Báo cáo Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép Mác Z50CD15 dùng để chế tạo khuôn ép thức ăn gia súc
BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM
VIỆN LUYỆN KIM ĐEN
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN CẤP BỘ
Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP MÁC Z50CD15 DÙNG ĐỂ
CHẾ TẠO KHUÔN ÉP THỨC ĂN GIA SÚC”
Cơ quan chủ quản:
Cơ quan chủ trì:
Chủ nhiệm đề tài:
TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM
VIỆN LUYỆN KIM ĐEN
Ths. NGUYỄN QUANG DŨNG
6826
28/4/2008
HÀ TÂY, 12/2007
1
BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM
VIỆN LUYỆN KIM ĐEN
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN CẤP BỘ
Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP MÁC Z50CD15 DÙNG ĐỂ
CHẾ TẠO KHUÔN ÉP THỨC ĂN GIA SÚC”
VIỆN LUYỆN KIM ĐEN
VIỆN TRƯỞNG
Nguyễn Văn Sưa
HÀ TÂY, 12/2007
2
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU
4
5
1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu thép không gỉ máctenxit có chứa Crôm, Molipđen và Vanadi 5
1.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim lên cấu trúc và tính chất của
thép không gỉ máctenxit.
1.3. Nhiệt luyện thép không gỉ máctenxit
1.4. Thép không gỉ máctenxit mác Z50CD15.
1.5. Lựa chọn mác thép làm khuôn ép thức ăn gia súc.
1.5.1. Công nghệ chế biến thức ăn gia súc.
1.5.2. Lựa chọn mác thép làm khuôn ép thức ăn gia súc
2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nội dung nghiên cứu
6
11
12
13
13
15
16
16
16
17
17
17
20
23
23
25
27
27
27
28
32
33
36
36
36
37
38
2.2. Phương pháp nghiên cứu
3. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
3.1. Công nghệ sản xuất thép hợp kim mác Z50CD15
3.1.1. Công nghệ luyện thép
3.1.2. Công nghệ tinh luyện
3.1.3. Công nghệ đúc chi tiết
3.1.4. Công nghệ rèn
3.1.5. Công nghệ nhiệt luyện
3.2. Các tính chất của thép Z50CD15
3.2.1. Thành phần hoá học
3.2.2. Tính chất cơ lý
3.2.3. Cấu trúc pha
3.2.4. Tính chống gỉ của thép
3.3. Chế tạo sản phẩm
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Kết luận
4.2. Kiến nghị
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
6. PHỤ LỤC
3
MỞ ĐẦU
Trong một đất nước, nền kinh tế bao gồm rất nhiều ngành như công nghiệp,
nông nghiệp, giao thông vận tải,… Trong số các ngành này, ngành chăn nuôi gia
súc, gia cầm cũng đóng một vai trò quan trọng. Trước đây, khi ngành cơ khí còn
kém phát triển, ngành công nghiệp ít có tác dụng hỗ trợ đến sự phát triển của
ngành chăn nuôi. Gần đây, người ta đã phát minh ra các máy chế biến thức ăn
cho ngành chăn nuôi không những giúp giảm nhẹ lao động cho người chăn nuôi
mà còn tăng năng suất và chất lượng của ngành kinh tế này.
Trong số các thiết bị này, thiết bị chế biến thức ăn cho ngành chăn nuôi đã
được nhiều nước tiến hành nghiên cứu, chế tạo. Nguyên lý hoạt động của thiết bị
này như sau: nguyên liệu vụn rời, sau khi được hấp sấy, sẽ được máy này ép
thành viên. Thức ăn này rất tiện lợi cho việc chăn nuôi gia súc, gia cầm ở qui mô
công nghiệp. Nó cũng rất dễ dàng cho việc bảo quản, vận chuyển. Một trong các
bộ phận quan trọng nhất của thiết bị ép thức ăn này là khuôn ép thức ăn. Khuôn
ép này ngoài việc phải chịu được tác động ăn mòn khi tiếp xúc với các thức ăn,
còn phải chịu được sự mài mòn của việc ép thức ăn khi đi qua các lỗ nhỏ trên bề
mặt khuôn.
Thép không gỉ máctenxít đáp ứng tốt các yêu cầu này. Để góp phần phục
vụ nhu cầu trong nước, giảm thiểu nhập khẩu khi các chi tiết này bị hỏng, Viện
Luyện kim đen đã đề xuất và được Bộ Công Thương chấp thuận giao thực hiện
đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép Z50CD15 dùng để chế tạo khuôn ép
thức ăn gia súc”.
Bản báo cáo bao gồm các phần như sau:
- Tổng quan.
- Nội dung và phương pháp nghiên cứu.
- Kết quả đạt được.
- Kết luận và kiến nghị.
- Tài liệu tham khảo.
- Các tài liệu liên quan đến đề tài.
Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ, tạo
điều kiện của Vụ Khoa học và Công nghệ (Bộ Công Thương), Viện Nghiên cứu
thiết kế chế tạo máy nông nghiệp cùng các cơ quan trong cũng như ngoài Bộ.
Nhân dịp này, chúng tôi xin trân trọng cám ơn về sự giúp đỡ và hợp tác đó.
4
1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu thép không gỉ máctenxit có chứa Crôm, Molipđen và Vanadi.
Để phân biệt các loại thép với nhau, người ta có nhiều cách như theo thành
phần hoá học, công dụng của chúng, cấu trúc tồn tại,…
Đối với thép không gỉ, thông thường người ta hay dùng cách phân loại theo
dạng tồn tại cấu trúc của thép. Trong hệ thép không gỉ có những họ thép như
sau: thép austenit, dạng ferit, dạng máctenxit, dạng bề hoá tiết pha, dạng song
pha. Trong các loại thép này thì thép máctenxit có giá thành thấp trong khi
chúng lại có tính chất tốt của loại thép không gỉ.
Thông thường, đối với thép không gỉ máctenxit chỉ có một nguyên tố hợp
kim là Crôm thì hàm lượng Crôm tối thiểu phải lớn hơn 11,5% còn nếu có thêm
các nguyên tố hợp kim khác như Mo, V, Ni, Ti, W,… thì hàm lượng Cr có thể
nhỏ hơn 11,5% thì thép không gỉ đó mới có cấu trúc máctenxit. Nhờ có các
nguyên tố hợp kim này mà thép có được tính chống gỉ tốt và có độ bền cơ học
cao. Ngoài ra thép máctenxit còn có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như cơ
khí, dụng cụ và các chi tiết sử dụng ở nhiệt độ cao.
Thành phần hoá học của hệ thép không gỉ máctenxit được nêu trong bảng 1.
Bảng 1: Thành phần hóa học của hệ thép không gỉ máctenxit.
TT
Mác thép
Thành phần hoá học của các nguyên tố (%)
AISI ASTM
C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
Khác
P ≤
S ≤
1
403
403
410
XM-30
-
0,040 0,030 11,5-
≤0,15 ≤0,50 ≤1,00
≤0,15 ≤1,00 ≤1,00
≤0,15 ≤1,00 ≤1,00
≤0,06 ≤1,00 ≤1,00
≤0,15 ≤1,00 ≤1,00
≤0,15 ≤1,00 ≤1,25
13,0
0,040 0,030 11,5-
13,5
0,040 0,030 11,5-
13,5
0,040 0,030 11,5-
13,5
0,040 0,030 11,5- 1,25-
2
410
3
410Cb
410S
414
Nb≤0,25
4
≤0,6
5
414
416
-
13,5
0,060 0,150 12,0-
14,0
2,50
6
416
Zr/Mo≤0,60
7
416 plus
X
416Se
1,50- 0,060 0,150 12,0-
≤0,15 ≤1,00
≤0,60
≤0,60
2,50
14,0
0,060 0,060 12,0-
14,0
0,040 0,030 12,0-
14,0
8
416Se
420
420F
Se>0,15
≤0,15 ≤1,00 ≤1,25
≤0,15 ≤1,00 ≤1,00
≤0,15 ≤1,00 ≤1,25
9
420
10
11
12
13
14
420F
0,060 0,150 12,0-
14,0
420F Se 420F Se 0,30-
0,40
422
0,06
0,06
12,0-
14,0
Se>0,15
≤1,00 ≤1,25
≤0,75 ≤1,00
-
0,20-
0,45
0,040 0,030 11,5- 0,50- 0,75- V=0,15-0,3
13,5
1,00
1,25 W=0,75-1,25
431
431
440A
0,040 0,030 15,0- 1,25-
≤0,20 ≤1,00 ≤1,00
17,0
0,040 0,030 16,0-
18,0
2,50
440A
0,60-
0,75
≤1,00 ≤1,00
≤0,75
5
15
16
17
18
19
20
21
22
440B
440C
440F
440F Se
501
440B
440C
-
0,75-
0,95
0,95-
1,20
0,95-
1,20
0,95-
1,20
0,040 0,030 16,0-
≤1,00 ≤1,00
≤1,00 ≤1,00
≤1,00 ≤1,00
≤1,00 ≤1,00
≤0,75
≤0,75
18,0
0,040 0,030 16,0-
18,0
0,06
0,15
16,0-
18,0
16,0-
18,0
Mo/Zr≤0,75
-
0,06
0,06
Se>0,15
501
502
501A
501B
0,040 0,030 4,00-
0,40-
0,65
0,40-
0,65
0,45-
0,65
0,90-
1,10
≤0,10 ≤1,00 ≤1,00
≤0,10 ≤1,00 ≤1,00
≤0,15 ≤1,00 ≤1,00
≤0,15 ≤1,00 ≤1,00
6,00
0,040 0,030 4,00-
6,00
0,040 0,030 6,00-
8,00
502
503
504
0,040 0,040 8,00-
10,0
Qua bảng 1 ta thấy hệ thép không gỉ máctenxit được phân chia làm 3 nhóm
chính gồm nhóm thép chỉ có Cr khoảng 13%, nhóm có chứa Cr+Ni và nhóm có
chứa Cr cộng thêm một số nguyên tố hợp kim vi lượng như Mo, V, Ti.
1.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim lên cấu trúc và tính chất của
thép không gỉ máctenxit.
.
Như đã biết, thành phần cơ bản của thép không gỉ máctenxit là Cr vào
khoảng 11,5-18% ngoài ra còn có thêm một số nguyên tố hợp kim khác nữa. Sau
đây ta sẽ xem xét ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến cấu trúc và tính
chất của các loại thép không gỉ máctenxit.
Cácbon:
Cácbon là nguyên tố mở rộng vùng γ, tức là nguyên tố tăng độ ổn định của
pha austenit. Do có khả năng mở rộng vùng dung dịch rắn γ và tạo thành pha
cácbit có độ cứng cao nên cácbon là nguyên tố tăng bền rất tốt. Khi tăng nhiệt
độ thì khả năng tăng bền của cácbon giảm đi do có sự thay đổi cấu hình của
cácbit. Khi có các nguyên tố tạo cácbit mạnh trong hợp kim thì cácbon tập trung
chủ yếu vào những vị trí hình thành cácbit. Vì vậy, khi tăng hàm lượng cácbon
sẽ làm thay đổi sự phân bố các nguyên tố hợp kim giữa các pha dung dịch rắn và
pha cácbít. Điều này dẫn đến làm nghèo dung dịch rắn, ảnh hưởng đến tính chất
hợp kim. Cácbon cũng có ảnh hưởng xấu đến tính dẻo, giảm khả năng chống lại
sự phát triển của vết nứt và giảm tính hàn của hợp kim. Vì vậy, hầu hết các loại
thép hợp kim đều chứa hàm lượng cácbon thấp như các loại thép không gỉ làm
việc trong các môi trường có tính ăn mòn mạnh. Tuy nhiên, đối với thép không
gỉ máctenxit được sử dụng trong ngành chế tạo cơ khí thì hàm lượng cácbon lại
cao.
Crôm:
Crôm là nguyên tố rất quan trọng có ảnh hưởng mạnh đến tính chống gỉ của
thép nhờ khả năng thụ động của Crôm. Để đảm bảo khả năng chống gỉ của thép,
hàm lượng Cr trong thép tối thiểu phải lớn hơn 11,5% để tạo ra một lớp màng
6