Nghiên cứu công nghệ nấu luyện thép không gỉ mác 201

Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 75 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 Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 76 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 Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 77 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 Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 1 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. Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 3 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 Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 4 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 Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 5 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 Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 6 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 Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 7 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% Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 8 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 Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 9 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%. 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 Lß ®iÖn (EAF) Lß thæi (AOD) Khö l−u huúnh G/® Hoµn nguyªn Thæi lÇn 1 Thæi lÇn 2 Thæi lÇn 3 S¶n phÈm Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 10 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. Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 11 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. Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 12 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 Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 13 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. Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 14 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). 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: H×nh 2.1: Gi¶n ®å tæ chøc cña thÐp phô thuéc vµo ®−¬ng l−îng Cr, Ni Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 15 - 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 Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 16 Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 17 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. Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 18 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 Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 19 kh¾c phôc hiÖn t−îng nµy b»ng c¸ch h¹ thÊp l−îng C¸cbon vµ cho thªm 0,8% Ti vµo thÐp nh− m¸c 08Cr17Ti. Nhãm chøa tõ 20 ÷ 30% Cr nh− m¸c 15Cr25Ti (t−¬ng ®−¬ng m¸c 446 cña Mü) hµm l−îng Cr cao nªn chóng cã tÝnh chèng ¤xy ho¸ cao (kh«ng bÞ trãc vÈy ë nhiÖt ®é cao 800 ÷ 9000C) Nãi chung, thÐp kh«ng gØ α cã giíi h¹n ®µn håi cao h¬n γ nh−ng møc ®é ho¸ bÒn do blo hoµ dÎo l¹i thÊp h¬n. §é bÒn chèng ¨n mßn phô thuéc hµm l−îng Cr. §Ó h¹n chÕ ¨n mßn ®iÓm ph¶i t¨ng Cr >20% vµ cho thªm 2% Mo. 2.1.4. ThÐp kh«ng gØ ho¸ cøng tiÕt pha Lo¹i thÐp nµy cã thÓ tiÕn hµnh gia c«ng b»ng biÕn d¹ng nguéi, ®Ó tiÕn hµnh gia c«ng biÕn d¹ng nguéi vµ c¾t gät th× nã t−¬ng ®èi mÒm nh−ng sau khi ho¸ bÒn th× ®é bÒn t¨ng lªn ®¸ng kÓ. VÝ dô: §iÓn h×nh vÒ lo¹i thÐp nµy lµ m¸c thÐp: 329J1 víi C ≤ 0,08%, Si≤1,5, Cr = 23 ÷ 28, Ni = 3 ÷ 6, P ≤ 0,04, S ≤ 0,03. ThÐp Maraging (mactenxit ho¸ giµ) lµ lo¹i tiªu biÓu trong h−íng nµy. Mactenxit ngay sau t«i t−¬ng ®èi mÒm ®Ó cã thÓ gia c«ng c¬ khÝ ®−îc. ViÖc ho¸ giµ tiÕp theo lµm t¨ng ®é bÒn c¬ häc mµ kh«ng ph¶i thùc hiÖn biÕn d¹ng nguéi. ThÐp kh«ng gØ ho¸ bÒn b»ng tiÕt pha cã −u ®iÓm lµ cã thÓ tiÕn hµnh gia c«ng b»ng biÕn d¹ng nguéi vµ cã thÓ c¾t gät ë tr¹ng th¸i t−¬ng ®èi mÒm nh−ng sau khi ho¸ bÒn pha ®é bÒn t¨ng lªn mét c¸ch ®¸ng kÓ. ChÕ ®é nhiÖt luyÖn: - Nung lªn 10500 C råi lµm nguéi ngoµi kh«ng khÝ nhËn ®−îc tæ chøc austenit ®Ó cã thÓ gia c«ng c¬ ®−îc. Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 20 - Nung ®Õn 7500 C ÷ 9500 C råi lµm nguéi ngoµi kh«ng khÝ, tæ chøc nhËn ®−îc lµ nÒn austenit vµ h¹t Cacbit. - Lµm nguéi xuèng 0 ÷ 750 C ®Ó chuyÓn thµnh mactenxit. - Ho¸ giµ nh©n t¹o ë 5250 C/ h sÏ ®¹t c¬ tÝnh (®é bÒn vµ ®é cøng) cùc ®¹i do cã tiÕt ra c¸c phÇn tö nhá mÞn NiAl vµ Ni3Al. Lo¹i thÐp nµy cã tÝnh chèng ¨n mßn tèt t−¬ng ®−¬ng lo¹i thÐp γ Cr18Ni10 nh−ng bÒn vµ cøng h¬n nhiÒu, ®−îc dïng ®Ó chÕ t¹o lß xo, chi tiÕt tµu vò trô, dao, kÐo mæ, dông cô kü thuËt, thiÕt bÞ chÞu ¸p lùc. Ngµy nay thÐp kh«ng gØ hai pha ®ang ®−îc chó ý nghiªn cøu vµ sö dông trong nhiÒu ngµnh nh− dÇu khÝ, giÊy, y tÕ, ho¸ chÊt, m«i tr−êng, kiÕn tróc… 2.1.4. ThÐp kh«ng gØ song pha. ThÐp kh«ng gØ hai pha thuéc mét trong 5 lo¹i thÐp kh«ng gØ nh− ®l nãi ë trªn. Ngµy nay lo¹i thÐp kh«ng gØ ®−îc nghiªn cøu kh¸ kü ®Æc biÖt lµ lo¹i thÐp kh«ng gØ song pha (Duplex Stainless Steels) bao gåm pha austenit + ferrit v× nã kÕt hîp ®−îc nh÷ng −u viÖt cña hai lo¹i thÐp nµy vµ gi¶m ®−îc nh−îc ®iÓm riªng cña tõng lo¹i. Thêi gian ®Çu, gi÷a nh÷ng n¨m 1930 – 1940 ng−êi ta luyÖn thÐp kh«ng gØ song pha trong lß c¶m øng cao tÇn ®Ó ®iÒu chØnh thµnh phÇn c¸c nguyªn tè hîp kim mµ ch−a cÇn tinh luyÖn. Sau ®ã ®l dïng kü thuËt ch©n kh«ng ®Ó khö C¸cbon vµ ¤xy. HiÖn nay ng−êi ta th−êng nÊu luyÖn thÐp kh«ng gØ song pha trong lß ®iÖn hå quang råi tinh luyÖn ngoµi lß nh− VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) hay AOD (Argon Oxygen Decarburization). Víi nh÷ng tiÕn bé trong viÖc ®iÒu chØnh thµnh phÇn còng nh− khö t¹p chÊt ®l lµm cho viÖc s¶n xuÊt Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 21 c¸c lo¹i thÐp kh«ng gØ song pha ë møc ®é c«ng nghiÖp ph¸t triÓn rÊt m¹nh, nhÊt lµ trong kho¶ng vµi chôc n¨m gÇn ®©y. Xu h−íng hiÖn nay lµ ng−êi ta gi¶m hµm l−îng C vµ Ni vµ t¨ng hµm l−îng N2 (0,12 – 0,25%). ThÐp kh«ng gØ song pha thÕ hÖ míi ®−îc hîp kim ho¸ Nit¬ ®Ó ®¶m b¶o æn ®Þnh cÊu tróc còng nh− tÝnh chèng gØ cao. Ban ®Çu thÐp kh«ng gØ song pha chØ ®−îc dïng ë tr¹ng th¸i ®óc, nh−ng sau ®ã chóng ®l ®−îc c¸n thµnh thanh, èng vµ tÊm l¸. Sù kÕt hîp gi÷a tÝnh chÊt c¬ häc vµ tÝnh chèng gØ cao céng víi viÖc chøa Ýt nguyªn tè Ni ®l lµm cho nhãm thÐp kh«ng gØ song pha cã tÝnh kinh tÕ cao vµ lµ ®èi t−îng nghiªn cøu rÊt m¹nh mÏ ë c¸c n−íc tiªn tiÕn. ViÖc sö dông thÐp kh«ng gØ song pha trong c¸c m«i tr−êng x©m thùc nh− c«ng nghiÖp ho¸ chÊt, dÇu khÝ, giÊy vµ bét giÊy, n−íc biÓn... rÊt phæ biÕn vµ ®em l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao. 2.2. ¶nh h−ëng cña c¸c nguyªn tè hîp kim 2.2.1 ¶nh h−ëng cña Mangan Lµ nguyªn tè më réng vµ æn ®Þnh austennit, nã cã ¶nh h−ëng t¹o austenit m¹nh h¬n so víi Ni. ë 10000C trong vïng γ cã chøa Mangan chØ hoµ tan nhiÒu nhÊt lµ 14% Cr, l−îng Mangan t¨ng th× l−îng hoµ tan cña Cr«m trong austennit bÞ h¹n chÕ. Khi cã t¶i träng hîp kim hÖ Fe-Cr-Mn chuyÓn biÕn γα → x¶y ra m¹nh h¬n so víi hîp kim hÖ Fe-Cr-Ni vµ lµm ho¸ bÒn mactenxit cña thÐp. Mn cã t¸c dông t¨ng ®é thÊm t«i, kh«ng t¹o Cacbit riªng mµ thay thÕ Fe trong XªmentÝt (Fe3C) t¹o thµnh Cacbit trung b×nh Mn3C, Mn3C2 hoÆc phøc Cacbit (Fe.Mn)C6. Mn lµ nguyªn tè kh¸ rÎ, nh−ng nã Ýt ®ãng vai trß lµ nguyªn tè hîp kim ®éc lËp bëi v× nÕu ®i mét m×nh th−êng cã c¸c nh−îc ®iÓm sau: thóc ®Èy Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 22 h¹t tinh thÓ lín nhanh khi nung; t¨ng tÝnh rßn ram; gi¶m ®é dÎo vµ ®é dai theo h−íng vu«ng gãc víi ph−¬ng c¸n. 2.2.2. ¶nh h−ëng cña Cr«m Cr lµ nguyªn tè hîp kim c¬ b¶n nhÊt trong thÐp hîp kim chÞu nhiÖt, nã kh«ng nh÷ng lµm t¨ng kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cña hîp kim mµ cßn h×nh thµnh mµng «xÝt sÝt chÆt, lµm cho hîp kim cã kh¶ n¨ng chèng «xy hãa rÊt cao, ®ång thêi lµm t¨ng ®é hoµ tan cña C vµo Austenit. Cr lµ nguyªn tè chñ yÕu ®Ó n©ng cao tÝnh chèng «xy ho¸ cña thÐp. Hµm l−îng Cr trong thÐp vµ nhiÖt ®é chèng «xy ho¸ cao nhÊt nh− sau: B¶ng 2.2: Mèi quan hÖ cña hµm l−îng Cr ®Õn nhiÖt ®é chèng «xy ho¸ % Cr NhiÖt ®é, OC <1% 600 H×nh 2.2: Gi¶n ®å tr¹ng th¸i Fe - Cr Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 23 ≈5% 600-630 ≈12% 800 ≈22% 1000 ≈30% 1100 >30% >1100 Kh«ng cã lùc kÐo biÕn d¹ng NÕu trong thÐp ®ång thêi cho vµo Si vµ Al, t¹o thµnh hîp kim Fe-Cr-Al vµ Cr-Si th× sÏ ph¸t huy ®−îc tèt h¬n t¸c dông chèng «xy ho¸ cña nh÷ng nguyªn tè nµy. Thùc nghiÖm cho thÊy r»ng hµm l−îng Silic cã hiÖu qu¶ nhÊt kho¶ng 1,5- 2% nhá h¬n hoÆc lín h¬n thµnh phÇn nµy sÏ kh«ng cã t¸c dông. Cßn t¸c dông cña nh«m næi bËt, trong 6% Cr chØ cÇn cho vµo 2% Al hÇu nh− cã thÓ hoµn toµn ng¨n chÆn ®−îc «xy ho¸. ThÐp hîp kim 25-30% Cr víi Si vµ Al lµ vËt liÖu chÞu nãng quan träng trong c«ng nghiÖp. 2.2.3. ¶nh h−ëng cña Niken Lµ mét trong nh÷ng nguyªn tè hîp kim chñ yÕu trong thÐp vµ hîp kim chÞu nãng, nã cã kh¶ n¨ng chèng «xy hãa rÊt cao. NÕu cã 4÷8%Ni sÏ lµm gi¶m ®ét ngét ®iÓm mactenxit vµ t¨ng sè l−îng Austenit d−, qua sù thay ®æi thµnh phÇn pha, còng nh− t¨ng ®é linh ®éng sai lÖch vµ gi¶m n¨ng l−îng t−¬ng t¸c cña chóng sÏ lµm t¨ng ®é dÎo vµ ®é dai cña thÐp. Hµm l−îng Ni t¨ng th× trong austennit cã thÓ hoµ tan ®−îc cµng nhiÒu nguyªn tè t¹o thµnh ferit nh− Cr«m- ®©y lµ mét ®Æc ®iÓm quan träng cã t¸c dông tèt n©ng cao ®−îc hµm l−îng Cr«m ®Ó n©ng cao tÝnh chèng gØ. §ång thêi Ni lµm gi¶m ®é hoµ tan cña Ti, Al, Mo vµ V trong mactenxit, t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi ®Ó ph©n bè c¸c phÇn tö pha gi÷a c¸c kim lo¹i ®−îc t¸ch ra. Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 24 Ni lµ nguyªn tè më réng vïng γ - Fe, t¹o dung dÞch r¾n hßa tan v« h¹n gi÷a Fe vµ Ni. Víi nång ®é lín h¬n 40%Ni, thÐp chØ cã cÊu tróc mét pha austenit, cã ®é dÎo cao vµ kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn lín. Sù cã mÆt cña c¸c nguyªn tè th−êng gÆp kh¸c nh− Cr, Si, Mo, Ti,... dÉn ®Õn xu thÕ xuÊt hiÖn pha ferit. Theo mét sè nghiªn cøu tr−íc ®©y, cho dï tæ chøc ban ®Çu lµ ®ång nhÊt austenit, nÕu nung l©u ë nhiÖt ®é ®ñ cao cã kh¶ n¨ng t¹o Fe3Ni, Fe2Ni, Fe3Ni2, FeNi3 trong ®ã xuÊt hiÖn FeNi3 lµ lín nhÊt; sù cã mÆt cña pha nµy sÏ lµm gi¶m tÝnh chèng ¨n mßn. Ph−¬ng thøc ¶nh h−ëng chñ yÕu cña Ni lµ nã lµm máng bÒ dµy cña líp FeO; trong hîp kim chÞu nãng nÒn Ni cho Cr vµo sÏ t¹o thµnh mµng b¶o vÖ rÊt tèt. Hîp H×nh 2.3: Gi¶n ®å tr¹ng th¸i Fe - Ni Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 25 kim Ni-Cr (20%) ë 500-700oC t¹o thµnh «xit Cr2O3, ë nhiÖt ®é 800-1000 OC tÇng ngoµi t¹o thµnh NiO. Cr2O3 , líp trong vÉn lµ Cr2O3 dÝnh chÆt víi hîp kim, nh−ng nhiÖt ®é cµng cao líp Cr2O3 cµng máng. Tuy nhiªn, hîp kim Ni cao kh«ng nªn sö dông trong m«i tr−êng cã hµm l−îng S cao, ®Æc biÖt lµ sù cã mÆt cña H2S, nã kÕt hîp víi Ni t¹o cïng tinh ë nhiÖt ®é thÊp ((6450C). Sù cã mÆt cña Ni trong hÖ Fe-Cr-Ni trong hîp kim cã t¸c ®éng më réng vïng cÊu tróc austenit ë nhiÖt ®é cao còng nh− nhiÖt ®é thÊp, hiÖu øng ®Æc biÖt cña Ni theo khuynh h−íng nµy phô thuéc vµo hµm l−îng cña Cr. Trong thùc tÕ kh«ng lµm thay ®æi nhiÖt ®é b¾t ®Çu chuyÓn biÕn mactenxit αγ → vµ εγ → . ë hµm l−îng kh«ng lín Si lµm gi¶m ®é hoµ tan c©n b»ng trong c¸c pha α vµ γ cña ®a sè c¸c nguyªn tè hîp kim. Si lµ nguyªn tè kh«ng t¹o Cacbit; t¨ng tÝnh æn ®Þnh ram; h¹n chÕ tÝnh rßn ram cña thÐp; t¨ng kh¶ n¨ng chèng «xy ho¸ ë nhiÖt ®é cao; t¨ng ®é bÒn chèng rlo; cïng víi Mn, Si cã t¸c dông t¨ng giíi h¹n ®µn håi. H×nh 2.4: MÆt c¾t ngang gi¶n ®å tr¹ng th¸i Fe-Cr-Ni ë H×nh 2.5: MÆt c¾t ngang gi¶n ®å tr¹ng th¸i Fe-Cr-Ni ë 400oC Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 26 Si më réng vïng tån t¹i hai pha γα + trªn gi¶n ®å Fe-C, ®iÒu nµy lµm cho vïng giíi h¹n nhiÖt ®é nung khi nhiÖt luyÖn ®−îc më réng, c¶i thiÖn tÝnh c«ng nghÖ cña thÐp. Si tËp trung trong dung dÞch Fe-ferit lµm t¨ng ®é thiªn tÝch C¸cbon vÒ austenit. Th«ng th−êng, khi t¨ng Si th× ®é gißn sÏ t¨ng vµ ®é cøng còng t¨ng ®Õn giíi h¹n bÒn, hµm l−îng Si cao kh«ng cã lîi cho chÊt l−îng bÒ mÆt cña thÐp, do dÔ t¹o thµnh nh÷ng «xit phøc t¹p, cã nhiÖt ®é nãng ch¶y thÊp; ®ång thêi lµm t¨ng kh¶ n¨ng tho¸t C¸cbon. 2.2.4. ¶nh h−ëng cña M«lip®en Mo lµ nguyªn tè hîp kim ®Æc biÖt t¹o cho thÐp cã kh¶ n¨ng lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao, Mo lµ nguyªn tè t¹o Cacbit rÊt m¹nh, khi ®−a vµo thÐp hoµ tan phÇn lín vµo xªmentÝt. Mo lµm t¨ng kh¶ n¨ng ram, gi¶m sù nh¹y c¶m víi gißn ram cïng vãi Cr lµm t¨ng m¹nh ®é thÊm t«i. Khi ®−a vµo trong thÐp Mo cïng víi C¸cbon t¹o thµnh Cacbit rÊt cøng vµ æn ®Þnh cã nhiÖt ®é nãng ch¶y. Mo cã t¸c dông lµm nhá h¹t austenit, Mo tan vµo dung dÞch lµm t¨ng ®é bÒn, ®é thÊm t«i ®ång thêi t¨ng tÝnh æn ®Þnh cña h¹t Cacbit trong thÐp, gi¶m l−îng hoµ tan cña Cacbit. Mo Cã thÓ lµm t¨ng nhiÖt ®é kÕt tinh l¹i cña hîp kim, ng¨n c¶n sù kÕt tô cña pha hãa bÒn vµ h×nh thµnh c¸c lo¹i hîp chÊt phøc t¹p, lµm t¨ng t¸c dông hãa bÒn ph©n t¸n. Nh−îc ®iÓm cña Mo lµ dÔ g©y hiÖn t−îng tho¸t C¸cbon, lµm phøc t¹p ho¸ qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn. 2.2.5. ¶nh h−ëng cña hµm l−îng C¸cbon C¸cbon lµ nguyªn tè më réng vµ lµm æn ®Þnh austenit vµ h×nh thµnh pha hãa bÒn, ®ång thêi lµm t¨ng giíi h¹n ch¶y. Mét l−îng C¸cbon nhá cã t¸c dông æn ®Þnh austennit rÊt lín. Nh−ng nÕu hµm l−îng C¸cbon qu¸ cao sÏ lµm gi¶m ®é Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 27 dÎo, tÝnh hµn nèi vµ kh¶ n¨ng chèng «xy hãa cña hîp kim. ë tr¹ng th¸i c©n b»ng C¸cbon cã thÓ liªn kÕt víi mét sè kim lo¹i ®Ó t¹o thµnh cacbÝt, trong SUS316 khi nung ®Ó t«i, cacbÝt sÏ hoµ tan trë l¹i trong austenit. Tuy nhiªn, sù ph©n bè nµy kh«ng ®ång ®Òu, l−îng C¸cbon trong dung dÞch r¾n sÏ cao h¬n ë nh÷ng n¬i mµ tr−íc ®ã cã phÇn tö Cacbit; ®iÒu nµy sÏ h¹n chÕ kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cho dï tæ chøc sau t«i lµ mét pha. Do vËy, ®Ó ®¹t ®−îc tÝnh chèng ¨n mßn cao th× ph¶i h¹n chÕ l−îng C¸cbon thÊp h¬n giíi h¹n hoµ tan cña Cacbit ë nhiÖt ®é phßng. 2.3. ¶nh h−ëng cña t¹p chÊt 2.3.1. ¶nh h−ëng cña P Trong s¾t láng Phèt pho hoµ tan rÊt nhiÒu ë d¹ng ph©n tö Fe2P, nÕu cã O2, Mn, Al th× cã thÓ t¹o thµnh P2O5,P4O3, Mn5P2AlP, FeO.P2O5, Fe2O3.P2O5…, nh−ng trong s¾t ®Æc, sù hoµ tan cña P kh«ng ®¸ng kÓ, ®Æc biÖt ë trong pha Ferit hoµ tan chØ ®é vµi phÇn ngh×n, do vËy dÔ xuÊt hiÖn Fe3P lµm t¨ng gißn ë nhiÖt ®é th−êng (g©y bë nguéi hay gißn nguéi), do ®ã lµm gi¶m m¹nh ®é dai va ®Ëp cña chi tiÕt. ChØ cÇn 0,1%P hoµ tan, ferit ®l trë nªn rÊt gißn, nh−ng P lµ nguyªn tè thiªn tÝch rÊt m¹nh trong qu¸ tr×nh kÕt tinh; ®Ó tr¸nh gißn, l−îng P trong thÐp ph¶i ≤ 0,05% (®Ó n¬i tËp trung l−îng P cao nhÊt còng kh«ng thÓ v−ît qu¸ 0,1% lµ giíi h¹n g©y rßn). ¶nh h−ëng cña P ®Õn c¬ tÝnh cßn thÓ hiÖn ë sù t¨ng m¹nh nhiÖt ®é chuyÓn biÕn tõ tr¹ng th¸i dÎo sang gißn. Ngoµi ra P cßn lµm t¨ng giíi h¹n ch¶y, lµm gi¶m ®é co th¾t t−¬ng ®èi, gi¶m c«ng lan truyÒn vÕt nøt (dÔ bÞ nøt). Do ®ã ph¶i khèng chÕ P theo yªu cÇu qui ®Þnh trong m¸c thÐp kh¸ chÆt chÏ. Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 28 2.3.2. ¶nh h−ëng cña S Kh¸c víi P, S kh«ng hoµ tan vµo Feα vµ Feγ mµ tån t¹i ë d¹ng sunfit (FeS), nã t¹o víi s¾t cïng tinh cã nhiÖt ®é nãng ch¶y thÊp (988oC) nªn khi kÕt tinh nã sÏ kÕt tinh sau cïng, do ®ã n»m ph©n bè ë biªn giíi h¹t, khi nung thÐp lªn ®Ó c¸n, kÐo (biÕn d¹ng nãng), biªn h¹t sÏ ch¶y mÒm ra vµ thÐp bÞ ph¸ huû rßn. NÕu cã Mn trong thÐp, do cã ¸i lùc víi S m¹nh h¬n Fe nªn sÏ thay Fe t¹o thµnh MnS; pha nµy kÕt tinh ë nhiÖt ®é cao (1620oC), d−íi d¹ng c¸c h¹t nhá rêi r¹c nªn kh«ng bÞ ch¶y nh−ng g©y ®øt, gÉy khi gia c«ng nãng. Khi khö bá tÝnh gißn nãng sunfua Mn (MnS) còng nh− c¸c t¹p chÊt phi kim lo¹i kh¸c («xÝt, nitrÝt…) ®ãng vai trß nh− nh÷ng n¬i tËp trung øng suÊt, lµm gi¶m ®é dÎo vµ ®é dai cña thÐp. Bëi vËy hµm l−îng S trong thÐp ph¶i ®−îc h¹n chÕ chÆt chÏ. 2.3.3. ¶nh h−ëng cña Oxy §é hoµ tan cña ¤xy trong thÐp kh¸ lín, ë nhiÖt ®é 1600oC lµ 0,23%, ®ång thêi nã cã thÓ kÕt hîp víi Fe t¹o thµnh c¸c «xÝt FeO, Fe2O3, Fe3O4. ¤xy vµ s¾t t¹o thµnh dung dÞch ®Æc khiÕm khuyÕt v× nÕu sau khi hoµ tan vµo s¾t, m¹ng tinh thÓ bÞ mÐo lÖch, do ®ã c¬ tÝnh cña thÐp bÞ ¶nh h−ëng. ThÐp cã hµm l−îng ¤xy cao th−êng bÞ ph¸ huû gißn. 2.3.4. ¶nh h−ëng cña Nit¬ vµ Hi®r« Nit¬ vµ Hi®r« ¶nh h−ëng m¹nh ®Õn tÝnh dÎo, t¨ng khuynh h−íng ph¸ huû gißn cña thÐp. N hoµ tan trong ferit víi l−îng rÊt nhá vµ t¹o thµnh vËt lÉn trong kim lo¹i (nitrÝt), c¸c nitrit lµm thÐp cã tÝnh gißn, lµm gi¶m ®é bÒn cña thÐp. Hµm l−îng N cao g©y ra hiÖn t−îng ho¸ giµ khi biÕn d¹ng, khi biÕn d¹ng nguéi c¸c nguyªn tö Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 29 N trong thÐp tÝch tô l¹i trªn c¸c ®−êng lÖch, t¹o ra khÝ quyÓn cottrell v©y hlm lÖch, lµm gi¶m tÝnh dÎo cña thÐp. H n»m ë trong dung dÞch r¾n hoÆc tÝch tô trong c¸c rç xèp vµ trªn c¸c lÖch. TÝnh gißn do H g©y ra biÓu lé cµng Ýt khi ®é bÒn cña vËt liÖu cµng cao vµ ®é hoµ tan cña nã trong m¹ng tinh thÓ cµng nhá. Sù hãa gißn m¹nh nhÊt ®−îc thÊy ë thÐp t«i víi tæ chøc mactenxit vµ kh«ng thÊy xuÊt hiÖn trong thÐp austenit. Hµm l−îng H cao cã thÓ dÉn tíi hiÖn t−îng trãc, nøt t¹o thµnh bëi ¸p lùc cao; do khi nguéi chËm H gi¶m ®é hoµ tan, tho¸t ra d−íi d¹ng bät khÝ. C¸c vÕt trãc, nøt ë trong vïng mÆt gÉy cã d¹ng vÕt ®èm mµu tr¾ng, cßn trªn bÒ mÆt lµ c¸c vÕt nøt nhá, hiÖn t−îng nµy th−êng gÆp ë c¸c thái thÐp c¸n, rÌn, ®óc tõ thÐp Cr vµ Cr-Ni. §Ó tr¸nh hiÖn t−îng trªn, thÐp sau khi biÕn d¹ng nãng, ®−îc lµm nguéi chËm hoÆc gi÷ l©u ë nhiÖt ®é 250o C. Do H cã tèc ®é khuÕch t¸n lín, ë ®iÒu kiÖn nh− vËy, sÏ kh«ng tÝch tô thµnh bät khÝ mµ tho¸t ra khái thÐp. VÊn ®Ò lµm nguéi cña nguyªn c«ng nhiÖt luyÖn sau khi nung còng rÊt phøc t¹p vµ phô thuéc vµo chÕ ®é nhiÖt luyÖn ®l chän. Nã bao gåm chÕ ®é lµm ngu«Þ chËm theo lß, nguéi ngoµi kh«ng khÝ, nguéi trong m«i tr−êng kh«ng khÝ cã h¬i n−íc, trong m«i tr−êng n−íc, dÇu, muèi…, mçi chÕ ®é vµ m«i tr−êng lµm nguéi cho ta c¬ tÝnh kh¸c nhau. V× vËy víi mçi lo¹i chi tiÕt ph¶i chän chÕ ®é lµm nguéi phï hîp míi ®¹t ®−îc kh¶ n¨ng lµm viÖc cña chi tiÕt nh− mong muèn. 2.4. Tinh luyÖn thÐp ngoµi lß. 2.4.1. Môc ®Ých tinh luyÖn. Mét trong nh©n tè quan träng ®Ó n©ng cao chÊt l−îng kim lo¹i æn ®Þnh lµ ph¸t triÓn m¹nh mÏ c¸c ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn thÐp láng ngoµi lß. Tinh luyÖn thÐp láng ngoµi lß cã nghÜa lµ t¸c ®éng lý, ho¸ lý lªn kim lo¹i trong hoÆc sau khi ra thÐp. Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 30 Hai vÊn ®Ò tinh luyÖn ngoµi lß cÇn ph¶i gi¶i quyÕt lµ : - Muèn s¶n xuÊt thÐp chÊt l−îng cao ®Æc biÖt th× ph¶i tho¶ mln yªu cÇu nghiªm ngÆt vÒ chÊt l−îng bÒ mÆt, chÊt l−îng bªn trong vµ c¸c tÝnh chÊt c¬ lý ho¸ kh¸c cã nghÜa lµ s¶n xuÊt thÐp s¹ch S, P, khÝ, phi kim… - S¶n xuÊt thÐp ph¶i ®¹t hiÖu qu¶ cao. ChÝnh v× vËy mµ viÖc tinh luyÖn trong lß c¬ së tr−íc ®©y ®l ph¶i b−íc thªm mét b−íc th−êng lÖ trong s¶n xuÊt thÐp ®ã lµ tinh luyÖn ngoµi lß hay luyÖn kim lÇn hai. NhiÖt ®éng häc cña qu¸ tr×nh tinh luyÖn ngoµi lß dùa trªn c©n b»ng gi÷a nguyªn tè tan trong thÐp vµ nguyªn tè n»m trong m«i tr−êng tinh luyÖn (ë d¹ng nµy hay d¹ng kh¸c) theo qui luËt chung vÒ ph©n bè vµ ®iÒu kiÖn c©n b»ng hµm l−îng nguyªn tè khi tiÕp xóc víi m«i tr−êng tinh luyÖn. Do ®ã khi ®−a kim lo¹i láng tiÕp xóc víi xØ, nguyªn tè nµo ®ã trong xØ thÊp cã thÓ ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn nhiÖt ®éng chuyÓn nã tõ kim lo¹i vµo xØ. Qu¸ tr×nh tinh luyÖn lµ qu¸ tr×nh dÞ thÓ nªn kh©u k×m hlm lµ kh©u khuyÕch t¸n t¹p chÊt tíi bÒ mÆt ph©n pha hay ®−a nã vµo trong pha tinh luyÖn. Do ®ã møc ®é hoµn thµnh qu¸ tr×nh tinh luyÖn cã quan hÖ trùc tiÕp víi ph¸t triÓn bÒ mÆt. Nh− vËy cã thÓ coi r»ng: C¬ së cña tÊt c¶ c¸c qu¸ tr×nh tinh luyÖn lµ ph¶i ®¶m b¶o nguyªn t¾c t¨ng bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a kim lo¹i vµ m«i tr−êng tinh luyÖn kh«ng c©n b»ng víi t¹p chÊt khö nh− hÖ kh«ng c©n b»ng kim lo¹i - khÝ tr¬ vµ kim lo¹i - xØ. VËy tinh luyÖn thÐp lµ qu¸ tr×nh thùc hiÖn mét hay nhiÒu xö lý: nh− xö lý ch©n kh«ng, gia nhiÖt, thæi khÝ, phun bét, xö lý b»ng xØ tæng hîp....trong mét sè thiÕt bÞ ®Æc biÖt nh− thïng rãt, b×nh chøa, lß tinh luyÖn... ®Ó ®¹t mét hay nhiÒu môc ®Ých cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt thÐp ®Æt ra. Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 31 Môc ®Ých tinh luyÖn thÐp lµ gi¶m hµm l−îng t¹p chÊt khÝ vµ t¹p chÊt phi kim trong thÐp. L−îng t¹p chÊt cßn l¹i trong thÐp ph¶i cã h×nh d¹ng ¶nh h−ëng Ýt nhÊt ®Õn tÝnh chÊt c¬ lý ho¸ cña thÐp, ®ång thêi vÉn ®¶m b¶o tÝnh kinh tÕ. Kh¶ n¨ng cña tinh luyÖn thÐp hiÖn nay ®K ®¹t ®−îc: - Gi¶m ®¸ng kÓ c¸c t¹p chÊt khÝ vµ phi kim trong thÐp. . Khö khÝ trong thÐp ®Õn møc: [H] < 0,00025 ÷ 0,0003%, gi¶m O2 trong thÐp C¸cbon thÊp xuèng d−íi 0,0030% vµ gi¶m mét phÇn N2 trong thÐp. . Gi¶m P vµ S trong thÐp xuèng d−íi 0,01% thËm trÝ tíi 0,002% . Gi¶m tæng l−îng t¹p chÊt phi kim («-xÝt vµ sulphÝt) xuèng d−íi 0,004 ÷ 0,005%. - CÇu ho¸ t¹p chÊt phi kim nhê sù thªm kim lo¹i ®Êt hiÕm, hîp kim Ca vµo thÐp. - Khèng chÕ vµ lµm ®ång ®Òu thµnh phÇn ho¸ häc vµ nhiÖt ®é cña thÐp láng. - N©ng cao hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt thÐp nh− gi¶m chi phÝ vËt t−, n¨ng l−îng, ®ång thêi n©ng cao n¨ng suÊt lß c¬ së. 2.4.2. B¶n chÊt cña tinh luyÖn. Thùc chÊt qu¸ tr×nh tinh luyÖn lµ qu¸ tr×nh luyÖn thÐp lÇn thø hai mµ ë ®ã x¶y ra c¸c ph¶n øng «-xy ho¸, khö c¸c nguyªn tè C, Si, Mn, S, P, H2, N2, O2 vµ tho¸t t¹p chÊt; Qu¸ tr×nh hîp kim ho¸, hoÆc thªm c¸c chÊt biÕn tÝnh ®Ó t¹o h×nh d¹ng t¹p chÊt ë d¹ng Ýt ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh chÊt vµ c¬ tÝnh cña thÐp. Nh− vËy c¸c qu¸ tr×nh x¶y ra khi tinh luyÖn t−¬ng tù nh− ë lß c¬ së, nh−ng chñ yÕu qu¸ tr×nh tinh luyÖn lµ khö khÝ vµ t¹p chÊt phi kim. Do vËy ng−êi luyÖn thÐp cÇn biÕt t×m biÖn ph¸p ®Ó thóc ®Èy c¸c kh©u cña qu¸ tr×nh vÒ nhiÖt ®éng, ®éng häc ®Ó qu¸ tr×nh tinh luyÖn x¶y ra thuËn lîi nhÊt. Qua nghiªn cøu c¸c tµi liÖu vÒ tinh luyÖn ta thÊy : - §Ó thóc ®Èy nhiÖt ®éng cña qu¸ tr×nh tinh luyÖn c¸c nhµ luyÖn kim ph¶i chó ý dïng chÊt cã ¸i lùc ho¸ häc m¹nh; T¹o xØ tèt; T¨ng l−îng chÊt ph¶n øng; Thóc ®Èy chuyÓn s¶n phÈm ph¶n øng ra khái vïng ph¶n øng vµ næi lªn xØ (b»ng c¸ch Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 32 khuÊy ®¶o, tuÇn hoµn kim lo¹i vµ xØ, thóc ®Èy «-xy ho¸ C¸cbon); §ång thêi gia nhiÖt cho qu¸ tr×nh b»ng ngän löa hå quang, c¶m øng... - §Ó thóc ®Èy ®éng häc cña qu¸ tr×nh ph¶i t¨ng tèc ®é ph¶n øng, tèc ®é t¹o mÇm pha míi, ®Æc biÖt ph¶i chó ý ®Õn gi¶i quyÕt kh©u khuyÕch t¸n vµ truyÒn chÊt, hoÆc thªm l−îng chÊt xóc t¸c thÝch hîp, nh− vËy ®Ó thóc ®Èy ®éng häc cña qu¸ tr×nh ph¶i t¨ng nång ®é chÊt ph¶n øng, c¶i thiÖn khuyÕch t¸n b»ng c¸ch khuÊy ®¶o thÐp (t¨ng chiÒu cao tõ lß thÐp c¬ së ®Õn thïng rãt, khuÊy ®¶o c¶m øng, thæi khÝ tr¬, tuÇn hoµn dßng thÐp, h¹ thÊp ¸p suÊt kh«ng gian thiÕt bÞ vµ ®iÒu khiÓn hiÖn t−îng dÝnh b¸m). - §Ó thÐp s¹ch vµ h×nh th¸i t¹p chÊt Ýt g©y h¹i ®Õn tÝnh chÊt cña thÐp th× ë cuèi qu¸ tr×nh tinh luyÖn ph¶i t¹o t¹p chÊt cã c«ng dÝnh b¸m xØ lín ®Ó t¹p chÊt trong thÐp dÔ co côm l¹i thµnh h¹t lín vµ næi lªn xØ, do ®ã ph¶i thªm chÊt t¹o xØ, thæi khÝ Ar vµ thªm kim lo¹i ®Êt hiÕm (Rare earth metals). - §Ó thÐp láng cã nhiÖt ®é cao ph¶i nung nãng s¬ bé thïng rãt, lu©n phiªn thïng rãt vµ gia nhiÖt thªm cho thÐp. 2.4.3. N©ng cao hiÖu qu¶ tinh luyÖn. §Ó n©ng cao hiÖu qu¶ tinh luyÖn th× n−íc thÐp cung cÊp qu¸ tr×nh tinh luyÖn ph¶i tho¶ mln yªu cÇu sau: - ThÐp cã nhiÖt ®é vµ thµnh phÇn ho¸ häc thÝch hîp. - Gi¶m l−îng xØ cã %FeO cao tõ lß c¬ së chuyÓn vµo thiÕt bÞ tinh luyÖn, tèt nhÊt lµ cho xØ tæng hîp cã % FeO thÊp, ®iÓm ch¶y thÊp, hÊp thô Al2O3 vµ sulfua tèt. - §o l−êng chÝnh x¸c nhiÖt ®é, thµnh phÇn ho¸ vµ l−îng thÐp cÇn tinh luyÖn ®Ó gia nhiÖt vµ bæ sung nguyªn tè hîp kim. Ngoµi ra ph¶i chó ý: - VËt liÖu chÞu löa cña thiÕt bÞ tinh luyÖn ph¶i cã chÊt l−îng cao, tÝnh ba-z¬ hay trung tÝnh nh− Alumin hay ®«l«mÝt ®Ó khö O2, S vµ t¹p chÊt phi kim tèt. Giới thiệu bởi Tác giả: Trần Anh Tú 33 - Thïng rãt ph¶i ®−îc nung s¬ bé vµ nªn tuÇn hoµn thïng rãt (rãt nãng) ®Ó gi¶m Ýt nhiÖt ®é cña n−íc thÐp trong thïng rãt. 2.4.4. T¸ch c¸c s¶n phÈm khö ¤xy. Trong thùc tÕ s