Phân tích Cacbon, Lưu Huỳnh, Phốt Pho trong thép bằng OES

Trong sản xuất và kiểm soát chất lượng thép, thành phần hóa học là một trong những yếu tố quyết định đến tính chất và cấp vật liệu. Trong đó, Cacbon (C), Lưu Huỳnh (S) và Phốt Pho (P) là những nguyên tố thường được kiểm soát chặt chẽ để xác định mác thép và đánh giá sự phù hợp của vật liệu.

Quang phổ phát xạ nguyên tử bằng tia lửa điện (Spark OES) là phương pháp được sử dụng phổ biến để phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong thép. Tại Việt Nam, TCVN 8998:2018 quy định phương pháp phân tích thành phần hóa học của thép cacbon và thép hợp kim thấp bằng quang phổ phát xạ chân không.

1. Vì sao cần phân tích Cacbon, Lưu Huỳnh và Phốt Pho trong thép?

Thép không chỉ được phân biệt dựa trên hàm lượng sắt mà còn phụ thuộc vào tỷ lệ của các nguyên tố hợp kim và nguyên tố dư.

Cacbon (C)

Cacbon có ảnh hưởng lớn đến cơ tính của thép. Khi hàm lượng C thay đổi, độ cứng, độ bền và khả năng gia công của vật liệu cũng có thể thay đổi.

Vì vậy, kiểm soát hàm lượng C giúp doanh nghiệp:

• Xác định và kiểm tra mác thép.
• Kiểm soát thành phần trong quá trình luyện kim.
• Kiểm tra vật liệu đầu vào.
• Đảm bảo vật liệu đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

Đối với một số loại thép có yêu cầu hàm lượng C rất thấp, khả năng phân tích ở mức thấp cũng trở thành yếu tố quan trọng khi lựa chọn thiết bị OES.

Lưu Huỳnh (S)

Lưu Huỳnh thường được xem là nguyên tố cần kiểm soát trong nhiều loại thép vì hàm lượng S có thể ảnh hưởng đến tính chất và khả năng gia công của vật liệu.

Trong thực tế sản xuất, việc xác định S giúp kiểm tra thành phần thép và kiểm soát vật liệu theo yêu cầu của từng mác thép.

Phốt Pho (P)

Phốt Pho là một nguyên tố cần được kiểm soát trong nhiều loại thép. Phân tích P cùng với các nguyên tố khác giúp doanh nghiệp xác định thành phần hóa học và đánh giá sự phù hợp của vật liệu với tiêu chuẩn hoặc specification yêu cầu.

2. OES phân tích C, S, P trong thép như thế nào?

OES sử dụng tia lửa điện để kích thích các nguyên tử trên bề mặt mẫu. Khi được kích thích, các nguyên tử phát ra ánh sáng ở những bước sóng đặc trưng.

Hệ thống quang học và detector của máy sẽ thu nhận các tín hiệu này, từ đó xác định sự hiện diện và hàm lượng của các nguyên tố trong mẫu.

Quy trình phân tích cơ bản gồm:

Chuẩn bị bề mặt mẫu → Đặt mẫu vào vị trí đo → Phát tia lửa → Thu tín hiệu quang phổ → Phân tích dữ liệu → Hiển thị hàm lượng nguyên tố

Một phép đo OES có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu thay vì phải kiểm tra riêng từng nguyên tố. Đây là lý do OES được ứng dụng rộng rãi trong kiểm soát vật liệu và sản xuất kim loại.

3. Chuẩn bị mẫu ảnh hưởng như thế nào đến kết quả OES?

Để kết quả phân tích ổn định, bề mặt mẫu cần được chuẩn bị phù hợp.

Bề mặt đo cần:

• Sạch và không có lớp sơn, dầu hoặc tạp chất.
• Được mài hoặc gia công để tạo bề mặt phù hợp.
• Hạn chế nhiễm chéo từ vật liệu mài.
• Đảm bảo mẫu tiếp xúc phù hợp với vị trí phát tia lửa của thiết bị.

TCVN 8998:2018 cũng quy định các yêu cầu liên quan đến mẫu thử và điều kiện phân tích bằng phương pháp quang phổ phát xạ chân không. Tiêu chuẩn này áp dụng cho phân tích kiểm tra trong sản xuất gang, thép và vật liệu gia công.

4. Phân tích C, S, P bằng OES được ứng dụng ở đâu?

Phân tích thành phần thép bằng OES có thể được sử dụng trong nhiều công đoạn:

Kiểm tra nguyên liệu đầu vào

Kiểm tra thành phần hóa học của thép trước khi đưa vào sản xuất, đặc biệt khi cần xác nhận vật liệu từ nhà cung cấp.

Kiểm soát quá trình luyện kim

Theo dõi thành phần kim loại trong quá trình sản xuất và điều chỉnh thành phần khi cần thiết.

Xác định mác thép

Đối chiếu kết quả phân tích với cơ sở dữ liệu mác vật liệu để hỗ trợ nhận dạng và kiểm tra vật liệu.

Kiểm tra chất lượng thành phẩm

Xác nhận thành phần hóa học của sản phẩm trước khi xuất xưởng hoặc bàn giao cho khách hàng.

Phân loại phế liệu kim loại

Phân tích nhanh thành phần giúp hỗ trợ phân loại và kiểm soát nguồn nguyên liệu tái sử dụng.

5. Hitachi OE720 và OE750 cho phân tích thép

Hitachi OE720 và OE750 là các máy quang phổ phát xạ OES để phân tích kim loại. Cả hai đều được Hitachi High-Tech định vị cho manufacturing QA/QC, kiểm soát quá trình luyện kim và phân tích các nguyên tố ở mức thấp.

OE720 phù hợp với các ứng dụng phân tích thành phần kim loại khi không yêu cầu phân tích khí.

OE750 có thêm khả năng phân tích khí và được thiết kế cho các ứng dụng yêu cầu khả năng phân tích mở rộng, bao gồm phân tích thép cacbon siêu thấp.

Việc lựa chọn OE720 hay OE750 cần dựa trên loại vật liệu, các nguyên tố cần phân tích, khoảng nồng độ và yêu cầu kiểm soát chất lượng của từng doanh nghiệp.

6. Những yếu tố cần kiểm soát khi phân tích C, S, P

Kết quả OES không chỉ phụ thuộc vào bản thân thiết bị. Một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến kết quả gồm:

• Chất lượng và độ sạch của bề mặt mẫu.
• Phương pháp chuẩn bị mẫu.
• Hiệu chuẩn và standardization của thiết bị.
• Vật liệu chuẩn sử dụng cho từng nền vật liệu.
• Điều kiện phát tia lửa và môi trường khí Argon.
• Tình trạng spark stand và điện cực.
• Thành phần và trạng thái luyện kim của mẫu.

Hitachi High-Tech cũng lưu ý việc standardization định kỳ có thể được sử dụng để bù lại sự thay đổi của thiết bị theo thời gian và duy trì độ ổn định của kết quả phân tích.

7. OES có thay thế được mọi phương pháp phân tích C, S, P không?

Không phải trong mọi trường hợp.

OES rất phù hợp cho phân tích nhanh và đồng thời nhiều nguyên tố trong mẫu kim loại rắn. Tuy nhiên, phương pháp phân tích cần được lựa chọn dựa trên loại vật liệu, nguyên tố cần xác định, khoảng hàm lượng và yêu cầu của tiêu chuẩn hoặc quy trình kiểm nghiệm.

TCVN 8998:2018 là một tiêu chuẩn cụ thể dành cho phân tích thép cacbon và thép hợp kim thấp bằng Spark OES; phạm vi và điều kiện áp dụng cần được xem xét trước khi sử dụng kết quả cho mục đích kiểm tra phù hợp.