Tài liệu Nghiên cứu công nghệ tái chế thép không gỉ 201

75 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú Môc lôc Më ®Çu....................................................................................................................1 PhÇn I - tæng quan ..................................................................................................3 1.1. T×nh h×nh nghiªn cøu thÐp kh«ng gØ t¹i ViÖt Nam..................................3 1.2. T×nh h×nh nghiªn cøu thÐp kh«ng gØ trªn thÕ giíi...................................4 1.3. C¸c ®Æc tÝnh cña thÐp kh«ng gØ. ..............................................................7 1.4. C¸c lÜnh vùc ¸p dông thÐp kh«ng gØ........................................................7 1.5. C«ng nghÖ luyÖn thÐp kh«ng gØ. .............................................................8 1.6. S¶n xuÊt thÐp s¹ch .................................................................................11 PhÇn II: C¬ së lý thuyÕt........................................................................................14 2.1. C¸c lo¹i thÐp kh«ng gØ...........................................................................14 2.1.1. ThÐp kh«ng gØ γ (austenit)..............................................................14 2.1.2. ThÐp kh«ng gØ Mactenxit ...............................................................17 2.1.3. ThÐp kh«ng gØ Ferrit.......................................................................18 2.1.4. ThÐp kh«ng gØ ho¸ cøng tiÕt pha ....................................................19 2.1.4. ThÐp kh«ng gØ song pha. ................................................................20 2.2. ¶nh h−ëng cña c¸c nguyªn tè hîp kim.................................................21 2.2.1 ¶nh h−ëng cña Mangan ..................................................................21 2.2.2. ¶nh h−ëng cña Cr«m ....................................................................22 2.2.3. ¶nh h−ëng cña Niken ....................................................................23 2.2.4. ¶nh h−ëng cña M«lip®en...............................................................26 2.2.5. ¶nh h−ëng cña hµm l−îng C¸cbon ................................................26 2.3. ¶nh h−ëng cña t¹p chÊt.........................................................................27 2.3.1. ¶nh h−ëng cña P ............................................................................27 76 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú 2.3.2. ¶nh h−ëng cña S ............................................................................28 2.3.3. ¶nh h−ëng cña Oxy .......................................................................28 2.3.4. ¶nh h−ëng cña Nit¬ vµ Hi®r« ........................................................28 2.4. Tinh luyÖn thÐp ngoµi lß........................................................................29 2.4.1. Môc ®Ých tinh luyÖn. ......................................................................29 2.4.2. B¶n chÊt cña tinh luyÖn. .................................................................31 2.4.3. N©ng cao hiÖu qu¶ tinh luyÖn.........................................................32 2.4.4. T¸ch c¸c s¶n phÈm khö ¤xy. .........................................................33 2.4.5. §é s¹ch t¹p chÊt. ............................................................................35 2.5. Qu¸ tr×nh ¨n mßn kim lo¹i. ...................................................................39 2.5.1. ¡n mßn ho¸ häc. ............................................................................39 2.5.2. ¨n mßn ®iÖn ho¸. ...........................................................................40 2.5.3. C¬ chÕ cña ¨n mßn ®iÖn ho¸. .........................................................41 2.5.4. C¸c d¹ng ¨n mßn kh¸c. ..................................................................43 2.6. Kh¶ n¨ng chÞu ¨n mßn cña thÐp kh«ng gØ austenit. ..............................43 2.6.1. ¨n mßn ®iÓm..................................................................................43 2.6.2. ¨n mßn tinh giíi. ...........................................................................44 2.7. C¬ tÝnh cña thÐp kh«ng gØ austenit........................................................45 PhÇn III – Qu¸ tr×nh thùc nghiÖm.........................................................................47 3.1. Ph−¬ng ¸n nghiªn cøu ...........................................................................47 3.1.1 Môc ®Ých thÝ nghiÖm. ......................................................................47 3.1.2. Ph−¬ng ¸n thÝ nghiÖm. ...................................................................48 3.2. Qu¸ tr×nh nghiªn cøu.............................................................................49 3.2.1 ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm. .........................................................................49 3.2.2. ChuÈn bÞ nguyªn vËt liÖu, tÝnh to¸n phèi liÖu vµ nÊu luyÖn...........50 77 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú 3.3 C¸c kÕt qu¶ ®¹t ®−îc. .............................................................................52 3.3.1. Thµnh phÇn ho¸ häc c¸c mÎ luyÖn. ................................................52 3.3.2. KiÓm tra tÝnh chÊt chÞu ¨n mßn cña thÐp. .....................................53 3.3.3. Nghiªn cøu cÊu tróc cña thÐp........................................................54 3.3.4. ¶nh tæ chøc tÕ vi cña thÐp sau khi ®óc. .........................................63 3.3.5. ¶nh t¹p chÊt tÕ vi cña thÐp sau khi ®óc..........................................65 3.3.6. KiÓm tra tÝnh chÊt c¬ lý cña thÐp nghiªn cøu.................................67 3.3.7 S¬ ®å l−u tr×nh c«ng nghÖ ...............................................................68 PhÇn IV - KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ...........................................................................70 I. KÕt luËn.....................................................................................................70 II. KiÕn nghÞ .................................................................................................70 Tµi liÖu tham kh¶o................................................................................................72 Phô lôc..................................................................................................................74 Môc lôc.................................................................................................................75 1 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú Më ®Çu Ngµy nay sù ph¸t triÓn cña tÊt c¶ c¸c ngµnh kü thuËt nh− chÕ t¹o LuyÖn kim, C¬ khÝ, X©y dùng, c«ng nghiÖp Hãa häc, kü thuËt §iÖn vµ §iÖn tö, Giao th«ng vËn t¶i v.v... ®Òu g¾n liÒn víi vËt liÖu, ®©u còng cÇn ®Õn vËt liÖu thÐp víi tÝnh n¨ng ngµy cµng ®a d¹ng vµ chÊt l−îng cao. Ph¸t triÓn vËt liÖu thÐp ®l trë thµnh mét trong nh÷ng h−íng mòi nhän cña c«ng nghiÖp c¶ n−íc. Hµng n¨m chóng ta ph¶i nhËp hµng tr¨m ngh×n tÊn thÐp kh«ng gØ, ®iÒu nµy kh«ng chØ tiªu tèn mét l−îng ngo¹i tÖ kh¸ lín mµ cßn ¶nh h−ëng ®Õn sù chñ ®éng nguån vËt liÖu cña c¸c ngµnh c«ng nghiÖp. ViÖc t¸i chÕ l¹i c¸c m¸c thÐp kh«ng gØ nhËp khÈu sau s¶n xuÊt (s¶n phÈn h− háng, kh«ng ®¹t chÊt l−îng vµ phoi thÐp …) nh»m tiÕt kiÖm lín mét l−îng ngo¹i tÖ cho ®Êt n−íc vµ t¹o c«ng ¨n viÖc lµm cho ng−êi lao ®éng. V× vËy chóng t«i chän ®Ò tµi “Nghiªn cøu c«ng nghÖ t¸i chÕ thÐp kh«ng gØ 201” Trong khu«n khæ ®Ò tµi nµy chóng t«i chØ ®i s©u vµo nghiªn cøu gi¶i quyÕt suÊt thu håi nh÷ng nguyªn tè hîp kim quý hiÕm nh− Cr, Ni; Sö dông ®−îc nh÷ng nguyªn liÖu rÎ tiÒn cã chøa nguyªn tè quý hiÕm. Gi¸ thµnh liÖu hîp kim chiÕm tíi ≥ 70% tû gi¸ thµnh s¶n xuÊt thÐp kh«ng gØ do vËy viÖc ®Çu tiªn lµ ph¶i nghiªn cøu ®Õn thu håi nguyªn tè hîp kim nhÊt lµ ®èi víi thÐp 201 thÐp austenit chøa C cùc thÊp. ¶nh h−ëng cña hµm l−îng Ni ®Õn cÊu tróc pha, kh¶ n¨ng chÞu ¨n mßn trong m«i tr−êng khÝ quyÓn, axÝt vµ c¬ tÝnh. Sö dông ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn ngoµi lß ®Ó n©ng cao ®é s¹ch cña thÐp tõ ®ã x©y dùng s¬ ®å l−u tr×nh c«ng nghÖ t¸i chÕ thÐp kh«ng gØ 201 øng dông trong s¶n xuÊt. 3 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú PhÇn I - tæng quan 1.1. T×nh h×nh nghiªn cøu thÐp kh«ng gØ t¹i ViÖt Nam. ë ViÖt Nam hiÖn nay ch−a cã c¬ së s¶n xuÊt nµo chuyªn s¶n xuÊt c¸c m¸c thÐp kh«ng gØ chÊt l−îng cao, mµ chñ yÕu chØ s¶n xuÊt theo ®¬n ®Æt hµng dïng trong söa ch÷a vµ thay thÕ. Mét vµi ®¬n vÞ ®l nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt ®−îc mét sè m¸c thÐp kh«ng gØ nh−: ViÖn LuyÖn kim ®en, ViÖn c«ng nghÖ, C¬ khÝ Hµ néi, C¬ khÝ §«ng Anh,..., tuy nhiªn chØ lµ s¶n xuÊt rêi r¹c, h¹n chÕ vÒ sè l−îng vµ kh«ng æn ®Þnh vÒ chÊt l−îng. Hµng n¨m chóng ta ph¶i nhËp hµng tr¨m ngh×n tÊn thÐp kh«ng gØ, ®iÒu nµy kh«ng chØ tiªu tèn mét l−îng ngo¹i tÖ kh¸ lín mµ cßn ¶nh h−ëng ®Õn sù chñ ®éng nguån vËt liÖu cña c¸c ngµnh c«ng nghiÖp. Qua ®ît kh¶o s¸t cña c¸c nhµ m¸y c¬ khÝ th× nhu cÇu cña c¸c nhµ m¸y vÒ thÐp kh«ng gØ lªn ®Õn hµng chôc ngµn tÊn/n¨m. B¶ng 1.1: Nhu cÇu sö dông thÐp 201 cña mét sè nhµ m¸y c«ng ty/nhµ m¸y nhu cÇu tÊn /th¸ng phÕ tÊn / th¸ng c«ng ty tnhh t©n ¸ 1000-3000 10-30 c«ng ty tnhh t©n mü 1000-2000 10-20 c«ng ty tnhh toµn mü 1000-3000 10-30 c«ng ty kim khÝ th¨ng long 2000-4500 20-45 c«ng ty khÝ cô xuÊt khÈu hµ néi 2000-4000 20-45 4 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú Do nhu cÇu s¶n xuÊt c¸c chÕ phÈm b»ng thÐp kh«ng gØ lµ rÊt lín vµ sÏ ngµy mét t¨ng ë n−íc ta nªn ®l th¶i ra mét l−îng lín phÕ th¶i vµ c¸c ®Ò xª. Do vËy nghiªn cøu t¸i chÕ l¹i c¸c m¸c thÐp nhËp khÈu sau s¶n xuÊt (s¶n phÈn h− háng, kh«ng ®¹t chÊt l−îng vµ phoi thÐp …) lµ mét môc tiªu cña ®Ò tµi. V× nÕu chóng ta t¸i chÕ l¹i nh÷ng m¸c thÐp nµy th× còng mang l¹i lîi Ých kinh tÕ kh«ng nhá tr¸nh llng phÝ mét nguån phÕ th¶i quÝ gi¸. 1.2. T×nh h×nh nghiªn cøu thÐp kh«ng gØ trªn thÕ giíi. Sù ph¸t triÓn kh«ng ngõng cña c¸c c«ng nghÖ hiÖn ®¹i, ®ßi hái vËt liÖu kim lo¹i ph¶i cã nh÷ng tÝnh n¨ng ®Æc biÖt nh− tÝnh bÒn nhiÖt, kh¶ n¨ng chÞu ¨n mßn chèng l¹i sù oxy ho¸ trong c¸c m«i tr−êng lµm viÖc, dÔ biÕn d¹ng kh«ng tõ tÝnh… S¶n l−îng thÐp kh«ng gØ trªn thÕ giíi kh«ng ngõng t¨ng cao. Qua sö dông, ng−êi ta nhËn thÊy thÐp kh«ng gØ austenit hÖ Fe-Cr-Ni cã tÝnh chèng mµi mßn, chÞu t¶i träng ch−a cao… do ®ã trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, ng−êi ta ®Æc biÖt quan t©m ®Õn thÐp kh«ng gØ hÖ Fe-Cr-Mn. Do thay thÕ ®−îc Niken lµ nguyªn tè khan hiÕm ®¾t tiÒn b»ng Mangan nªn lo¹i thÐp nµy cã gi¸ thµnh thÊp h¬n. Lo¹i thÐp nµy cã nhiÒu −u ®iÓm ch¼ng thua kÐm thÐp kh«ng gØ hÖ Fe-Cr-Ni, mÆt kh¸c viÖc ®−a Nit¬ vµo lo¹i thÐp nµy rÊt thuËn lîi ®l gãp phÇn n©ng cao ®¸ng kÓ chÊt l−îng cña nã. Tiªu chuÈn AISI cña Mü cã tíi 200 chñng lo¹i thÐp Mangan vµ cã nhiÒu thÐp kh«ng gØ austenit hÖ Mangan ®−îc s¶n xuÊt thay cho thÐp kh«ng gØ austenit hÖ Cr-Ni, trong ®ã hµm l−îng Niken ®−îc thay thÕ dÇn b»ng Mangan, tiÕt kiÖm ®−îc Niken lµ nguyªn tè ®¾t tiÒn. MÆt kh¸c míi ®©y ng−êi ta ®l c«ng bè vÒ tÝnh −u viÖt cña viÖc thay thÕ Niken b»ng Mangan trong vËt liÖu nÒn s¾t lµ gi¶m ®−îc thêi gian phãng x¹ dµi cña thÐp vµ nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu ®l tiÕn hµnh 5 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú nh»m ®¸nh gi¸ ®Æc tÝnh cña thÐp kh«ng gØ austenit hÖ Cr-Mn (kh«ng cã Ni hoÆc Ni≤1%) nh− lµ vËt liÖu cã cÊu tróc ho¹t tÝnh thÊp cho lß ph¶n øng h¹t nh©n. Trong nh÷ng c«ng tr×nh nµy, ng−êi ta kh¼ng ®Þnh r»ng hîp kim s¾t cã 12% Cr, 15%Mn,2%W cã ®é bÒn rlo t−¬ng ®−¬ng thÐp kh«ng gØ austenit AISI316 ë nhiÖt ®é 873oK, còng nh− viÖc bæ sung ®ång thêi Nit¬ vµ C¸cbon rÊt cã lîi cho viÖc t¨ng ®é bÒn chèng rlo vµ lo¹i trõ t¹o thµnh pha σ. ViÖc cho vµo thÐp l−îng nhá Vanadi, Titan còng rÊt cã lîi trong viÖc c¶i thiÖn ®é bÒn cña thÐp ë nhiÖt ®é cao. ThÐp kh«ng gØ lµ lo¹i vËt liÖu sö dông ë nhiÖt ®é cao, kh¶ n¨ng chèng ¤xy ho¸ lµ vÊn ®Ò cùc kú quan träng. Trong nh÷ng nghiªn cøu gÇn ®©y, ng−êi ta cho thÊy ë thÐp kh«ng gØ hÖ Mangan(Fe-12%Cr-15%Mn), t¸c dông cña Nit¬ vµ C¸cbon rÊt lín ®èi víi tÝnh «xy ho¸ cña hîp kim. sù gia t¨ng cña kh¶ n¨ng chèng gØ tuú thuéc vµo tû lÖ N/C. Ng−êi ta cho r»ng Nit¬ cã lîi h¬n so víi C¸cbon trong viÖc lµm t¨ng ®é bÒn chèng gØ cña hîp kim. Trong tr−êng hîp thÐp kh«ng gØ 17%Cr, ®é bÒn chèng gi¶m khi t¨ng hµm l−îng (N+C).§iÒu nµy ®−îc lý gi¶i nh− sau: c¶ hai nguyªn tè Nit¬ vµ C¸cbon ®Òu lµ nh÷ng chÊt t¹o austenit m¹nh, nh−ng v× pha austenit cã thÓ biÕn ®æi tõng phÇn thµnh pha ferÝt trong qu¸ tr×nh «xy ho¸ ë nhiÖt ®é cao. ®iÒu nµy dÉn ®Õn viÖc t¹o thµnh tæ chøc tÕ vi kh«ng ®ång nhÊt vµ líp b¶o vÖ ®ång nhÊt Cr2O3 khã ®−îc t¹o thµnh. mÆt kh¸c trong tr−êng hîp hîp kim Fe-12%Cr-15%Mn, ®é hoµ tan cña C¸cbon vµ Nit¬ t¨ng dÇn lªn khi hîp kim ho¸ b»ng l−îng lín Mangan vµ bëi tæ chøc austenit. kh¶ n¨ng t¹o thµnh pha ferÝt lµ rÊt Ýt vµ hîp kim gi÷ ®−îc pha austenit ®ång ®Òu. Líp «xýt b¶o vÖ(Mn,Cr)2O3 hÇu nh− ®−îc t¹o thµnh dÔ dµng h¬n. bëi Nit¬ t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi ®Ó h×nh thµnh líp Fe-Cr ngay trªn bÒ mÆt cña kim lo¹i khi tû lÖ N/C lµ thÝch hîp, líp nµy rÊt cã hiÖu lùc trong viÖc ng¨n chÆn sù tiÕp xóc gi÷a ¤xy vµ c¸c nguyªn tè hîp 6 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú kim ho¸ trªn bÒ mÆt tiÕp xóc kim lo¹i-kh«ng khÝ vµ ng¨n chÆn sù «xy ho¸ c¸c nguyªn tè hîp kim ®ã. ViÖc cho thªm mét l−îng wolfram vµo lµ rÊt hiÖu qu¶ ®Ó t¨ng ®é bÒn chèng gØ cña thÐp Fe12%Cr15%Mn. ViÖc cho thªm l−îng nhá Vanadi(0,5%) vµ Titan(0,2%) lµ hoµn toµn cã lîi ®Ó c¶i thiÖn ®é bÒn chèng ¨n mßn cña c¸c lo¹i thÐp nµy. Trong tr−êng hîp ®ã, líp nitrid kh«ng t¹o thµnh ngay s¸t bÒ mÆt kim lo¹i, nã t¹o thµnh hîp chÊt VN vµ TiN trong m¹ng cña hîp kim. Qua viÖc ph©n tÝch c¸c «xýt trªn bÒ mÆt, ng−êi ta cã thÓ biÕt tÝnh chèng gØ cña thÐp Mangan lµ rÊt cao. ®ã lµ do sù t¹o thµnh líp «xýt bÒ mÆt d¹ng (MnCr)2O3. B¶ng1.2: S¶n l−îng thÐp kh«ng gØ trªn thÕ giíi nh÷ng n¨m qua N¨m S¶n l−îng(1 triÖu tÊn) 1950 1 triÖu tÊn 1993 11,6 1994 13 1995 14 1996 14,7 1997 15,5 1998 16,3 1999 16,6 2000 17,8 2004 24 7 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú Nhu cÇu thÐp kh«ng gØ trong n−íc ta còng kh¸ lín, nh−ng chñ yÕu vÉn ph¶i nhËp tõ n−íc ngoµi (kho¶ng 10.000 tÊn/n¨m).Trong ®ã nh÷ng ngµnh cã nhu cÇu ®¸ng kÓ nh−: ngµnh y tÕ, dÇu khÝ, n¨ng l−îng, quèc phßng, ®å gia dông,… 1.3. C¸c ®Æc tÝnh cña thÐp kh«ng gØ. ThÐp kh«ng gØ cã rÊt nhiÒu ®Æc tÝnh −u viÖt 1> §Æc tÝnh næi bËt nhÊt cña thÐp kh«ng gØ lµ kh¶ n¨ng chèng gØ. Ngµy nay ng−êi ta ®l chÕ t¹o ®−îc c¸c lo¹i thÐp kh«ng gØ cã kh¶ n¨ng lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn x©m thùc m¹nh nh− trong axits, kiÒm, phãng x¹…. ®iÒu nµy bªn c¹nh ý nghÜa kü thuËt cßn mang ý nghÜa kinh tÕ rÊt lín. 2> Cã kh¶ n¨ng lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao. 3> Cã c¸c tÝnh chÊt c¬ häc (cã ®é bÒn, tÝnh dÎo) vµ c«ng nghÖ (tÝnh hµn, tÝnh dÎo, kh¶ n¨ng dËp s©u, tÝnh gia c«ng tèt). 4> Cã tÝnh vÖ sinh cao (dÔ lµm s¹ch). 5> Ngo¹i h×nh thÈm mü cao. 6> Cã nhu cÇu dïng l¹i lín. 1.4. C¸c lÜnh vùc ¸p dông thÐp kh«ng gØ Nhê cã nhiÒu ®Æc tÝnh −u viÖt nh− ®l nªu ë phÇn trªn mµ thÐp kh«ng gØ ngµy nay ®−îc ¸p dông trong nhiÒu lÜnh vùc kü thuËt vµ ®êi sèng hµng ngµy theo Peter th× tû lÖ sö dông thÐp kh«ng gØ trong c¸c lÜnh vùc kh¸c nhau ®−îc nªu theo b¶ng sau: B¶ng 1.3: LÜnh vùc sö dông thÐp kh«ng gØ I. S¶n xuÊt hµng tiªu dïng 30% Dông cô nhµ bÕp 10% §å hép 10% 8 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú Thïng chËu 5% Kh¸c 5% II. Sö dông trong c«ng nghiÖp 70% Ho¸ chÊt, ho¸ dÇu 17% C«ng nghiÖp thùc phÈm 17% Giao th«ng 12% N¨ng l−îng 7% C«ng nghiÖp giÊy + DÖt 7% X©y dùng, KiÕn tróc 7% Kh¸c 3% HiÖn nay ng−êi ta ®l nh×n vµo søc tiªu thô thÐp kh«ng gØ tÝnh trªn ®Çu ng−êi ®Ó lµm tiªu chÝ ®o møc cuéc sèng cña mét n−íc, møc tiªu thô nµy ë mét sè n−íc tiªu biÓu nh− sau: §øc, NhËt B¶n, Hµn Quèc: 15 Kg/ng−êi.n¨m Thôy §iÓn : 11 Kg/ng−êi.n¨m Mü : 8 Kg/ng−êi.n¨m Ên §é : 1 Kg/ng−êi.n¨m Trung Quèc: 1 Kg/ng−êi.n¨m 1.5. C«ng nghÖ luyÖn thÐp kh«ng gØ. Tr−íc ®©y s¶n xuÊt thÐp kh«ng gØ ®−îc tiÕn hµnh trong lß ®iÖn hå quang nªn yªu cÇu nguyªn liÖu ®−a vµo ph¶i rÊt s¹ch, phÕ thÐp kh«ng gØ cïng lo¹i víi thÐp ®Þnh s¶n xuÊt, ferro hîp kim C¸cbon thÊp hoÆc c¸c hîp chÊt hîp kim hãa ë d¹ng kim lo¹i.. V× vËy gi¸ thµnh cña thÐp kh«ng gØ rÊt cao. N¨m 1954, C«ng ty Union Carbid Corporation (Mü) ®l nghiªn cøu c«ng nghÖ khö C¸cbon b»ng Argon – Oxygen Decarburization (AOD) ë trong phßng 9 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú thÝ nghiÖm vµ ®Õn n¨m 1968 ®l x©y dùng pilot ë møc ®é c«ng nghiÖp. Ngµy nay, AOD lµ ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn thÐp kh«ng gØ chñ yÕu trªn thÕ giíi. VÝ dô nh− ë Mü lµ 100%, PhÇn Lan kho¶ng 70%. Lß ®iÖn (EAF) Lß thæi (AOD) Thæi lÇn 1 Thæi lÇn 2 Thæi lÇn 3 G/® Hoµn nguyªn Khö l−u huúnh S¶n phÈm H×nh 1.1. L−u tr×nh c«ng nghÖ luyÖn thÐp kh«ng gØ b»ng EAF + AOD B¶n chÊt cña c«ng nghÖ EAF + AOD lµ nÊu ch¶y trong lß ®iÖn hå quang víi nguyªn liÖu rÎ tiÒn nhÊt nh− phÕ thÐp kh«ng gØ vµ ferro hîp kim C¸cbon cao. Nguyªn liÖu ®−îc tÝnh sao cho Cr«m cao h¬n hµm l−îng cña m¸c thÐp ®Þnh nÊu 10 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú lµ 0,5%, C= 0,25 ÷ 2,0 %, Si = 0,2 ÷ 1,5 %. Sau khi nÊu ch¶y liÖu trong lß hå quang th× thÐp láng ®−îc chuyÓn sang thiÕt bÞ AOD ®Ó xö lý b»ng hçn hîp Ar + O2. L−u tr×nh c«ng nghÖ luyÖn thÐp kh«ng gØ b»ng EAF + AOD ®−îc miªu t¶ trong h×nh 1.1 Ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ nµy cã nhiÒu ý nghÜa vÒ kinh tÕ: - Cã thÓ sö dông nguyªn liÖu chøa C¸cbon cao nªn gi¸ thµnh rÎ; - Gi¶m tiªu hao vËt liÖu chÞu löa so víi EAF; - HÖ sè sö dông cña Cr«m vµ Niken cao (98 –100%). NÕu chØ dïng EAF th× thêi gian luyÖn kÐo dµi 4h30 cßn khi kÕt hîp víi AOD th× thêi gian nÊu ch¶y ë EAF chØ cßn 2h30 vµ thêi gian xö lý ë AOD lµ Ýt h¬n 1h30. Ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ nµy cho phÐp n©ng cao chÊt l−îng thÐp kh«ng gØ rÊt nhiÒu. Ta cã thÓ s¶n xuÊt ®−îc c¸c lo¹i thÐp kh«ng gØ víi hµm l−îng C¸cbon cùc thÊp. NÕu chØ dïng EAF th× viÖc t¹o ra thÐp kh«ng gØ víi C = 0,025% lµ khã kh¨n. Cßn c«ng nghÖ EAF + AOD th× hoµn toµn dÔ dµng ®¹t ®−îc C< 0,02%, thËm chÝ ®¹t tíi C = 0,01 %, mét hµm l−îng mµ ngay c¶ EAF + VOD còng khã mµ ®¹t ®−îc. - §iÒu khiÓn thµnh phÇn ho¸ häc chÝnh x¸c h¬n. - Gi¶m hµm l−îng l−u huúnh do khuÊy trén m¹nh xØ baz¬ vµ m«i tr−êng khö nªn dÔ ®¹t S < 0,01%, thËm chÝ S = 0,001%. - N©ng cao ®é s¹ch cña thÐp. Ngµy nay trªn thÕ giíi ng−êi ta coi c«ng nghÖ EAF + AOD lµ c«ng nghÖ sè mét ®Ó s¶n xuÊt thÐp kh«ng gØ víi c¸c tÝnh n¨ng v−ît tréi cña nã so víi c«ng nghÖ kh¸c. 11 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú GÇn ®©y nhiÒu t¸c gi¶ ®l nghiªn cøu c¶i tiÕn c«ng nghÖ EAF + AOD ®Ó s¶n xuÊt thÐp kh«ng gØ víi nguyªn liÖu ®Çu vµo lµ quÆng Cr«m chø kh«ng ph¶i lµ ferro Cr«m. C«ng nghÖ nµy gåm hai b−íc: - T¹o ra hîp kim Fe-16%Cr-6%C trong lß ®iÖn tõ nguyªn liÖu lµ quÆng Cr«m, thÐp phÕ vµ than cèc. - Khö C¸cbon cña hîp kim trªn trong lß chuyÓn b»ng c¸ch thæi ¤xy vµo sau ®ã xö lý ch©n kh«ng. Sau giai ®o¹n AOD, tr−íc khi ®óc liªn tôc ng−êi ta tiÕp tôc xö lý trong lß thïng ®Ó hîp kim ho¸ c¸c nguyªn tè bæ sung nh− Ti, Nb… vµ khö ¤xy b»ng Al, Ca hay ®Êt hiÕm. 1.6. S¶n xuÊt thÐp s¹ch -Do tÝnh chÊt tån t¹i trong tù nhiªn vµ c«ng nghÖ s¶n xuÊt cßn cã mét sè nguyªn tè kh¸c còng hoµ tan vµ ë l¹i trong thÐp. Do ®ã thÐp kh«ng cã tÝnh chÊt nh− s¾t nguyªn chÊt, tuú thuéc vµo c¸c nguyªn tè ho¸ häc hoµ tan vµo trong thÐp mµ c¬ tÝnh, lý tÝnh, ho¸ tÝnh thay ®æi kh¸c nhau. Ngoµi ra c¸c nguyªn tè ho¸ häc cã thÓ ®iÒu chØnh hµm l−îng ®Ó cã tÝnh chÊt ®¸p øng yªu cÇu sö dông ®−îc quy ®Þnh trong tiªu chuÈn, trong thÐp cßn cã chøa mét sè chÊt kh«ng mong muèn víi mét hµm l−îng nhá mµ víi c«ng nghÖ s¶n xuÊt th«ng th−êng kh«ng lo¹i ®−îc, ®ã lµ c¸c chÊt khÝ H2, N2, O2… c¸c t¹p chÊt phi kim ®i vµo thÐp tõ vËt liÖu chÞu löa (t−êng lß, khu«n ®óc… ) -Trong c«ng nghiÖp vµ phôc vô ®êi sèng mét sè tr−êng hîp cho phÐp sö dông thÐp cã hµm l−îng nhá c¸c t¹p chÊt trªn. Nh−ng sù ph¸t triÓn cña c«ng nghiÖp vµ ®êi sèng hiÖn ®¹i, ng−êi ta yªu cÇu thÐp cã ®é s¹ch, ®Æc biÖt trong lÜnh vùc thÐp kh«ng gØ. -Nh÷ng n¨m gÇn ®©y do sù ph¸t triÓn trong c«ng nghiÖp chÕ t¹o m¸y, cã mét sè yªu cÇu míi vÒ tÝnh chÊt c¬ lý cña thÐp nguyªn liÖu, thÐp ph«i ®ßi hái chÊt l−îng thÐp ngµy cµng cao, thÐp ngµy cµng Ýt t¹p chÊt cã h¹i. 12 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú VÝ dô: Do lîi Ých cña thÐp S thÊp trong t¹o h×nh biÕn d¹ng dÎo nªn nã ®−îc sö dông nhiÒu trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. Mét sè Ýt ®ßi hái S rÊt thÊp dïng trong s¶n xuÊt chi tiÕt b»ng ph−¬ng ph¸p dËp nguéi hoÆc tÝnh hµn tèt trong chÕ t¹o d©y xÝch. Trong c«ng nghiÖp hµng kh«ng, c«ng nghiÖp hÇm má vµ nh÷ng c«ng tr×nh kiÕn tróc kh¸c còng ®ßi hái thÐp kh«ng gØ, thÐp hîp kim chÊt l−îng cao vµ s¹ch. - HiÖn t¹i trªn thÕ giíi ®ang øng dông c¸c ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ s¶n xuÊt thÐp s¹ch b»ng ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn ngoµi lß. Cã nh÷ng ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn chÝnh sau: + Tinh luyÖn thÐp b»ng xØ tæng hîp + Khö chÊt khÝ hoµ tan trong thÐp b»ng c¸ch thæi khÝ tr¬ trong thïng rãt + Khö khÝ hoµ tan trong thÐp b»ng ch©n kh«ng - Nhê tinh luyÖn ngoµi lß cho phÐp gi¶m hµm l−îng o2, h2, n2 vµ t¹p chÊt phi kim trong thÐp, nhê ®ã ®l n©ng cao chÊt l−îng thÐp. øng dông ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn ngoµi lß còng cho phÐp hoµn thiÖn c«ng nghÖ s¶n xuÊt thái ®óc. Lùa chän ph−¬ng ph¸p nµo lµ phô thuéc vµo yªu cÇu ®èi víi chÊt l−îng thÐp vµ s¶n xuÊt cô thÓ. - Ng−êi ta øng dông ph−¬ng ph¸p thæi Ar trong thïng khi s¶n xuÊt thÐp vßng bi, thÐp kÕt cÊu vµ vµi lo¹i thÐp kh¸c. Ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn nµy cho phÐp gi¶m ®¸ng kÓ bät xèp cho thái ®óc, n©ng cao ®¸ng kÓ l−îng s¶n phÈm hîp c¸ch trong khi c¸n v× thÐp chÕ t¹o vßng bi vµ mét sè thÐp kÕt cÊu cã yªu cÇu cao vÒ hµm l−îng t¹p chÊt oxyt vµ sulfit. Trong tr−êng hîp nµy ng−êi ta còng hay ¸p dông ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn thÐp láng b»ng xØ tæng hîp cã phèi hîp víi thæi khÝ Ar. Ph−¬ng ph¸p xö lý ®ång thêi 2 biÖn ph¸p trong thïng rãt lµm gi¶m ®¸ng kÓ hµm l−îng t¹p chÊt oxyt vµ sunlfit trong thÐp. Nhê ®ã kh«ng cÇn khö ¤xy khuyÕch t¸n vµ khö l−u huúnh s©u cho thÐp ë trong lß, vµ kÕt qu¶ lµ thêi kú hoµn nguyªn trong luyÖn thÐp gi¶m ®¸ng kÓ. Nã cµng cã ý nghÜa khi luyÖn nh÷ng mÎ thÐp lín. Khi nÊu thÐp mÎ lín vµo cuèi chu k× oxy ho¸, sau khi n©ng thÐp ®Õn nhiÖt ®é cÇn 13 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú thiÕt, th¸o xØ oxy ho¸ lµ cã thÓ ra thÐp láng cho ch¶y vµo thïng cã xØ tæng hîp. Víi c¸ch tinh luyÖn nµy, sù khö ¤xy cuèi cïng b»ng Si vµ Al sÏ tiÕn hµnh ngay trong thïng khi kÕt thóc xö lý b»ng xØ tæng hîp vµ khÝ tr¬. - §Ó chÕ t¹o nh÷ng trôc thÐp lín hay roto turbin lín ng−êi ta ®óc thái lín thÐp hîp kim. Lo¹i thÐp nµy th−êng bÞ thiªn tÝch khuyÕt tËt g©y nøt trong khi rÌn. §Ó h¹n chÕ vµ gi¶m khuyÕt tËt, thêi gian nung ph«i ph¶i kÐo dµi. Tæng thêi gian rÌn c¸c thái cùc lín kÐo dµi vµi ngµy. Khi rãt ch©n kh«ng nh÷ng thái lín, hµm l−îng H2 trong thÐp gi¶m ®Õn 1-1,5ml/100g nhê ®ã gi¶m khuyÕt tËt cña thái vµ rót ng¾n thêi gian rÌn. - Trong xl héi hiÖn ®¹i vµ c«ng nghiÖp ph¸t triÓn nhu cÇu thÐp s¹ch, thÐp kh«ng gØ, thÐp hîp kim chÊt l−îng cao ngµy cµng lín. øng dông c¸c ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn ngoµi lß lµ nhu cÇu tÊt yÕu trong qu¸ tr×nh luyÖn thÐp chÊt l−îng cao. C¸c −u ®iÓm hoµn toµn bï ®¾p ®−îc c¸c chi phÝ cho c«ng viÖc xö lý ngoµi lß nãi trªn. 14 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú PhÇn II: C¬ së lý thuyÕt 2.1. C¸c lo¹i thÐp kh«ng gØ Nhµ khoa häc Schaeffler ®l x©y dùng gi¶n ®å c¸c vïng cÊu tróc cña thÐp kh«ng gØ tuú thuéc vµo thµnh phÇn hãa häc. Trong ®iÒu kiÖn nguéi nhanh sau khi ®óc, rÌn víi gi¸ trÞ Crt® vµ Nitd ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: Crt® = (Cr) +2(Si) + 1,5(Mo) + 5(V) + 5,5(Al) + 1,75(Nb) + 1,5(Ti) + 0,75(W) Nit® = (Ni) + (Co) + 0,5(Mn) + 0,3(Cu) + 25(N) + 30(C). H×nh 2.1: Gi¶n ®å tæ chøc cña thÐp phô thuéc vµo ®−¬ng l−îng Cr, Ni 2.1.1. ThÐp kh«ng gØ γ (austenit) Pha γ kh«ng tån t¹i hoÆc chØ tån t¹i ë nhiÖt ®é cao. NÕu cho Ni - nguyªn tè më réng vïng γ víi l−îng thÝch hîp sÏ lµm cho thÐp cã tæ chøc γ ngay c¶ ë nhiÖt ®é th−êng. ¦u ®iÓm næi bËt cña lo¹i thÐp nµy lµ: 15 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú - TÝnh chèng ¨n mßn cao, chóng hoµn toµn æn ®Þnh trong n−íc s«ng, n−íc biÓn, trong h¬i n−íc blo hoµ vµ qu¸ nhiÖt trong c¸c dung dÞch n−íc muèi. Trong axit chóng cã t¸c dông chèng ¨n mßn tèt: HNO3 ®Æc nãng, H2SO4 nguéi, HCl lolng, nguéi. Chóng ®−îc dïng nhiÒu trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt axit, c«ng nghiÖp ho¸ dÇu vµ thùc phÈm, chi tiÕt chÞu nhiÖt tíi 900÷10000C. - Lo¹i thÐp nµy cã tÝnh dÎo cao (δ = 45 ÷ 60%) nªn dÔ dµng c¸n, dËp, gß nguéi ®Ó t¹o h×nh s¶n phÈm. ThÐp kh«ng gØ austenit cã thÓ ®−îc chia thµnh c¸c lo¹i nh−: - Lo¹i c¬ b¶n lµ Cr18Ni10 trong ®ã hµm l−îng C¸cbon tõ 0,02 ÷ 0,15%, kh¶ n¨ng chÞu ¨n mßn tinh giíi cña thÐp nµy phô thuéc vµo hµm l−îng C¸cbon cã trong thÐp; - Hîp kim cã thªm Titan vµ Niobi lµm æn ®Þnh vµ t¨ng kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn tinh giíi; - ThÐp hîp kim Niken thÊp t¨ng kh¶ n¨ng biÕn cøng; - ThÐp hîp kim víi hµm l−îng Niken cao sö dông ë nhiÖt ®é thÊp vµ tÝnh gia c«ng kÐo tèt; - ThÐp kh«ng gØ ®é bÒn cao cã chøa Nit¬; - ThÐp kh«ng gØ Mangan thay thÕ Niken; - ThÐp kh«ng gØ chøa m«lip®en vµ ®ång t¨ng tÝnh chèng ¨n mßn; - ThÐp kh«ng gØ chøa Silic n©ng cao kh¶ n¨ng chÞu «xy ho¸ ë nhiÖt ®é cao; - ThÐp kh«ng gØ chÞu dlo víi mét sè c¸c thµnh phÇn c¶i thiÖn nh− N, Mo, W, V, Ti, Nb, B...; Thµnh phÇn hãa häc mét sè m¸c thÐp kh«ng rØ Austenit cña mét sè n−íc ®−îc giíi thiÖu trong b¶ng 2.1 16 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú 17 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú 2.1.2. ThÐp kh«ng gØ Mactenxit L−îng Cr«m th«ng th−êng trong thÐp nµy tõ 12÷17%, nÕu l−îng Cr<12,5÷13,5% th× %C ≤ 0,4% ®Ó tr¸nh t¹o nhiÒu pha Cacbit Cr«m dÉn ®Õn nghÌo Cr«m ë phÇn kim lo¹i nÒn vµ lµm gi¶m kh¶ n¨ng chèng gØ. §èi víi lo¹i thÐp nµy hµm l−îng Cr«m trong lo¹i thÐp nµy tõ 12 ÷ 18% vµ hµm l−îng C cã thÓ lªn ®Õn 1%. Ng−êi ta cã thÓ thªm nhiÒu nguyªn tè kh¸c nh− Ni, Mo, Si, Ti, V, Nb,… ®Ó më réng kh¶ n¨ng øng dông cña lo¹i vËt liÖu nµy. NÕu l−îng Cr«m ë møc giíi h¹n d−íi (12,5-13%) th× l−îng C¸cbon ph¶i kh«ng ®−îc v−ît qu¸ 0,4 % ®Ó tr¸nh t¹o thµnh nhiÒu pha Cacbit Cr«m dÉn ®Õn lµm nghÌo Cr«m ë phÇn kim lo¹i nÒn vµ lµm gi¶m kh¶ n¨ng chèng gØ cña thÐp ®ã chÝnh lµ tr−êng hîp c¸c lo¹i thÐp kh«ng gØ mµ ta vÉn th−êng gäi theo c¸ch cña Liªn x« cò (12X13, 20X13, 3X13, 40X13). T−¬ng ®−¬ng víi c¸c m¸c thÐp cña ViÖt nam lµ 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13... NÕu t¨ng l−îng Cr«m lªn ®Õn 17% th× l−îng C¸cbon cã thÓ cao ®Õn 0,9% nh− m¸c 440 hay 440B cña Mü ®Ó t¨ng c¬ tÝnh (mµ chñ yÕu ®Ó t¨ng ®é cøng) mµ vÉn ®¶m b¶o tÝnh chèng gØ. Nãi chung thÐp kh«ng gØ mactenxit cã tÝnh chèng ¨n mßn cao trong kh«ng khÝ, n−íc s«ng, n−íc m¸y; do hiÖu øng thô ®éng ho¸ cña Cr«m nªn kh«ng bÞ ¨n mßn trong m«i tr−êng HNO3, cßn trong c¸c axit kh¸c th× chóng bÞ ¨n mßn. Thùc tÕ th−êng gÆp thÐp víi hµm l−îng Cr tèi thiÓu 12,5 ÷ 13 % võa ®ñ ®Ó ®¶m b¶o tÝnh thô ®éng ho¸ cña líp bÒ mÆt nh−ng do mét phÇn Cr t¹o thµnh Cacbit víi C nªn nã kh«ng thÓ tham gia t¹o thµnh mµng thô ®éng lµm cho thÐp cã tÝnh chèng ¨n mßn kÐm ®i. Tuy nhiªn, khi hµm l−îng C thÊp (0,08) th× l−îng Cacbit t¹o ra kh«ng ®¸ng kÓ vµ tÝnh chÞu ¨n mßn cña thÐp vÉn cao trong c¸c m«i tr−êng. 18 Giới thiệu bởi http://luyenkim.net Tác giả: Trần Anh Tú Nhê chuyÓn biÕn mactenxit mµ thÐp kh«ng gØ lo¹i nµy cã kh¶ n¨ng t¨ng bÒn, ®ång thêi nhê cã hiÖu øng nhá mÞn h¹t tinh thÓ mµ nhiÖt ®é chuyÓn biÕn gißn gi¶m ®i. Theo lý thuyÕt cho ta thÊy r»ng ®Ó ®¹t ®−îc tæ chøc lµ mactenxit, khi t¨ng hµm l−îng C ph¶i nhÊt thiÕt ph¶i t¨ng hµm l−îng Cr. ViÖc nµy lµm t¨ng ®é cøng cña thÐp ®ång thêi gi¶m tÝnh dÎo cña thÐp. Khuynh h−íng míi ®èi víi thÐp kh«ng gØ lo¹i mactenxit lµ gi¶m hµm l−îng C¸cbon ®Ó t¹o ra c¸c mactenxit mÒm. NhiÖt luyÖn lo¹i thÐp nµy bao gåm austenit ho¸, t«i, ram. NhiÖt ®é austenit ho¸ kh¸ cao kho¶ng 950 ÷ 11000C, nguyªn nh©n lµ do Cr«m n©ng cao ®iÓm chuyÓn pha α→ γ vµ cÇn ph¶i hoµ tan Cacbit Cr«m vµo γ. T«i trong dÇu hoÆc trong kh«ng khÝ. Chøc n¨ng cña thÐp Mactenxit: s¶n xuÊt bul«ng, èc vÝt, chi tiÕt chÞu nhiÖt (<4500C), lß xo, dông cô ®o… 2.1.3. ThÐp kh«ng gØ Ferrit Nhãm chøa 13%Cr: %C < 0,08, cho thªm 0,2%Al sÏ më réng vïng α vµ sÏ ng¨n chÆn t¹o thµnh γ khi nung vµ t¹o tÝnh hµn tèt, lo¹i thÐp nµy ®−îc dïng nhiÒu trong ngµnh dÇu má. Nhãm thÐp chøa tíi 17%Cr nh− m¸c 12Cr17 (t−¬ng ®−¬ng m¸c 430 cña Mü) ®ã lµ m¸c thÐp kh«ng gØ ®−îc dïng nhiÒu nhÊt, v× nã cã thÓ thay thÕ thÐp kh«ng gØ austenit khi ®iÒu kiÖn sö dông cho phÐp, l¹i kh«ng chøa Ni nªn rÎ h¬n nhiÒu. §−îc dïng nhiÒu trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt HNO3, ho¸ thùc phÈm, kiÕn tróc... Nh−îc ®iÓm cña lo¹i nµy lµ tÝnh hµn kÐm khi nhiÖt ®é v−ît qu¸ 8500C, vïng gÇn mèi hµn trë nªn gißn vµ lµ n¬i x¶y ra ¨n mßn theo biªn giíi h¹t. Cã thÓ