Thép không gỉ đã bị hư hỏng chưa? Hướng dẫn dành cho kỹ sư giám định để xác định hư hỏng do vật liệu hay ứng dụng

Thép không gỉ đã bị hư hỏng chưa? Hướng dẫn dành cho kỹ sư giám định để xác định hư hỏng do vật liệu hay ứng dụng

Khi các bộ phận bằng thép không gỉ bị hỏng - dù do nứt, rỗ hoặc gãy đột ngột - câu hỏi đầu tiên đặt ra là: Liệu đó có phải là do vật liệu hay ứng dụng? Là một kỹ sư điều tra, việc phân biệt giữa các nguyên nhân này là rất quan trọng để xác định trách nhiệm, ngăn ngừa sự cố tái diễn và lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng tương lai. Dưới đây là phương pháp luận có hệ thống để xác định nguyên nhân gốc rễ.

? 1. Đánh Giá Ban Đầu Về Sự Cố: Ghi Chép Hiện Trường

Bảo Quản Bằng Chứng

• Chụp ảnh hiện trường sự cố từ nhiều góc độ khác nhau, bao gồm cả ảnh toàn cảnh và ảnh cận mặt gãy.

• Ghi chú các điều kiện môi trường: nhiệt độ, độ pH, nồng độ clorua và tiếp xúc với hóa chất.

• Ghi nhận các ứng suất vận hành: tải tĩnh, tải chu kỳ hoặc chu kỳ nhiệt.

Thu thập mẫu

• Tháo các bộ phận bị hỏng một cách cẩn thận để tránh làm tổn hại đến các mặt gãy.

• Thu thập vật liệu liền kề không bị ảnh hưởng để đối chiếu.

⚠️ 2. Các Dạng Hỏng Hóc Thường Gặp Ở Thép Không Gỉ

A. Hỏng Hóc Do Vật Liệu

Chúng bắt nguồn từ những khuyết tật vốn có trong chính thép.

1. Lựa chọn cấp độ không chính xác

   • Ví dụ : Sử dụng 304 trong môi trường có hàm lượng chloride cao mà cần phải dùng 316.

   • Bằng chứng : Biến dạng đồng đều hoặc ăn mòn kẽ hở trong môi trường ăn mòn mạnh.

2. Khuyết tật kim loại học

   • CÁC THÀNH PHẦN : Các tạp chất sulfide hoặc oxide đóng vai trò như điểm tập trung ứng suất.

     • Bằng chứng : Kính hiển vi điện tử quét (SEM) phát hiện các chuỗi MnS tại vị trí bắt đầu vết nứt.

   • Giòn pha Sigma : Kết tủa trong các loại duplex (ví dụ: 2205) do xử lý nhiệt không đúng cách.

     • Bằng chứng : Mất độ dẻo va đập (kiểm tra Charpy), vết gãy liên tinh thể.

3. Vật liệu giả mạo hoặc ghi nhãn sai

   • Ví dụ : 304 được bán như là 316.

   • Bằng chứng : Phân tích XRF cho thấy hàm lượng Mo thấp (<2,1% đối với 316).

B. Sự cố dựa trên ứng dụng

Chúng xuất phát từ các yếu tố bên ngoài không liên quan đến chất lượng vật liệu.

1. Nứt ăn mòn ứng suất (SCC)

   • Nguyên nhân : Ứng suất kéo kết hợp với ion clorua và nhiệt độ.

   • Bằng chứng : Vết nứt phân nhánh dưới kính hiển vi (đặc trưng của SCC do clorua).

2. Ăn mòn điện hóa

   • Nguyên nhân : Kết hợp thép không gỉ với kim loại anốt mạnh hơn (ví dụ: thép carbon) trong chất điện phân.

   • Bằng chứng : Ăn mòn cục bộ tại các điểm tiếp xúc.

3. Gia công không đúng cách

   • Khiếm khuyết mối hàn :

     • Thiếu khí trơ bảo vệ (hiện tượng cháy đường ở mặt sau).

     • Vảy oxit do nhiệt (oxide scale) không được loại bỏ, tạo ra vùng thiếu crôm.

   • Xử lý Lạnh : Gây ra ứng suất dư, thúc đẩy ăn mòn ứng suất (SCC).

4. Bảo trì không đầy đủ

   • Ví dụ : Sự nhiễm bẩn sắt từ dụng cụ thép carbon không được làm sạch, dẫn đến ăn mòn lỗ (pitting).

? 3. Kỹ thuật điều tra nguyên nhân

Kiểm tra bằng mắt thường và kính hiển vi

• Kính hiển vi lập thể : Xác định loại vết gãy (dẻo vs. giòn).

• SEM/EDS : Phân tích bề mặt gãy về thành phần nguyên tố (ví dụ: sự hiện diện của clorua).

Xác minh vật liệu

• Súng XRF : Xác minh thành phần cấp độ trong vài giây.

• Quang phổ phát xạ quang học (OES) : Định lượng chính xác các hợp kim.

Kiểm tra cơ tính và ăn mòn

• Kiểm tra độ cứng : Độ cứng cao có thể cho thấy nhiệt luyện không đúng cách.

• Charpy V-Notch : Đánh giá độ dai va đập (giá trị thấp cho thấy vật liệu bị giòn).

• ASTM G48 Testing : Đánh giá khả năng chống rỗ (nếu sự cố do ăn mòn).

Simulation Tests

• Mô phỏng điều kiện sử dụng (ví dụ: tiếp xúc với chloride ở nhiệt độ vận hành) trên các mẫu cùng lô.

? 4. Sơ đồ quyết định: Vật liệu vs. Ứng dụng

Sử dụng sơ đồ này để thu hẹp nguyên nhân:

1. Bước 1: Xác minh cấp độ vật liệu

   • Nếu XRF cho thấy thành phần sai → Hỏng hóc do vật liệu .

   • Nếu thành phần đúng → Chuyển sang Bước 2.

2. Bước 2: Kiểm tra bề mặt gãy

   • Nếu có vết lõm dẻo → Quá tải (ứng dụng).

   • Nếu có vết nứt liên tinh thể → Kiểm tra hiện tượng mất nhạy (vật liệu) hoặc ăn mòn nứt do ứng suất (SCC) (ứng dụng).

   • Nếu có lỗ chấm → Kiểm tra ion clorua (ứng dụng) hoặc tạp chất (vật liệu).

3. Bước 3: Kiểm tra lịch sử gia công

   • Nếu mối hàn thiếu khí trơ hoặc có dấu hiệu oxy hóa do nhiệt → Hỏng hóc do ứng dụng .

   • Nếu vật liệu được nhận trong tình trạng lỗi (ví dụ: phôi nứt) → Hỏng hóc do vật liệu .

?️ 5. Nghiên cứu điển hình: Trục bơm thép không gỉ bị hỏng

• Hậu quả : Trục 316L trong ứng dụng hàng hải bị gãy sau 6 tháng.

• Điều tra :

  • XRF xác nhận thành phần hóa học đúng (Mo = 2,5%).

  • Kính hiển vi điện tử quét (SEM) phát hiện các vân mỏi bắt nguồn từ một vết lõm.

  • EDS phát hiện lượng chloride cao bên trong vết lõm.

• Nguyên nhân gốc rễ : Hỏng hóc do ứng dụng . Chloride từ nước biển tập trung dưới các lớp cặn bám, gây ra hiện tượng rỗ bề mặt và bắt đầu vết nứt mỏi.

• Sửa chữa : Thiết kế lại để tránh các vùng nước đọng; nâng cấp lên loại thép duplex 2205 để tăng khả năng chống rỗ bề mặt.

✅ 6. Các Biện Pháp Phòng Ngừa

Đối Với Các Sự Cố Do Vật Liệu

• Lựa chọn nguồn cung cấp từ các nhà máy có chứng nhận ISO 9001.

• Yêu cầu Báo cáo Kiểm tra Nhà máy (MTRs) cho từng lô hàng.

• Thực hiện kiểm tra nhập kho (XRF, thử độ cứng).

Đối với Sự cố Ứng dụng

• Thực hiện đánh giá rủi ro ăn mòn trước khi lựa chọn vật liệu.

• Tuân thủ tiêu chuẩn ASTM A380/A967 cho quá trình thụ động hóa và gia công.

• Đào tạo thợ hàn về quy trình cụ thể cho thép không gỉ (ví dụ: sử dụng khí trơ).

? Kết luận: Một Cách tiếp cận Hệ thống mang lại thành công

Các sự cố hiếm khi rõ ràng đúng hay sai. Thường thì, các khuyết tật vật liệu và sai sót trong ứng dụng tác động lẫn nhau. Bằng cách kết hợp phân tích pháp y kỹ lưỡng với các tiêu chuẩn ngành, bạn có thể xác định nguyên nhân và triển khai các biện pháp khắc phục hiệu quả.

Mẹo chuyên nghiệp : Duy trì cơ sở dữ liệu sự cố—việc ghi chép các cuộc điều tra sẽ đẩy nhanh chẩn đoán trong tương lai và hỗ trợ đàm phán các yêu cầu bồi thường.