Nghiên cứu chế tạo thép các bon siêu thấp sử dụng trong công nghiệp ô tô (tt)

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong công nghiệp, thép các bon thấp (low carbon – LC)
h
ấ hấ
– ELC) được sử dụng rộng rãi do có
nhữ g ưu điểm về khả ă g tạo hình tốt, dễ gia công chế tạo, tính
hàn tố , độ bền hợp lý và giá thành thấ hơ s ới các loại vật liệu
khác. Do nhu cầu về thép có tính dập sâu tốt trong công nghiệp ô tô
nên thép các bon siêu thấ u
– ULC đượ sử ụ g
h hế h
ại h
i
h hả ă g ậ s u ấ ố
g
hi ơ h h g giả
hiều h những tiến bộ mới trong ngành
sản xuất thép; mặt khác, thép ULC còn có tính hàn rất tốt nên rất phù
hợp chế tạo các loại sản phẩm yêu cầu ghép nối bằng công nghệ hàn
hồ quang tự động trong công nghiệ
.Th ELC được sản xuất
rộng rãi trên thế giới từ nhữ g ă 1970; b đầu, h
ượ g
C
g h ELC ươ g đối
– đạt khoả g 200
ươ g
đươ g 0,02 % ; s u
,
sự xuất hiện của công nghệ tinh luyện

chân không nên xuất hiện thép ULC với h
ượ g C hư ng thấp
hơ 50
ươ g đươ g 0,005 % . Ng i , h ULC hứa một
ượng nhỏ các nguyên tố h
hư Mangan (Mn) và Silic (Si), hoặc
các nguyên tố hợ i
i ượ g hư Titan (Ti) và Ni i N để ă g
độ bền và cải thiện tính dập sâu. Loại h
được sử dụng phổ
biến trong chế tạo các chi tiết dập nguội cầ độ biến dạng lớn, yêu
cầu ghép nối bằng công nghệ hàn hoặc phải qu
g đ ạ sơ hủ
bề mặt. Nh tinh luyện trong chân không có thể khử bỏ khí hòa tan
i ơ uố g h
ượng rất thấp nên thép ULC có tính dẻo
cao, tính dập sâu tốt, rất phù hợp cho chế tạo các sản phẩm phải qua
g đ ạn gia công tạ hì h để ứng dụng trong công nghiệp ô tô,
thực phẩm, dầu khí, giao thông vận tải,… D
h
ượng C siêu
thấ
h
độ dẻo cao và có thể tiến hành gia công biến dạng
nguội; nh đ
iết kiệ đượ ă g ượ g, ă g hấ ượng bề mặt
ă g độ bền cho sản phẩm mặc dù chỉ sử dụng mộ ượng nhỏ các
nguyên tố hợp kim. Ở Việt Nam, nhu cầu về các loại thép tấm các
bon rất thấp (C < 0,02 %) và các bon siêu thấp (C < 0,005 %) ở dạng
cán nóng hay cán nguội g

g ă g ề số ượng và chủng loại.
Tuy nhiên, ngành thép Việt Nam hiệ hư sử dụng công nghệ tinh
luyện chân không và không có thiết b đú h i ẹt (hoặc phôi tấm)
nên vẫ hư sản xuấ được loại thép cuộ
để cung cấp cho nhu
cầu
g ướ . T g ư ng hợp nhập khẩu để cung cấp cho gia


công chế tạo sản phẩm, cần có chế độ gia công tạo hình và kết hợp
với chế độ xử lý nhiệt phù hợp thì mới
g
đượ ơ h, giảm
tỷ lệ sản phẩm hỏng; nh vậy mới có thể khai thác hiệu quả tính
ă g ủa loại h ULC
đảm bảo hiệu quả kinh tế trong quá
trình chế tạo sản phẩm hoặc trong quá trình sử dụng. Vì vậ , đề tài
“Nghiên cứ ch
o h p c c on iê hấp sử dụng trong công
nghiệp ô ô” là mộ hướ g đi ới,
gh h h
hự iễ .
Mụ đ h
ội u g ghi
ứu
h ấp thiế đối ới iệc sản
xuấ được thép ULC ở
g ước, sử dụng hiệu quả loại thép này
trong công nghiệp chế tạo và góp phần vào sự h
iể ủ g h

h Việ N
i i g
g h
g ghiệ
i hu g
g
hữ g ă ới.
2. Mục tiêu của luận án
- Nghiên cứu thực nghiệm chế tạo thép ULC sử dụng trong công
nghiệ
h
ượng C  0,005 %;
- Nghiên cứu tinh luyện thép ULC trong chân không và phân bố tạp
chất phi kim của thép ULC;
- Nghiên cứu ả h hưởng củ điều kiện gia công biến dạng và ủ đến
tổ chức tế vi, thành phầ h
đ h hướng tinh thể của thép ULC
để đạ ơ h: giới hạn bền Rm = 260÷350 MPa, giới hạn chảy Rp =
110÷230 MP
độ giãn dài A = 30÷50 %.
3. Phƣơng pháp nghiên cứu của luận án
- Nghi
ứu ổ g qu
i iệu ề h ULC (công nghệ sản xuất,
ơ h, ổ chức tế vi, ứng dụ g, u hướng nghiên cứu);
- Nghiên cứu thự ghiệ
gồm:
+ Chế tạo mẫu h ULC qu
g đ ạn: nấu luyệ
g ò điện

hồ qu g h
h g
g ò điện cảm ứng kết hợp với tinh
luyện chân không, gia công biến dạng bằ g hươ g h
nguội, ủ
g ò điện trở;
Ph
h h h hần hóa h c bằng máy quang phổ phát xạ;
Kiể
ơ h ằng máy thử độ bền kéo;
+ Quan sát tổ chức tế vi và tạp chất phi kim bằng kính hiển vi quang
h c, hiể i điện tử quét kết hợp phổ h
ă g ượng tia X
(SEM-EDX), hiể i điện tử quét kết hợp vi phân tích (SEMEPMA);
X đ nh cấu trúc tinh thể
đ h hướng kết tinh bằng nhiễu xạ
ơ g
XRD , hiển vi nhiễu xạ điện tử tán xạ gược (SEMEBSD).

2


4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
1) Ý nghĩ kho học
- Với quy trình công nghệ nấu luyện chân không, cán nguội và ủ
g ò điện trở, đã hế tạ h h
g h ULC
h
ượng C
nhỏ hơ 0,005%

ổ chức tế vi là thuầ f i ; ơ h s u hi ủ ở
800 oC là giới hạn chảy (Rp = 140÷180 MPa), giới hạn bền (Rm =
295÷380 MP
độ giãn dài (A = 40÷50 %).
- Đã hứng minh bằng thực nghiệm về ơ hế khử sâu C trong quá
trình tinh luyện thép lỏng chân không nh chuyển d ch cân bằng của
phản ứng [C] [O]={CO}. Đã
õ ả h hưởng của lực khuấy trộn
điện từ đế độ sạch của tạp chất phi kim trong quá trình tinh luyện
thép lỏng trong lò cao tần chân không.
- Đã hẳ g đ nh vai trò làm nhỏ hạt ferit trong quá trình ủ thép ULC
khi hợp kim hóa bằng Ti và Nb. Tỷ phần kết tinh lại của thép ULC
khi ủ ở 600oC ũ g đã được tính toán dựa trên mô hình JMAK.
2) Ý nghĩ hực tiễn
Đã đư
ả h hưởng củ điều kiện nhiệ độ ủ đế ơ h
ổ chức
tế vi của thép ULC, góp phần sử dụng hiệu quả h ULC
g điều
kiện thực tế của các doanh nghiệ ơ h hế tạ
g ước sử dụng
thép ULC. Gợi mở về hướng ứng dụng tinh luyện thép chân không
để khử sâu C và sản xuất các loại thép chấ ượng cao trong ngành
thép Việt Nam.
5. Tính mới của luận án
- Lầ đầu tiên ở Việ N , đã ấu luyện thành công thép ULC có
h
ượng C nhỏ hơ 0,005 % ươ g đươ g 50
g
hiết

b nấu chả h
h g;
đ nh tổ chức tế i
ơ h ủa thép
ULC sau quá trình cán nguội và ủ.
- Đã ghi
ứu khử sâu C trong thép lỏng khi tiến hành tinh luyện
chân không. Th ULC được cán nguội và ủ ở chế độ phù hợ để đạt
đượ ơ h đ ứng cho các ứng dụng thực tế.
- Đã sử dụ g hươ g h
hiễu xạ điện tử tán xạ gượ EBSD để
đ nh cấu trúc tinh thể và hình thái của pha ferit trong thép ULC.
6. Bố cục của luận án
- Mở đầu
- Chươ g 1. Tổng quan về thép ULC
- Chươ g 2. Phươ g h
ghi
ứu và thực nghiệm
- Chươ g 3. Kết quả và thảo luận
- Kết luận và kiến ngh
- Danh mụ
g ì h đã
g ố của luận án
- Tài liệu tham khảo

3


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THÉP ULC
1.1. Thành phần hóa học, cơ tính và tổ chức tế vi

Theo th i gi , h
ượng C trong thép ULC ngày càng giảm và
hiện nay các nhà sản xuất khống chế h
ượng C nhỏ hơ 0,006 %.
Để ă g độ bền của thép ULC, mộ ượng nhỏ các nguyên tố hợp kim
(Mn, Si,...), và nguyên tố hợ i
i ượ g N , Ti,... được cho vào
thép ULC.
Theo giả đồ Fe-C, tổ chức tế vi của thép ULC là thuầ f i . Để hạn
chế sự lớn lên của hạt trong quá trình ủ, một số nguyên tố hợp kim
hư Ti, N được cho vào thép ULC. Thực tế sản xuất và sử dụng
h ULC đã h hấ độ bền và tính dập sâu của thép ULC b ảnh
hưởng nhiều bởi h hước hạt của thép sau quá trình xử lý nhiệt.
Cơ
h điển hình củ h ULC hư s u: giới hạn chảy (Rp =
100÷310 MPa), giới hạn bền (Rm = 140÷450 MP
độ giãn dài (A
= 25÷50%). Để ă g độ bền và khống chế ơ
h h
u ầu,
gư i ta phải sử dụng các biệ h
h
hư điều chỉnh thành phần
các nguyên tố hợ i , h đổi chế độ gia công biến dạng (cán
nguội, cán nóng,...) hoặc xử lý nhiệt.
1.2. Công nghệ nấu luyện và tinh luyện
Trên thế giới, h ULC được nấu luyện theo công nghệ lò thổi
s uđ
i h u ệ g i ò ằ g
hiế

h
h g.
Trong công nghệ sản xuất các loại thép chấ ượng cao và thép ULC,
tinh luyện thép lỏng trong chân không có vai trò quan tr ng. Phươ g
h
uấ h ừ ụ đ h hằ
giả h
ượ g [H]
g
hi đú
hỏi h
ớ để è . Từ ụ đ h
, hươ g h đã
đượ h
iể
ứ g ụ g để giải qu ế hữ g u ầu s u:
Giả h
ượ g h hò
g h :[H], [N], [O], …
Giả h
ượ g C
g h ỏ g đế giới hạ ấ hấ .
Hợ i h
ới hệ số hu hồi gu
ố hợ i ấ
.
Khử S ằ g ỉ.
Ti h u ệ h
h g ự
gu

ắ
h ừ g hầ h
ỏ g
ừ hù g hứ ẫ
hiế
h
h g để i h u ệ . C h i
hươ g h
i h u ệ h
ỏ g
g hự ế sả uấ
hươ g
pháp DH (Dortmund - Horder - Hi
u i
hươ g h RH
(Ruhrstahl Heraeus). Đối với h ULC, hươ g h
i h uyện
chân không tuần hoàn khử h RH hư g được sử dụ g để giảm
h
ượng C xuố g ưới 50 ppm ( 0,005 % , đồng th i khử sâu các
tạp chấ h hò
hư
O
iơ N.

4


1.3. Công nghệ cán và ủ
Trong công nghệ sản xuấ h ULC

g được tiến h h ước khi
đư
guội để sản xuất các thép ULC cuộn (cứng hoặc mề để
cung cấp cho dập tạo hình. Quy trình này có một số hượ điể hư sản
ượng thấ , i u h
ă g ượng nhiều, dây chuyền sản xuất dài, tiêu hao
kim loại lớ ,…Vì ậ , u hướng sản xuất thép ULC hiệ
đ g ố
gắ g hướng tới yêu cầu độ dày của phôi tấ 50÷60
điển hình
trong công nghệ CSP (compact strip production).
Khi nung, thép ULC b biến dạng dẻo nguội sẽ chuyển sang trạng
thái ổ đ h hơ
qu ì h ch chuyển các khuyết tậ điể được
ă g ư ng và lệch mạng sẽ
điều kiện phân bố lại và số ượng
giảm. Các quá trình xả
hi u g đượ hi h h 2 gi i đ ạn
chính là hồi phục và kết tinh lại. T g hự ế, h ULC s u hi
nguội
độ ứ g
h ẻ
ầ hải ủ để hử ứ g
suấ ư
hụ hồi h ẻ ầ hiế h hữ g
g đ ạ iế h
1.4. Xu hƣớng nghiên cứu về thép ULC trên thế giới
Những chủ đề nghiên cứu i qu đến thép ULC hiện nay gồm có:
điều chỉnh thành phần hóa h , hươ g h
i h u ện chân không,

kiểm soát quá trình hợp kim hóa, chế độ xử lý nhiệt, ả h hưởng của
tạp chất phi kim, gia công tạo hình, tính ch u ă
ò
g
i
ư ng khí quyển.
1.4.1. Công nghệ tinh luyện chân không
Lúc mới
đ i,
hươ g h tinh luyện chân không chỉ có
nhiệm vụ khử khí, s u đ còn phải thực hiện thêm các chứ ă g
h
hư hử S, khử C, gia nhiệt, hợ i h , đồ g đều thành phần
và nhiệ độ; do vậ
ă g độ sạch của thép và biến tính tạp chất.
Thực tế đã h hấy rằng tinh luyện thép lỏng bằ g hươ g h RH
hoặ hươ g h
hử khí chân không (Vacuum degassing) có thể khử
được C, O và N xuống giá tr rất thấ
g
ơ h ủa sản phẩm
thép. Trong công nghiệ , để
g
đượ ă g suất và chấ ượng của
thép ULC thì phải sử dụ g
hươ g h
hử khí chân không kết
hợp với thổi ôxy (VOD hoặc RH-OB). Trong thực tế,
hươ g h
khử khí kết hợp với thổi ôxy có thể giả h

ượng C trong thép lỏng
từ 0,03% xuống 0,0010,002% chỉ trong vòng 10 phút.

5


1.4.2. Tạp chất phi kim trong thép ULC
Về ghi
ứu độ sạ h ập chấ hi i
ủ h ULC, Tậ đ
Th POSCO đã
ự hằ
hử ỏ h
ạ hấ
hiệ ượ g i
h
h
ỏ g
g qu ì h đú
. Kế quả
ghi
ứu
hử ghiệ đã h hấ , sử ụ g
ại ỉ
hả
ă g hò
ạ hấ hi i ố để h hủ hù g , hù g u g
gi
ì h ế i h
g đú i ụ sẽ ấ hiệu quả

g sả uấ
h ULC độ sạ h
.
Một số nghiên cứu h đã kết luận rằng tổ g h
ượng ôxy hòa tan
trong thép ả h hưởng nhiều đến chấ ượng bề mặt của thép sử dụng
trong công nghiệ
, đặc biệt là tạo ra các khuyết tật rạn chân
chim trên bề mặt sản phẩm. Tất cả tạp chấ hi i
được cho là
có nguồn gốc từ xỉ lẫ
ì
h hướ ươ g đối lớn (M. Wang
và các cộng sự); các tạp chấ
h
đ
g h ULC
nếu h g được khử bỏ một cách phù hợp sẽ làm xấu các tính chất
của sản phẩm cuối cùng (W. C. Doo và các cộng sự …
1.4.3. Xử lý cơ nhiệt và tổ chức tế vi
Nhiều công bố đã hẳ g đ nh công nghệ
g h i đú
s uđ
là cán nguội để sản xuất các loại ă g ấm mỏng hoàn toàn có thể áp
dụng thành công cho các loại h ULC để cung cấp cho chế tạo các
loại sản phẩm yêu cầu độ bền cao; Bằng việc nung ở nhiệ độ thấp
sau quá trình dập tạ hì h để đ ứng yêu cầu về giả độ dày của
thép tấm cung cấp cho công nghiệ
g
độ bền và tính

chố g
đập của thép ULC hóa bền (J. Galan và các cộng sự):
nghiên cứu phát triển một loại thép ULC giữ đượ độ i đập tốt ở
nhiệ độ
hư g ẫn có tính hàn tố , độ bề ã
,… h quy
trình xử
ơ – nhiệt (R. Chukla và các cộng sự …Gầ đ , hiều
nghiên cứu sử dụng kỹ thuậ EBSD được coi là mới và hiệ đại để
phân tích cấu trúc tinh thể của pha ferit nhằ đ h gi
h hước
hạ ,
đ h đ h hướng tinh thể có lợi cho quá trình dập sâu thép
ULC, tính toán tỷ lệ phân bố biên hạt góc lớn (hoặc nhỏ), thậm chí là
xác đ h được sự biế đổi củ đ h hướng tinh thể ngay trong quá
trình kéo mẫu hoặc ủ thép ULC.
Việ N
hư sản xuấ được thép ULC, một số đơ
ũ g đã ố
gắng nghiên cứu nấu luyện thép C rất thấp từ các thiết b
g ướ
hư g ế quả hư đượ hư ong muốn. Các nghiên cứu ở quy mô
phòng thí nghiệ
hư được công bố rộng rãi. Nội dung nghiên

6


cứu đề cậ đến công nghệ nấu luyện thép C rất thấp ( 0,02 %) sử
dụ g ò điện cảm ứng, kiể

ơ h
ổ chức tế vi của thép C rất
thấ đã hế tạ được. Mặc dù còn rất hạn chế cả về tính khoa h c và
thực tiễ , hư g đã
đ gg
hấ đ h
đư
hững gợi ý
quan tr ng cho nghiên cứu và công nghiệ . C
g đ ạn xử lý tiếp
h
hư gi
g iến dạng, xử lý nhiệ ũ g hải được nghiên cứu
đồng bộ để xem xét ả h hưở g đế ơ h
ổ chức của thép ULC.
Kết luận chương 1:
Th ULC đượ sử ụ g hổ iế
g
g ghiệ
hự
hẩ
hữ g ưu điể
ổi ội ề h ẻ , hả ă g ậ ạ
hì h, h h ố
hù hợ ới hiều
g ghệ ạ ớ hủ ề ặ
sơ , ạ . Việ N
hư sả uấ đượ h ULC, hư g hiều
g đã hậ h
ừ ướ g i ề để

gu
iệu h
sả uấ . Như đã h
h ở ụ 1.4, đã
hiều ghi
ứu ề ại
h
hế giới. C
ghi
ứu ậ u g
điều hỉ h h h
hầ h h
ủ h , ú gắ h i gi
i h u ệ h
h g, ử
hiệ ,… để
g
hấ ượ g h ULC
ă g hiệu quả i h
ế h qu ì h sả uấ . Nhiều hiế
ghi
ứu hiệ đại đã đượ
sử ụ g, ội u g ghi
ứu
h hu
s u
h h h
. T g hi đ , hư
ấ ỳ ộ ghi
ứu s u

ề h
ULC đượ hự hiệ ở Việ N . Vì ậ , ội u g ghi
ứu ủ
uậ
ề hế ạ h ULC hế sứ ầ hiế ,
h hự iễ
gh h h .
Mụ i u ổ g qu
ủ uậ
hế ạ
gồ
ấu u ệ , gi
g iế ạ g
ủ h h
g h ULC. T
ơ sở i iệu
g
ố quố ế, uậ
ự h
h ULC
h h hầ h h
(C  0,005 % ; Mn  0,4 % ; Si  0,2 %
ơ h s u hi ủ Rm =
250÷400 MPa ; Rp = 120÷200 MP ; A = 35÷50 % . Ng i , ộ
số ẫu h ULC sẽ đượ ă g h
h
ượ g C
M h ặ hợ
i h
ằ g N /Ti để ghi

ứu sự h đổi ủ h ULC.

7


CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM

Quy trình thí nghiệm tổng quát của nghiên cứu được thực hiệ hư
sơ đồ trong hình 2.1, bao gồ
g đ ạn chính: (1) nấu luyện
thép ULC, (2) gia công biến dạng và xử lý nhiệt, và (3) phân tích và
kiểm tra mẫu thép ULC.
Kim loại độ sạch cao
(Fe điện phân, Mn, Si,…)
Quy trình
nấu luyện
1

Th

C h g hư ng
(% C < 0,2)
Quy trình
nấu luyện 2

Nấu luyện thép ULC
(% C ≤ 0,005)

Cán nguội
Ủ xử lý nhiệt

Phân tích, kiểm tra
(thành phần hóa học, cơ ính, ổ chức t vi,…)

Hình 2.1 Quy trình thực nghiệm của nghiên cứu
2.1. Nấu luyện thép ULC trong lò điện hồ quang chân không
Mụ đ h ủa thực nghiệm là nấu luyện tạo mẫu thép ULC có thành
phần hóa h c theo mong muốn cho các nghiên cứu về sự h đổi ơ
tính, tổ chức tế vi thép ULC tr g
điều kiện khác nhau.
Bảng 2.1 Nguyên liệu cho nấu luyện h p ULC rong lò điện hồ
quang chân không
F điện
Mn
Si
Ti
Nb
phân (2÷5mm) (< 4mm) (<4mm) (<4mm)
Hàm
ượng, %
Mẫu 1 (g)
Mẫu 2 (g)
Mẫu 3 (g)
Mẫu 4 (g)
Mẫu 5 (g)
Mẫu 6 (g)

Bột
graphit

99,9

99,99

99,99

99,9

99,99

99,99

200
200
200
200
200
200

1
1
1
1
2,6
2

0,5
0,5
0,5
0,5

0,5
0,5

0
0
0,18
0
0,2
0,18

0
0
0
0,18
0
0

0,01
0,02
0,005
0,01
0,01
0,01

8


Để nghiên cứu ả h hưởng của thành phần hóa h đến tính chất của
h ULC, đã chuẩn b nguyên liệu cho nấu luyện 3 nhóm mẫu:
1) Nhóm 1: C < 0,005 % (mẫu 1), và C > 0,010% (mẫu 2); nghiên

cứu ả h hưởng củ h
ượ g C đến thép ULC.
2) Nhóm 2: C < 0,005 %, và chứa Ti hoặc Nb (mẫu 3 và 4); nghiên
cứu ả h hưởng củ h
ượ g Ti/N đến thép ULC.
3) Nhóm 3: C < 0,005 %, và chứa Mn cao hoặc Ti (mẫu 5 và 6);
nghiên cứu ả h hưởng củ h
ượ g M đến thép ULC.
Đã nấu chảy trong thiết b hồ quang chân không (Vacuum Arc
Furnace – VAF) tại T ư g Đại h c POSTECH (Hàn Quốc). Thành
phần hóa h c của mẫu th ULC được phân tích bằng thiết b quang
phổ phát xạ (Metal Lab 75/80J) tại Việ Cơ h ă g ượng và Mỏ VINACOMIN. Để ă g độ tin cậy, một số mẫu đã được phân tích
kiểm chứng tại Phòng thí nghiệm củ T ư g Đại h c POSTECH
(Hàn Quốc) và Viện Công nghệ (Bộ C g Thươ g .
2.2. Nấu luyện và tinh luyện thép ULC trong chân không
Mụ đ h ủa thực nghiệm này nhằm nấu luyện tạo mẫu thép ULC
h 2
g đ ạn khử C ươ g ự hư
g
g ghiệp (lò thổi ôxy
và tinh luyệ h
h g , s u đ iể
đ h gi ơ tính và tổ
chức tế vi, tạp chất phi kim của mẫu thép ULC khi áp dụ g ươ g ự
gđ ạ h
hư
guội và ủ.
Thép C h g hư ng
Thổi O2
khử C

Lò cảm ứng

Đú hỏi
Cắt nhỏ, làm
Lò điện trở chân

Lò cảm ứng chân
Thép ULC

Hình 2.2 Quy trình thực nghiệm 2 nấu luyện và tinh thép ULC

9


2.2.1. Khử C bằng thổi ôxy vào thép trong lò trung tần
Nguyên liệu
đầu
h C h g hư ng với h
ượng C ban
đầu ươ g ứng là 0,1620 và 0,1350 %. Tiến hành nấu chảy 20 kg
h C h g hư ng, thổi
để ư ng hóa khử C; sau đ , khử ôxy
bằng Al và thực hiện rót thép lỏng vào khuôn.
2.2.2. Khử sâu C bằng tinh luyện thép trong chân không
H
ượng C của mẫu thép ước tinh luyệ h
h g ươ g ứng là
0,0297 và 0,0228 %. Để nghiên cứu ả h hưởng củ điều kiện chân không
đến kết quả khử C và tính chất của thép ULC, các thí nghiệ được thực

hiện trong 2 loại thiết b và áp suất chân không khác nhau.
1) Tinh luyện h p rong lò điện trở chân không (TN1)
Sử dụng ò điện trở chân không (Brother XD-1600) với áp suất chân
h g được khống chế ở mức 0,250,35 atm. Thép được nấu chảy và
giữ ở 1600 oC trong 30 phút ưới điều kiện chân không. M i ư ng
h
g ò ướ hi hú h
h g được lựa ch n là argon.
2) Tinh luyện thép lỏng trong lò cảm ứng chân không (TN2)
Thực nghiệm này sử dụng thiết b nấu chảy cảm ứng chân không
(ALD) của Viện Công nghệ với áp suất chân không 0,10÷0,20 atm.
Thép chứa trong cốc vật liệu ch u lử
h hước bên trong: 4070 mm)
được nấu chảy và giữ ở 1600 oC trong 10 hú ,
i ư ng khí trong
ò ước khi hút chân không là không khí.
Đối với tinh luyện thép lỏng trong lò cảm ứng chân không, một số thí
nghiệ đã iến hành hợp kim hóa thêm nguyên tố M
Si ước khi
rót thép vào khuôn kim loại để nghiên cứu ả h hưởng của các
nguyên tố
đế ơ h ủa thép ULC. Kết thúc quá trình tinh
luyện, thép lỏ g được hợ i h điều chỉnh thành phần theo yêu
cầu
đú
g hu
i
ại ở điều kiện chân không. S u đ ,
mẫu h được làm nguội và chuẩn b h
g đ ạn tiếp theo.

2.3. Gia công biến dạng và ủ thép ULC
Sau tinh luyệ h
h g
g ò điện trở, mẫu thép ULC có kích
hướ đư ng kính  chiều
ươ g ứng là 3810 mm. Mẫu thép
được cán nguội nhiều lần xuống chiều
1
, ươ g ứng với tổng
ượng biến dạng là 90 %.
Sau khi cán nguội, mẫu h được ủ kết tinh lại
g ò điện trở và
s uđ
iểm tra tổ chức tế i
ơ h. Với mụ đ h ghi
ứu
ả h hưởng của nhiệ độ ủ đến tổ chức tế i
ơ h ủa thép ULC,
nhiệ độ ủ được ch
ươ g ứng là 400, 600 và 800 oC; Tố độ nung

10


được ch n là 10 oC/phút, sau khi giữ nhiệt 15 phút sẽ làm nguội mẫu
h ULC ù g ò đến nhiệ độ phòng ngoại trừ mẫu 1 được làm nguội
h h
g ướ để xem xét sự khác biệt về tổ chức tế i
ơ h.
2.4. Phân tích và kiểm tra thép ULC

Cơ h ủ h ULC được kiểm tra bằng thiết b thử kéo MTS 809.
Tổ chức tế vi củ h ULC được quan sát trên kính hiển vi quang
h c (Axiovert 25A) của Viện Khoa h c và Kỹ thuật Vật liệu. Phươ g
pháp hiể vi quang h đượ sử ụ g để xem hình ả h, ổ hứ ề
ặ ủ
ẫu ậ iệu trong ộ vùng iệ tích hỏ ới độ phóng đại
ừ 50÷1000 ầ . Về ơ ả , kính hiể vi quang h có hể quan sát
đuợ ấu trúc ề ặ ủ ậ iệu nói chung, ổ hứ kim ại và hợ
kim nói riêng; đ h giá, phân tích ổ hứ ế vi kim ại và hợ kim;
quan sát đượ ổ hứ các pha, sự phân ố các pha, hình dáng và
kích hướ ủ các pha. Ngoài ra, còn hấ đượ hu ế ậ ủ ậ
iệu hư ế ứ ế vi, khí, ạ hấ phi kim, ề ầ ớ hấ , ớ
ạ, kích hướ hạ trong các pha, h đ có hể đ h giá tính hấ ,
phân tích đượ ổ hứ ế vi ủ ậ iệu. Trong nghiên ứu này, hàm
ượng (%) tạp chất phi kim của mẫu h ULC đượ
đ nh gần
đú g h ỷ lệ diện tích trên ảnh chụp hiển vi quang h c. K h hước
hạ đượ
đ h h
hươ g h đư ng thẳng, lấy giá tr trung
bình từ 10 lầ đ .
Ngoài ra, các mẫu h ULC ò được quan sát trên kính hiể i điện
tử quét (SEM). Th g hư g, độ phân giải của SEM khá cao
khoả g 1÷5
h hướ . Độ h g đại đượ điều chỉnh dễ dàng
từ 10÷300.000 lầ . C
h ă g ủa SEM bao gồm: (1) quan sát bề
ặ ẫu ắ ở
độ h g đại h
h u; 2 ới độ s u ư g

qu s ớ hơ ấ hiều s ới
h hiể i qu g h
h
h
hu ả h ậ hể; 3 ế hợ ới đầu hu hổ
ạ ă g ượ g
i X EDX h h
h
h h h hầ gu
ố ủ ùng quan
sát. Thành phần tạp chấ hi i được phân tích bằ g hươ g h
phổ tán sắ ă g ượng hoặc vi phân tích trên hiể i điện tử quét
(SEM-EDX và SEM-EPMA) –Qu ì h h
h được tiến hành tại
T ư g Đại h c KU Leuven (Bỉ).
Độ cứng tế i đượ đ
Du
i HV0.1 ại T ư g Đại
h c BKHN. Giá tr độ cứng tế i được lấy trung bình từ 3 lầ đ
tiết diện của mẫu thép ULC .

11


CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Thành phần hóa học của mẫu thép ULC
Thành phần hóa h c của mẫu thép ULC nấu luyệ
g ò điện hồ
quang chân không (bảng 3.1), kết quả đạ được mụ đ h đặt ra ban
đầu để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo ả h hưởng của của thành

phần hóa h đến tổ chức tế i
ơ h ủa thép ULC.
Bảng 3.1 Thành phần của mẫu thép ULC nấu luyện trong LĐHQ CK ( %)
Mẫu
C
Mn
Si
S
P
Ti
Nb
thép
1
0,004 0,444 0,214 0,002 0,003
2
0,011 0,464 0,198 0,002 0,004
3
0,002 0,457 0,201 0,003 0,001 0,082
4
0,005 0,468 0,216 0,005 0,003
0,070
5
0,004 1,301 0,164 0,005 0,002 0,049
6
0,005 1,013 0,232 0,006 0,004 0,076
Bảng 3.2 Thành phần củ h p C rước và khi k t thúc thổi ôxy (%)
C
Si
Mn
S

P
Th
đầu (1)
0,1620 0,2838 1,2110 0,0121 0,0160
Sau thổi ôxy (TN1) 0,0297 0,0043 0,0135 0,0056 0,0116
Th
đầu (2)
0,1350 0,3540 1,3651 0,0081 0,0193
Sau thổi ôxy (TN2) 0,0228 0,0144 0,0146 0,0059 0,0140
Bảng 3.3 là thành phần hóa h c của mẫu thép ULC sau tinh luyện
h
h g
g ò điện trở (ký hiệu là TN1-x) và lò cao tần (ký
hiệu là TN2- . H
ượng C trong tất cả mẫu h đã giảm xuống
thấ hơ 0,005 %; u hi ,
h g iến hành hợp kim hóa khi
tinh luyệ h
h g
g ò điện trở
h
ượng nguyên
tố M
Si ũ g ất thấ . Đối với tinh luyện chân không trong lò
cao tầ , đã iến hành hợ i h
h
ượng nguyên tố Mn và
Si nên có thể nghiên cứu ả h hưởng của thành phần hóa h đế ơ
tính của các mẫu thép ULC này.
Bảng 3.3 Thành phần hóa học của mẫu thép ULC ( %)

Mẫu
C
Mn
Si
S
P
thép
Sau tinh luyện chân không rong lò điện trở
TN1-1
0,0045
0,0099
0,002
0,0048
0,0116
TN1-2
0,0035
0,0116
0,001
0,0050
0,0119
Sau tinh luyện chân không trong lò cảm ứng

12


Mẫu
thép
TN2-1
TN2-2
TN2-3

C

Mn

Si

S

P

0,0031
0,0036
0,0040

0,0625
0,1953
0,4151

0,0222
0,0354
0,1748

0,0050
0,0058
0,0054

0,0121
0,0138
0,0120

Kết luận phần 3.1:
Với 2 quy trình công nghệ là sử dụ g ò điện hồ quang chân không
và nấu luyện trong lò trung tần kết hợp tinh luyệ h
h g, đã
nấu luyện thành công thép ULC với h
ượng C nhỏ hơ 0,005 %
h
ượng các nguyên tố khác (Mn, Si, Ti/Nb) trong giới hạ đặt
ra. Các mẫu h ULC đ ứng yêu cầu h
g đ ạn tiếp theo
hư gi
g iến dạng và ủ.
3.2. Khử C trong tinh luyện chân không
Phản ứng cân bằng giữa C và O trong thép lỏng xả
hư s u: [C]
+ [O] = {CO}. Với m i áp suấ h
h g đã
ụng trong nghiên
cứu này, cân bằng của phản ứng [%C]*[%O]=0,002*PCO (1) được
tính toán theo lý thuyết và biểu th hư
g hì h 3.1.
1.00
1 atm
0.35 atm
0.25 atm

0.80

0.2 atm

0.1 atm

[%O]

0.60

0.40

0.20

0.00
0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

0.016

0.018

0.02

[%C]

Hình 3.1 Ảnh hưởng của áp suấ đ n cân bằng phản ứng (1) ở 1600oC
Ở điều kiện áp suấ ì h hư ng (1 atm), phản ứng không xảy ra bởi vì
h
ượng [C] có giá tr rất thấp nên khi áp suất giảm xuống thì trạng
thái cân bằng của phản ứng sẽ d ch chuyể h
u hướng tạo khí CO.
Các b t khí CO sinh ra trong thép lỏng sẽ dễ dà g h
i ư ng
chân không phía trên bề mặt thép lỏng. Kết quả là sẽ hú đẩy phản
ứng xảy ra mạ h hơ
ẫ đến làm giả h
ượng C của thép
lỏng. Trong thực tế, nếu h
ượng C thấ hơ 0,04 % hì hải cung

13


cấp thêm nguồ
để hú đẩy quá trình khử C bằng cách cho thêm
xỉ ôxy hóa lên bề mặt hoặc thổi khí ôxy vào trong thép lỏng.
Bảng 3.4 Tỷ lệ khử C của thép ULC sau tinh luyện chân không (%)
Áp suất
Tỷ lệ
Mẫu thép ULC
[%C]đầu [%C]cuối
(atm)

khử (%)
TN1
TN1-1
0,35
0,0297
0,0045
84,9
(Sử dụng lò điện
trở chân không)

TN1-2

0,25

0,0297

0,0035

88,2

TN2-1
0,10
0,0228
0,0031
86,4
TN2-2
0,20
0,0228
0,0036
84,2

(Sử dụng lò cảm
ứng chân không) TN2-3
0,20
0,0228
0,0040
82,5
Khi so sánh hiệu quả khử C của thí nghiệm TN1-1 và TN1-2 (hoặc
TN2-1 và TN2-2) cho thấy áp suất chân không trên bề mặt thép lỏng
trong quá trình tinh luyện có ả h hưởng mạ h đến phản ứng khử C.
Hiệu quả khử C trong quá trình tinh luyệ h
h g được cho là
phụ thuộc vào các yếu tố: h
ượ g C
đầu của thép lỏng, th i
gian tinh luyện, áp suất chân không phía trên thép lỏng, mứ độ xáo
trộn trong thép lỏ g h
ượng ôxy hòa tan trong thép lỏng.
Kết luận phần 3.2:
Sau tinh luyệ h
h g, h
ượ g C
g h đã được khử xuống
giá tr siêu thấp (0,00310,0045) % tùy thuộ
i ư ng chân
không phía trên bề mặt thép lỏ g điều kiện khuấy trộn bên trong thép
lỏng. Tỷ lệ khử C đối với thực nghiệm tinh luyện chân không bằng lò
điện trở đạt khoảng 84,9÷88,2 % trong th i gi 30 hú , đối với thực
nghiệm tinh luyện chân không trong lò cảm ứ g đạt khoảng 82,5÷86,4
% trong th i gian 10 phút. Phản ứng giữ [C]
[O]

g điều kiện
chân không chính là nguyên nhân dẫ đến sự giảm củ h
ượng C
trong các mẫu thép. Trong nghiên cứu này, sự khuấy trộn thép lỏng của
lự điện từ bên trong thép lỏ g được cho là yếu tố quan tr g hú đẩy
sự thoát b t khí CO và nh đ ă g ố độ khử C của thép ULC.
3.3. Cơ tính của mẫu thép ULC
Trong công nghiệp ô tô, cơ h ủ h
gh qu
g đối
với công nghệ dập tạ hì h, đảm bảo chấ ượng bề mặt sản phẩm và
g
độ an toàn củ gư i ngồi bên trong. Trong phạm vi luận
, ơ h ủa thép ULC bao gồm: giới hạn bền (Rm), giới hạn
chảy (Rp
độ giãn dài (A %). Nội dung phần này trình bày kết quả
kiể
ơ h, hảo luận ả h hưởng của thành phần hóa h c và chế
độ ủ đến sự h đổi ơ h ủa các mẫu thép ULC.
TN2

14


3.3.1. Cơ tính mẫu thép nấu luyện trong lò điện hồ quang
Kết quả kiể
ơ h ủa các mẫu thép ULC sau cán nguội và sau
khi ủ ở các nhiệ độ h
h u được cho trong bảng 3.5.
Bảng 3.5 K t quả kiểm r cơ ính của các mẫu thép ULC

Mẫu thép ULC
Rm (MPa)
Rp (MPa)
A (%)
Cán nguội
1
750
500
4,0
2
875
530
3,5
3
805
550
4,5
4
910
670
5,0
5
1017
820
4,7
6
915
680
5,8
Ủ (400 oC)

1
745
480
10
2
690
450
8,0
3
615
450
9,0
4
850
650
8,5
5
740
580
8,0
6
760
600
9,5
Ủ (600 oC)
1
405
240
48
2

390
240
45
3
495
350
22
4
520
420
15
5
395
230
41
6
380
220
43
Ủ (800 oC)
1
290
180
50
2
295
200
48
3
340

160
40
4
325
150
42
5
380
210
41
6
305
190
43
Ủ (800 oC) – Nguội h h
g ước
1
360
210
43

15


1) Ảnh hưởng của tỷ lệ bi n d ng đ n cơ ính của thép ULC
Ả h hưởng của tỷ lệ biến dạng CR ươ g ứng là 80 và 90 % đế độ
bền của thép ULC sau cán nguội cho trong bảng 3.6. Độ bề ă g
độ dẻo giảm khi tỷ lệ biến dạ g ă g ừ 80 đến 90 %. Khi ứng suất
ư hư được khử bỏ, thép ULC cán nguội được hóa bền biến dạng;
và Rm của thép nằm trong phạm vi 650875 MP , độ giãn dài

khoảng 3,5÷5,3 %.
Bảng 3.6 Cơ ính của thép ULC sau cán nguội khi h y đổi mức độ
bi n d ng
Thép
CR = 90 %
CR = 80 %
ULC Rm(MPa) Rp(MPa) A(%) Rm(MPa) Rp(MPa) A(%)
1
750
500
4,0
700
500
4,3
2
875
530
3,5
650
400
5,3
2) Ảnh hưởng của nhiệ độ ủ đ n cơ ính của thép ULC
Trong nghiên cứu này, thép ULC cán nguội cho thấ độ bền cao và
độ giãn dài thấ
s u đ được ủ để cải thiệ độ dẻo. Cơ h ủa
thép ULC (mẫu 1) sau ủ ở các nhiệ độ khác nhau (400, 600 và 800
o
C). Khi nhiệ độ ủ là 400 oC, độ giã
i ă g
10 % và giới hạn

chảy giảm xuống còn 480 MPa. Khi nhiệ độ ủ ă g
600 và 800
o
C, độ giã
i ă g
ất nhiều ươ g ứng là 48 và 50 %) và giới
hạn chảy giả
ươ g ứng là 240 và 180 MPa). Điều này rất có lợi
cho tính dập sâu của thép ULC khi cần chế tạo các sản phẩm có hình
dạng phức tạp.
3) Ảnh hưởng củ C đ n cơ ính của thép ULC
Không có sự khác biệ đ g ể về ơ h ủa mẫu 1 (0,004 %C) và
mẫu 2 (0,011 %C), trừ ư ng hợ đối với mẫu thép ULC cán nguội
thì mẫu 2
ơ h
hơ õ ệt. Ở nhiệ độ ủ 800 oC, mẫu thép
ULC
h
ượng C thấ hơ h hấ độ giã
i
hơ
ặc dù
là không nhiều.
4) Ảnh hưởng củ Mn đ n cơ ính của thép ULC
Trong nghiên cứu này, Mn
ă g giới hạn bền và giới hạn chảy
hư g giả độ giãn dài rất mạnh. Thép ULC có chứa khoảng
1 %Mn cho thấ
ơ h ốt nhấ , đạ được giá tr tối ưu ề giới
hạn chả

độ giãn dài khi ủ ở nhiệ độ 800 oC. Tuy nhiên, sự khác
biệt mặc dù là không nhiều về h
ượ g Ti
C ũ g có thể ảnh
hưở g đế ơ h ủa thép ULC.

16


3.3.2. Cơ tính của mẫu thép ULC tinh luyện trong chân không
Ở nhiệ độ 800oC, đã ảy ra quá trình khử ứng suấ ư s u hi
nguội s u đ
ết tinh lại. Cơ h ủa mẫu thép ULC sau khi ủ ở
o
nhiệ độ 800 C phù hợp cho chế tạo các loại sản phẩm cầ độ biến
dạng lớ ;
g hi ơ h s u hi
guội có thể sử dụng cho các
loại sản phẩm có hình dạ g đơ giản.
Bảng 3.7 K t quả thử cơ ính của thép ULC tinh luyện chân không
Mẫu
ULC
TN1-1
TN1-2
TN2-1
TN2-2
TN2-3

Sau cán nguội
Rm (MPa) Rp (MPa) A (%)

437
360
3,0
428
355
3,2
476
453
4,1
635
474
4,5
777
461
5,1

Sau ủ kết tinh lại
Rm (MPa) Rp (MPa)
205
120
197
115
252
164
309
199
351
285

A (%)

25,1
26,3
51,4
45,4
42,9

S s h ơ h ủa các mẫu thép ULC sau tinh luyện chân không
trong lò cảm ứng và nhiệt luyện ủ, ở nhiệ độ ủ 800 oC và giữ nhiệt
15 phút, mẫu thép ULC có giới hạn chảy thấp (từ 164285 MPa) và
độ giãn dài rất cao (từ 42,951,4 %).
Khi mẫu h ULC h
ượng nguyên tố M
Si
hơ TN23 hì
độ bề
hơ hư g độ dẻo giả hơ
ẫu khác
(TN2-1 và TN2-2). Sau quá trình biến dạng cán nguội, tất cả các mẫu
h ULC
độ bề ươ g đối
độ giãn dài rất thấp do ứng
suấ ư sự biế đổi tổ chức tế vi. Cơ h ủa mẫu thép ULC trong
nghiên cứu này hoàn toàn phù hợp với các kết quả đã
g ố đ
ứ g được yêu cầu để ứng dụng trong thực tiễn.
Kết luận phần 3.3:
Kết quả kiể
ơ h cho thấy sau khi cán nguội và ủ ở 800 oC,
mẫu thép ULC nấu luyệ
g ò điện hồ quang chân không có giới

hạn chả đạt 140÷180MPa, giới hạn bề đạt 295÷380MPa độ giãn
i đạt 40÷50%. Cơ h ẫu thép ULC tinh luyện chân không trong
lò cảm ứ g đượ
đ nh là kết hợp hài hòa giữ độ bền và tính dẻo:
giới hạn chảy trong phạm vi 199÷285 MPa, giới hạn bền trong phạm
vi 309÷351MPa,
độ giãn dài trong phạm vi 45,4÷42,9%. Thép
ULC sau cán nguội
độ bề
độ dẻo thấp mặ ù h
ượng
C ở mức siêu thấ ,
g hi đ h s u ủ
độ bền thấ
độ dẻo
cao. Vì vậy, bằng cách kết hợp cán nguội và ủ kết tinh lại có thể tạo
ra vật liệu thép ULC
ơ h hù hợp với mụ đ h sử dụng. Sau
g đ ạn cán nguội, có thể bỏ qu
g đ ạn ủ nếu không yêu cầu
cao về độ dẻ
h
đ
cần độ bền cao của thép ULC.

17


3.4. Tổ chức tế vi
Theo giả đồ pha Fe-C, hi h

ượng C trong thép ULC nhỏ hơ
0,005 % thì tổ chức tế vi của thép ULC phải là thuần ferit với mạng
tinh thể lậ hươ g
hối BCC . Để khẳ g đ nh nhậ đ nh này,
mẫu thép 1 (nấu luyệ
g ò điện hồ quang chân không) và mẫu
TN2-2 (nấu luyện trong lò trung tần và tinh luyện trong lò cao tần
h
h g được phân tích bằ g hươ g h XRD. Các mặt tinh
thể (110) và (200) củ f i được phát hiện trong cấu trúc tinh thể của
thép ULC ở tất cả các trạng thái. Kết quả
ươ g ự với những
phát hiện khác về tổ chức tế vi củ h ULC
h
ượng C thấp
hơ 0,005 %.
So sánh mẫu thép ULC cán nguội và khi h đổi hiệ độ ủ
g
hạ
i 400÷800 oC, ư g độ ủ i ươ g ứ g ới ặ i h hể
110
sự ă g
g hi ư g độ ủ
ươ g ứ g ới ặ
i h hể 200 ại giả
uố g. Về ặ đ h ượ g,
hể hỏ g đ
ằ g số ượ g i h hể 110
u hướ g ă g
i h hể 200

giả
uố g hi iế h h ủ
ẫu h ULC.
Kết quả phân tích XRD của mẫu TN2-2 ở trạng thái sau cán nguội và
sau ủ ở nhiệ độ 800 oC đượ h h đ đ h hướng tinh thể (110)
vẫn là chiế đ số so với
đ h hướng tinh thể khác. Tuy nhiên,
ơ hế tạ h h đ h hướng tinh thể trong thép ULC cầ được
nghiên cứu s u hơ bằ g hươ g h EBSD. Quan sát tổ chức tế vi
bằng kính hiển vi quang h c không phát hiện thấy các pha khác
ngoại trừ ferit khi giữ nhiệt ở 800 oC
s uđ
guội nhanh
g ước. Kết hợp với giả đồ Fe-C, có thể thấy rằng việc nung
h đến nhiệ độ 800 oC hư
g ghi
ứu này thì thép ULC vẫn
nằm trong vùng ferit nên khi làm nguội nhanh không có các chuyển
biến tạo thành pha khác ngoại trừ ferit.
Có thể thấy rằng có sự kết hợp tốt giữ độ bề
độ dẻo của thép
ULC khi ủ ở 600 oC. Điều này có thể được khẳ g đ nh thông qua
quan sát tổ chức tế vi củ h ULC ước và sau khi ủ. Mặ ù độ
dẻ
hư g đi è
ới khả ă g ạo hình tố hư g ghi
ứu
về khả ă g ạo hình của thép ULC cầ được nghiên cứu kỹ hơ
g
đề tài khác.

18


1-400oC

1-600oC

1-800oC

1-800oC-WQ

Hình 3.20 Tổ chức t vi của mẫu 1 khi nhiệ độ ủ khác nhau
(WQ – làm nguội rong nước)
Kết luận phần 3.4:
Kết quả cho thấy thép ULC có tổ chức tế vi thuần ferit trong tất cả
điều kiệ đú ,
guội và ủ; đ
ổ chức tế vi mong muốn
đối với các loại thép cần có sự kết hợp tốt giữ độ bề
độ dẻo để
chế tạo các sản phẩm cầ độ dập sâu. Các hạt ferit b biến dạng thành
các thớ phân bố d h hướng cán trong thép cán nguội. Tổ chức tế
vi củ h ULC h đổi khi nhiệ độ ủ ă g
đến 800 oC, các thớ
ferit biến dạ g đã hu ển biến thành các hạt ferit khi ủ. Phụ thuộc
vào nhiệ độ ủ,
h hước hạt tru g ì h đượ
đ nh trong phạm
vi 30÷70 m. Tổ chức tế vi của thép ULC hoàn toàn phù hợp với kết

quả kiể
ơ h ủa thép.

19


3.5. Ảnh hƣởng của Ti và Nb đến quá trình kết tinh lại
Nội dung của phần này xem xét ả h hưởng của quá trình kết tinh lại
trong quá trình ủ đế ơ h
ổ chức tế vi củ h ULC; đồng
th i, h
h đ h gi
ếu tố ả h hưở g hư hiệ độ và th i
gian ủ, nguyên tố hợ i
i ượ g N
Ti đế ơ h
ổ chức
tế vi của thép ULC do hiện tượng kết tinh lại. Từ đ , đư
hế độ ủ
phù hợ để đạ đượ ơ h đ ứng yêu cầu ứng dụng thực tế của
thép ULC. Tỷ phần kết tinh lại khi ủ đượ
đ nh bằng công thức
của John-Mehl-Avarami-Kolmogorov (JMAK). Ả h hưởng của nhiệt
độ và th i gian ủ đến tổ chức tế i
độ cứng tế vi của thép ULC
được nghiên cứu một cách kỹ ưỡ g để có thể đư
ết luận về vai
trò củ N
Ti đối với quá trình kết tinh lại.
Bảng 3.8 Kích hước h t của mẫu thép ULC (m)

Điều kiện ủ
Mẫu
600 oC (40 phút) 700 oC (5 phút)
800 oC (5 phút)
1
32
46
63
4
26
44
55
6
22
38
42
K h hước hạt trung bình của thép ULC sau khi ủ được cho trong
bảng 3.8. Rõ
g,
h hước hạt của thép ULC sau khi ủ ở 700 oC
o
và 800 C lớ hơ s ới ủ ở 600 oC. Kết quả đ độ cứng tế vi cho
thấy sự giả độ ứ g ế i hụ huộ hủ ếu
iệ hử ứ g suấ
ư
ứ độ ế i h ại ủ h .
C g hứ
đ h XV h JMAK đòi hỏi gi i đ ạ hử ứ g suấ
hụ hồi ổ hứ ế i hải đượ đ h gi i g iệ ; Vì ậ ,
g

hứ JMAK hỉ đượ
ụ g đối ới ẫu h 4 hi ủ ở hiệ độ
600 oC hư
g ả g 3.10. T g đ , MH0 độ ứ g ế i ủ h
ULC sau cán, MH(c) độ ứ g ế i ủ h ULC s u hi ủ 40 hú ,
và MH(t) độ ứ g ế i s u hi ủ ộ h i gi
đ h.
Bảng 3.10 Tỷ phần k t tinh l i của thép ULC khi ủ ở 600 oC
Mẫu
Th i gian (s)
Độ cứng (HV)
XV
0* (cán)
234
0
0
97
0,9513
4
300
93
0,9791
1200
92
0,9860
2400
90
1

20

Kết luận phần 3.5:
Quá trình ế i h ại ủ h ULC ấ hứ ạ , độ ứ g ế i ủ h
này giả uố g hi hiệ độ ủ ă g ừ 600 oC lên 800 oC h ặ h i gi
ủ
i đế 40 hú . Sự h đổi độ ứ g ế i ủ h ULC hoàn
toàn hù hợ ới sự ớ
ủ hạ f i
g qu ì h ủ.
Kế quả ghi
ứu đã hẳ g đ h ằ g N
Ti
ụ g
hậ
qu ì h ế i h ại ủ h ULC, ẫ đế
giả
h hướ hạ
ă g độ ứ g ế i ủ h
hi ủ. Tỷ hầ ế i h ại ủ qu ì h ế
i h ại hi ủ h ULC ở 600 oC đã đượ
h
ự
mô hình ủ
John-Mehl-Avarami-Kolmogorov (JMAK) ới ặ đ h ứ g suấ ư
s u
đượ hử ỏ h
g
hi hiệ độ ủ đạ 600 oC.
3.6. Ảnh hưởng của tinh luyện chân không đến tạp chất

phi kim
Theo tính toán, tỷ lệ tạp chất trong mẫu thép TN1-1 và TN2-2 ươ g
ứng là 0,98 và 0,23 %. Có thể thấy tinh luyện chân không trong lò cảm
ứng không nhữ g ă g h h được tố độ khử C mà còn giả được
h
ượng tạp chất phi kim trong mẫu thép. Kết quả phân tích thành
phần tạp chất phi kim bằ g hươ g h SEM-EDX cho phép kết luận
rằng tạp chất phi kim tồn tại chủ yếu trong các mẫu thép là FeO.

Hình 3.29 K t quả phân tích SEM-EDX của mẫu TN1-1

21


Kết luận phần 3.6:
Lượng tạp chấ hi i đượ
đ nh gầ đú g ằ g hươ g h
hiển vi quang h c với giá tr
h
0,23
0,98 % ươ g ứng
với mẫu thép ULC tinh luyện chân không trong lò cảm ứng và lò
điện trở. Bằ g hươ g h
h
h SEM-EDX, đã
đ h được
thành phần tạp chất phi kim trong các mẫu thép ULC tinh luyện chân
không
g ò điện trở với loại tạp chất phát hiệ được chủ yếu là
FeO, hoàn toàn phù hợp với lý thuyế

điều kiện thí nghiệm trong
nghiên cứu này.
Có thể kết luận rằng tạp chấ hi i đã h g được khử bỏ trong
tinh luyện chân không nếu thiếu
động từ bên ngoài giúp chúng
nổi lên bề mặt thép lỏng một cách thuận lợi. Các nghiên cứu tiếp
theo cần tập trung làm rõ ả h hưởng của lực xáo trộ điện từ trong
việc giảm thiểu ượng tạp chất phi kim trong thép lỏng.
3.7. Định hướng tinh thể của mẫu thép ULC
Nghiên cứu đ h hướng tinh thể
gh ớn trong thực tế vì nó có
ả h hưởng mạ h đến tính chất và một số tính công nghệ của vật liệu
(ví dụ hư hả ă g ập tạo hình). Th g hư ng, tổ chứ đ nh
hướng (textua) là không mong muốn bởi vì các tấm kim loại ù g để
dập sâu thành những chi tiết dạng cốc, ố g,… ếu b textua mạnh thì
tính d hướng biến dạng làm cho kim loại b biến dạ g h g đều,
thành của chi tiết có độ dày khác nhau, bề mặt không phẳng và hình
thành các mép nhô trên miệng của chi tiết.
Kết luận phần 3.7:
Các hạt ferit hình trụ của thép ULC sau cán nguội đã được tạo thành
trong khi các hạ f i đồng trục phân bố đồ g đều trong mẫu thép
ULC sau ủ ở 8000C. K h hước hạt của thép ULC sau cán nguội
đượ ước tính vào khoảng 0,5 và 3  ươ g ứng với tiết diện vuông
góc ( RD) và song song (// RD) với hướng cán. Cán nguội với tổng
ượng biến dạ g 90 % đã
hỏ hạ
đ
hươ g h hữu
hiệu để ă g độ bền của thép mà không cầ ă g h h
ượng các

nguyên tố hợ i . Đ h hướng tinh thể của mẫu h ULC được
đ nh bằng kỹ thuật EBSD cho thấy h mặt tinh thể {111}, tổ
chức có lợi nhất cho các ứng dụng dập sâu loại thép này, chiế đ số
cho dù là ở trạng thái cán nguội hay sau khi ủ. Cư g độ củ đ nh
hướng tinh thể {111} trong thép ULC sau khi ủ
hơ hiều so với
trong thép ULC sau cán.

22


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận chung
Lầ đầu tiên ở Việ N đã ghi
ứu một cách có hệ thống về thép
ULC từ
g đ ạn nấu luyện và tinh luyệ , ơ h, ổ chức tế vi, tạp
chất phi kim, kết tinh lại trong quá trình ủ đ nh hướng tinh thể của
loại thép này. Luậ
đã h
h h ội dung nghiên cứu dựa trên
mụ i u đặ
đầu với những kết quả h h s u đ .
1 Đã hế tạ được thép ULC ở quy mô thí nghiệm với h
ượng C
thấ hơ 0,005 % h
hươ g h
ấu chảy trong ò điện hồ quang
chân không từ các kim loại sạ h;
h

hươ g h
hổi khí ôxy
để khử C trong lò cảm ứng kết hợp với tinh luyện trong chân không
để khử s u C đế h
ượng siêu thấp.
2 Đã ghi
ứu ả h hưởng củ điều kiện chân không (áp suất trên
bề mặt thép lỏng, sự khuấy trộn trong thép lỏ g đến quá trình khử
sâu C trong quá trình tinh luyện chân không. Kết quả cho thấy hàm
ượng tạp chất phi kim trong thép sau tinh luyện chân không ở lò cao
tầ đã giả đ g ể so với tinh luyện chân không trong lò điện trở
nh tác dụng khuấy trộn thép lỏng của lực cảm ứng từ.
3 Đã ghi
ứu ả h hưởng của một số yếu tố (nhiệ độ ủ, hợp kim
hóa bằ g N
Ti đến quá trình kết tinh lại của thép ULC. Tổ chức
tế vi củ h ULC đượ
đ nh là thuần ferit. Sau khi ủ thép ULC
ở nhiệ độ 600 và 800 oC, hạ f i
h hướ u g ì h ươ g
ứng khoảng 30 và 50 m. Ở trạng thái cán nguội, tổ chức tế vi của
thép ULC bao gồm các hạt ferit b biến dạ g h hướng cán.
4) Kết quả nghiên cứu tổ chức tế vi của thép ULC bằ g EBSD đã
cho thấy rằ g đ h hướng tinh thể {111} chiếm tỷ lệ cao trong thép
ULC sau khi ủ ở nhiệ độ 800 oC; điều này rất có lợi cho tính dập sâu
của thép tấm mỏng. Với mứ độ biến dạng nguội là 90 %, tổ chức tế
vi của thép tấm ULC bao gồm các hạt ferit siêu m n phân bố theo các
lớp biến dạng củ hướng cán.
5) Thép ULC sau khi ủ ở nhiệ độ 800 oC có giới hạn bền nằm trong
phạm vi 295÷380 MPa, giới hạn chả 140÷180 MP

độ giãn dài
40÷50 %. Cơ h
hù hợp cho các ứng dụng dập sâu các bộ
phận trong công nghiệ
, đặc biệt là các tấm ốp cánh cửa hoặc
nóc trần của ô tô.

23


6) Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu này vào thực tiễn sản xuất thép
hoặc gia công tạo hình, mở hướng nghiên cứu về thép ULC ứng
dụng trong công nghiệp.
2. Kiến nghị
Do là luận đầu tiên ở Việt Nam nghiên cứu về thép ULC, với th i
gian và kinh phí có hạn nên nghiên cứu này cầ được tiếp tục theo
một số đ h hướ g hư s u:
- Động h c quá trình khử C trong thép lỏng khi tinh luyện chân
không.
- Quy mô nghiên cứu (ví dụ hư u g ượng thép lỏ g, hươ g h
tạo chân không trên bề mặt thép lỏ g ươ g đồng với điều kiện công
nghiệ hơ .
- Dập tạo hình của thép ULC sau khi tiến hành ủ ở
điều kiện
khác nhau

24