Báo cáo Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép 25MnV làm xích kéo trong các hầm lò khai thác than

Bé c«ng TH¦¥NG

TæNG C¤NG TY THÐP VIÖT NAM

ViÖn LuyÖn kim §en

--------------------

B¸o c¸o tæng kÕt

®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc vµ ph¸t triÓn C¤NG

NGHÖ cÊp bé

Tªn ®Ò tµi:

“NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP 25MnV

LÀM XÍCH KÉO TRONG CÁC HẦM LÒ KHAI THÁC THAN”

DFGEDFGEDFGE

C¬ quan chñ qu¶n:

C¬ quan chñ tr×:

tæng c«ng ty thÐp vN

ViÖn LuyÖn kim §en

THS. L£ QUANG HIẾU

Chñ nhiÖm ®Ò tµi:

6824

27/4/2008

Th¸ng 12/2007

MỤC LỤC

Trang

02

04

Më ®Çu

Tæng quan

I

1.

2.

Giíi thiÖu vÒ thÐp hîp kim thÊp vµ thÐp lµm xÝch kÐo m¸c 25MnV

¶nh h−ëng cña c¸c nguyªn tè ®Õn cÊu tróc vµ tÝnh chÊt cña thÐp

¶nh h−ëng cña Cacbon

04

06

2.1.

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

06

07

10

11

¶nh h−ëng cña SilÝc

¶nh h−ëng cña Mangan

¶nh h−ëng cña Vanadi

¶nh h−ëng cña L−u huúnh

¶nh h−ëng cña Phèt pho

C«ng nghÖ chÕ t¹o t¹o xÝch vßng

C«ng nghÖ c¾t uèn xÝch

C«ng nghÖ hµn và c«ng nghÖ chÕ t¹o xÝch vßng

Yªu cÇu vÒ vËt liÖu

Yªu cÇu vÒ kÝch th−íc h×nh häc

Yªu cÇu vÒ ®é cøng

Yªu cÇu vÒ ®é bÒn

3.

12

14

17

18

20

23

24

26

27

28

30

32

33

34

36

38

3.1.

3.2.

4.

4.1.

4.2.

4.3.

II

1.

2.

III

1.

2.

Néi dung vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu

Néi dung nghiªn cøu

Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu

Qu¸ tr×nh thùc nghiÖm

C«ng nghÖ luyÖn thÐp

C«ng nghÖ tinh luyÖn

C«ng nghÖ gia c«ng nãng

C«ng nghÖ rÌn

C«ng nghÖ c¸n

3.

3.1.

3.2.

4.

5.

6.

IV

1.

2.

3.

4.

C«ng nghÖ kÐo

C«ng nghÖ nhiÖt luyÖn

C«ng nghÖ gia c«ng c¬ khÝ vµ chÕ t¹o s¶n phÈm

C¸c kÕt qu¶ ®¹t ®−îc

C«ng nghÖ luyÖn thÐp

C«ng nghÖ tinh luyÖn

TÝnh chÊt c¬ lý

Tæ chøc tÕ vi cña thÐp

KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ

Tµi liÖu tham kh¶o

V

Phô lôc

1

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, ngành luyện kim Việt Nam đã có những bước tiến

dài. Sản lượng thép khoảng 4 triệu tấn. Tuy nhiên hiện nay chúng ta mới chỉ sản xuất

được thép phục vụ cho ngành xây dựng là chính còn các loại thép hợp kim và hợp

kim đặc biệt chúng ta mới chỉ sản xuất được ở quy mô rất nhỏ, đặc biệt là chưa có nhà

máy chuyên sản xuất thép hợp kim phục vụ cho ngành cơ khí chế tạo.

Trong khi đó, cùng với sự phát triển của ngành luyện kim thì ngành cơ khí chế

tạo cũng có những bước tiến vượt bậc. Sự phát triển không ngừng của các ngành như

công nghiệp ôtô, công nghiệp giấy, công nghiệp xi măng, công nghiệp hoá chất, công

nghiệp than... đã đưa mức tăng trưởng về công nghiệp cả nước trong năm 2007

khoảng 17%. Hầu hết các sản phẩm thép chế tạo chúng ta đều phải nhập khẩu từ nước

ngoài do đó thiếu sự chủ động trong sản xuất kinh doanh. Hơn thế nữa, một số chủng

loại thép đặc biệt với nhu cầu không lớn nên việc nhập khẩu là rất khó khăn và giá

thành bị đẩy lên cao. Một trong số đó là thép hợp kim dùng làm xích kéo trong các

hầm lò khai thác than.

Đứng trước tình hình đó, năm 2007 Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công thương) đã

giao cho Viện Luyện kim Đen thực hiện đề tài "Nghiên cứu chế tạo thép 25MnV làm

xích kéo trong các hầm lò khai thác than". Mục tiêu của đề tài là xác lập được công

nghệ sản xuất thép 25MnV có chất lượng tương đương thép nhập ngoại với nguyên

liệu và trang thiết bị trong nước để đáp ứng nhu cầu cho ngành than nói riêng và các

ngành công nghiệp khác nói chung.

Báo cáo tổng kết đề tài bao gồm phần như sau:

1. Phần tổng quan.

2. Nội dung, phương pháp nghiên cứu.

3. Quá trình thực nghiệm.

4. Các kết quả đạt được.

5. Kết luận và kiến nghị.

6. Tài liệu tham khảo.

2

7. Phụ lục.

Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm thực hiện đề tài đã nhận được sự chỉ đạo,

giúp đỡ và tạo điều kiện của Vụ Khoa học công nghệ (Bộ Công thương), Phòng Kỹ

thuật Tổng Công ty thép Việt Nam, Công ty TNHH Tú Ninh (Thái Nguyên), Công ty

Cổ phần Cơ khí Mạo Khê (Quản Ninh), Phòng thí nghiệm Viện Cơ khí và Năng

lượng Mỏ (Hà nội), một số đơn vị và cá nhân. Qua đây thay mặt cho nhóm thực hiện

đề tài tôi xin chân thành cảm ơn các đơn vị và cá nhân đã tạo điều kiện, giúp đỡ trong

suốt quá trình chúng tôi thực hiện đề tài.

3

PhÇn I

Tæng quan

1. Giíi thiÖu vÒ thÐp hîp kim thÊp vµ thÐp lµm xÝch kÐo m¸c 25MnV

Ngµy nay, thÐp hîp kim thÊp ®−îc sö dông kh¸ phæ biÕn trong nhiÒu lÜnh vùc ®Æc

biÖt lµ ngµnh c¬ khÝ chÕ t¹o. ThÐp hîp kim thÊp ®−îc sö dông réng r·i v× chóng cã

®−îc nhiÒu tÝnh −u viÖt nh− ®é bÒn cao, tÝnh dÎo tèt, ®é bÒn chèng ph¸ huû cao, chÞu

®−îc t¶i träng trong mét sè ®iÒu kiÖn ®Æc biÖt víi thêi gian dµi...., gi¸ thµnh h¹. ThÐp

hîp kim thÊp lµ thÐp cã tæng hµm l−îng c¸c nguyªn tè hîp kim ≤ 5%, trong ®ã hµm

l−îng cacbon (C) kho¶ng 0,2 ÷ 0,5% vµ mét sè nguyªn tè kh¸c nh− Cr, Mn, Si, Ni, V,

Mo... Víi c¸c nguyªn tè hîp kim nh− trªn, trong qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn thÐp sÏ tiÕt ra

c¸c lo¹i cacbit hîp kim lµm cho thÐp cã ®é h¹t nhá mÞn nhê ®ã thÐp sÏ ®¹t ®−îc tÝnh

chÊt c¬ lý tèt. Th«ng th−êng lo¹i thÐp nµy tr−íc khi ®−a vµo sö dông ph¶i ®−îc tiÕn

hµnh t«i vµ ram.

HiÖn nay, ngµnh c¬ khÝ chÕ t¹o sö dông nhiÒu m¸c thÐp hîp kim kh¸c nhau nh−

thÐp hîp kim chøa CrNi, CrNiV, MnSi, MnV, CrMnSi, CrMnSiNiMo, MnSiMoV,

MnSiNiMo.... Trong sè c¸c m¸c thÐp nµy th× hiÖn nay t¹i ViÖt Nam mét sè c¬ së sö

dông thÐp 25MnV ®Ó lµm xÝch kÐo trong c¸c hÇm lß khai th¸c than víi lý do lo¹i thÐp

nµy ®¶m b¶o ®−îc mét sè yªu cÇu vÒ c¬ lý tÝnh, gi¸ thµnh h¹. Tuy nhiªn do nhu cÇu

s¶n l−îng ch−a lín l¾m nªn cã khã kh¨n trong viÖc nhËp khÈu. M¸c thÐp 25MnV ®−îc

nghiªn cøu theo tiªu chuÈn GB 3077-88 cña Trung Quèc, nã lµ lo¹i thÐp hîp kim ®a

nguyªn tè: m¨ngan, vana®i. Lo¹i thÐp nµy cã ®é bÒn cao, ®é dai tèt vµ còng chÞu ®−îc

®iÒu kiÖn lµm viÖc víi t¶i träng ®æi dÊu trong thêi gian dµi. Mét sè n−íc kh¸c còng cã

nh÷ng m¸c thÐp hîp kim thÊp t−¬ng tù nh− m¸c thÐp nµy nh− 18Γ2ΦAGOST 192-82,

ASTM A633 Mü, SMn420 NhËt.... Thµnh phÇn ho¸ häc vµ c¬ tÝnh cña c¸c m¸c thÐp

25MnV vµ mét sè m¸c t−¬ng ®−¬ng ®−îc nªu trong b¶ng 1.1 vµ b¶ng 1.2.

4

B¶ng 1.1: Thµnh phÇn ho¸ häc m¸c thÐp 25MnV vµ mét sè m¸c t−¬ng ®−¬ng

M¸c thÐp

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

V

20MnV

GB3077-88

0.17 ÷ 0.23 0.17 ÷ 0.27 1.2 ÷ 1.6 ≤ 0.035 ≤ 0.035

0.21 ÷ 0.28 0.17 ÷ 0.23 1.2 ÷ 1.6 ≤ 0.035 ≤ 0.035

0.1 ÷ 0.2

25MnV

GB3077-88

0.1 ÷ 0.2

23MnSiV

GB3077-88

0.20 ÷ 0.26

0.14 ÷ 0.22

0.6 ÷ 0.8

≤ 0.17

1.2 ÷ 1.6 ≤ 0.035 ≤ 0.035

18Γ2ΦA

GOST19282

1.3 ÷ 1.7 ≤0.035

≤0.04

≤ 0.03

≤ 0.05

≤ 0.3

0.08 ÷ 0.15

Cu ≤ 0.3

SMn420 JIS

G4106-79

0.17 ÷ 0.23 0.15 ÷ 0.35 1.2 ÷ 1.5

≤ 0.03

≤ 0.35

≤ 0.25

Gr.E

ASTM A633

~ 0,22

0.15 ÷ 0.50 1.15 ÷ 1.5 ≤ 0.04

0.04 ÷ 0.11

Nh×n vµo b¶ng 1.1. ta thÊy r»ng víi hÖ thÐp MnV nµy th× Trung Quèc cã kh¸

nhiÒu m¸c kh¸c nhau. C¸c n−íc kh¸c còng cã m¸c gÇn gièng vµ hÇu nh− lµ kh«ng cã

sù sai kh¸c nhiÒu vÒ thµnh phÇn ho¸ häc. Th«ng th−êng thµnh phÇn C kho¶ng 0,2%,

thµnh phÇn Si kho¶ng 0,3%, Mn kho¶ng 1,4%, V kho¶ng 0,1%. Mét ®iÓm kh¸c biÖt lµ

theo tiªu chuÈn cña NhËt B¶n th× kh«ng sö dông Vanadi mµ l¹i sö dông ®ång ®Ó hîp

kim.

B¶ng 1.2: C¬ lý tÝnh cña vËt liÖu

C¬ lý tÝnh

M¸c thÐp

R_m(MPa)

785

R_0,2(MPa)

590

δ (%)

10

a_k(J.cm^-2)

55

HB (sau ñ)

≤ 200

25MnV

Gr.E A633

SMn420

18Γ2AΦ

515 ÷ 655

690

380

23

≤ 200

---

14

49

---

201 ÷ 311

≤ 200

588

441

19

Trong b¶ng 1.2 ta thÊy r»ng tÝnh chÊt c¬ lý cña m¸c thÐp 25MnV cña Trung

Quèc cã tÝnh chÊt c¬ lý lµ rÊt cao so víi c¸c m¸c thÐp kh¸c cïng lo¹i. Gi¶i thÝch vÒ

5

®iÒu nµy cã thÓ lý gi¶i r»ng trong c¸c m¸c thÐp cña c¸c n−íc kh¸c th× hµm l−îng C

th−êng thÊp h¬n. §ång thêi hµm l−îng nguyªn tè V còng thÊp do ®ã thÐp m¸c 25MnV

cã c¬ lý tÝnh kh¸ cao. §Ó gi¶i thÝch mét c¸ch cô thÓ h¬n chóng ta sÏ nghiªn cøu sù ¶nh

h−ëng cña c¸c nguyªn tè hîp kim ®Õn tæ chøc vµ tÝnh chÊt cña vËt liÖu.

2. ¶nh h−ëng cña c¸c nguyªn tè hîp kim ®Õn cÊu tróc vµ tÝnh chÊt cña thÐp.

Nh− ®· nãi ë trªn, thÐp 25MnV thuéc hÖ thÐp hîp kim thÊp víi hµm l−îng C

trung b×nh ®−îc hîp kim ho¸ b»ng Mn, V... ChÝnh nhê sù kÕt hîp nµy mµ thÐp sau khi

®−îc nhiÖt luyÖn (t«i + ram) thÐp ®¹t ®−îc mét sè tÝnh chÊt c¬ lý tèt, ®¸p øng ®−îc c¸c

yªu cÇu cña mét sè chi tiÕt m¸y lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn nÆng vµ t¶i träng ®æi dÊu.

Sau ®©y chóng ta nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña c¸c nguyªn tè hîp kim ®Õn tÝnh chÊt vµ

cÊu tróc cña m¸c thÐp 25MnV.

2.1. ¶nh h−ëng cña Cacbon (C).

Cacbon lµ nguyªn tè cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn viÖc quyÕt ®Þnh tæ chøc vµ tÝnh

chÊt cña thÐp. C lµ nguyªn tè më réng vïng γ hay nãi c¸ch kh¸c th× t¨ng kh¶ n¨ng æn

®Þnh cho pha austenit. Do cã kh¶ n¨ng më réng vïng γ vµ t¹o thµnh pha cacbÝt cã ®é

cøng cao nªn C lµ nguyªn tè t¨ng bÒn rÊt tèt ®èi víi c¸c hîp kim trªn c¬ së nÒn s¾t.

Khi nhiÖt ®é t¨ng lªn th× kh¶ n¨ng t¨ng bÒn cña C cã sù thay ®æi do sù thay ®æi cÊu

h×nh cña cacbit. Khi cã sù t¹o thµnh cacbit cña c¸c nguyªn tè hîp kim th× C ®ãng gãp

vai trß chñ yÕu vµ C tËp trung vµo nh÷ng vÞ trÝ t¹o thµnh cacbit trong tæ chøc thÐp. Nh−

vËy, khi hµm l−îng C thay ®æi sÏ lµm thay ®æi sù ph©n bè c¸c nguyªn tè hîp kim gi÷a

c¸c pha dung dÞch r¾n vµ pha cacbit ®Æc biÖt lµ khi hµm l−îng C t¨ng. V× lý do ®ã mµ

trong thÐp sÏ h×nh thµnh c¸c vïng nghÌo dung dÞch r¾n vµ dÉn ®Õn tÝnh chÊt cña thÐp

bÞ ¶nh h−ëng. Ngoµi ra C cßn ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh dÎo cña thÐp, cô thÓ h¬n lµ nã lµm

gi¶m kh¶ n¨ng chèng l¹i sù ph¸t triÓn c¸c vÕt nøt vµ gi¶m tÝnh hµn cña hîp kim do t¹o

thµnh cacbit vµ pha dung dÞch r¾n. V× vËy, hÇu hÕt c¸c lo¹i thÐp hîp kim phøc hîp ®Òu

chøa hµm l−îng C trung b×nh hoÆc thÊp. §Æc biÖt lµ c¸c lo¹i thÐp lµm viÖc trong c¸c

®iÒu kiÖn ®Æc biÖt nh− m«i tr−êng x©m thùc m¹nh th× hµm l−îng C trong thÐp th−êng

rÊt thÊp (≤ 0,03%).

2.2. ¶nh h−ëng cña Silic (Si).

Trong gi¶n ®å tr¹ng th¸i Fe-Si, Fe vµ Si t¹o nªn dung dÞch ®ång nhÊt. 18,5% lµ

giíi h¹n hoµ tan cña Si trong Fe. §Õn giíi h¹n trªn th× xuÊt hiÖn sù thay thÕ nguyªn tö

Fe trong m¹ng tinh thÓ b»ng nguyªn tö Si. Khi t¨ng l−îng Si h¬n n÷a sÏ xuÊt hiÖn liªn

6

kÕt kim lo¹i gäi lµ Silicid ( Fe-Si ). Hîp kim Si cao ( > 14% ) chÞu ®−îc sù ¨n mßn

cña hÇu hÕt c¸c m«i tr−êng ¨n mßn vµ x©m thùc m¹nh kÓ c¶ c¸c lo¹i axit trõ axit HF

ë nhiÖt ®é cao. TÝnh chÞu ¨n mßn cao cña hîp kim Si ®−îc h×nh thµnh bëi nã t¹o ra

trªn bÒ mÆt chi tiÕt líp mµng oxyt SiO₂cã ε = 1,88 khÝt chÆt liªn kÕt bÒn v÷ng víi nÒn

vµ tr¬ víi c¸c ph¶n øng ho¸ häc. Trong ph¹m vi tõ 1 – 14% kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn

cña hîp kim t¨ng khi hµm l−îng Si t¨ng ( h×nh 1.1 ).

g/m³.h

15

3

%Si

14

H×nh 1.1: ¶nh h−ëng cña Si trong hÖ Fe-Si tíi tèc ®é ¨n mßn

Hîp kim Fe-Si nÕu cã thªm Ni vµ Mo th× kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cµng cao.

2.3. ¶nh h−ëng cña Mangan (Mn).

Mangan (Mn) lµ nguyªn tè phæ biÕn trong tù nhiªn vµ ®−îc xÕp vµo nhãm 7, chu

kú IV, thuéc kim lo¹i chuyÓn tiÕp, n»m gi÷a cr«m vµ s¾t trong hÖ thèng tuÇn hoµn cña

c¸c nguyªn tè. Mn kim lo¹i lÊp l¸nh nh− b¹c, cã mµu x¸m xanh vµ cã 4 d¹ng thï h×nh:

α - Mn (tån t¹i d−íi 730⁰C) cã kiÓu m¹ng lËp ph−¬ng phøc t¹p víi th«ng sè m¹ng a =

0,8913 nm; β - Mn (tån t¹i trong kho¶ng 730 - 1100⁰C) cã kiÓu m¹ng lËp ph−¬ng dµy

®Æc víi th«ng sè m¹ng a = 0,630 nm; γ - Mn cã kiÓu m¹ng lËp ph−¬ng diÖn t©m víi

th«ng sè m¹ng a = 0,3855nm vµ δ - Mn cã kiÓu m¹ng lËp ph−¬ng víi th«ng sè m¹ng a

= 0,3088nm. Mn cã tû träng 7,21 - 7,46 g/cm³(ë 25⁰C), nãng ch¶y ë 1244⁰C, s«i ë

2027⁰C, cã ®é cøng Brinen 400 - 402 kg/mm²vµ cã 5 ho¸ trÞ: 2, 3, 4, 6, 7 trong c¸c

hîp chÊt ho¸ häc kh¸c nhau.

7

Do cã nhiÒu tÝnh chÊt gièng víi s¾t, l¹i ®−îc sö dông chñ yÕu trong ngµnh luyÖn

kim nªn mangan ®−îc xÕp cïng víi s¾t vµo nhãm kim lo¹i ®en. Mn lµ thuèc khö oxi

vµ l−u huúnh phæ biÕn trong luyÖn thÐp, lµ mét trong nh÷ng nguyªn tè hîp kim quan

träng nhÊt, nã cã mÆt trong bÊt kú lo¹i gang vµ thÐp nµo vµ ®Òu c¶i thiÖn c¸c tÝnh chÊt

cña chóng. Trong gang austenit cã 4 - 7% Mn. Mn vµ N ®−îc dïng thay thÕ Ni ®¾t

tiÒn trong thÐp austenit kh«ng rØ vµ nã cã t¸c dông h×nh thµnh tæ chøc austenit æn ®Þnh

ph©n bè ®Òu trong thÐp.

C¸c m¸c thÐp hîp kim thÊp ®é bÒn cao chøa Mn cã thÓ ®Õn 2 % lµm tæ chøc thÐp

nhá mÞn, t¨ng ®é bÒn cña thÐp. M¸c thÐp næi tiÕng hµng tr¨m n¨m nay vÒ ®é dai va

®Ëp, ®é cøng vµ ®é chÞu mµi mßn chøa 10 - 14%, 1 -1,4%C cã tªn lµ thÐp Hardfield,

sau khi t«i ë nhiÖt ®é kho¶ng 1100⁰C thÐp cã tæ chøc austenit vµ th−êng ®−îc sö dông

chÕ t¹o r¨ng gµu xóc, xÝch xe t¨ng vµ xÝch m¸y kÐo, bi nghiÒn, ®Çu bóa, l−ìi c¾t m¸y

ñi…. C¸c m¸c thÐp th«ng th−êng chøa 0,4 - 0,8% Mn. ThÐp hîp kim cao chøa 12 -

16% Mn, thÐp chèng ¨n mßn chøa ®Õn 19% Mn, thÐp bÒn nãng, thÐp chèng tõ tÝnh

chøa ®Õn 20% Mn, c¸c hîp kim chèng rung vµ ghi nhí h×nh chøa tõ 32 - 60% Mn.

Mn cã ¸i lùc ho¸ häc m¹nh víi 0₂, do ®ã trong qu¸ tr×nh luyÖn thÐp, ë thêi kú ®Çu

Mn rÊt dÔ bÞ oxy ho¸, ph¶n øng nh− sau:

(Fe0) + [Mn] → (Mn0) + [Fe]

(n + m)(Fe0) + m[Mn] → (mMn0.nFe0) + m[Fe]

(Mn0) vµ (Fe0) hµm l−îng Mn0 vµ Fe0 trong xØ;

[Mn] vµ [Fe] hµm l−îng Mn vµ Fe trong kim lo¹i.

Do Fe0, Mn0 h×nh thµnh dung dÞch ®Æc liªn tôc nªn chóng cã thÓ t¹o thµnh

dung dÞch lý t−ëng vµ ë tr¹ng th¸i c©n b»ng, h»ng sè c©n b»ng cña ph¶n øng ®−îc

tr×nh bµy:

(

Mn0

)

K_Mn=

(

Fe0 Mn

)

[

]

6440

lg K_Mn=

- 2,95

T

Trong xØ luyÖn thÐp, ngoµi Fe0 vµ Mn0 cßn cã c¸c oxit kh¸c. NÕu thay thÕ

(Mn0) vµ (Fe0) b»ng ho¹t ®é cña nã, h»ng sè c©n b»ng cã thÓ viÕt nh− sau:

a₍_Mn0

6440

)

lg K_Mn= lg

=

- 2,95

a₍_µe0

T

)[

Mn

]

8

§èi víi xØ axit:

5550

lg K_Mn=

- 1,86.

T

C¨n cø vµo c¸c c«ng thøc trªn cã thÓ tÝnh ®−îc gi¸ trÞ cña K_Mnë nh÷ng nhiÖt ®é kh¸c

nhau:

T⁰C

1500

4,68

1600

3,09

1700

2,04

8,92

1800

1,48

6,60

K_Mn(xØ kiÒm)

K_Mn(xØ axit)

18,62

12,60

(

Mn0

)

Ph©n tÝch quan hÖ

vµ [Mn] trong thùc tÕ luyÖn thÐp lß ®iÖn chóng ta cã

(

Fe0

)

thÓ rót ra c¸c kÕt luËn vÒ kh¶ n¨ng khö Mn theo gi¶n ®å sau:

H×nh 1.2: Quan hÖ gi÷a (MnO)/(FeO) trong xØ vµ hµm l−îng Mn trong thÐp víi

c¸c lo¹i xØ kh¸c nhau.

a: XØ axit b: xØ kiÒm

Tõ h×nh 1.7 cã thÓ thÊy, trong ®iÒu kiÖn thùc tÕ s¶n xuÊt xØ kiÒm tÝnh cao Mn0

rÊt dÔ hoµn nguyªn, nhiÖt ®é cµng cao, K_Mncµng nhá, Mn cµng dÔ ®−îc hoµn nguyªn

vµ ng−îc l¹i.

9

2.4. ¶nh h−ëng Vanadi (V).

§èi víi hÖ thÐp hîp kim thÊp, hµm l−îng V th−êng ®−îc sö dông víi l−îng 0,10

÷ 0,30%. Vanadi khi ®−îc hîp kim ho¸ trong thÐp sÏ cã t¸c dông lµm nhá h¹t tinh thÓ

nÒn t¹o cho thÐp cã ®é bÒn vµ tÝnh dÎo cao. Gi¶n ®å tr¹ng th¸i cña hÖ Fe-V ®−îc thÓ

hiÖn trong h×nh 1.3.

H×nh 1.3: Gi¶n ®å tr¹ng th¸i hÖ Fe-V

XÐt vÒ khÝa c¹nh kh¶ n¨ng t¹o cacbit th× kh¶ n¨ng t¹o cacbit cña c¸c nguyªn tè

®−îc xÕp theo thø tù t¨ng dÇn nh− sau: Fe → Mn → Cr → Mo → W → Nb → V →

Zr → Ti. Nh− vËy ta thÊy r»ng V lµ nguyªn tè cã kh¶ n¨ng t¹o cacbit m¹nh. Trong

thÐp hîp kim vµ cô thÓ lµ hÖ V-C th× V t¹o ra kh¸ nhiÒu lo¹i cacbit nh−: V₅C, V₂C,

V₄C₃, V₂C₃vµ VC. Gi¶n ®å tr¹ng th¸i cña hÖ V - C ®−îc tr×nh bÇy trong h×nh 1.4

10

H×nh 1.4. Gi¶n ®å tr¹ng th¸i hÖ Fe - V - C

2.5 . ¶nh h−ëng cña L−u huúnh (S).

L−u huúnh lµ mét nguyªn tè ®Æc biÖt nguy h¹i, nã kh«ng tan trong Feα, Feγ.

Trong gi¶n ®å c©n b»ng Fe-FeS ng−êi ta ®· chØ ra ®−îc ®iÓm ch¶y cña FeS lµ 1193⁰C ,

cïng tinh (Fe+FeS) ®−îc t¹o thµnh ë nhiÖt ®é thÊp (985⁰C) vµ khi kÕt tinh chóng n»m

ë biªn giíi h¹t. Khi hµm l−îng l−u huúnh trong thÐp cao h¬n 0,02%, trong qu¸ tr×nh

nguéi do sù kÕt tinh cã chän läc nªn chÊt cïng tinh dung ®iÓm thÐp sÏ ®−îc tiÕt ra vµ

tËp trung trªn biªn giíi h¹t. Khi nung nãng ®Õn nhiÖt ®é trªn cïng tinh, t¹i biªn giíi

h¹t sÏ bÞ ch¶y vµ vËt liÖu sÏ bÞ ph¸ vì g©y ra hiÖn t−îng “bë nãng”.

2.6 . ¶nh h−ëng cña Phètpho (P).

Phètpho lµ chÊt cã h¹i, nã lµm gi¶m mét c¸ch râ rÖt c¬ tÝnh cña thÐp ®Æc biÖt lµ

®é dai va ®Ëp. Phètpho cã nhiÖt ®é ch¶y thÊp (44⁰C), khèi l−îng riªng lµ 1,82g/ cm³. ë

nhiÖt ®é th−êng phètpho cã thÓ hoµ tan vµo trong thÐp kho¶ng 1,2%, nÕu v−ît qu¸ giíi

h¹n nµy th× sÏ t¹o ra pha Fe₃P vµ pha nµy cã nhiÖt ®é ch¶y thÊp (1050⁰C) lµm cho thÐp

bÞ “bë nguéi”. Phètpho chØ cã Ých trong mét sè lo¹i thÐp cßn hÇu hÕt ®Òu bÞ coi lµ t¹p

chÊt cã h¹i.

11

3. C«ng nghÖ chÕ t¹o xÝch vßng.

Trong ngµnh khai th¸c than ViÖt Nam nãi riªng vµ thÕ giíi nãi chung, viÖc vËn

chuyÓn than trong c¸c hÇm lß khai th¸c ®Õn b·i nguyªn liÖu hÇu hÕt sö dông c¸c xe

gßng ®Ó vËn chuyÓn. ViÖc kÕt nèi c¸c xe gßng víi nhau ng−êi ta sö dông hai lo¹i khíp

nèi lµ khíp nèi “cøng” v¸ khíp nèi “mÒm”. XÝch vßng dïng trong c«ng nghiÖp khai

th¸c than lµ mét lo¹i khíp nèi vµ nã thuéc d¹ng khíp nèi “mÒm”. ¦u ®iÓm cña xÝch

vßng so víi c¸c lo¹i khíp nèi kh¸c lµ nã cã ®é linh ®éng, viÖc th¸o l¾p vµ thay thÕ lµ

dÔ dµng. HiÖn nay viÖc cung cÊp xÝch vßng trong c«ng nghiÖp khai th¸c than mét phÇn

ph¶i nhËp khÈu vµ phÇn cßn l¹i ®−îc s¶n xuÊt trong n−íc. T×nh h×nh tiªu thô lo¹i s¶n

phÈm nµy −íc kho¶ng 1.000 tÊn/ n¨m (theo sè liÖu kh«ng chÝnh thøc cña Cty CP C¬

khÝ M¹o Khª-TKV).

C«ng nghÖ chÕ t¹o xÝch vßng trong c«ng nghiÖp than ®·, ®ang ®−îc thùc hiÖn ë

trong n−íc víi quy tr×nh c«ng nghÖ chÝnh nh− sau:

Ph«i thÐp (thanh, d©y) → C«ng nghÖ c¾t uèn → c«ng nghÖ hµn → c«ng nghÖ

nhiÖt luyÖn.

3.1. C«ng nghÖ c¾t uèn xÝch.

C«ng nghÖ nµy ®· ®−îc chuyÓn giao víi ®¬n vÞ s¶n xuÊt trong n−íc. C«ng nghÖ

nµy lµ c«ng nghÖ tù ®éng víi c«ng ®o¹n c¾t vµ uèn lµ hoµn toµn tù ®éng trªn m¸y.

C«ng nghÖ c¾t uèn bao gåm hÖ thèng dÉn h−íng, hÖ thèng m¸ kÑp, hÖ thèng khu«n

uèn vµ hÖ thèng dao c¾t. Ph«i thÐp sau khi ®−îc kiÓm tra vÒ kÝch th−íc h×nh häc,

thµnh phÇn ho¸ häc vµ ®é cøng sÏ ®−îc ®−a vµo m¸y c¾t uèn. Chu tr×nh c¾t uèn chÕ

t¹o ph«i xÝch ®−îc tiÕn hµnh nh− sau: Ph«i thÐp ®−îc ®−a vµo hÖ thèng dÉn h−íng vµ

n¾n th¼ng (nÕu ph«i thÐp ë d¹ng cuén). Sau ®ã ph«i thÐp ®−îc ®−a ®Õn hÖ thèng m¸

kÑp. HÖ thèng m¸ kÑp bao gåm mét d·y m¸ kÑp 2 nöa ®Ó «m s¸t vµo ph«i thÐp. Sau

khi ph«i thÐp ®· ®−îc kÑp chÆt b»ng hÖ thèng kÑp th× ph«i ®−îc dÞch chuyÓn ®Õn phÇn

uèn t¹o h×nh s¬ bé. Sau khi ®· t¹o h×nh s¬ bé ph«i thÐp ®−îc c¾t ®o¹n thµnh tõng m¾t

xÝch. M¾t xÝch s¬ bé ®−îc hÖ thèng g¹t ®−a sang bé phËn chê ghÐp nèi. Chu tr×nh t¹o

m¾t xÝch tiÕp theo ®−îc lÆp l¹i nh− ban ®Çu. Sau khi t¹o ®−îc m¾t xÝch thø 2 th× sÏ

®−îc hÖ thèng ghÐp nèi c¸c m¾t xÝch víi m¾t xÝch thø nhÊt råi sau ®ã chuyÓn qua

kh©u uèn tinh ®Ó khe hë gi÷a hai ®Çu m¾t xÝch trong ph¹m vÞ cho phÐp ®Ó chuyÓn tiÕp

sang c«ng nghÖ hµn. H×nh 1.5 vµ 1.6 m« t¶ s¬ bé vÒ m¸y c¾t uèn c«ng suÊt 5m xÝch/

phót vµ xÝch sau khi c¾t uèn.

12

H×nh 1.5. M¸y c¾t uèn t¹o ph«i xÝch vßng

H×nh 1.6. XÝch vßng sau khi ®· uèn c¾t vµ ghÐp

13

3.2. C«ng nghÖ hµn vµ C«ng nghÖ chÕ t¹o xÝch vßng

3.2.1. C«ng nghÖ hµn.

Ngµy nay cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p hµn kh¸c nhau. Theo tr¹ng th¸i hµn cã thÓ

chia thµnh 02 nhãm lµ hµm nãng ch¶y vµ hµn ¸p lùc.

- Hµn nãng ch¶y: lµ ph−¬ng ph¸p hµn yªu cÇu nguån nhiÖt cã c«ng suÊt lín

(ngän löa «xy – axªtylen, hå quang ®iÖn, ngän löa plasma, v.v…) ®¶m b¶o nung nãng

côc bé phÇn kim lo¹i ë mÐp hµn cña vËt liÖu c¬ b¶n vµ que hµn (vËt liÖu hµn) tíi nhiÖt

®é nãng ch¶y.

Khi hµn nãng ch¶y, c¸c khÝ xung quanh nguån nhiÖt cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn

qu¸ tr×nh luyÖn kim vµ h×nh thµnh mèi hµn. Do ®ã ®Ó ®iÒu chØnh qu¸ tr×nh hµn theo

h−íng tèt th× ph¶i dïng c¸c biÖn ph¸p c«ng nghÖ nhÊt ®Þnh nh−: dïng thuèc b¶o vÖ,

khÝ b¶o vÖ, hµn trong m«I tr−êng ch©n kh«ng….

Trong nhãm hµn nµy, th−êng gÆp c¸c ph−¬ng ph¸p hµn khÝ, hµn hå quang tay,

hµn tù ®éng vµ b¸n tù ®éng d−íi líp thuèc, hµn hå quan trong m«i tr−êng khÝ b¶o vÖ,

hµn ®iÖn xØ, hµn plasma…

- Hµn ¸p lùc: Ph−¬ng ph¸p hµn nµy th−êng ë c¸c d¹ng sau:

+ Hµn d−íi t¸c dông cña nguån nhiÖt vµ ¸p lùc: §èi víi ph−¬ng ph¸p nµy ph¹m

vi nguån nhiÖt t¸c ®éng ®Ó hµn lµ rÊt lín. B»ng nguån nhiÖt nµy ë mét sè ph−¬ng ph¸p

hµn kim lo¹i bÞ nung nãng ®Õn nhiÖt ®é b¾t ®Çu ch¶y (hµn ®iÓm, hµn ®−êng). ë mét sè

ph−¬ng ph¸p kh¸c, kim lo¹i chØ ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i dÎo (nh− hµn tiÕp xóc ®iÖn trë, hµn

khuyÕch t¸n) kim lo¹i hoµn toµn kh«ng ch¶y mµ sù liªn kÕt hµn x¶y ra do khuyÕch t¸n

ë tr¹ng th¸i r¾n cã sù t¸c dông cña nhiÖt vµ ¸p lùc.

+ Hµn d−íi ¸p dông cña ¸p lùc: ë ph−¬ng ph¸p nµy sù liªn kÕt hµn chØ do t¸c

dông lùc mµ hoµn toµn kh«ng cã ngußn nhiÖt cung cÊp. Mét sè ph−¬ng ph¸p phæ biÕn

nh−: hµn nguéi, hµn næ, hµn siªu ©m.

3.2.2. C«ng nghÖ chÕ t¹o xÝch vßng.

C«ng nghÖ hµn xÝch vßng thuéc ph−¬ng ph¸p hµn nãng ch¶y. Cô thÓ lµ ph−¬ng

ph¸p hµn ®èi ®Çu nãng ch¶y. Hµn ®èi ®Çu nãng ch¶y lµ ph−¬ng ph¸p hµn tiÕp xóc ®èi

®Çu, toµn bé mÆt kim lo¹i c¸c phÇn tö hµn nèi ®−îc nung nãng ch¶y.

C¸c b−íc c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh hµn xÝch vßng ®−îc m« t¶ nh− sau:

14

XÝch vßng sau c«ng ®o¹n t¹o ph«i víi kÝch th−íc vÒ ®é dµi theo yªu cÇu sÏ ®−îc

chuyÓn sang c«ng ®o¹n hµn. ViÖc hµn c¸c m¾t xÝch ®−îc tiÕn hµnh trªn m¸y hµn tù

®éng víi c«ng suÊt m¸y hµn ®−îc 5 m¾t xÝch/ phót. Chu tr×nh hµn xÝch diÔn ra nh−

sau: XÝch vßng sau khi ®−îc tiÕn hµnh uèn c¾t vµ t¹o thµnh sîi xÝch sÏ ®−îc ®−a vµo

m¸y hµn. M¸y hµn xÝch bao gåm hÖ thèng kÑp xÝch, dÉn h−íng, hÖ thèng hµn. HÖ

thèng dÉn h−íng vµ hÖ thèng kÑp chi tiÕt trong hÖ thèng hµn gÇn gièng hÖ thèng kÑp

vµ dÉn h−íng cña c«ng nghÖ c¾t uèn. HÖ thèng hµn bao gåm 04 má hµn chia thµnh 02

bé l¾p ®èi xøng víi nhau. Khi m¾t xÝch ®−a ®Õn ®Çu hµn th× víi mçi m¾t xÝch sÏ ®−îc

02 ®Çu hµn thùc hiÖn. C¸c m¾t xÝch ®−îc g¸ chÆt trªn bµn hµn, c«ng ®o¹n nµy cã t¸c

dông gi÷ chÆt vËt hµn trªn gi¸ hµn ®Ó khi hµn vËt hµn kh«ng bÞ xª dÞch. M¾t xÝch ®Çu

tiªn sÏ ®−îc thùc hiÖn trªn côm ®Çu hµn thø nhÊt. Sau khi hµn xong, vËt hµn ®−îc dÞch

chuyÓn tÞnh tiÕn lªn phÝa tr−íc vµ xoay 90⁰®Õn hµn tiÕp m¾t xÝch thø 2. M¾t xÝch thø

hai ®−îc thùc hiÖn trªn côm ®Çu hµn thø 2. C¸c m¾t xÝch tiÕp theo ®−îc thùc hiÖn theo

nh− m¾t xÝch thø nhÊt vµ m¾t xÝch thø 2 cho ®Õn khi thùc hiÖn xong ®o¹n xÝch.

H×nh 1.7, 1.8 vµ 1.9 cho ta thÊy m« h×nh m¸y hµn tù ®éng xÝch vßng vµ s¶n phÈm

xÝch sau khi hµn xong vµ hoµn thiÖn.

H×nh 1.7. M¸y hµn xÝch vßng tù ®éng

15

H×nh 1.8. XÝch vßng sau khi hµn qua kh©u tinh chØnh

H×nh 1.9. S¶n phÈm xÝch sau hoµn thiÖn

16

4. Yªu cÇu vÒ vËt liÖu lµm xÝch.

4.1. VÒ mÆt h×nh häc.

±

- KÝch th−íc: thÐp d¹ng thanh hoÆc cuén Φ14^±^0,4vµ Φ18 .

0,4

- §é «van: ≤ 0,2.

4.2. §é cøng. ®é cøng sau ñ ≤ 200HB

3.3. §é bÒn.

- σ_b(R_m) ≥ 780 MPa.

- σ_c(R_0,2) ≥ 590 MPa.

- δ ≥ 10 (%).

17

phÇn II

néi dung - ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu

1. Néi dung nghiªn cøu.

§Ò tµi tiÕn hµnh triÓn khai c¸c néi dung nghiªn cøu nh− sau:

- Nghiªn cøu tæng quan vÒ thÐp hîp kim thÊp vµ m¸c 25MnV dïng ®Ó chÕ t¹o

xÝch vßng sö dông trong c¸c hÇm lß khai th¸c than víi c¸c tµi liÖu vµ tiªu chuÈn còng

nh− thiÕt bÞ s¶n xuÊt trong n−íc vµ quèc tÕ;

- Nghiªn cøu ®Ó x¸c lËp quy tr×nh c«ng nghÖ s¶n xuÊt thÐp hîp kim m¸c 25MnV

gåm c¸c b−íc c«ng nghÖ nh− sau:

+ C«ng nghÖ luyÖn thÐp;

+ C«ng nghÖ tinh luyÖn;

+ C«ng nghÖ gia c«ng ¸p lùc;

+ C«ng nghÖ nhiÖt luyÖn.

- KiÓm tra mét sè tÝnh chÊt cña vËt liÖu: thµnh phÇn ho¸ häc, tÝnh chÊt c¬ lý, tæ

chøc tÕ vi....

- ChÕ t¹o s¶n phÈm xÝch vßng vµ dïng thö ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng.

2. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu.

Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu ¸p dông ®èi víi ®Ò tµi nµy lµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu

thùc nghiÖm. V× vËy ®Ó cã ®−îc c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu, nhãm thùc hiÖn ®Ò tµi ®· sö

dông mét sè ph−¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ nghiªn cøu sau:

- Dùa trªn c¬ së lý thuyÕt vµ thùc tÕ vÒ ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña lo¹i vËt liÖu hiÖn

®ang ®−îc sö dông cña ®¬n vÞ s¶n xuÊt còng nh− tham kh¶o mét sè tµi liÖu cã liªn

quan ®Ó tiÕn hµnh lùa chän m¸c thÐp;

- Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn, nhãm thùc hiÖn sö dông mét sè thiÕt bÞ sau ®Ó

nghiªn cøu:

+ Lß c¶m øng trung tÇn 500kg/ mÎ ®Ó x¸c lËp quy tr×nh c«ng nghÖ luyÖn thÐp;

+ ThiÕt bÞ tinh luyÖn ®iÖn xØ ®Ó x¸c ®Þnh c«ng nghÖ tinh luyÖn;

+ ThiÕt bÞ khu«n ®óc ®Ó x¸c ®Þnh c«ng nghÖ ®óc, bóa rÌn 750kg, 250kg, thiÕt bÞ

c¸n vµ thiÕt bÞ kÐo ®Ó x¸c ®Þnh c«ng nghÖ gia c«ng ¸p lùc;

+ Lß nung ®iÖn trë cho t«i vµ ram ®Ó x¸c ®Þnh c«ng nghÖ nhiÖt luyÖn thÐp;

18

+ Sö dông ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch ho¸ häc vµ ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch quang phæ

ph¸t x¹ ®Ó kiÓm tra thµnh phÇn ho¸ häc cña thÐp;

+ Dïng m¸y kÐo nÐn v¹n n¨ng W60 ®Ó x¸c ®Þnh giíi h¹n bÒn, giíi h¹n ch¶y, ®é

gi·n dµi cña thÐp;

+ M¸y ®o ®é cøng TK2M vµ m¸y COMPUTEST ®Ó ®o ®é cøng cña vËt liÖu;

+ Sö dông kÝnh hiÓn vi quang häc ®Ó nghiªn cøu tæ chøc tÕ vi cña vËt liÖu.

- Ngoµi ra nhãm thùc hiÖn ®Ò tµi tham kh¶o c«ng nghÖ chÕ t¹o xÝch vßng ®Ó chÕ

t¹o ph«i thÐp phï hîp víi ®iÒu kiÖn s¶n xuÊt thùc tÕ cña ®¬n vÞ s¶n xuÊt.

19

phÇn III

Qu¸ tr×nh thùc nghiÖm

Víi viÖc x¸c ®Þnh c¸c b−íc c«ng nghÖ ®Ó chÕ t¹o thÐp 25MnV ®· ®−îc ®Þnh

h−íng ë phÇn néi dung nghiªn cøu. Do ®ã trong qu¸ tr×nh thùc nghiÖm nhãm thùc

hiÖn ®Ò tµi ®· tiÕn hµnh c¸c b−íc c«ng nghÖ nh−:

1. C«ng nghÖ luyÖn thÐp.

Thµnh phÇn ho¸ häc lµ chØ tiªu quan träng quyÕt ®Þnh chÊt l−îng cña vËt liÖu.

Do ®ã ®Ó x¸c ®Þnh l−u tr×nh c«ng nghÖ nÊu luyÖn nhãm thùc hiÖn ®Ò tµi dùa trªn mét

sè yÕu tè sau:

- Dùa vµo c¬ së lý thuyÕt, tµi liÖu cã liªn quan trong n−íc vµ thÕ giíi vÒ c«ng

nghÖ luyÖn thÐp hîp kim.

- Dùa vµo thùc tÕ s¶n xuÊt thÐp hîp kim ë mét sè c¬ së luyÖn thÐp trong n−íc

nh− ViÖn LuyÖn kim §en, C«ng ty C¬ khÝ Hµ Néi, C«ng ty C¬ khÝ §«ng Anh vµ mét

sè c¬ së s¶n xuÊt kh¸c....

Trªn c¬ së ph©n tÝch vµ tæng hîp c¸c sè liÖu ®· thu thËp ®−îc, nhãm nghiªn cøu

®−a ra s¬ ®å l−u tr×nh c«ng nghÖ nÊu luyÖn nh− h×nh 3.1.

20

ChuÈn bÞ nguyªn liÖu

N¹p liÖu

NÊu luyÖn

§óc thái

KiÓm tra thµnh phÇn ho¸ häc

§¹t

C«ng nghÖ tiÕp theo

H×nh 3.1: S¬ ®å l−u tr×nh c«ng nghÖ s¶n xuÊt thÐp 25MnV lµm xÝch kÐo

Tõ l−u tr×nh trªn, nhãm thùc hiÖn ®Ò tµi ®· tiÕn hµnh nÊu thÝ nghiÖm trong lß

trung tÇn 500 kg/ mÎ. Tr−íc khi tiÕn hµnh nÊu luyÖn tiÕn hµnh ph©n tÝch thµnh phÇn

ho¸ häc cña nguyªn liÖu, lùa chän nguyªn vËt liÖu thÝch hîp, tÝnh to¸n phèi liÖu theo

thµnh phÇn ho¸ häc ®· ®−îc kiÓm tra. Thµnh phÇn ho¸ häc cña m¸c thÐp cÇn nÊu

luyÖn ®−îc ghi trong b¶ng 3.1. Thµnh phÇn ho¸ häc cña nguyªn liÖu sö dông cho nÊu

luyÖn ®−îc ghi trong b¶ng 3.2 vµ c¸ch tÝnh phèi liÖu nh÷ng mÎ nÊu thÝ nghiÖm ®−îc

ghi trong b¶ng 3.3.

B¶ng 3.1. Thµnh phÇn ho¸ häc m¸c thÐp 25MnV theo tiªu chuÈn GB3077-88

Thµnh phÇn ho¸ häc (theo % träng l−îng)

M¸c

C

Si

Mn

P

S

V

25MnV

0.21 ÷ 0.28 0.17 ÷ 0.37 1.20 ÷ 1.60 ≤ 0.035 ≤ 0.035 0.10 ÷ 0.20

21

B¶ng 3.2: Thµnh phÇn ho¸ häc cña nguyªn liÖu dïng trong nÊu luyÖn.

Thµnh phÇn ho¸ häc (theo % träng l−îng)

Nguyªn liÖu

C

Si

Mn

P

S

V

Al

ThÐp phÕ CT3

FeV

0.14

0.18

0.39

0.03

0.035

48

FeSi 75

0.56

7.0

98

75

FeMn (cacbon cao)

Grafit

70.0

Nh«m d©y

98

B¶ng 3.3: B¶ng tÝnh phèi liÖu c¸c mÎ nÊu

TT

Tªn nguyªn liÖu

§¬n vÞ tÝnh

MÎ I

MÎ II

MÎ III

01 ThÐp phÕ CT3

-kg-

-nt-

300

1.5

350

1,7

350

1,7

03 FeV

04 FeSi 75

1,0

05 FeMn (cacbon cao)

06 Nh«m d©y

Tæng céng

6,0

7,5

1,0

309,5

361,2

Lo¹i thÐp nµy thuéc hÖ thÐp hîp kim thÊp, cô thÓ h¬n lµ thuéc hä thÐp Mn-V

nªn trong qu¸ tr×nh nÊu luyÖn ta ph¶i chó ý ®Õn thµnh phÇn c¸c nguyªn tè chÝnh nh−

C, Mn, V. H¬n n÷a, c¸c nguyªn tè ®Ó hîp kim ho¸ l¹i cã ¸i lùc víi «xy rÊt m¹nh nªn

viÖc hîp kim ho¸ ph¶i thËn träng ®Ó ®¶m b¶o ®−îc c¸c nguyªn tè nµy kh«ng bÞ ch¸y

hao nhiÒu. ViÖc tÝnh to¸n ®Õn kh¶ n¨ng ch¸y hao nguyªn liÖu ®−îc tÝnh b»ng lý

thuyÕt vµ thùc tÕ nh− sau: FeMn ch¸y hao trong kho¶ng 10 ÷ 15%, FeV lµ 15 ÷ 20%.

22

Víi b¶ng phèi liÖu nh− trªn, quy tr×nh nÊu luyÖn thÐp 25MnV nh− sau:

Thø tù xÕp liÖu theo thø tù sau: 1. ChÊt t¹o xØ (CaO + CaF₂); 2. Lãt thÐp nÒn, 3.

chÊt liÖu cho ®Çy nåi lß víi quy t¾c lµ chÆt xÝt.

hÕt th× vít xØ vµ t¹o xØ míi.

- Khi t¹o xØ míi xong th× cho FeMn vµ FeSi vµo ®Ó khö khÝ. Lóc ®Çu cho FeMn

vµo lß (kho¶ng 10 ÷ 15 phót tr−íc khi ra thÐp, FeMn ®Ó hîp kim ho¸ nªn ®Ó d¹ng côc

≥ 5mm, ph¶i ®−îc nung sÊy tr−íc khi cho vµo lß), tiÕp theo ta cho FeSi vµo lß (FeSi

ph¶i ®−îc nung sÊy tr−íc khi cho vµo lß, cã thÓ ®Ëp nhá tr−íc khi cho vµo lß). L−îng

FeMn dïng cho khö khÝ kho¶ng 0,7 ÷ 0,8% mÎ luyÖn, FeSi = 0,8 ÷ 0,9% mÎ , nh«m

cho FeV vµo lß tr−íc khi ra thÐp kho¶ng 3 ®Õn 5 phót (tr−íc khi cho vµo ph¶i g¹t xØ

®Ó tr¸nh FeV lÉn vµo xØ mµ kh«ng vµo thÐp).

lÇn cuèi b»ng c¸ch cho Al vµo thïng rãt tr−íc khi rãt thÐp vµo. Rãt thÐp vµo khu«n

c¸t ®−îc lµm b»ng ph−¬ng ph¸p ®«ng cøng nhanh b»ng n−íc thuû tinh vµ khÝ CO₂®Ó

®óc thanh ®iÖn cùc φ60 x 3.000 mm dïng cho c«ng nghÖ tinh luyÖn ®iÖn xØ vµ ph«i

φ100 x 1000 mm ®Ó gia c«ng ¸p lùc.

trung b×nh).

2. C«ng nghÖ tinh luyÖn.

Cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn thÐp nh−ng ph−¬ng ph¸p ®Ò tµi ¸p dông lµ

ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn ®iÖn xØ vµ ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn theo kiÓu lß thïng.

luyÖn. Sau khi thÐp ®· nãng ch¶y hoµn toµn th× b¾t ®Çu tiÕn hµnh tinh luyÖn. Sö dông

dßng fuco cña lß ®Ó t¹o sù khuÊy trén m¹nh ®ång thêi thæi khÝ Argon vµo lß. Tõ sù

khuÊy trén vµ thæi khÝ nµy c¸c t¹p chÊt cã ®iÒu kiÖn ®Ó næi lªn t¹o thµnh xØ. Ph−¬ng

ph¸p nµy cã −u ®iÓm lµ gi¸ thµnh h¹ vµ thao t¸c nhanh. Tuy nhiªn cã nh−îc ®iÓm lµ

Nh÷ng giät kim lo¹i láng ®i qua líp xØ láng mét sè t¹p chÊt trong thái ®óc sÏ bÞ gi÷

23

l¹i trong xØ do ®ã thÐp s¹ch h¬n, thÐp láng ®−îc kÕt tinh ®Òu ®Æn trong hép kÕt tinh

lµm cho thái thÐp cã cÊu tróc nhá mÞn, thµnh phÇn thÐp ®ång ®Òu h¬n nªn t¨ng tû lÖ

thu håi trong c«ng ®o¹n tiÕp sau.

Mét trong nh÷ng ®Æc tÝnh −u viÖt cña c«ng nghÖ tinh luyÖn ®iÖn xØ lµ t¸c dông

khö l−u huúnh trong thÐp vµ lµm gi¶m ®¸ng kÓ t¹p chÊt sunfit víi hÖ xØ AHF6.

B»ng kinh nghiÖm thùc tÕ qua qu¸ tr×nh ch¹y lß ®iÖn xØ 100KVA t¹i ViÖn LuyÖn

kim §en nhãm thùc hiÖn ®Ò tµi ®· lùa chän c«ng nghÖ tinh luyÖn ®iÖn xØ víi hÖ xØ

AHF6 ®Ó tinh luyÖn thÐp. Thái thÐp sau ®iÖn xØ cã bÒ mÆt nh½n, kh«ng cã hiÖn t−îng

rç, nøt.

Th«ng sè kü thuËt c¬ b¶n cña lß 100KVA

- BiÕn thÕ

100KVA

- §iÖn ¸p lµm viÖc

- C−êng ®é dßng ®iÖn

- §−êng kÝnh ®iÖn cùc

- Tiªu hao n−íc lµm l¹nh

- Tèc ®é chuyÓn dÞch ®iÖn cùc

- XØ tinh luyÖn

45 ÷ 48V

1400 ÷ 1500 A

φ 60 mm

5 m³/h

33 ÷ 35 mm/ phót

AHF 6

- Tiªu hao xØ

5 ÷ 6 % mÎ

φ 120 x 400 mm

- KÝch th−íc thái thÐp

Sau khi tinh luyÖn ®iÖn xØ xong ta tiÕn hµnh lÊy 03 mÉu (b»ng c¸ch c¾t ph«i ®iÖn

theo.

3. C«ng nghÖ gia c«ng nãng.

3.1. C«ng nghÖ rÌn.

Qu¸ tr×nh rÌn lµ qu¸ tr×nh gia c«ng ¸p lùc. V× vËy khi rÌn cÇn ph¶i chó ý ®Õn c¸c

nguéi. ThÐp 25MnV sau ®iÖn xØ ®−îc kiÓm tra chÊt l−îng ®em xÕp vµo lß ph¶n x¹ cã

giã víi tèc ®é t¨ng tõ 80 ÷ 120⁰C/ giê. Sau thêi gian tõ 06 ®Õn 07 giê lß ®¹t nhiÖt ®é

24

®é 1050 ÷ 1100⁰C th× gi÷ ®¼ng nhiÖt trong vßng 2 giê.

§á 1: Vç dµi ph«i thÐp, chÆt ®Çu, ®u«i ®Õn kÝch th−íc cÇn thiÕt ph«i

60x60mm.

- NhiÖt ®é b¾t ®Çu rÌn:

- NhiÖt ®é kÕt thóc rÌn:

1050 ÷ 1100⁰C.

850 ÷ 900⁰C.

§á 2: RÌn theo kÝch th−íc chi tiÕt ph«i cho c«ng ®o¹n tiÕp theo. Yªu cÇu vÒ s¶n

phÈm: Ph«i 45x45 x 1200mm, φ28 x 1000 mm.

- NhiÖt ®é b¾t ®Çu rÌn:

- NhiÖt ®é kÕt thóc rÌn:

1050 ÷ 1100⁰C.

850 ÷ 900⁰C.

Ph«i rÌn sau khi kiÓm tra chÊt l−îng s¬ bé ®−îc ®−a vµo lß ñ ®Ó tr¸nh x¶y ra

øng suÊt vµ phôc vô cho c«ng ®o¹n tiÕp theo.

Quy tr×nh rÌn t¹o ph«i s¶n phÈm ®−îc m« t¶ nh− trong h×nh 3.2.

T⁰C

1200

900

600

300

10

12

14

8

H×nh 3.2: S¬ ®å quy tr×nh rÌn thÐp 25MnV

τ, giê

2

4

6

25

3.2. C«ng nghÖ c¸n nãng.

C¸n thÐp lµ ph−¬ng ph¸p dïng ¸p lùc ®Ó gia c«ng kim lo¹i, b»ng c¸ch Ðp vËt

liÖu gi÷a nh÷ng trôc quay cña m¸y c¸n ®Ó gi¶m kÝch th−íc mÆt c¾t ngang cña thái

thÐp hoÆc ph«i thÐp vµ ®Ó t¹o cho ph«i cã mét h×nh d¸ng vµ kÝch th−íc nhÊt ®Þnh.

ph«i, nhiÖt ®é c¸n, tèc ®é c¸n, l−îng biÕn d¹ng, ThiÕt bÞ dïng ®Ó c¸n thÐp 25MnV lµ

thuËt ®Ó thùc hiÖn b−íc c«ng nghÖ nµy nh− sau:

- Tèc ®é nung ph«i kho¶ng tõ 150 ÷ 250⁰C/ giê.

- L−îng biÕn d¹ng dµi cho mçi b−íc c¸n lµ:

+ Trôc th«: λ = 1.12 ÷ 1,25

+ Trôc tinh: λ = 1.5 ÷ 1,6

- Tèc ®é c¸n: v = 3,5 ÷ 4,0 m/s

- NhiÖt ®é b¾t ®Çu c¸n:

- NhiÖt ®é kÕt thóc c¸n:

- Quy c¸ch s¶n phÈm:

1100 - 1150⁰C

900 - 950⁰C

φ14mm

Quy tr×nh s¬ ®å c«ng nghÖ c¸n ®−îc m«t t¶ nh− trong h×nh 3.3.

26

T⁰C

1200

900

600

300

10

12

8

τ, giê

2

4

6

H×nh 3.3: S¬ ®å c«ng nghÖ c¸n thÐp 25MnV

4. C«ng nghÖ kÐo.

ThÐp 25MnV dïng lµm xÝch kÐo víi c«ng nghÖ s¶n xuÊt tù ®éng nh− ®· nãi ë

trªn. Do ®ã c¸c yªu cÇu vÒ vËt liÖu lµ kh¸ nghiªm ngÆt. §Ó ®¸p øng ®−îc c¸c yªu cÇu

kÝch th−íc vµ dung sai.

Trong c«ng nghÖ kÐo cÇn ph¶i ®¶m b¶o ®−îc mét sè yªu cÇu:

- §¹t ®−îc kÝch th−íc vµ dung sai cho phÐp;

- §¶m b¶o ®é cøng cña vËt liÖu. Do qua biÕn d¹ng nguéi nªn vËt liÖu sÏ bÞ biÕn

hiÖn t−îng gÉy.

Tõ nh÷ng yªu cÇu ®ã mµ vËt liÖu khi tiÕn hµnh kÐo nguéi ph¶i tÝnh to¸n ®Õn sè

b−íc kÐo vµ l−îng biÕn d¹ng cña vËt liÖu. Nhãm thùc hiÖn ®Ò tµi ®· c¸n thÐp ®Õn

dung sai ± 0,6mm ®Ó tiÕn hµnh c«ng ®o¹n kÐo. KÐo thÐp 25MnV ®−îc thùc hiÖn trªn

m¸y kÐo víi c¸c th«ng sè kü thuËt nh−: c«ng suÊt m«t¬: 7,5kWh; tèc ®é kÐo: 8m/

27

phót. Khu«n kÐo lµm b»ng vËt liÖu cã ®é cøng cao (khu«n BK8), bét kÐo lµ hçn hîp

bao gåm bét phÊn ch× + mì h÷u c¬. H×nh 3.4 lµ s¬ ®å khu«n kÐo.

H×nh 3.4: S¬ ®å kÐo thÐp 25MnV

5. C«ng nghÖ nhiÖt luyÖn.

NhiÖt luyÖn lµ qu¸ tr×nh nung nãng kim lo¹i ®Õn mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh, gi÷ ë

nhiÖt ®é ®ã mét thêi gian thÝch hîp råi lµm nguéi víi tèc ®é phï hîp ®Ó t¹o ra sù thay

®æi vÒ cÊu tróc, tõ ®ã t¹o ®−îc c¬ tÝnh phï hîp yªu cÇu sö dông.

Qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn s¬ bé gåm mét hoÆc tæ hîp c¸c b−íc sau:

- ñ: ñ lµ qu¸ tr×nh nung nãng kim lo¹i, gi÷ æn ®Þnh nhiÖt ®é ®Ó thÊu nhiÖt råi lµm

- Th−êng ho¸: th−êng ho¸ lµ qu¸ tr×nh nung nãng ®Õn tæ chøc hoµn toµn austenit,

th−êng ho¸ còng nh− ñ lµ lµm mÒm kim lo¹i ®Ó dÔ gia c«ng vµ t¹o h×nh.

- T«i: t«i lµ qu¸ tr×nh nung nãng lµm xuÊt hiÖn tæ chøc austenit råi lµm nguéi

- Ram: lµ nguyªn c«ng b¾t buéc sau khi t«i, lµ qu¸ tr×nh nung nãng l¹i thÐp ®· t«i

®Ó ®iÒu chØnh ®é cøng, ®é bÒn theo yªu cÇu lµm viÖc.

ChÕ ®é nhiÖt luyÖn thÐp 25MnV ®−îc tr×nh bÇy trong b¶ng 3.4.

28

B¶ng 3.4: ChÕ ®é ñ, th−êng ho¸, t«i vµ ram thÐp 25MnV

Nguyªn c«ng

NhiÖt ®é, ^OC

870 ÷ 900

870 ÷ 920

350 ÷ 400

M«i tr−êng lµm nguéi

Cïng lß

ñ

T«i

DÇu

Ram

Kh«ng khÝ

T, ^OC

860

ñ

lµm nguéi

2

t, giê

H×nh 3.5: ChÕ ®é ñ thÐp 25MnV

T⁰C

910

T«i

Ram

380

t, giê

02

01

H×nh 3.6: ChÕ ®é nhiÖt luyÖn thÐp 25MnV

29