Bản vá ngâm chua: Lỗi chính trong kiểm soát và thử nghiệm chất lượng thép

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Mảng tẩy gỉ là một khuyết tật bề mặt đặc trưng bởi các vùng cục bộ bị ăn mòn hoặc khắc không đều hoặc không đồng đều trên bề mặt thép, thường là kết quả của các quy trình tẩy gỉ không đúng cách. Nó biểu hiện dưới dạng các mảng riêng biệt có vẻ ngoài khác với vật liệu xung quanh, thường xuất hiện dưới dạng các vùng xỉn màu, mờ hoặc thô ráp. Khuyết tật này rất quan trọng vì nó có thể làm giảm chất lượng bề mặt, ảnh hưởng đến các hoạt động hoàn thiện tiếp theo và có khả năng dẫn đến các điểm bắt đầu ăn mòn.

Trong bối cảnh rộng hơn của việc đảm bảo chất lượng thép, các mảng tẩy rửa được coi là các khuyết tật bề mặt có thể ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn, tính thẩm mỹ và hiệu suất chức năng. Chúng đặc biệt có liên quan trong các ngành công nghiệp mà tính toàn vẹn của bề mặt là rất quan trọng, chẳng hạn như sản xuất ô tô, hàng không vũ trụ và bình chịu áp suất. Việc phát hiện và kiểm soát các mảng tẩy rửa là điều cần thiết để đảm bảo rằng các sản phẩm thép đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về chất lượng bề mặt và độ bền.

Bản chất vật lý và nền tảng luyện kim

Biểu hiện vật lý

Ở cấp độ vĩ mô, các mảng tẩy xuất hiện dưới dạng các vùng không đều, thường là các mảng trên bề mặt thép, có thể phân biệt bằng mắt thường với lớp hoàn thiện đồng nhất. Các mảng này có thể sáng hơn hoặc tối hơn các vùng xung quanh, với sự thay đổi về độ bóng, độ nhám hoặc màu sắc. Khi kiểm tra bằng kính hiển vi, các mảng này cho thấy sự khác biệt về cấu trúc vi mô như lớp oxit bị loại bỏ không đều, cặn còn sót lại hoặc các sản phẩm ăn mòn cục bộ.

Các đặc điểm đặc trưng bao gồm độ nhám bề mặt không đồng nhất, độ phản xạ khác biệt và đôi khi là cặn hoặc oxit còn sót lại. Những mảng này có thể được xác định bằng mắt thường hoặc thông qua các kỹ thuật kiểm tra bề mặt, chẳng hạn như kính hiển vi quang học hoặc phép đo độ nhám bề mặt. Các mảng có thể thay đổi về kích thước từ vài milimét đến vài cm, tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng của khuyết tật.

Cơ chế luyện kim

Sự hình thành các mảng tẩy rửa chủ yếu là do quá trình loại bỏ không đều các oxit bề mặt, cặn hoặc sản phẩm ăn mòn trong quá trình tẩy rửa. Tẩy rửa liên quan đến việc nhúng thép vào dung dịch axit—thường là axit clohydric hoặc axit sunfuric—để loại bỏ tạp chất bề mặt và cặn hình thành trong quá trình cán nóng hoặc xử lý nhiệt.

Về mặt vi cấu trúc, các mảng tẩy rửa là kết quả của sự khác biệt cục bộ về độ bám dính của lớp cặn, thành phần hoặc cấu trúc vi mô. Sự thay đổi trong các nguyên tố hợp kim, chẳng hạn như silic, mangan hoặc tạp chất còn sót lại, ảnh hưởng đến khả năng loại bỏ lớp cặn dễ dàng. Các khu vực có lớp oxit dày hơn hoặc bám dính nhiều hơn sẽ chống lại sự tấn công của axit, dẫn đến quá trình khắc không đồng đều và hình thành mảng. Ngoài ra, sự không đồng nhất về vi cấu trúc như ranh giới hạt, tạp chất hoặc lỗ rỗng nhỏ có thể ảnh hưởng đến sự thâm nhập của axit và tốc độ phản ứng.

Các thông số quy trình—chẳng hạn như nồng độ axit, nhiệt độ, thời gian ngâm và khuấy—cũng ảnh hưởng đáng kể đến tính đồng nhất của quá trình ngâm. Kiểm soát không đúng cách có thể khiến một số vùng bị khắc quá mức hoặc không đủ, dẫn đến các mảng có thể nhìn thấy được.

Hệ thống phân loại

Phân loại chuẩn của các mảng tẩy rửa thường liên quan đến mức độ nghiêm trọng dựa trên kích thước, độ tương phản và tác động đến chất lượng bề mặt. Các danh mục phổ biến bao gồm:

• Các mảng nhỏ: Các khu vực nhỏ, cục bộ có một số điểm không đồng đều, thường được chấp nhận trong phạm vi dung sai quy định.
• Các mảng vừa phải: Các mảng lớn hơn hoặc rõ rệt hơn có thể cần phải khắc phục hoặc xử lý lại.
• Các mảng nghiêm trọng: Các mảng rộng hoặc dễ thấy làm ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của bề mặt và có thể dẫn đến tình trạng đào thải.

Một số tiêu chuẩn sử dụng thang điểm (ví dụ: Cấp 1 đến Cấp 3), trong đó Cấp 1 biểu thị các mảng tối thiểu và Cấp 3 biểu thị các mảng nghiêm trọng, không thể chấp nhận được. Các tiêu chí này xem xét hình thức trực quan, kích thước và tác động đến quá trình xử lý hoặc hiệu suất tiếp theo.

Trong các ứng dụng thực tế, phân loại hướng dẫn các tiêu chí chấp nhận, quyết định kiểm soát chất lượng và điều chỉnh quy trình để giảm thiểu khả năng xảy ra lỗi.

Phương pháp phát hiện và đo lường

Kỹ thuật phát hiện chính

Kiểm tra trực quan vẫn là phương pháp chính để phát hiện các mảng tẩy, đặc biệt là trong quá trình đánh giá chất lượng bề mặt. Các thanh tra viên được đào tạo sẽ kiểm tra bề mặt thép trong điều kiện ánh sáng đầy đủ để xác định các mảng không đều.

Các kỹ thuật phân tích bề mặt như kính hiển vi quang học hoặc kính hiển vi điện tử quét (SEM) có thể được sử dụng để kiểm tra chi tiết, đặc biệt là để phân tích cấu trúc vi mô. Đo độ nhám bề mặt đo các biến thể độ nhám liên quan đến các mảng.

Đo độ phản xạ bề mặt bằng máy đo độ bóng hoặc quang phổ phản xạ ánh sáng có thể định lượng sự khác biệt giữa các mảng và khu vực xung quanh. Các phương pháp này giúp đánh giá và ghi chép khách quan.

Tiêu chuẩn và thủ tục thử nghiệm

Các tiêu chuẩn quốc tế như ASTM A967/A967M , ISO 10204 và EN 10204 chỉ định các quy trình kiểm tra và thử nghiệm bề mặt. Quy trình điển hình bao gồm:

• Làm sạch mẫu vật để loại bỏ các chất bẩn còn sót lại.
• Kiểm tra bằng mắt trong điều kiện ánh sáng chuẩn.
• Ghi lại phạm vi, kích thước và sự phân bố của các mảng.
• Nếu cần thiết, hãy sử dụng công cụ phóng đại hoặc hình ảnh để phân tích chi tiết.

Các thông số quan trọng bao gồm góc chiếu sáng, mức độ phóng đại và chất lượng chuẩn bị bề mặt. Áp dụng nhất quán các thông số này đảm bảo phát hiện đáng tin cậy.

Yêu cầu mẫu

Các mẫu phải đại diện cho toàn bộ lô, với việc chuẩn bị bề mặt theo các giao thức vệ sinh tiêu chuẩn để loại bỏ mỡ, dầu hoặc vảy lỏng. Có thể cần xử lý bề mặt, chẳng hạn như đánh bóng nhẹ hoặc lau, để tăng khả năng hiển thị.

Các mẫu phải không có các khuyết tật bề mặt bổ sung có thể che khuất các mảng, chẳng hạn như vết xước hoặc sản phẩm ăn mòn không liên quan đến quá trình ngâm chua. Việc lựa chọn đúng đảm bảo rằng kết quả kiểm tra phản ánh chính xác chất lượng bề mặt tổng thể.

Độ chính xác đo lường

Khả năng lặp lại và khả năng tái tạo phụ thuộc vào đào tạo thanh tra, điều kiện ánh sáng và hiệu chuẩn thiết bị. Sự thay đổi có thể phát sinh từ đánh giá trực quan chủ quan hoặc ánh sáng không nhất quán.

Để cải thiện độ chính xác của phép đo, các quy trình kiểm tra chuẩn hóa, thiết lập ánh sáng hiệu chuẩn và hệ thống hình ảnh kỹ thuật số được sử dụng. Nhiều phép đo trên các khu vực khác nhau giúp đánh giá tính đồng nhất và mức độ nghiêm trọng của các mảng.

Định lượng và Phân tích dữ liệu

Đơn vị đo lường và thang đo

Việc định lượng các mảng ngâm chua thường bao gồm việc đo lường:

• Tỷ lệ phần trăm diện tích: Tỷ lệ giữa diện tích bề mặt được vá và tổng diện tích bề mặt, được biểu thị dưới dạng phần trăm.
• Kích thước miếng vá: Đường kính hoặc chiều dài tối đa của từng miếng vá, được đo bằng milimét.
• Tỷ lệ tương phản: Sự khác biệt về khả năng phản xạ hoặc màu sắc giữa các mảng và khu vực xung quanh, được thể hiện dưới dạng tỷ lệ hoặc đơn vị phản xạ.

Về mặt toán học, phần trăm diện tích được tính như sau:

$$\text{Diện tích miếng vá \%} = \left( \frac{\text{Tổng diện tích miếng vá}} {\text{Tổng diện tích bề mặt}} \right) \times 100 $$

Phần mềm phân tích hình ảnh có thể hỗ trợ đo lường và tính toán chính xác.

Giải thích dữ liệu

Kết quả được diễn giải theo tiêu chuẩn chấp nhận được xác định trước. Ví dụ, bề mặt có độ phủ vá ít hơn 2% có thể được chấp nhận, trong khi độ phủ rộng hơn thì cần phải từ chối hoặc xử lý lại.

Kích thước và mức độ nghiêm trọng của các bản vá ảnh hưởng đến quyết định; các bản vá nhỏ, không đáng kể có thể được chấp nhận trong một số ứng dụng nhất định, trong khi các bản vá lớn hoặc nhiều bản vá lại không được chấp nhận.

Mối tương quan giữa mức độ nghiêm trọng của miếng vá và các đặc tính như khả năng chống ăn mòn hoặc chất lượng thẩm mỹ được thiết lập thông qua dữ liệu thực nghiệm. Những mối quan hệ này hướng dẫn kiểm soát chất lượng và điều chỉnh quy trình.

Phân tích thống kê

Nhiều phép đo trên các mẫu hoặc diện tích bề mặt khác nhau được phân tích bằng các công cụ thống kê như trung bình, độ lệch chuẩn và khoảng tin cậy. Phương pháp này đánh giá tính nhất quán của quy trình ngâm chua và độ tin cậy của kết quả kiểm tra.

Kế hoạch lấy mẫu phải tuân theo các tiêu chuẩn của ngành (ví dụ: ASTM E177, ISO 2859) để đảm bảo thu thập dữ liệu đại diện. Biểu đồ kiểm soát quy trình thống kê (SPC) theo dõi tính ổn định của quy trình theo thời gian và giúp xác định xu hướng hoặc độ lệch.

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
Chống ăn mòn	Trung bình đến Cao	Cao	>5% diện tích bề mặt được phủ bằng miếng dán
Thẩm mỹ bề mặt	Cao	Tăng	Các mảng có thể nhìn thấy bao phủ >1% diện tích bề mặt
Độ bám dính của sơn	Vừa phải	Tiềm năng	Các miếng vá có đường kính lớn hơn 2 mm
Tính chất cơ học	Thấp	Tối thiểu	Không có

Các mảng tẩy rửa có thể đóng vai trò là điểm khởi đầu cho quá trình ăn mòn, đặc biệt là nếu vẫn còn cặn hoặc oxit. Chúng cũng có thể làm giảm độ bám dính của lớp phủ, dẫn đến hỏng sớm.

Mức độ nghiêm trọng của các bản vá tương quan với nguy cơ hỏng hóc tăng lên trong môi trường ăn mòn hoặc trong quá trình bảo dưỡng cơ khí. Các bản vá lớn hơn hoặc nhiều hơn thường chỉ ra khả năng kiểm soát quy trình kém hơn và khả năng xảy ra sự cố hiệu suất cao hơn.

Nguyên nhân và các yếu tố ảnh hưởng

Nguyên nhân liên quan đến quá trình

Nồng độ axit hoặc nhiệt độ không đủ trong quá trình ngâm chua có thể dẫn đến hiện tượng khắc không đều. Khuấy không đủ hoặc thời gian ngâm không phù hợp gây ra hiện tượng khắc quá mức hoặc không đủ cục bộ.

Việc vệ sinh bề mặt kém trước khi ngâm chua để lại các chất gây ô nhiễm còn sót lại cản trở sự tấn công đồng đều của axit. Sự thay đổi trong các thông số quy trình, chẳng hạn như việc bổ sung axit không nhất quán, góp phần vào việc hình thành các mảng.

Các điểm kiểm soát quan trọng bao gồm duy trì nồng độ axit, nhiệt độ và tốc độ khuấy ổn định, cũng như làm sạch bề mặt kỹ lưỡng trước khi ngâm chua.

Yếu tố thành phần vật liệu

Các nguyên tố hợp kim ảnh hưởng đến quá trình hình thành và loại bỏ cặn. Ví dụ, hàm lượng silicon hoặc mangan cao có thể tạo ra các lớp oxit bám dính hoặc bền hơn, làm tăng khả năng hình thành các mảng bám.

Các tạp chất hoặc tạp chất cũng có thể ảnh hưởng đến độ bám dính của lớp gỉ và độ đồng đều của quá trình khắc. Thép có thành phần đồng đều và mức tạp chất được kiểm soát có xu hướng ít bị các mảng gỉ hơn.

Ảnh hưởng của môi trường

Nhiệt độ và độ ẩm môi trường trong quá trình chế biến có thể ảnh hưởng đến hoạt động của axit và sự hình thành cặn. Sự thay đổi trong điều kiện môi trường có thể dẫn đến kết quả ngâm không đồng nhất.

Tiếp xúc với độ ẩm hoặc môi trường ăn mòn sau khi ngâm chua có thể làm trầm trọng thêm tình trạng bề mặt không bằng phẳng, đặc biệt là nếu có mảng bám hoặc cặn còn sót lại.

Các yếu tố phụ thuộc vào thời gian bao gồm việc bảo quản kéo dài sau khi ngâm chua, có thể khiến hiện tượng ăn mòn cục bộ phát triển ở một số mảng.

Tác động của lịch sử luyện kim

Các phương pháp xử lý nhiệt trước đây, chẳng hạn như ủ hoặc làm nguội, ảnh hưởng đến đặc điểm cấu trúc vi mô và lớp oxit. Sự không đồng nhất về cấu trúc vi mô từ các bước xử lý trước đó có thể khiến một số khu vực dễ bị ngâm không đều.

Tác động tích lũy của nhiều chu kỳ xử lý có thể dẫn đến những biến đổi về cấu trúc vi mô ảnh hưởng đến quá trình hình thành và loại bỏ cặn, góp phần vào sự phát triển của mảng bám.

Chiến lược phòng ngừa và giảm thiểu

Biện pháp kiểm soát quy trình

Việc thực hiện kiểm soát chặt chẽ nồng độ axit, nhiệt độ và thời gian ngâm sẽ làm giảm sự hình thành mảng bám. Việc theo dõi và hiệu chuẩn thường xuyên các bồn ngâm đảm bảo các điều kiện nhất quán.

Các kỹ thuật khuấy, chẳng hạn như khuấy cơ học hoặc khuấy siêu âm, thúc đẩy quá trình tiếp xúc axit đồng đều và loại bỏ cặn.

Các bước xử lý trước, bao gồm làm sạch kỹ lưỡng và chuẩn bị bề mặt, giúp giảm thiểu các chất gây ô nhiễm còn sót lại cản trở quá trình ngâm chua đồng đều.

Phương pháp thiết kế vật liệu

Điều chỉnh thành phần hợp kim để giảm độ bám dính của oxit hoặc cải thiện việc loại bỏ cặn có thể làm giảm các mảng bám. Ví dụ, giảm mức silic hoặc mangan có thể làm giảm sự hình thành oxit kháng.

Kỹ thuật vi cấu trúc, chẳng hạn như kiểm soát kích thước hạt hoặc hàm lượng tạp chất, giúp tăng cường quá trình hình thành và loại bỏ cặn đồng đều.

Xử lý nhiệt được thiết kế để tạo ra các cấu trúc vi mô đồng nhất có thể cải thiện tính đồng nhất của quá trình ngâm chua và giảm hiện tượng loang lổ.

Kỹ thuật khắc phục

Nếu phát hiện ra các bản vá trước khi giao hàng, có thể sử dụng phương pháp xử lý lại bề mặt—chẳng hạn như khắc lại hoặc đánh bóng—để loại bỏ các điểm không đồng đều. Tuy nhiên, các phương pháp này phải được kiểm soát cẩn thận để tránh làm hỏng bề mặt thêm.

Trong một số trường hợp, việc sửa chữa tại chỗ bằng kỹ thuật mài hoặc mài mòn có thể giải quyết được các mảng vá, miễn là chúng đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng.

Tiêu chí chấp nhận phải được xác định rõ ràng để xác định xem bề mặt đã được khắc phục có thể đưa vào sử dụng hay không.

Hệ thống đảm bảo chất lượng

Việc áp dụng các hệ thống quản lý chất lượng toàn diện, bao gồm kiểm toán quy trình, giao thức kiểm tra và tài liệu, giúp ngăn ngừa các mảng tẩy rửa.

Việc triển khai kiểm soát quy trình thống kê (SPC) và giám sát liên tục đảm bảo tính ổn định của quy trình.

Đào tạo nhân viên về kỹ thuật kiểm tra bề mặt và quy trình chuẩn giúp tăng cường độ chính xác và tính nhất quán của quá trình phát hiện.

Ý nghĩa công nghiệp và các nghiên cứu điển hình

Tác động kinh tế

Các miếng vá ngâm chua có thể dẫn đến tăng chi phí tái chế, chậm trễ và lãng phí vật liệu. Chúng có thể cần thêm các bước hoàn thiện bề mặt, làm tăng chi phí sản xuất.

Trong các ứng dụng quan trọng, các miếng vá có thể làm giảm khả năng chống ăn mòn, dẫn đến hỏng hóc tốn kém hoặc yêu cầu bảo hành. Nhu cầu kiểm tra lại và loại bỏ cũng ảnh hưởng đến năng suất chung.

Các ngành công nghiệp bị ảnh hưởng nhiều nhất

Tấm thân xe ô tô, nơi mà vẻ ngoài bề mặt là yếu tố quan trọng, rất nhạy cảm với các mảng tẩy rửa. Các thành phần hàng không vũ trụ đòi hỏi chất lượng bề mặt hoàn hảo để đảm bảo khả năng chống ăn mòn và tuổi thọ chịu mỏi.

Sản xuất bình chịu áp suất đòi hỏi tính toàn vẹn bề mặt đồng đều để ngăn ngừa ăn mòn hoặc hỏng hóc cục bộ. Các nhà cung cấp và chế tạo thép trong các lĩnh vực này ưu tiên kiểm soát chặt chẽ chất lượng tẩy rửa.

Ví dụ về nghiên cứu tình huống

Một nhà máy thép đã quan sát thấy sự gia tăng các mảng vá trong các tấm thép cán nóng sau khi áp dụng quy trình tẩy rửa mới. Phân tích nguyên nhân gốc rễ cho thấy sự khuấy axit không đều do trục trặc thiết bị. Các hành động khắc phục bao gồm nâng cấp hệ thống khuấy và tinh chỉnh các thông số quy trình, dẫn đến giảm đáng kể các mảng vá.

Một trường hợp khác liên quan đến một nhà sản xuất lớp phủ gặp phải lỗi bám dính liên quan đến các mảng tẩy rửa. Phân tích bề mặt xác nhận cặn còn sót lại trong các mảng, có nguồn gốc từ việc vệ sinh không đủ. Các giao thức vệ sinh và kiểm soát quy trình được cải thiện đã loại bỏ được lỗi, cải thiện hiệu suất lớp phủ.

Bài học kinh nghiệm

Kiểm soát quy trình nhất quán, chuẩn bị bề mặt kỹ lưỡng và kiểm tra thường xuyên là chìa khóa để giảm thiểu các mảng tẩy. Những tiến bộ trong kiểm tra bề mặt tự động và giám sát quy trình đã cải thiện khả năng phát hiện và ngăn ngừa khuyết tật.

Hiểu được ảnh hưởng của cấu trúc vi mô và hiệu ứng hợp kim giúp thiết kế quy trình và lựa chọn vật liệu tốt hơn. Các hoạt động cải tiến liên tục và tuân thủ các tiêu chuẩn là điều cần thiết để duy trì chất lượng bề mặt.

Các điều khoản và tiêu chuẩn liên quan

Các lỗi hoặc thử nghiệm liên quan

• Cặn cặn: Lớp oxit còn sót lại có thể gây ra những bất thường trên bề mặt tương tự như các mảng bám.
• Vết bẩn do khắc axit: Sự đổi màu bề mặt do các phản ứng hóa học không đồng đều trong quá trình ngâm chua.
• Độ nhám bề mặt: Đo lường định lượng về độ không đồng đều của bề mặt, thường được đánh giá cùng với các mảng.
• Kiểm tra bề mặt: Đánh giá chất lượng bề mặt bằng mắt thường hoặc dụng cụ, bao gồm phát hiện các mảng bám.

Các khái niệm này có mối liên hệ với nhau, vì việc ngâm không đúng cách có thể dẫn đến cặn hoặc vết khắc, ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của bề mặt.

Tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật chính

• ASTM A967/A967M: Tiêu chuẩn cho phương pháp xử lý thụ động hóa học, bao gồm tiêu chí kiểm tra bề mặt.
• ISO 10204: Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng bề mặt sản phẩm thép.
• EN 10204: Tiêu chuẩn chứng nhận quy định các yêu cầu kiểm tra bề mặt.
• JIS G 0552: Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản về chất lượng bề mặt của tấm thép.

Các tiêu chuẩn khu vực có thể chỉ định kích thước miếng vá, phạm vi phủ và quy trình kiểm tra có thể chấp nhận được, hướng dẫn các nhà sản xuất trên toàn thế giới.

Công nghệ mới nổi

Những tiến bộ bao gồm hệ thống kiểm tra quang học tự động sử dụng thuật toán học máy để phát hiện lỗi, cải thiện độ chính xác và tính nhất quán.

Đo bề mặt và quét laser cho phép định lượng chi tiết các mảng, tạo điều kiện tối ưu hóa quy trình.

Các phương pháp thử nghiệm điện hóa đang được phát triển để đánh giá khả năng ăn mòn cục bộ liên quan đến các mảng vá.

Những phát triển trong tương lai hướng đến việc tích hợp giám sát thời gian thực và phân tích dự đoán để chủ động ngăn ngừa sự hình thành mảng, nâng cao chất lượng bề mặt thép tổng thể.

---

Bài viết toàn diện này cung cấp hiểu biết sâu sắc về Pickling Patch như một khuyết tật bề mặt quan trọng trong ngành thép, bao gồm định nghĩa, cơ sở luyện kim, phương pháp phát hiện, tác động đến tính chất, nguyên nhân, cách phòng ngừa và sự liên quan đến ngành.