Nghiên cứu ảnh hưởng biến động thành phần hoá học của phối thép đến cơ tính sản phẩm trên dây truyền cán của công ty liên doanh sản xuất thép VINAUSTEEL

- bộ giáo dục và đào tạo tr−ờng đại học bách khoa hà nội nguyễn đức nhật Nghiên cứu ảnh h−ởng biến động thành phần hóa học của phôi thép đến cơ tính sản phẩm trên dây chuyền cán của Công ty liên doanh sản xuất thép Vinausteel Luận văn thạc sĩ chuyên ngành gia công áp lực Ng−ời h−ớng dẫn khoa học: PGS.
- Nguyễn Trọng Giảng Hải Phòng - 2004 Mục lục Trang Danh mục các bảng 1 Danh mục các hình vẽ, đồ thị 2 Lời nói đầu 4 Ch−ơng I: Tổng quan về các nguyên tố hóa học trong thép 7 I.1.
- Kết luận 17 Ch−ơng II: Thực nghiệm nghiên cứu ảnh h−ởng của biến động thành phần hóa học phôi đến cơ tính của sản phẩm 19 II.1.
- Biểu đồ mối quan hệ giữa thành phần hóa học và cơ tính của sản phẩm.
- 32 Ch−ơng III: Phân tích ảnh h−ởng của các nguyên tố tới cơ tính của sản phẩm 51 III.1.
- ảnh h−ởng của thành phần Cacbon 51 III.2.
- ảnh h−ởng của thành phần Mangan 51 III.3.
- ảnh h−ởng của thành phần Silic 52 III.4.
- ảnh h−ởng của thành phần L−u huỳnh 52 III.5.
- ảnh h−ởng của thành phần Phốt pho 53 III.6.
- ảnh h−ởng của thành phân Niken 53 III.7.
- ảnh h−ởng của thành phần Crôm 53 III.8.
- ảnh h−ởng của thành phần Vanadi 54 III.9.
- ảnh h−ởng của thành phần Đồng 54 Kết luận 55 Phụ lục Tài liệu tham khảo danh mục các bảng Trang Bảng 0.1 Các mác phôi th−ờng sử dụng 4 Bảng 2.1 Thành phần hóa học của mác phôi 5SP/5PS 22 Bảng 2.2 Cơ tính sản phẩm theo mác SD295A 22 danh mục các hình vẽ, đồ thị TrangHình 1.1 Giản đồ trạng thái sắt – cacbon 9 Hình 1.2 ảnh h−ởng của cacbon đến cơ tính của thép cacbon ở trạng thái ủ 10 Hình 1.3 Giản đồ trạng thái Fe – P 14 Hình 1.4 Giản đồ trạng thái Fe – S 15 Hình 2.1 Biểu đồ đặc tr−ng quá trình kéo kim loại 19 Hình 2.2 Trình tự thực hiện 21 Hình 2.3 Mẫu rhử nghiệm 22 Hình 2.4 Máy kéo nén vạn năng ZDT 40 24 Hình 2.5 Máy phân tích thành phần hóa học 25 Hình 2.6 Đồ thị quá trình thử kéo 27 Hình 2.7 Buồng quang phổ máy phân tích thành phần hóa học 28 Hình 2.8 Dao động của thành phần C 29 Hình 2.9 Dao động của thành phần Mn 30 Hình 2.10 Dao động của thành phần Si 30 Hình 2.11 Dao động của thành phần P và S 31 Hình 2.12 Mối quan hệ giữa thành phần C với giới hạn chảy và giới hạn bền 33 Hình 2.13 Mối quan hệ giữa thành phần C và độ dãn dài t−ơng đối 34 Hình 2.14 Mối quan hệ giữa thành phần Mn với giới hạn chảy và giới hạn bền 35 Hình 2.15 Mối quan hệ giữa thành phần Mn và độ dãn dài t−ơng đối 36 Hình 2.16 Mối quan hệ giữa thành phần Si với giới hạn chảy và giới hạn bền 37 Hình 2.17 Mối quan hệ giữa thành phần Si và độ dãn dài t−ơng đối 38 Hình 2.18 Mối quan hệ giữa thành phần S với giới hạn chảy và giới hạn bền 39 Hình 2.19 Mối quan hệ giữa thành phần S và độ dãn dài t−ơng đối 40 Hình 2.20 Mối quan hệ giữa thành phần P với giới hạn chảy và giới hạn bền 41 Hình 2.21 Mối quan hệ giữa thành phần P và độ dãn dài t−ơng đối 42 Hình 2.22 Mối quan hệ giữa thành phần Ni với giới hạn chảy và giới hạn bền 43 Hình 2.23 Mối quan hệ giữa thành phần Ni và độ dãn dài t−ơng đối 44 Hình 2.24 Mối quan hệ giữa thành phần Cr với giới hạn chảy và giới hạn bền 45 Hình 2.25 Mối quan hệ giữa thành phần Cr và độ dãn dài t−ơng đối 46 Hình 2.26 Mối quan hệ giữa thành phần V với giới hạn chảy và giới hạn bền 47 Hình 2.27 Mối quan hệ giữa thành phần V và độ dãn dài t−ơng đối 48 Hình 2.28 Mối quan hệ giữa thành phần Cu với giới hạn chảy và giới hạn bền 49 Hình 2.29 Mối quan hệ giữa thành phần Cu và độ dãn dài t−ơng đối 50 Lời nói đầu Hiện nay tại Việt Nam đã có 25 công ty sản xuất thép xây dựng (thép thanh và thép cuộn), trong khi đó chỉ có Công ty Gang thép Thái nguyên và Công ty thép Miền Nam là có dây chuyền luyện thép.
- Một trong những vẫn đề khó khăn về kiểm soát chất l−ợng sản phẩm khi sản xuất bằng phôi thép nhập từ n−ớc ngoài là mỗi n−ớc sản xuất phôi thép theo một tiêu chuẩn khác nhau, vì vậy thành phần hóa học của phôi thép nhập từ các n−ớc khác nhau cũng khác nhau.
- Các mác phôi và thành phần hóa học Công ty Vinausteel th−ờng sử dụng cho các mác thép theo bảng 1.1: Bảng 0.1: Các mác phôi th−ờng sử dụng: Thành phần hóa học.
- Mác phôi Tiêu chuẩn C Mn Si P, S V Mác sản phẩm sử dụng 5SP/5PS GOST max - SD295A 5GPS GOST max max - SD295A 20MnSi GB max - SD295A 20MnSiV GB max 0,09-0,12 SD390 Với cùng một loại phôi, khi sản xuất trên các dây chuyền khác nhau, mức độ ảnh h−ởng đến cơ tính của sản phẩm cũng khác nhau.
- Vì vậy cần phải có những điều chỉnh hợp lý đối với mỗi dây chuyền sản xuất để đảm bảo cơ tính của sản phẩm đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn, l−ợng sản phẩm không đạt yêu cầu về cơ tính là thấp nhất.
- Trên thực tế, trong quá trình mua phôi, Công ty Vinausteel đã có những điều chỉnh về thành phần hóa học so với các thành phần trên để phù hợp với quá trình sản xuất trên dây chuyền của Công ty cho các mác thép khác nhau.
- Tuy nhiên việc điều chỉnh này chỉ là dựa trên kinh nghiệm mà ch−a có sự đánh giá sự ảnh h−ởng của biến động thành phần hóa học đến cơ tính của sản phẩm dựa trên các kết quả thí nghiệm từ sản phẩm của Công ty.
- Vì lý do đó, tôi đã quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh h−ởng của biến động thành phần hóa học của phôi thép đến cơ tính của sản phẩm trên dây chuyền cán của Công ty liên doanh sản xuất thép Vinausteel” Mục đích của đề tài là xác định sự ảnh h−ởng do biến động của các nguyên tố chính trong thành phần hóa học của phôi thép đến cơ lý tính của sản phẩm thép cán.
- Qua đó có thể biết đ−ợc mức độ ảnh h−ởng của từng nguyên tố trong dải thành phần hóa học của phôi thép đến cơ tính của sản phẩm nh− thế nào.
- Từ đó có thể dùng kết quả này để lựa chọn mua phôi hoặc chọn các lô phôi có thành phần hóa học khác nhau phù hợp cho các sản phẩm khác nhau.
- Nh− vậy sẽ giảm đ−ợc l−ợng sản phẩm không đạt yêu cầu về cơ tính, giảm tiêu hao kim loại dẫn tới tăng hiệu quả kinh tế.
- Trong quá trình sản xuất của Công ty, ta thực hiện lấy các mẫu sản phẩm để thử nghiệm cơ lý tính và thành phần hóa học của sản phẩm.
- Từ các kết quả thu đ−ợc, phân tích dữ liệu và tìm quy luật ảnh h−ởng giữa thành phần hóa học và các chỉ tiêu cơ lý tính của sản phẩm.
- Do mục đích của đề tài là nghiên cứu phục vụ cho ứng dụng thực tế tại Công ty, vì vậy các mẫu thử nghiệm dùng để nghiên cứu đ−ợc để nguyên dạng nh− hình dáng của sản phẩm mà không gia công tr−ớc khi thử nghiệm.
- Tổng quan của các nguyên tố hóa học trong thép.
- Nghiên cứu ảnh h−ởng của biến động thành phần phôi thép đến cơ tính của sản phẩm.
- Ch−ơng I Tổng quan về các nguyên tố hóa học trong thép Thép không chỉ là hợp kim của Fe và C mà còn có nhiều nguyên tố khác nhau mà do điều kiện tự nhiên cũng nh− trong quá trình luyện kim nó có ở trong thành phần của thép.
- Đó là các nguyên tố th−ờng xuyên có trong mọi loại thép.
- Mangan và Silic có thể có trong thép theo các con đ−ờng nh−: lẫn ở trong quặng sắt, do đó đi vào thành phần của gang rồi vào thép, hay khi luyện thép, ng−ời ta dùng ferô silic và ferô mangan để khử ôxy, do vậy một phần các nguyên tố này cũng đi vào trong thép.
- Mn và Si là hai tạp chất có lợi, chúng nâng cao cơ tính của thép, do đó không đặt vấn đề loại bỏ chúng trong quá trình luyện.
- Trong các điều kiện thông th−ờng của luyện kim, chúng có ở trong thép với l−ợng chứa Mn ≤ 0,8% và Si ≤ 0,5%.
- Phôtpho và l−u huỳnh cũng đi vào thành phần của gang do sự tồn tại của chúng trong quặng sắt và nhiên liệu.
- Đối với thép, cả hai nguyên tố này đều là tạp chất có hại, do vậy trong quá trình luyện kim phải tiến hành khử bỏ chúng.
- Việc khử triệt để thành phần P và S rất tốn kém nên chỉ cần giảm thành phần của chúng trong thép đến mức ảnh h−ởng có hại là không đáng kể.
- Đại đa số các loại thép, l−ợng chứa các nguyên tố P và S đều nhỏ hơn 0,05%.
- trong đó có nhiều bộ phận làm bằng thép hợp kim, nên trong thép cacbon thông th−ờng có thể có một l−ợng nhỏ các nguyên tố Cr, Ni, Cu, W, Mo, Ti, chúng đ−ợc gọi là các tạp chất ngẫu nhiên.
- Trong thép cacbon cũng có hòa tan các khí nitơ, hyđrô, ôxy với hàm l−ợng rất ít mà việc xác định chúng rất khó khăn nên chúng đ−ợc gọi là tạp chất ẩn.
- Cacbon Các bon là nguyên tố á kim thuộc nhóm IV của hệ thống tuần hóa các nguyên tố hóa học và có thể ở hai dạng thù hình: graphit và kim c−ơng.
- ở nhiệt độ và áp suất cao, kim c−ơng có thể trở lên ổn định.
- Trong hợp kim Fe-C, cacbon nguyên chất chỉ có thể tồn tại ở dạng graphit mà không có ở dạng kim c−ơng.
- Sắt và cacbon có thể t−ơng tác với nhau theo hai cách: Sắt hòa tan cacbon để tạo thành dung dịch rắn và sắt kết hợp với cacbon để tạo thành hợp chất hóa học.
- Sắt và cacbon tạo nên ba hợp chất hóa học Fe3C (với 6,67%C), Fe2C (với 9,67%C) và FeC (với 17,67%C).
- Xêmentit đ−ợc tạo thành khi l−ợng cacbon lớn hơn giới hạn hòa tan của nó trong Feα hay Feγ.
- Hình 2.1 là giản đồ trạng thái Fe-C với thành phần C đến 6,67% t−ơng ứng với hợp chất hóa học xêmentit.
- Hình 1.1: Giảm đồ trạng thái sắt - cacbon - Ng−ời ta quy −ớc rằng thép là hợp kim Fe-C có thành phần C < 2,14% là loại khi nung nóng đến nhiệt độ nhất định có thể đạt đ−ợc tổ chức hoàn toàn là auxtenit.
- Do vậy nó thuộc loại vật liệu dẻo, có thể gia công bằng ph−ơng pháp biến dạng nóng.
- Cacbon là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định chủ yếu đến tổ chức và cơ tính của thép cacbon và cả thép hợp kim.
- KS P G EDCB J N A L+γ L+XeI Lδ γ δ+γ α α+γ γ+XeII γ+XeII+(γ+Xe) (γ+Xe)+XeI F+XeII F+P P+XeII P+XeII+(P+Xe)[F+Xe]=P (P+Xe) γ+Xe (P+Xe)+XeI H L+δ Nhiệt độ, oC %C Gang Thép 0,02 Fe Nh− ta thấy rõ từ giản đồ trạng thái Fe-C, khi l−ợng cacbon của thép tăng lên, l−ợng xêmentit cũng tăng lên t−ơng ứng và làm thay đổi tổ chức tế vi.
- ở trạng thái ủ, tổ chức tế vi của thép cacbon phụ thuộc vào thành phần cacbon của nó nh− sau: C < 0,8.
- Peclit + Xêmentit II Khi thay đổi l−ợng cacbon, cơ tính của thép thay đổi nhiều.
- Quy luật thay đổi của chúng nh− sau: Khi thành phần cacbon tăng lên, độ bền và độ cứng cũng tăng lên, còn độ dẻo và độ dai giảm đi.
- Tuy nhiên, độ bền chỉ tăng lên theo cacbon đến giới hạn 0,8ữ1,0%C, v−ợt quá giới hạn này, độ bền lại giảm đi.
- Hình 2.2 cho ta biết ảnh h−ởng của thành phần C đến giới hạn bền (σb), độ cứng (HB), độ dãn dài (δ), độ thắt (ψ), và độ dai va đập (ak) của thép.
- Hình 1.2: ảnh h−ởng của cacbon đến cơ tính của thép cacbon ở trạng thái ủ.
- ak(KJ/m2) HB ψ σbδak Quy luật đó có thể đ−ợc giải thích nh− sau: Khi tăng l−ợng cacbon, số l−ợng pha xêmentit cứng, dòn cũng tăng lên t−ơng ứng, số l−ợng pha ferit giảm đi t−ơng ứng, do đó thép có độ cứng tăng lên, độ dẻo, độ dai giảm đi.
- ảnh h−ởng của l−ợng pha xêmentit tới độ bền là do thoạt tiên sự tăng số l−ợng pha xêmentit với độ cứng cao có tác dụng cản trở sự tr−ợt của ferit, do đó làm tăng giới hạn bền của thép.
- Về mặt định l−ợng có thể thấy, cứ tăng 0,1% C thì thép có độ cứng tăng lên khoảng 20ữ25HB, giới hạn bền tăng lên khoảng 60ữ80N/mm2, giới hạn chảy tăng thêm khoảng 40ữ50N/mm2, độ dãn dài giảm đi khoảng 2ữ4%, độ thắt giảm đi khoảng 1ữ5% và độ dai va đập giảm đi khoảng 200kJ/m2.
- Do cacbon có ảnh h−ởng lớn đến tổ chức và cơ tính của thép nh− vậy, nên thép có thành phần cacbon khác nhau có cơ tính rất khác nhau và do đó đ−ợc dùng vào các mục đích khác nhau.
- Các thép với thành phần cacbon thấp (≤0,25%) có tính dẻo, dai cao, độ bền thấp, và hiệu quả hóa bền bằng nhiệt luyện không cao, nên th−ờng đ−ợc dùng làm các kết cấu xây dựng, chi tiết dập và chi tiết thấm cacbon.
- Các thép với thành phần C trung bình (0,3ữ0,5%) có tính bền, cứng tuy không đạt tới giá trị lớn nhất nh−ng đều khá cao.
- Các thép với thành phần C t−ơng đối cao (0,55ữ0,65%) có độ cứng cao và giới hạn đàn hồi cao nhất đ−ợc dùng làm các chi tiết đàn hồi (không cho phép có biến dạng dẻo) nh− lò xo, nhíp.
- Các thép với thành phần C cao nhất (≥0,7%) có độ cứng và tính chống mài mòn cao nhất đ−ợc dùng làm dụng cụ cắt gọt, dụng cụ đo, khuôn dập nguội.
- Ngoài ảnh h−ởng đến cơ tính, cacbon còn gây ảnh h−ởng đến một số tính chất vật lý khác của thép.
- Khi tăng l−ợng cacbon, khối l−ợng riêng và độ từ thẩm của thép giảm đi, còn điện trở và lực khử từ tăng lên.
- Mangan là một nguyên tố đ−ợc coi là ng−ời bạn đ−ờng muôn thủa của sắt.
- Ngay từ thế kỷ thứ I, ng−ời ta đã nói đến khả năng kỳ diệu của một thứ bột đen có thể làm cho thủy tinh trở lên trong suốt, thứ bột đó chính là mangan oxit – piroluzit.
- Với vai trò nguyên tố điều chất, nó có mặt trong các thép làm lò xo, thép làm các đ−ờng ống dẫn dầu và khí đốt, thép không nhiễm từ.
- Dù nhiều hay ít, nguyên tố này có mặt trong hầu hết các loại thép và gang.
- Ngay trong bảng tuần hoàn, hai nguyên tố này cũng chiếm các ô kề nhau số 25 và 26.
- Mangan là nguyên tố ảnh h−ởng tốt đến cơ tính của thép.
- Khi hòa tan vào ferit, nó nâng cao độ bền, độ cứng của pha này, do vậy làm tăng cơ tính của thép.
- Tuy nhiên do l−ợng mangan trong thép cacbon ít nên ảnh h−ởng của nó đến thép không rõ rệt.
- Tác dụng tốt nhất của mangan trong thép là ở chỗ nó khử ôxy và hạn chế tác dụng có hại của l−u huỳnh.
- Tuy vậy, l−ợng silic trong thép cacbon thấp, nên tác dụng hóa bền của nó cũng không rõ rệt.
- Nh− ở giản đồ trạng thái Fe-P (hình 2.3), ở nhiệt độ th−ờng, Feα có thể hòa tan l−ợng phôtpho cao tới 1,2%.
- V−ợt quá giới hạn này tạo nên Fe3P dòn.
- Tuy nhiên, trong hợp kim Fe-C, l−ợng P hòa tan trong Feα giảm đi mãnh liệt (chỉ còn khoảng vài phần nghìn), do vậy trong thép dễ xuất hiện Fe3P nâng cao độ bền, đặc biệt là độ dòn ở nhiệt độ th−ờng.
- Nh− vậy P nâng cao tính dòn nguội của thép.
- Giới hạn độ hòa tan của P trong ferit gây ra dòn là 0,1%, nh−ng do nó là nguyên tố thiên tích mạnh trong quá trình kết tinh nên thông th−ờng chỉ cho phép có trong thép đến 0,05%.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt