Đo thép sạch: oxy tổng, nitơ tổng và đánh giá thể tạp
Thép hiện đại được quy cách bằng ngôn ngữ ppm. Thép IF và thép dập sâu phải giữ hàm lượng oxy tổng dưới 20 ppm, thép vòng bi như SAE 52100 dưới 10 ppm, và xỉ tinh luyện làm sạch chúng được bán dựa trên lời hứa giữ các mẻ ở mức dưới 15 ppm. Thực hành cách đạt đến mức đó được tài liệu hóa rõ ràng — lựa chọn chất khử oxy, xử lý canxi muộn, xỉ, trình tự. Nhưng mọi thực hành đó đều giả định một phép đo, và phép đo chính là nơi kỷ luật của phần lớn nhà máy mong manh nhất, vì ở thang ppm, sai số đo không phải nhiễu, mà là cấu trúc. Ô nhiễm không bao giờ kéo một chỉ số oxy tổng xuống: mẫu lấy ở đường xỉ hoặc trong dòng phun của một lần nạp mới, mẫu chảy trong nồi chảy bẩn, sẽ cho số đọc cao. Một chỉ số “không đạt” sinh ra từ mẫu xấu là một mẻ thực sự đạt quy cách bị loại bỏ; một chỉ số đẹp sinh ra từ mẫu xấu che giấu sự trôi dạt khử oxy mà sẽ lộ ra vài tuần sau dưới dạng stringer trên đường đúc. Câu hỏi đằng sau một hợp đồng thép sạch vì vậy không chỉ là khử oxy thế nào, mà là đo thế nào để con số đáng để ra quyết định.
Phương pháp phòng thử nghiệm chuẩn là chiết khí trơ, hay thoát khí chân không. Mẫu lò được chảy trong nồi chảy dưới chân không với dòng argon; oxy và nitơ hòa tan trong kim loại thoát khỏi dung dịch, được đưa qua đường ống khí tới máy phân tích, và mỗi nguyên tố được đọc bởi detector riêng, kết quả báo cáo theo ppm khối lượng. Điều phương pháp đo chỉ là lượng khí hòa tan tại thời điểm lấy mẫu: vì vậy việc lấy mẫu — chứ không phải thiết bị — quyết định con số có nghĩa là gì. Mẫu được lấy sau khi khử oxy hoàn tất và các chất nạp đã lắng, từ phần sạch của bể và không phải từ đường xỉ hay dòng phun của một lần nạp mới, và sau một khoảng nghỉ ngắn để các thể tạp thô nổi khỏi dòng chảy. Nhiều nhà máy vì vậy phân biệt hai loại mẫu: mẫu làm việc mang thành phần cuối, và mẫu sạch mang oxy tổng. Với các mác mà việc hút nitơ bản thân là khuyết tật — thép không gỉ và mác độ tinh khiết cao — nitơ tổng được đọc từ cùng mẫu và đứng trong chứng từ bên cạnh oxy. Và ở mức 10–20 ppm, nền của chính phòng thử nghiệm là câu hỏi về vật liệu, không phải câu hỏi về làm tròn: mẫu trắng, trạng thái nồi chảy, độ sạch đường ống khí quyết định con số thấp nhất mà phòng có thể báo cáo trung thực, giống như thành phần của một lô chất khử oxy quyết định mức thấp nhất mà bể có thể hạ xuống một cách trung thực.
Oxy tổng là một con số, nhưng những gì khử oxy để lại là một quần thể, và chính quần thể mới là thứ được đánh giá bắt giữ. Một lát mỏng của mẫu được đánh bóng, ăn mòn và đọc dưới kính hiển vi quang học theo thang đánh giá thị giác chuẩn: năm họ thể tạp phi kim loại — oxit dạng cầu, oxit dạng vuông, oxit dạng kéo dài, sunfua dạng cầu, sunfua dạng góc — mỗi họ được đánh giá từ 0 đến 5 theo kích thước và phân bố, cộng một giá trị tổng. Thứ mà đánh giá bắt giữ được là điều con số oxy tổng không thể bắt được về bản chất: hình dạng. Alumina chưa biến tính là hạt cứng có góc không biến dạng dưới con lô và lớn lên thành stringer trở thành vết nứt mỏi; canxi aluminat được biến tính bằng canxi là dạng cầu, lỏng ở nhiệt độ thép, biến được và đúc được. Cùng một oxy tổng có thể là thép sạch tuyệt vời hoặc thép sạch kém tùy theo chế độ khử oxy và thời điểm cũng như hình thức của xử lý canxi muộn — đó chính là lý do hai phép đo đứng trong cùng một chứng từ: oxy tổng nói bao nhiêu, đánh giá nói là cái gì. Giới hạn kích thước quan trọng trong thực hành là những gì mác đã mang sẵn — thép vòng bi hỏng ở thể tạp trên 10–15 μm, mác dập sâu ở cụm alumina trên 20 μm — những con số mà phép đo tồn tại để giữ chúng dưới sự kiểm soát, chứ không phải mục tiêu để tranh luận sau đó.
Chứng từ theo mẻ phải mang những gì mà mác thực sự được đo: thành phần cuối, oxy tổng, nitơ tổng ở nơi mác đòi hỏi, và đánh giá thể tạp ở nơi hợp đồng yêu cầu. Nhà máy tiếp nhận xác minh bằng mẫu lò của chính họ và theo dõi xu hướng — và xu hướng là thứ định vị sự trôi dạt. Oxy tổng tăng qua nhiều mẻ trỏ về khử oxy — chất khử oxy, thời điểm của nó, trạng thái bể tại khoảnh khắc nạp — cùng logic thượng nguồn mà trình tự đặc chạy; sự dịch chuyển trong đánh giá thể tạp trỏ về tuyến biến tính chứ không phải về khử oxy; sự dịch chuyển trong các sunfua trỏ về kiểm soát lưu huỳnh. Và cùng một logic bước thêm một bước, quay về các vật liệu mà quá trình tiêu thụ: nhất quán thành phần lô đến lô của chất khử oxy và xỉ tinh luyện chính là biến thượng nguồn mà phép đo theo dõi — vật liệu khô, thành phần khớp với CoA của lô, kích thước hạt tan ở nơi nó phải tan. Một nguồn cung ổn định đáng giá đúng điều này: khi xu hướng đo của chính nhà máy phẳng, quá trình ổn định và vật liệu không ẩn trong đó. Khuôn thép sạch chỉ đúng bằng mẫu lò đứng sau nó, và mẫu lò chỉ đúng bằng những gì đã đi vào bể.
