tiêu chuẩn về quá trình oxy hóa bên trong thường liên quan đến mức độ nghiêm trọng dựa trên kích thước, sự phân bố và tỷ lệ thể tích của các tạp chất oxit:

• Mức 0 (Không có quá trình oxy hóa bên trong): Không phát hiện được các hạt oxit bên trong; cấu trúc vi mô lý tưởng.
• Mức 1 (Oxy hóa nhẹ bên trong): Thỉnh thoảng có các hạt oxit nhỏ, ảnh hưởng tối thiểu đến tính chất.
• Mức độ 2 (Oxy hóa bên trong ở mức độ trung bình): Có sự phân tán oxit đáng chú ý, một số cấu trúc vi mô bị suy yếu.
• Mức độ 3 (Oxy hóa bên trong nghiêm trọng): Mạng lưới oxit rộng, suy thoái cấu trúc vi mô đáng kể, khả năng nứt bên trong.

Các phân loại này hỗ trợ các nhà luyện kim và thanh tra chất lượng trong việc đánh giá khả năng chấp nhận thép cho các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, thép kết cấu cấp cao yêu cầu oxy hóa bên trong tối thiểu, trong khi một số vật đúc có thể chịu được mức độ cao hơn do mục đích sử dụng của chúng.

Phương pháp phát hiện và đo lường

Kỹ thuật phát hiện chính

Việc phát hiện quá trình oxy hóa bên trong chủ yếu dựa vào kiểm tra bằng kính hiển vi. Kính hiển vi quang học, đặc biệt là sau khi khắc thích hợp, sẽ cho thấy các hạt oxit bên trong cấu trúc vi mô. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) cung cấp hình ảnh có độ phân giải cao hơn, cho phép phân tích chi tiết hình thái và phân bố oxit.

Phổ tia X phân tán năng lượng (EDS), kết hợp với SEM, cho phép phân tích nguyên tố của các tạp chất, xác nhận bản chất oxit của chúng và xác định các nguyên tố cấu thành. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cung cấp độ phân giải thậm chí còn tốt hơn, có khả năng mô tả các oxit kích thước nano và tinh thể học của chúng.

Các phương pháp kiểm tra không phá hủy như kiểm tra siêu âm hoặc chụp cắt lớp vi tính (CT) bằng tia X đôi khi có thể phát hiện độ xốp bên trong hoặc các biến thể mật độ do oxit bên trong gây ra, nhưng chúng kém hiệu quả hơn trong việc xác định oxit.

Tiêu chuẩn và thủ tục thử nghiệm

Các tiêu chuẩn quốc tế có liên quan bao gồm ASTM E45 (Phương pháp thử tiêu chuẩn để xác định hàm lượng tạp chất của thép), ISO 4967 (Thép — Kiểm tra vi mô) và EN 10247 (Thép — Cấu trúc vi mô và hàm lượng tạp chất). Các tiêu chuẩn này chỉ định các quy trình chuẩn bị mẫu, khắc và phân tích vi mô.

Quy trình điển hình bao gồm:

• Cắt mẫu vật tiêu biểu từ sản phẩm thép.
• Lắp ráp và đánh bóng mẫu cho đến khi có bề mặt sáng bóng như gương.
• Khắc bằng thuốc thử thích hợp (ví dụ: Nital, picral) để làm lộ các đặc điểm cấu trúc vi mô.
• Kiểm tra dưới kính hiển vi quang học hoặc điện tử ở độ phóng đại xác định.
• Ghi lại kích thước, sự phân bố và hình thái của oxit bên trong.

Các thông số quan trọng bao gồm thành phần khắc, mức độ phóng đại và kỹ thuật phân tích hình ảnh, ảnh hưởng đến độ nhạy và khả năng lặp lại của phát hiện.

Yêu cầu mẫu

Các mẫu phải đại diện cho toàn bộ lô, lấy từ các vị trí quan trọng dễ bị oxy hóa, chẳng hạn như tâm của các chi tiết đúc hoặc các phần dày. Chuẩn bị bề mặt bao gồm mài và đánh bóng để đạt được bề mặt nhẵn, không có khuyết tật, giảm thiểu các hiện vật có thể che khuất các đặc điểm bên trong.

Đối với phân tích cấu trúc vi mô, mẫu phải được chuẩn bị cẩn thận để tránh tạo ra hiện vật. Các phần mỏng hoặc giá đỡ kim loại là tiêu chuẩn, với quá trình khắc được tối ưu hóa để lộ các oxit bên trong.

Kích thước và hướng mẫu rất quan trọng; mẫu quá nhỏ có thể không nắm bắt được tính không đồng nhất, trong khi mẫu quá lớn có thể khó chuẩn bị đồng đều. Lấy mẫu nhất quán đảm bảo đánh giá đáng tin cậy về mức độ oxy hóa bên trong.

Độ chính xác đo lường

Phân tích vi mô cung cấp độ chính xác cao khi tuân theo các quy trình chuẩn hóa. Độ lặp lại phụ thuộc vào kỹ năng của người vận hành, chất lượng mẫu và hiệu chuẩn thiết bị. Độ tái tạo được cải thiện với phân tích hình ảnh tự động và tiêu chí chuẩn hóa để nhận dạng oxit.

Các nguồn lỗi bao gồm chuẩn bị mẫu không đúng cách, khắc không nhất quán hoặc giải thích sai các đặc điểm oxit. Để đảm bảo chất lượng đo lường, nên hiệu chuẩn bằng vật liệu tham chiếu, nhiều phép đo trên các vùng khác nhau và xác nhận chéo bởi các nhà phân tích khác nhau.

Định lượng và Phân tích dữ liệu

Đơn vị đo lường và thang đo

Định lượng quá trình oxy hóa bên trong bao gồm đo phần thể tích, phân bố kích thước và mật độ không gian của các hạt oxit. Các đơn vị phổ biến bao gồm:

• Phần trăm thể tích (%): Tỷ lệ thể tích oxit so với tổng thể tích vi cấu trúc.
• Kích thước hạt (μm): Đường kính trung bình hoặc tối đa của tạp chất oxit.
• Mật độ số (hạt/mm²): Số lượng hạt oxit trên một đơn vị diện tích.

Về mặt toán học, có thể ước tính phần thể tích thông qua phần mềm phân tích hình ảnh để tính diện tích chiếm giữ bởi các oxit trong ảnh chụp vi mô, sau đó ngoại suy thành thể tích với giả định phân bố đẳng hướng.

Các hệ số chuyển đổi được sử dụng khi chuyển đổi phép đo 2D (diện tích) sang ước tính 3D (thể tích), thường sử dụng các phương pháp lập thể.

Giải thích dữ liệu

Kết quả thử nghiệm được diễn giải dựa trên ngưỡng đã thiết lập. Ví dụ:

• Mức độ oxy hóa bên trong chấp nhận được: Thể tích dưới 1%, với các hạt oxit có đường kính nhỏ hơn 2 μm.
• Mức độ không chấp nhận được: Tỷ lệ thể tích vượt quá 3%, có mạng lưới oxit lớn hơn hoặc kết nối với nhau.

Mối tương quan giữa mức độ oxy hóa bên trong và các đặc tính cơ học, chẳng hạn như độ bền kéo, độ dẻo dai và tuổi thọ mỏi, đã được ghi chép đầy đủ. Mức độ oxy hóa bên trong cao hơn thường dẫn đến giảm độ dẻo và tăng khả năng nứt.

Kết quả vượt quá giới hạn quy định đòi hỏi phải loại bỏ hoặc xử lý khắc phục, tùy thuộc vào ứng dụng và mức độ quan trọng.

Phân tích thống kê

Nhiều phép đo trên các mẫu hoặc vùng khác nhau nên được phân tích thống kê để đánh giá tính biến thiên. Các kỹ thuật bao gồm tính toán giá trị trung bình, độ lệch chuẩn và khoảng tin cậy cho phần thể tích oxit và kích thước hạt.

Kế hoạch lấy mẫu phải tuân theo các tiêu chuẩn của ngành, chẳng hạn như ASTM E228 (Thực hành chuẩn để tính toán kích thước mẫu nhằm ước tính giá trị trung bình và phạm vi của quần thể) để đảm bảo dữ liệu đại diện. Kiểm tra ý nghĩa thống kê giúp xác định xem sự khác biệt quan sát được có ý nghĩa hay do biến động của phép đo.

Tác động đến tính chất và hiệu suất của vật liệu

Tài sản bị ảnh hưởng	Mức độ tác động	Rủi ro thất bại	Ngưỡng quan trọng
Độ bền kéo	Trung bình đến nặng	Tăng nguy cơ gãy xương khi chịu tải	Thể tích oxit bên trong > 2%
Độ dẻo	Giảm đáng kể	Khả năng gãy giòn cao hơn	Kích thước hạt oxit > 3 μm
Khả năng chống mỏi	bị suy thoái	Sự suy yếu do mệt mỏi sớm	Mạng lưới oxit kết nối hiện diện
Chống ăn mòn	Hạ thấp	Sự khởi đầu ăn mòn tăng tốc	Sự hiện diện của các oxit bên trong dọc theo ranh giới hạt

Quá trình oxy hóa bên trong có thể làm giảm đáng kể tính toàn vẹn cơ học của thép bằng cách hoạt động như chất tập trung ứng suất, khởi tạo các vết nứt nhỏ và làm giảm độ dẻo. Sự hình thành các mạng lưới oxit bên trong làm yếu cấu trúc vi mô, khiến nó dễ bị gãy hơn dưới tải trọng sử dụng.

Mức độ nghiêm trọng của tác động tương quan với mức độ và sự phân bố của các oxit bên trong. Các mạng lưới oxit lớn hơn, được kết nối với nhau có nguy cơ hỏng hóc cao hơn, đặc biệt là trong môi trường tải tuần hoàn hoặc ăn mòn. Do đó, việc kiểm soát quá trình oxy hóa bên trong là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và an toàn lâu dài.

Nguyên nhân và các yếu tố ảnh hưởng

Nguyên nhân liên quan đến quá trình

Các quá trình nhiệt độ cao như nấu chảy, đúc và xử lý nhiệt là những giai đoạn quan trọng có thể xảy ra quá trình oxy hóa bên trong. Tiếp xúc với oxy quá mức trong quá trình nấu chảy, khử oxy không đầy đủ hoặc kiểm soát khí quyển không đúng cách góp phần vào sự xâm nhập của oxy.

Trong quá trình đúc, tốc độ làm nguội chậm hoặc tiếp xúc với môi trường oxy hóa thúc đẩy quá trình khuếch tán oxy vào bên trong thép. Việc bịt kín lò không đúng cách hoặc điều kiện chân không không đủ cũng có thể làm tăng mức oxy.

Xử lý nhiệt được thực hiện trong môi trường oxy hóa hoặc với oxy dư có thể tạo điều kiện cho quá trình oxy hóa bên trong, đặc biệt nếu cấu trúc vi mô của thép dễ bị ảnh hưởng do thành phần hợp kim.

Yếu tố thành phần vật liệu

Thành phần hóa học của thép ảnh hưởng rất lớn đến độ nhạy cảm. Hàm lượng silic, nhôm hoặc mangan cao có xu hướng thúc đẩy quá trình hình thành oxit bên trong khi có oxy trong quá trình xử lý.

Các tạp chất như lưu huỳnh, phốt pho hoặc khí dư có thể làm trầm trọng thêm quá trình oxy hóa bên trong bằng cách tạo ra các vị trí vi cấu trúc tạo điều kiện cho sự khuếch tán oxy. Thép có mức độ khử oxy thấp dễ bị oxy hóa bên trong hơn.

Các nguyên tố hợp kim như crom hoặc niken có thể ức chế hoặc thúc đẩy quá trình oxy hóa bên trong tùy thuộc vào ái lực của chúng đối với oxy và sự phân bố của chúng trong cấu trúc vi mô.

Ảnh hưởng của môi trường

Môi trường xử lý có áp suất oxy cục bộ cao hoặc bầu khí quyển bị ô nhiễm làm tăng nguy cơ oxy hóa bên trong. Ví dụ, đúc ngoài trời hoặc bầu khí quyển bảo vệ không đủ trong quá trình xử lý nhiệt khiến thép tiếp xúc với oxy.

Trong quá trình sử dụng, việc tiếp xúc với môi trường ẩm ướt hoặc oxy hóa có thể dẫn đến quá trình oxy hóa bên trong sâu hơn, đặc biệt nếu các đặc điểm cấu trúc vi mô như ranh giới hạt hoặc các khuyết tật hiện có tạo điều kiện cho oxy khuếch tán.

Các yếu tố phụ thuộc vào thời gian bao gồm tiếp xúc với nhiệt độ cao kéo dài, khiến nhiều oxy khuếch tán và phản ứng bên trong thép, làm trầm trọng thêm quá trình oxy hóa bên trong.

Tác động của lịch sử luyện kim

Các bước xử lý trước đó, chẳng hạn như xử lý nhiệt cơ học, ảnh hưởng đến các đặc điểm cấu trúc vi mô như kích thước hạt, mật độ sai lệch và ứng suất dư, ảnh hưởng đến các con đường khuếch tán oxy.

Các chu trình gia nhiệt lặp đi lặp lại hoặc làm mát không đúng cách có thể tạo ra sự không đồng nhất về cấu trúc vi mô, đóng vai trò là con đường hoặc vị trí hình thành hạt nhân cho quá trình oxy hóa bên trong.

Các tác động tích lũy của khí dư, khuyết tật vi cấu trúc và sự phân bố các nguyên tố hợp kim từ các quá trình trước đó quyết định mức độ và mức độ nghiêm trọng của quá trình oxy hóa bên trong sản phẩm cuối cùng.

Chiến lược phòng ngừa và giảm thiểu

Biện pháp kiểm soát quy trình

Để ngăn ngừa quá trình oxy hóa bên trong, việc kiểm soát chặt chẽ bầu khí quyển xử lý là điều cần thiết. Sử dụng khí trơ hoặc khí khử (ví dụ: argon, nitơ) trong quá trình nấu chảy và xử lý nhiệt sẽ giảm thiểu sự tiếp xúc với oxy.

Các biện pháp khử oxy, chẳng hạn như thêm nhôm, silic hoặc mangan, nên được tối ưu hóa để loại bỏ oxy còn lại trước khi đông đặc. Duy trì điều kiện chân không hoặc lớp phủ bảo vệ trong quá trình đúc sẽ làm giảm sự xâm nhập của oxy.

Kiểm soát nhiệt độ là rất quan trọng; tốc độ làm mát nhanh hạn chế sự khuếch tán oxy và hình thành oxit. Việc theo dõi liên tục bầu không khí lò và mức oxy đảm bảo tính nhất quán của quy trình.

Phương pháp thiết kế vật liệu

Điều chỉnh thành phần hợp kim có thể tăng khả năng chống oxy hóa bên trong. Ví dụ, giảm hàm lượng silicon hoặc nhôm hoặc thêm các nguyên tố như crom có ​​thể tạo thành lớp oxit bảo vệ ổn định hơn trên bề mặt thay vì bên trong.

Kỹ thuật vi cấu trúc, chẳng hạn như tinh chỉnh kích thước hạt hoặc kiểm soát phân phối pha, làm giảm các con đường khuếch tán oxy. Xử lý nhiệt được thiết kế để ổn định vi cấu trúc cũng có thể làm giảm quá trình oxy hóa bên trong.

Việc sử dụng lớp phủ bề mặt hoặc lớp chắn trong quá trình xử lý có thể ngăn chặn oxy xâm nhập vào bên trong thép.

Kỹ thuật khắc phục

Nếu phát hiện quá trình oxy hóa bên trong trước khi vận chuyển, các biện pháp khắc phục bao gồm xử lý nhiệt trong môi trường khử để hòa tan hoặc phân phối lại oxit hoặc loại bỏ cơ học các vùng giàu oxit nếu có thể.

Trong một số trường hợp, có thể cần phải nấu chảy lại hoặc xử lý lại để loại bỏ oxit bên trong. Tiêu chuẩn chấp nhận phải chỉ rõ mức độ oxy hóa bên trong cho phép và các sản phẩm vượt quá các giới hạn này phải bị từ chối hoặc xử lý lại.

Các cuộc kiểm tra sau xử lý, chẳng hạn như thử nghiệm siêu âm hoặc phân tích cấu trúc vi mô, sẽ xác minh hiệu quả của các nỗ lực khắc phục.

Hệ thống đảm bảo chất lượng

Việc triển khai các hệ thống quản lý chất lượng toàn diện, bao gồm kiểm toán quy trình thường xuyên, kiểm tra nguyên liệu thô và giám sát trong quá trình sản xuất, giúp ngăn ngừa quá trình oxy hóa bên trong.

Các giao thức kiểm tra chuẩn hóa, chẳng hạn như kiểm tra kim loại học và phân tích hàm lượng tạp chất, đảm bảo phát hiện và đánh giá nhất quán.

Việc ghi chép các thông số quy trình, kết quả kiểm tra và hành động khắc phục hỗ trợ khả năng truy xuất nguồn gốc và cải tiến liên tục trong sản xuất thép.

Ý nghĩa công nghiệp và các nghiên cứu điển hình

Tác động kinh tế

Quá trình oxy hóa bên trong có thể dẫn đến tăng tỷ lệ phế liệu, chi phí tái chế và yêu cầu bảo hành do hỏng hóc sớm. Nhu cầu kiểm tra bổ sung và xử lý khắc phục làm tăng chi phí sản xuất.

Năng suất bị ảnh hưởng khi quá trình oxy hóa bên trong gây ra việc loại bỏ toàn bộ lô hàng hoặc cần phải làm lại, làm chậm lịch trình giao hàng. Trong các ứng dụng có giá trị cao như hàng không vũ trụ hoặc bình chịu áp suất, các lỗi liên quan đến quá trình oxy hóa bên trong có thể gây ra hậu quả thảm khốc, dẫn đến các vấn đề về trách nhiệm pháp lý.

Các ngành công nghiệp bị ảnh hưởng nhiều nhất

Thép kết cấu, sản xuất bình chịu áp suất và các ngành công nghiệp đúc đặc biệt nhạy cảm với quá trình oxy hóa bên trong. Các ngành này đòi hỏi tính toàn vẹn bên trong cao để chịu được ứng suất cơ học và môi trường ăn mòn.

Ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ cũng ưu tiên chất lượng bên trong, vì các khiếm khuyết bên trong có thể gây ảnh hưởng đến sự an toàn và hiệu suất. Các ngành điện tử và dụng cụ chính xác đòi hỏi độ tinh khiết về cấu trúc vi mô, khiến quá trình oxy hóa bên trong trở thành mối quan tâm quan trọng.

Ví dụ về nghiên cứu tình huống

Một trường hợp đáng chú ý liên quan đến việc đúc thép được sử dụng trong van áp suất cao bị hỏng sớm. Phân tích nguyên nhân gốc rễ cho thấy các mạng lưới oxit bên trong rộng lớn được hình thành trong quá trình làm mát chậm trong môi trường oxy hóa. Các hành động khắc phục bao gồm kiểm soát môi trường quy trình, điều chỉnh khử oxy và tốc độ làm mát nhanh hơn. Sau khi triển khai, mức độ oxy hóa bên trong giảm đáng kể, khôi phục độ tin cậy của sản phẩm.

Một ví dụ khác liên quan đến một lô tấm thép cường độ cao có độ dẻo giảm. Phân tích vi cấu trúc xác định các oxit silic bên trong dọc theo ranh giới hạt. Nhà sản xuất thép đã sửa đổi các phương pháp khử oxy và cải thiện việc bịt kín lò, làm giảm hiệu quả quá trình oxy hóa bên trong và cải thiện hiệu suất cơ học.

Bài học kinh nghiệm

Các vấn đề lịch sử về quá trình oxy hóa bên trong đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát khí quyển chặt chẽ, khử oxy thích hợp và quản lý cấu trúc vi mô. Những tiến bộ trong kỹ thuật kim loại học và thử nghiệm không phá hủy đã nâng cao khả năng phát hiện.

Các phương pháp hay nhất hiện nay nhấn mạnh vào việc giám sát quy trình sớm, kiểm soát chất lượng toàn diện và tối ưu hóa quy trình liên tục để ngăn ngừa quá trình oxy hóa bên trong. Các tiêu chuẩn công nghiệp đã phát triển để chỉ định mức độ bao gồm cho phép và các quy trình thử nghiệm, thúc đẩy cải thiện chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm.

Các điều khoản và tiêu chuẩn liên quan

Các lỗi hoặc thử nghiệm liên quan

• Hàm lượng tạp chất: Chỉ các tạp chất phi kim loại trong thép, bao gồm oxit, sunfua và silicat, thường được đánh giá thông qua các phương pháp đánh giá tạp chất.
• Vảy oxit: Lớp oxit bề mặt hình thành trong quá trình tiếp xúc với nhiệt độ cao, có thể phân biệt với oxit bên trong.
• Sự khử cacbon: Sự mất cacbon ở bề mặt hoặc bên trong, đôi khi có thể bị nhầm lẫn với hiệu ứng oxy hóa.
• Kiểm tra độ cứng vi mô: Được sử dụng để đánh giá những thay đổi về cấu trúc vi mô cục bộ do oxit bên trong gây ra.

Những khái niệm liên quan này giúp đánh giá toàn diện cấu trúc vi mô và đặc điểm khuyết tật.

Tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật chính

• ASTM E45: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để xác định hàm lượng tạp chất trong thép, bao gồm đánh giá bằng kính hiển vi.
• ISO 4967: Kiểm tra vi cấu trúc thép, bao gồm xác định oxit bên trong.
• EN 10247: Đánh giá cấu trúc vi mô và hàm lượng tạp chất của thép.
• ASTM E1245: Thực hành tiêu chuẩn để đánh giá cấu trúc vi mô của thép, bao gồm xác định oxit.

Các tiêu chuẩn khu vực có thể chỉ định các tiêu chí chấp nhận cụ thể cho mức độ oxy hóa bên trong, đặc biệt là trong thép dùng trong hàng không vũ trụ, hạt nhân hoặc bình chịu áp suất.

Công nghệ mới nổi

Những tiến bộ bao gồm phần mềm phân tích hình ảnh tự động để định lượng oxit bên trong, kỹ thuật chụp cắt lớp 3D để lập bản đồ khuyết tật bên trong và kính hiển vi nhiệt độ cao tại chỗ để quan sát quá trình oxy hóa theo thời gian thực.

Sự phát triển của lớp phủ bảo vệ và sửa đổi hợp kim tiếp tục phát triển, nhằm mục đích giảm khả năng bị oxy hóa bên trong. Nghiên cứu trong tương lai tập trung vào việc hiểu các con đường khuếch tán oxy ở cấp độ nguyên tử và phát triển các mô hình dự đoán cho hành vi oxy hóa.

---

Bài viết toàn diện này cung cấp hiểu biết sâu sắc về quá trình oxy hóa bên trong thép, bao gồm các khía cạnh cơ bản, phương pháp phát hiện, tác động, nguyên nhân, chiến lược phòng ngừa, tính liên quan trong công nghiệp và các tiêu chuẩn liên quan. Kiểm soát và giám sát đúng quá trình oxy hóa bên trong là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và hiệu suất của thép trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.