BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM VIỆN LUYỆN KIM ĐEN B¸o c¸o tæng kÕt §Ò TµI NGHI£N CøU KHOA HäC Vµ PH¸T TRIÓN CÊP Bé Tªn ®Ò tµi : “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP HỢP KIM MÁC SKS43” _________________________ Cơ quan chủ quản : TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM Cơ quan chủ trì : VIỆN LUYỆN KIM ĐEN Chủ nhiệm đề tài : PHẠM THANH SƠN HÀ NỘI - 2010 - 2 - BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM VIỆN LUYỆN KIM ĐEN B¸o c¸o tæng kÕt §Ò TµI NGHI£N CøU KHOA HäC Vµ PH¸T TRIÓN CÊP Bé Tªn ®Ò tµi : “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP HỢP KIM MÁC SKS43” _________________________ VIỆN LUYỆN KIM ĐEN VIỆN TRƯỞNG Đinh Văn Tâm HÀ NỘI - 2010 - 3 - DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN CHÍNH Họ và tên Học hàm, học vị chuyên môn Cơ quan công tác 1. Phạm Thanh Sơn Thạc sỹ Viện Luyện kim Đen 2. Nguyễn Quang Dũng Thạc sỹ Viện Luyện kim Đen 3. Nguyễn Hồng Phúc Kỹ sư Viện Luyện kim Đen 4. Phạm Thị Mai Phương Kỹ sư Viện Luyện kim Đen 5. Vũ Thế Anh Kỹ sư Tổng công ty Thép Việt Nam 6. Nguyễn Văn Tháo Kỹ sư Xí nghiệp cơ khí 79 - 4 - MỤC LỤC MỞ ĐẦU 05 I. TỔNG QUAN 06 1.1. Giới thiệu về tình hình sản xuất thép hợp kim và thép dụng cụ hợp kim chịu va đập mác SKS43 06 1.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến thép hợp kim mác SKS43 10 1.3. Quá trình va đập và hiệu suất va đập của dụng cụ chịu va đập 18 1.4. Vật liệu thép hợp kim chịu va đập để chế tạo đầu búa rèn 23 II. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 2.1 Nội dung nghiên cứu 24 2.2 Phương pháp nghiên cứu 24 III. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 26 3.1 Công nghệ nấu luyện26 3.2 Công nghệ tinh luyện29 3.3 Công nghệ rèn 31 3.4 Công nghệ gia công cơ khí và chế tạo sản phẩm33 3.5 Công nghệ nhiệt luyện34 3.6 Các tính chất của thép hợp kim mác SKS43 37 3.7 Chế tạo sản phẩm và dùng thử 41 IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43 4.1 Kết luận 43 4.2 Kiến nghị 43 V. TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 VI. PHỤ L ỤC 45 - 5 - M U Thộp dng c hp kim chu va p l loi thộp c s dng rng rói trong nhiu ngnh sn xut, ch to, gia cụng nguyờn nhiờn vt liu phc v cho nhiu lnh vc khỏc nhau theo nhu cu v yờu cu thc t ca xó hi nh ch to pớttụng khoan lc, khuụn chn u (bulụng, inh tỏn), khuụn dp th tớch (dng h hoc kớn - thuc lnh vc gia cụng ỏp lc), Cỏc loi thộp ny thng c hp kim hoỏ bng cỏc nguyờn t hp kim l nhng vt t t tin nờn giỏ thnh ca cỏc loi thộp hp kim khỏ cao. Trong s phỏt trin mnh m ca nn kinh t th trng, vic nghiờn cu tỡm ra cỏc loi thộp cht lng tt v cú giỏ thnh cnh tranh l mt hng i ca cỏc nh luyn kim hin nay. Mt trong cỏc kt qu ca hng i ny l to ra thộp hp kim chu va p s dng ớt nguyờn t hp kim húa m cú bn m bo, cht lng tt v giỏ thnh thp. Vic nghiờn cu sn xut cỏc loi thộp hp kim t cht lng tt ỏp ng nh cu ca ngnh cụng nghip sn xut, ch to v gia cụng vt liu hin nay ca nc ta l ht sc cn thit v quan trng. Vỡ vy, nm 2010 B Cụng Thng ó giao nhim v cho Vin Luyn kim en thc hin ti Nghiờn cu cụng ngh sn xut thộp hp kim mỏc SKS43. Mc tiờu ca ti l xỏc nh c cụng ngh sn xut thộp hp kim mỏc SKS43 t cht lng tt bng nguyờn liu v thit b sn cú trong nc, ỏp ng c yờu cu ca ngnh cụng nghip v phỏt trin kinh t t nc. Bản báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu này bao gồm các nội dung chính nh sau: 1. Phần tổng quan 2. Nội dung và phơng pháp nghiên cứu 3. Kết quả đạt đợc 4. Kết luận và kiến nghị 5. Tài liệu tham khảo 6. Phần phụ lục Trong quỏ trỡnh thc hin ti, chỳng tụi ó nhn c s ch o, giỳp to iu kin ca V Khoa hc v Cụng ngh - B Cụng Thng, Xớ nghip c khớ 79 B Quc Phũng, cựng mt s c s sn xut, ch to v nghiờn cu khỏc. Nhõn dp ny, chỳng tụi xin trõn trng cm n v s giỳp v hp tỏc ú. - 6 - I. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về tình hình sản xuất thép hợp kim và thép dụng cụ hợp kim chịu va đập mác SKS43. Hiện nay trên thế giới sản xuất khoảng 1.000 chủng loại thép hợp kim. Do thiết bị và kỹ thuật được cải tiến nhiều nên chất lượng thép hợp kim không ngừng được tăng cao. Về chiến lược phát triển thép của Việt Nam tới năm 2010 Bộ chính trị trong thông báo s ố 112TB/TW ngày 12/4/1995 đã nhấn mạnh: “Thép là vật liệu chủ yếu đối với nhiều ngành công nghiệp, vai trò quyết định đối với sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Phát triển nhanh ngành thép là một yêu cầu khách quan, cấp bách và có ý nghĩa chiến lược”. “Ngoài việc đáp ứng đủ thép xây dựng thông dụng, ngành thép phải quan tâm xây dựng nhà máy chuyên sản xuất thép chất lượng cao, thép hợp kim và một số loại thép chất lượng khác ph ục vụ ngành chế tạo máy và công nghiệp quốc phòng”…. và trong nghị định số 88/CP ngày 31/12/1996 cũng đã ghi: “Công nghệ sản xuất vật liệu kim loại là lĩnh vực quan trọng có tác dụng quyết định đối với sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước cũng như đối với việc bảo vệ an ninh quốc gia…Trong việc xây dựng ngành luyện kim Việt Nam cần chú trọng các lĩnh vực công nghệ sau đây: Công nghệ luyện thép hợp kim chất lượng cao, thép hợp kim và hợp kim cho cơ khí chế tạo máy, công nghệ hóa chất, xi măng, dầu khí, cho nhu cầu quốc phòng. Các công nghệ đúc tiên tiến, công nghệ gia công, xử lý, phân tích, kiểm nghiệm tương ứng”. Như vậy, có thể thấy Đảng và Nhà nước ta luôn nhấn mạnh vai trò quyết định của vật liệu thép đối với sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa, đối v ới phát triển kinh tế và bảo đảm an ninh quốc phòng. Tuy nhiên, Việt Nam vẫn chưa có được một nhà máy cỡ lớn nào chuyên sản xuất các loại thép hợp kim và việc sản xuất thép hợp kim vẫn chỉ dừng lại ở quy mô nhỏ và sự đầu tư vẫn chưa được đồng bộ dẫn đến chất lượng thép hợp kim của ta được sản - 7 - xuất ra chất lượng vẫn chưa được tốt như thép nhập ngoại. Do đó hàng năm chúng ta vẫn phải nhập khẩu một lượng lớn thép hợp kim chất lượng cao từ nước ngoài để phục vụ cho nhu cầu sửa chữa và chế tạo thiết bị ở trong nước. Việc nghiên cứu để sản xuất thép hợp kim chất lượng cao nói chung và thép dụng cụ hợp kim ch ịu va đập nói riêng để chế tạo các chi tiết phục vụ cho các ngành công nghiệp là luôn cần thiết kể cả khi chúng ta đã có nền công nghiệp chế tạo thép hợp kim phát triển. Ở Việt Nam hiện nay vẫn chưa có đơn vị nhà máy nào chuyên sản xuất thép hợp kim nói chung và thép dụng cụ hợp kim chịu va đập nói riêng, với chất lượng cao, mà chủ yếu là sản xuất theo đơn đặt hàng dùng trong sửa chữa và thay thế. Một s ố đơn vị đã nghiên cứu và sản xuất được một số mác thép hợp kim nhằm đáp ứng một phần nhỏ nhu cầu của thị trường, tuy nhiên chỉ là sản xuất nhỏ lẻ, rời rạc hạn chế về số lượng và chưa ổn định về chất lượng. Hàng năm chúng ta phải nhập hàng trăm nghìn tấn thép hợp kim các loại, điều này không chỉ tiêu tốn rất nhiều ngoại tệ của đất nước mà còn ảnh hưởng đến nguồn cung cấp vật liệu cho các ngành sản xuất công nghiệp. Thép dụng cụ thuộc vào loại thép tốt, thép cao cấp được dùng rộng rãi trong công nghiệp. Thép dụng cụ dùng để chế tạo dao cắt, khuôn dập và dụng cụ đo lường. Thép dao cắt và thép khuôn dập khi làm việc cần có độ cứng cao hơn nhiều so với vậ t liệu bị gia công, đồng thời phải có tính chống mài mòn tốt. Vì vậy sau khi gia công một số chi tiết nhất định sẽ bị mài mòn và phải thay thế bằng dụng cụ khác, tức dụng cụ có tuổi thọ nhất định. Do đó yêu cầu cơ bản đối với thép dụng cụ là có độ bền cao và tính chống mài mòn cao. Ngoài những yêu cầu cơ bản đó, đối với dụng cụ khác nhau sẽ có yêu c ầu khác nhau đối với vật liệu. Thép dụng cụ hợp kim chịu va đập được sử dụng rộng rãi trong ngành cơ khí chế tạo nói chung và ngành gia công áp lực nói riêng vì chúng có cơ tính tổng hợp cao (độ bền cao, tính chịu va đập tốt, độ bền chống phá hủy cao, có thể làm việc bền lâu trong các điều kiện tải trọng phức tạp,…). Cơ chế của các - 8 - dng c lm bng cỏc loi thộp chu va p l chỳng cú kh nng thng c tr khỏng bin dng ca vt liu bin dng v mỏy múc, thit b tỏc ng lờn. Trong các loại thép dụng cụ hợp kim chịu va đập thì thép SKS43 có độ cứng và độ bền khá tốt. Nhờ có hàm lợng các bon cao và một số nguyên tố hợp kim nên các loại thép này có độ thấm tôi cao và tổ chức sau khi ram sẽ tiết ra các loại các bít hợp kim nhỏ mịn nên làm cho thép có độ hạt nhỏ mịn, đạt cơ tính tổng hợp cao đáp ứng đợc yêu cầu của các chi tiết máy làm việc trong môi trờng chịu va đập mạnh. Chính vì vậy, mác thép SKS43 có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực chế tạo cơ khí, dụng cụ, các chi tiết dùng trong môi trờng chịu va đập. Đây là mác thép của Nhật sản xuất theo tiêu chuẩn JIS G 4404 và đợc sử dụng khá nhiều ở nớc ta trong các thiết bị nhập khẩu: pitstong khoan lắc, khuôn tán mũ đinh hay đầu búa rèn,. ở các nớc khác nh Đức, Pháp, Trung Quốc, cũng sản xuất các loại thép tơng tự. Thành phần hoá học và cơ tính của các mác thép cùng chủng loại SKS43 bảng 1 và 2. Bng 1: Thnh phn húa hc ca m t s thộp dng c hp kim chu va p. STT Mỏc thộp C Si Mn Cr V W 1 SKS43 JIS G4404-83 1,00 ữ 1,10 0,25 0,30 0,20 0,10 ữ 0,25 - 2 SKS44 JIS G4404-83 0,80 ữ 0,90 0,25 0,30 0,20 0,10 ữ 0,25 - 3 SKS4 JIS G4404-83 0,45 ữ 0,55 0,35 0,50 0,5 ữ 1,00 - 0,5 ữ 1,00 4 SKS41 JIS G4404-83 0,35 ữ 0,45 0,35 0,50 1,00 ữ 1,50 - 2,50 ữ 3,50 5 4CrW2Si GB 1299-85 0,35 ữ 0,45 0,8 ữ 1,10 0,40 1,00 ữ 1,30 - 2,00 ữ 2,50 6 5CrW2Si GB 1299-85 0,45 ữ 0,55 0,50 ữ 0,80 0,40 1,00 ữ 1,30 - 2,00 ữ 2,50 - 9 - 7 6CrW2Si GB 1299-85 0,55 ữ 0,65 0,50 ữ 0,80 0,40 1,00 ữ 1,30 - 2,20 ữ 2,70 8 100V1 (1.2833) DIN (WN) 0,95 ữ 1,05 0,15 ữ 0,25 0,15 ữ 0,30 - 0,10 ữ 0,15 - 9 100V2 (NF A35-590 1992) 0,95 ữ 1,10 0,10 ữ 0,30 0,10 ữ 0,35 - 0,10 ữ 0,30 - Trong các mác thép trên, hàm lợng các tạp chất lu huỳnh (S) và phốt pho (P) đều nhỏ hơn 0,030% (mác thép 100V1 có P,S 0,025%). Bng 2: C tớnh ca mt s thộp dng c hp kim chu va p. STT Mỏc thộp cng sau ram (HRC) cng sau (HBS) 1 SKS43 JIS G4404-83 > 63 < 217 2 SKS44 JIS G4404-83 > 60 < 207 3 SKS4 JIS G4404-83 > 56 < 201 4 SKS41 JIS G4404-83 > 53 < 217 5 4CrW2Si GB 1299-85 53 217 - 179 6 5CrW2Si GB 1299-85 55 255 - 207 7 6CrW2Si GB 1299-85 57 285 - 229 8 100V1 (1.2833) DIN (WN) 57 230 9 100V2 (NF A35-590 1992) 60 223 Mác thép SKS43 là loại thép hợp kim thấp (nguyên tố hợp kim chính là Vanadi - V) sau khi đợc nhiệt luyện (tôi và ram thấp) sẽ có độ bền cao và tính chịu va đập tốt. - 10 - 1.2. ảnh hởng của các nguyên tố hợp kim lên cấu trúc và tính chất của thép SKS43. Nh trên đã nêu, mác thép SKS43 là loại thép hợp kim thấp với hàm lợng cácbon cao và các nguyên tố hợp kim chính là Vanadi (V), cùng với một số nguyên tố hợp kim khác là Si, Mn, Cr, Sự kết hợp ảnh hởng của các nguyên tố này đã tạo ra cho mác thép SKS43 sau khi đợc nhiệt luyện có cơ tính tổng hợp rất cao, đáp ứng đợc các yêu cầu của các chi tiết máy móc làm việc trong điều kiện chịu va đập. Sau đây chúng ta sẽ xem xét ảnh hởng của các nguyên tố hợp kim lên cấu trúc và tính chất của mác thép SKS43. - ảnh hởng của hàm lợng Cácbon (C): Cácbon là nguyên tố cùng với sắt tạo thành dung dịch đặc hòa tan có hạn, khi hòa tan trong thép C làm tăng lợng xementit, mở rộng vùng Ostenit. Ngoài ra C có thể kết hợp với một số nguyên tố hợp kim nh Cr, W, Mn, Mo, Ti, V, Nb, tạo thành Cacbit trong thép. Hình 1: Giản đồ trạng thái Fe-C ứng dụng trong điều kiện thực tế đối với vật đúc bằng thép C và thép hợp kim thấp. [...]... đặc tính, công dụng của thép Trong thép hợp kim khi hàm lợng C tăng, ảnh hởng của pha cacbit đợc tăng cờng nên làm tăng mạnh độ cứng, giới hạn bền sau tôi Độ phân tán của pha cacbit đợc quyết định bởi chế độ nhiệt luyện và thành phần thép - ảnh hởng của nguyên tố Vanadi : Theo tiêu chuẩn TCVN-7446-1-2004 thì trong thép có hàm lợng nguyên tố vanađi 0,10 %V thì đợc coi là thép hợp kim Vanađi là nguyên... lng tt : - B mt ngoi lỏng búng, bong x; - ỏy ớt b li, nh ớt b lừm; - Khụng cú biu hin r xp Kớch thc thi in x trc khi to phụi rốn: - Cho u bỳa trờn: 140 x 322(+60) mm - Cho u bỳa di: 140 x 366(+60) mm 1- in cc 2- B x 3- Dũng xoỏy x 4- Git kim loi 5- B kim loi lng 6- Lp v x 7- Thi kim loi 8- V hp kt tinh 9- Khe h 10 - hp kt tinh Hỡnh 6 : S cụng ngh tinh luyn in x 3.3 Cụng ngh rốn Thộp hp kim mỏc SKS43. .. tinh luyn in x ca Vin Luyn kim en cú cỏc thụng s nh sau : - Cụng sut mỏy bin th : 100 KVA - Dũng in : 1.000 ữ 1.500 A - in ỏp ra : 40 ữ 45 V - Kớch thc hp kt tinh : 140 x 600 mm - Kớch thc in cc : 80 mm - Lu lng nc lm mỏt : 5 6 m3/h t c mc ớch tinh luyn, chỳng tụi chn h x ANF-6 ca Liờn Xụ c vi thnh phn hoỏ hc 30% Al2O3 v 70% CaF2 H x ny cú nhiu u im l cú kh nng kh S tt, d kim v r tin Hai cu t ca x... tốt Tóm lại, loại thép này có cơ tính tổng hợp cao nên đợc dùng làm các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va đập cao - Thép cácbon tơng đối cao (0,55-0,65%C), loại thép này có u điểm là độ cứng, giới hạn đàn hồi cao nên đợc sử dụng làm các chi tiết đàn hồi - Thép cácbon cao ( 0,7%C), với u điểm độ cứng và tính chống mài mòn và va đập cao đặc biệt khi thép kết hợp với một số loại hợp kim đặc biệt nh... la chn mỏc thộp hp kim SKS43 phự hp cho vic ch to chu va p mnh l u bỳa rốn Ni dung nghiờn cu nh sau: 1) Nghiờn cu tng quan v nhu cu th trng, yờu cu cht lng v cụng ngh sn xut thộp SKS43 Nghiờn cu cỏc ti liu v: Tiờu chun vt liu, tiờu chun sn phm, cụng ngh ch to, ng dng ca u bỳa rốn 2) Khõu cụng ngh: Nghiờn cu xõy dng quy trỡnh cụng ngh, thit b ch to thộp dng c hp kim chu va p mỏc SKS43 theo tiờu chun... hàm lợng cácbon trong thép (Hình 2) Cácbon làm giảm độ dẻo dai của thép, đầu tiên, khi hàm lợng cácbon nhỏ độ dẻo (, ), độ dai va đập (ak) của thép giảm rất mạnh, song càng về sau mức giảm này càng nhỏ đi Chính do cácbon ảnh hởng lớn đến cơ tính của thép nh vậy nên nó quyết định phần lớn công dụng của thép Vì vậy, khi dùng thép vào việc gì trớc hết phải xem hàm lợng cácbon trong mác là bao nhiêu, sau... tố hợp kim Dựa vào hàm lợng các bon ngời ta chia thép thành 4 nhóm với cơ tính và công dụng rất khác nhau - Thép cácbon thấp ( 0,25% C) có độ dẻo, độ dai cao, nhng độ cứng lại thấp, hiệu quả nhiệt luyện (tôi + ram) không cao Muốn nâng cao hiệu quả nhiệt luyện để nâng cao độ bền, độ cứng phải kết hợp với quá trình thấm cácbon - 11 - - Thép cácbon trung bình (0,3 - 0,5%C), có độ bền, độ cứng, độ dẻo đều... nguyờn t hp kim (Bng 7) õy h s chỏy hao cỏc nguyờn t hp kim hoỏ khi nu luyn bng lũ cm ng c xõy dng da trờn s liu thng kờ ti Xng thộp - Vin Luyn kim en v mt s c s khỏc Bng 7 : H s chỏy hao ca cỏc nguyờn t hp kim TT Nguyờn t hp kim H s chỏy hao, % 1 Mn 8 - 10 2 Si 10 - 12 3 C (Bt grafit) 10 - 15 4 Cr 4-5 5 V 15 - 25 Da vo thnh phn hoỏ hc ca nguyờn liu u vo (bng 6), h s chỏy hao cỏc nguyờn t hp kim (bng... hp kim C, Si, Mn, Cr v V u nm trong gii hn tiờu chun ca mỏc thộp SKS43 c bit, cỏc tõp cht P v S cú hm lng rt thp, m bo cho thộp cú sch cao - 28 - 3.2 Cụng ngh tinh luyn to iu kin tt cho khõu rốn tip theo thỡ thi ỳc phi ỏp ng c cỏc yờu cu sau : - Sch tp cht : hm lng P, S phi thp - Sch khớ : hm lng cỏc loi khớ O2, N2, v H2 phi thp hn gii hn cho phộp - Cu trỳc : thi ỳc phi cú cu trỳc ht mn - Mt cao :. .. tinh thể bị méo lệch, do đó cơ tính của thép bị ảnh hởng Thép có hàm lợng Ôxy cao thờng bị phá huỷ giòn - 17 - + ảnh hởng của Nitơ và Hydro: Nitơ và Hyđrô ảnh hởng mạnh đến tính dẻo, tăng khuynh hớng phá huỷ giòn của thép N hoà tan trong ferit với lợng rất nhỏ và tạo thành vật lẫn trong kim loại (nitrít), các nitrit làm thép có tính giòn, làm giảm độ bền của thép Hàm lợng N cao gây ra hiện tợng hoá . luyện26 3.2 Công nghệ tinh luyện29 3.3 Công nghệ rèn 31 3.4 Công nghệ gia công cơ khí và chế tạo sản phẩm33 3.5 Công nghệ nhiệt luyện34 3.6 Các tính chất của thép hợp kim mác SKS43 37 3.7 Chế tạo sản. 06 1.1. Giới thiệu về tình hình sản xuất thép hợp kim và thép dụng cụ hợp kim chịu va đập mác SKS43 06 1.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến thép hợp kim mác SKS43 10 1.3. Quá trình va đập và. 1.1. Giới thiệu về tình hình sản xuất thép hợp kim và thép dụng cụ hợp kim chịu va đập mác SKS43. Hiện nay trên thế giới sản xuất khoảng 1.000 chủng loại thép hợp kim. Do thiết bị và kỹ thuật