Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép công cụ hợp kim mác X38CrMoV51 làm việc ở nhiệt độ cao

BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM-CTCP
VIỆN LUYỆN KIM ĐEN











B¸o c¸o tæng kÕt
§Ò TµI NGHI£N CøU KHOA HäC Vµ PH¸T TRIÓN CÊP Bé


Tªn ®Ò tµi :
“NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP CÔNG CỤ HỢP KIM
MÁC X38CrMoV5 1 LÀM VIỆC Ở NHIỆT ĐỘ CAO”
_________________________






Cơ quan chủ quản : TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM-CTCP

Cơ quan chủ trì : VIỆN LUYỆN KIM ĐEN
Chủ nhiệm đề tài : PHẠM THANH SƠN







HÀ NỘI - 2011

- 1 -

BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM-CTCP
VIỆN LUYỆN KIM ĐEN











B¸o c¸o tæng kÕt
§Ò TµI NGHI£N CøU KHOA HäC Vµ PH¸T TRIÓN CÊP Bé

Tªn ®Ò tµi :
“NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP CÔNG CỤ HỢP KIM
MÁC X38CrMoV5 1 LÀM VIỆC Ở NHIỆT ĐỘ CAO”
________________________





VIỆN LUYỆN KIM ĐEN
Q. VIỆN TRƯỞNG





Nguyễn Quang Dũng



HÀ NỘI - 2011

- 2 -

DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN CHÍNH

Họ và tên
Học hàm, học
vị chuyên môn

Cơ quan công tác
1. Phạm Thanh Sơn Thạc sỹ Viện Luyện kim Đen
2. Nguyễn Quang Dũng Thạc sỹ Viện Luyện kim Đen
3. Nguyễn Hồng Phúc Kỹ sư Viện Luyện kim Đen
4. Phạm Thị Mai Phương Kỹ sư Viện Luyện kim Đen
5. Vũ Thế Anh Kỹ sư Tổng công ty Thép Việt Nam
6. Nguyễn Văn Tháo Kỹ sư Xí nghiệp cơ khí 79
7. Bùi Văn Tiệp Kỹ sư Công ty Cổ phần Thép Hoà Phát
8. Nguyễn Đức Thắng Kỹ sư Công ty Thép Miền Nam

- 3 -
MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 04
I. TỔNG QUAN 05
1.1. Tổng quan nhu cầu thị trường, yêu cầu chất lượng đối với các loại
thép công cụ hợp kim làm việc ở nhiệt độ cao và thép X38CrMoV5 1
05
1.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến thép hợp kim mác X38CrMoV5 1 09
1.3. Đặc điểm điều kiện làm việc của con lăn hộp dẫn 20
1.4. Vật liệu thép công cụ hợp kim để chế tạo con lăn hộ
p dẫn. 21
II. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25
2.1 Nội dung nghiên cứu 25
2.2 Phương pháp nghiên cứu 26
III. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 26
3.1 Công nghệ nấu luyện26
3.2 Công nghệ tinh luyện30
3.3 Công nghệ rèn 32
3.4 Công nghệ gia công cơ khí và chế tạo sản phẩm34
3.5 Công nghệ nhiệt luyện37
3.6 Các tính chất của thép công cụ hợp kim mác X38CrMoV5 1
39
3.7 Chế tạo sản phẩm và kết quả dùng thử
44
IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
46
4.1 Kết luận
46

4.2 Kiến nghị
46
TÀI LIỆU THAM KHẢO
47
PHỤ LỤC
48


- 4 -
M U
Thộp cụng c hp kim lm vic nhit cao l loi thộp c s
dng rng rói trong nhiu ngnh sn xut, ch to, gia cụng nguyờn nhiờn vt
liu phc v cho nhiu lnh vc khỏc nhau theo nhu cu v yờu cu thc t
ca sn xut nh ch to cỏc loi khuụn ỳc nha, khuụn ộp ựn nhụm, khuụn
dp th tớch, khuụn ộp ma sỏt,; cỏc chi tit cho dõy chuyn luyn cỏn thộp:
con ln hp dn, con ln trong lũ, bỏnh cỏn, tr
c cỏn, bỏnh y, dao ct
phụi,. Cỏc loi thộp ny thng c hp kim hoỏ bng cỏc nguyờn t hp
kim l nhng vt t t tin nờn giỏ thnh ca cỏc loi thộp hp kim khỏ cao.
Trong s phỏt trin mnh m ca nn kinh t th trng, vic nghiờn cu tỡm
ra cỏc loi thộp cht lng tt v cú giỏ thnh cnh tranh l mt hng i ca
cỏc nh luyn kim hin nay. Mt trong cỏc kt qu ca hng i ny l to ra
thộp cụng c h
p kim lm vic trong mụi trng nhit cao, chu mi mũn
v va p cú bn cao, cht lng tt v giỏ thnh cnh tranh.
Vic nghiờn cu sn xut cỏc loi thộp hp kim t cht lng tt
ỏp ng nh cu ca ngnh cụng nghip sn xut, ch to v gia cụng vt liu
hin nay ca nc ta l ht sc cn thit v quan trng. Vỡ vy, nm 2011 B
Cụng Thng
ó giao nhim v cho Vin Luyn kim en thc hin ti

Nghiờn cu cụng ngh sn xut thộp cụng c hp kim mỏc X38CrMoV5 1
lm vic nhit cao. Mc tiờu ca ti l xỏc nh c cụng ngh sn
xut thộp cụng c hp kim mỏc X38CrMoV5 1 t cht lng tt bng
nguyờn liu v thit b sn cú trong nc, ỏp ng c yờu cu ca ngnh
cụng nghip v phỏt trin kinh t t n
c.
Bản báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu này bao gồm các nội dung chính
nh sau:
1. Phần tổng quan
2. Nội dung và phơng pháp nghiên cứu
3. Kết quả đạt đợc
4. Kết luận và kiến nghị
5. Tài liệu tham khảo
6. Phần phụ lục
Trong quỏ trỡnh thc hin ti, chỳng tụi ó nhn c s ch o, giỳp
to iu kin ca V Khoa hc v Cụng ngh - B Cụng Thng, Cụng ty
C phn Thộp Ho Phỏt, Cụng ty Thộp Min Nam-Tng cụng ty Thộp Vit
Nam CTCP, Xớ nghip c khớ 79 B Quc Phũng, cựng mt s c s sn
xu
t, ch to v nghiờn cu khỏc. Nhõn dp ny, chỳng tụi xin trõn trng cm
n v s giỳp v hp tỏc ú.

- 5 -
I. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan nhu cầu thị trường, yêu cầu chất lượng đối với các loại thép
công cụ hợp kim làm việc ở nhiệt độ cao và thép X38CrMoV5 1
Trong những năm gần đây, cùng với sự tăng trưởng cao và ổn định của
nền kinh tế, ngành thép cũng tăng trưởng với tốc độ rất nhanh, đạt khoảng
20%/năm. Số lượng các nhà máy cán thép trong nước phát triển rất nhanh và
hiệu suất sử d

ụng máy cũng khá cao, nên việc sử dụng và thay thế các chi tiết,
bộ phận chịu nhiệt, chịu mài mòn trong mỗi nhà máy cán là khá lớn, cụ thể
Nhà máy cán Công ty CP Thép Hoà Phát, Nhà máy cán Công ty Thép Miền
Nam, (công suất 400.000 thép cán/năm) mỗi năm phải thay thế trên 600 con
lăn mỗi loại (theo thống kê của nhà máy), ngoài ra có nhiều chi tiết khác nữa
như bánh đẩy, ống dẫn, dao cắt, Chính vì vậy, với số lượng trên 30 nhà máy
cán thép nóng hiện đại hiện nay (sản lượng từ 100.000 ÷
500.000 tấn/năm) thì
nhu cầu sử dụng thép công cụ hợp kim làm việc trong môi trường nhiệt độ
cao, chịu mài mòn là rất lớn. Chất lượng của các chi tiết này rất quan trọng
trong quá trình sản xuất do đây là những chi tiết tiếp xúc trực tiếp với sản
phẩm nóng, tốc độ sản phẩm cao, ma sát lớn,… nên chúng ảnh hưởng trực
tiếp đến chất lượng sản phẩm, năng suất và an toàn thiế
t bị,… Do vậy, để tăng
cường khả năng chịu nhiệt, chịu mài mòn cho chi tiết, người ta đã tiến hành
chế tạo bằng thép có thể làm việc tốt trong môi trường nhiệt độ cao, chịu mài
mòn có hàm lượng Mn, Mo, Cr, V đáng kể.
Trên thế giới người ta đã nghiên cứu một số loại vật liệu có thể chịu nhiệt
độ cao, chịu mài mòn bằng hợp kim hoá, thêm một số nguyên tố hợp kim quí
hiếm như Mn, Mo, V, Cr,…Việc đưa thêm nguyên tố hợp kim như V, Mo,
vào đã nâng cao khả năng chịu nhiệt, chịu mài mòn của vật liệu, đồng thời
làm tăng khả năng cạnh tranh về chất lượng của sản phẩm trên thị trường.
Ở Việt Nam hiện nay cũng có một số nhà máy, xí nghiệp sản xuất thép hợp
kim làm việc trong môi trường nhiệt độ cao, nhưng thường là các loại thép có
độ bề
n thấp, chất lượng không ổn định. Do vậy, nhiều nhà máy, xí nghiệp,
xưởng sản xuất, khu vực khai thác và các thiết bị công nghiệp cần sử dụng thép
làm việc tốt trong môi trường nhiệt độ cao đã phải tiến hành nhập ngoại.

- 6 -

Thép công cụ hợp kim làm việc ở nhiệt độ cao được sử dụng rộng rãi
trong ngành công nghiệp sản xuất, chế tạo và gia công vật liệu: dây chuyền
cán thép, luyện kim, khuôn mẫu, con lăn truyền dẫn, các chi tiết cơ khí khác
vì chúng có cơ tính tổng hợp cao (độ bền cao, tính chịu nhiệt, mài mòn, va
đập, độ bền chống phá hủy cao và có thể làm việc bền lâu trong các điều
kiện tải trọng phức tạp,…). C
ơ chế của các chi tiết, dụng cụ làm bằng các
loại thép làm việc ở nhiệt độ cao là chúng có khả năng chịu nhiệt và thắng
được trở kháng biến dạng, độ mài mòn của vật liệu biến dạng và máy móc,
thiết bị tác động lên.
Trong các loại thép công cụ hợp kim làm việc ở nhiệt độ cao thì thép
X38CrMoV5 1 theo tiêu chuẩn của Đức DIN 17350 có hàm lượng các
nguyên tố hợp kim ít hơn, có độ cứng, độ bền khá t
ốt, phù hợp với điều kiện
làm việc của các loại con lăn dẫn hướng trong dây chuyền cán thép. Thép
này được hợp kim hoá với lượng nhỏ các nguyên tố Cr, Mo, V. Thép có hàm
lượng các bon trung bình (%C = 0,36 ÷ 0,42) kết hợp với các nguyên tố hợp
kim nêu trên đã làm cho mác thép này có độ thấm tôi và tổ chức sau tôi, ram
sẽ tiết ra các loại các bít hợp kim và cấu trúc hạt nhỏ mịn, đạt tính tổng hợp
cao, đáp ứng được yêu cầu của các chi tiết làm vi
ệc lâu trong điều kiện làm
việc ở nhiệt độ cao, chịu mài mòn và cần độ bền lớn. Chính vì vậy, mác thép
X38CrMoV5 1 có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực chế tạo các loại khuôn
và dụng cụ làm việc ở nhiệt độ cao. Mác thép này được sử dụng khá nhiều ở
nước ta trong các thiết bị nhập khẩu: các loại khuôn đúc áp lực dành cho kim
loại nhẹ (như nhôm, thiếc, magiê, ), các loại khuôn ép ma sát và cơ học
để
biến dạng nóng thép, đồng, nhôm và hợp kim của chúng, khuôn để ép đùn
nhôm, bạc lót, chày, đầu nong, các dụng cụ và khuôn để chế tạo đinh vít, đai
ốc, đinh tán và bu lông, lưỡi cắt nóng, khuôn đúc nhựa, dụng cụ cho máy

biến dạng nóng,… và đặc biệt là các con lăn hộp dẫn trong dây chuyền cán
thép. Ở các nước khác Nhật, Pháp, Ý, Mỹ, Nga,… cũng sản xuất các loại
thép tương tự. Thành phần hoá học và cơ tính của các mác thép cùng chủng
loại X38CrMoV5 1 DIN 17350 được liệt kê trong bảng 1 và 2.


- 7 -

Bảng 1: Một số mác thép công cụ hợp kim làm việc ở nhiệt độ cao [1].




Thành phần hoá học (%)
Tiêu
chuẩn
Mác thép
C Si Mn P S Cr Mo V W Khác
X38CrMoV5-1
(1.2343)
0,36 ÷
0,42
0,90 ÷
1,20
0,30 ÷
0,50
≤ 0,030 ≤ 0,030
4,80 ÷
5,80
1,10 ÷

1,40
0,25 ÷
0,50
- -
X40CrMoV5-1
(1.2344)
0,37 ÷
0,42
0,80 ÷
1,20
0,30 ÷
0,50
≤ 0,030 ≤ 0,030
4,80 ÷
5,50
1,20 ÷
1,50
0,90 ÷
1,10
- -
Đức
DIN 17350
X32CrMoV3-3
(1.2365)
0,28 ÷
0,35
0,10 ÷
0,40
0,15 ÷
0,45

≤ 0,030 ≤ 0,030
2,70 ÷
3,20
2,60 ÷
3,00
0,40 ÷
0,70
- -
SKD 6
0,32 ÷
0,42
0,80 ÷
1,20
≤ 0,50 ≤ 0,030 ≤ 0,020
4,50 ÷
5,50
1,00 ÷
1,50
0,30 ÷
0,50
- -
SKD61
0,35 ÷
0,42
0,80 ÷
1,20
0,25 ÷
0,50
≤ 0,030 ≤ 0,020
4,80 ÷

5,50
1,00 ÷
1,50
0,80 ÷
1,15
- -
SKD62
0,32 ÷
0,40
0,80 ÷
1,20
0,20 ÷
0,50
≤ 0,030 ≤ 0,020
4,75 ÷
5,50
1,00 ÷
1,60
0,25 ÷
0,50
1,00 ÷
1,60
-
SKD7
0,28 ÷
0,35
0,10 ÷
0,40
0,15 ÷
0,45

≤ 0,030 ≤ 0,020
2,70 ÷
3,20
2,50 ÷
3,00
0,40 ÷
0,70
- -
Nhật
JIS G4404-2000

SKD8
0,35 ÷
0,45
0,15 ÷
0,50
0,20 ÷
0,50
≤ 0,030 ≤ 0,020
4,00 ÷
4,70
0,30 ÷
0,50
1,70 ÷
2,10
3,80 ÷
4,50
Co 3,80 ÷
4,50
H11

0,38 ÷
0,43
0,80 ÷
1,00
0,20 ÷
0,40
≤ 0,020 ≤ 0,020
4,75 ÷
5,25
1,20 ÷
1,40
0,40 ÷
0,60
Ni ≤ 0,25
Cu ≤ 0,35
H13
0,35 ÷
0,45
0,85 ÷
1,20
0,20 ÷
0,50
≤ 0,020 ≤ 0,008
5,00 ÷
5,50
1,00 ÷
1,50
0,80 ÷
1,15
- -

Mỹ
AISI / SAE

H10
0,35 ÷
0,45
0,80 ÷
1,25
0,20 ÷
0,70
≤ 0,030 ≤ 0,030
3,00 ÷
3,75
2,00 ÷
3,00
0,25 ÷
0,75
Ni + Cu ≤ 0,75
4X5MΦC
0,32 ÷
0,40
0,90 ÷
1,20
0,20 ÷
0,50
≤ 0,030 ≤ 0,030
4,50 ÷
5,50
1,20 ÷
1,50

0,30 ÷
0,50
W ≤ 0,20; Ti ≤
0,030; Cu ≤ 0,30
4X5MΦ1C
0,37 ÷
0,44
0,90 ÷
1,20
0,20 ÷
0,50
≤ 0,030 ≤ 0,030
4,50 ÷
5,50
1,20 ÷
1,50
0,80 ÷
1,10
Ni ≤ 0,350; W ≤
0,20; Ti ≤ 0,030;
Cu ≤ 0,30
Nga
GOST 5950

3X3M3Φ
0,27 ÷
0,34
0,10 ÷
0,40
0,20 ÷

0,50
≤ 0,030 ≤ 0,030
2,80 ÷
3,50
2,50 ÷
3,00
0,40 ÷
0,60
Ni ≤ 0,350; W ≤
0,20; Ti ≤ 0,030;
Cu ≤ 0,30
X37CrMoV5 1
KU
0,32 ÷
0,42
0,90 ÷
1,20
0,25 ÷
0,55
≤ 0,030 ≤ 0,030
4,50 ÷
5,50
1,20 ÷
1,70
0,30 ÷
0,50
- -
Ý
UNI 2955-4
X40CrMoV5 1

1 KU
0,35 ÷
0,45
0,90 ÷
1,20
0,25 ÷
0,55
≤ 0,030 ≤ 0,030
4,50 ÷
5,50
1,20 ÷
1,70
0,85 ÷
1,15
- -

- 8 -
Bảng 2: Cơ tính của một số thép công cụ hợp kim làm việc ở nhiệt độ cao [1].
Mác thép X38CrMoV5 1 theo tiêu chuẩn DIN 17350 của Đức, là loại thép
công cụ hợp kim (nguyên tố hợp kim chính là Cr, Mo, V,…) sau khi được
nhiệt luyện hoá tốt (tôi và ram cao ở 500 ÷ 650
0
C) sẽ có độ bền cao, tính chịu
nhiệt và chịu mài mòn tốt.
Các ngành công nghiệp trong nước, đặc biệt là các nhà máy cán thép sử
dụng rất nhiều loại mác thép hợp kim làm việc trong môi trường nhiệt độ cao,
các dụng cụ và chi tiết máy chịu nhiệt, chịu mài mòn lớn, với loại mác thép
Cơ tính
Tiêu
chuẩn

Mác thép
Độ cứng sau ủ
(HBS)
Độ cứng sau ram
(HRC)
Độ bền sau ram cao
(500 - 650
0
C), MPa
X38CrMoV5-1
(1.2343)
≤ 229 ≥ 50 ≥ 1230
X40CrMoV5-1
(1.2344)
≤ 229 ≥ 51 ≥ 1320
Đức
DIN 17350
X32CrMoV3-3
(1.2365)
≤ 229 ≥ 47 ≥ 1320
SKD 6 < 229 > 48 -
SKD61 < 229 > 50 -
SKD62 < 229 > 48 -
SKD7 < 229 > 46 -
Nhật
JIS G4404-2000

SKD8 < 262 > 48 -
H11 < 255 50 - 60 ≥ 1482
H13 - > 45 ≥ 1270

Mỹ
AISI / SAE

H10 < 229 - -
4X5MΦC
≤ 235 < 53 ≥ 1290
4X5MΦ1C
≤ 235 < 54 ≥ 1320
Nga
GOST 5950

3X3M3Φ
- < 50 ≥ 1130
X37CrMoV5 1
KU
≤ 229 > 48 -
Ý
UNI 2955-4
X40CrMoV5 1
1 KU
≤ 229 > 48 -

- 9 -
X38CrMoV5 1 ch yu c nhp khu t cỏc nc cú nn cụng nghip phỏt
trin mnh v mt phn nh c sn xut trong nc nhng cht lng
khụng m bo. Vỡ vy, vic nghiờn cu cụng ngh sn xut thộp hp kim
dng c lm vic trong mụi trng nhit cao mỏc X38CrMoV5 1 sn
xut cỏc chi tit v dng c chu nhit cao, chu mi mũn l ht s
c cn
thit, ỏp ng c s phỏt trin ca nn cụng nghip Vit Nam hin nay v

gim ti a sn phm phi nhp ngoi.
1.2. nh hng ca cỏc nguyờn t hp kim n cu trỳc v tớnh cht ca
thộp X38CrMoV5 1.
Nh ó nờu trờn, mỏc thộp X38CrMoV 5 1 l loi thộp cụng c hp kim
lm nhit cao vi hm lng cỏc bon trung bỡnh v cỏc nguyờn t hp
kim chớnh l Crụm (Cr), Mụlớpen (Mo), Vanai (V), v cựng vi mt s

nguyờn t hp kim khỏc l Si, Mn, S kt hp nh hng ca cỏc nguyờn
t ny ó to ra cho mỏc thộp X38CrMoV 5 1, sau khi c gia cụng v nhit
luyn cú c tớnh tng hp rt cao, ỏp ng c cỏc yờu cu ca cỏc dng c
v khuụn mu lm vic trong iu kin nhit cao. Sau õy chỳng ta s xem
xột nh hng ca cỏc nguyờn t hp kim n cu trỳc v tớnh cht ca thộp
mỏc X38CrMoV5 1.
- ảnh hởng của hàm lợng Cácbon (C)
Các bon là nguyên tố cùng với sắt tạo thành dung dịch đặc hòa tan có hạn,
khi hòa tan trong thép C làm tăng lợng xementit, mở rộng vùng Austenit.
Ngoài ra C có thể kết hợp với một số nguyên tố hợp kim nh Cr, W, Mn, Mo,
Ti, V, Nb, tạo thành cácbit trong thép.
Cácbon là nguyên tố mở rộng vùng , tức là nguyên tố tăng độ ổn định của
pha austenit. Do có khả năng mở rộng vùng dung dịch rắn và tạo thành pha
cácbít có độ cứng cao nên cácbon là nguyên tố tăng bền rất tốt các hợp kim
trên cơ sở sắt. Cácbon là nguyên tố làm tăng độ cứng cho thép về mặt định
lợng ta thấy rằng cứ tăng 0,1% C, độ cứng HB sẽ tăng khoảng 25 đơn vị.
Thực nghiệm cho thấy rằng độ cứng HB tăng tuyến tính với hàm lợng cácbon
trong thép (hình 2).

- 10 -


Hình 1. Giản đồ trạng thái Fe-C ứng dụng trong điều kiện thực tế

đối với vật đúc bằng thép C và thép hợp kim [12].












Cácbon làm giảm độ dẻo dai của thép, khi hàm lợng cácbon nhỏ độ dẻo
(, ), độ dai va đập (a
k
) của thép giảm rất mạnh, song càng về sau mức giảm
này càng nhỏ đi.
Chính do cácbon ảnh hởng lớn đến cơ tính của thép nh vậy nên nó quyết
định phần lớn công dụng của thép. Vì vậy, khi dùng thép vào việc gì trớc hết
phải xem hàm lợng cácbon trong mác là bao nhiêu, sau đó mới tới các
nguyên tố hợp kim.
Hình 2.
ả
nh hởng của C đến cơ tính của thép [12].

- 11 -
Đối với thép cácbon trung bình (0,3 ữ 0,5%C), có độ bền, độ cứng, độ dẻo
đều khá cao và hiệu quả nhiệt luyện rất tốt. Tóm lại, loại thép này có cơ tính
tổng hợp cao nên đợc dùng làm các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh, chịu mài

mòn và va đập cao đặc biệt khi thép kết hợp với một số nguyên tố hợp kim đặc
biệt nh Vanadi (V), Môlipđen (Mo), Crôm (Cr), do đó những loại thép này
thờng đợc ứng dụng làm các dụng cụ nh con lăn chịu nhiệt, khuôn đúc
nhựa, khuôn ép đùn kim loại nhẹ, khuôn ép ma sát,
Cỏcbon cú nh hng õm n tớnh do, gim kh nng chng li s phỏt
trin ca vt nt v gim tớnh hn ca hp kim. Bng 3 a ra cỏc dng
cacbit khỏc nhau ca mt s nguyờn t hp kim v cng tng ng ca
cỏc loi cỏcbit th hin trờn hỡnh 3.


Hỡnh 3. cng ca mt s loi cỏcbit.
Bng 3: Cỏc dng cỏc bớt khỏc nhau ca mt s nguyờn t hp kim
Dng cacbit Nguyờn t hp kim T l, %
C 13,0
Fe 4,0
W 23,0
Mo 14,0
V 43,0
MC
Cr 4,5
C 6,0
Fe 7,0
W 41,0
Mo 28,0
M
2
C
V 11,0
Dng cacbit

- 12 -
Cr 8,0
C 6,7
Fe 76,0
W 5,0
Mo 4,0
V 2,0
M
3
C
Cr 8,0
C 4,0
Fe 45,0
W 25,0
Mo 18,0
V 4,0
M
23
C
6

Cr 5,0
C 3,0
Fe 35,0
W 35,0
Mo 19,0
V 3,3
M
6
C

Cr 3,3

Tóm lại, cácbon là một nguyên tố có quyết định rất lớn đến tổ chức, đặc
tính, công dụng của thép. Trong thép hợp kim khi hàm lợng C tăng, ảnh
hởng của pha cácbit đợc tăng cờng nên làm tăng mạnh độ cứng, giới hạn
bền sau tôi. Độ phân tán của pha cácbit đợc quyết định bởi chế độ nhiệt
luyện và thành phần thép.
- ảnh hởng của nguyên tố Vanađi (V)
Theo tiêu chuẩn TCVN-7446-1-2004 thì trong thép có hàm lợng nguyên
tố vanađi 0,10 %V thì đợc coi là thép hợp kim. Vanađi là nguyên tố làm
thu hẹp vùng và khuynh hớng tạo cacbít mạnh hơn Mo, trong thép hợp
kim chứa Vanadi thờng tạo thành cácbit VC, V
2
C, V
3
C, V
23
C
6
, có tác
dụng làm cho thép có cấu trúc hạt tinh thể nhỏ mịn, nằm ở biên hạt nên tạo
cho thép có độ bền cao, độ đàn hồi lớn và tính dẻo cao. Thép nh vậy sẽ có
tính chịu đợc va đập mạnh và lực uốn, bền bỉ chống lại đợc sự mài mòn và
chống đợc sự đứt gãy rất tốt. Giản đồ trạng thái của hệ Fe-V và C-Fe-V
đợc trình bầy trên hình 4 và hình 5.


- 13 -

H×nh 4. Gi¶n ®å tr¹ng th¸i hÖ Fe-V [12].









H×nh 5. Gi¶n ®å tr¹ng th¸i hÖ C-Fe-V [12].
Vanađi nâng cao độ thấm tôi của các đảo austenit hình thành ở vùng
nhiệt độ nung tới hạn. Thép chứa vanađi có thể được làm nguội từ nhiệt độ
nung trong không khí hoặc thổi gió đều có thể thu được tổ chức song pha với
tính chất đáp ứng yêu cầu.
Vanađi là nguyên tố tạo thành cacbit mạnh, làm cho các nguyên tử xen
kẽ rời khỏi ferit, có tác dụng làm nhỏ hạt, làm tăng độ giãn dài của ferit, có
tác dụng tốt
để làm mất đi đoạn giãn dài ở giới hạn chảy; đồng thời vanađi
làm giảm khuynh hướng hóa già của thép. Vanađi có tác dụng tăng độ thấm
tôi của ốc đảo γ sau khi nung ở vùng nhiệt độ tới hạn, vì ở nhiệt độ nung các
cacbit chứa vanađi đã được hòa tan đại bộ phận. Nếu trong thép có mangan sẽ

% Cacbon
% Vanađi
% Vanađi
Nhiệt độ
0
C

- 14 -
thúc đẩy quá trình hòa tan cacbit. Các phần tử cacbit vanađi trên phân giới
austenit và austenit dư có tác dụng neo cứng mặt phân giới hai pha và đây
cũng là nguyên nhân làm tăng độ thấm tôi của austenit. Về phương diện này,
ảnh hưởng của cacbit vanađi và titan là tương tự. Thép chứa vanađi và titan
trong điều kiện công nghệ như nhau có tính chất khác nhau không nhiều.
Vanađi có nhiệt độ nóng chảy là 1825 ÷ 1912
0
C; trọng lượng nguyên
tử 50,95; đường kính nguyên tử a
v
= 3,03 A. Thường dùng vanađi để hợp kim
hóa thép kết cấu, thép cắt gọt, thép dụng cụ,… Khi nấu luyện nên cho FeV
vào lò khoảng 5 ÷ 7 phút trước lúc tháo thép. Không được cho FeV vào lò
luyện thép quá sớm, nhất là lúc chưa khử oxy, lưu huỳnh, khí triệt để vì dễ bị
oxy hóa rất mạnh, mất mát vanađi rất nhiều.
- Ảnh hưởng của nguyên tố Môlipđen (Mo)
Môlipđen là nguyên tố hợp kim đặc biệt tạo cho thép có khả năng làm
vi
ệc ở nhiệt độ cao, Mo là nguyên tố tạo các bít rất mạnh, trong thép hợp
kim chứa Mo thường tạo thành cácbit đơn như MoC và Mo
2
C và một số loại

các bít phức tạp khác tuỳ theo hàm lượng Môlipđen, khi đưa vào thép hoà
tan phần lớn vào xêmentít. Mo làm tăng khả năng ram, giảm sự nhạy cảm
với dòn ram cùng với Cr làm tăng mạnh độ thấm tôi. Khi đưa vào trong
thép, Mo cùng với cácbon tạo thành cácbit rất cứng và ổn định, có nhiệt độ
nóng chảy cao trên 2000
0
C. Mo là nguyên tố làm thu hẹp vùng γ và mở
rộng vùng α trong hợp kim với sắt. Giản đồ trạng thái hệ C-Fe-Mo và Fe-
Mo được trình bày trong hình 6 và hình 7.

H×nh 6. Gi¶n ®å tr¹ng th¸i hÖ C-Fe-Mo [12].
% Môli
p
đen
(
Mo
)

% Các bon (C)

- 15 -

H×nh 7. Gi¶n ®å tr¹ng th¸i hÖ Fe-Mo [12].
Môlipđen có tác dụng làm nhỏ hạt austenit, Mo tan vào dung dịch làm
tăng độ bền cơ học, độ bền mỏi, độ thấm tôi đồng thời tăng tính ổn định của hạt
các bít trong thép, giảm lượng hoà tan của các bít, tăng tính chịu nhiệt và chống
khuynh hướng dòn ram của thép. Mo có thể làm tăng nhiệt độ kết tinh lại của
hợp kim, ngăn cản sợ kết tụ của pha hoá bền và hình thành các loại h
ợp chất
phức tạp, làm tăng tác dụng hoá bền phân tán. Hình 8 thể hiện sự thay đổi độ
cứng của thép sau ram khi hàm lượng môlipđen trong thép khác nhau.


Hình 8. Ảnh hưởng của Mo đến độ cứng của thép X38CrMoV5 1 khi ram [12].
Nhiệt độ
0
C
Nhiệt độ
0
F
Độ cứng HRC
Nhiệt độ
0
C
% Môlipđen (Mo)

- 16 -
Nhc im ca Mo l d gõy hin tng thoỏt cỏc bon, lm phc tp
hoỏ quỏ trỡnh nhit luyn.
Thng cho FeMo vo theo liu u giai on nu chy.

- nh hng ca nguyờn t Crụm (Cr)
Crôm có tác dụng cải thiện tính thấm tôi của austenit dạng ốc đảo hình
thành khi nung. So với thép song pha không có crôm, thép song pha có chứa
crôm cho phép làm nguội chậm mà vẫn thu đợc phần trăm mactensit tơng
đối cao. ảnh hởng của crôm phụ thuộc vào hàm lợng cacbon trong thép.
Khi % cacbon tăng thì ở nhiệt độ tới hạn cho phép hàm lợng % tăng, làm
cho % Cr giảm trong mỗi hạt sẽ giảm và tác dụng tăng độ thấm tôi đối với
cũng giảm. Crôm còn có tác dụng thúc đẩy C khuếch tán làm giảm giới hạn
chảy của ferit làm cho thép song pha có giới hạn chảy thấp.
Thành phần chủ yếu tạo nên tính không gỉ và tính chịu nhiệt vợt trội của
thép và hợp kim chính là crôm. ảnh hởng của crôm thể hiện rõ ràng khi cho
vào thép ~5%. Thép chứa 5 %Cr có độ bền ôxy hoá tốt đến 600ữ650
0
C cao
hơn nhiều so với thép cacbon 150ữ200
0
C.
Thép không gỉ chứa 13 %Cr có độ bền ôxy hoá cao hơn 750ữ800
0
C. Thép
chứa 18ữ20 %Cr đến 900ữ1000
0
C, còn thép có 25ữ28 %Cr đến 1100ữ1150
0
C.
Việc tăng hàm lợng crôm trong sắt làm chuyển dịch về phía cao hơn nhiệt độ
bắt đầu ôxy hoá mạnh và xuất hiện sự biến màu do nhiệt trên kim loại.
Điều này cho thấy, việc tăng hàm lợng crôm làm giảm độ dày màng
mỏng tạo ra trên bề đánh bóng của thép. Tính chịu nhiệt cao của thép và hợp
kim chứa crôm đợc lý giải do sự tạo thành trên bề mặt hoàn toàn là ôxyt bền

chắc hay ôxyt dạng spinel FeO.Cr
2
O
3
.
Crôm kim loại khi nung nóng bị ôxy hoá và tạo thành ôxyt duy nhất
Cr
2
O
3
. Đây là chất ôxy hoá bền vững trong một dải rộng nhiệt độ và với các
độ dày khác nhau của của màng mỏng và tạo nên tính bảo vệ tốt cho kim loại.
Ngoài ra, lớp ôxyt đợc tạo thành trên bề mặt kim loại khi ôxy hoá crôm sẽ
không thay đổi tính chất ngay cả khi làm nguội nó trong khí ôxy.
Crôm phân bố không đồng đều ở lớp ôxyt bên ngoài và bên trong tuỳ
thuộc vào nhiệt độ làm việc và hàm lợng crôm có trong hợp kim. Nh vậy,

- 17 -
hàm lợng crôm trong lớp gỉ tăng lên tuỳ thuộc vào việc nâng cao nhiệt độ và
độ dài thời gian làm việc.
- ảnh hởng của nguyên tố Mangan (Mn)
Mangan l nguyờn t m rng vựng , khi hũa tan vo ferit cú tỏc dng
húa bn pha ny. Mangan khụng to cacbit riờng bit m thay th st trong
Fe
3
C. Mangan cú tỏc dng tng thm tụi, vi 1%Mn ng kớnh ti hn lý
thuyt ln gp bn ln so vi thộp cacbon khụng cú mangan. Ngoi ra
mangan trong quỏ trỡnh nu chy cú tỏc dng kh ụxy v kt hp vi lu
hunh to MnS rt bn vng lm gim hin tng b núng trong thộp.
Tuy nhiờn trong thộp kt cu thỡ hm lng khụng quỏ 2% v him khi

mangan úng vai trũ l mt nguyờn t hp kim c lp, bi vỡ nú kộo theo
mt s nhc im sau: thỳc
y ht tinh th ln nhanh khi nung, tng tớnh
giũn ram, gim do v bn.
- ảnh hởng của nguyên tố Silic (Si)
Silic l nguyờn t m rng vựng , cng nh niken silic khụng to
cacbit. Silic cú tỏc dng lm tng cng, bn, tớnh chy loóng trong thộp.
Silic cũn tng tớnh n nh ram, nhng khụng lm tng tớnh giũn ca thộp.
Silic tng kh nng chng oxy húa cho thộp nhit cao v tng bn
chng dóo. Ngoi ra silic cũn cú tỏc dng kh ụxy trong thộp. Di
õy l
bng thng kờ nh hng ca mt s nguyờn t hp kim trong thộp.
Bng 5: nh hng ca nguyờn t hp kim n cu trỳc v tớnh cht ca thộp
Nguyờn
t
Nõng cao
thm tụi
Húa bn
ferit
Lm
nh ht
Hỡnh thnh
cỏcbit
Cn tr
s ram
Cụng dng ni bt
Cr Mnh
Trung
bỡnh
Yu Trung bỡnh

Trung
bỡnh
Cú trong mi thộp
nõng cao thm tụi,
chng n mũn v
chu nhit
V
Mnh, nhng
VC khú hũa
tan vo
Yu Mnh Mnh Mnh Lm ht nh
Mo Rt mnh Yu
Trung
bỡnh
Mnh Mnh
Chng giũn ram
loi II v nõng cao
bn nhit
cao

- 18 -
Mn Mnh Mnh
Lm ht to
nhanh
Yu Yu
Dựng thay Ni
to austenit
Si Yu Mnh Khụng
Khụng, thỳc
y s

graphit húa,
thoỏt C
Trung
bỡnh, di
250
0
C
Mnh
Chng oxy húa, ch
to thộp k thut
in, thộp n hi
- nh hng ca tp cht
+ nh hng ca Pht pho (P): Trong sắt lỏng Phốt pho hòa tan rất nhiều
ở dạng phân tử Fe
2
P, nếu có O
2
, Mn, Al thì có thể tạo thành P
2
O
5
, P
4
O
3
,
Mn
5
P
2

AlP, FeO.P
2
O
5
, Fe
2
O
3
.P
2
O
5
, nhng trong sắt đặc, sự hòa tan của P
không đáng kể, đặc biệt ở trong pha Ferit hoà tan chỉ độ vài phần nghìn, do
vậy dễ xuất hiện Fe
3
P làm tăng giòn ở nhiệt độ thờng (gây bở nguội hay giòn
nguội), do đó làm giảm mạnh độ dai va đập của chi tiết.
Chỉ cần 0,1%P hoà tan, ferit đã trở nên rất giòn, nhng P là nguyên tố
thiên tích rất mạnh trong quá trình kết tinh; để tránh giòn, lợng P trong thép
phải 0,05% (để nơi tập trung lợng P cao nhất cũng không thể vợt quá
0,1% là giới hạn gây giòn). ảnh hởng của P đến cơ tính còn thể hiện ở sự
tăng mạnh nhiệt độ chuyển biến từ trạng thái dẻo sang giòn. Ngoài ra P còn
làm tăng giới hạn chảy, làm giảm độ co thắt tơng đối, giảm công lan truyền
vết nứt (dễ bị nứt). Do đó phải khống chế P theo yêu cầu qui định trong mác
thép khá chặt chẽ.
+ ảnh hởng của Lu huỳnh (S): Khác với P, S không hoà tan vào Fe và
Fe mà tồn tại ở dạng sunfit (FeS), nó tạo với sắt cùng tinh có nhiệt độ nóng
chảy thấp (988
0

C) nên khi kết tinh nó sẽ kết tinh sau cùng, do đó nằm phân
bố ở biên giới hạt, khi nung thép lên để cán, kéo (biến dạng nóng), biên hạt sẽ
chảy mềm ra và thép bị phá huỷ giòn.
Nếu có Mn trong thép, do có ái lực với S mạnh hơn Fe nên sẽ thay Fe tạo
thành MnS; pha này kết tinh ở nhiệt độ cao (1620
0
C), dới dạng các hạt nhỏ rời
rạc nên không bị chảy nhng gây đứt, gẫy khi gia công nóng. Khi khử bỏ tính
giòn nóng sunfua Mn (MnS) cũng nh các tạp chất phi kim loại khác (ôxít,
nitrít, ) đóng vai trò nh những nơi tập trung ứng suất, làm giảm độ dẻo và độ
dai của thép. Bởi vậy hàm lợng S trong thép phải đợc hạn chế chặt chẽ.

- 19 -
+ ảnh hởng của Ôxy (O
2
): Độ hoà tan của Ôxy trong thép khá lớn, ở
nhiệt độ 1600
0
C là 0,23%, đồng thời nó có thể kết hợp với Fe tạo thành các
ôxít FeO, Fe
2
O
3
, Fe
3
O
4
. Ôxy và sắt tạo thành dung dịch đặc khiếm khuyết vì
nếu sau khi hoà tan vào sắt, mạng tinh thể bị méo lệch, do đó cơ tính của thép
bị ảnh hởng. Thép có hàm lợng ôxy cao thờng bị phá huỷ giòn.

+ ảnh hởng của Nitơ (N
2
) và Hydro (H
2
): Nitơ và Hyđrô ảnh hởng
mạnh đến tính dẻo, tăng khuynh hớng phá huỷ giòn của thép. Nitơ hoà tan
trong ferit với lợng rất nhỏ và tạo thành vật lẫn trong kim loại (nitrít), các
nitrit làm thép có tính giòn, làm giảm độ bền của thép. Hàm lợng N
2
cao gây
ra hiện tợng hoá già khi biến dạng, khi biến dạng nguội các nguyên tử N
2

trong thép tích tụ lại trên các đờng lệch, tạo ra khí quyển cottrell vây hãm
lệch, làm giảm tính dẻo của thép.
Hydro nằm ở trong dung dịch rắn hoặc tích tụ trong các rỗ xốp và trên
các lệch. Tính giòn do H
2
gây ra biểu lộ càng ít khi độ bền của vật liệu càng
cao và độ hoà tan của nó trong mạng tinh thể càng nhỏ. Sự hóa giòn mạnh
nhất đợc thấy ở thép tôi với tổ chức mactenxit và không thấy xuất hiện
trong thép austenit. Hàm lợng H
2
cao có thể dẫn tới hiện tợng tróc, nứt tạo
thành bởi áp lực cao; do khi nguội chậm H
2
giảm độ hoà tan, thoát ra dới
dạng bọt khí. Các vết tróc, nứt ở trong vùng mặt gẫy có dạng vết đốm màu
trắng, còn trên bề mặt là các vết nứt nhỏ, hiện tợng này thờng gặp ở các
thỏi thép cán, rèn, đúc từ thép Cr và Cr-Ni. Để tránh hiện tợng trên, thép

sau khi biến dạng nóng, đợc làm nguội chậm hoặc giữ lâu ở nhiệt độ 250
0
C.
Do H
2
có tốc độ khuếch tán lớn, ở điều kiện nh vậy, sẽ không tích tụ thành
bọt khí mà thoát ra khỏi thép.
Vấn đề làm nguội của nguyên công nhiệt luyện sau khi nung cũng rất
phức tạp và phụ thuộc vào chế độ nhiệt luyện đã chọn. Nó bao gồm chế độ
làm nguội chậm theo lò, nguội ngoài không khí, nguội trong môi trờng
không khí có hơi nớc, trong môi trờng nớc, dầu, muối , mỗi chế độ và
môi trờng làm nguội cho ta cơ tính khác nhau. Vì vậy với mỗi loại chi tiết
phải chọn chế độ làm nguội phù hợp mới đạt đợc khả năng làm việc của chi
tiết nh mong muốn.

- 20 -
1.3. c im iu kin lm vic ca con ln hp dn
Với hệ thống giá cán thép thủ công, tốc độ cán chậm thì quá trình đa thép
vào trục cán đợc thực hiện bởi ngời công nhân dùng kìm gắp thép rồi đa
vào lỗ hình trục cán. Còn đối với hệ thống các giá cán thép liên tục (hình 9)
với tốc độ cán thép rất nhanh thì ngời công nhân khó mà có thể thực hiện các
thao tác nh vậy. Do đó ngời ta đã thiết kế một cụm các chi tiết để thực hiện
tốt công việc này, trong đó bộ phận rất quan trọng là bộ dẫn hớng dẫn thép
vào và ra khỏi hệ thống trục cán thép. Bộ dẫn hớng đợc lắp trên các giá cán
(hình 10) với mục đích là dẫn hớng cho thép, trực tiếp tiếp xúc với thép cán
nóng ở tốc độ cán cao, va đập lớn nên điều kiện là rất khắc nghiệt đòi hỏi con
lăn dẫn hớng cần phải đợc chế tạo bằng loại vật liệu có thể làm việc đợc ở
nhiệt độ cao, chịu đợc mài mòn do ma sát giữa con lăn và thép cán với tốc độ
cao và chịu va đập mạnh từ quá trình cán thép nóng.

Hình 9. Hệ thống các giá cán thép liên tục

Hình 10. Bộ con lăn hộp dẫn đợc gắn trên các giá cán thép

- 21 -
Qua nghiên cứu lý thuyết và từ thực tế sản xuất, chúng tôi thấy rằng
khoảng nhiệt độ cán của những loại thép xây dựng là tơng đối rộng. Nhiệt độ
bắt đầu cán thờng từ 1150 ữ 1220
0
C. Nhiệt độ kết thúc cán từ 890 ữ 950
0
C.
Trong phạm vi nhiệt độ cán ở trên thép có trở kháng biến dạng nhỏ, tính dẻo
tốt và dễ biến dạng khi cán. Tuy nhiên, chúng ta cũng phải chú ý tới kích
thớc, hình dáng và bề mặt sản phẩm cùng với chất lợng sản phẩm mà kết
thúc cán với nhiệt độ thích hợp, làm nguội với tốc độ thích hợp để đạt đợc
chất lợng cơ lý tính tốt, tính năng kỹ thuật cao.
Bộ con lăn dẫn hớng là chi tiết đợc thay thế thờng xuyên sau mỗi quá
trình cán nhất định và mỗi loại con lăn ở vị trí khác nhau thì tuổi thọ của
chúng cũng khác nhau: con lăn ở vị trí giá cán trung và cán tinh là thờng phải
thay thế nhiều nhất do ở đây con lăn phải chịu sự mài mòn do nhiệt độ cao
(890 ữ 1220
0
C) và tốc độ cán lớn (tốc độ cán của giá cán trung và cán tinh
khoảng từ 1ữ80 m/s).
1.4. Vt liu thộp cụng c hp kim ch to con ln hp dn
Qua c im lm vic ca con ln hp dn c phõn tớch da trờn c s
lý thuyt v iu kin thc t ti mt s nh mỏy cỏn thộp: Nh mỏy cỏn thộp
Ho phỏt, Nh mỏy cỏn thộp Min Nam, chỳng tụi nhn thy rng cỏc con
ln dn hng cú rt nhiu loi vi hỡnh dng v kớch thc khỏc nhau, chỳng

tu
thuc vo chng loi sn phm thộp cỏn, v trớ v hỡnh dng l hỡnh trc
cỏn trờn giỏ cỏn b con ln ú lm vic.


Hình 11. Bộ con lăn hộp dẫn của giá cán thép nóng

- 22 -
Chúng tôi thấy rằng, các con lăn dẫn hướng (được chế tạo bằng vật liệu
5XHM, SKD61, SKD6, C45,… ) đang sử dụng được lắp đặt tại vị trí trước và
sau mỗi giá cán trực tiếp tiếp xúc với thép cán ở nhiệt độ cao (khoảng từ
890÷1220
0
C), với ma sát lớn của thép nóng ở tốc độ lớn và va đập mạnh,
Các con lăn này sử dụng được một thời gian thường hay bị mòn và phải mất
thời gian để khắc phục, làm gián đoạn quá trình sản xuất của nhà máy. Hiện
nay, Nhà máy đang tìm hiểu, lựa chọn vật liệu khác phù hợp và ổn định hơn
do trong nước chế tạo và tránh phải nhập khẩu để thay thế các con lăn d
ẫn
hướng này. Để con lăn dẫn hướng có thể làm việc trong điều kiện nhiệt độ
cao, chịu mài mòn thì vật liệu phải có tính ổn định nóng (tính bền hoá học ở
nhiệt độ cao) và tính bền nóng (giữ được độ bền cơ học cao ở nhiệt độ cao).
Tính ổn định nóng (hay tính chịu nóng) là khả năng của kim loại và hợp
kim chống lại sự phá huỷ của môi trườ
ng ở nhiệt độ cao (không khí nóng).
Trong các dạng phá huỷ này thì hay gặp nhất và nguy hiểm nhất là sự ôxy hoá
ở nhiệt độ cao, tức là sự tạo thành các vẩy ôxit kim loại, ví dụ đối với sắt thép
là Fe
2
O

3
, Fe
3
O
4
và FeO, trong đó FeO có cấu tạo mạng không sít chặt nên tạo
cho quá trình ôxy hoá phát triển thuận lợi và thép bị phá huỷ nhanh. Đối với
thép hợp kim thì tạo thành FeCrO
3
, Cr
2
O
3
, FeCr
2
O
4
,… Đối với các loại thép
hợp kim đa nguyên tố thì quá trình ôxy hoá diễn ra rất phức tạp. Trong quá
trình ôxy hoá sẽ tạo ra trên bề mặt kim loại một lớp màng ôxit. Sự ôxy hoá
muốn tiếp tục xẩy ra được thì các ion ôxy phải khuyếch tán qua được lớp
màng này để phản ứng với kim loại tạo ra ôxit kim loại. Như vậy, tuỳ theo
đặc tính cấu trúc của lớp màng ôxit này mà nó có tính chất bảo vệ (ngăn ngừa
sự ôxy hoá tiế
p theo) hay không. Màng bảo vệ phải có những tính chất sau :
- Phải xít chặt và bao phủ toàn bộ bề mặt kim loại;
- Bền với tác động của môi trường ;
- Có sự bám dính tốt với kim loại nền ;
- Có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng của kim loại.

- 23 -
Các ôxit Cr
3
O
2
, Al
2
O
3
và SiO
2
có các đặc tính này. Vì vậy, người ta thường
dùng các nguyên tố hợp kim Cr, Al và Si để nâng cao tính chịu nhiệt của thép.
Tính bền nóng là khả năng của kim loại chịu được tải trọng ở nhiệt độ
cao. Khi kim loại làm việc ở nhiệt độ cao, dưới tác dụng của tải trọng không
đổi và thấp hơn giới hạn chảy trong một thời gian dài thì kim loại vẫn bị biến
dạng dẻo một cách ch
ậm chạp được gọi là dão (creep). Đó là sự nối tiếp nhau
một cách liên tục của hai quá trình ngược nhau: biến dạng dẻo gây ra hoá bền
và kết tinh lại gây ra thải bền. Hiện tượng dão trở nên đặc biệt nguy hiểm khi
nhiệt độ làm việc cao hơn nhiều so với nhiệt độ kết tinh lại vì kim loại sẽ bị
biến dạng dẻo nhiều và dẫn tới phá huỷ sau một thời gian nào đ
ó. Để nâng cao
tính bền nóng ta phải tìm cách chống lại hiện tượng biến dạng dão. Muốn vậy
phải tạo ra cấu trúc có khả năng chống lại sự chuyển động của lệch mạng
cũng như sự xê dịch biên giới hạt ở nhiệt độ cao. Các nguyên tố hợp kim Mo,
W, Nb, V, Ti …tạo ra các pha biến cứng phân tán làm cản trở chuyển động
của lệch mạng và tạo hạt nhỏ
mịn nên có tác dụng nâng cao tính bền nóng
của hợp kim. Các nguyên tố Ni và Mn có tác dụng ổn định cấu trúc austenit

nên cũng có tác dụng nâng cao tính bền nóng.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là thép X38CrMoV5 1 là loại thép có
những tính chất ưu việt sau:
- Truyền nhiệt tốt (bảng 6);
- Độ giãn nở nhiệt thấp (bảng 7)
- Độ cứng và độ dai nóng cao (bảng 8);
- Có độ bền kéo lớn ở nhiệt độ cao (bảng 9);
-
Độ bền chịu mài mòn nóng cao;
- Không bị nứt ở nhiệt độ cao;
- Chống sốc nhiệt và mỏi nhiệt;
- Khả năng gia công và đánh bóng tốt;
- Ổn định kích thước khi nhiệt luyện;
- Độ tinh khiết cao và cấu trúc hạt mịn.


- 24 -
Bảng 6. Tính dẫn nhiệt của thép nghiên cứu X38CrMoV5 1 (W/m.K)
100
o
C 200
o
C 300
o
C 400
o
C 500
o
C 600
o

C 700
o
C
28,4 29,7 30,2 30,1 30,0 29,7 30,0

Bảng 7. Độ giãn nở nhiệt của thép nghiên cứu X38CrMoV5 1 (10
-6

0
C
-1
)
20÷100
o
C 20÷200
o
C 20÷300
o
C20÷400
o
C20÷500
o
C20÷600
o
C20÷700
o
C 20÷800
o
C
11,9 12,4 12,8 13,2 13,6 14,2 14,4 14,4

Bảng 8. Độ cứng của thép nghiên cứu X38CrMoV5 1
Trạng thái ủ Trạng thái tôi và ram
Ủ mền
(
0
C)
Độ cứng
HB
Tôi
(
0
C)
Môi
trường tôi
Ram
(
0
C)
Độ cứng
HRC
750÷800
≤ 235
1020÷1050
Dầu,
không khí
550÷650
≥50

Bảng 9. Độ cứng và độ bền kéo của thép nghiên cứu X38CrMoV5 1

Nhiệt độ ram
(
0
C)
450 500 550 600 650 700
Độ cứng
HRC
53,5 54 52 48 39 -
Độ bền kéo
(MPa)
1960 2060 1910 1620 1230 980












Hình 12: Ảnh hưởng của nhiệt độ ram đến độ cứng của thép X38CrMoV5 1 [2]
Nhi
ệt độ ram thép,
0
C
Đ
ộ

cứn
g,
HRC