Kiểm tra tính chất cơ học: Kéo, Độ cứng và Đánh giá va đập
Kiểm tra tính chất cơ học là nền tảng trong việc đánh giá chất lượng vật liệu thép, đảm bảo vật liệu đáp ứng các yêu cầu quy định về độ bền, độ dẻo và độ dai. Thử nghiệm kéo (ASTM E8 / ISO 6892) thực hiện bằng cách kéo một mẫu đã gia công cho đến khi gãy, ghi lại giới hạn chảy, giới hạn bền kéo, độ giãn dài phần trăm và độ thắt tiết diện. Các giá trị này phản ánh cách thức thép sẽ ứng xử dưới tải: giới hạn chảy xác định giới hạn đàn hồi, giới hạn bền kéo là ứng suất tối đa trước khi phá hủy, còn độ giãn dài thể hiện độ dẻo. Các phương pháp kiểm tra độ cứng bao gồm Rockwell (ASTM E18), Brinell (ASTM E10) và Vickers (ASTM E92), mỗi phương pháp phù hợp với các độ dày và cấu trúc vi mô khác nhau của vật liệu. Độ cứng có mối tương quan với khả năng chống mài mòn và có thể cho thấy việc xử lý nhiệt không đúng hoặc chiều sâu lớp thấm không đạt yêu cầu. Thử nghiệm va đập (mẫu rãnh chữ V Charpy, ASTM E23 / ISO 148-1) đo năng lượng hấp thụ trong quá trình gãy ở các nhiệt độ quy định, đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng ở nhiệt độ thấp như đường ống dẫn dầu khí vùng Bắc Cực hoặc các bộ phận cầu ở khu vực có khí hậu lạnh. Sự giảm mạnh năng lượng va đập cho thấy sự chuyển biến từ tính dẻo sang tính giòn, và nhiệt độ thử nghiệm được lựa chọn dựa trên điều kiện sử dụng thực tế (ví dụ: -20°C, -40°C hoặc -50°C). Tổng hợp lại, các thử nghiệm cơ học này cung cấp một hồ sơ đầy đủ về khả năng chịu tải, độ bền bề mặt và khả năng chống nứt gãy của thép dưới tải động hoặc tải ở nhiệt độ thấp.
Phân tích hóa học và kiểm tra vi cấu trúc kim loại
Thành phần hóa học quyết định khả năng tôi cứng, khả năng hàn và khả năng chống ăn mòn của thép, do đó việc phân tích chính xác là điều thiết yếu để xác minh cấp thép và đảm bảo tuân thủ thành phần hợp kim. Quang phổ phát xạ quang học (OES) là phương pháp phổ biến nhất để kiểm tra trong sản xuất: tia lửa có năng lượng cao làm bốc hơi một thể tích rất nhỏ thép, và các bước sóng ánh sáng phát ra được dùng để định lượng các nguyên tố bao gồm carbon, mangan, silic, phốt pho, lưu huỳnh, crôm, niken, molypden và vanađi. Đối với các ứng dụng di động hoặc tại hiện trường, Phát xạ tia X (xrf) các máy phân tích cung cấp khả năng nhận diện hợp kim nhanh chóng và phi phá hủy, dù giới hạn phát hiện đối với các nguyên tố nhẹ như carbon cao hơn. Để đo lường chính xác hàm lượng carbon và lưu huỳnh, phân tích bằng phương pháp đốt cháy (phương pháp Leco) được sử dụng. Việc kiểm tra kim tương học chuẩn bị một mặt cắt ngang của thép đã được đánh bóng và ăn mòn, sau đó quan sát dưới kính hiển vi ở độ phóng đại từ 50× đến 1000×. Phương pháp này cho phép xác định kích thước hạt (ASTM E112), hàm lượng tạp chất dạng inclusion (ASTM E45), sự phân bố các pha (ferrit, pearlit, martensit) và độ sâu lớp tôi bề mặt của các chi tiết được tôi cứng bề mặt. Kim tương học là yếu tố thiết yếu để xác minh quá trình nhiệt luyện, phân tích nguyên nhân hư hỏng và đảm bảo các đặc trưng vi cấu trúc đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật, ví dụ như thép dùng cho bình chịu áp lực yêu cầu thực hành luyện thép hạt mịn hoặc thép có khả năng chịu va đập ở nhiệt độ thấp yêu cầu hàm lượng tạp chất dạng inclusion tối thiểu.
Kiểm tra không phá hủy (NDT) nhằm phát hiện khuyết tật
Các phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) phát hiện các khuyết tật bên trong hoặc trên bề mặt vật liệu thép mà không làm hư hại chi tiết, từ đó đảm bảo rằng các khuyết tật không ảnh hưởng đến độ an toàn hoặc hiệu năng của sản phẩm. Kiểm tra siêu âm (UT) (ASTM E114 / ISO 16831) sử dụng sóng âm tần số cao truyền qua chất ghép (couplant) vào thép; các phản xạ từ các khuyết tật bên trong (lớp tách lớp, rỗng, nứt) được hiển thị trên biểu đồ quét A (A-scan) hoặc quét C (C-scan). Kiểm tra bằng siêu âm (UT) được áp dụng rộng rãi đối với các tấm thép dày, thanh thép và phôi rèn nhằm phát hiện các lớp tách lớp hoặc tạp chất không thể quan sát được trên bề mặt. Kiểm tra bằng hạt từ (MT) (ASTM E1444) được áp dụng cho các loại thép có tính nhiễm từ: chi tiết được từ hóa, sau đó rắc các hạt sắt từ lên bề mặt; các khuyết tật trên bề mặt và gần bề mặt gây rò rỉ từ thông, làm các hạt sắt từ tập trung lại và có thể quan sát được dưới ánh sáng tử ngoại (UV) hoặc ánh sáng trắng. Kiểm tra bằng phương pháp thẩm thấu từ (MT) có tốc độ nhanh và độ nhạy cao trong việc phát hiện các vết nứt, vết hàn nối (seams) và các lớp chồng lấn (laps) trên các trục hoàn thiện, bánh răng và các tiết diện kết cấu. Kiểm tra thấm màu (PT) (ASTM E1417) sử dụng hiện tượng mao dẫn để kéo chất thẩm thấu màu hoặc huỳnh quang vào các khuyết tật lộ ra bề mặt; sau khi phủ lớp hiện ảnh (developer), các dấu hiệu khuyết tật trở nên rõ ràng. Phương pháp thẩm thấu (PT) có thể áp dụng cho mọi vật liệu không xốp, bao gồm cả thép không gỉ austenit – loại thép không có tính nhiễm từ. Kiểm tra bằng tia X (RT) (ASTM E94) sử dụng tia X hoặc tia gamma để tạo ra ảnh phim hoặc ảnh kỹ thuật số về cấu trúc bên trong, chủ yếu được áp dụng để kiểm tra mối hàn hoặc vật đúc, nơi các khuyết tật thể tích như rỗ khí hoặc thiếu độ gắn kết cần được ghi chép đầy đủ. Các phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) này, thường được quy định trong các tiêu chuẩn như ASTM, ASME hoặc API, giúp đảm bảo rằng vật liệu thép không chứa các bất liên tục có hại có thể dẫn đến hư hỏng sớm dưới tải trọng làm việc.
