Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005 80 Chơng 5 Những đặc điểm công nghệ cơ bản của một số thép khi cán 5.1. Những đặc điểm của một số thép thông dụng trong công nghệ cán Qua nghiên cứu lý thuyết và từ thực tế sản xuất, ngời ta đã đúc kết đợc những kinh nghiệm và những đặc điểm chung khi tiến hành công nghệ sản xuất cán cho các loại thép mà trong các ngành công nghiệp, xây dựng cũng nh các ngành khác của nền kinh tế quốc dân thờng sử dụng. 5.1.1. Thép các bon kết cấu Thép cácbon kết cấu bao gồm các loại thép cácbon thấp và trung bình. Khoảng nhiệt độ nung và cán của những loại thép này rộng rãi hơn. Nhiệt độ bắt đầu cán thờng từ 1170ữ1220 0 C. Nhiệt độ kết thúc cán từ 900ữ950 0 C. Trong phạm vi nhiệt độ cán ở trên thép có trở kháng biến dạng nhỏ, tính dẻo tốt và dể biến dạng khi cán. Tuy nhiên chúng ta cũng phải chú ý tới kích thớc, hình dáng và bề mặt sản phẩm cùng với chất lợng sản phẩm mà kết thúc cán với nhiệt độ thật thích hợp, làm nguội với tốc độ thích hợp để đạt đợc chất lợng cơ lý tính tốt, tính năng kỹ thuật cao. 5.1.2. Thép cácbon dụng cụ Đặc điểm của loại thép này là tính dẻo kém, hàm lợng cácbon ở trong thép càng cao thì tính dẻo lại càng kém. Nhiệt độ cán càng hạ thấp tính dẻo càng kém. Thời gian nung phôi dài, nhiệt độ nung cao thì lợng thoát cácbon càng nhiều. Nhiệt độ bắt đầu cán thờng từ 1050ữ1100 0 C. Nhiệt độ kết thúc cán từ 800ữ850 0 C. 5.1.3. Thép hợp kim kết cấu Đại bộ phận thép hợp kim kết cấu có tính dẻo rất cao. Nhiều thép hợp kim thấp ở nhiệt độ cao có trỏ kháng biến dạng gần nh thép cácbon kết cấu. Vì vậy công nghệ cán thép này gần giống nh công nghệ cán thép cácbon kết cấu. Nhiệt độ bắt đầu cán thờng từ 1170ữ1220 0 C. Nhiệt độ kết thúc cán từ 900ữ950 0 C. Điều đáng chú ý là lớp vảy sắt trên bề mặt của thép này khó bị bong ra khi cán và lớp này có rất nhiều ở bề mặt vật cán. cho nên trong quá trình công nghệ phải chú ý để khắc phục. 5.1.4. thép hợp kim dụng cụ Là loại thép có chứa hàm lợng cácbon cao và hàm lợng các nguyên tố hợp kim trong thép cũng rất cao. Trở kháng biến dạng của thép này rất lớn nên khi cán Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005 81 phải chú ý tới lợng ép và đề phòng h hỏng cho thiết bị. Để ngăn ngừa tổ chức cácbít mạng tập trung hình thành ở sản phẩm ta nên kết thúc cán ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ cán lý thuyết nói chung và giữ ở nhiệt độ đó một thời gian bằng cách làm nguội trong các lò hoặc hố nhiệt. 5.1.5. Thép có chất lợng cao Là loại thép có trở kháng biến dạng rất lớn khi gia công bằng phơng pháp cán. Tính dẻo của loại thép này thấp, nhiệt độ giảm thấp thì tính dẻo của chúng cũng giảm thấp, ngợc lại thì tính dẻo sẽ tăng. Nhiệt độ bắt đầu cán thờng từ 1150ữ1220 0 C. Nhiệt độ kết thúc cán từ 950ữ1.000 0 C. Do tính dẫn nhiệt của thép kém cho nên khi nung phôi có thể xảy ra các hiện tợng: nứt nẻ, quá nhiệt, mất cácbon, cháy nếu thời gian nung quá lâu hoặc nung với tốc độ nhanh. Khi tiến hành công nghệ cán ta cần chú ý: không nên dùng lợng ép quá lớn đối với các lần cán đầu nên dùng khoảng = 15ữ25%. Khi tổ chức hạt bị phá vỡ rồi thì các lần cán tiếp theo tiến hành với lợng ép từ từ tăng lên. Đây là loại thép khó ăn vào trục cán, vì vậy tốc độ cán không nên nhanh. Các lần cán sau tăng lợng ép lên để phá vỡ các tổ chức mạng cácbít tập trung trong thép để bảo đảm chất lợng. Đề phòng hiện tợng nứt nẻ sinh ra khi làm nguội, ngời ta tiến hành làm nguội chậm sản phẩm cán trong lò và hố nhiệt. Khi kết thúc cán xong nhiệt độ của sản phẩm khoảng 800 0 C thì ta bắt đầu làm nguội chậm. Tốt nhất là ủ sản phẩm ở nhiệt độ 750 0 C vừa tránh đợc nứt nẻ lại vừa xử lý bề mặt sản phẩm dẻ dàng. 5.1.6. Thép không gỉ a/ Thép không gỉ Crôm Là loại thép có trở kháng biến dạng thấp, tính dẻo của thép này tơng đối tốt. Nhiệt độ bắt đầu cán thờng từ 1100ữ1160 0 C. Nhiệt độ kết thúc cán từ 870ữ950 0 C. Đặc điểm của thép là dẫn nhiệt kém, vì vậy khi nung phôi dới nhiệt độ 800 0 C thi nung với tốc độ chậm để tránh hiện tợng nứt nẻ khi nung. Loại thép này lại khó chuyển biến pha vì vậy không thể dựa vào nhiệt luyện để có tổ chức hạt mịn tinh thể không thô v.v . Từ đặc điểm đó muốn tổ chức hạt nhỏ mịn, chúng ta phải dựa vào lợng ép và phơng pháp gia công. Đề phòng tổ chức hạt lớn, thô khi nung phôi ta tiến hành nung ở nhiệt độ không cao lắm. nhiệt độ kết thúc cán của chủng loại thép này càng nhỏ càng tốt để có thể nhận đợc tổ chức hạt nhỏ mịn. b/ Thép không gỉ Crôm-Niken Trở kháng biến dạng của loại thép này lớn, tính dẻo kém. Nhiệt độ bắt đầu cán thờng từ 1100ữ1160 0 C. Nhiệt độ kết thúc cán từ 900ữ950 0 C. tính dẫn nhiệt kém nên khi phôi nung đạt đến 800 0 C thì ta phải tiến hành nung với tốc độ chậm. Nhiệt độ kết tinh lại của thép này khá cao khoảng từ 850ữ900 0 C, vì thế để Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005 82 tránh hiện tợng biến cứng trên bề mặt thành phẩm gây khó khăn cho các bớc gia công cắt gọt sau này, ta nên kết thúc cán ở nhiệt độ cao hơn một ít. Nhng nếu kết thúc cán ở nhiệt độ cao quá thì tổ chức hạt của sản phẩm lại to và thô. Loại sản phẩm này đợc làm nguội bằng không khí, có khi làm nguội bằng nớc. 5.2. Chế độ cán và quy trình công nghệ cán thép vòng bi 5.2.1. Công dụng và những yêu cầu của thép vòng bi Thép vòng bi là một loại thép đợc sản xuất nhiều và sử dụng rộng rãi trong các ngành: giao thông, cơ khí chế tạo máy, thiết bị điện v.v . Đặc tính của thép là chịu mài mòn tốt, chịu áp lực tập trung lớn, yêu cầu về đọ cứng của thép cao lại phải đồng đều cho nên các tạp chất phi kim loại trong thép đòi hỏi rất ít và thành phần hoá học phải đảm bảo chính xác. Đa số thép vòng bị trong sản xuất cán đều ở dạng thép tròn vì vậy mà đòi hỏi bề mặt sản phẩm phải nhẵn bóng và kích thớc chính xác. Một số lớn thép này lại đợc kéo nguội để ra thành phẩm cho nên yêu cầu kỹ thuật cán của nó càng đòi hỏi cao. Thép vòng bi có nhiều loại nh: OLCr6, OLCr9, OLCr15 v.v .thờng dùng nhất là thép vòng bi OLCr15. Thép vòng bi OLCr15 có thành phần hoá học nh sau: C = 0,95 ữ 1,05 %; Mn = 0,2 ữ 0,4 %; Si = 0,15 ữ 0,35 % Cr = 1,35 ữ 1,65 %; S < 0,02 %; P < 0,027 % Vì công dụng của thép lớn, yêu cầu kỹ thuật cao cho nên các yêu cầu về tổ chức hạt, khử vảy sắt, bề mặt sản phẩm, các tính năng kỹ thuật v.v .cũng đòi hỏi phải đúng với quy định. 5.2.2. Đặc tính của thép vòng bi khi tiến hành công nghệ cán Là loại thép có điểm chảy thấp, có hiện tợng thoát cácbon và xuất hiện đốm trăng khi nung phôi. Thép có hệ số dẫn nhiệt thấp, trở kháng biến dạng cao. Khi nung thép dể bị quá nhiệt đặc biệt là ở tâm thỏi đúc vì khi thỏi đúc đông đặc các tạp chất tập trung ở giữa thép . Lợng giãn rộng lớn hơn khi cán thép cácbon. 5.2.3. Chế độ cán và quy trình công nghệ cán thép vòng bi a/ Chuẩn bị phôi ban đầu Xuất phát từ yêu cầu bề mặt sản phẩm phải bóng đẹp, chất lợng tốt cho nên phải tiến hành xử lý và làm sạch bề mặt của thỏi đúc và phôi ban đầu cho tốt. Chúng ta tiến hành xử lý phôi và làm sạch bề mặt phôi ban đầu ở trạng thái nguội nếu chúng có hình dáng và tiết diện ngang nhỏ, ở trạng thái nóng nếu chúng có hình dáng và tiết diện ngang lớn. Vì hệ số dẫn nhiệt thấp nên khi xử lý bề mặt thép bằng lửa chúng ta phải nung phôi đến nhiệt độ > 350 0 C khi đó mới tiến hành khử khuyết tật bằng lửa đợc và có thể dùng phơng pháp mài. Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005 83 b/ Nung phôi Ban đầu phôi đợc tăng nhiệt với tốc độ nhanh. Khi phôi đạt đến nhiệt độ 800 0 C thì tốc độ nung phải giảm lại và tăng nhiệt từ từ để tránh hiện tợng mất cácbon. Muốn giảm bớt lợng vảy sắt, giảm tiêu hao năng lợng thì giử phôi ở nhiệt độ nung một thời gian nhng thời gian nung toàn bộ phải ngắn. Nếu phôi ban đầu là thỏi đúc thì ta phải nung đến nhiệt độ cao hơn lý thuyết một ít thờng ở nhiệt độ 1170ữ1190 0 C và giữa nó ở nhiệt độ đó khoảng 2 giờ. Nếu nung phôi có kích thớc tiết diện nhỏ thì cần chú ý đến hiện tợng thoát cácbon. Nhiệt độ nung phôi có thấp hơn thỏi đúc và thờng là 1050ữ1070 0 C và thời gian giữa ở nhiệt độ đó cũng ngắn hơn một ít. c/ Chế độ cán Thỏi đúc và phôi sau khi nung tới nhiệt độ cán thì tính dẻo của thép rất tốt, trở kháng biến dạng nhỏ vì vậy lợng ép ở các lần cán ta có thể tiến hành đợc rất lớn. Lợng giãn rộng của thép vòng bi lớn hơn thép cácbon khoảng 20% cho nên: với cùng một lợng ép nh nhau thì lỗ hình trục cán của thép vòng bi phải rộng hơn khi cán thép cácbon một chút để tránh hiện tợng bavia khi cán. Vì chất lợng bề mặt của sản phẩm đòi hỏi cao cho nên bề mặt của lỗ hình đòi hỏi phải sạch, bóng và không bị xây xớc. Ngời ta dùng hệ thống lỗ hình bầu dục-tròn để cán thép này. Nhiệt độ kết thúc cán của thép vòng bi từ 800ữ900 0 C. Ơr nhiệt độ này thuận tiện cho việc hình thành cácbít tập trung ở dạng lới trên biên giới hạt. Nhiệt độ kết thúc cán càng cao, tốc độ làm nguội chậm thì tổ chức Pclit đợc tạo thành với hạt to và thô. Nếu nhiệt độ kết thúc cán từ 850ữ860 0 C và thấp hơn một chút thì chúng ta nhận đợc tổ chức nhỏ, mịn và không có sự hình thành các mạng các bít tập trung ở bề mặt sản phẩm và ở biên giới hạt. Tuy nhiên ở nhiệt độ kết thúc đó cũng có sự hình thành một lớp mỏng của tổ chức mạng lới cácbít, nhng lớp này sẽ bị loại trừ khi ta tiến hành làm nguội chậm hoặc ủ thép. Nếu ta kết thúc cán ở nhiệt độ < 800 0 C thì các hạt tinh thể sẽ bị kéo dài ra, dẫn tới việc các hạt cácbít mạng ở dạng lới vì vậy nhiệt độ kết thúc cán nên khoảng 810ữ850 0 C. Đối với lần cán cuối cùng nên cán với một lợng ép tơng đối lớn với mục đích phá vỡ các hạt để có tổ chức hạt nhỏ, mịn và đề phòng sự hình thành các mạng cácbít lới trong sản phẩm. d/ Làm nguội sản phẩm thép vòng bi Để phòng sự hình thành các mạng cácbít lới xuất hiện xuất hiện trong sản phẩm nên ngời ta làm nguội nhanh sản phẩm tới nhiệt độ 600ữ650 0 C. Sau đó đề phòng sự xuất hiện đóm trắng ngời ta lại tiến hành làm nguội chậm (Đối với sản phẩm có = 20ữ30 mm không cần làm nguội chậm). Để giảm độ cứng của thép có Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005 84 lợi cho việc gia công cơ khí sau này thì tiến hành ủ sản phẩm. Ngoài ra còn phải tẩm thực bề mặt để khử hết các lớp vảy sắt và tiến hành các công tác kiểm tra, tinh chỉnh để nâng cao chất lợng bề mặt sản phẩm. Tóm lại quy trình công nghệ cán thép vòng bi có thể vắn tắt theo sơ đồ công nghệ sau: 5.3. Các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật trong sản xuất cán Các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật trong sản xuất cán chủ yếu là năng suất cán/giờ, năng suất/ năm; các tiêu hao về điện, nớc, hao mòn trục cán v.v . 5.3.1. Năng suất của máy cán Năng suất giờ của máy cán đợc tính theo công thức sau: T G3600 A = (tấn/giờ) trong đó, G: trọng lợng của thỏi đúc hoặc phôi (tấn) T: chu kỳ cán (giây) (chu kỳ cán là một khoảng thời gian bắt đầu cán thỏi thứ nhất đến thỏi thứ 2 trên cùng một giá cán. Các máy cán khác nhau có chu kỳ cán khác nhau. Từ công thức trên ta thấy rằng muốn tăng năng suất cho máy cán ta phải tăng trọng lợng của thỏi đúc hoặc phôi, đồng thời giảm chu kỳ cán T. thực ra tăng trọng lợng của thỏi đúc hoặc phôi, thì chu kỳ cán T cũng tăng theo vì vậy việc tăng sản lợng cho máy cán phải tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể để tính. 5.3.2. các chỉ tiêu tiêu hao chủ yếu a/ Hệ số tiêu hao kim loại nh ta đã biết kim loại bị tiêu hao khi nung phôi, cắt đầu phôi, làm sạch bề mặt v.v .trong quá trình công nghệ cán. Ngời ta dùng hệ số tiêu hao kim loại K để biểu thị và tính: n 0 G G K = trong đó, G 0 : trọng lợng của thỏi đúc hoặc phôi ban đầu G n : trọng lợng của sản phẩm. Kiểm tra bề mặt thỏi đúc Nung thỏi đúc Cán cắt Làm nguội chậm Tẩm thực Kiểm tra, tinh chỉnh phôi Nung phôi Cán phôi ra thành phẩm Cắt đoạn Làm nguội chậm ủ Tẩm thực Kiểm tra, tinh chỉnh phôi Giáo trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005 85 n321 n )1n( 3 2 2 1 1 0 K .K.K.K G G . G G . G G . G G K == Tỷ số đảo ngợc b G G 0 n = đợc gọi là hiệu suất của sản phẩm. b/ Các tiêu hao khác - Tiêu hao điện đợc tính bằng KW.h/tấn sản phẩm - Tiêu hao nớc đợc tính bằng KW.m 3 /h sản phẩm. - Tiêu hao trục cán đợc tính bằng KW.kg/tấn sản phẩm. Trong các chỉ tiêu tiêu hao thì tiêu hao kim loại là chủ yếu, vì nó chiếm tới 90% trong sản xuất cán. cho nên làm giảm chỉ tiêu về tiêu hao kim loại là rất cần thiết. Chúng ta sẽ nghiên cứu kỹ hơn các tiêu hao này trong các chơng sau. . trình: Công nghệ cán và thiết kế lỗ hình trục cán Trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng - 2005 80 Chơng 5 Những đặc điểm công nghệ cơ bản của một số thép khi cán. có khi làm nguội bằng nớc. 5.2. Chế độ cán và quy trình công nghệ cán thép vòng bi 5.2.1. Công dụng và những yêu cầu của thép vòng bi Thép vòng bi là một