Kiểm tra Inox bằng đo trọng lượng riêng: phân biệt 201, 304, 316

Việc đo trọng lượng riêng (tỷ trọng) là một phương pháp nhanh, rẻ và đủ chính xác để sàng lọc chất lượng, nhận diện sơ bộ mác Inox ngay tại xưởng. Trong bối cảnh nhiều nguồn hàng pha trộn hoặc ghi sai mác, phương pháp này là một mắt xích quan trọng trong kiểm định thực địa, bên cạnh thử từ tính, thuốc thử Mo và máy XRF. Bài viết này trình bày nguyên lý, quy trình đo, ngưỡng so sánh cho các mác phổ biến (201, 304, 316, 430), sai số thường gặp và cách diễn giải kết quả.

Trọng lượng riêng (tỷ trọng) của Inox là gì và dùng để làm gì?

– Trọng lượng riêng (thực chất là khối lượng riêng/density, ρ) là khối lượng trên một đơn vị thể tích, đơn vị g/cm³ hoặc kg/m³. Tỷ trọng (SG) là ρ vật/ρ nước cùng nhiệt độ.
– Thành phần hợp kim khác nhau cho ra ρ khác nhau (Ni, Cr, Mo, Mn, C… thay đổi cấu trúc và mật độ nguyên tử), vì vậy có thể dùng ρ để:
– Phân biệt nhanh nhóm thép không gỉ: 200/300 series (austenitic) so với 400 series (ferritic/martensitic).
– Kiểm tra nghi vấn 304 bị thay bằng 201; sàng lọc 430 lẫn vào 304.
– Lưu ý: chênh lệch ρ giữa 304 và 316 rất nhỏ; tỷ trọng chỉ là một chỉ báo, cần kết hợp thêm phép thử khác để kết luận mác chính xác.

Nguyên lý và công thức đo theo Archimedes

Phương pháp cân thủy tĩnh (hydrostatic weighing) dựa trên lực đẩy Archimedes:
– Cân mẫu trong không khí: W_air (g).
– Cân mẫu khi nhúng hoàn toàn trong nước: W_water (g).
– Biết ρ_nước tại nhiệt độ đo (ví dụ 23°C: ρ ≈ 0,9975 g/cm³).
– Khối lượng riêng mẫu: ρ_sample = W_air / (W_air − W_water) × ρ_nước.
– Tỷ trọng (SG) = ρ_sample / ρ_nước. Với nước ~1 g/cm³ ở 4–25°C, có thể coi ρ_sample ≈ SG (sai số rất nhỏ nếu bù nhiệt độ).

Dụng cụ tối thiểu và chuẩn bị mẫu

– Cân điện tử độ phân giải 0,01 g (tốt hơn nếu 0,001 g cho mẫu nhỏ).
– Cốc/bình nước đủ sâu, nhiệt kế; dây treo mẫu bằng sợi mảnh (nilon/đồng mảnh).
– Dung dịch nước sạch; có thể thêm giọt chất hoạt động bề mặt (xà phòng loãng) để giảm bọt khí bám.
– Dụng cụ cắt tạo mẫu (nếu cần). Mẫu nặng 10–100 g là lý tưởng.
– Chuẩn bị bề mặt: tẩy dầu, sơn, rỉ; vát bỏ ba via sắc, khoan thoát khí cho chi tiết rỗng kín (tránh bọt khí mắc kẹt).

Quy trình đo từng bước

Bước 1: Hiệu chuẩn cân và chuẩn bị nước

– Đặt cân nơi phẳng, không gió; chỉnh về 0.
– Đo nhiệt độ nước; tra ρ_nước theo nhiệt độ (ví dụ 20°C: 0,9982; 25°C: 0,9970 g/cm³).

Bước 2: Cân khô (W_air)

– Lau khô mẫu, cân và ghi W_air. Nếu phải dùng dây treo, cân cả dây để sau đó trừ đi.

Bước 3: Cân ướt (W_water)

– Treo mẫu ngập hoàn toàn trong nước, tránh chạm thành/đáy, loại bọt khí bám (khẽ lắc).
– Đợi số đọc ổn định, ghi W_water.

Bước 4: Tính ρ và diễn giải

– Tính ρ_sample = W_air / (W_air − W_water) × ρ_nước.
– So sánh với dải tham chiếu theo mác (xem phần dưới).

Ví dụ tính nhanh

– Ví dụ 1 (nghi 304): W_air = 52,09 g; W_water = 45,53 g; T = 23°C → ρ_nước = 0,9975.
ρ = 52,09 / (52,09 − 45,53) × 0,9975 = 52,09 / 6,56 × 0,9975 ≈ 7,94 g/cm³ → phù hợp 304/301.
– Ví dụ 2 (nghi 430): W_air = 51,00 g; W_water = 44,41 g; ρ ≈ 51,00 / 6,59 × 0,9975 ≈ 7,72 g/cm³ → phù hợp 430/410.

Dải trọng lượng riêng tham chiếu cho các mác Inox phổ biến

– Inox 201/202 (austenitic Mn cao, Ni thấp): khoảng 7,80–7,90 g/cm³.
– Inox 301/304/304L (austenitic Cr-Ni): khoảng 7,90–8,05 g/cm³; 304 danh định ~7,93–8,00.
– Inox 316/316L (austenitic Cr-Ni-Mo): khoảng 7,96–8,05 g/cm³; chênh so 304 rất nhỏ.
– Inox 321/347 (ổn định hóa Ti/Nb): khoảng 7,90–8,00 g/cm³.
– Inox 430 (ferritic): khoảng 7,65–7,75 g/cm³.
– Inox 410/420 (martensitic): khoảng 7,70–7,75 g/cm³.

Gợi ý phân loại nhanh theo ρ đo được:
– < 7,80 g/cm³: nhiều khả năng là 400 series (430/410) hoặc hợp kim rỗng/lẫn tạp. - 7,80–7,90 g/cm³: nghiêng về 201/202. - 7,90–8,03 g/cm³: vùng 301/304/304L; có thể chồng lấn 316L ở biên. - > 8,03 g/cm³: có thể là 316/316L hoặc mác Ni cao (310…); cần thử bổ sung để chắc chắn.

Lưu ý: dải có thể dao động nhẹ do thành phần chính xác, trạng thái luyện (ủ, cán nguội) và nhiệt độ.

Đo bằng thể tích hình học khi không thể cân thủy tĩnh

Với tấm/ống/thanh dài khó nhúng nước, có thể đo ρ = m/V:
– Tấm: V = dài × rộng × dày (đổi ra cm³); cân khối lượng m (g) → ρ = m/V.
– Ống: V = π × (D_ngoài² − D_trong²)/4 × L. Đo chính xác bằng panme-thước cặp.
– Thanh tròn: V = π × D²/4 × L.
– Mẹo giảm sai số: đo nhiều lần, lấy trung bình; ưu tiên chiều dài đủ lớn (≥300 mm) để giảm ảnh hưởng dung sai.

Độ chính xác và các nguồn sai số thường gặp

– Quy mô sai số thực tế: nếu thao tác tốt, có thể đạt ±0,01–0,02 g/cm³. Điều này đủ để phân biệt 430 với 304, và đa số 201 với 304. Không đủ để tách bạch 304 với 316 một cách chắc chắn.
– Nguồn sai số:
– Nhiệt độ nước không bù trừ ρ_nước.
– Bọt khí, dầu mỡ bám, sơn/phủ kẽm, rỗ khí bên trong.
– Cân không ổn định, gió, rung; dây treo nổi làm thay đổi lực đẩy.
– Mẫu rỗng kín giữ khí, hoặc vật liệu tổ ong.
– Cách khắc phục:
– Làm sạch mẫu; khoan lỗ giải phóng khí cho khoang kín.
– Dùng chất hoạt động bề mặt, gõ nhẹ để đuổi bọt.
– Ghi nhiệt độ, tra ρ_nước; che gió cho cân; lập phiếu đo 2–3 lần.

Diễn giải kết quả trong kiểm định thực tế

– Kiểm tra 304 bị tráo 201:
– Nếu ρ ≤ 7,90 g/cm³, nghi 201/202. Kết hợp thử từ tính (austenitic thường không hoặc rất ít hút nam châm), thử Mo nhanh (thuốc thử thiocyanate) để loại trừ 316.
– Sàng lọc 430 lẫn vào hàng 304:
– ρ ~7,7 g/cm³ và hút nam châm mạnh → gần như chắc chắn 430/410. Có thể xác nhận bằng XRF khi cần.
– Phân biệt 304 với 316:
– Chênh ρ quá nhỏ; dùng thuốc thử Mo, XRF hoặc kiểm tra chống ăn mòn môi trường Cl- (316 bền hơn).
– Hàng phế liệu/hỗn hợp:
– Dùng ρ để chia nhóm trước (400 vs 200/300), sau đó dùng nam châm và XRF điểm để định danh.

Khi nào nên dùng máy XRF thay vì tỷ trọng?

– Cần chứng thư mác cụ thể (304 vs 316, 321, 309…).
– Số lượng lô lớn, rủi ro cao, yêu cầu truy xuất nguồn gốc.
– Mô tả bề mặt không đồng nhất, kết cấu hàn/đúc có rỗ, tỷ trọng đo thiếu ổn định.
Giải pháp tối ưu là quy trình hai bước: sàng lọc bằng tỷ trọng và từ tính tại hiện trường; kiểm định mác bằng XRF cho mẫu đại diện.

FAQ nhanh

– Tại sao 304 đôi khi đo vẫn hơi hút nam châm? Do biến cứng/cán nguội tạo pha ferit/martensite; dựa vào ρ và thử Mo để kết luận.
– Có cần bù lực nổi của không khí? Với mẫu vài chục gram, có thể bỏ qua. Với đo chính xác cao, có thể bù theo tiêu chuẩn Archimedes; thực tế xưởng không bắt buộc.
– Có dùng cồn thay nước? Có, nhưng phải biết chính xác ρ chất lỏng và hệ số hiệu chỉnh; nước vẫn là lựa chọn dễ và an toàn nhất.

Nguồn tham khảo tiêu biểu

– Outokumpu Stainless Steel Handbook và datasheet mác thép: dải khối lượng riêng các series 200/300/400. https://www.outokumpu.com
– AZoM/Matmatch/MatWeb: dữ liệu vật liệu cho 201, 304, 316, 430 (density ranges điển hình). https://www.azom.com | https://matmatch.com | https://www.matweb.com
– ISO 3369 và ASTM B311: phương pháp Archimedes đo khối lượng riêng vật liệu kim loại bột/sintered (nguyên lý áp dụng tương tự cho chi tiết đặc). https://www.iso.org | https://www.astm.org
– ASTM D792: đo khối lượng riêng bằng Archimedes (cho polymer, nhưng mô tả thao tác cân thủy tĩnh chuẩn). https://www.astm.org

Kết luận

Đo trọng lượng riêng theo nguyên lý Archimedes là phương pháp kiểm tra nhanh, chi phí thấp và đủ tin cậy để:
– Phân biệt 400 series (ρ ~7,7) với 200/300 series (ρ ~7,9–8,0).
– Sàng lọc nguy cơ tráo 201 cho 304.
Tuy nhiên, 304 và 316 có chênh lệch ρ rất nhỏ; để định danh mác chính xác cần kết hợp thử từ tính, thuốc thử Mo hoặc máy XRF. Thiết lập quy trình đo đúng, bù nhiệt độ nước và kiểm soát sai số sẽ giúp bạn có kết quả ổn định, giảm rủi ro nhận sai hàng.

Cần hỗ trợ xây dựng quy trình kiểm định tại xưởng hoặc kiểm tra lô hàng cụ thể? Liên hệ Inox Cường Thịnh để được tư vấn chi tiết và báo giá tốt nhất. Hotline: 0343.417.281. Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com