Tài liệu Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngoài lò

Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 1 MUÏC LUÏC LÔÙI MÔÛ ÑAÀU trang 02 Chöông 1. TOÅNG QUAN VEÀ THEÙP KHOÂNG RÆ, THEÙP ÑUÙC BEÀN NHIEÄT VAØ COÂNG NGHEÄ TINH LUYEÄN THEÙP HÔÏP KIM NGOØAI LOØ 1.1 AÛNH HÖÔÛNG CUÛA CAÙC NGUYEÂN TOÁ HÔÏP KIM 1.1.1 AÛnh höôûng nguyeân toá Si 1.1.2 AÛnh höôûng nguyeân toá Mn 1.1.3 AÛnh höôûng nguyeân toá Ni 1.1.4 AÛnh höôûng nguyeân toá Cr 1.1.5 AÛnh höôûng nguyeân toá Mo 1.2 TOÅNG QUAN VEÀ THEÙP KHOÂNG GÆ 1.3 TOÅNG QUAN VEÀ THEÙP BEÀN NHIEÄT 1.4 TOÅNG QUAN VEÀ COÂNG NGHEÄ TINH LUYEÄN THEÙP HÔÏP KIM NGOØAI LOØ 03 06 14 17 Chöông 2. NOÄI DUNG VAØ PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU 2.1 NOÄI DUNG NGHIEÂN CÖÙU 2.2 PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU 28 29 Chöông 3 KEÁT QUAÛ ÑAÏT ÑÖÔÏC 3.1 COÂNG NGHEÄ ÑUÙC 3.2 COÂNG NGHEÄ NAÁU LUYEÄN. 3.3 KEÁT QUAÛ ÑAÏT ÑÖÔÏC. 30 30 34 Chöông 4 SÖÛ DUÏNG THÖÛ NGHIEÄM 35 Chöông 5 KEÁT LUAÄN VAØ KIEÁN NGHÒ 5.1 KEÁT LUAÄN 5.2 KIEÁN NGHÒ 36 PHUÏ LUÏC VAØ TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 6.1 Phuï luïc 1: Coâng ngheä ñuùc caùc chi tieát 6.2 Phuï luïc 2: Caùc quy trình coâng ngheä 6.3 Phuï luïc 3: Caùc saûn phaåm ñuùc ñaõ thöïc hieän. 6.4 Phuï luïc 4: Keát quaû kieåm tra cô tính vaø toå chöùc kim loïai 6.5 Phuï luïc 5: Baûng tính giaù thaønh cheá taïo 6.6 Phuï luïc 6: Nhận xét cuûa khaùch haøng söû duïng 6.7 Taøi lieäu tham khaûo Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 2 LỜI MỞ ĐẦU Cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa khoa hoïc coâng ngheä, theùp khoâng gæ vaø theùp hôïp kim beàn nhieät ñaõ trôû thaønh vaät lieäu cuûa töông lai, do ñaùp öùng ñöôïc caùc yeâu caàu ngaøy caøng khaét khe cuûa caùc ngaønh kyõ thuaät neân noù ñöôïc söû duïng roäng raõi trong ñôøi soáng haøng ngaøy vaø trong nhiều lónh vöïc kyõ thuaät. Tuy nhieân, theùp khoâng gæ vaø theùp hôïp kim beàn nhieän laø loïai theùp coù thaønh phaàn hôïp kim (Cr, Ni) cao neân quaù trình saûn xuaát phaûi thöïc hieän theo moät quy trình coâng ngheä phöùc taïp. Hieän nay theùp khoâng gæ vaø theùp hôïp kim beàn nhieät ñöôïc söû duïng taïi Vieät nam chuû yeáu laø nhaäp ngoïai daïng thanh, taám, oáng vôùi giaù thaønh cao. Daïng caùc chi tieát maùy thì phaûi ñaët haøng ôû nöôùc ngoaøi vôùi giaù thaønh raát cao vaø luoân bò phuï thuoäc. Laø moät thaønh vieân cuûa ngaønh luyeän kim Vieät Nam, coâng ty Coå phaàn cô khí Luyeän Kim chuùng toâi ñaõ traên trôû raát nhieàu tröôùc vaán ñeà treân.Caùc ñeà taøi: Cheá taïo cuïm van cuûa tröôïc cuûa thuøng roùt theùp, Cheá taïo truïc caùn gang hai lôùp baèng phöông phaùp ly taâm, cheá taïo theùp khuoân maãu… ñaõ ñöôïc chuùng toâi thöïc hieän trong những naêm qua. Tinh luyeän theùp hôïp kim ngoøai loø ñeå ñuùc theùp khoâng gæ, theùp hôïp kim beàn nhieät laø taâm huyeát cuûa chuùng toâi vôùi mong muoán khaéc phuïc moät phaàn vaán vaán ñeà treân vaø goùp naâng cao chaát löôïng theùp ñuùc Vieät Nam treân con ñöôøng coâng nghieäp hoùa, hieän ñaïi hoùa ñaát nöôùc. Chuùng toâi xin chaân thaønh caùm ôn Vuï Khoa hoïc Coâng ngheä- Boä Coâng Thöông, Coâng ty Toân Phöông Nam, Coâng Ty Theùp Bieân Hoøa, Coâng ty Capital (Anh quốc) ñaõ taïo ñieàu kieän giuùp ñôõ chuùng toâi hoøan thaønh ñeà taøi naøy. Do haïn cheá veà thôøi gian, trang thieát bò coâng ngheä vaø trình ñoä coâng ngheä, chaéc chaén ñeà taøi cuûa chuùng toâi seõ coøn moät soá toàn taïi nhaát ñònh, raát mong nhaän ñöôïc söï ñoùng goùp quyù baùu cuûa caùc caáp, caùc caùch ngaønh, ñaëc bieät laø caùc nhaø chuyeân moân. Xin traân troïng caùm ôn CHUÛ NHIEÄM ÑEÀ TAØI Phaïm Maïnh Cöôøng Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 3 Chöông 1 TOÅNG QUAN VEÀ THEÙP KHOÂNG RÆ, THEÙP ÑUÙC BEÀN NHIEÄT VAØ COÂNG NGHEÄ TINH LUYEÄN THEÙP HÔÏP KIM NGOØAI LOØ I. AÛNH HÖÔÛNG CUÛA CAÙC NGUYEÂN TOÁ HÔÏP KIM 1.1AÛnh höôûng nguyeân toá Si Silic laø nguyeân toá môû roäng vuøng α vaø khoâng taïo ra caùcbit. Silic laøm taêng tính thaám toâi cuûa theùp, nhöng chæ ôû möùc ñoä trung bình ( Heä soá thaám toâi cuûa Mangan laø 4, coøn cuûa silic laø 1,7 ). Ngoaøi ra, silic coøn coù taùc duïng laøm taêng tính oån ñònh ram, nhöng khoâng laøm taêng tính doøn ram cuûa theùp. Silic coøn coù khaû naêng choáng oxy hoaù ôû nhieät ñoä cao vaø taêng ñoä beàn raõo. Tuy nhieân, khi taêng haøm löôïng silic trong theùp seõ laøm dòch chuyeån ñöôøng cong chöõ “C” chuyeån bieán ñaúng nhieät austenit cuûa hôïp kim sang beân traùi, thuùc ñaåy quaù trình tieát caùcbit thöù caáp, taïo peclit laøm giaûm ñoä cöùng vaø tính chòu maøi moøn. Trong vuøng chuyeån bieán mactensit thì silic laïi laøm taêng nhieät ñoä Ms laøm cho chuyeån bieán mactensit xaåy ra trieät ñeå hôn. 1.2 AÛnh höôûng nguyeân toá Mn Mangan coù caáu truùc tinh theå laäp phöông vôùi thoâng soá maïng 9,894 A° . Do coù thoâng soá maïng tinh theå lôùn hôn nhieàu so vôùi saét neân khi hôïp kim hoaù mangan vaøo saét seõ laøm taêng thoâng soá maïng tinh theå cuûa hôïp kim. Tyû troïng cuûa mangan nhoû hôn cuûa saét neân khi taêng haøm löôïng mangan trong saét seõ laøm giaûm tyû troïng cuûa hôïp kim ( ví duï, khi Mn = 5% thì tyû troïng cuûa hôïp kim seõ giaûm töø 7,88 xuoáng 7,83 kg/dm3 ). Nhieät ñoä noùng chaûy cuûa mangan laø 1247°C. Mangan laø nguyeân toá hôïp kim môû roäng vuøng γ . Ñoái vôùi caùcbon, mangan cuõng taïo thaønh caùcbit daïng ( Fe,Mn )3 C vôùi tính chaát gaàn gioáng nhö xeâmentit. Khaùc vôùi caùc caùcbit croâm, caùcbit mangan deã hoaø tan vaøo dung dòch raén nhö xeâmentit vaø cuõng deã tieát ra töø dung dòch raén khi ram. Mangan laøm taêng maïnh ñoä cöùng vaø ñoä beàn cuûa ferit . Mangan cuõng laøm taêng maïnh ñoä cöùng cuûa austenit nhö croâm. Ñoái vôùi hôïp kim Fe-Cr-Mn thì khi taêng haøm löôïng mangan seõ laøm chaäm chuyeån bieán γ → α khi laøm nguoäi). Coøn khi hôïp kim chöùa 1%C thì caùc ñieåm tôùi haïn khi laøm nguoäi coøn giaûm maïnh hôn. Do ñoù khi nung ñeå toâi hôïp kim chöùa caùcbon cao thì caùcbit Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 4 mangan deã hoaø tan vaøo austenit vaø ñoä baõo hoaø mangan trong dung dòch raén taêng leân. Ví duï khi nung theùp chöùa 1%C ñeán 830°C thì coù tôùi 80% mangan hoaø tan trong dung dòch raén. Vì theá söï phaân huyû austenit khi laøm nguoäi theùp Fe-Cr-C chöùa 1%Mn xaåy ra raát chaäm. Toác ñoä laøm nguoäi khi toâi nhoû tính thaám toâi cao. Ñieàu naøy cho pheùp toâi trong moâi tröôøng yeáu ( nhö daàu ). Mangan laøm giaûm nhieät ñoä baét ñaàu chuyeån bieán mactensit Ms neân trong theùp toâi chöùa mangan seõ taêng haøm löôïng austenit dö khi taêng haøm löôïng mangan.Öu vieät cuûa theùp chöùa mangan laø giaûm chieàu höôùng bieán daïng vaø taêng tính thaám toâi. Moät öu vieät nöõa cuûa theùp chöùa mangan laø mangan lieân keát vôùi löu huyønh taïo thaønh hôïp chaát hoaù hoïc beàn vöõng MnS neân laøm giaûm söï bôû noùng cuûa theùp. Khi haøm löôïng cuûa mangan töø 1 – 1,2% thì ñoä beàn cuûa theùp ñöôïc taêng leân. Möùc ñoä taïo thaønh caùcbit cuûa mangan keùm hôn so vôùi croâm. Chæ khoaûng 50% mangan keát hôïp vôùi caùcbon ñeå taïo thaønh caùcbit, 50% coøn laïi thì hoaø tan vaøo dung dòch raén. 1.3 AÛnh höôûng nguyeân toá Ni Niken keát tinh trong maïng tinh theå laäp phöông dieän taâm, gioáng nhö γFe neân niken laø nguyeân toá hôïp kim môû roäng vuøng γ raát maïnh. Vôùi moät löôïng Ni thích hôïp seõ laøm cho theùp coù toå chöùc γ ngay caû ôû nhieät ñoä thoâng thöôøng. Thoâng soá maïng cuûa niken laø 3,524 A°, lôùn hôn cuûa γ-Fe moät chuùt. Do niken laøm taêng tính oån ñònh cuûa austenit neân khi taêng haøm löôïng niken trong hôïp kim thì löôïng austenit dö sau khi toâi cuõng taêng leân. 1.4 AÛnh höôûng nguyeân toá Cr Croâm coù caáu truùc tinh theå töông töï nhö α-saét, töùc laø coù maïng tinh theå laäp phöông theå taâm vôùi thoâng soá maïng 2,877A° . Tyû troïng cuûa croâm laø 7,1 kg/dm3. Heä soá daõn nôû nhieät ôû 20°C laø 8,2.10-6 vaø nhieät ñoä noùng chaûy cuûa croâm laø 1615°C . Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 5 Hôïp kim Fe-Cr ôû traïng thaùi raén taïo ra moät soá dung dòch raén γ, γ + α, α vaø ñaëc bieät laø trong khoaûng 44-52% Cr seõ taïo ra hôïp chaát lieân kim khoâng oån ñònh σ . Pha naøy raát cöùng, doøn vaø chöùa 48,2% Cr ( xem hình 1 ). Ñeán haøm löôïng 2% thì croâm hoaø tan hoaøn toaøn trong saét. Do baùn kính nguyeân töû cuûa croâm gaàn baèng cuûa saét neân trong maïng tinh theå α-saét, caùc nguyeân töû croâm naèm trong caùc nuùt maïng thay theá caùc nguyeân töû saét, taïo neân dung dòch raén thay theá vôùi caùc tính chaát cô hoïc cao hôn, ñaëc bieät laø ñoä dai va ñaäp. Nguyeân toá croâm naâng cao tính choáng gæ cuûa theùp, ñaëc bieät laø khi haøm löôïng croâm lôùn hôn 12%. Trong hôïp kim Fe-Cr-C thì moät phaàn croâm lieân keát vôùi caùcbon taïo thaønh caùcbit. Trong khoaûng 1-2% Cr thì haàu nhö taát caû croâm lieân keát vôùi caùcbon taïo thaønh caùcbit phöùc hôïp ( Fe, Cr )3 C. Caùcbit naøy vaø caû Xeâmentit hoaø tan trong γ-saét khi nung leân 890-900°C. Khi haøm löôïng croâm taêng treân 2% thì trong theùp seõ taïo ra caùc loaïi caùcbit croâm ñaëc bieät, coù coâng thöùc hoaù hoïc laø ( Cr, Fe )7 C3 vaø keát tinh trong heä Tam taø ( Trigonal ). Loaïi caùcbit naøy raát oån ñònh vaø chæ hoaø tan trong austenit khi nung ôû 1040-1070°C . Khi haøm löôïng croâm töø 10-11% trôû leân seõ taïo thaønh loaïi caùcbit phöùc taïp coù coâng thöùc hoaù hoïc laø ( Cr, Fe )23 C6 vaø keát tinh trong heä laäp phöông. Söï hình thaønh caùc loaïi caùcbit phuï thuoäc vaøo haøm löôïng croâm vaø caùcbon. Nhôø coù söï hình thaønh caùc loaïi caùcbit naøy maø theùp coù ñoä cöùng cao vaø tính chòu maøi moøn toát. Croâm coù aûnh höôûng ñeán chuyeån bieán γ ↔ α ( nhieät ñoä chuyeån bieán vaø ñieàu kieän tieát caùcbit töø dung dòch raén ). Do croâm trong austenit laøm giaûm ñoä hoaø tan cuûa caùcbon neân caùc ñöôøng giôùi haïn hoaø tan cuûa caùcbit trong austenit dòch chuyeån veà phía giaûm haøm löôïng caùcbon, thu heïp vuøng γ . Tuy nhieân, söï thu heïp naøy cuõng chæ ôû möùc ñoä nhoû do söï coù maët cuûa caùcbon-nguyeân toá môû roäng vuøng γ. Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 6 2000 1800o Nhieät ñoä o C 1800 1539o α+L 1600 α+L L o 1400 1400 1200 γ 1000 800 770o Fe α 910 850o α+γ 20 α+σ 40 σ 60 α+σ 80 Cr Haøm löôïng croâm, % (theo khoái löôïng) Hình 1. Giaûn ñoà traïng thaùi Fe-Cr 1.5 AÛnh höôûng nguyeân toá Mo Moâlypñen thu heïp vuøng γ vaø môû roäng vuøng α hôn caû croâm. Moâlypñen laø nguyeân toá taïo caùcbit raát maïnh. Caùcbit moâlypñen coù tính oån ñònh raát cao neân raát khoù hoaø tan vaøo austenit khi nung. Cuøng vôùi croâm, moâlypñen laøm taêng maïnh ñoä thaám toâi cuûa theùp ( heä soá thaám toâi cuûa moâlypñen laø 3,8 ). Moâlypñen caûi thieän tính choáng ram do noù taïo ra ñoä cöùng thöù caáp khi ram (do hình thaønh Mo2C ) vaø laøm giaûm söï nhaäy caûm ñoái vôùi hieän töôïng doøn ram. II. TOÅNG QUAN VEÀ THEÙP KHOÂNG GÆ Theùp khoâng gæ bao goàm moät hoï hôïp kim treân cô sôû Fe maø tính chaát chuû yeáu cuûa noù laø beàn choáng aên moøn trong caùc moâi tröôøng khaùc nhau. Tuy nhieân ñöôïc goïi laø theùp khoâng gæ nhöng caàn phaûi hieåu moät caùch töông ñoái so vôùi theùp thoâng thöôøng. Thöïc ra moãi loïai theùp khoâng gæ chæ coù tính choáng aên moøn cao trong moät soá moâi tröôøng nhaát ñònh vaø ngay caû trong moâi tröôøng ñoù noù vaãn bò aên moøn vôùi toác ñoä nhoû <0.1mm/naêm ( khoâng ñaùng keå) Theùp khoâng gæ coù moät soá ñaëc tính öu vieät laø : Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 7 - Ñaëc ñieåm noåi baät cuûa theùp khoâng gæ laø khaû naêng choáng gæ, ngaøy nay ngöôøi ta ñaõ cheá taïo ñöôïc caùc loïai theùp khoâng gæ coù khaû naêng laøm vieäc trong nhieàu moâi tröôøng xaâm thöïc maïnh nhö: Acid, kieàm, phoùng xaï… - Coù khaû naêng laøm vieäc ôû nhieät ñoä cao. - Coù caùc chaát cô hoïc ( Ñoä beàn, tính deûo) vaø coâng ngheä (tính ñaøn hoài, khaû naêng daäp saâu, tính gia coâng …) toát. - Coù tính veä sinh cao. - Coù ngoïai hình thaåm myõ cao. - Coù khaû naêng duøng laïi lôùn. Cr Vaø Ni laø 2 nguyeân toá chính trong hoï theùp khoâng gæ, tuøy thuoäc vaøo haøm löôïng vaø tyû leä Cr vaø Ni ñeå coù theå taïo neân toå chöùc chöùc khaùc nhau cuûa theùp khoâng gæ (Xem hình 2- giaûn ñoà Schaeffler) T r o n g Ni (tñ) 25 20 γ γ +Μ 15 γ+α 10 Μ ñ o ù : γ + α +Μ 5 Μ+α Μ+α 0 5 10 15 α 20 25 Cr (td) 30 Hình 2. Giaûn ñoà Schaeffler- Toå chöùc cuûa theùp khoâng gæ phuï thuoäc vaøo löôïng Cr, Ni quy ñoåi M - vuøng toàn taïi cuûa Mactenxit; α- Ferit; γ-austenit Trong ñoù: Crtñb = %Cr + %Mo + 1.5%Si + 0.5%Nb Nitñb = %Ni + 30%C + 0.5%Mn Chính vì vaäy coù theå chia theùp khoâng gi thaønh 3 nhoùm chính laø : Theùp khoâng gæ mactenxit, Theùp khoâng gæ austenit, theùp khoâng gæ ferit. Ngoøai ra coøn coù caû loïai theùp khoâng gæ ferit-austenit vaø theùp khoâng gæ hoùa cöùng tieát pha phaân taùn. 2.1 Theùp khoâng gæ mactenxit Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 8 Khi haøm löôïng Cr chieám töø 12% - 17% Theùp khoâng gæ naøy seõ coù toå chöùc mactenxit, neáu vöôït qua giôùi haïn treân seõ trôû thaønh theùp austenit. Neáu löôïng Cr ôû giôùi haïn döôùi (12.5-1.3%) thi löôïng Carbon phaûi haïn cheá khoâng vöôït quaù 0.4% ñeå traùnh taïo thaønh quaù nhieàu pha cacbit croâm daãn tôùi laøm ngheøo croâm ôû phaàn kim loïai neàn vaø giaûm khaû naêng choáng gæ cuûa theùp. Caùc loïai theùp naøy bao goàm (theo baûng 1) SEA/ AISI UNS JIS Cmax Mnmax Simax 403 410 416 420 420F 431 440A 440B 440C S40300 S41000 S41600 S42000 S42020 S43100 S44002 S44003 S44004 SUS403 SUS410 SUS416 SUS420 SUS420F SUS431 SUS440A SUS440B SUS440C 0.15 0.15 0.15 0.15-0.40 0.26-0.40 0.2 0.60-0.75 0.75-0.95 0.95-1.2 1.00 1.00 1.25 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.5 1.00 1.00 1.00 1.25 1.00 1.00 1.00 1.00 Cr Ni* Pmax Smax 11.5-13.0 0.04 0.03 11.5-13.0 0.04 0.03 12.0-14.0 0.04 0.03 12.0-14.0 0.04 0.03 12.0-14.0 0.04 0.15min 15.0-17.0 1.25-2.5 0.04 0.03 16.0-10.0 0.04 0.03 16.0-18.0 0.04 0.03 16.0-18.0 0.04 0.03 Caùc nguyeân toá khaùc Mo:0.6 Mo: 0.60 Mo:0.75 Mo:0.75 Mo:0.75 Baûng 1. Thaønh phaàn hoùa cuûa caùc maùc theùp khoâng gi Mactenxit • Ñoái vôùi caùc maùc theùp cuûa JIS coù boå sung theâm 0.6 % Ni Ñeå nhieät luyeän theùp khoâng gæ loïai naøy thöôøng duøng: Austenit hoùa, toâi vaø ram. Nhieät ñoä austenit hoùa khaù cao (950-1100oC) do Cr naâng cao ñieåm chuyeån pha α ↔ γ vaø caàn phaûi hoøa tan cacbit croâm vaøo γ. Do löôïng Cr cao neân theùp naøy deã toâi, coù theå nguoäi trong daàu hoaëc trong khoâng khí vaãn coù theå nhaän ñöôïc toå chöùc mactenxit. Nhieät ñoä ram tuøy thuoäc vaøo yeâu caàu cuï theå, nhöng caàn chuù yù traùnh doøn ram loïai II ôø vuøng nhieät ñoä 350-575oC baèng caùch laøm nguoäi trong daàu. Neáu nguoäi chaäm trong vuøng nhieät ñoä treân seõ hình thaønh Cr23C6 ñaây laø nguyeân nhaân laøm theùp bò gioøn vaø giaûm khaû naêng choáng aên moøn. Coâng duïng cuûa loïai theùp naøy bao goàm: ñoái vôùi loïai coù % Carbon thaáp nhö: 403; 420… thöôøng duøng laøm ñoà trang söùc, oác vít khoâng gæ, chi tieát chòu nhieät (döôùi 450oC).. nhö tuoác bin hôi, boä phaän craéc kinh daàu moû…. Coøn ñoái vôùi moät soá loïai coù % Carbon trung bình nhö: 420F; 431… coù ñoä cöùng cao hôn vaø giôùi haïn ñaøn hoài cao hôn thöôøng duøng lam loø xo khoâng gæ, duïng cuï ño… Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 9 Rieâng ñoái vôùi moät soá loïai coù % Carbon cao nhö: 440A; 440B; 440C… duøng laøm duïng cuï moå (dao keùo), chi tieát chòu nhieät vaø chòu maøi moøn nhö supap xaû cuûa ñoäng cô ñieâzel, oå bi laøm vieäc trong moät soá moâi tröôøng aên moøn. Toùm laïi theùp khoâng gæ mactenxit coù tính choáng aên moøn cao trong khoâng khí, nöôùc soâng, nöôùc maùy, do hieäu öùng thuï ñoäng hoùa cuûa Croâm neân khoâng bò aên moøn trong acid HNO3, coøn trong caùc acid khaùc chuùng ñeàu bò aên moøn. Caàn chuù yù raèng trong ba loïai theùp khoâng gæ chính thì theùp mactenxit laø loïai coù tính choáng aên moøn keùm nhaát. Trong thöïc teá thöôøng gaëp theùp Croâm toái thieåu 12.5-13.0% vöøa ñuû ñeå ñaûm baûo tính thuï ñoäng hoùa cuûa lôùp beà maët, nhöng do moät phaàn Cr taïo vôùi C thaønh cacbit neân noù khoâng theå tham gia taïo ra maøng thuï ñoäng laøm cho loïai theùp naøy coù tính choáng aên moøn keùm. 2.2 Theùp khoâng gæ ferit Theùp khoâng gæ ferit coù giôùi haïn ñaøn hoài cao hôn theùp mactenxit, nhöng möùc ñoä bieán daïng deûo laïi thaáp hôn, neân chuùng thích hôïp cho vieäc gia coâng bieán daïng deûo nguoäi (caùn, keùo, goø, daäp…) ñoä beàn choáng aên moøn cuûa chuùng phuï thuoäc löôïng croâm coù trong theùp, nhöng toát nhaát ôû traïng thaùi uû. Ñeå haïn cheá hieän töôïng aên moøn cuïc boä (aên moøn ñieåm) phaûi taêng löôïng croâm leân treân 20% vaø toát hôn laø cho theâm khoûang 2%Mo, cho pheùp söû duïng theùp khoâng khí haäu bieån, nöôùc bieån vaø trong moâi tröôøng acid. Caùc loïai theùp naøy bao goàm: (Xem baûng 2) SEA/ AISI UNS JIS Cmax Mnmax Simax Cr Pmax Smax 405 S40500 SUS405 0.08 1.00 1.00 11.5-14.0 0.04 0.03 430 S43000 430F S43020 SUS430 SUS430F 0.12 0.12 1.00 1.25 1.00 1.00 434 S43400 SUS434 0.12 1.00 1.00 14.0-16.0 0.04 0.03 16.0-18.0 0.04 0.15 min 16.0-18.0 0.04 0.03 446 S44600 1.50 1.00 1.00 23.0-27.0 0.04 0.03 Baûng 2. Thaønh phaàn hoùa cuûa caùc maùc theùp khoâng gæ ferit Caùc nguyeân toá khaùc AL:0.10.3 Mo:0.6 Mo:0.61.25 N:0.25 Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 10 Tuøy theo löôïng Croâm, theùp khoâng gæ ferit ñöôïc chia thaønh ba nhoùm: - Nhoùm theùp chöùa khoûang 13%Cr nhö:( 405-Myõ), loïai naøy chöùa raát ít Carbon (<0.08%C), khi cho theâm 0.2%Al, nhaèm môû roäng vuøng ∝ ñeå ngaên caûn söï taïo thaønh austenit khi nung vaø taïo thuaän lôïi cho vieäc haøn, ñöôïc duøng nhieàu trong coâng nghieäp daàu moû. - Nhoùm theùp chöùa tôùi 17% Cr nhö : (430F; 434-Myõ), ñaây laø loïai theùp khoâng gæ ferit ñöôïc söû duïng nhieàu nhaát vì noù coù theå thay theá theùp khoâng gæ austenit khi ñieàu kieän söû duïng cho pheùp, laïi khoâng chöùa Ni neân giaù thaønh cheá taïo thaáp. Ñöôïc söû duïng trong coâng nghieäp saûn xuaát acid HNO3, hoùa thöïc phaåm, kieán truùc… Tuy nhieân nhöôïc ñieåm cuûa loïai theùp naøy laø khoù haøn, khi nhieät ñoä vöôït quaù 950oC, vuøng gaàn moái haøn trôû neân gioøn vaø xaûy ra hieän töôïng aên moøn theo bieân haït. Ñieàu naøy coù theå khaéc phuïc baèng caùch haï thaáp löôïng Carbon hoaëc bieán tính Ti vaøo theùp. - Nhoùm theùp chöùa töø 20-30%Cr nhö (446-Myõ) vì coù %Cr cao neân chuùng coù tính choáng oâxihoùa cao ( khoâng bò troùc vaåy ôû nhieät ñoä cao 800-900oC). 2.3 Theùp khoâng gæ austenit Khi cho theâm Ni vaøo theùp khoâng gæ, nguyeân toá môû roäng vuøng γ, vôùi löôïng thích hôïp seõ laøm cho theùp coù toå chöùc γ ngay caû ôû nhieät ñoä thaáp hôn nhieät ñoä thöôøng, theùp ñoù ñöôïc goïi laø theùp austenit (baûng3) SEA/A ISI UNS JIS Cmax Mnmax Simax 201 202 301 302 303 S20100 S20200 S30100 S30200 S30300 SUS201 SUS202 SUS301 SUS302 SUS303 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 5.5-7.5 7.5-10.0 2.00 2.00 2.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 16.0-18.0 17.0-19.0 16.0-18.0 17.0-19.0 17.0-19.0 0.15 0.08 0.03 0.12 0.08 0.08 0.08 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.50 1.00 17.0-19.0 8.0-10.0 0.2 18.020.0 8.0-10.5 0.05 18.0-20.0 8.0-12.0 0.045 17.0-19.0 10.5-13.0 0.045 22.0-24.0 12.0-15.0 0.045 24.0-26.0 19.0-22.0 0.045 16.0-18.0 10.0-14.0 0.20 303Se 304 304L 305 309S 310S 316 S30323 SUS303Se S30400 SUS304 S30403 SUS304L S30500 SUS305 S30908 SUS309S S31008 SUS310S S31600 SUS316 Cr Ni* Pmax Smax 3.5-5.5 4.0-6.0 6.0-8.0 8.0-10.0 8.0-10.0 0.06 0.06 0.045 0.045 0.20 0.03 0.03 0.03 0.03 0.15 min 0.06 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.15 min Caùc nguyeân toá khaùc N:0.25 N:0.25 Mo: 0.60 Se<0.15 Mo: 2.03.0 Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 11 316L 316LN S31603 SUS316L 0.03 2.00 1.00 16.0-18.0 10.14.0 0.045 SUS316LN 0.03 2.00 1.00 16.0-18.0 10.014.0 0.045 0.03 Mo: 2.03.0 0.03 Mo: 2.0-3.0; N:0.1-0.3 Baûng 3. Thaønh phaàn hoùa cuûa caùc maùc theùp khoâng gæ austenit Theùp khoâng gæ austenit coù moät soá öu ñieåm noåi baät nhö sau: - Tính choáng aên moøn cao, chuùng hoøan toøan oå ñònh trong nöôùc soâng, nöôùc bieån, trong hôi nöôùc baõo hoøa vaø quaù nhieät, trong dung dòch muoái. Trong caùc dung dòch acid chuùng coù tính choáng aên moøn cao: oån ñònh trong acid HNO3 vôùi moïi noàng ñoä vaø nhieät ñoä, trong acid H2SO4 nguoäi, trong acid HCl loõang, nguoäi. Vì vaäy chuùng ñöôïc söû duïng trong coâng nghieäp saûn xuaát acid, coâng nghieäp hoùa daàu vaø thöïc phaåm, chi tieát chòu nhieät tôùi 9001000oC, … - Tính deûo cao (δ = 45-60%), deã caùn, daäp, goø ôû traïng thaùi nguoäi, raát thích hôïp ñeå cheá taïo caùc thieát bò hoùa hoïc (laøm bình, oáng…). Cuõng nhôø coù caáu taïo maïng laäp phöông dieän taâm neân khoâng bò doøn ngay caû khi coù haït lôùn do nung quaù nhieät , ñaëc bieät laø khoâng coù ñieåm chuyeån bieán deûo gioøn, do vaäy coù theå duøng ôû nhieät ñoä raát thaáp nhö ôû vuøng baêng giaù, hoaëc laøm bình chöùa khí hoùa loûng, trong kyõ thuaät laøm laïnh… - Cô tính ñaûm baûo, maëc daàu khoâng ñöôïc hoùa beàn do nhieät luyeän (do khoâng coù chuyeån bieán pha), nhöng laïi hoùa beàn raát maïnh baèng bieán deûo daïng nguoäi: ôû traïng thaùi uû (hoaëc traïng thaùi toâi ñeå coù toå chöùc hoøan toøan austenit), chuùng coù ñoä deûo cao, nhöng ñoä beàn thaáp: δb= 750MPa; σ0.2=250MPa, nhöng sau bieán cöùng baèng bieán daïng nguoäi coù theå ñaït ñoä beàn raát cao: δb= 1000MPa; σ0.2=750MPa, hoøan toøan ñaùp öùng yeâu caàu chòu taûi cuûa caùc thieát bò hoùa hoïc. Söï hoùa beàn naøy laø do phaàn lôùn austenit ôû phaàn bò bieán daïng maïnh ñaõ chuyeån thaønh mactenxit (goïi laø mactenxit bieán daïng, gioáng nhö tröôøng hôïp cuûa theùp Mn cao). Cuõng chính vì nguyeân nhaân naøy, theùp bò bieán cöùng raát nhanh sau moãi laøn bieán daïng vì vaäy ñeå coù bieán daïng tieáp phaûi ñem theùp uû ôû nhieät ñoä thích hôïp. Do nhöõng öu ñieåm treân, theùp khoâng gæ austenit laø loïai theùp ñöôïc duøng phoå bieán nhaát, ví duï ôû Myõ theùp khoâng gæ austenit chieám tôùi 70% saûn löôïng theùp khoâng gæ. Khoâng nhöõng trong coâng nghieäp hoùa hoïc maø caû trong ngaønh coâng nghieäp khaùc vaø laøm ñoà gia duïng. Tuy nhieân, khi söû duïng theùp khoâng gi Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 12 ngöôøi ta thöôøng phai can nhaéc vì theùp khoâng gæ austenit coøn toàn taïi moät soá nhöôïc ñieåm nhö sau: - Ñaét tieàn, do chöùa nhieàu Ni. Ñeå khaéc phuïc ñieàu naøy coù theå duøng Mn thay theá moät phaàn Ni ñeå cheá taïo caùc chi tieát laøm vieäc trong moâi tröôøng acid yeáu (acid höõu cô, muoái, kieàm…) trong ngaønh coâng nghieäp hoaù thöïc phaãm. - Khoù gia coâng caét goït do deûo quaùnh, phoi khoù gaõy. Coù theå caûi thieän baèng caùch theâm seâlen hoaëc löu huøynh vôùi löôïng khoûang 0.15%, tuy nhieân ñieàu naøy coù laøm giaûm chuùt ít khaû naêng choáng maøi moøn cuûa theùp. - Bò aên moøn trong moät soá tröôøng hôïp cuï theå: Nhö bò aên moøn theo bieân haït ôû vuøng aûnh höôûng nhieät cuûa moái haøn hoaëc chi tieát phaûi thöôøng xuyeân laøm vieäc ôû khoûang 400-800oC, aên moøn taäp trung (daïng ñieåm, daïng hang hoác), aên moøn döôùi öùng suaát vaø hieäu öùng tích luy do aên moøn vaø moûi, … do coù söï tieát pha croâm cacbit ôû vuøng bieân haït laøm ngheøo croâm ôû vuøng lieàn keà vaø vuøng ñoù seõ bò aên moøn nhanh hôn. Coù theå khaéc phuïc hieän töôïng naøy baèng caùch giaûm löôïng carbon trong theùp, hoaëc theâm nguyeân toá taïo cacbít maïnh hôn nhö Ti hay Nb, hoaëc Mo. 2.4 Theùp khoâng gæ austenit-ferit Khi taêng löôïng croâm vaø giaûm löôïng Ni (18-28%Cr + 5-9%Ni) theùp seõ coù toå chöùc hoãn hôïp γ vaø α, ñoù laø theùp khoâng gæ austenit-ferit. Loïai theùp naøy coù cô tính raát toát, haàu nhö khoâng coù hieän töôïng gioøn cuûa theùp ferit, coøn giôùi haïn ñaøn hoài coù theå cao gaáp 3 laàn theùp khoâng gæ austenit. Beân caïnh ñoù ñoä beàn choáng aên moøn ñaûm baûo, ñaëc bieät laø trong ñieàu kieän chòu aùp löïc (aên moøn öùng suaát) hoaëc aên moøn taäp trung (aên moøn ñieåm) vaø aên moøn ñaïng hang hoác trong khí quyeån coù tính xaâm thöïc maïnh. Theo JIS, theùp khoâng gæ austenit-ferit coù caùc thaønh phaàn hoùa cuï theå nhö sau: (xem baûng 4) JIS Cmax Mnmax Simax Cr Ni* Pmax Smax SUS329J1 SUS329J3L 0.08 0.030 1.50 2.00 1.00 1.00 23.0-28.0 3.0-6.0 21.0-24.0 4.5-6.5 SUS329J4L 0.03 1.500 1.00 24.0-26.0 5.5-7.5 0.04 0.03 0.04 0.03 0.04 0.03 Baûng 4. Thaønh phaàn hoùa cuûa caùc maùc theùp austenit-ferit Caùc nguyeân toá khaùc Mo:1.0-3.0 Mo:2.5-3.5; N:0.08-0.2 Mo:2.5-3.5; N:0.08-0.2 Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 13 2.5 Theùp khoâng gæ hoùa cöùng tieát pha (theùp austenit-mactenxit) Theùp khoâng gæ hoùa cöùng tieát pha coù theå tieán haønh gia coâng bieán daïng nguoäi, caét goït ôû traïng thaùi töông ñoái meàm vaø khoù theå hoùa beàn baèng hoùa gìa ôû vuøng nhieät ñoä thaáp (traùnh bieán daïng cong veânh vaø söï oâ xi hoùa) Theùp khoâng gæ hoùa cöùng tieát pha laø saûn phaåm cuûa quaù trình nhieät luyeän: nung noùng sau ñoù laøm nguoäi ngoøai khoâng khí ñeå nhaän ñöôïc toå chöùc austenit vaø caùc haït cacbit nhoû mòn, sau ñoù gia coâng laïnh ñeå chuyeån moät phaàn austenit (coù theå laø toøan boä) thaønh mactenxit. Cuoái cuøng ñem hoùa giaø thì seõ nhaän ñöôïc cô tính cöïc ñaïi, ñoù laø söï hoùa beàn caáu truùc nhôø tieát ra caùc phaàn töû nhoû mòn.Thaønh phaàn hoùa cuûa theùp khoâng gæ hoùa cöùng tieát pha tham khaûo (baûng5) SEA/A ISI UNS JIS Cmax Mnmax Simax 630 S17400 SUS630 0.07 1.00 1.00 631 S17700 SUS631 0.09 1.00 1.00 16.0-18.0 6.5-7.75 0.04 0.03 Cr Ni* 15.0-17.5 3.0-5.0 Pmax Smax 0.04 0.03 Caùc nguyeân toá khaùc Cu:3.0-5.0; Nb:0.15-0.45 Al:0.75-1.5 Baûng 5. Thaøng phaàn hoùac cuûa moät soá maùc theùp khoâng gæ hoùa cöùng tieát pha (austenit-mactenxit) III. TOÅNG QUAN VEÀ THEÙP HÔÏP KIM BEÀN NHIEÄT Theùp hôïp kim beàn nhieät phaûi thoûa maõn ñöôïc hai yeâu caàu cô baûn: - Coù tính oån ñònh nhieät (tính beàn hoùa hoïc ôû nhieät ñoä cao) - Coù tính beàn nhieät (giöõ ñöôïc ñoä beàn cô hoïc ôû nhieät ñoä cao) Tính oån ñònh nhieät laø khaû naêng cuûa kim loïai choáng laïi söï phaù huûy cuûa moâi tröôøng nhieät ñoä cao (khoâng khí noùng, saûn phaåm chaùy cuûa ñoäng cô chöùa caùc khí coù haïi nhö CO2, SO2, H2S…, muoái noùng chaûy vaø boác hôi chöùa nhieàu ion Cl- ). Trong ñoù daïng phaù huûy nguy hieåm thöôøng gaëp nhaát laø söï oâ xi hoùa ôû nhieät ñoä cao, töùc laø taïo thaønh vaåy oxit kim loïai Fe2O3; Fe3O4; FeO… ñoái vôùi theùp thoâng thöôøng. Ñaëc bieät FeO coù caáu taïo maïng khoâng sít chaët neân quaù trình oâ xi hoùa ôû nhieät ñoä cao phaùt trieån vaø phaù huûy raát nhanh. Ñeå taêng khaû naêng choáng oâ xi hoùa cho theùp ôû nhieät ñoä cao thöôøng duøng caùc nguyeân toá hôïp kim Cr, Al vaø Si. Caùc nguyeân toá naøy khi bò oâ xihoùa taïo ra caùc oxit töông öùng laø : Cr2O3; Al2O3; SiO2 , chuùng coù caáu taïo maïng sít chaët, Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 14 taïo neân maøng baûo veä sít chaët, vöõng chaéc treân beà maët theùp. Tuy nhieân, löôïng Al vaø Si thöôøng chæ söû duïng trong giôùi haïn 1-2% vì neáu nhieàu quaù lôùp oxit töông öùng cuûa chuùng deã bò gioøn, bong ra laøm maát khaû naêng baûo veä theùp. Rieâng ñoái vôùi Cr laø chaát choáng oâ xi hoùa raát hieäu quaû, luoân ñöôïc ñöa vaøo theùp laøm vieäc ôû nhieät ñoä cao. Nhieät ñoä laøm vieäc caøng cao thì %Cr phaûi caøng lôùn. Tính choáng oxi hoùa cuûa Cr khoâng phuï thuoäc vaøo toå chöùc cuûa theùp maø chæ phuï thuoäc vaøo haøm löôïng Cr coù trong theùp. Tính beàn nhieät laø khaû naêng cuûa kim loïai chòu ñöôïc taûi troïng (töùc laø giöõ ñöôïc ñoä beàn) ôû nhieät ñoä cao. Khi kim loïai laøm vieäc ôû nhieät ñoä cao, döôùi taùc duïng cuûa taûi troïng khoâng ñoåi trong thôøi gian daøi, kim loïai seõ bò bieán daïng deûo (daõo), ñoù laø söï noái tieáp nhau moät caùch lieân tuïc cuûa hai quaù trình ngöôïc nhau: bieán daïng deûo gaây hoùa beàn vaø keát tinh laïi gay neân thaûi beàn. Hieän töôïng daõo seõ trôû neân ñaëc bieät nguy hieåm neáu nhieät ñoä laøm vieäc cao hôn nhieät ñoä keát tinh laïi, kim loïai seõ bò bieán daïng deûo vaø daãn tôùi phaù huûy sau moät thôøi gian nhaát ñònh. Kim loïai coù nhieät ñoä noùng chaûy cao thì coù tình beàn nhieät caøng cao, coù cuøng nhieät ñoä noùng chaûy, kim loïai naøo coù nhieät ñoä keát tinh cao hôn seõ coù tính beàn nhieät cao hôn. Moïi yeáu toá naâng cao nhieät ñoä keát tinh ñeàu laøm taêng tinh beàn nhieät. Toå chöùc cuûa hôïp kim cuõng aûnh höôûng ñeán tính beàn nhieät: Theùp coù toå chöùc austenit coù tinh beàn nhieät cao hôn theùp coù toå chöùc ferit. Do ôû nhieät ñoä cao bieân giôùi haït keùm beàn hôn so vôùi beàn trong haït, quaù trình bieán daïng daõo daãn tôùi phaù huûy thöôøng xaûy ra tröôùc tieân ôû bieân giôùi haït, do vaät haït caøng nhoû (bieân giôùi caøng nhieàu) thì tính beàn noùng caøng keùm. Ñieàu naøy ngöôïc laïi so vôùi ñoä bền ôû traïng thaùi nguoäi. Thöïc nghieäm ñaõ chöùng minh raèng hôïp kim coù toå chöùc moät pha vôùi haït lôùn coù tính beàn nnhieät cao hôn so vôùi haït nhoû. Ñoái vôùi theùp, caùc nguyeân toá hôïp kim nhö Mo; W; Nb; Ti; Zr coù taùc duïng taïo caùc pha hoùa cöùng phaân taùn (cacbit, nitrit) coù taùc duïng choáng daõo, coøn caùc nguyeân toá coù taùc duïng oån ñònh toå chöùc austenit, … ñeàu coù taùc duïng naâng cao tính beàn nhieät. Theùp coù ñoä beàn nhieät toát nhaát laø laø loïai theùp hôïp kim cao coù toå chöùc austenit cuõng chæ chòu ñöôïc nhieät ñoä 750-800oC (döôùi aùp suaát cao) laø do bò Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 15 haïn cheá bôûi nhieät ñoä noùng chaûy cuûa Fe. Muoán taêng cao tính bền noùng phaûi duøng caùc hôïp kim treân cô sôû Ni; Cr vaø caùc kim loïai coù nhieät ñoä noùng chaûy cao hôn nhö W, Mo… Hôïp kim beàn noùng treân cô sôû Ni goàm hai loïai chính laø nicroâm vaø nimoânic. Nicroâm laø hôïp kim cuûa Ni vaø Cr vôùi haøm löôïng C raát nhoû, coù toå chöùc moät pha, loïai hôïp kim naøy coù cô tính thaáp nhöng chòu ñöôïc nhieät ñoä cao, thöôøng chæ duøng laøm daây ñieän trôû. Nimoânic laø hôïp kim beàn nhiệt toát, goàm boán nguyeân toá Ni-Cr-Ti-Al. nay laø hôïp kim hoùa bền tieát pha phaân taùn, sau khi toâi vaø hoùa giaø, toå chöùc goàm γ+γ’ (trong ñoù γ laø dung dòch raén cuûa Ni hoøa tan Cr, Ti; Al coù maïng laäp phöông dieän taâm nhö austenit, coøn γ’ laø caùc phaàn töû raén sieâu nhoû ñöôïc tieát ra trong quaù trình hoùa giaø coù taùc duïng hoùa beàn γ. Neáu hôïp kim hoùa nimoânic baèng B; Ce, W; Mo; Co, … seõ taêng tính bền noùng cuûa noù raát nhieàu. Chuùng thöôøng ñöôïc öùng duïng ñeå cheá taïo caùc chi tieát laøm vieäc ôû nhieät ñoä cao trong caùc ñoäng cô phaûn löïc, tuoác bin khí. - Hôïp kim beàn noùng treân cô sôû Cr coùtheå laøm vieäc ôû nhieät ñoä cao tôùi 1100oC - Hôïp kim beàn noùng treân cô sôû Mo coùtheå laøm vieäc ôû nhieät ñoä cao tôùi 1500oC. - Hôïp kim beàn noùng treân cô sôû W coùtheå laøm vieäc ôû nhieät ñoä cao tôùi 2000oC Hieän nay ngöôøi ta thöôøng duøng caùc maùc theùp ñuùc beàn noùng (Baûng 6) SEA/A ISI HD HH HT-30 HI HN HK HL HP HC HF HH-2 HT UNS J93005 J93503 J94403 J94213 J94224 J94604 J95705 J92605 J92603 J94203 JIS Cmax SCH11 0.40 SCH13 0.2-0.5 SCH16 0.2-0.35 SCH18 0.2-0.5 SCH19 0.2-0.5 SCH22 0.35-0.45 SCH23 0.2-0.6 SCH24 0.35-0.75 SCH2 0.4 SCH12 0.2-0.4 SCH13A 0.25-0.5 SCH15 0.35-0.7 Mnmax Simax 1.00 2.00 2.0 2.0 2.0 1.50 2.0 2.0 1.0 2.0 2.5 2.0 2.00 2.00 2.5 2.0 2.0 1.75 2.0 2.0 2.0 2.0 1.75 2.5 Cr Ni* 24.0-28.0 4.0-6.0 24.0-28.0 11.0-14.0 13.0-17.0 33.0-37.0 26.0-30. 14.0-18.0 19.0-23.0 23.0-27.0 23.0-27.0 19.0-22.0 28.0-32.0 18.0-22.0 24.0-28.0 33.0-37.0 25.0-28.0 1.0 18.0-22.0 8.0-12.0 23.0-26.0 12.0-14.0 15.0-19.0 33.0-37.0 P; S max Mo max 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.50 0.50 0.50 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Baûng 6. Thaønh phaàn hoùa cuûa moät soá maùc theùp hôïp kim beàn nhieät Caùc nguyeân toá khaùc N≤ 0.2 N≤ 0.2 Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 16 IV. TOÅNG QUAN VEÀ COÂNG NGHEÄ TINH LUYEÄN THEÙP HÔÏP KIM NGOØAI LOØ Phöông phaùp tinh luyeän theùp hôïp kim ngoøai loø (coøn ñöôïc goïi laø phöông phaùp luyeän theùp thöù caáp) ñöôïc aùp duïng ñeå nhaèm ñaït ñöôïc nhöõng muïc ñích chuû yeáu sau: - Kieåm soùat thaønh phaàn cuûa theùp hôïp kim. - Khöû khí (giaûm haøm löôïng oâ xi vaø hydro trong theùp hôïp kim) - Taïo ñöôïc ñoä tinh khieát ôû möùc vó moâ cho theùp hôïp kim (loïai boû caùc phi kim loïai, caùc oâxit vaø sun phít khoâng mong muoán) - Bieán ñoåi caùc chaát laãn (thay ñoåi thaønh phaàn hoaëc hình daïng caùc chaát khoâng mong muoán coù trong theùp hôïp kim ñeå noù phuø hôïp vôùi cô tính cuûa theùp hôïp kim ñuùc). Nguyeân lyù hoïat ñoäng chuû yeáu söû duïng trong phöông phaùp tinh luyeän theùp hôïp kim ñuùc ngoøai loø ñöïa treân cô sôû ñöa theùp loûng vaøo moâi tröôøng aùo suaát thaáp ñeå loïai boû caùc chaát khí (Chuû yeáu laø oxi vaø hydro)â trong theùp. Döïa vaøo nguyeân lyù treân, coù caùc phöông phaùp khaùc nhau vaø coù theå chia thaønh boán nhoùm: - Khöû khí doøng theùp trong chaân khoâng. - Khöû khí baéng caùch löu thoâng. - Tinh luyeän trong thuøng roùt. - Khöû khí chaân khoâng cuøng vôùi vieäc naâng nhieät boå sung. 4.1 Khöû khí doøng theùp trong chaân khoâng thöôøng söû duïng caùc phöông phaùp: 4.1.1 Khöû khí doøng theùp töø thuøng roùt tôùi khuoân (hình 3): Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 17 Hình 3. Sô ñoà boá trí thieát bò ñuùc trong chaân khoâng theo phöông phaùp khöû khí treân doøng theùp loûng töø thuøng roùt tôùi khuoân Nguyeân lyù cuûa phöông phaùp naøy laø ñaët khuoân trong buoàng chaân khoâng, theùp ñöôïc laáy töø loø luyeän qua thuøng roùt. Khi roùt theùp töø thuøng roùt ñaùy vaøo thong roùt nhoû gaén treân buoàng chaân khoâng. Khi doøng theùp loûng ñi vaøo vuøng ñöôïc taïo chaân khoâng trong buoàng chaân khoâng, noù ñöôïc phaù vôõ thaønh nhöõ gioït ly ti, laøm taêng ñaùng keå dieän tích beà maët theùp loûng laøm taêng quaù trình khöû khí. 4.1.2 Khöû khí doøng theùp töø thuøng roùt tôùi thuøng roùt (hình 4). Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 18 Hình 4. Sô ñoà boá trí thieát bò ñuùc söû duïng phöông phaùp khöû khí cho doøng theùp töø thuøng roùt tôùi thuøng roùt Phöông phaùp naøy cuõng ñaët thuøng roùt trong buoàng chaân khoâng, beân caïnh vieäc khöû khí trong chaân khoâng, oxy coù theå ñöôïc loïai boû baèng caùch khöû oxit carbon trong chaân khoâng. Ñeå thöïc hieän ñöôïc ñieàu naøy baèng caùch boå sung theâm moät löôïng FeSi vaø nhoâm theo yeâu caàu thoâng qua pheãu chuyeân duøng ñöôïc söû duïng sao cho khoâng xaûy ra söï toån thaát baèng chaân khoâng. Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 19 4.1.3 Khöû khí doøng theùp luùc ra theùp (hình 5) Hình 5. Sô ñoà boá trí thieát bò ñuùc söû duïng phöông phaùp khöû khí luùc ra theùp Phöông phaùp naøy duøng thuøng roùt kín ñeå thay theá cho buoàng chaân khoâng. Trong quaù trình khöû khí, chaát khöû oxy caàn duøng ñöôïc ñöa vaøo vaøo theùp loûng trong thuøng roùt. 4.2 Khöû khí baèng caùch löu thoâng Trong phöông phaùp khöû khí baèng caùch löu thoâng, kim loïai loûng trong thuøng roùt bò aùp suaát moâi tröôøng ñöôïc vaøo buoàng khöû khí ñöôïc taïo chaân khoâng, khi ñoù kim loïai loûng ñöôïc ñöa vaøo vuøng aùp suaát thaáp sau ñoù chaûy trôû laïi thuøng roùt. Chu kyø naøy coù theå ñöôïc laëp ñi laëp laïi 40-50 laàn nhaèm ñaït ñöôïc möùc ñoä khöû khí theo mong muoán. Nghiên cứu áp dụng phương pháp tinh luyện thép hợp kim đúc ngòai lò (trong lò trung tần) 20 4.2.1 Phöông phaùp D-H (Dortmund-Horder) Hình 6. Sô ñoà trình baøy nguyeân lyù hoïat ñoäng cuûa phöông phaùp D-H Phöông phaùp naøy ñaët buoàng chaân khoâng phía döôùi, do aùp suaát moâi tröôøng laøm cho theùp loûng ñöôïc huùt leân ñi vaøo buoàng chaân khoâng nôi theùp ñöôïc khöû khí. Sau ñoù buoàng chaân khoâng ñöôïc naâng leân trong khi phaàn döôùi vaãn naèm trong theùp loûng, vì vaäy laøm cho theùp quay trôû laïi thuøng roùt. ÔÛ giai ñoïan khöû khí sau cuøng, vieäc cho theâm caùc trôï dung mong muoán ñöôïc thöïc hieän.