Nghiên cứu sự biến đổi tổ chức và tính chất trong quá trình hàn thép không gỉ với thép cacbon

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

Lê Thị Nhung

NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI TỔ CHỨC VÀ TÍNH CHẤT TRONG
Q TRÌNH HÀN THÉP KHƠNG GỈ VỚI THÉP CACBON

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU


Hà Nội – 2020


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

Lê Thị Nhung

NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI TỔ CHỨC VÀ TÍNH CHẤT TRONG
Q TRÌNH HÀN THÉP KHƠNG GỈ VỚI THÉP CACBON
Ngành: Kỹ thuật vật liệu
Mã số: 9520309

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS. PHẠM MAI KHÁNH
2. TS. NGUYỄN ĐỨC THẮNG

Hà Nội – 2020


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Vật liệu “Nghiên cứu sự biến đổi tổ chức và tính
chất trong q trình hàn thép khơng gỉ với thép cacbon” là cơng trình do chính tơi nghiên
cứu và thực hiện, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS TS Phạm Mai Khánh và TS
Nguyễn Đức Thắng.
Các số liệu và kết quả được trình bày trong luận án này hoàn toàn trung thực và chưa từng
được tác giả khác cơng bố dưới bất kì hình thức nào. Các thơng tin trích dẫn đã được ghi rõ
nguồn gốc.
Tơi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày tháng
năm 2020
Tập thể hướng dẫn

Tác giả

Lê Thị Nhung


i


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc và chân thành tới hai thầy giáo của tôi
là PGS TS Phạm Mai Khánh và TS Nguyễn Đức Thắng đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi
trong suốt thời gian thực hiện luận án.
Tôi xin cảm ơn tới Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Khoa học và Kỹ thuật

vật liệu đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian tôi học tập tại trường.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo tại Bộ môn Vật liệu và Công nghệ đúc –
Viện Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã nhiệt tình
giúp đỡ, tạo điều kiện và động viên trong suốt thời gian sinh hoạt chuyên môn tại Bộ môn.
Đồng thời, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới trường Đại học Hàng hải Việt Nam, Viện Cơ
khí – Bộ mơn Cơng nghệ và Vật liệu đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong thời gian làm
nghiên cứu sinh.
Cuối cùng, tôi muốn cảm ơn gia đình tơi, ln bên cạnh động viên tinh thần giúp tơi
vượt qua mọi khó khăn để hoàn thiện luận án.
Hà Nội, ngày tháng năm 2020
Nghiên cứu sinh

Lê Thị Nhung


ii


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................ ii
MỤC LỤC ............................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.......................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................... ix
DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................................... x
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN .................................................................................................. 3
1.1. Đặc điểm mối hàn hai vật liệu khác loại ..................................................................... 3
1.1.1. Khái niệm chung .................................................................................................. 3

1.1.2. Các dạng khuyết tật khi hàn hai vật liệu khác loại............................................... 6
1.2. Ứng dụng và điều kiện làm việc của mối hàn giữa thép không gỉ austenit và thép
cacbon ................................................................................................................................ 8
1.3. Tình hình nghiên cứu về mối hàn hai vật liệu khác loại ........................................... 12
1.3.1. Những nghiên cứu ngoài nước ........................................................................... 12
1.3.2. Những nghiên cứu trong nước ........................................................................... 17
1.4. Tóm tắt chương 1 ...................................................................................................... 17
1.4.1. Các hướng nghiên cứu chính về mối hàn hai vật liệu khác loại......................... 17
1.4.2. Nhận xét về tình hình nghiên cứu trong nước .................................................... 17
1.4.3. Xu hướng nghiên cứu về công nghệ hàn ............................................................ 18
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 19
2.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự thay đổi tổ chức tế vi và tính chất của mối hàn giữa
thép không gỉ austenit với thép cacbon............................................................................ 19
2.1.1. Vật liệu hàn ........................................................................................................ 19
2.1.2. Nguồn nhiệt hàn ................................................................................................. 20
2.1.3. Tốc độ nguội ...................................................................................................... 24
2.1.4. Các yếu tố khác .................................................................................................. 26
2.2. Giản đồ pha của vật liệu cần hàn .............................................................................. 26
2.2.1. Giản đồ pha thép cacbon .................................................................................... 26
2.2.2. Giản đồ pha thép không gỉ ................................................................................. 28
2.3. Sự kết tinh và chuyển pha trong vùng nóng chảy mối hàn ....................................... 32
2.3.1. Mơ hình kết tinh ................................................................................................. 32
2.3.2. Ảnh hưởng của pha δ-ferit tới cơ tính của mối hàn ........................................... 34


iii


2.3.3. Cơ chế hình thành ferit trong mối hàn ............................................................... 34
2.3.4. Dự đoán hàm lượng δ-ferit trong mối hàn thép không gỉ austenit ..................... 35

2.4. Chuyển biến pha tại vùng HAZ của thép cacbon ..................................................... 37
2.5. Chuyển biến pha trong vùng HAZ thép không gỉ ..................................................... 39
2.5.1. Sự lớn lên của hạt ............................................................................................... 39
2.5.2. Sự hình thành ferit .............................................................................................. 39
2.5.3. Sự tiết pha........................................................................................................... 40
2.5.4. Sự nung nóng biên giới hạt ................................................................................ 40
2.6. Sự thay đổi tổ chức trong vùng chuyển tiếp của mối hàn giữa thép không gỉ austenit
và thép cacbon.................................................................................................................. 40
2.7. Cơ sở lý thuyết và mơ hình khuếch tán của cacbon trong austenit ........................... 43
2.7.1. Khái niệm chung ................................................................................................ 43
2.7.2. Cơ sở lý thuyết về sự khuếch tán của cacbon trong vùng pha austenit giữa mối
hàn hai vật liệu khác loạ i.............................................................................................. 44
2.7.2. Mơ hình bài tốn ................................................................................................ 47
2.8. Tóm tắt chương 2 ...................................................................................................... 48
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM ........................................................................................... 50
3.1. Nội dung nghiên cứu................................................................................................. 50
3.2. Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm ................................................................................. 51
3.2.1. Chuẩn bị mẫu và quy trình hàn .......................................................................... 52
3.2.2. Quy trình cắt mẫu ............................................................................................... 53
3.3. Quy trình đo nhiệt độ trong quá trình hàn................................................................. 54
3.4. Q trình thí nghiệm ở nhiệt độ nâng cao................................................................. 55
3.5. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 55
3.5.1. Tính tốn nhiệt động học, xây dựng giản đồ TTT và giản đồ CCT ................... 55
3.5.2. Nghiên cứu tổ chức tế vi .................................................................................... 56
3.5.3. Xác định thành phần hóa học mẫu ..................................................................... 57
3.5.4. Phân tích cấu trúc Rơnghen ............................................................................... 58
3.5.5. Xác định độ cứng tế vi ....................................................................................... 58
3.5.6. Thử kéo mẫu....................................................................................................... 59
3.5.7. Thử va đập.......................................................................................................... 59

iv


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

A: Mô hình kết tinh A của thép khơng gỉ austenit
AF: Mơ hình kết tinh AF của thép khơng gỉ austenit
A 1, A2 : Hằng số
a: Hệ số khuếch tán nhiệt
a c: Hoạt tính của cacbon
a cαθ: Hoạt tính của cacbon tại mặt phân pha α/θ
a cθα: Hoạt tính của cacbon tại mặt phân pha θ/α
B 1, B2 : Hằng số
CCT: Giản đồ chuyển biến nguội liên tục
C tđ: Crom tương đương
C i* , Ci0 : Nồng độ chất i trong pha lỏng và nồng độ danh nghĩa của chất i
c: Nhiệt dung riêng
D: Hệ số khuếch tán
D ik: Độ khuếch tán của nguyên tố i dưới ảnh hưởng gradient của nguyên tố k
D α: Hệ số khuếch tán của cacbon trong α
D θ: Hệ số khuếch tán của cacbon trong θ
d: Chiều dày mẫu hàn
dc : Chiều dày danh nghĩa
F: Mô hình kết tinh F của thép khơng gỉ austenit
FA: Mơ hình kết tinh FA của thép khơng gỉ austenite
G: Gradient nhiệt độ
G 1: Năng lượng tự do của hợp kim giàu B
G 2: Năng lượng tự do của hợp kim giàu A
G 3: Năng lượng tự do ban đầu của hợp kim sau khi liên kết thành khối

G 4: Năng lượng tự do của hợp kim đồng nhất A – B
GMAW (Gas Metal Arc Welding): Hàn hồ quang với khí bảo vệ
HAZ (Heat affected – zone): Vùng ảnh hưởng nhiệt
I: Cường độ dòng điện
J i: Dòng chuyển động của nguyên tử i
k: Hệ số chia phần
K 1, K2 , K3, K4: Hệ số
qđ : Năng lượng đường
Q: Công suất hiệu dụng của hồ quang
mi: Độ dốc của đường lỏng theo giản đồ pha
Ni tđ: Niken tương đương
R: Hằng số khí
r: Khoảng cách từ vị trí đang xét tới nguồn nhiệt hàn
SMAW (Shielded Metal Arc Welding): Hàn hồ quang tay
T: Nhiệt độ
T 0: Nhiệt độ ban đầu của vật hàn
T i : Nhiệt độ tại thời điểm bất kỳ
T p: Nhiệt độ lớn nhất tại vị trí bất kỳ trên vật hàn
T LB: Nhiệt độ nóng chảy của vật hàn
T LW : Nhiệt độ nóng chảy của điện cực
T m: Nhiệt độ nóng chảy
TIG (Tungsten Inert Gas): Hàn điện cực khơng nóng chảy
TTT: Đường cong động học chuyển biến khi làm nguội đẳng nhiệt
t: Thời gian


U: Hiệu điện thế
vii

v: Tốc độ hàn
vng: Tốc độ nguội
x: Nồng độ của cacbon
xα: Nồng độ của cacbon trong α
xβ : Nồng độ của cacbon trong θ
xα0 : Nồng độ cacbon ban đầu trong α
xθ0: Nồng độ cacbon ban đầu trong θ
xαθ: Nồng độ cacbon trong α khi nó ở điều kiện cân bằng với θ tại mặt phân cách
xθα: Nồng độ cacbon trong θ khi nó ở điều kiện cân bằng với α tại mặt phân cách
y: tỉ số mol
ym : Tỉ số mol của sắt hoặc nguyên tử thay thế
yc : Tỉ số mol của cacbon
z: Khoảng cách của cacbon so với mặt phân cách
α: Vùng cacbon hoạt tính cao tại mặt phân cách
β: Vùng cacbon hoạt tính thấp tại mặt phân cách cho các mối nối ferrite
ΔT: Độ quá nguội
ΔH m: Ẩn nhiệt nóng chảy
ΔT 8-5: Thời gian nguội từ 8000C đến 5000C
Δ 0Gγ-grC: Năng lượng tự do Gibb của cacbon trong sự chuyển đổi cấu trúc từ γ sang graphit
ϵ ij: Hệ số phản ứng qua lại Wagner giữa ngun tử i và j
λ: Hệ số dẫn nhiệt
µ: Hóa năng
µ 0: Hóa năng ở trạng thái tiêu chuẩn
µ αθ: Hóa năng của cacbon tại mặt phân cách α/θ
µ θα: Hóa năng của cacbon tại mặt phân cách θ/α
Г: Hệ số hoạt tính của cacbon
Г i: Hệ số hoạt tính của nguyên tử i
Г α: Hệ số hoạt tính của cacbon trong vùng α của mối hàn
Г θ: Hệ số hoạt tính của cacbon trong vùng θ của mối hàn
η: Hiệu suất nhiệt

θ: Vùng cacbon hoạt tính thấp của mặt phân cách cho mối nối austenit
θ’: Góc tiếp xúc giữa mầm và nền kim loại
ρ: Khối lượng riêng
γ LC: Năng lượng bề mặt giữa pha lỏng và mầm


viii


DANH MỤC CÁC BẢNG

Tên bảng
Trang
Bảng 1.1. Nhiệt độ làm việc tối đa cho phép của các loại vật liệu.
11
Bảng 1.2. Ảnh hưởng của đặc tính lý tính tới mối hàn thép không gỉ austenit so
11
sánh với thép cacbon
Bảng 2.1. Sự tiết pha trong thép không gỉ austenit
32
Bảng 2.2. Các dạng kết tinh, phương trình phản ứng và tổ chức tế vi
33
Bảng 3.1. Thành phần hóa học của kim loại cơ bản và điện cực
52
Bảng 3.2. Thành phần hóa học thực tế
53
Bảng 3.3. Chế độ hàn
53
Bảng 3.4. Vị trí đo nhiệt độ (x: Khoảng cách tính từ tâm mối hàn ra kim loại cơ
55

bản)
Bảng 3.5. Dung dịch tẩm thực
56
Bảng 4.1. Cơ tính của thép khơng gỉ và thép cacbon
61
Bảng 4.2. Hàm lượng δ-ferit theo giản đồ Schaeffler
65
Bảng 4.3. Hàm lượng δ-ferit theo giản đồ WRC-1992
65
Bảng 4.4. Hàm lượng δ-ferit
67
Bảng 4.5. Giá trị độ cứng tại vùng chuyển tiếp phía thép cacbon
79
Bảng 4.6. Tốc độ nguội vùng HAZ thép cacbon
81
Bảng 4.7. Giá trị độ cứng vùng HAZ thép cacbon
85
Bảng 4.8. Tốc độ nguội vùng HAZ thép không gỉ
86
Bảng 4.9. Giá trị độ cứng vùng HAZ thép không gỉ
89
Bảng 5.1. Tỉ phần các pha ở trạng thái cân bằng
95
Bảng 5.2. Khoảng cách khuếch tán của cacbon giữa lý thuyết và thực tế
107
Bảng 5.3. Hệ số khuếch tán cacbon thực tế
108
Bảng 1.PL1: Thành phần hóa học của vật liệu cơ bản và điện cực
i
ii

Bảng 2.PL1: Tham số hàn và năng lượng đường
Bảng 3.PL1. Chiều rộng và chiều cao của mối hàn

iv

Bảng 4.PL1. Kích thước mẫu trước và sau khi kéo
Bảng 5.PL1. Giá trị cơ tính
Bảng 6.PL1 Kết quả thử độ dai va đập vùng HAZ thép cacbon

vi
vii
vii

Bảng 1.PL2 Các đặc tính của vật liệu hàn
Bảng 2.PL2. Năng lượng đường và chiều dày danh nghĩa

viii
viii

Bảng 1.PL4. Hốệ số khuếch tán của cacbon

xii

Bảng 2 PL4 Bảng tính các tham số theo phương pháp Wagner
Bảng 3.PL4. Bảng tính các tham số theo phương pháp Uhrenius
Bảng 4.PL4. Bảng tính các tham số theo phương pháp Wada
Bảng 5.PL4. Bảng tính các hệ số A1, A2 , B1, B 2
Bảng 6.PL4. Bảng tính các hệ số A1, A2 , B1, B 2

xiii

xiii
xiii
xiv
xiv


ix


DANH MỤC CÁC HÌNH

Tên hình
Hình 1.1. Mối hàn hai vật liệu khác loại giữa thép không gỉ Austenit 304 và thép
cacbon
Hình1.2. Sơ đồ hàn hồ quang tay
Hình 1.3. Cấu tạo điện cực nóng chảy
Hình 1.4. Giản đồ Schaeffler dùng để xác định điện cực hàn giữa thép cacbon và
thép không gỉ Austenit 304
Hình 1.5. Tổ chức của vùng ảnh hưởng nhiệt thép cacbon
Hình 1.6. Sự hình thành pha σ tại vùng nóng chảy, và nứt tại pha σ
Hình 1.7. Nứt tại kim loại mối hàn giữa thép không gỉ 304 và thép A36 sử dụng
điện cực 309L
Hình 1.8. Sai hỏng tại biên giới nóng chảy do khơng đảm bảo liên kết
Hình 1.9. Nứt tại biên giới nóng chảy mối hàn giữa thép không gỉ 304 và thép
A36 sử dụng điện cực 309L
Hình1 .10. Nứt nóng vùng HAZ của mối hàn thép khơng gỉ Austenit
Hình 1.11. Các hợp kim được sử dụng trong PWR
Hình 1.12. Hàn đường lấy mẫu cho bao hơi, đầu chờ vòi phun là thép cacbon hàn
với thép khơng gỉ Austenit 304
Hình 1.13. Hàn hệ thống lấy mẫu cho đường ống mái với đầu chờ là thép cacbon

kết nối với thép khơng gỉ austenite 304
Hình 1.14. Hàn hệ thống tấm chắn bụi với các tấm chắn là thép khơng gỉ
Austenit 304 và ống là thép cacbon
Hình 1.15. Hàn tấm chắ n bụi phần mái lò hơi giữa thép không gỉ Austenit 304
với thép cacbon và thép hợp kim A213T11
Hình 1.16. Cơ tính của mối hàn khi sử dụng điện cực GFW 304L
Hình 1.17. Tổ chức tế vi của mối hàn sau khi ngâm mối hàn vào vùng nước sâu
trong 30 ngày
Hình 1.18. Tổ chức vùng hàn
Hình 1.19. Mơ hình lưới và trường nhiệt độ trong hàn GMAW.
Hình 1.20. So sánh các đường biên giới tại mối hàn giữa mơ phỏng và thực
nghiệm
Hình 1.21. Sự phân bố nhiệt độ và sự phân bố tốc độ vận chuyển của hồ quang
Hình 1.22.Tổ chức tế vi thu được ứng với hai chế độ hàn khác nhau
Hình 1.23. Hình thái của delta ferit trong vùng nóng chảy của mối hàn giữa hai
vật liệu khác nhau với sự thay đổi của số lớp hàn.
Hình 1.24. Ăn mịn ứng suất gần chân mối hàn 316L.

Trang
03

Hình 1 25 Đường cong đẳng nhiệt tiết pha cacbit crom trong thép khơng gỉ 3040
Hình 1.26. Đường nồng độ cacbon của mối hàn 1Cr/12Cr sau xử lý nhiệ ở 730 C
trong 10 giờ
Hình 1.27. Trường nhiệt độ trong liên kết hàn nhơm – thép chữ T
Hình 2.1. Hệ tọa độ của nguồn nhiệt
Hình 2.2. Sự chuyển động của nguồn nhiệt khi xét với tấm mỏng
Hình 2.3. Sự chuyển động của nguồn nhiệt trong tấm dày
Hình 2.4. Kết quả tính tốn từ phương trình Rosenthal cho tấm dày
Hình 2.5. Giản đồ CCT của thép 0,2%C

Hình 2.6. Biểu đồ Ishikawa
Hình 2.7. Giản đồ trạng thái Fe - C
Hình 2.8. Đồ thị TTT cho thép trước cùng tích

16
16

04
04
05
06
07
07
07
08
08
09
09
10
10
10
12
13
13
14
14
14
15
15
16

17
21
21
22
23
25
26
27
28


x


Hình 2.9. Mặt phẳng đường lỏng và đường đặc của hệ Fe – Cr – Ni
Hình 2.10. Giản đồ hệ Fe – Cr – Ni.
Hình 2.11. Giản đồ pha được tính bằng Thermolcal.
Hình 2.12. Kết tinh dạng A và kết tinh dạng AF
Hình 2.13. Kết tinh loại FA.
Hình 2.14. Sự kết tinh loại F
Hình 2.15. Cơ chế hình thành δ-ferit hình kim, hình giun
Hình 2.16. Đồ thị Schaeffler năm 1949
Hình 2.17. Đồ thị Delong dự đoán hàm lượng Ferit và mơ hình kết tinh
Hình 2.18. Đồ thị WRC - 1992 dự đốn hàm lượng ferit và mơ hình kết tinh
Hình 2.19. Đồ thị WRC – 1992 với lớp biên mactenxit cho 1%, 4%, 10%
Mangan
Hình 2.20. Tổ chức tế vi của thép cacbon thấp tại các vị trí khác nhau trong vùng
ảnh hưởng nhiệt thép cacbon
Hình 2.21. Ferit dọc theo biên giới hạt austenit trong HAZ của thép khơng gỉ

304L
Hình 2.22. Sự hình thành biên giới loại II khi kim loại mối hàn là austenit kết
tinh trên nền kim loại ferit
Hình 2.23. Sự hình thành thiên tích thơ đại khi TLW < TLB
Hình 2.24. Sự hình thành cacbit ở biên giới hạt
Hình 2.25. Vùng biên giới nóng chảy của thép A508 với 309L, sau khi ủ ở 610 0C
Hình 2.26. Năng lượng tự do của hệ khuếch tán “downhill”
Hình 2.27. Năng lượng tự do của hệ khuếch tán ngược“uphill”
Hình 2.28. Mơ hình bài tốn củab cacon trong nền austenit
Hình 3.1. Sơ đồ thực nghiệm
Hình 3.2. Chuẩn bị mẫu hàn
Hình 3.3. Điện cực hàn và tủ sấy que hàn
Hình 3.4. Sơ đồ cắt mẫu
Hình 3.5. Sơ đồ bố trí vị trí can nhiệt
Hình 3.6. Quy trình xử lý nhiệt
Hình 3.7. Giản đồ TTT và CCT của thép không gỉ austenit, thép cacbon được
xây dựng bằng phần mềm Thermocal
Hình 3.8. Kính hiển vi quang học Axiovert 25A
Hình 3.9. Máy hiển vi điện tử quét FESEM Jeol 7600
Hình 3.10. Thiết bị hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Hình 3.11. Thiết bị phân tích nhiễu xạ Rơnghen D500
Hình 3.12. Máy đo độ cứng ARK600

29
30
31
33
34
34
35

36
36
37
37

Hình 3 13 Máy thử kéo và va đập
Hình 4.1.Tổ chức tế vi của thép cacbon
Hình 4.2. Tổ chức tế vi của thép khơng gỉ
Hình 4.3. Sơ đồ tổng quan về tổ chức của mối hàn giữa thép khơng gỉ và thép
cacbon
Hình 4.4. Tổ chức tế vi vùng giữa kim loại mối hàn
Hình 4.5. Hình thái delta-ferit tại biên giới nóng chảy thép khơng gỉ
Hình 4.6. Hình thái delta-ferit tại biên giới thép cacbon
Hình 4.7. Ảnh SEM mơ tả hình thái delta-ferit dạng xương cá và đều trục trong
kim loại mối hàn
Hình 4.8. Đồ thị Shaeffler
Hình 4.9. Đồ thị WRC-1992

59
60
60
61

38
40
41
41
42
42
43

43
47
51
52
52
54
54
55
56
56
57
57
58
59

63
63
63
64
66
66


xi


Hình 4.10. Hình thái δ-ferit tính theo phần mềm Image plus
Hình 4.11 Tạp chất trong vùng kim loại mối hàn
Hình 4.12. Mầm kết tinh trên các hạt kim loại nền. (b) Hướng phát triển của kim
loại tại biên giới nóng chảy

Hình 4.13. Giản đồ pha của thép cacbon
Hình 4.14. Sự phân bố nguyên tố tại biên giới nóng chảy thép cacbon
Hình 4.15. Sự phát triển cạnh tranh thơng qua nhiệt độ đỉnh đầu các pha rắn như
là hàm của tốc độ kết tinh
Hình 4.16. Mối quan hệ giữa tốc độ phát triển mầm và tốc độ hàn
Hình 4.17. Sự biến đổi tốc độ phát triển dọc theo biên giới nóng chảy
Hình 4.18. Sự thay đổi gradient nhiệt độ và tốc độ phát triển mầm
Hình 4.19. Hai dạng pha austenit trong vùng kim loại mối hàn, (a) vùng tâm mối
hàn, (b) vùng giáp biên giới thép khơng gỉ
Hình 4.20. Kết quả đo độ cứng tại vùng kim loại mối hàn tương với 6 mẫu có
chế độ hàn thay đổi
Hình 4.21. Đường phân bố nồng độ của các nguyên tố trong vùng chuyển tiếp tại
hai vị trí khác nhau
Hình 4.22. Thành phần hóa học tại các điểm khác nhau trong vùng chuyển tiếp
Hình 4.23. Tổ chức tế vi tại vùng chuyển tiếp phía thép cacbon
Hình 4.24. Sự thay đổi hình dáng biên giới nóng chảy
Hình 4.25. Chu trình nhiệt vùng HAZ thép cacbon
Hình 4.26. Nhiệt độ lớn nhất tại các điểm trong vùng HAZ thép cacbon theo tính
tốn và thực nghiệm
Hình 4.27. Sự thay đổi độ hạt vùng HAZ thép cacbon
Hình 4.28. Tổ chức tế vi cùng HAZ thép cacbon.
Hình 4.29. Ảnh SEM tổ chức vùng HAZ thép cacbon
Hình 4.30. Ảnh TEM chỉ các tổ chức mactenxit và bainit trong vùng HAZ thép
cacbon
Hình 4.31. Kết quả X-ray vùng HAZ thép cacbon
Hình 4.32. Vết đo độ cứng tại vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) của thép cacbon
Hình 4.33. Chu trình nhiệt vùng HAZ thép khơng gỉ
Hình 4.34. Đường cong nhiệt độ lớn nhất vùng HAZ thép khơng gỉ
Hình 4.35. Tổ chức tế vi vùng HAZ thép khơng gỉ
Hình 4.36. Sự hình thành các hạt cacbit tại biên giới hạt

Hình 4.37. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen tại vùng gần biên giới nóng chảy thép
khơng gỉ
Hình 4.38. Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen tại vùng HAZ
Hình 4.39. Ảnh TEM chỉ hình thái của cabit Cr 23C6 và Cr7 C3
Hình 4.40. Vết đo độ cứng vùng HAZ thép khơng gỉ
Hình 4.41. Đường cong thử kéo, a. Vùng HAZ giáp biên giới nóng chảy, b. Vùng
HAZ xa biên giới nóng chảy
Hình 4.42. Vị trí vết nứt tại vùng HAZ giáp biên giới nóng chảy
Hình 4.43. Vị trí vết nứt tại vùng HAZ xa biên giới nóng chảy
Hình 5.1. Tổ chức tế vi pha δ-ferit tại trung tâm mối hàn.
Hình 5.2. Tổ chức tế vi pha δ-ferit giáp biên giới thép không gỉ

67
68
69
70
71
72
73
74
74
74
75
76
77
78
79
80
81
82

83
84
84
85
85
86
86
87
87
88
88
88
89
89
90
90
93
94


xii


Hình 5.3. Tổ chức pha δ-ferit giáp biên giới thép cacbon
Hình 5.4. Dự đốn tỉ phần các pha ở trạng thái cân bằng thép 304
Hình 5.5. Ảnh TEM pha δ-ferit
Hình 5.6. Ảnh TEM chỉ sự xuất hiện cacbit tại vùng kim loại mối hàn
Hình 5.7. Hàm lượng δ-ferit tính theo phần mềm Image plus
Hình 5.8. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hàm lượng δ-ferit ở các chế độ khác nhau
Hình 5.9. Bề rộng pha δ-ferit

Hình 5.10. Độ cứng tế vi vùng kim loại mối hàn
Hình 5.11. Sự hình thành vùng ferit do sự khuếch tán cacbon
Hình 5.12. Ảnh SEM vùng ferit mối hàn ở 9000C
Hình 5.13. Giản đồ nhiễu xạ Ronghen vùng lân cận biên giới thép cacbon
Hình 5.14. Sự hình thành cacbit tại vùng chuyển tiếp bên phía thép cacbon
Hình 5.15. Dự đốn tỉ phần cacbit ở 610 0C
Hình 5.16. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi độ cứng tại biên giới nóng chảy
Hình 5.17. Sự phân bố nồng độ của các nguyên tố ban đầu
Hình 5.18. Sự thay đổi nồng độ cacbon trong các khoảng thời gian khác nhau ở
600 0C
Hình 5.19. Bề rộng vùng có độ cứng cao thấp hình thành khi cacbon khuếch tán
ở 6000C
Hình 5.20. Sự phân bố nguyên tố Fe, Cr, Ni
Hình 5.21. Đường cong biểu diễn sự khuếch tán của cacbon trong điều kiện hàn,
Hình 5.22. Đường cong biểu diễn khuếch tán của cacbon tại 6000C trong 10 giờ
Hình 5.23. Đường cong biểu diễn sự khuếch tán của cacbon ở 6000C trong 10
giờ sau hiệu chỉnh
Hình 5.24. Tổ chức tế vi vùng HAZ thép cacbon sau khi xử lý nhiệt ở 4000C
trong 10 giờ
Hình 5.25. Tổ chức tế vi vùng HAZ thép cacbon sau khi xử lý nhiệt ở 600 0C
trong 10 giờ
Hình 5.26. Tổ chức tế vi vùng HAZ thép cacbon sau khi xử lý nhiệt ở 9000C
trong 10 giờ.
Hình 5.27. Độ cứng vùng HAZ thép cacbon
Hình 5.28. Tổ chức tế vi vùng HAZ thép không gỉ tại 4000C trong 10 giờ.
Hình 5.29. Tổ chức tế vi vùng HAZ thép khơng gỉ tại 6000C trong 10 giờ.
Hình 5.30. Tổ chức tế vi vùng HAZ thép không gỉ tại 9000C trong 10 giờ.
Hình 5.31. Ảnh SEM sự xuất hiện cacbit và pha δ-ferit tại biên giới hạt trong
vùng HAZ thép khơng gỉ
Hình 5.32. Đường cong độ cứng cắt ngang biên giới nóng chảy vùng thép khơng

gỉ
Hình 5.33. Khuyết tật tại biên giới nóng chảy vùng chuyển tiếp
Hình 5.34. Kết quả EDS-line tại biên giới thép cacbon
Hình 5.35. Vết nứt vùng HAZ thép khơng gỉ
Hình 5.36. CÁc khuyết tật vùng HAZ thép khơng gỉ
Hình 5.37. Sự phân bố nguyên tố tại vùng HAZ giáp biên giới nóng chảy thép
khơng gỉ
Hình 1.PL1. Quy trình khảo sát
Hình 2.PL1. a) Chuẩn bị mép hàn, b) Hàn đính
Hình 3.PL1. a) Điện cực hàn, b) Tủ sấy que hàn
Hình 4.PL1. Hình dáng sau khi hàn và kiểm tra kích thước
Hình 5.PL1. a. Sơ đồ cắt mẫu, b. kích thước mẫu thử kéo, c. kích thước mẫu thử

95
96
96
97
97
98
98
99
101
101
102
102
102
103
104
105
105

106
106
107
108
109
109
109
110
110
110
111
111
112
113
113
114
114
115
i
ii
ii
iii
iii