Nghiên Ứu Ông Nghệ Sản Xuất Thép Hế Tạo Nòng Súng 12,7Mm.pdf

NGUYỄN TRƯỜNG HUY KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU(KIM LOẠI)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN TRƯỜNG HUY

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP CHẾ TẠO
NỊNG SÚNG 12,7MM

KHỐ 2010B

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chun ngành: Khoa học và Kỹ thuật vật liệu Kim loại (KT)
Mã số: 10BVLKL-KT06

Hà Nội – Năm 2012

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132180811000000


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN TRƯỜNG HUY

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP CHẾ TẠO
NÒNG SÚNG 12,7MM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Khoa học và Kỹ thuật vật liệu Kim loại (KT)
Mã số: 10BVLKL-KT06

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS. NGUYỄN SƠN LÂM

Hà Nội – Năm 2012


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân, được hình
thành và phát triển từ những quan điểm của cá nhân tôi, dưới sự hướng dẫn của thầy
giáo PGS TS. Nguyễn Sơn Lâm và có tham khảo thêm các tài liệu đáng tin cậy, có
nguồn gốc rõ ràng. Các số liệu, kết quả trong luận văn là hồn tồn chính xác và
trung thực.
Tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn này.
Tác giả luận văn

NGUYỄN TRƯỜNG HUY

3


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS. Nguyễn Sơn Lâm – Bộ môn
kỹ thuật Gang thép - Viện Khoa học và kỹ thuật vật liệu – Trường đại học Bách
Khoa Hà Nội đã trực tiếp hướng dẫn tơi thực hiện và hồn thành đề tài.
Tơi xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn kỹ
thuật Gang thép; Thầy giáo, bạn đồng nghiệp ở Viện Công nghệ - Bộ Quốc Phịng,
đồng nghiệp nhà máy Z127 đã giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này.

Tác giả luận văn

NGUYỄN TRƯỜNG HUY

4


Mục lục
LỜI CAM ĐOAN 3

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................4
Mục lục .......................................................................................................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................8
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN...................................................................................10
.

10

1.1 Các yêu cầu đối với thép để chế tạo nòng súng, pháo. ...............................10
1.2 Các mác thép thơng dụng chế tạo nịng súng, pháo của Nga. ...................11
1.3. Lựu chọn quy trình .......................................................................................14
1.3.1 Một số phương pháp tinh luyện thép. ...........................................................15
1.3.2 Xác định quy trình ........................................................................................17
1.4. Các bước trong quy trình.............................................................................17
1.4.1 Nấu luyện phơi thép 38XH3MФ. ..................................................................17
1.4.2 Tinh luyện điện xỉ..........................................................................................18
Chuẩn bị xỉ ...............................................................................................................19
Máy phân tích.......................................................................................................19

1.4.2.2. Khử lưu huỳnh (S) ...................................................................................20
1.4.2.3 Ảnh hưởng của quá trình điện xỉ đối với quá độ Si - Mn.......................21
1.4.2.4. Khử khí .....................................................................................................21
1.4.2.5. Khử tạp chất ơxit......................................................................................23
1.4.2.6. Khống chế lượng Al và Mg .....................................................................24
1.4.2.7. Khử khuyết tật điểm trắng (Floken) .......................................................25
1.4.3 Nhiệt luyện ....................................................................................................26
CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ..................................................28
2.2 Tinh luyện điện xỉ. .........................................................................................33
2.2.1 Lựa chọn xỉ ...................................................................................................33
5


2.2.3 Tinh luyện: ....................................................................................................42
2.3. Nhiệt luyện. ....................................................................................................44
2.3.1 Phân tích tổ chức thô đại sau đúc ................................................................45
2.3.2 Nghiên cúu các phương pháp xử lý nhiệt ..................................................46
2.3.3 Quy trình nhiệt luyện: ..................................................................................50
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................56
3.1 Kết quả ............................................................................................................56
3.2 Thảo luận và kiến nghị. .................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO. .....................................................................................57

6


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Chuẩn cơ tính của các nhóm thép nịng súng, pháo .................................10
Bảng 1.2. Chuẩn độ bền theo nhóm mác thép và kích thước nịng ..........................11

Bảng 1.3. Chuẩn độ bền theo nhóm mác thép và kích thước nịng ..........................18
Bảng 2.1. Thành phần hóa học thép OXH3MФA mẫu của Nga. .............................29
Bảng 2.2. : thành phần hóa học của thép C45 ...........................................................30
Bảng 2.3: Thành phần hóa học của kim loại và fero.................................................31
Bảng 2.4. : Hệ số cháy hao các nguyên tố trong lò trung tần (%). ...........................31
Bảng 2.5. Hệ số cháy hao các nguyên tố trong tinh luyện điện xỉ (%) .....................31
Bảng 2.6. Bảng phối liệu nấu luyện ..........................................................................32
Bảng 2.7. Các bước nấu luyện ...................................................................................32
Bảng 2.8. Thành phần của 03 phôi thép sau nấu luyện .............................................34
Bảng 2.9. Các mác xỉ thông dụng cho tinh luyện thép…………………………….37
Bảng 2.10 Ứng dụng của một số mác xỉ trong tinh luyện…………………………38
Bảng 2.11. Tính chất vật lý của một số mác xỉ……………………………………41
Bảng 2.12. Tính chất công nghệ của một số mác xỉ……………………………….41
Bảng 2.13. Thành phần thép sau điện sỉ ...................................................................47
Bảng 2.11 Độ cứng của phôi phụ thược thời gian ủ ..................................................49

7


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 2.1. Sơ đồ ngun lý tinh luyện điên
xỉ……………………………………….18
Hình 2.2. Sơ đồ cơng nghệ tinh luyện điện xỉ ...................................................... 19
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý tinh luyện điện xỉ ........................................................... 38
Hình 2.4. Ảnh chụp thiết bị điện xỉ hoạt động .......................................................... 40
Hình 2.5. Thép sau tinh luyện điện xỉ có vùng vẫn có hạt dạng hình trụ, thơ to ...... 42
Hình 2.6. Tổ chức thép sau điện xỉ ........................................................................... 43
Hình 2.7. Kính hiển vi kim tương ............................................................................. 44
Hình 2.8. Tổ chức tế vi thép sau tơi ở nhiệt độ khác nhau ......................................... 44

Hình 2.9. Cùng với tăng thời gian giữ nhiệt ram hạt nhỏ đi ..................................... 45
Hình 2.10. Tổ chức kim tương sau ram trong mơi trường khác nhau....................... 46
Hình 2.11. Ảnh phân tích dạng hạt và độ lớn hạt .................................................... 47
Hình 2.12. Mẫu thép sau nhiệt luyện ở các chế độ phóng đại khác nhau………..55
Hình 13. Mẫu 2.1 ,2.2, 2.3 chụp tại các vị trí trên cùng mặt cắt từ ngồi vỏ vào trong
lõi phôi……………………………………………………………………………57

8


MỞ ĐẦU
Trước yêu cầu bảo vệ đất nước trong tình hình hiện nay có rất nhiều khó khăn
và phức tạp. Để nâng cao năng lực chiến đấu của bộ đội, Đảng và nhà nước ta rất
chú trọng cho lĩnh vực sản xuất Quốc phịng. Trong xu thế đó, nhiều dây truyền sản
xuất vũ khí bộ binh loại mới được đầu tư song song với các dây truyền vũ khí cũ.
Tuy nhiên một trong những bức xúc đặt ra đối với công tác sửa chữa, sản xuất vật
tư kỹ thuật cho vũ khí trang bị kỹ thuật cũng như cải tiến hiện đại hóa và sản xuất
các loại vũ khí trang bị là phải có vật liệu, phơi kim loại, hợp kim chất lượng cao,
vì khâu quyết định đến sản xuất và sửa chữa vũ khí là vật liệu. Các loại vật tư kỹ
thuật trong quân đội dùng là vật liệu có cơ, lý tính cao để đảm bảo hoạt động trong
điều kiện khắc nghiệt.. Vì chúng ta chưa có cơng nghệ vật liệu vững chắc nên việc
sửa chữa, sản xuất vật tư kỹ thuật cịn gặp nhiều khó khăn, phụ thuộc vào lượng vật
tư nhập khẩu từ nước ngồi có giá thành rất cao và không chủ động. Bên cạnh đó,
trong những năm gần đây chất lượng đầu vào của vật tư nhập khẩu không được ổn
định, lượng phôi nhập khẩu cơ lý tính khơng đồng đều đơi khi có nhiều khuyết tật
không thể sử lý được.
Trên cơ sở nhu cầu bức xúc đó, vấn đề nghiên cứu trong thực tiễn để đưa vào
sản suất trong nước những vật tư thiết yếu trên cơ sở thiết bị hiện có của cơng
nghiệp quốc phịng được đặt ra, đáp ứng nhu cầu trước mắt và lâu dài của quân đội.
Cùng với những chủng loại vật tư khác, thép chế tạo nòng súng bộ binh bước

đầu đã được nghiên cứu tại các viện nghiên cứu và nhà máy trong quân đội nhưng
vấn đề chế tạo được phơi có chất lượng ổn định vẫn chưa đáp ứng được. Trong đó
phải kể đến nhóm thép có tính năng đặc biệt OXH3MФA và OXH2MФA để sản
xuất các loại chi tiết như nòng súng và các bộ phận quan trọng khác của súng B41,
cối 100mm, súng chống tăng SPG-9, súng 12,7mm…Vì vậy, nghiên cứu cơng nghệ
sản xuất thép OXH3MФA làm nòng súng 12,7mm là điều cần thiết hiện nay.

9


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
.
1.1 Các yêu cầu đối với thép để chế tạo nòng súng, pháo.

1.1.1 Vật liệu dùng cho nịng súng, cần có cơ tính tổng hợp tốt: giới hạn bền và
giới hạn chảy cao, tỷ lệ σ S /σ B ~ 1 để bảo đảm khả năng chịu tải lớn. Thí dụ, nịng
súng phải chịu áp lực lớn của khí thuốc cao. Đồng thời, cịn chịu tác dụng của nhiệt
độ khí thuốc. Nếu bắn liên tục, nhiệt chưa kịp truyền ra ngồi, nịng có thể bị nóng
đỏ, độ chính xác phát bắn giảm, độ bền giảm, do đó khơng những cần vật liệu có
độ bền cao, mà cịn cần vật liệu bền nhiệt và chịu nhiệt tốt.
1.1.2. Phải bảo đảm có tính năng đồng đều trên tồn chiều dài và toàn tiết diện.
Muốn vậy, vật liệu phải bảo đảm độ thấm tơi sâu, có khả năng tơi thấu trên tồn tiết
diện. Đồng thời u cầu cần có độ hạt rất nhỏ mịn và đều, bảo đảm độ bền và tính
dẻo tốt.
1.1.3. Do chịu xung lực va đập nên địi hỏi có độ dai va đập lớn, đồng thời bảo
đảm độ dai ở nhiệt độ thấp khi bảo quản hoặc chiến đấu ở điều kiện khí hậu dưới 0
độ. Thép nói chung có nhiệt độ hố dịn cao, khơng thể làm việc ở nhiệt độ thấp.
Thép nòng súng phải bảo đảm cho trang bị bảo quản và hoạt động được ở nhiệt độ
thấp, có nghĩa là phải có nhiệt độ chuyển biến sang vật liệu dịn thấp.
1.1.4. Tính chống ăn mịn hố học, ăn mịn điện hố cao; chống mài mịn cơ

học tốt. Do chúng ln tiếp xúc với sản phẩm cháy của khí thuốc, chịu tác động
của mơi trường, nên dễ bị ăn mịn hố học và ăn mịn điện hố. Đồng thời cịn chịu
mài mịn cơ học.
1.1.5. Chịu tải xung chu kỳ với tần số cao. Vật liệu địi hỏi khơng chỉ có độ bền
trong điều kiện tải trọng thông thường, mà phải bền khi tải trọng động, kết hợp
điều kiện nhiệt độ cao. Có nghĩa cần độ bền mỏi cao.
1.1.6. Tính cơng nghệ: Vật liệu cần có tính gia cơng tốt. Khi nấu luyện, phải
tiến hành tinh luyện để đạt độ sạch cao. khơng có rỗ xốp, khuyết tật điểm trắng.
Thép có độ dẫn nhiệt kém, nên quá trình nung và làm nguội khi xử lý nhiệt, phải sử
dụng tốc độ chậm; chống nứt nẻ, cần giảm sự không đồng đều về nhiệt độ theo 2

10


đầu. Cần phải sử dụng các biện pháp đặc biệt để điều khiển được chế độ nhiệt khi
rèn và khi nhiệt luyện.
1.2 Các mác thép thơng dụng chế tạo nịng súng, pháo của Nga.
Để đáp ứng các yêu cầu trên, các nhà cơng nghệ vũ khí đã tìm ra một họ vật
liệu kết hợp với các q trình cơng nghệ xử lý nhiệt có khả năng đáp ứng được
các yêu cầu của từng loại nòng súng, pháo riêng biệt, nòng lựu pháo, nòng pháo
nòng dài, nòng pháo cao xạ, nòng trơn. Theo tiêu chuẩn vật liệu chế tạo vũ khí của
Nga
Bảng 1 Chuẩn cơ tính của các nhóm thép nịng súng, pháo
Chuẩn bền,

σ 0,2 ,
2

MN/m

ψ, %

a k , MJ/m2

Sử dụng thép

O-300

300

30

0,35

O-350

350

30

0,35

O-400

400

30

0,35

O-450

450

30

0,35

O-500

500

30

0,35~0,40

O-600

600

30

0,35~0,40

O-650

650

25

0,35~0,40

O-700

700

25

0,35~0,40

O-750

750

25

0,30~0,35

O-800

800

20

0,30~0,35

Thép Cr-Mo

O-850

850

20

0,30~0,35

Thép Cr-Ni-Mo

O-900

900

20

~0,30

Thép Cr-Ni-Mo

O-950

950

20

~0,30

Thép Cr-Ni-Mo-V-W

11

Thép Cr-Ni
Cr-Mo
Cr-V


Ghi chú: Thép dùng trong vũ khí được ký hiệu bằng chữ O kèm theo giá trị của
giới hạn chảy của vật liệu. Các giá trị khác nhau do quy trình xử lý nhiệt quyết
định.
Tuỳ thuộc cấp độ bền có thể sử dụng xử lý nhiệt để điều khiển độ bền và tính
dẻo. Tính dẻo được đánh giá bằng chỉ tiêu độ co thắt tỷ đối., không phải dùng độ
dãn dài. Đối với thép nòng súng còn đòi hỏi phải đảm bảo độ dai va đập và điểm
chuyển biến nhiệt độ dịn.
Bảng 2. Chuẩn độ bền theo nhóm mác thép và kích thước nịng
(Theo tiêu chuẩn vật liệu chế tạo vũ khí của Nga)
Kích thước < 25~30 mm

Kích thước > 100mm

T

Nhóm

T

thép HK

σB,
MN/m2

2

3

4

5

600~
800

400~
600

0,8~
1,0

500~
700

300~
400

40~
50

0,4~
0,5

800~

700~

0,8~

700~

500~

45~

0,7~

900

800

1,0

800

600

50

0,8

900~

800~

0,8~

800~

600~

50~

0,5~

1000

900

50
~
55
50
~
55
50
~
55

1,0

900

800

55

0,9

50
~
55

0,8~

1000~

800~

0,8~

1,0

1200

900

50~
55

I

Thép
Cacbon

II

CrNiMn

CrNi;
CrMn
III CrMo;
CrMnSi

IV CrNiV;
1000~
CrNiMo;
CrMnMo 1200
CrNiVW

Chuẩn cơ tính của vật liệu
ak,
KU,
σ 0,2 ,
ψ,
σB,
σ 0,2 , ψ,
2
2
2
2
2
MJ/m
MJ/m
MN/m

%
MN/m MN/m %

900~
1000

6

7

8

9

10

1,0

Hiện nay các chi tiết vũ khí thường dùng thép nhóm III và IV.
Nhóm III cho độ bền cao, độ dẻo tốt, độ cứng và độ thấm tôi khá cao, chúng dễ
hàn và dễ gia cơng cắt gọt.
Nhóm IV cho độ bền cao nhất, độ dai va đập lớn, tính chống mài mịn tốt, độ
thấm tơi sâu, nhưng tính hàn kém, gia cơng cắt gọt khó.
12


Thép hợp kim Cr – Ni nên cho nguyên tố Mo với hàm lượng ~0,15% nhằm
giảm thiểu khả năng gây dịn ram.
Nhóm thép Cr-Ni-Mo là nhóm thép hay dùng nhất trong vũ khí để chế tạo các
chi tiết nịng, khố nòng và các chi tiết quan trọng khác. Mo với hàm lượng nhỏ,

nhưng làm hạt nhỏ mịn, làm giảm nhiệt độ chuyển biến khi tôi, làm giảm tốc độ tới
hạn, nhờ đó làm tăng độ thấm tơi. Tác dụng của Cr-Ni-Mo làm giản đồ chữ C tách
làm 2, phần chuyển biến Peclit bị đẩy lùi xa trục nhiệt độ. Khi thép được nung lên
nhiệt độ tôi sau làm nguội trong khơng khí, thép chuyển biến Bâynit, một phần
chuyển biến Mactenxit. Khi tôi thép Cr-Ni-Mo thường tăng nhiệt độ nung tôi, bảo
đảm các nguyên tố hợp kim tan hết trong Ferit. Thép Cr-Ni-Mo cịn có ưu điểm là
nhiệt độ hố dịn thấp, có nghĩa là chúng có thể làm việc ở nhiệt độ thấp mà khơng
gây dịn.
Nhóm thép Cr-Ni-Mo có tỷ lệ Cr/Ni : 1/1; 1/2; 1/3.
Trong mác thép Cr-Ni-Mo, hàm lượng Cacbon thay đổi trong phạm vi
0,25~0,45%. Khi hàm lượng Cacbon tăng, giới hạn bền tăng, độ dai va đập giảm,
căn cứ vào yêu cầu của chi tiết vũ khí để khống chế hàm lượng này. Khi nhiệt
luyện, làm nguội nhanh trong nước cũng không gây nứt. Độ thấm tôi của thép
khơng cao, có thể tơi trong nước để tăng độ thấm tơi. Thép này có tính dịn ram ở
nhiệt độ 300~3500C. Ram cao ở 500~6500C khơng thấy dịn ram. Ví dụ thép
OXH1M: Tơi 8700C, ram 650~6800C; Cơ tính đạt:
σ b = 917~926Mpa; σ S = 786~788 MPa.
δ = 17~18%;

ψ = 55,7~56 %; K U = 1,5~1,7 MJ/m2

Đối với thép chế tạo nòng súng, pháo cỡ nòng từ loại 12,7mm trở lên hiện nay
chúng ta đang sử dụng mác thép thuộc nhóm IV, trong đó mác thép OXH3MФA
được sử dụng phổ biến. Đây là mác thép hợp kim có yêu cầu độ sạch và cơ tính
tổng hợp rất cao, vì vậy quy trình chế tạo loại thép này địi hỏi phải qua nhiều cơng
đoạn trong đó có chế độ tinh luyện đặc biệt

13

1.3. Lựu chọn quy trình
Sự tồn tại của các tạp chất phi kim loại trong thép làm giảm các chỉ tiêu cơ lý
của thép, thậm chí phá hủy thép trong q trình làm việc. Các tạp chất phi kim loại
có tổ chức dòn, xốp dễ gây khuyết tật. Đối với tải trọng tĩnh, phá hủy xảy ra khi tải
trọng lớn hơn trị số xác định. Với tải trọng thay đổi chu kỳ và kéo dài thì phá hủy
xảy ra với những tải trọng bế hơn giới hạn đàn hồi. Khi kim loại làm việc ở nhiệt
độ cao dưới tác dụng của tải trọng không đổi xảy ra hiện tượng phá hủy do dão.
Phá hủy là sự phá vỡ liên kết giữa các nguyên tử. Sự phá vỡ này có liên
quan đến một loạt các yếu tố như nhiệt độ, tốc độ biến dạng, tính chất của tải trọng,
sự tạo thành vết nứt và sự phát triển của vết nứt khi biến dạng, sự tập chung ứng
xuất. Khi trong mẫu thử có vết nứt, dưới tác dụng của ứng suất pháp đủ lớn, vết
nứt sẽ lớn dần dẫn đến phá hủy mẫu. Những vết nứt ban đầu trong kim loại, những
vết nứt được phát triển trong quá trình chịu tải là vấn đề cần được khống chế.
Có nhiều hướng đi để giải quyết vấn đề đó nhưng ở đây chúng tơi phát triển
theo hướng tạo ra cấu trúc chứa nhiều sai lệch mạng, tạo ra yếu tố cản trở phát triển
lẫn nhau giữa các lệch. Có các biện pháp sau để tạo ra nhiều sai lệch mạng.
- Biến dạng dẻo.
- Tăng cường hãm lệch bằng cách tạo ra vật liệu hạt nhỏ và siêu hạt.
- Hợp kim hóa và nhiệt luyện thích hợp để tạo ra pha thứ 2 có độ bền cao hơn
do tạo được những hạt nhỏ mịn phân tán. Các hạt nhỏ cản trở mạnh sự chuyển
động của lệch, ngăn cản chúng phát triển.
Đối với thép OXH3MФA là loại thép hợp kim thấp độ bền cao với các nguyên
tố Ni, Cr, Mo, V tạo ra cấu trúc hạt nhỏ phân tán, sau nhiệt luyện tạo được tổ chúc
xoocbit, loại thép này có độ bền cao gấp khoảng 2 lần thép hợp kim thấp thơng
thường.
Tuy nhiên, để có thể đạt được độ bền cao này với nguyên liệu đầu vào là thép
phế thông thường chúng ta phải tiến hành một số cơng đoạn cụ thể mới có thể chế
tạo được thép như mong muốn. Hiện nay để chế tạo thép hợp kim yêu cầu chất

14

lượng cao chúng ta phải có khâu tinh luyện thép. Một số phương pháp tinh luyện
thép hiện có:
1.3.1 Một số phương pháp tinh luyện thép.
Những hạn chế của các phương pháp luyện thép theo các công nghệ cổ điển
được giải quyết có hiệu quả bằng các phương pháp tinh luyện thép. Sự ra đời của
các phương pháp này đã nâng cao chất lượng của thép và thép hợp kim cao cấp, đạt
được các tinh chất hóa lý đáp ứng được nhu cầu của sản xuất công nghiệp.
Các phương pháp tinh luyện:
1.3.1.1 Tinh luyện trong chân khơng
Có nhiều phương pháp khử tạp chất trong chân khơng có hiệu quả rất cao như:
-

Tạo chân khơng trong lị nấu.

-

Tạo chân khơng trong nồi rót.

-

Tạo chân khơng cho dịng kim loại lỏng.

-

Tạo chân khơng trong khn đúc.
Đới với lị nấu chúng ta cũng có nhiều thiết bị cơ sở để tạo chân không như:

-

Điện cảm ứng chân không.

-

Điện hồ quang chân không.

-

Tia điện tủ chân không.
Mỗi một phương pháp tinh luyện trong chân không đều có ưu nhược điểm

riêng, tùy theo yêu cầu của loại thép ta cần chế tạo để sử dung các phương pháp
này hợp lý. Tinh luyện trong chân không cho ta kết quả khử khí tốt. Tuy nhiên
phương pháp này đòi hỏi đầu tư thiết bị rất đắt tiền chỉ được dùng cho một số hạn
chế các sản phẩm đặc biệt đòi hỏi chất lượng rất cao ứng dụng trong công nghiệp
hàng không, vũ trụ vv.
1.3.1.2 Tinh luyện bằng xỉ tổng hợp.
Phương pháp này được dựa trên cơ sở phản ứng giữa kim loại lỏng với xỉ, giữa
xỉ với khí mà tách tạp chất. Sử dụng các hệ xỉ khác nhau theo từng mục đích của
việc tinh luyện. Có thể tinh luyện ngay trong lị hay tinh luyện ngồi lị với thiết bị

15


không cần gia nhiệt. Trong trường hợp cần khử sâu S người ta hay dùng xỉ hệ CaF 2
– CaO. Trong q trình khử phải xác định nhiệt độ, tính chất của xỉ và thời gian
khử thích hợp cho từng mác thép cụ thể. Phương pháp này có ưu điểm là thiết bị
rất đơn giản, có thể khử được cả P, S. Tuy nhiên với các loại thép đòi hỏi chất
lượng rất cao thì phương pháp này cịn nhiều hạn chế.

1.3.1.3 Tinh luyện điện xỉ:
Công nghệ tinh luyện điện xỉ cho phép tinh luyện lại kim loại và hợp kim đạt
chất lượng rất cao bằng các loại xỉ có thành phần thích hợp. Kết hợp với q trình
đúc theo ngun lý điện xỉ cho ta những kết quả sau:
Độ sạch sunfit và oxit cao. Khơng có các loại tạp chất tập chung, các tạp chất

-

nhỏ mịn được phân bố đồng đều. Độ sạch và tính đồng nhất cao làm tăng tính dẻo
đồng thời cũng làm tăng khả năng gia cơng biến dạng nóng, tăng khả năng thấm
tơi.
-

Cấu trúc tổ chức thích hợp của thỏi là kết quả của sự đơng đặc theo hướng gần

như thẳng đứng trong thung kết tinh được làm nguội bằng nước.
-

Bề mặt thỏi sạch do có hình thành một lớp xỉ mỏng giữa thỏi và thung kết tinh.

-

Tổ chức tế vi tối ưu, được đặc trưng bởi khoảng cách nhỏ giữa các trục tinh thể

dạng nhánh cây và thiên tích tế vi nhỏ, khơng có thiên tích thơ đại.
-

Tỉ trọng cao trong tồn bộ thể tích của thỏi do khơng có rỗ xốp và rỗ co tế vi.

-

Hiệu suất thu hồi kim loại cao.và hệ số thanh phẩm phương pháp nấu tinh

luyện điện xỉ.
-

Có thể sản xuất phơi thép có kích thước rất lớn.
Dựa vào những kết quả đạt được, hiện nay để làm tăng chất lượng và hệ số
thành phẩm phương pháp tinh luyện điện xỉ được sử dụng để chế tạo một số loại
thép sau:

-

Thép ổ bi, ổ trục.

-

Thép làm dụng cụ gia công.

-

Thép chịu nhiệt, thép không rỉ

16


-

Thép xây dựng độ bền cao.

-

Thép rèn, thép cán nguội.

-

Thép khuôn dập
Công nghệ điện xỉ đã được ứng dụng rộng rãi tại hầu hết các nước công nghiệp

trên thế giới với các loại hình phơi vơ cùng đa dạng. Hầu hết các chi tiết trục lớn
yêu cầu chất lượng đều qua tinh luyện điện xỉ. Do có nhiều ưu điểm so với các
phương pháp tinh luyện khác nên phương pháp tinh luyện điện xỉ được ứng dụng
rộng rãi. Thiết bị điện xỉ có thể cho ra thỏi phơi vài cân cho đến hàng trăm tấn.
Khn bình kết tinh cho ta hình dạng của thỏi đúc, vì vậy với cơng nghệ hiện đại ta
có thỏi rỗng, thành mỏng và hình thù khơng đối xứng…
Hiện nay trong nước ta có một số cơ sở nghiên cứu ứng dụng công nghệ điện
xỉ nhưng chưa chế tạo được sản phẩm ổn định. Trong quân đội có thiết bị điện xỉ kí
hiệu ĐX725 hiện tại cung cấp được phôi dài 3m, nặng 1,2 tấn. Đây là thiết bị cơ sở
để thực hiện công việc
1.3.2 Xác định quy trình
Với những đặc điểm trên, phù hợp với đặc điểm thiết bị hiện có của chúng ta,
quy trình chế tạo thép OXH3MФA được chọn lựa gồm có các bước sau:
- Nấu phơi thép 38XH3MФ có hàm lượng P,S thấp.
- Tinh luyện điện xỉ.
- Nhiệt luyện
Trong tiến trình cơng nghệ này chúng ta đặc biệt đi sâu vào tinh luyện điện xỉ
phơi thép.
1.4. Các bước trong quy trình
1.4.1 Nấu luyện phơi thép 38XH3MФ.
Thép được nấu luyện trong lị cảm ứng trung tần từ thép phế C45 thông thường

đạt được mác thép. Đối với thép để tinh luyện điện xỉ, vì trong q trình tinh luyện
sẽ có cháy hao với các nguyên tố có ái lực hóa học mạnh với oxi. Lựa chọn nấu
luyện mác thép có thành phần cận trên đối với các nguyên tố C, Si, Mn, V.

17


1.4.2 Tinh luyện điện xỉ.

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý tinh luyện điện xỉ

18


Chuẩn bị xỉ
(Phối liệu, nung
xỉ, nấu chảy xỉ)

Kiểm tra tình trạng kỹ
thuật của lị

Rót xỉ lỏng vào lị

Chuẩn bị điện cực
(làm sạch, gá, lắp
điện cực)

Chuẩn bị bình kết
tinh: gá lắp, kiểm
tra bộ cảm biến

Tinh luyện
(Điều khiển: U, I, R, Txỉ,
VBKT, VĐC)

Kết thúc khi phơi đạt
kích thước u cầu

Ủ

Kiểm tra
(thành phần hố học,
chất lượng phơi)

Máy phân tích
Máy dị khuyết tật
bằng siêu âm

Thành phẩm/
bán thành phẩm
Hình 2. Sơ đồ cơng nghệ tinh luyện điện xỉ

19


Đối với phương pháp tinh luyện điện xỉ, một số vấn đề chúng ta cần quan
tâm.
1.4.2.1 Khử P.
Trong thép Phốt pho thường tồn tại dưới dạng hợp chất Fe 3 P, Fe 2 P, Ni 3 P...
Khử P dựa trên ngun lý ơxy hố P. Phản ứng như sau:

2[Fe 2 P] + 5(Fe2+) + 8(O2-) = 9[Fe] + 2(PO 4 3-)
Trong trường hợp tinh luyện thép cần khử tối đa P, cần dùng xỉ có hàm lượng
CaO với tỷ lệ 20~27%. Nhưng SiO 2 và Al 2 O 3 lại làm giảm tính chảy lỗng của
CaO nên hàm lượng của chúng trong xỉ cần thấp.
Trong thao tác tinh luyện cần chú ý: Đầu tiên cần ơxy hố P trong thép, để
chúng đi vào trong xỉ, sau đó giữ P nằm trong xỉ, không cho chúng quay lại kim
loại lỏng. Để khử P, nhiệt độ xỉ không được quá cao, lúc này cần hạ thấp điện áp.
Căn cứ vào mầu khói, khống chế điện áp thích hợp để khử P.
1.4.2.2. Khử lưu huỳnh (S)
S là nguyên tố tạp chất có hại nhất trong thép. Chúng gây dịn nóng, giảm độ
bền nhiệt, giảm tính hàn của thép.
Trong điện cực chảy, S nằm tồn tại dưới nhiều dạng hợp chất: FeS, MnS,
NiS... thuộc các chất có tính ổn định kém, có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn kim loại.
Nếu tạo thành các sunfua kim loại đất hiếm, chúng có nhiệt độ nóng chảy cao hơn
kim loại, do nhẹ hơn kim loại nên nổi trên mặt và dễ đi vào xỉ. Các sunfua thông
thường, chúng nằm ở phân giới hạt dưới dạng cùng tinh, nên không thể dùng biện
pháp cho chúng nổi lên mặt kim loại và gạt ra với xỉ. Do đó, lị nấu chân không
không làm giảm lượng lưu huỳnh. Nhưng tinh luyện điện xỉ có ưu việt là có khả
năng khử lưu huỳnh tốt. Để tăng hiệu quả khử S, cần sử dụng 3 biện pháp sau:
a. Dùng xỉ có độ kiềm cao.
b. Để tăng tính chảy lỗng của xỉ, cần nâng nhiệt độ, bằng cách tăng điện áp.
c. Tăng diện tích tiếp xúc giữa kim loại và xỉ.

20