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

Bộ công THƯƠNG
TổNG CÔNG TY THéP VIệT NAM
Viện Luyện kim Đen





Báo cáo tổng kết
đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển CÔNG
NGHệ cấp bộ
Tên đề tài:

NGHIấN CU CễNG NGH SN XUT THẫP 25MnV
LM XCH KẫO TRONG CC HM Lề KHAI THC THAN

DFGEDFGEDFGE

Cơ quan chủ quản: tổng công ty thép vN
Cơ quan chủ trì: Viện Luyện kim Đen
Chủ nhiệm đề tài: THS. LÊ QUANG HIU








6824
27/4/2008

Tháng 12/2007


1
MC LC
Trang

Mở đầu
02
I
Tổng quan
04
1. Giới thiệu về thép hợp kim thấp và thép làm xích kéo mác 25MnV 04
2.
ảnh hởng của các nguyên tố đến cấu trúc và tính chất của thép
06
2.1.
ảnh hởng của Cacbon
06
2.2
ảnh hởng của Silíc
06
2.3
ảnh hởng của Mangan
07
2.4
ảnh hởng của Vanadi
10
2.5
ảnh hởng của Lu huỳnh

11
2.6
ảnh hởng của Phốt pho
11
3. Công nghệ chế tạo tạo xích vòng 12
3.1.
Công nghệ cắt uốn xích
12
3.2.
Công nghệ hàn v công nghệ chế tạo xích vòng
14
4. Yêu cầu về vật liệu 17
4.1.
Yêu cầu về kích thớc hình học
17
4.2.
Yêu cầu về độ cứng
17
4.3.
Yêu cầu về độ bền
17
II Nội dung và phơng pháp nghiên cứu
18
1. Nội dung nghiên cứu 18
2. Phơng pháp nghiên cứu 18
III Quá trình thực nghiệm
20
1. Công nghệ luyện thép 20
2. Công nghệ tinh luyện 23
3. Công nghệ gia công nóng 24

3.1. Công nghệ rèn 24
3.2. Công nghệ cán 26
4. Công nghệ kéo 27
5. Công nghệ nhiệt luyện 28
6. Công nghệ gia công cơ khí và chế tạo sản phẩm 30
IV Các kết quả đạt đợc
32
1. Công nghệ luyện thép 32
2. Công nghệ tinh luyện 33
3. Tính chất cơ lý 33
4. Tổ chức tế vi của thép 34
V Kết luận và kiến nghị
36

Tài liệu tham khảo
38

Phụ lục



2
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, ngành luyện kim Việt Nam đã có những bước tiến
dài. Sản lượng thép khoảng 4 triệu tấn. Tuy nhiên hiện nay chúng ta mới chỉ sản xuất
được thép phục vụ cho ngành xây dựng là chính còn các loại thép hợp kim và hợp
kim đặc biệt chúng ta mới chỉ sản xuất được ở quy mô rất nhỏ, đặc biệt là chưa có nhà
máy chuyên sản xuất thép hợp kim phục vụ cho ngành cơ khí chế tạo.
Trong khi
đó, cùng với sự phát triển của ngành luyện kim thì ngành cơ khí chế

tạo cũng có những bước tiến vượt bậc. Sự phát triển không ngừng của các ngành như
công nghiệp ôtô, công nghiệp giấy, công nghiệp xi măng, công nghiệp hoá chất, công
nghiệp than đã đưa mức tăng trưởng về công nghiệp cả nước trong năm 2007
khoảng 17%. Hầu hết các sản phẩm thép chế tạo chúng ta đều phải nhập khẩ
u từ nước
ngoài do đó thiếu sự chủ động trong sản xuất kinh doanh. Hơn thế nữa, một số chủng
loại thép đặc biệt với nhu cầu không lớn nên việc nhập khẩu là rất khó khăn và giá
thành bị đẩy lên cao. Một trong số đó là thép hợp kim dùng làm xích kéo trong các
hầm lò khai thác than.
Đứng trước tình hình đó, năm 2007 Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công thương) đã
giao cho Viện Luyện kim Đen thực hiện đề
tài "Nghiên cứu chế tạo thép 25MnV làm
xích kéo trong các hầm lò khai thác than". Mục tiêu của đề tài là xác lập được công
nghệ sản xuất thép 25MnV có chất lượng tương đương thép nhập ngoại với nguyên
liệu và trang thiết bị trong nước để đáp ứng nhu cầu cho ngành than nói riêng và các
ngành công nghiệp khác nói chung.
Báo cáo tổng kết đề tài bao gồm phần như sau:
1. Phần tổng quan.
2. Nội dung, phương pháp nghiên cứu.
3. Quá trình thực nghiệm.
4. Các kết quả đạt được.
5. K
ết luận và kiến nghị.
6. Tài liệu tham khảo.

3
7. Phụ lục.
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm thực hiện đề tài đã nhận được sự chỉ đạo,
giúp đỡ và tạo điều kiện của Vụ Khoa học công nghệ (Bộ Công thương), Phòng Kỹ
thuật Tổng Công ty thép Việt Nam, Công ty TNHH Tú Ninh (Thái Nguyên), Công ty

Cổ phần Cơ khí Mạo Khê (Quản Ninh), Phòng thí nghiệm Viện Cơ khí và Năng
lượng Mỏ (Hà nội), một số đơn vị và cá nhân. Qua đây thay m
ặt cho nhóm thực hiện
đề tài tôi xin chân thành cảm ơn các đơn vị và cá nhân đã tạo điều kiện, giúp đỡ trong
suốt quá trình chúng tôi thực hiện đề tài.






















4
Phần I
Tổng quan

1. Giới thiệu về thép hợp kim thấp và thép làm xích kéo mác 25MnV
Ngày nay, thép hợp kim thấp đợc sử dụng khá phổ biến trong nhiều lĩnh vực đặc
biệt là ngành cơ khí chế tạo. Thép hợp kim thấp đợc sử dụng rộng rãi vì chúng có
đợc nhiều tính u việt nh độ bền cao, tính dẻo tốt, độ bền chống phá huỷ cao, chịu
đợc tải trọng trong một số điều kiện đặc biệt với thời gian dài , giá thành hạ. Thép
hợp kim thấp là thép có tổng hàm lợng các nguyên tố hợp kim 5%, trong đó hàm
lợng cacbon (C) khoảng 0,2 ữ 0,5% và một số nguyên tố khác nh Cr, Mn, Si, Ni, V,
Mo Với các nguyên tố hợp kim nh trên, trong quá trình nhiệt luyện thép sẽ tiết ra
các loại cacbit hợp kim làm cho thép có độ hạt nhỏ mịn nhờ đó thép sẽ đạt đợc tính
chất cơ lý tốt. Thông thờng loại thép này trớc khi đa vào sử dụng phải đợc tiến
hành tôi và ram.
Hiện nay, ngành cơ khí chế tạo sử dụng nhiều mác thép hợp kim khác nhau nh
thép hợp kim chứa CrNi, CrNiV, MnSi, MnV, CrMnSi, CrMnSiNiMo, MnSiMoV,
MnSiNiMo Trong số các mác thép này thì hiện nay tại Việt Nam một số cơ sở sử
dụng thép 25MnV để làm xích kéo trong các hầm lò khai thác than với lý do loại thép
này đảm bảo đợc một số yêu cầu về cơ lý tính, giá thành hạ. Tuy nhiên do nhu cầu
sản lợng cha lớn lắm nên có khó khăn trong việc nhập khẩu. Mác thép 25MnV đợc
nghiên cứu theo tiêu chuẩn GB 3077-88 của Trung Quốc, nó là loại thép hợp kim đa
nguyên tố: măngan, vanađi. Loại thép này có độ bền cao, độ dai tốt và cũng chịu đợc
điều kiện làm việc với tải trọng đổi dấu trong thời gian dài. Một số nớc khác cũng có
những mác thép hợp kim thấp tơng tự nh mác thép này nh 182AGOST 192-82,
ASTM A633 Mỹ, SMn420 Nhật Thành phần hoá học và cơ tính của các mác thép
25MnV và một số mác tơng đơng đợc nêu trong bảng 1.1 và bảng 1.2.


5
Bảng 1.1: Thành phần hoá học mác thép 25MnV và một số mác tơng đơng
Mác thép C Si Mn P S Cr Ni V
20MnV
GB3077-88

0.17 ữ 0.23 0.17 ữ 0.27 1.2 ữ 1.6 0.035 0.035 0.1 ữ 0.2
25MnV
GB3077-88
0.21 ữ 0.28 0.17 ữ 0.23 1.2 ữ 1.6 0.035 0.035 0.1 ữ 0.2
23MnSiV
GB3077-88
0.20 ữ 0.26 0.6 ữ 0.8 1.2 ữ 1.6 0.035 0.035 0.1 ữ 0.2
182A
GOST19282
0.14 ữ 0.22 0.17 1.3 ữ 1.7 0.035 0.04 0.3 0.3 0.08 ữ 0.15
SMn420 JIS
G4106-79
0.17 ữ 0.23 0.15 ữ 0.35 1.2 ữ 1.5 0.03 0.03 0.35 0.25 Cu 0.3
Gr.E
ASTM A633
~ 0,22 0.15 ữ 0.50 1.15 ữ 1.5 0.04 0.05 0.04 ữ 0.11
Nhìn vào bảng 1.1. ta thấy rằng với hệ thép MnV này thì Trung Quốc có khá
nhiều mác khác nhau. Các nớc khác cũng có mác gần giống và hầu nh là không có
sự sai khác nhiều về thành phần hoá học. Thông thờng thành phần C khoảng 0,2%,
thành phần Si khoảng 0,3%, Mn khoảng 1,4%, V khoảng 0,1%. Một điểm khác biệt là
theo tiêu chuẩn của Nhật Bản thì không sử dụng Vanadi mà lại sử dụng đồng để hợp
kim.
Bảng 1.2: Cơ lý tính của vật liệu
Cơ lý tính
Mác thép
R
m
(MPa) R
0,2
(MPa) (%) a

k
(J.cm
-2
) HB (sau ủ)
25MnV 785 590 10 55 200
Gr.E A633 515 ữ 655 380 23 200
SMn420 690 14 49 201 ữ 311
182A 588 441 19 200
Trong bảng 1.2 ta thấy rằng tính chất cơ lý của mác thép 25MnV của Trung
Quốc có tính chất cơ lý là rất cao so với các mác thép khác cùng loại. Giải thích về

6
điều này có thể lý giải rằng trong các mác thép của các nớc khác thì hàm lợng C
thờng thấp hơn. Đồng thời hàm lợng nguyên tố V cũng thấp do đó thép mác 25MnV
có cơ lý tính khá cao. Để giải thích một cách cụ thể hơn chúng ta sẽ nghiên cứu sự ảnh
hởng của các nguyên tố hợp kim đến tổ chức và tính chất của vật liệu.
2. ảnh hởng của các nguyên tố hợp kim đến cấu trúc và tính chất của thép.
Nh đã nói ở trên, thép 25MnV thuộc hệ thép hợp kim thấp với hàm lợng C
trung bình đợc hợp kim hoá bằng Mn, V Chính nhờ sự kết hợp này mà thép sau khi
đợc nhiệt luyện (tôi + ram) thép đạt đợc một số tính chất cơ lý tốt, đáp ứng đợc các
yêu cầu của một số chi tiết máy làm việc trong điều kiện nặng và tải trọng đổi dấu.
Sau đây chúng ta nghiên cứu ảnh hởng của các nguyên tố hợp kim đến tính chất và
cấu trúc của mác thép 25MnV.
2.1. ảnh hởng của Cacbon (C).
Cacbon là nguyên tố có ảnh hởng rất lớn đến việc quyết định tổ chức và tính
chất của thép. C là nguyên tố mở rộng vùng hay nói cách khác thì tăng khả năng ổn
định cho pha austenit. Do có khả năng mở rộng vùng và tạo thành pha cacbít có độ
cứng cao nên C là nguyên tố tăng bền rất tốt đối với các hợp kim trên cơ sở nền sắt.
Khi nhiệt độ tăng lên thì khả năng tăng bền của C có sự thay đổi do sự thay đổi cấu
hình của cacbit. Khi có sự tạo thành cacbit của các nguyên tố hợp kim thì C đóng góp

vai trò chủ yếu và C tập trung vào những vị trí tạo thành cacbit trong tổ chức thép. Nh
vậy, khi hàm lợng C thay đổi sẽ làm thay đổi sự phân bố các nguyên tố hợp kim giữa
các pha dung dịch rắn và pha cacbit đặc biệt là khi hàm lợng C tăng. Vì lý do đó mà
trong thép sẽ hình thành các vùng nghèo dung dịch rắn và dẫn đến tính chất của thép
bị ảnh hởng. Ngoài ra C còn ảnh hởng đến tính dẻo của thép, cụ thể hơn là nó làm
giảm khả năng chống lại sự phát triển các vết nứt và giảm tính hàn của hợp kim do tạo
thành cacbit và pha dung dịch rắn. Vì vậy, hầu hết các loại thép hợp kim phức hợp đều
chứa hàm lợng C trung bình hoặc thấp. Đặc biệt là các loại thép làm việc trong các
điều kiện đặc biệt nh môi trờng xâm thực mạnh thì hàm l
ợng C trong thép thờng
rất thấp ( 0,03%).
2.2. ảnh hởng của Silic (Si).
Trong giản đồ trạng thái Fe-Si, Fe và Si tạo nên dung dịch đồng nhất. 18,5% là
giới hạn hoà tan của Si trong Fe. Đến giới hạn trên thì xuất hiện sự thay thế nguyên tử
Fe trong mạng tinh thể bằng nguyên tử Si. Khi tăng lợng Si hơn nữa sẽ xuất hiện liên

7
kết kim loại gọi là Silicid ( Fe-Si ). Hợp kim Si cao ( > 14% ) chịu đợc sự ăn mòn
của hầu hết các môi trờng ăn mòn và xâm thực mạnh kể cả các loại axit trừ axit HF
ở nhiệt độ cao. Tính chịu ăn mòn cao của hợp kim Si đợc hình thành bởi nó tạo ra
trên bề mặt chi tiết lớp màng oxyt SiO
2
có = 1,88 khít chặt liên kết bền vững với nền
và trơ với các phản ứng hoá học. Trong phạm vi từ 1 14% khả năng chống ăn mòn
của hợp kim tăng khi hàm lợng Si tăng ( hình 1.1 ).

Hình 1.1: ảnh hởng của Si trong hệ Fe-Si tới tốc độ ăn mòn
Hợp kim Fe-Si nếu có thêm Ni và Mo thì khả năng chống ăn mòn càng cao.
2.3. ảnh hởng của Mangan (Mn).
Mangan (Mn) là nguyên tố phổ biến trong tự nhiên và đợc xếp vào nhóm 7, chu
kỳ IV, thuộc kim loại chuyển tiếp, nằm giữa crôm và sắt trong hệ thống tuần hoàn của
các nguyên tố. Mn kim loại lấp lánh nh bạc, có màu xám xanh và có 4 dạng thù hình:
- Mn (tồn tại dới 730
0
C) có kiểu mạng lập phơng phức tạp với thông số mạng a =
0,8913 nm; - Mn (tồn tại trong khoảng 730 - 1100
0
C) có kiểu mạng lập phơng dày
đặc với thông số mạng a = 0,630 nm; - Mn có kiểu mạng lập phơng diện tâm với
thông số mạng a = 0,3855nm và - Mn có kiểu mạng lập phơng với thông số mạng a
= 0,3088nm. Mn có tỷ trọng 7,21 - 7,46 g/cm
3
(ở 25
0
C), nóng chảy ở 1244
0
C, sôi ở
2027
0
C, có độ cứng Brinen 400 - 402 kg/mm
2

và có 5 hoá trị: 2, 3, 4, 6, 7 trong các
hợp chất hoá học khác nhau.
g/m
3
.h
%Si
15
3
14

8
Do có nhiều tính chất giống với sắt, lại đợc sử dụng chủ yếu trong ngành luyện
kim nên mangan đợc xếp cùng với sắt vào nhóm kim loại đen. Mn là thuốc khử oxi
và lu huỳnh phổ biến trong luyện thép, là một trong những nguyên tố hợp kim quan
trọng nhất, nó có mặt trong bất kỳ loại gang và thép nào và đều cải thiện các tính chất
của chúng. Trong gang austenit có 4 - 7% Mn. Mn và N đợc dùng thay thế Ni đắt
tiền trong thép austenit không rỉ và nó có tác dụng hình thành tổ chức austenit ổn định
phân bố đều trong thép.
Các mác thép hợp kim thấp độ bền cao chứa Mn có thể đến 2 % làm tổ chức thép
nhỏ mịn, tăng độ bền của thép. Mác thép nổi tiếng hàng trăm năm nay về độ dai va
đập, độ cứng và độ chịu mài mòn chứa 10 - 14%, 1 -1,4%C có tên là thép Hardfield,
sau khi tôi ở nhiệt độ khoảng 1100
0
C thép có tổ chức austenit và thờng đợc sử dụng
chế tạo răng gàu xúc, xích xe tăng và xích máy kéo, bi nghiền, đầu búa, lỡi cắt máy
ủi. Các mác thép thông thờng chứa 0,4 - 0,8% Mn. Thép hợp kim cao chứa 12 -
16% Mn, thép chống ăn mòn chứa đến 19% Mn, thép bền nóng, thép chống từ tính
chứa đến 20% Mn, các hợp kim chống rung và ghi nhớ hình chứa từ 32 - 60% Mn.
Mn có ái lực hoá học mạnh với 0
2

, do đó trong quá trình luyện thép, ở thời kỳ đầu
Mn rất dễ bị oxy hoá, phản ứng nh sau:
(Fe0) + [Mn] (Mn0) + [Fe]
(n + m)(Fe0) + m[Mn] (mMn0.nFe0) + m[Fe]
(Mn0) và (Fe0) hàm lợng Mn0 và Fe0 trong xỉ;
[Mn] và [Fe] hàm lợng Mn và Fe trong kim loại.
Do Fe0, Mn0 hình thành dung dịch đặc liên tục nên chúng có thể tạo thành
dung dịch lý tởng và ở trạng thái cân bằng, hằng số cân bằng của phản ứng đợc
trình bày:
K
Mn
=
(
)
()
[]
MnFe
Mn
0
0

lg K
Mn
=
T
6440
- 2,95
Trong xỉ luyện thép, ngoài Fe0 và Mn0 còn có các oxit khác. Nếu thay thế
(Mn0) và (Fe0) bằng hoạt độ của nó, hằng số cân bằng có thể viết nh sau:
lg K

Mn
= lg
()
()
[]
Mnàe
Mn
a
a
0
0
=
T
6440
- 2,95

9
Đối với xỉ axit:
lg K
Mn
=
T
5550
- 1,86.
Căn cứ vào các công thức trên có thể tính đợc giá trị của K
Mn
ở những nhiệt độ khác
nhau:
T
0

C 1500 1600 1700 1800
K
Mn
(xỉ kiềm) 4,68 3,09 2,04 1,48
K
Mn
(xỉ axit) 18,62 12,60 8,92 6,60
Phân tích quan hệ
()
()
0
0
Fe
Mn
và [Mn] trong thực tế luyện thép lò điện chúng ta có
thể rút ra các kết luận về khả năng khử Mn theo giản đồ sau:

Từ hình 1.7 có thể thấy, trong điều kiện thực tế sản xuất xỉ kiềm tính cao Mn0
rất dễ hoàn nguyên, nhiệt độ càng cao, K
Mn
càng nhỏ, Mn càng dễ đợc hoàn nguyên
và ngợc lại.
Hình 1.2: Quan hệ giữa (MnO)/(FeO) trong xỉ và hàm lợng Mn trong thép với
các loại xỉ khác nhau. a: Xỉ axit b: xỉ kiềm

10
2.4. ảnh hởng Vanadi (V).
Đối với hệ thép hợp kim thấp, hàm lợng V thờng đợc sử dụng với lợng 0,10
ữ 0,30%. Vanadi khi đợc hợp kim hoá trong thép sẽ có tác dụng làm nhỏ hạt tinh thể
nền tạo cho thép có độ bền và tính dẻo cao. Giản đồ trạng thái của hệ Fe-V đợc thể
hiện trong hình 1.3.














Hình 1.3: Giản đồ trạng thái hệ Fe-V

Xét về khía cạnh khả năng tạo cacbit thì khả năng tạo cacbit của các nguyên tố
đợc xếp theo thứ tự tăng dần nh sau: Fe Mn Cr Mo W Nb V
Zr Ti. Nh vậy ta thấy rằng V là nguyên tố có khả năng tạo cacbit mạnh. Trong
thép hợp kim và cụ thể là hệ V-C thì V tạo ra khá nhiều loại cacbit nh: V
5
C, V
2
C,
V
4
C
3
, V
2
C
3
và VC. Giản đồ trạng thái của hệ V - C đợc trình bầy trong hình 1.4






11

Hình 1.4. Giản đồ trạng thái hệ Fe - V - C
2.5 . ảnh hởng của Lu huỳnh (S).
Lu huỳnh là một nguyên tố đặc biệt nguy hại, nó không tan trong Fe, Fe.
Trong giản đồ cân bằng Fe-FeS ngời ta đã chỉ ra đợc điểm chảy của FeS là 1193
0
C ,
cùng tinh (Fe+FeS) đợc tạo thành ở nhiệt độ thấp (985
0
C) và khi kết tinh chúng nằm
ở biên giới hạt. Khi hàm lợng lu huỳnh trong thép cao hơn 0,02%, trong quá trình
nguội do sự kết tinh có chọn lọc nên chất cùng tinh dung điểm thép sẽ đợc tiết ra và
tập trung trên biên giới hạt. Khi nung nóng đến nhiệt độ trên cùng tinh, tại biên giới
hạt sẽ bị chảy và vật liệu sẽ bị phá vỡ gây ra hiện tợng bở nóng.
2.6 . ảnh hởng của Phốtpho (P).
Phốtpho là chất có hại, nó làm giảm một cách rõ rệt cơ tính của thép đặc biệt là
độ dai va đập. Phốtpho có nhiệt độ chảy thấp (44
0
C), khối lợng riêng là 1,82g/ cm
3
. ở
nhiệt độ thờng phốtpho có thể hoà tan vào trong thép khoảng 1,2%, nếu vợt quá giới
hạn này thì sẽ tạo ra pha Fe
3
P và pha này có nhiệt độ chảy thấp (1050

0
C) làm cho thép
bị bở nguội. Phốtpho chỉ có ích trong một số loại thép còn hầu hết đều bị coi là tạp
chất có hại.

12
3. Công nghệ chế tạo xích vòng.
Trong ngành khai thác than Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung, việc vận
chuyển than trong các hầm lò khai thác đến bãi nguyên liệu hầu hết sử dụng các xe
gòng để vận chuyển. Việc kết nối các xe gòng với nhau ngời ta sử dụng hai loại khớp
nối là khớp nối cứng vá khớp nối mềm. Xích vòng dùng trong công nghiệp khai
thác than là một loại khớp nối và nó thuộc dạng khớp nối mềm. Ưu điểm của xích
vòng so với các loại khớp nối khác là nó có độ linh động, việc tháo lắp và thay thế là
dễ dàng. Hiện nay việc cung cấp xích vòng trong công nghiệp khai thác than một phần
phải nhập khẩu và phần còn lại đợc sản xuất trong nớc. Tình hình tiêu thụ loại sản
phẩm này ớc khoảng 1.000 tấn/ năm (theo số liệu không chính thức của Cty CP Cơ
khí Mạo Khê-TKV).
Công nghệ chế tạo xích vòng trong công nghiệp than đã, đang đợc thực hiện ở
trong nớc với quy trình công nghệ chính nh sau:
Phôi thép (thanh, dây) Công nghệ cắt uốn công nghệ hàn công nghệ
nhiệt luyện.
3.1. Công nghệ cắt uốn xích.
Công nghệ này đã đợc chuyển giao với đơn vị sản xuất trong nớc. Công nghệ
này là công nghệ tự động với công đoạn cắt và uốn là hoàn toàn tự động trên máy.
Công nghệ cắt uốn bao gồm hệ thống dẫn hớng, hệ thống má kẹp, hệ thống khuôn
uốn và hệ thống dao cắt. Phôi thép sau khi đợc kiểm tra về kích thớc hình học,
thành phần hoá học và độ cứng sẽ đợc đa vào máy cắt uốn. Chu trình cắt uốn chế
tạo phôi xích đợc tiến hành nh sau: Phôi thép đợc đa vào hệ thống dẫn hớng và
nắn thẳng (nếu phôi thép ở dạng cuộn). Sau đó phôi thép đợc đa đến hệ thống má
kẹp. Hệ thống má kẹp bao gồm một dãy má kẹp 2 nửa để ôm sát vào phôi thép. Sau

khi phôi thép đã đợc kẹp chặt bằng hệ thống kẹp thì phôi đợc dịch chuyển đến phần
uốn tạo hình sơ bộ. Sau khi đã tạo hình sơ bộ phôi thép đợc cắt đoạn thành từng mắt
xích. Mắt xích sơ bộ đợc hệ thống gạt đa sang bộ phận chờ ghép nối. Chu trình tạo
mắt xích tiếp theo đợc lặp lại nh ban đầu. Sau khi tạo đợc mắt xích thứ 2 thì sẽ
đợc hệ thống ghép nối các mắt xích với mắt xích thứ nhất rồi sau đó chuyển qua
khâu uốn tinh để khe hở giữa hai đầu mắt xích trong phạm vị cho phép để chuyển tiếp
sang công nghệ hàn. Hình 1.5 và 1.6 mô tả sơ bộ về máy cắt uốn công suất 5m xích/
phút và xích sau khi cắt uốn.

13














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

H×nh 1.6. XÝch vßng sau khi ®· uèn c¾t vµ ghÐp
¾

14

3.2. Công nghệ hàn và Công nghệ chế tạo xích vòng
3.2.1. Công nghệ hàn.
Ngày nay có rất nhiều phơng pháp hàn khác nhau. Theo trạng thái hàn có thể
chia thành 02 nhóm là hàm nóng chảy và hàn áp lực.
- Hàn nóng chảy: là phơng pháp hàn yêu cầu nguồn nhiệt có công suất lớn
(ngọn lửa ôxy axêtylen, hồ quang điện, ngọn lửa plasma, v.v) đảm bảo nung nóng
cục bộ phần kim loại ở mép hàn của vật liệu cơ bản và que hàn (vật liệu hàn) tới nhiệt
độ nóng chảy.
Khi hàn nóng chảy, các khí xung quanh nguồn nhiệt có ảnh hởng rất lớn đến
quá trình luyện kim và hình thành mối hàn. Do đó để điều chỉnh quá trình hàn theo
hớng tốt thì phải dùng các biện pháp công nghệ nhất định nh: dùng thuốc bảo vệ,
khí bảo vệ, hàn trong môI trờng chân không.
Trong nhóm hàn này, thờng gặp các phơng pháp hàn khí, hàn hồ quang tay,
hàn tự động và bán tự động dới lớp thuốc, hàn hồ quan trong môi trờng khí bảo vệ,
hàn điện xỉ, hàn plasma
- Hàn áp lực: Phơng pháp hàn này thờng ở các dạng sau:

+ Hàn dới tác dụng của nguồn nhiệt và áp lực: Đối với phơng pháp này phạm
vi nguồn nhiệt tác động để hàn là rất lớn. Bằng nguồn nhiệt này ở một số phơng pháp
hàn kim loại bị nung nóng đến nhiệt độ bắt đầu chảy (hàn điểm, hàn đờng). ở một số
phơng pháp khác, kim loại chỉ đạt đến trạng thái dẻo (nh hàn tiếp xúc điện trở, hàn
khuyếch tán) kim loại hoàn toàn không chảy mà sự liên kết hàn xảy ra do khuyếch tán
ở trạng thái rắn có sự tác dụng của nhiệt và áp lực.
+ Hàn dới áp dụng của áp lực: ở phơng pháp này sự liên kết hàn chỉ do tác
dụng lực mà hoàn toàn không có nguòn nhiệt cung cấp. Một số phơng pháp phổ biến
nh: hàn nguội, hàn nổ, hàn siêu âm.
3.2.2. Công nghệ chế tạo xích vòng.
Công nghệ hàn xích vòng thuộc phơng pháp hàn nóng chảy. Cụ thể là phơng
pháp hàn đối đầu nóng chảy. Hàn đối đầu nóng chảy là phơng pháp hàn tiếp xúc đối
đầu, toàn bộ mặt kim loại các phần tử hàn nối đợc nung nóng chảy.
Các bớc công nghệ của quá trình hàn xích vòng đ
ợc mô tả nh sau:

15
Xích vòng sau công đoạn tạo phôi với kích thớc về độ dài theo yêu cầu sẽ đợc
chuyển sang công đoạn hàn. Việc hàn các mắt xích đợc tiến hành trên máy hàn tự
động với công suất máy hàn đợc 5 mắt xích/ phút. Chu trình hàn xích diễn ra nh
sau: Xích vòng sau khi đợc tiến hành uốn cắt và tạo thành sợi xích sẽ đợc đa vào
máy hàn. Máy hàn xích bao gồm hệ thống kẹp xích, dẫn hớng, hệ thống hàn. Hệ
thống dẫn hớng và hệ thống kẹp chi tiết trong hệ thống hàn gần giống hệ thống kẹp
và dẫn hớng của công nghệ cắt uốn. Hệ thống hàn bao gồm 04 mỏ hàn chia thành 02
bộ lắp đối xứng với nhau. Khi mắt xích đa đến đầu hàn thì với mỗi mắt xích sẽ đợc
02 đầu hàn thực hiện. Các mắt xích đợc gá chặt trên bàn hàn, công đoạn này có tác
dụng giữ chặt vật hàn trên giá hàn để khi hàn vật hàn không bị xê dịch. Mắt xích đầu
tiên sẽ đợc thực hiện trên cụm đầu hàn thứ nhất. Sau khi hàn xong, vật hàn đợc dịch
chuyển tịnh tiến lên phía trớc và xoay 90
0

đến hàn tiếp mắt xích thứ 2. Mắt xích thứ
hai đợc thực hiện trên cụm đầu hàn thứ 2. Các mắt xích tiếp theo đợc thực hiện theo
nh mắt xích thứ nhất và mắt xích thứ 2 cho đến khi thực hiện xong đoạn xích.
Hình 1.7, 1.8 và 1.9 cho ta thấy mô hình máy hàn tự động xích vòng và sản phẩm
xích sau khi hàn xong và hoàn thiện.













Hình 1.7. Máy hàn xích vòng tự động


16

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













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


17
4. Yêu cầu về vật liệu làm xích.
4.1. Về mặt hình học.
- Kích thớc: thép dạng thanh hoặc cuộn 14

0,4
và 18

0,4
.
- Độ ôvan: 0,2.
4.2. Độ cứng. độ cứng sau ủ 200HB
3.3. Độ bền.
-
b
(R
m
) 780 MPa.
-
c
(R
0,2
) 590 MPa.
- 10 (%).

18
phần II

nội dung - phơng pháp nghiên cứu
1. Nội dung nghiên cứu.
Đề tài tiến hành triển khai các nội dung nghiên cứu nh sau:
- Nghiên cứu tổng quan về thép hợp kim thấp và mác 25MnV dùng để chế tạo
xích vòng sử dụng trong các hầm lò khai thác than với các tài liệu và tiêu chuẩn cũng
nh thiết bị sản xuất trong nớc và quốc tế;
- Nghiên cứu để xác lập quy trình công nghệ sản xuất thép hợp kim mác 25MnV
gồm các bớc công nghệ nh sau:
+ Công nghệ luyện thép;
+ Công nghệ tinh luyện;
+ Công nghệ gia công áp lực;
+ Công nghệ nhiệt luyện.
- Kiểm tra một số tính chất của vật liệu: thành phần hoá học, tính chất cơ lý, tổ
chức tế vi
- Chế tạo sản phẩm xích vòng và dùng thử để đánh giá chất lợng.
2. Phơng pháp nghiên cứu.
Phơng pháp nghiên cứu áp dụng đối với đề tài này là phơng pháp nghiên cứu
thực nghiệm. Vì vậy để có đợc các kết quả nghiên cứu, nhóm thực hiện đề tài đã sử
dụng một số phơng pháp và thiết bị nghiên cứu sau:
- Dựa trên cơ sở lý thuyết và thực tế về điều kiện làm việc của loại vật liệu hiện

đang đợc sử dụng của đơn vị sản xuất cũng nh tham khảo một số tài liệu có liên
quan để tiến hành lựa chọn mác thép;
- Trong quá trình thực hiện, nhóm thực hiện sử dụng một số thiết bị sau để
nghiên cứu:
+ Lò cảm ứng trung tần 500kg/ mẻ để xác lập quy trình công nghệ luyện thép;
+ Thiết bị tinh luyện điện xỉ để xác định công nghệ tinh luyện;
+ Thiết bị khuôn đúc để xác định công nghệ đúc, búa rèn 750kg, 250kg, thiết bị
cán và thiết bị kéo để xác định công nghệ gia công áp lực;
+ Lò nung điện trở cho tôi và ram để xác định công nghệ nhiệt luyện thép;

19
+ Sử dụng phơng pháp phân tích hoá học và phơng pháp phân tích quang phổ
phát xạ để kiểm tra thành phần hoá học của thép;
+ Dùng máy kéo nén vạn năng W60 để xác định giới hạn bền, giới hạn chảy, độ
giãn dài của thép;
+ Máy đo độ cứng TK2M và máy COMPUTEST để đo độ cứng của vật liệu;
+ Sử dụng kính hiển vi quang học để nghiên cứu tổ chức tế vi của vật liệu.
- Ngoài ra nhóm thực hiện đề tài tham khảo công nghệ chế tạo xích vòng để chế
tạo phôi thép phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế của đơn vị sản xuất.

20
phần III

Quá trình thực nghiệm
Với việc xác định các bớc công nghệ để chế tạo thép 25MnV đã đợc định
hớng ở phần nội dung nghiên cứu. Do đó trong quá trình thực nghiệm nhóm thực
hiện đề tài đã tiến hành các bớc công nghệ nh:
1. Công nghệ luyện thép.
Thành phần hoá học là chỉ tiêu quan trọng quyết định chất lợng của vật liệu.
Do đó để xác định lu trình công nghệ nấu luyện nhóm thực hiện đề tài dựa trên một
số yếu tố sau:
- Dựa vào cơ sở lý thuyết, tài liệu có liên quan trong nớc và thế giới về công
nghệ luyện thép hợp kim.
- Dựa vào thực tế sản xuất thép hợp kim ở một số cơ sở luyện thép trong nớc
nh Viện Luyện kim Đen, Công ty Cơ khí Hà Nội, Công ty Cơ khí Đông Anh và một
số cơ sở sản xuất khác
Trên cơ sở phân tích và tổng hợp các số liệu đã thu thập đợc, nhóm nghiên cứu
đa ra sơ đồ lu trình công nghệ nấu luyện nh hình 3.1.

21













Hình 3.1: Sơ đồ lu trình công nghệ sản xuất thép 25MnV làm xích kéo
Từ lu trình trên, nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành nấu thí nghiệm trong lò
trung tần 500 kg/ mẻ. Trớc khi tiến hành nấu luyện tiến hành phân tích thành phần
hoá học của nguyên liệu, lựa chọn nguyên vật liệu thích hợp, tính toán phối liệu theo
thành phần hoá học đã đợc kiểm tra. Thành phần hoá học của mác thép cần nấu

luyện đợc ghi trong bảng 3.1. Thành phần hoá học của nguyên liệu sử dụng cho nấu
luyện đợc ghi trong bảng 3.2 và cách tính phối liệu những mẻ nấu thí nghiệm đợc
ghi trong bảng 3.3.
Bảng 3.1. Thành phần hoá học mác thép 25MnV theo tiêu chuẩn GB3077-88
Thành phần hoá học (theo % trọng lợng)
Mác
C Si Mn P S V
25MnV 0.21 ữ 0.28 0.17 ữ 0.37 1.20 ữ 1.60 0.035 0.035 0.10 ữ 0.20

Chuẩn bị nguyên liệu
Nạp liệu
Nấu luyện
Đúc thỏi
Kiểm tra thành phần hoá học
Đạt
Công nghệ tiếp theo
Không đạt

22
Bảng 3.2: Thành phần hoá học của nguyên liệu dùng trong nấu luyện.
Thành phần hoá học (theo % trọng lợng)
Nguyên liệu
C Si Mn P S V Al
Thép phế CT3 0.14 0.18 0.39 0.03 0.035
FeV 48
FeSi 75 0.56 75
FeMn (cacbon cao) 7.0 70.0
Grafit 98
Nhôm dây 98
Bảng 3.3: Bảng tính phối liệu các mẻ nấu

TT Tên nguyên liệu Đơn vị tính Mẻ I Mẻ II Mẻ III
01 Thép phế CT3 -kg- 300 350 350
03 FeV -nt- 1.5 1,7 1,7
04 FeSi 75 -nt- 1,0 1,0 1,0
05 FeMn (cacbon cao) -nt- 6,0 7,5 7,5
06 Nhôm dây -nt- 1,0 1,0 1,0
Tổng cộng -nt- 309,5 361,2 361,2
Loại thép này thuộc hệ thép hợp kim thấp, cụ thể hơn là thuộc họ thép Mn-V
nên trong quá trình nấu luyện ta phải chú ý đến thành phần các nguyên tố chính nh
C, Mn, V. Hơn nữa, các nguyên tố để hợp kim hoá lại có ái lực với ôxy rất mạnh nên
việc hợp kim hoá phải thận trọng để đảm bảo đợc các nguyên tố này không bị cháy
hao nhiều. Việc tính toán đến khả năng cháy hao nguyên liệu đợc tính bằng lý
thuyết và thực tế nh sau: FeMn cháy hao trong khoảng 10 ữ 15%, FeV là 15 ữ 20%.


23
Với bảng phối liệu nh trên, quy trình nấu luyện thép 25MnV nh sau:
Thứ tự xếp liệu theo thứ tự sau: 1. Chất tạo xỉ (CaO + CaF
2
); 2. Lót thép nền, 3.
chất liệu cho đầy nồi lò với quy tắc là chặt xít.
- Đóng điện và nâng dần công suất lò đến 100% công suất. Sau khi liệu chảy
hết thì vớt xỉ và tạo xỉ mới.
- Khi tạo xỉ mới xong thì cho FeMn và FeSi vào để khử khí. Lúc đầu cho FeMn
vào lò (khoảng 10 ữ 15 phút trớc khi ra thép, FeMn để hợp kim hoá nên để dạng cục
5mm, phải đợc nung sấy trớc khi cho vào lò), tiếp theo ta cho FeSi vào lò (FeSi
phải đợc nung sấy trớc khi cho vào lò, có thể đập nhỏ trớc khi cho vào lò). Lợng
FeMn dùng cho khử khí khoảng 0,7 ữ 0,8% mẻ luyện, FeSi = 0,8 ữ 0,9% mẻ , nhôm
dây = 0,2 ữ 0,3% mẻ. Do FeV có ái lực với ôxy khá mạnh nên để hợp kim hoá ta nên
cho FeV vào lò trớc khi ra thép khoảng 3 đến 5 phút (trớc khi cho vào phải gạt xỉ

để tránh FeV lẫn vào xỉ mà không vào thép).
- Để lắng sau đó vớt xỉ và rót thép vào thùng rót đã đợc sấy. Tại đây ta khử khí
lần cuối bằng cách cho Al vào thùng rót trớc khi rót thép vào. Rót thép vào khuôn
cát đợc làm bằng phơng pháp đông cứng nhanh bằng nớc thuỷ tinh và khí CO
2
để
đúc thanh điện cực 60 x 3.000 mm dùng cho công nghệ tinh luyện điện xỉ và phôi
100 x 1000 mm để gia công áp lực.
Mỗi mẻ luyện đều đợc lấy mẫu để phân tích thành phần hoá học lúc bắt đầu
rót, trong quá trình rót và khi sắp kết thúc rót (lấy 03 mẫu để phân tích và lấy kết quả
trung bình).
2. Công nghệ tinh luyện.
Có rất nhiều phơng pháp tinh luyện thép nhng phơng pháp đề tài áp dụng là
phơng pháp tinh luyện điện xỉ và phơng pháp tinh luyện theo kiểu lò thùng.
+ Phơng pháp tinh luyện kiểu lò thùng (LF) ỏ đây thực hiện trực tiếp ttrong lò
luyện. Sau khi thép đã nóng chảy hoàn toàn thì bắt đầu tiến hành tinh luyện. Sử dụng
dòng fuco của lò để tạo sự khuấy trộn mạnh đồng thời thổi khí Argon vào lò. Từ sự
khuấy trộn và thổi khí này các tạp chất có điều kiện để nổi lên tạo thành xỉ. Phơng
pháp này có u điểm là giá thành hạ và thao tác nhanh. Tuy nhiên có nhợc điểm là
khi sử dụng dòng fuco của lò sẽ gây cho lò bị quá nóng và tờng lò bị bào mòn.
+ Phơng pháp tinh luyện ngoài lò mà ở đây là phơng pháp tinh luyện điện xỉ.
Những giọt kim loại lỏng đi qua lớp xỉ lỏng một số tạp chất trong thỏi đúc sẽ bị giữ

24
lại trong xỉ do đó thép sạch hơn, thép lỏng đợc kết tinh đều đặn trong hộp kết tinh
làm cho thỏi thép có cấu trúc nhỏ mịn, thành phần thép đồng đều hơn nên tăng tỷ lệ
thu hồi trong công đoạn tiếp sau.
Một trong những đặc tính u việt của công nghệ tinh luyện điện xỉ là tác dụng
khử lu huỳnh trong thép và làm giảm đáng kể tạp chất sunfit với hệ xỉ AHF6.
Bằng kinh nghiệm thực tế qua quá trình chạy lò điện xỉ 100KVA tại Viện Luyện

kim Đen nhóm thực hiện đề tài đã lựa chọn công nghệ tinh luyện điện xỉ với hệ xỉ
AHF6 để tinh luyện thép. Thỏi thép sau điện xỉ có bề mặt nhẵn, không có hiện tợng
rỗ, nứt.
Thông số kỹ thuật cơ bản của lò 100KVA
- Biến thế 100KVA
- Điện áp làm việc 45 ữ 48V
- Cờng độ dòng điện 1400 ữ 1500 A
- Đờng kính điện cực 60 mm
- Tiêu hao nớc làm lạnh 5 m
3
/h
- Tốc độ chuyển dịch điện cực 33 ữ 35 mm/ phút
- Xỉ tinh luyện AHF 6
- Tiêu hao xỉ 5 ữ 6 % mẻ
- Kích thớc thỏi thép 120 x 400 mm
Sau khi tinh luyện điện xỉ xong ta tiến hành lấy 03 mẫu (bằng cách cắt phôi điện
xỉ) để phân tích thành phần hoá học thép sau điện xỉ đồng thời đến công nghệ tiếp
theo.
3. Công nghệ gia công nóng.
3.1. Công nghệ rèn.
Quá trình rèn là quá trình gia công áp lực. Vì vậy khi rèn cần phải chú ý đến các
khâu nung phôi (tốc độ gia nhiệt, đẳng nhiệt), chế độ biến dạng và quá trình làm
nguội. Thép 25MnV sau điện xỉ đợc kiểm tra chất lợng đem xếp vào lò phản xạ có
nhiệt độ ban đầu bằng nhiệt độ môi trờng. Tiến hành nâng nhiệt nhờ điều chỉnh cấp
gió với tốc độ tăng từ 80 ữ 120
0
C/ giờ. Sau thời gian từ 06 đến 07 giờ lò đạt nhiệt độ