Sản xuất chi tiết inox 410 bằng silica sol, nặng 205 gam, có vết oxy hóa bề mặt: nguyên nhân và giải pháp

Khi sử dụng bột/cát zircon làm lớp bề mặt, các điểm và vết oxy hóa xuất hiện trong quá trình sản xuất các bộ phận bằng thép không gỉ 410 (đặc biệt là các bộ phận nhỏ nặng khoảng 200 gram). Chúng ta nên điều tra nguyên nhân và đưa ra giải pháp như thế nào. Chúng ta hãy phân tích từng kết luận cốt lõi: quá trình oxy hóa "điểm và điểm" này thường không phải do một yếu tố duy nhất gây ra mà là kết quả của phản ứng dữ dội giữa chất lỏng thép có hoạt tính cao và bề mặt vỏ bị ô nhiễm cục bộ. Nguyên nhân cốt lõi của vấn đề chủ yếu nằm ở "chất lượng vỏ" và "phản ứng giao diện vỏ thép lỏng".

1、 Phân tích các nguyên nhân chính dẫn đến sự hình thành các đốm/điểm oxy hóa, kết hợp với các đặc tính của “lớp bề mặt bột/cát zircon” và “oxy hóa điểm”. Các nguyên nhân chính được xếp theo thứ tự khả năng xảy ra như sau:

1. Ô nhiễm lớp bề mặt của vỏ (nghi ngờ chính) Bản thân vật liệu Zirconia: Bột/cát Zirconia kém chất lượng hoặc ẩm có thể chứa các tạp chất như oxit sắt (Fe ₂ O3) và oxit titan (TiO ₂). Ở nhiệt độ cao, các tạp chất này sẽ phản ứng hóa học với các nguyên tố như crom (Cr) và nhôm (Al) trong thép không gỉ, để lại vết phản ứng cục bộ (tức là vết oxy hóa) trên bề mặt vật đúc. Ô nhiễm trong quá trình vận hành: Trong xưởng làm vỏ, rỉ sét, bụi và các chất hữu cơ (như sợi găng tay và dầu mỡ) có thể lẫn vào trong quá trình phủ bề mặt hoặc chà nhám. Các chất ô nhiễm này sẽ hình thành các “điểm yếu” có nhiệt độ nóng chảy thấp hoặc hoạt tính cục bộ cao sau khi nung vỏ. Tính ổn định của silica sol: nếu silica sol có gel cục bộ hoặc bị ô nhiễm, nó sẽ ảnh hưởng đến tính đồng nhất của lớp phủ, dẫn đến cường độ cục bộ không đủ hoặc làm giàu tạp chất.

2. Rang vỏ không đủ và độ ẩm còn sót lại (lý do chính): Dư lượng độ ẩm là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất hình thành các "điểm oxy hóa". Nếu nhiệt độ rang của vỏ không đủ (<900oC) hoặc thời gian cách nhiệt không đủ, sẽ có cặn nước tinh thể hoặc nước hóa học ở các lớp sâu của vỏ (đặc biệt là vỏ dày và lớn). Khi thép nóng chảy ở nhiệt độ cao được bơm vào, nước bay hơi ngay lập tức và áp suất hơi cực cao, xuyên qua lớp vỏ mỏng đông cứng ở phía trước thép nóng chảy, để lộ thép nóng chảy tươi bên trong và trải qua phản ứng oxy hóa với hơi nước: Fe+H ₂ O → FeO+H ₂, tạo thành các điểm như rỗ và vảy oxit. Cặn cacbon hữu cơ: Quá trình rang không hoàn toàn có thể dẫn đến cacbon hóa các hợp chất hữu cơ trong silica sol và chất giải phóng nấm mốc thay vì đốt cháy hoàn toàn, hình thành các vùng giàu cacbon cục bộ. Khi thép nóng chảy tiếp xúc với khu vực này, carbon sẽ khử SiO ₂ trong vỏ, tạo ra khí CO, khí này cũng sẽ làm hỏng bề mặt thép nóng chảy và gây ra quá trình oxy hóa và cacbon hóa cục bộ.

3. Bảo vệ chống nóng chảy và rót không đủ (lý do cơ bản) khử oxy không hoàn toàn: Crom trong thép không gỉ 410 dễ bị oxy hóa. Nếu quá trình khử oxy cuối cùng (thường sử dụng nhôm) không đủ, hàm lượng oxy hòa tan trong thép nóng chảy sẽ cao và có xu hướng kết tụ trên bề mặt hoặc kết hợp với các chất phản ứng vỏ khi kết thúc quá trình đông đặc, tạo thành điểm giống như oxit. Lưu lượng bảo vệ vật đúc không đủ: Ngay cả khi được bảo vệ bằng khí argon, nếu luồng khí quá yếu, phân tán không đều hoặc bị xáo trộn, không khí vẫn sẽ bị hút vào dòng đúc và cốc rót, khiến các giọt thép bắn tung tóe và bị oxy hóa, cùng với dòng khí đi vào khoang khuôn, tạo thành các điểm oxy hóa phân tán.

4. Các thông số quy trình không khớp (hệ số kích hoạt) Không khớp giữa nhiệt độ vỏ và nhiệt độ rót: Nhiệt độ gia nhiệt trước của vỏ quá thấp (chẳng hạn như <600 oC), trong khi nhiệt độ rót của thép nóng chảy quá cao. Chênh lệch nhiệt độ giữa hai bên quá lớn, điều này sẽ làm tăng cường hiện tượng nổ khí ở bề mặt và sốc nhiệt, đồng thời gây ra các phản ứng điểm. Thép nóng chảy quá nóng: Nhiệt độ nóng chảy quá cao (chẳng hạn như vượt quá 1650oC) sẽ tăng cường khả năng phản ứng hóa học giữa thép nóng chảy và vỏ.

2, Giải pháp mang tính hệ thống (từ cấp cứu đến nguyên nhân gốc rễ) Bước 1: Điều tra và xử lý khẩn cấp tại chỗ (thực hiện ngay)

1. Kiểm tra lò nướng vỏ: hiệu chỉnh dụng cụ đo nhiệt độ. Đảm bảo nhiệt độ rang ≥ 950oC và thời gian giữ ≥ 2 giờ (tùy thuộc vào độ dày vỏ tăng lên) và kiểm tra sự tuần hoàn của khí quyển lò để đảm bảo có thể thải ra khí thải.

2. Kiểm tra nguyên liệu thô: Lấy một mẻ bột/cát zircon có độ tinh khiết cao (tinh khiết về mặt hóa học hoặc loại một) mới để thử nghiệm so sánh. Đặc biệt chú ý đến hàm lượng sắt (Fe) và titan (Ti).

3. Kiểm tra môi trường làm vỏ: Làm sạch xưởng làm vỏ, đảm bảo lớp phủ bề mặt cách ly với khu vực chà nhám và ngăn ngừa ô nhiễm bụi rỉ sét. Kiểm tra silica sol xem có hạt hoặc gel không.

4. Tăng cường bảo vệ vật đúc: tạm thời tăng cường độ bảo vệ khí argon để đảm bảo cốc rót được khí argon bao phủ hoàn toàn trong quá trình đúc.

Bước 2: Tối ưu hóa quy trình ngắn hạn (trong vòng 1-2 tuần)

1. Tối ưu hóa quy trình rang: thực hiện “rang gia nhiệt từng bước”: tăng thời gian cách nhiệt ở giai đoạn 400-600 oC để chất hữu cơ phân hủy và bay hơi hoàn toàn; Duy trì đủ lớp cách nhiệt trên 900oC để đuổi nước hóa học. Đối với các thành phần quan trọng, đổ ngay sau khi nướng hoặc bảo quản trong lò nhiệt độ cao (>200oC) để tránh hấp thụ độ ẩm.

2. Tăng cường xử lý nóng chảy: Khử oxy cuối cùng nghiêm ngặt: Trước khi khai thác, chèn dây nhôm vào phần sâu của thép nóng chảy để khử oxy cuối cùng và kiểm soát hàm lượng nhôm dư ở mức 0,02% -0,08%. Giảm nhiệt độ rót một cách thích hợp: Với tiền đề đảm bảo đổ đầy hoàn toàn, hãy giảm nhiệt độ rót từ mức quá nhiệt (chẳng hạn như 1550oC) xuống 10-20oC để giảm phản ứng nhiệt.

3. Điều chỉnh nhiệt độ vỏ khuôn: rút ngắn khoảng thời gian từ khi lấy vỏ khuôn ra khỏi lò và đổ vào trong thời gian ngắn nhất, đảm bảo nhiệt độ bên trong vỏ khuôn nằm trong khoảng 800-900oC. Vỏ nhiệt độ cao có thể làm giảm sự chênh lệch nhiệt độ bề mặt và đảm bảo sự hóa rắn trơn tru của thép nóng chảy.

Bước 3: Kiểm soát hệ thống lâu dài (giải pháp cơ bản)

1. Nâng cấp quy trình và vật liệu vỏ: Thử nghiệm thay thế vật liệu lớp bề mặt: Nếu sự cố vẫn tiếp diễn, hãy cân nhắc thay thế vật liệu lớp bề mặt bằng alumina nung chảy trơ hơn (Al ₂ O3) hoặc "corundum trắng". Mặc dù giá thành cao hơn nhưng khả năng phản ứng với thép có hàm lượng crom cao lại thấp hơn. Giới thiệu quy trình thiêu kết lớp bề mặt: Sau khi hoàn thành quá trình chế tạo lớp bề mặt và lớp vỏ thứ hai, quá trình thiêu kết ở nhiệt độ thấp (800oC) bổ sung được thêm vào để làm đặc lớp bề mặt và loại bỏ trước một số chất phát ra khí.

2. Nâng cấp hệ thống nấu chảy và rót: thực hiện nấu chảy bảo vệ argon: sử dụng khí argon để bọc hoặc thổi trong quá trình nung chảy lò cảm ứng. Sử dụng đúc chân không hoặc khí bảo vệ: Đối với các sản phẩm có nhu cầu cao, đầu tư vào đúc nóng chảy lò cảm ứng chân không hoặc hộp đúc chứa đầy argon là giải pháp triệt để nhất.

3. Thiết lập các điểm giám sát quy trình: Kiểm tra nguyên liệu: Tiến hành lấy mẫu hàm lượng tạp chất cho từng mẻ bột zircon. Biên bản rang vỏ: Thiết lập giám sát đường cong nhiệt độ theo thời gian cho từng lò rang. Bản đồ khuyết tật đúc: Chụp ảnh và lưu trữ vị trí, hình thái của các điểm oxy hóa, phân tích mối tương quan với vị trí cây và truy tìm nguồn ô nhiễm.

Tóm tắt quy trình xử lý sự cố được đề xuất cho vấn đề "điểm/điểm oxy hóa trên lớp bề mặt của cát bột zircon trong vật đúc 205 gam". Nên ưu tiên xử lý sự cố như sau:

1. Nghi ngờ chính: Vỏ rang có đủ không? Tiến hành thí nghiệm so sánh bằng cách tăng nhiệt độ rang và thời gian giữ.

2. Nghi ngờ thứ cấp: Chất liệu zircon có nguyên chất không? Thay thế một loạt vật liệu có độ tinh khiết cao đã biết để thử nghiệm so sánh.

3. Đồng thời kiểm tra: Biện pháp chống đổ có thực sự hiệu quả? Kiểm tra trạng thái luồng khí tại đường ống argon, đồng hồ đo lưu lượng và cốc rót.

4. Tối ưu hóa cuối cùng: Điều chỉnh sự phù hợp của các thông số quy trình, chủ yếu là nhiệt độ vỏ và nhiệt độ rót. Thông qua việc điều tra và tối ưu hóa hệ thống ở trên, đặc biệt là đảm bảo độ khô và sạch tuyệt đối của vỏ và tăng cường bảo vệ bề mặt, các điểm và vết oxy hóa trên bề mặt vật đúc chính xác bằng thép không gỉ 410 có thể được loại bỏ một cách hiệu quả.