Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ gia công cơ nhiệt đến tổ chức và cơ tính của thép song pha được luyện từ sắt xốp.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ TRẦN CÔNG THỨC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CƠ-NHIỆT ĐẾN TỔ CHỨC VÀ CƠ TÍNH CỦA THÉP SONG PHA ĐƯỢC LUYỆN TỪ SẮT XỐP LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ TRẦN CÔNG THỨC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CƠ-NHIỆT ĐẾN TỔ CHỨC VÀ CƠ TÍNH CỦA THÉP SONG PHA ĐƯỢC LUYỆN TỪ SẮT XỐP Chuyên ngành: Mã số: Kỹ thuật cơ khí 9 52 01 03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS Đinh Bá Trụ 2. PGS.TS Nguyễn Trường An HÀ NỘI - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình do tôi nghiên cứu. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được người khác công bố trong bất kỳ công trình khoa học. Tác giả luận án Trần Công Thức ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, trực tiếp và gián tiếp, của các cơ quan quản lý Nhà nước; các GS-TS, các đồng nghiệp, các phòng thí nghiệm, nhân dịp này xin gửi tới: Trước hết, xin tỏ lòng chân thành biết ơn đến Bộ KHCN, đến Dự án KHCN cấp Nhà nước do TCT MIREX chủ trì, đã cho phép tham gia thực hiện Dự án và đảm nhiệm một số nhiệm vụ trong mục nghiên cứu sử dụng sắt xốp luyện thép hợp kim phục vụ kinh tế và quốc phòng. Dự án đã giúp về vật chất và tinh thần trong toàn bộ quá trình thực hiện Luận án. Cám ơn Nhóm nghiên cứu luyện thép hợp kim từ sắt xốp, đã trao nhiệm vụ thực hiện nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng quy trình công nghệ xử lý cơ nhiệt một mác thép DP cụ thể, phục vụ sản xuất quốc phòng, chính là nội dung của Đề tài Luận án. Xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn Ban giám đốc, Phòng sau đại học, Khoa Cơ khí - Học viện Kỹ thuật Quân sự đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành Luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến hai thầy PGS. TS Đinh Bá Trụ và PGS. TS Nguyễn Trường An đã hết lòng truyền đạt, hướng dẫn lý thuyết và thực nghiệm khoa học, giải đáp thắc mắc và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và hoàn thành Luận án. Xin được tỏ lòng biết ơn chân thành đến các Thầy Cô và các nhân viên Phòng thí nghiệm thuộc Bộ môn Gia công áp lực và BM Vật liệu và Công nghệ Vật liệu Học viện Kỹ thuật Quân sự, Viện Công nghệ - TC CNQP, đã giúp đỡ bổ sung kiến thức, thực nghiệm khoa học và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu, học tập và thu thập số liệu để tôi hoàn thành được Luận án. Xin chân thành cảm ơn các Giáo sư trong hội đồng chấm Luận án Tiến sỹ đã cho cho phép tôi được trình bày Luận án và đánh giá bản Luận án của tôi. iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN................................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................. vi DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... xi DANH MỤC HÌNH ĐỒ THỊ ..................................................................................... xii MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 Chương 1- TỔNG QUAN VỀ THÉP AHSS - THÉP DP - SẮT XỐP ..................... 6 1.1. Một số khái niệm ..................................................................................................... 6 1.1.1. Thép kết cấu hợp kim........................................................................................... 6 1.1.2. Thép độ bền cao tiên tiến - AHSS ....................................................................... 7 1.1.3. Thép song pha....................................................................................................... 7 1.2. Đặc điểm thành phần - tổ chức pha - cơ tính thép AHSS.................................... 8 1.2.1. Đặc điểm thành phần và tổ chức của thép AHSS .............................................. 8 1.2.2. Đặc điểm cơ tính của nhóm thép AHSS ............................................................. 9 1.2.3. Đặc điểm sản xuất và ứng dụng thép AHSS .................................................... 14 1.3. Đặc điểm thành phần - tổ chức pha và cơ tính của thép DP............................... 18 1.3.1. Đặc điểm thành phần thép DP ........................................................................... 18 1.3.2. Đặc điểm tổ chức thép DP ................................................................................. 20 1.3.3. Đặc điểm cơ tính thép DP .................................................................................. 22 1.3.4. Đặc điểm công nghệ sản xuất thép DP của thế giới......................................... 27 1.4. Đặc điểm sắt xốp - nguồn nguyên liệu sản xuất thép AHSS.............................. 29 1.5. Kết luận chương 1 ................................................................................................. 31 Chương 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TỔ CHỨC VÀ CƠ TÍNH CỦA THÉP DP ........................................................................................................................................ 33 2.1. Đặc điểm chỉ tiêu bền và dẻo đặc thù của thép DP ............................................. 34 2.2. Nguyên lý cộng pha ứng dụng trong thép DP ..................................................... 34 iv 2.2.1. Cơ sở lý thuyết cộng pha: .................................................................................. 35 2.2.2. Độ bền và độ giãn dài pha F và M quan hệ với hàm lượng cacbon ............... 36 2.2.3. Ảnh hưởng của tỷ phần thể tích F và M ........................................................... 37 2.3. Cơ chế hóa bền do lệch và sự hãm lệch trong thép DP ...................................... 39 2.3.1. Cơ chế hóa bền do lệch ...................................................................................... 39 2.3.2. Các cơ chế hãm lệch trong thép DP .................................................................. 39 2.4. Lý thuyết hóa bền thép DP bằng hạt F và M nhỏ............................................... 42 2.4.1. Cơ sở lý thuyết hóa bền bằng hạt nhỏ thép DP ............................................... 42 2.4.2. Một số giải pháp làm nhỏ hạt trong thép DP .................................................... 44 2.5. Nhiệt động học chuyển biến tổ chức pha F và M................................................ 46 2.5.1. Ảnh hưởng nhiệt độ nung ủ và tỷ phần pha...................................................... 46 2.5.2. Ảnh hưởng của thời gian giữ nhiệt.................................................................... 48 2.5.3. Ảnh hưởng tốc độ nguội .................................................................................... 50 2.6. Kết luận chương 2 ................................................................................................. 50 Chương 3 - THỰC NGHIỆM KHOA HỌC .............................................................. 52 3.1. Lưu đồ thực nghiệm và các thiết bị thí nghiệm ................................................... 52 3.2. Thực nghiệm xác định thuộc tính nhiệt động ...................................................... 53 3.2.1. Thành phần thép nghiên cứu ............................................................................. 53 3.2.2. Thuộc tính nhiệt động của mác thép DP nghiên cứu ....................................... 54 3.2.3. Xác định tổ chức pha của thép bằng kính hiển vi quang học .......................... 56 3.2.4. Xác định các mức biến đổi của thông số thực nghiệm xử lý nhiệt ................. 57 3.3. Xác định các đặc trưng cơ tính của thép .............................................................. 58 3.4. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm .............................................................. 59 3.4.1. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm .............................................................. 59 3.4.2. Xử lý số liệu bằng phần mềm STATISICA ..................................................... 64 3.4.3. Thí nghiệm kiểm chứng ..................................................................................... 65 3.5. Kết luận chương 3 ................................................................................................. 66 v Chương 4 - NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ CƠ NHIỆT ĐẾN TỔ CHỨC VÀ CƠ TÍNH THÉP DP.................................................. 68 4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến tổ chức của thép DP .............. 68 4.1.1. Tổ chức tế vi của mác thép trong các trạng thái nhiệt luyện ........................... 68 4.1.2. Quan hệ thông số công nghệ với độ lớn hạt ferit ............................................. 70 4.1.3. Quan hệ thông số công nghệ với độ lớn hạt mactenxit.................................... 73 4.1.4. Quan hệ của thông số công nghệ đến tỷ phần pha mactenxit.......................... 75 4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến các chỉ tiêu bền ...................... 77 4.2.1. Quan hệ thông số công nghệ với giới hạn bền ................................................. 77 4.2.2. Quan hệ thông số công nghệ với giới hạn chảy ............................................... 80 4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ đến các chỉ tiêu dẻo ............... 83 4.3.1. Quan hệ giữa hệ số hóa bền (Rm/Re) với các thông số công nghệ .................. 83 4.3.2. Quan hệ thông số công nghệ với độ giãn dài.................................................... 86 4.3.3. Quan hệ thông số công nghệ với độ thắt tỷ đối ................................................ 88 4.3.4. Quan hệ thông số công nghệ với chỉ số hấp thụ năng lượng........................... 90 4.3.5. Quan hệ thông số công nghệ với hệ số biến cứng............................................ 92 4.4. Nghiên cứu xác lập bộ thông số công nghệ tối ưu .............................................. 93 4.5. Kết luận chương 4 ................................................................................................. 97 KẾT LUẬN CHUNG .................................................................................................. 99 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ....................................................... 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 102 PHỤ LỤC.................................................................................................................... 114 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. Danh mục các ký hiệu Ý nghĩa Ký hiệu A Độ giãn dài tương đối (%) Ac1 Nhiệt độ bắt đầu chuyển biến peclit thành ôstenit khi nung thép Ac3 Nhiệt độ kết thúc chuyển biến peclit thành ôstenit khi nung Ar1 Nhiệt độ kết thúc chuyển biến ôstenit thành peclit khi làm nguội Ar3 Nhiệt độ bắt đầu chuyển pha ferit từ ôstenit khi làm nguội b Vec tơ Burgers b0, bj, bjr, Các hệ số hàm hồi quy bjrk, bjj B, k Hằng số phụ thuộc bản chất vật liệu CM Hàm lượng cacbon trong mactenxit (%) d Kích thước hạt trung bình (m) dF Độ lớn hạt ferit (m) dM Độ lớn hạt mactenxit (m) G Mô đun trượt K Hệ số độ bền n Hệ số biến cứng N Số lượng mẫu thí nghiệm r Hệ số biến dạng dẻo dị hướng R0,2 Giới hạn chảy quy ước (MPa) Re Giới hạn chảy (MPa) Rm Giới hạn bền kéo (MPa) r, Bán kính mầm mactenxit dạng đĩa T Nhiệt độ nung trong vùng tới hạn hai pha (0C) vii T, T Tkt Giá trị nhiệt độ lý thuyết cần thiết để chuyển biến trượt mạng từ ôstenit thành mactenxit Giá trị nhiệt độ lý thuyết tại đó năng lượng tự do của ôstenit và mactenxit bằng nhau (0C) Nhiệt độ kết thúc rèn (0C) TG-D Nhiệt độ chuyển biến giòn dẻo (0C) Tnc Nhiệt độ nóng chảy (0C)  Thời gian giữ nhiệt vùng hai pha (phút) X1 Biến mã hóa của biến thực nhiệt độ nung vùng hai pha X2 Biến mã hóa của biến thực thời gian giữ nhiệt vùng hai pha X3 Biến mã hóa của biến thực tốc độ nguội Y Ký hiệu hàm hồi quy chung y Tỷ số rèn Yi Ký hiệu hàm hồi quy tại điểm thí nghiệm i u Độ giãn dài đồng đều (%) 1, 2,.., n Giới hạn bền của các pha 1, 2, …,n tương ứng (MPa) y Giới hạn chảy thực (MPa) t Giới hạn bền thực (MPa)  Ứng suất kéo 0 Ứng suất chảy của vật liệu đa tinh thể khi không có tương tác lệch σ(ε) σdef (ε) n i và ky Giới hạn chảy thực (MPa) Giới hạn chảy của thành phần công biến cứng Thành phần ứng suất pháp Các hằng số phụ thuộc từng vật liệu cụ thể viii σi0 Ứng suất ma sát m, f Giới hạn bền của pha M và Ferit; (MPa) Vα, VF Tỷ phần pha ferit (%) VM Tỷ phần pha mactenxit (%) Vγ Tỷ phần pha ôstenit (%) vn Tốc độ nguội tới hạn (0C/s) Z Độ thắt tỷ đối (%)  Pha ferit, hằng số hóa bền do lệch ’, , b Các pha mactenxit, ôstenit, bainit  Mức độ biến dạng (%) n Biến dạng theo phương tiếp tuyến (%) T Biến dạng thực (%) F Biến dạng của pha ferit m Biến dạng của pha mactenxit  Cacbit hoặc xementit  Mật độ lệch 0 Mật độ lệch ban đầu i Z d Sai số tuyệt đối hoặc phần dư giữa giá trị lý thuyết của hàm hồi quy và giá trị thực nghiệm tại điểm thí nghiệm I (I = yi - Yi) Hiệu số giữa giá trị cận trên và cận dưới của biến thực khi khảo sát trong quy hoạch thực nghiệm Lượng tăng độ bền gây ra do mật độ lệch ix 2. Danh mục chữ viết tắt Chữ viết Nguồn gốc tắt AHSS Advanced High Strength Steel B Dịch nghĩa Thép độ bền cao tiên tiến Bainite Bainit BH Bake Hardening Biến cứng nung CP Complex Phase Steel Thép đa pha CG Coarse grain Kích thước hạt bình thường DP Dual Phase Steel Thép song pha DRI Direct Reduction Iron HSLA Sắt hoàn nguyên trực tiếp trạng thái rắn High Strength Low Alloy Steel Thép hợp kim thấp độ bền cao HSS High Strength Steel Thép độ bền cao IF Interstitial Free Steel Thép không có nguyên tử xen kẽ KHCN SI Khoa học công nghệ Sponge Iron Sắt xốp Transformation Induced Plasticity Twinning Induced Plasticity Dẻo nhờ chuyển biến hay chuyển biến do dẻo dẻo do song tinh LCP Law mixture phase Luật cộng pha MS Martensitic Steel Thép Mactenxit M Martensite Mactenxit Mild Mild Steel Thép cacbon thấp TRIP TWIP NTHK Ô PSE Nguyên tố hợp kim Austenite Ôstenit Product of Strength and Elongation Tích số giới hạn bền và độ giãn dài tương đối Quy hoạch thực nghiệm Ferrite Ferit QHTN F x FG Fine grain Kích thước hạt nhỏ mịn FLD Forming Limit Diagram Biến dạng tới hạn TSCN VOD UFG Thông số công nghệ Vacuum Oxygen Khử cacbon bằng thổi ôxy trong Decarburization chân không Ultrafine graine Kích thước hạt siêu mịn xi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Bảng phân loại thành phần và tổ chức các thép AHSS theo ASTM 1079-13, EN10338 ............................................................................................ 8 Bảng 1.2: Thuộc tính cơ học của một số mác thép AHSS .............................. 12 Bảng 1.3: Thành phần hóa học một số loại thép song pha điển hình. ............ 20 Bảng 1.4: Thành phần hóa học, tỷ phần mactenxit, hàm lượng %C .............. 22 Bảng 1.5: Tính chất cơ học của thép DP ......................................................... 24 Bảng 1.6: Thành phần hóa học của sắt xốp các nước ..................................... 29 Bảng 1.7: Thành phần hóa học một số loại sắt xốp do Việt Nam sản xuất .... 30 Bảng 2.1: Độ bền các pha F và M thành phần trong thép DP ........................ 36 Bảng 2.2: Đặc điểm tốc độ làm nguội của một số môi chất tôi ...................... 50 Bảng 3.1: Thành phần hóa học mác thép sau khi nấu và tinh luyện ............... 54 Bảng 3.2: Các nhiệt độ tới hạn ........................................................................ 54 Bảng 3.3: Kết quả thử nghiệm tốc độ nguội của các môi trường ................... 56 Bảng 3.4: Bảng ma trận thực nghiệm.............................................................. 60 Bảng 3.5: Bảng kết quả thực nghiệm .............................................................. 60 Bảng 3.6: Bảng giá trị, độ tin cậy của các đặc trưng cơ tính thép ................. 61 Bảng 3.7: Tổng hợp giá trị tối ưu của các hàm hồi quy .................................. 64 Bảng 3.8: Kết quả thực nghiệm kiểm chứng................................................... 66 Bảng 4.1: So sánh một số chỉ tiêu cơ tính của thép nghiên cứu ..................... 77 Bảng 4.2: Bộ thông số công nghệ cho các chỉ tiêu tối ưu............................... 94 Bảng 4.3: Bộ thông số công nghệ tối ưu về độ bền - độ dẻo .......................... 95 xii DANH MỤC HÌNH ĐỒ THỊ Hình 1.1: Phân loại thép theo quan hệ độ bền và tính dẻo ............................... 6 Hình 1.2: Đặc điểm tổ chức mác thép AHSS ................................................... 9 Hình 1.3: Ba thế hệ thép AHSS ...................................................................... 10 Hình 1.4: Hệ số biến cứng n phụ thuộc biến dạng của thép DP ..................... 13 Hình 1.5: So sánh các chỉ tiêu cơ học của nhóm thép CP, DP và TRIP ......... 13 Hình 1.6: Sơ đồ sản xuất thép theo công nghệ truyền thống và tiên tiến ....... 15 Hình 1.7: Công nghệ hoàn nguyên trực tiếp MIDREX .................................. 15 Hình 1.8: Sơ đồ công nghệ xử lý nhiệt thép HSLA, DP, CP, TRIP ............... 16 Hình 1.9: Tốc độ phát triển ứng dụng thép AHSS trong sản xuất ô tô ........... 17 Hình 1.10: Biểu đồ thay đổi tỷ phần thép AHSS trong sản xuât ô tô ............. 17 Hình 1.11: Các chi tiết chế tạo bằng thép DP và thép HSLA trong ô tô ........ 17 Hình 1.12: Ảnh hưởng của các NTHH tới độ bền của thép DP ..................... 19 Hình 1.13: Tổ chức của thép DP - F và M ...................................................... 21 Hình 1.14: Giản đồ pha thép DP ..................................................................... 21 Hình 1.15: Tổ chức SEM của thép DP hạt siêu mịn ....................................... 22 Hình 1.16: Biểu đồ ứng suất - biến dạng quy ước(a) ứng suất - biến dạng thực (b) của thép DP và HSLA ............................................................................... 23 Hình 1.17: Biểu đồ ứng suất - biến dạng quy ước của thép DP600................ 23 Hình 1.18: Quan hệ hàm lượng Mn với tính dị hướng (a) và sự hình thành dải tạp chất Mn (b) ................................................................................................ 24 Hình 1.19: Biểu đồ mỏi các một số thép DP ................................................... 25 Hình 1.20: Biểu đồ biến dạng tới hạn FLD của thép DP600 .......................... 25 Hình 1.21: Biểu đồ biến dạng tới hạn cho một số thép DP cán nguội ............ 26 Hình 1.22: So sánh khả năng dập vuốt sâu của thép DC06 và AHSS ........... 26 xiii Hình 1.23: Sơ đồ sản xuất thép song pha công nghệ một giai đoạn (a) và công nghệ hai giai đoạn (b) ...................................................................................... 28 Hình 2.1: Sơ đồ quan hệ giữa thành phần hóa học - tổ chức pha - cơ tính và thông số công nghệ cơ nhiệt............................................................................ 33 Hình 2.2: Nguyên lý cộng pha ........................................................................ 35 Hình 2.3: Đường cong biến dạng thép song pha theo lý thuyết cộng pha ...... 35 Hình 2.4: Quan hệ hàm lượng %C và tỷ phần M .......................................... 36 Hình 2.5: Quan hệ giới hạn bền - giới hạn chảy (a) và độ giãn dài (b) với hàm lượng %C trong M .......................................................................................... 37 Hình 2.6: Biểu đồ quan hệ giới hạn bền, giới hạn chảy (a) và độ giãn dài (b) với tỷ phần mactenxit của thép DP........................................................................ 37 Hình 2.7: Quan hệ độ giãn dài đồng đều của F và M với tỷ phần M ............. 38 Hình 2.8: Quan hệ tỷ phần F với độ bền(a) và hệ số biến cứng n(b) của thép DP ... 38 Hình 2.9: Sơ đồ về sự hoạt động của nguồn F-R(a), 5 giai đoạn dịch chuyển của lệch (b)............................................................................................................. 39 Hình 2.10: Quan hệ giới hạn bền và các yếu tố tăng bền thép DP ................. 40 Hình 2.11: Ba cơ chế hóa bền chính của thép DP........................................... 41 Hình 2.12: Tác dụng hóa bền của NTHK lên ứng suất chảy của ferit ............ 41 Hình 2.13: Chuyển biến tạo pha rắn ............................................................... 42 Hình 2.14: Quan hệ độ bền và độ lớn hạt F trong biểu thức Hall-Petch ........ 43 Hình 2.15: Quan hệ ứng suất-biến dạng với các kích thước hạt ..................... 43 Hình 2.16: Các dạng chuyển động của lệch trong một hạt và truyền sang..... 44 Hình 2.17: Quan hệ các chỉ tiêu cơ tính với độ lớn hạt F ............................... 44 Hình 2.18: Quan hệ cỡ hạt F với hàm lượng các nguyên tố vi lượng và C .... 45 Hình 2.19: Sơ đồ mô tả làm nhỏ hạt Ô bằng xử lý nhiệt chu kỳ .................... 46 Hình 2.20: Giản đồ quan hệ nhiệt độ nung và tỷ phần pha của thép DP.............. 47 Hình 2.21: Quan hệ tỷ phần pha với nhiệt độ nung vùng 2 pha ..................... 47 xiv Hình 2.22: Tỷ lệ ôstenit của 4 thép khác nhau phụ thuộc nhiệt độ................. 47 Hình 2.23: Quá trình hòa tan (a) và đồng đều ôstenit (b) quan hệ nhiệt độ và thời gian của thép ............................................................................................ 48 Hình 2.24: Quan hệ tỷ phần F với thời gian giữ nhiệt trong điều kiện biến dạng trước khác nhau (a), nhiệt độ nung khác nhau (b) .......................................... 48 Hình 2.25: Động học ôstenit hóa đẳng nhiệt................................................... 49 Hình 2.26: Quan hệ giữa tỷ phần Ô với thời gian giữ nhiệt ........................... 49 Hình 2.27: Quan hệ tỷ phần mactenxit với thời gian và nhiệt độ ................... 49 Hình 3.1: Lưu đồ thực nghiệm ........................................................................ 52 Hình 3.2: Giản đồ pha (Thermo - Calc) .......................................................... 55 Hình 3.3: Giản đồ CCT(a) và biểu đồ tỷ phần các pha với nhiệt độ (b) ......... 55 Hình 3.4: Biểu đồ giãn nở nhiệt mẫu thép nghiên cứu ................................... 55 Hình 3.5: Kính hiển vi quang học AXIO-A2M .............................................. 56 Hình 3.6: Tổ chức tế vi: a - sau đúc, b - sau rèn .................................................. 56 Hình 3.7: Tổ chức tế vi của thép DP nghiên cứu sau xử lý nhiệt ................... 57 Hình 3.8: Tổ chức thép DP và xác định tỷ phần F+M bằng ImageJ .............. 57 Hình 3.9: Sơ đồ chu trình xử lý nhiệt thực nghiệm ....................................... 58 Hình 3.10: Minh họa biểu đồ tìm bộ thông số công nghệ tối ưu .................... 65 Hình 4.1: Tổ chức tế vi mẫu D-1 .................................................................... 69 Hình 4.2: Tổ chức tế vi mẫu D-4 .................................................................... 69 Hình 4.3: Tổ chức tế vi mẫu D-7 .................................................................... 69 Hình 4.4: Tổ chức tế vi mẫu D-3 .................................................................... 69 Hình 4.5: Tổ chức tế vi mẫu D-6 .................................................................... 69 Hình 4.6: Tổ chức tế vi mẫu D-9 .................................................................... 69 Hình 4.7: Tổ chức tế vi mẫu N-2 .................................................................... 69 Hình 4.8: Tổ chức tế vi mẫu N-5 .................................................................... 69 Hình 4.9: Tổ chức tế vi mẫu N-8 .................................................................... 69 xv Hình 4.10: Tổ chức tế vi mẫu N-3 .................................................................. 70 Hình 4.11: Tổ chức tế vi mẫu N-6 .................................................................. 70 Hình 4.12: Tổ chức tế vi mẫu N-9 .................................................................. 70 Hình 4.13: Tổ chức tế vi mẫu M-1.................................................................. 70 Hình 4.14: Tổ chức tế vi mẫu M-4.................................................................. 70 Hình 4.15: Tổ chức tế vi mẫu M-7.................................................................. 70 Hình 4.16: Tổ chức tế vi mẫu M-3.................................................................. 70 Hình 4.17: Tổ chức tế vi mẫu M-6.................................................................. 70 Hình 4.18: Tổ chức tế vi mẫu M-9.................................................................. 70 Hình 4.19: Biểu đồ 3D quan hệ cặp đôi 3 TSCN với độ lớn hạt F ................. 71 Hình 4.20: Ảnh hưởng của TSCN đến độ lớn hạt ferit ................................... 72 Hình 4.21: Biểu đồ 3D quan hệ cặp đôi 3 TSCN với độ lớn hạt mactenxit ... 73 Hình 4.22: Ảnh hưởng của TSCN đến độ lớn hạt mactenxit .......................... 74 Hình 4.23: Biểu đồ 3D quan hệ 3 TSCN với tỷ phần pha M ........................... 75 Hình 4.24: Ảnh hưởng của TSCN đến tỷ phần mactenxit .............................. 76 Hình 4.25: Biểu đồ 3D quan hệ 3 TSCN với giới hạn bền ............................. 78 Hình 4.26: Quan hệ độ bền với tỷ phần và độ lớn hạt mactenxit(a), ferit(b) . 78 Hình 4.27: Ảnh hưởng của TSCN đến giới hạn bền ....................................... 79 Hình 4.28: Biểu đồ 3D quan hệ 3 TSCN với giới hạn chảy ........................... 80 Hình 4.29: Quan hệ giới hạn chảy với đặc trung tổ chức ............................... 81 Hình 4.30: Ảnh hưởng của TSCN đến giới hạn chảy ..................................... 82 Hình 4.31: Biểu đồ 3D quan hệ 3 TSCN với hệ số hóa bền ........................... 83 Hình 4.32: Quan hệ Rm/Re với đặc trung tổ chức ........................................... 84 Hình 4.33: Ảnh hưởng của TSCN đến hệ số hóa bền ..................................... 85 Hình 4.34: Ảnh đồ quan hệ độ giãn dài tương đối với đặc trưng tổ chức ...... 86 Hình 4.35: Ảnh hưởng của TSCN đến độ giãn dài ......................................... 87 Hình 4.36: Biểu đồ 3D quan hệ 3 TSCN với độ thắt tỷ đối ............................ 88 xvi Hình 4.37: Ảnh đồ quan hệ độ thắt tỷ đối với đặc trưng tổ chức ................... 88 Hình 4.38: Ảnh hưởng của TSCN đến độ thắt tỷ đối Z .................................. 89 Hình 4.39: Biểu đồ 3D quan hệ 3 TSCN với chỉ số hấp thụ năng lượng ....... 90 Hình 4.40: Quan hệ chỉ số hấp thụ năng lượng với đặc trưng tổ chức ........... 90 Hình 4.41: Ảnh hưởng của TSCN đến chỉ số hấp thụ năng lượng ................. 91 Hình 4. 42: Biểu đồ 3D quan hệ 3 TSCN với hệ số biến cứng n .................... 92 Hình 4.43: Quan hệ hệ số biến cứng n với đặc trưng tổ chức ........................ 92 Hình 4.44: Ảnh hưởng của TSCN đến hệ số biến cứng n .............................. 93 Hình 4.45: Quan hệ giới hạn bền và độ giãn dài tương đối thép song pha sau xử lý cơ nhiệt ........................................................................................................ 95 Hình 4.46: Quan hệ giới hạn bền - độ giãn dài thép DP nghiệm chứng ......... 96 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Cùng với cuộc cách mạng công nghệ 4.0, ngành thép thế giới đã có sự đổi mới cơ bản sang giai đoạn sản xuất thép có độ bền cao hơn - tính dẻo tốt hơn - giá thành sản phẩm hạ và công nghệ sản xuất thân thiện môi trường. Từ cuối thế kỷ 20, một loạt thành tựu KHCN về luyện kim đã được áp dụng từ đó đã đưa sản lượng thép thế giới đạt trên 1,5 tỷ tấn, trong đó có trên 70 triệu tấn thép được luyện từ công nghệ hoàn nguyên trực tiếp. Công nghệ hoàn nguyên trực tiếp ra đời đang dần thay thế công nghệ gang lò cao truyền thống, không sử dụng than cốc, bỏ các giai đoạn thiêu kết quặng sắt và cốc hóa than mỡ, sản phẩm được gọi là sắt (gang) hoàn nguyên trực tiếp DRI, sản phẩm hoàn nguyên trạng thái rắn được gọi là sắt xốp. Đặc điểm sắt xốp có độ sạch tạp chất cao, hàm lượng %C, %P, %S thấp, nhờ đó, khi làm nguyên liệu luyện thép hợp kim ít tốn năng lượng để khử cacbon và tạp chất phi kim, tạo điều kiện hợp kim hóa và các hiệu ứng tăng bền. Từ nhóm thép CMnSi, được đổi mới, bằng khống chế thành phần hóa học, sử dụng công nghệ cơ nhiệt để thép có tổ chức hạt siêu mịn và tạo thành các pha có tỷ phần nhất định, từ đó ra đời thép độ bền cao tiên tiến AHSS với các phân nhóm thép DP, TRIP, CP. Do tổ chức thép có tính đặc thù thép AHSS có độ bền cao hơn, tính dẻo tốt hơn, nhất là sự phối hợp hài hòa giữa độ bền cao và tính dẻo tốt, rất thuận lợi cho công nghệ sản xuất tạo hình và nâng cao tính năng sử dụng. Thép AHSS được dùng để sản xuất hàng loạt các phôi thép dạng tấm, các thanh dầm có tiết diện I, U, T, thay thế thép HSLA. Hiện nay, Việt Nam đang bắt đầu mở ra giai đoạn luyện gang phi cốc thay cho công nghệ luyện gang truyền thống. Đã có hai nhà máy sản xuất sắt xốp theo công nghệ hoàn nguyên trực tiếp quặng sắt thể rắn của MIREX và MATEXIM, sắt xốp phù hợp làm nguyên liệu cho luyện thép hợp kim chất lượng cao. 2 Dự án KHCN cấp Nhà nước 2014-2017, do Công ty MIREX chủ trì, với nhiệm vụ: Hoàn thiện công nghệ sản xuất sắt xốp và sản xuất thử nghiệm thép hợp kim từ sắt xốp phục vụ kinh tế và quốc phòng, đã sản xuất được sắt xốp rắn với tổng sắt đạt 94  96% và luyện được hàng chục mác thép hợp kim các loại, với sản lượng hàng trăm tấn, như mác thép hợp kim 38CrNi3MoVA, 30CrMnSi, thép dập vuốt sâu S10C,... Từ nhu cầu sản xuất phôi thép DP dập vỏ động cơ đạn phản lực R122, thay thế nhập ngoại, nhận thấy cần có các nghiên cứu cơ bản về cơ sở lý thuyết và công nghệ tạo phôi thép từ nhóm AHSS theo hướng vừa có độ bền cao vừa có tính dẻo tốt đáp ứng các chỉ tiêu cơ học và áp dụng công nghệ đưa sản phẩm vào phục vụ sản xuất quốc phòng. Chính vì vậy, hướng nghiên cứu sản xuất thép AHSS nói chung và đề tài cụ thể nghiên cứu lĩnh vực công nghệ chuyên biệt về ảnh hưởng của thông số công nghệ gia công cơ - nhiệt đến tổ chức và cơ tính của thép song pha được luyện từ sắt xốp là việc cần thiết, mở ra một hướng phát triển mới trong lĩnh vực ứng dụng công nghệ mới tại Việt Nam. 2. Mục tiêu của luận án Sau quá trình nghiên cứu Luận án đã đạt được mục tiêu là: Đã xác lập các quy luật về mối quan hệ giữa 3 thông số công nghệ xử lý nhiệt (nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt và tốc độ nguội) với tổ chức và cơ tính phôi thép song pha; tổ chức tế vi đã đáp ứng đúng là tổ chức 2 pha F và M, có độ lớn hạt cấp siêu mịn, tỷ phần pha nằm trong giới hạn chung của thép DP và chỉ tiêu cơ tính vừa có độ bền cao và tính dẻo tốt, tương đương mác thép DP500/800 theo tiêu chuẩn ASTM, các quy luật quan hệ được thiết lập có thể làm nền tảng để xây dựng các quy trình công nghệ sản xuất tại nhà máy. 3. Tính khoa học - tính thực tiễn - tính mới của luận án - Tính khoa học a. Luận án đã dựa trên các lý thuyết cơ bản về hóa bền do chuyển biến pha, luật cộng pha và lý thuyết độ bền - độ dẻo của thép, đã tiến hành thực