Nghiên cứu công nghệ luyện thép hợp kim thấp 20 35 CrMnSiA để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng thay thế thép Cromniken và Crommolipden

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

NGUYỄN THANH HOÀN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN THANH HỒN

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ LUYỆN THÉP HỢP KIM THẤP
VẬT LIỆU KIM LOẠI

20-35 CrMnSiA ĐỂ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT CHỊU TẢI TRỌNG,
THAY THẾ THÉP CRÔMNIKEN & CRƠMMƠLIPDEN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
VẬT LIỆU KIM LOẠI
KHĨA 2009-2011
Hà Nội – Năm 2011


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

NGUYỄN THANH HỒN

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ LUYỆN THÉP HỢP KIM THẤP
20-35 CrMnSiA ĐỂ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT CHỊU TẢI TRỌNG,
THAY THẾ THÉP CRÔMNIKEN & CRÔMMÔLIPDEN

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC VÀ VẬT LIỆU KIM LOẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
VẬT LIỆU KIM LOẠI
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. NGÔ QUỐC LONG

Hà Nội – Năm 2011


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu trong luận văn này là hồn tồn chính xác và trung
thực, tất cả các số liệu trên chưa được bất cứ tác giả nào công bố./.


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU

1

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN

3

I.1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT THÉP TRÊN THẾ GIỚI

4

I.2. HIỆN TRẠNG CÔNG NGHIỆP GANG THÉP VIỆT NAM

4

I.2.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THÉP HỢP KIM CHẾ TẠO
MÁY Ở VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI

8

I.2.1.Tình hình nghiên cứu thép hợp kim chế tạo máy trên thế giới

8

I.2.2.Tình hình nghiên cứu thép hợp kim chế tạo máy ở Việt Nam

8

I.2.3.Đặc điểm và lĩnh vực ứng dụng thép 20-35CrMnSiA

9

I.2.4 Mục đích nghiên cứu

14

CHƯƠNG II - CƠ SỞ LÝ THUYẾT

15

II.1.ảnh của các nguyên tố hợp kim đến quá trình nấu luyện

15

II.1.1. Ảnh hưởng của nguyên tố Cácbon (C)

15

II.1.2. Ảnh hưởng của nguyên tố Mangan (Mn)

17

II.1.3. Ảnh hưởng của Silic (Si)

18

II.1.4. Ảnh hưởng của Crôm (Cr)

20

II.1.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố tạp chất

22

II.1.2.1. Định nghĩa tạp chất

22

II.1.2.2. Ảnh hưởng của tạp chất

22

II.1.2.2.1. Ảnh hưởng của Phốtpho [P]

23

II.1.2.2.2. Ảnh hưởng của Lưu huỳnh [S]

23

II.1.2.2.3. Khí ơxy [O]

24

II.1.2.2.4. Khí hydro [H], nitơ [N]

24

II.1.3. ảnh hưởng của q trình đúc rót

25

II.1.4. ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt

25


II.1.3. Quá trình khử tạp chất trong luyện thép

27

II.1.3.1. Các biện pháp loại bỏ tạp chất trong thép

27

II.1.3.2. Quá trình khử photpho [P]

27

II.1.3.4. Quá trình khử lưu huỳnh [S]

29

II.1.3.5.Qúa trình khử ơxy (O2)

30

II.2. CƠNG NGHỆ NẤU LUYỆN THÉP TRONG LỊ ĐIỆN CẢM
ỨNG

32

II.2.1. Khái quát về lò điện cảm ứng

32

II.2.2. Nguyên lý nấu luyện trong lò điện cảm ứng

34

II.2.3. Đặc điểm cơng nghệ luyện thép trong lị điện cảm ứng

34

CHƯƠNG III - CHUÂN BỊ THÍ NGHIỆM

36

III.1. THIẾT BỊ NẤU LUYỆN VÀ KIỂM TRA CƠ TÍNH

36

III.1.1. Lị cảm ứng trung tần

36

III.1.2.Khn đúc

37

III.1.3.Một số thiết bị kiểm tra chất lượng sản phẩm

38

III.2. CHẾ TẠO LỊ THÍ NGHIỆM

39

III.2.1. Quy trình đầm lị

39

III.2.2.Thiêu kết lị

40

III.3. TÍNH TỐN PHỐI LIỆU THÍ NGHIỆM

41

III.3.1. Chuẩn bị ngun vật liệu

41

III.3.2 Tính tốn phối liệu nấu luyện

43

III.4.1. Q TRÌNH NẤU LUYỆN

46

III.4.2. Quy trình thao tác.

47

III.5. QUY TRÌNH ĐÚC MẪU THÍ NGHIỆM

48

III.6. Q TRÌNH NHIỆT LUYỆN MẪU THÍ NGHIỆM

49

III.6.1. Quy trình ủ mẫu thí nghiệm

49

III.6.2. Quy trình tơi và ram mẫu thí nghiệm

49


III.6.2.1. Chế độ tơi mẫu thí nghiệm

49

III.6.2.2.Chế độ ram mẫu thí nghiệm

50

CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

52

IV.1. THÀNH PHẦN HỐ HỌC CÁC MẪU PHÂN TÍCH

52

IV.1.1. Kết quả phân tích

52

IV.1.2. Đánh giá kết quả

52

IV.2. CƠ TÍNH MẪU PHÂN TÍCH

52

IV.2.1. Kết quả thử cơ tính

52

IV.2.2. Đánh giá kết quả

53

IV.3. SOI CHỤP TỔ CHỨC TẾ VI MẪU THÍ NGHIỆM

53

CHƯƠNG V - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

64

V.1. KẾT LUẬN

64

V.2. KIẾN NGHỊ

64


DANH MUC CÁC BẢNG
Bảng I.2.3.1:Thành phần hoá học yêu cầu của mác thép
20 35CrMnSiA(%)
Bảng I.2.3.2: Thành phần hoá của họ thép Crom với thép 2035CrMnSiA(%)

TRANG
10

10

Bảng I.2.3.3: Gia công nhiệt luyện của họ thép Crom

10

Bảng I.2.3.4: Cơ tính của họ thép Crom

11

Bảng I.2.3.5: Thành phần hoá học của thép cromolipden với thép 2035CrMnSiA(%)

11

Bảng I.2.3.6: Gia công nhiệt luyện của họ thép Crommolipden

11

Bảng I.2.3.7: Cơ tính của họ thép Cromolipden

12

Bảng I.2.3.8 : Thành phần hoá học của họ thép cromniken với thép 2035CrMnSiA(%)

12

Bảng I.2.3.9: Gia công nhiệt luyện của họ thép cromniken

13

Bảng I.2.3.10: Cơ tính của họ thép cromniken

13

Bảng II.2.3.1: Quan hệ giữa tần số làm việc và đường kính liệu

35

Bảng III.2.1.: Cỡ hạt đầm lò và hàm lượng %

39

Bảng III.3.1: Thành phần hoá học mác thép 30-35CrMnSiA (%)

41

Bảng III.3.2: Thành phần hóa học của nguyên liệu (%)

43

Bảng III.3.2.1: Hệ số cháy hao của các nguyên tố hợp kim.

44

Bảng III.4.2:đánh giá kết quả thành phần hóa học mác thép
30-35CrMnSiA

48

Bảng IV.1: Thành phần hố học của hai mẫu được phân tích

52

Bảng IV.2.1: Kết quả thử cơ tính của mác thép 30 - 35CrMnSiA khi đúc

52

Bảng IV.2.2: Kết quả thử cơ tính của mác thép 30-35CrMnSiA sau nhiệt
luyện
Bảng IV.3.1: Bảng thành phần hóa học của mẻ thép 2 so sánh với hai mác

53
61


thép trong họ thép thép Crommolipden
Bảng IV.3.2: Cơ tính của mẻ thép 2 so sánh với cơ tính của hai mác thép
trong họ thép Cromolipden

Bảng IV.3.3: So sánh cơ tính của mẻ thép 2 với cơ tính của 2 họ thép
Cromolipden và thép cromniken
Bảng IV.3.4: So sánh so sánh thành phần hóa học của mẻ thép 2 với thành
phần hóa học của hai họ thép Cromolipden và thép cromniken

61

61

62


DANH MỤC HINH VẼ
Trang
Hình II.1.1: Giản đồ pha Fe-C

15

Hình II.1.2. ảnh hưởng của C đến cơ tính của thép

16

Hình II.1.2.1: Giản đồ trạng thái Fe-Mn

17

Hình II.1.3.1: Giản đồ trạng thái Fe - Si

18

Hình II.1.3.2: Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim Mn, Si trong dung

20

dịch rắn ferit đến độ cứng (hình a) và độ dai va đập (hình b)
Hình II.1.4.1: Giản đồ trạng thái Fe – Cr CrC

21

Hình II.1.2.2.1: Giản đồ trạng thái của hệ Fe-FeS.

24

Hình II.1.3.2.1: Quan hệ giữa khả năng khử P với độ bazơ của xỉ với

28

lượng FeO
Hình II.1.3.5.1: Khả năng khử ơxy của một số ngun tố ở 1600oC

32

Hình II.2.1.1: Sơ đồ bố trí hệ thống lị cảm ứng trung tần 50 kg/mẻ tại

33

phịng thí nghiệm
Hình II.2.1.2: Lị điện cảm ứng trung tần 50 kg/mẻ

33

Hình III.1.1: Cấu tạo nội hình lị cảm ứng trung tần

36

Hình III.1.2: Khn đúc kim loại

37

Hình III.1.3: Kính hiển vi quang học LEICADM4000M

38

Hình III.1.4: Máy phân tích thành phần ARL3460

38

Hình III.1.5: Máy đo độ cứng HB

38

Hình III.2.1: kích thước Dưỡng và Amiăng

40

Hình III.3.1: Vơi cục CaO

42

Hình III.3.2: FeMn65

42

Hình III.3.3: Nhơm kim loại

43

Hình III.4.1: Quy trình thí nghiệm

46

Hình III.4.2: Q trình nấu luyện

47


Hình III.6.1: Đồ thị nhiệt độ-thời gian trong quá trình nung và rèn mẫu

49

Hình III.6.2: Đồ thị nhiệt độ-thời gian trong q trình tơi mẫu

50

Hình III.6.3: Đồ thị nhiệt độ-thời gian trong quá trình ram mẫu

50

Hình IV.1: Ảnh tổ chức tế vi mẫu thép 2 sau khi đúc ở độ phóng đại

54

100x
Hình IV.2: Ảnh tổ chức tế vi mẫu thép 2 sau khi đúc ở độ phóng đại 200 x
Hình IV.3: Ảnh tổ chức tế vi mẫu thép 2 sau khi đúc ở độ phóng đại

54
55

500x
Hình IV.4: Ảnh tổ chức tế vi mẫu thép 2 sau khi nhiệt luyện ở độ phóng

55

đại 500x
Hình IV.5: Ảnh tổ chức tế vi mẫu thép 2 sau khi nhiệt luyện ở độ phóng

56

đại 500x
Hình IV.6: Ảnh tổ chức tế vi mẫu thép 2 sau khi nhiệt luyện ở độ phóng

56

đại 200x
Hình IV.7: Ảnh chụp phổ EDX xác định tại điểm trắng

57

Hình IV.8: Ảnh chụp phổ EDX xác định điểm đen thứ nhất

58

Hình IV.9: Ảnh chụp phổ EDX xác định điểm đen thứ hai

59

Hình IV.10: Ảnh chụp phổ EDX xác định điểm vùng nền mẫu

60


LỜI NÓI ĐẦU
Trong lịch sử phát triển của xã hội lồi người, việc tìm ra và sử dụng vật liệu
kim loại có ý nghĩa vơ cùng to lớn. Đây là sự phát triển nhảy vọt của nhiều ngành khoa
học kỹ thuật hiện đại.
Trước kia khi công nghiệp chưa phát triển nhất là ngành luyện kim và chế tạo
máy nên vấn đề chất lượng thép chưa được quan tâm. Vào thế kỷ 20, đặc biệt sau chiến
tranh thế giới thứ nhất do cơ sở hạ tầng bị thiệt hại nặng nề, ngành cơng nghiệp luyện
kim càng có điều kiện phát triển mạnh để phục vụ cho cuộc sống và an ninh quốc
phịng. Trên thế giới các ngành cơng nghiệp, nhất là ngành luyện thép, chế tạo máy,
ngành điện lực, ngành điện tử … đang phát triển mạnh cả về số lượng và chất lượng
sản phẩm. Với yêu cầu và điều kiện kỹ thuật mới của các dụng cụ máy móc, thiết bị
hiện đại phải làm việc trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, chống được ăn mòn,
chống mài mòn cơ học, chống nóng, chống gỉ…các thép thơng thường khơng đáp ứng
được. Do đó địi hỏi phải sản xuất ra các thép và hợp kim có những tính chất đặc biệt
như độ bền cơ học cao, chống ăn mòn trong các mồi trường, chịu va đập …,đặc biệt
sản xuất các loại thép có tính đàn hồi cao, có tính nhiễm từ phù hợp với yêu cầu của
khoa học kỹ thuật.
Trong nhiều năm nay trên thế giới và tại Việt Nam việc nâng cao chất lượng

thép là một trong hai hướng nghiên cứu chính về sản xuất thép. Chất lượng thép đang
thu hút ngày càng đông đảo các nhà luyện thép vào việc giải quyết cụ thể các tính năng
đặc biệt nhằm thỏa mãn ngày càng cao về nhu cầu của thép cho nền kinh tế quốc dân.
Song song với nâng cao chất lượng đồng thời giảm giá thành sản phẩm không tách
khỏi việc sử dụng một cách hợp lý. Đã có nhiều biện pháp rất hiệu quả để nâng cao
được chất lượng thép đủ bền, gia cơng tạo hình, chống ăn mịn mơi trường khí quyển,
chống dão…Kết hợp với các tính năng đặc biệt khác để nâng cao tuổi thọ và mở rộng
phạm vi sử dụng của thép.

1


Thép là vật liệu chiến lược không thể thiếu của ngành cơng nghiệp, xây dựng và
quốc phịng, có vai trị hết sức quan trọng trong cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất
nước. Cần xác định là ngành thép được ưu tiên phát triển. Các tính năng của thép có
được chính do việc thay đổi thành phần và tổ chức của thép. Công việc đưa một số
nguyên tố hợp kim vào thép và ổn định chúng trong một số phạm vi nhất định ở điều
kiện sản xuất thay đổi (tức là việc sản xuất thép hợp kim) là điều kiện cần thiết.

2


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
I.1. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT THÉP TRÊN THẾ GIỚI
Theo số liệu của Hiệp hội thép thế giới (World Steel Association) sản lượng
thép của thế giới (tính theo 64 nước, bao gồm cả Trung Quốc) trong tháng 7 vừa qua đã
giảm xuống mức thấp nhất trong vòng 3 tháng, đạt 127,5 triệu tấn so với 128,3 triệu tấn
của tháng 6 và 129,8 triệu tấn hồi tháng 5.
Sản lượng của 7 tháng đầu năm nay đạt 886,9 triệu tấn, tăng 8,3% so với 819,2

triệu tấn cùng kỳ năm 2010.
Sản xuất thép thơ tại Trung Quốc có tổng sản lượng tăng lên 10,3% trong bẩy
tháng của năm đạt 410 triệu tấn chiếm 46% sản lượng thép thô của cả thế giới. Tuy
nhiên sản xuất thép Nhật Bản giảm 1% trong bảy tháng đạt 63 triệu tấn. Tại Ấn Độ, sản
lượng tăng 5% cho bẩy tháng của năm đạt 41,8 triệu tấn. Hàn Quốc sản xuất thép tổng
sản lượng tăng 19% trong bẩy tháng của năm đạt 39,5 triệu tấn. Đài Loan sản xuất thép
thô tăng 19% trong bẩy tháng của năm đạt 13,5 triệu tấn.
Trong Liên minh châu Âu 27 nước, sản lượng thép thô tháng 7 tăng 5,9% đạt
14,6 triệu tấn so với tháng 7 năm 2010, tổng sản lượng trong bảy tháng của năm tăng
4,3% so với cùng kỳ năm trước và đạt 108 triệu tấn. Sản xuất thép thô của Đức tăng
2,5% đạt 26,9 triệu tấn. Tuy nhiên, sản xuất thép của Italia trong bảy tháng tăng 10%
đạt17,3 triệu tấn. Tây Ban Nha là nhà sản xuất thép lớn thứ ba trong EU, nhưng sản
xuất giảm 0,9% trong bẩy tháng đầu năm nay chỉ đạt dưới 10 triệu tấn. Pháp sản xuất
đã giảm 2,1% đạt 9,3 triệu tấn. Vương quốc Anh sản xuất thép, hầu như không tăng và
đạt ở mức 5,9 triệu tấn. trong bẩy tháng đầu năm.
Các nước thành viên khác của EU sản xuất thép thô trong năm nay tăng. Hy lạp
tăng 12,4%, Hà Lan tăng 10,4%, Ba Lan tăng 7,2%. Trong phần còn lại của Châu Âu,
sản xuất thép thô của Thổ Nhĩ Kỳ đã tăng 21% đạt 19,3 triệu tấn, ít hơn khoảng 1 triệu
tấn so với Ukraine. Serbia sản lưởng thép đạt 918 nghìn tấn tăng 22,8%

3


Trong các nước SNG Nga sản xuất tăng 8,1% trong tháng 7 nhưng tổng sản
lượng 7 tháng đạt 40,7 triệu tấn, tăng 6,1% so với năm trước. Ucraina sản suất thép thô
tăng 6,6% đạt 20,4 triệu tấn. Kazakhstan sản xuất 2,9 triệu tấn tăng 21,5%
Sản xuất thép thô của Mỹ trong tháng 7 năm 2011 tăng 10,2% đạt 7,5 triệu tấn,
tổng sản lượng trong 7 tháng đầu năm đạt 50,1 triệu tấn tăng 5,2% so với cùng kỳ năm
trước. Canda sản lượng thép thô trong 7 tháng đầu năm đạt 7,9 triệu tấn tăng 4,4% tiếp
theo là Mexico đạt 10,9 triệu tấn tăng 13%.

Ở Nam Mỹ Brazil sản xuất thép trong tháng Bảy tăng hơn 8,2%, trong khi sản
lượng của bẩy tháng tăng 8,7% đạt 20,9 triệu tấn. Sản xuất tại Argentina tăng 10,9%
trong tháng Bảy, và tăng 10,8% trong bảy tháng của năm đạt 3,2 triệu tấn.
Châu Phi và Trung Đông, Iran sản xuất đã tăng 26,6% trong tháng bảy, tăng
tổng cộng của bẩy tháng lên 13,5% đạt 7,7 triệu tấn. Nam Phi sản xuất giảm 4,6%
trong tháng Bảy, với tổng số giảm của bảy tháng là 20% đạt 3.8 triệu tấn. Tổng số bảy
tháng của Ai Cập tăng 2,2% đạt ở mức 3,8 triệu tấn.
I.2. HIỆN TRẠNG CÔNG NGHIỆP GANG THÉP VIỆT NAM

Tình hình ngành thép Việt Nam hiện nay
Những năm qua, tuy ngành thép đã được đầu tư đáng kể và có bước phát triển
tương đối khá mạnh (cả quốc doanh và tư nhân), đạt sản lượng trên 7,9 triệu tấn trong
năm 2010, song vẫn còn trong tình trạng kém phát triển so với các nước trong khu vực
và thế giới. Ngành thép Việt Nam vẫn ở trong tình trạng sản xuất nhỏ, phân tán, gia
cơng chế biến từ phơi và bán thành phẩm nhập khẩu, trình độ cơng nghệ thấp, chưa có
nhiều thiết bị hiện đại tự động hóa cao, cần phải đầu tư cải tạo, thay thế dần các thiết bị
lạc hậu, mới có thể bảo đảm tính cạnh tranh trong thời gian tới.
Cơng nghiệp gang thép Việt Nam đang bước vào một giai đoạn phát triển mới. Vai
trò của các doanh nghiệp tư nhân dần mở rộng, những dự án đầu tư vốn nước ngồi với
quy mơ lớn đã và đang tập trung vào ngành công nghiệp này.

4


Theo báo cáo 24/8/2011 hiện nay cả nước có 462 doanh nghiệp sản xuất, tăng gần 6 lần
so với năm 2000 với tổng năng lực sản xuất mỗi năm 2,13 triệu tấn gang, 7,54 triệu tấn
phôi thép, 10,875 triệu tấn thép dài, 3,35 triệu tấn thép dẹt, 2,188 triệu tấn thép ống,
hộp, 2,487 triệu tấn tôn mạ, trong khi thực tế mới đạt khoảng 7,9 triệu tấn năm 2010,
tăng bình quân 16,78% trong 5 năm qua.
Với tổng lượng tiêu thụ thép các loại trong nước năm 2010 lên tới 13,5 triệu tấn

(tăng bình quân 15,09%/năm) nên hàng năm các doanh nghiệp vẫn phải nhập khẩu
phôi thép, thép phế liệu và cả thép thành phẩm các loại khoảng 6,78 triệu tấn (chủ yếu
là thép cuộn cán nóng). Từ 2008, sản phẩm thép Việt Nam bắt đầu có xuất khẩu, đến
năm 2010 đạt mức 1,2 triệu tấn.
Theo đánh giá chung, so với mục tiêu quy hoạch phát triển của ngành (được phê
duyệt tại Quyết định số 145/2007/QĐ-TTg), sản xuất và phân phối mặt hàng thép thời
gian qua vẫn tồn tại nhiều hạn chế, trong đó có vừa thừa, vừa thiếu nếu xét riêng từng
chủng loại sản phẩm, cơ cấu đầu tư.
Hầu hết các dự án đều sản xuất quy mơ nhỏ, trình độ công nghệ, thiết bị lạc hậu, năng
suất thấp, chủng loại, cơ cấu sản phẩm còn đơn điệu, thiếu sản phẩm dẹt, thép hình cỡ
lớn, thép chế tạo, thép chất lượng cao…So với chỉ tiêu quy hoạch, hệ thống sản xuất
thực tế có nhiều bất cập. Trong khi tỷ lệ đầu tư cho sản xuất gang mới chỉ đạt 30%,
phôi thép đạt 82,5% và thép thành phẩm lại vượt so với quy hoạch gần 15%. Đồng thời
hệ thống phân phối có cấu trúc bất hợp lý, vẫn tồn tại nhiều cấp trung gian dẫn đến khó
khăn trong quản lý thị trường, khả năng dự báo thị trường, giá cả hạn chế, thị trường
tồn tại nhiều loại thép kém chất lượng, nhái nhãn mác.
Công nghệ luyện thép hiện nay ở Việt Nam
Hầu hết các cơ sở sản xuất thép hiện có của Việt Nam đều sử dụng công nghệ
luyện lại bằng lị điện hồ quang, sử dụng ngun liệu chính là thép phế liệu. Các lò
điện hồ quang hiện đại ngày nay cho phép sản xuất nhiều loại thép chất lượng khác
nhau với năng suất ngày càng cao. Lị siêu cơng suất (UHP) được cường hố bằng ơxy

5


có dung lượng trên 100 tấn/mẻ, thời gian luyện chỉ cịn dưới 1 giờ/mẻ. Lị điện có dung
lượng lớn nhất đến nay là lị siêu cơng suất 70 tấn/mẻ của Cơng ty Thép Miền Nam.
Chỉ có một số lị tại Tổng Công ty Thép Việt Nam, Công ty Gang Thép Thái Ngun,
Cơng ty TNHH Thép Hồ Phát được trang bị đồng bộ lò tinh luyện và máy đúc liên tục
đã cho phép nâng cao năng suất và chất lượng phôi thép.

Hiện nay, tồn bộ sản lượng phơi thép của Việt Nam được sản xuất bằng lò điện hồ
quang (EAF) và lị điện trung tần. Các cơ sở sản xuất phơi thép bằng lị điện hồ quang
tại Cơng ty Gang thép Thái Nguyên, Công ty Thép miền Nam, Công ty Thép Đà Nẵng,
Cơng ty TNHH Hồ Phát và một số nhà máy cơ khí như Cơng ty DISOCO, Cơng ty Cơ
khí Cẩm Phả, Cơng ty Cơ khí Dun Hải, Cơng ty Cơ khí Hà Nội, Cơng ty Thép-Bê
tơng Ninh Bình. Ngồi ra có một số doanh nghiệp và hộ tư nhân chủ yếu luyện thép
bằng lò điện cảm ứng trung tần với tổng cơng suất luyện phơi thép có thể huy động tính
đến hết năm 2009 đạt khoảng 1,5 triệu tấn.
Đặc biệt, trong vài năm tới, sẽ có một số dự án thép lớn đi vào hoạt động đó là: khu
liên hợp Gang thép Dung Quất (Quảng Ngãi) có cơng suất khoảng 5 triệu tấn phôi
thép/năm; khu liên hợp sản xuất gang thép của tập đồn Formosa-Đài Loan (Hà Tĩnh)
với cơng suất 7,5 triệu tấn/năm; khu liên hợp luyện kim của tập đồn Posco-Hàn Quốc
(Khánh Hịa) cơng suất 700000 tấn/năm. Ngồi ra, một số cơ sở quy mô nhỏ hơn cũng
đưa vào hoạt động trong năm 2010 như Nhà máy phôi thép của Công ty TNHH Đông
Á (Quảng Ninh) công suất 64000 tấn/năm, một số doanh nghiệp tư nhân công suất vài
nghìn tấn/năm.
Vì thế cần rà sốt lại và phát triển ngành thép Việt Nam theo hướng đáp ứng đủ,
kịp thời về số lượng và chủng loại các sản phẩm thép cho nền kinh tế, đảm bảo bình ổn
thị trường, khơng để thiếu thép, cân đối đầu tư vào các sản phẩm, từng bước xuất khẩu
tạo nguồn ngoại tệ.
Quan điểm phát triển ngành thép là phải thay đổi về chất. Trước hết, thay thế
bằng cơng nghệ hiện đại, có tính bền vững, đảm bảo môi trường, cân đối năng lượng.

6


Quy mơ sản xuất hài hịa, đa dạng về chủng loại đáp ứng mọi nhu cầu và một hệ thống
phân phối cạnh tranh, tạo cơ chế đảm bảo yêu cầu bình ổn thị trường khi cần thiết. Các
giải pháp về đầu tư, bảo đảm nguồn nguyên liệu, năng lượng, phát triển thị trường,
xuất, nhập khẩu, đánh giá tác động môi trường để khắc phục được các hạn chế của

ngành thép ở cả khâu sản xuất lẫn phân phối. Các dự án ngành thép đầu tư mới theo
quy hoạch bảo đảm công nghệ thiết bị hiện đại để nâng cao chất lượng, tăng sức cạnh
tranh cho sản phẩm thép, loại bỏ các dự án khơng bảo đảm các tiêu chí kỹ thuật về vệ
sinh môi trường, tiêu hao nhiều năng lượng, hướng nhà đầu tư tập trung vào các dự án
sản xuất thượng nguồn (phôi thép).
Theo số liệu từ Tổng cục Hải quan, đến ngày 15-7, cả nước nhập khẩu 5,3 triệu
tấn thép, giá trị hơn 3,9 tỷ USD; trong đó, phơi thép 625 nghìn tấn, thép thành phẩm
hơn 2,6 triệu tấn, thép phế 1,375 triệu tấn, một số chủng loại khác như thép hợp kim,
đặc chủng,... trong nước chưa sản xuất được. Trong khi qua sáu tháng, cả nước cũng
xuất khẩu 988 nghìn tấn thép, giá trị 921 triệu USD. Như vậy, nhập siêu của ngành
thép đang ở mức rất cao, hơn 2,9 tỷ USD
Hiệp hội Thép Việt Nam (VSA) đánh giá, nhập siêu trong ngành thép chắc chắn
còn phải kéo dài nhiều năm nữa. Nhu cầu thép đa dạng để phục vụ phát triển kinh tế xã hội tăng với tốc độ khá cao, trong khi sản xuất thép trong nước mới đang ở giai
đoạn đầu, chủ yếu là sản xuất thép xây dựng và chỉ tập trung cho các công đoạn sản
xuất ở hạ nguồn (nhập phôi để cán sản phẩm). Vì vậy, nguyên liệu và sản phẩm thép
nhập khẩu vào nước ta vẫn tăng mạnh. Tuy nhiên, ngồi việc nhập khẩu thép phế, phơi
thép là ngun liệu bắt buộc cho sản xuất, vẫn cịn tình trạng nhập khẩu nhiều sản
phẩm trong nước đã sản xuất được như thép xây dựng, tôn mạ, thép cán nguội,... gây
bất lợi cho ngành thép nói riêng và nền kinh tế nói chung. Theo ước tính, vẫn cịn
khoảng 20% giá trị kim ngạch nhập khẩu là của các sản phẩm trong nước đã sản xuất
được. Ngành thép trở thành ngành kinh tế tiêu tốn lượng ngoại tệ lớn, tỷ lệ nhập siêu
cao.

7


Lượng thép cuộn cán nóng nhập khẩu vào Việt Nam trong tháng 6/2011 giảm
khá mạnh 54,05% so với cùng kỳ năm 2010. Giá nhập khẩu thép cuộn cán nóng giảm
nhẹ xuống mức 740 USD/tấn. Lượng thép cuộn cán nóng được nhập khẩu từ thị trường
Nhật Bản là lớn nhất (đạt 70,4 nghìn tấn), sau đó là Hàn Quốc, Đài Loan, Trung Quốc.

Trái ngược với tình hình nhập khẩu thép cuộn cán nóng, lượng thép khơng gỉ
nhập khẩu trong tháng 6/2011 tăng lên mức 133,8 nghìn tấn. Một trong những nguyên
nhân khiến lượng nhập khẩu thép không gỉ tăng là đơn giá nhập khẩu chủng loại này
giảm 13,15% xuống mức 1.367 USD/tấn.
I.2.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THÉP HỢP KIM CHẾ TẠO MÁY Ở VIỆT
NAM VÀ THẾ GIỚI:
I.2.1.Tình hình nghiên cứu thép hợp kim chế tạo máy trên thế giới:
Ở các nước công nghiệp phát triển, việc nghiên cứu sản xuất vật liệu phù hợp
với điều kiện làm việc của các chi tiết máy móc để nhằm nâng cao chỉ tiêu kinh tế-kỹ
thuật và hạ giá thành là công việc thường xuyên của các nhà vật liệu. Thép hợp kim
chất lượng làm việc trong điều kiện khắc nghiệt đã được nghiên cứu từ lâu như các
mác thép thường được dùng trong công nghệ chế tạo máy (ô tô, xe máy) là C45,
12CrNi2, 18CrMnTi, 18CrMn, 25CrMnTi,.…Từ lâu ở Nga và một số nước đã nghiên
cứu mác 18CrMnTi dùng làm phôi sản xuất các loại trục truyền động, bánh răng hộp
số. Hiện nay để nâng cao độ bền thường sử dụng mác 25CrMnTi thay thế cho mác
18CrMnTi trong chế tạo các loại bánh răng loại chịu tải nhỏ tới trung bình. Thép mác
25XГT của Nga tương đương mác 30CrMnTi của Trung Quốc và mác 30MnCrTi4
(DIN) hay W-Nr 1.8041 của Đức. Đây là loại thép có độ bền cao đồng thời kết hợp
được giữa độ cứng bề mặt và độ dẻo dai trong lõi, do đó rất thích hợp cho các chi tiết
như bánh răng, chốt pittơng, trục truyền có rãnh, …trong ngành chế tạo ô tô.
I.2.2.Tình hình nghiên cứu thép hợp kim chế tạo máy ở Việt Nam
Thép hợp kim là thép mà ngoài cacbon và các tạp chất thường có (mangan, silic,
photpho, lưu huỳnh) người ta còn cố ý đưa vào các nguyên tố đặc biệt (kể cả mangan, silic

8


với hàm lượng cao hơn hàm lượng thông thường). Các nguyên tố thường gặp là Cr, Ni,
Mn, Si, W, V, Mo, Ti, Nb, Zr, Cu, B, N, Al,…Tuỳ thuộc vào nguyên tố đặc biệt đưa vào
(còn gọi là nguyên tố hợp kim) và hàm lượng của chúng mà thép hơp kim có thể có những

tính chất q hơn thép cacbon như có độ bền cao, chịu nhiệt độ cao, khơng gỉ, các đặc tính
từ, dãn nở nhiệt, đàn hồi đặc biệt,....Vì vậy, thép hợp kim được sử dụng vào nhiều mục
đích quan trọng như các kết cấu nhà xưởng, cầu đường, các chi tiết trong các máy móc, vũ
khí qn sự .
Những nước cơng nghiệp phát triển có tỉ lệ thép hợp kim từ 25 đến 35% tổng sản
lượng thép sản xuất ra. Đối với nước ta trong những năm gần đây đã xuất hiện thêm rất
nhiều nhà máy, xưởng tư nhân nấu luyện sản xuất các mác thép hợp kim như Công ty
Đúc thép Thắng Lợi (Nam Định – công suất 1200 tấn thép hợp kim/năm), Công ty Bắc
Việt Luật Hải Phịng cơng suất 100.000 tấn thép hợp kim/năm), …Tuy nhiên quy mơ
sản xuất cịn nhỏ, chất lượng sản phẩm còn chưa cao, đặc biệt là khâu nhiệt luyện vẫn
chưa tìm ra cơng nghệ nhằm nâng cao cơ tính của thép so với các sản phẩm cùng loại
của nước ngoài. Ở nước ta chủ yếu vẫn sản xuất thép hợp kim thấp phục vụ xây dựng
chưa hướng tới việc sản xuất thép hợp y chủ yếu là nhập khẩu. Công nghệ sản xuất vẫn
lạc hậu, chậm đổi mới kim chuyên dụng và cao thép hợp kim đặc biệt mà nguồn thép
này hiện là do chi phí đầu tư cao. Đồng thời do chính sách vĩ mơ của nhà nước đối với
ngành thép và lĩnh vực sản xuất thép hợp kim còn chưa ổn định, thiếu quan tâm đầu tư.
Do đó thị trường thép hợp kim của nước ta trong thời gian tới sẽ vẫn là mảnh đất hấp
dẫn thu hút các nhà đầu tư trong và ngoài nước.
I.2.3.Đặc điểm và lĩnh vực ứng dụng thép 20-35CrMnSiA
Thép 20-35CrMnSiA thuộc họ thép 20XГCA, 25XГCA, 30XГCA, 30XГC đều
là thép hợp kim thấp được sử dụng để làm các chi tiết chịu tải trọng, có thể thay thế các
thép cromniken hay cromolipden có tính chất cơ học tốt nhất (độ bền và độ dai va đập
cao) nhận được sau khi đã gia công đẳng nhiệt ở 280 - 310oC và làm nguội trong khơng
khí.

9


Thành phần hố học và tính chất cơ lý của mác thép 20-35CrMnSiA
Bảng I.2.3.1: Thành phần hoá học yêu cầu của mác thép 20-35CrMnSiA(%)

C

Mn

Si

Cr

S

P

0,25-0,35

0,80 - 1,10

0,90 - 1,40

0,80 - 1,40

≤ 0,025

≤ 0,025

Họ thép chịu tải trọng cùng với thép 20-35CrMnSiA
Bảng 1.2.3. 2 : Thành phần hoá của họ thép Crom với thép 20-35CrMnSiA(%)
Mác thép

C

Si

Mn



Cr

Ni

20XГCA

0.17-0.23

0.9-1,2

0,8-1,1

0,025

0,025

0,8-1,1

≤ 0,3

25XГCA

0,22-0,28

0.9-1,2

0,8-1,1

0,025

0,025

0,8-1,1

≤ 0,3

30XГC

0,28-0,35

0.9-1,2

0,8-1,1

0,025

0,025

0,8-1,1

≤ 0,3

30XГCA

0,28-0,34

0.9-1,2

0,8-1,1

0,025

0,025

0,8-1,1

≤ 0,3

35XГCA

0,32-0,39

1,1-1,4

0,8-1,1

0,025

0,025

1,1-1,4

≤ 0,3

Cơ tính nhiệt luyện của họ thép Crom
Bảng 1.2.3.3: Gia công nhiệt luyện của họ thép Crom
Nhiệt độ
Mác thép

gia công

Nhiệt độ tôi, oC
Ram 1

Ram 2

nóng, oC

Làm
nguội

Nhiệt độ ram, oC
và làm nguội

20XГCA

1200-800

800

-

Dầu

500 nước hoặc dầu

25XГCA

1200-800

800

-

Dầu

480 nước hoặc dầu

30XГC

1200-800

800

-

Dầu

540 nước hoặc dầu

35XГCA

1200-800

800

-

Dầu

10

280 - 310 nước
hoặc dầu


Bảng I.2.3.4: Cơ tính của họ thép Crom
Mác

Độ cứng

B, MPa

s , MPa

, %

, %

20XГCA

780

637

12

45

69

207

25XГCA

1079

834

10

40

69

217

30XГC

1079

834

10

45

44

229

35XГCA

1671

1275

9

40

39

241

thép

a

K

/j/cm2

ủ , HBS

Bảng I.2.3.5 : Thành phần hoá học của thép cromolipden với thép 20-35CrMnSiA(%)
Mác

C

Si

0.11-

0,17-

0,40-

0,18

0,37

0,70

0,15-

0,17-

0,40-

0,25

0,37

0,70

0,25-

0,17-

0,40-

0,34

0,37

0,70

0,32-

0,17-

0,40-

0,40

0,37

0,70

0,26-

0,17-

0,40-

0,33

0,37

0,70

Thép
15XM

20 XM

30XM

35XM

30XMA

Mn



Cr

0,035 0,035 0,81,1

0,035 0,035 0,81,1
0,035 0,035 0,81,1
0,035 0,035 0,81,1
0,035 0,035 0,81,1

Ni
≤

Mo
0,4-0,55

0,3
≤

0,15-0,25

0,3
≤

0,15-0,25

0,3
≤

0,15-0,25

0,3
≤

0,15-0,25

0,3

Cơ tính nhiệt luyện của họ thép Cromolipden
Bảng 1.2.3.6: Gia công nhiệt luyện của họ thép Crommolipden
Nhiệt độ
Mác thép

gia cơng
nóng / oC

Nhiệt độ tôi oC
I

II

11

Nhiệt độ
Làm nguội

ram/ oC và
làm nguội


15 XM

880

-

20 XM

880

-

880

-

Dầu

850

-

Dầu

880

-

Dầu

30 XM

1150-850

35 XM

30 XMA

1150-850

Không

650, không

Nước hoặc

500 nước

dầu

hoặc dầu
540 nước
hoặc dầu
560 nước
hoặc dầu
540 nước
hoặc dầu

Bảng I.2.3.7: Cơ tính của họ thép Cromolipden
Độ cứng

B MPa

s MPa

, %

, %

15 XM

441

275

21

55

118

179

20 XM

785

588

12

50

88

179

30 XM

932

735

11

45

78

229

35 XM

932

834

12

45

78

241

30 XMA

932

735

12

50

88

229

Mác thép

a

k /j/cm2

ủ HBS

Bảng 1.2.3.8 : Thành phần hoá học của họ thép cromniken với thép
20-35CrMnSiA(%)
Mác thép
20 XH

40XH

C

Si

Mn

0,17-

0,17-

0,40-

0,23

0,37

0,70

0,36-

0,17-

0,50-

0,44

0,37

0,80

12

0,035

0,035

0,035

0,035

Cr
0,450,75
0,450,75

Ni
1,0-1,4

1,0-1,4


Cơ tính nhiệt luyện của họ thép cromniken
Bảng 1.2.3.9: Gia công nhiệt luyện của họ thép cromniken
Nhiệt độ
Mác thép

Nhiệt độ tơi oC

gia cơng

40 XH

(11501200) - 800
1150 - 850

Làm nguội

I

II

860

760-810

820

-

nóng / oC
20 XH

Nhiệt độ
ram/ oC và
làm nguội
Không

180, nước

hoặc dầu

hoặc dầu

Nước hoặc

500, nước

dầu

hoặc dầu

Bảng I.2.3.10: Cơ tính của họ thép cromniken
Độ cứng

Mác thép

B MPa

s MPa

, %

, %

20 XH

785

588

14

50

78

197

40 XH

980

785

11

45

69

217

a

k /j/cm2

ủ HBS

Thép 20 - 35CrMnSiA khác với thép sử dụng Cr để hợp kim hóa, với hàm lượng
1% làm tăng độ thấm tơi, nâng cao độ cứng, độ bền song vẫn duy trì tốt độ dẻo, độ dai
của ferit. Thép 20-35CrMnSiA khác so với các mác thép ở nhóm này là khơng sử dụng
cromniken hay cromolipden để hợp kim hóa mà sử dụng Cr để hợp kim hóa với tác
dụng của Cr là tạo cácbit trung bình chúng hịa tan thay thế vị trí các nguyên tử Fe
trong xementit tạo nên xementit hợp kim (Fe, Me)3C (khó phân hủy, kết tụ khi nung).
Cacbít hợp kim này cứng hơn, ổn định hơn, khó hịa tan vào austenit hơn so với
xêmentit làm thép cứng hơn, bền nóng hơn. Thép 20-35CrMnSiA có thể được dùng để
chế tạo các xích xe tăng, chi tiết tcbin, máy bơm làm việc ở nhiệt độ dưới 400 oC, các
chi tiết truc, đĩa, nắp, bulon, vit cấy, thanh nối, bánh răng, mặt bích...

13


I.2.4 Mục đích nghiên cứu:
Qua tìm hiểu các nguồn tài liệu nghiên cứu, điều kiện thực tế sản xuất chúng tôi
quyết định lựa chọn đề tài: "Nghiên cứu công nghệ luyên thép hợp kim thấp 20-35
CrMnSiA để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng, thay thế cho thép crômniken và
crơmmơlipđen". Lý do chính mà chúng tơi chọn đề tài này đó là:
Xuất phát từ nhu cầu của thị trường đang dần hướng tới các chủng loại thép có
chất lượng cao hơn nhưng phải đảm bảo có giá thành thấp hơn so với loại thép cùng
mác và trên cơ sở nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước, thép hợp kim thấp là sự lựa
chọn tối ưu nhất.
Đó là ngành cơ khí chế tạo và cơ khí động lực nước ta đang trong giai đoạn
chuyển hướng từ việc nhập khẩu động cơ, linh kiện phụ tùng nguyên chiếc sang việc tự
chế tạo trong nước để giảm giá thành và tăng tính cạnh tranh. Vì vậy nhu cầu thép hợp
kim, đặc biêt thép hợp kim thấp độ bền cao phục vụ việc chế tạo các chi tiết máy, linh
kiện, phụ tùng nói riêng dự báo sẽ tăng mạnh trong thời gian tới.

14

CHƯƠNG II
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
II.1.ảnh của các nguyên tố hợp kim đến quá trình nấu luyện
II.1.1. Ảnh hưởng của nguyên tố Cácbon (C)
Sắt ở dạng nguyên chất giống như các kim loại khác sẽ có tính dẻo nên để sử
dụng được cần thêm vào sắt một hàm lượng cácbon nhất định. Cácbon là nguyên tố
quan trọng nhất, quyết định chủ yếu đến tổ chức và cơ tính, áp dụng cho cả thép
cácbon lẫn thép hợp kim thấp. Cácbon có ảnh hưởng tăng bền lớn nhất bởi cácbon kết
hợp với sắt tạo ra pha xêmentít Fe3C có tính cứng giịn và khi có mặt trong thép sẽ
tăng bền cho thép. Từ giản đồ pha Fe-C (hinh 1) có thể thấy %C tăng lên thì %Xe
(xêmentít Fe3C) cũng tăng lên tương ứng.

Hình II.1.1.1: Giản đồ pha Fe-C

15