Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu công nghệ SX thép mác Z50CD15 dùng để chế tạo khuôn ép thức ăn gia súc
1 BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM VIỆN LUYỆN KIM ĐEN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN CẤP BỘ Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP MÁC Z50CD15 DÙNG ĐỂ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP THỨC ĂN GIA SÚC” Cơ quan chủ quản: TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM Cơ quan chủ trì: VIỆN LUYỆN KIM ĐEN Chủ nhiệm đề tài: Ths. NGUYỄN QUANG DŨNG 682628/4/2008 HÀ TÂY, 12/2007 2BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM VIỆN LUYỆN KIM ĐEN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN CẤP BỘ Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP MÁC Z50CD15 DÙNG ĐỂ CHẾ TẠO KHUÔN ÉP THỨC ĂN GIA SÚC” VIỆN LUYỆN KIM ĐEN VIỆN TRƯỞNG Nguyễn Văn Sưa HÀ TÂY, 12/2007 3MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 4 1. TỔNG QUAN 5 1.1. Giới thiệu thép không gỉ máctenxit có chứa Crôm, Molipđen và Vanadi 5 1.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim lên cấu trúc và tính chất của thép không gỉ máctenxit. 6 1.3. Nhiệt luyện thép không gỉ máctenxit 11 1.4. Thép không gỉ máctenxit mác Z50CD15. 12 1.5. Lựa chọn mác thép làm khuôn ép thức ăn gia súc. 13 1.5.1. Công nghệ chế biến thức ăn gia súc. 13 1.5.2. Lựa chọn mác thép làm khuôn ép thức ăn gia súc 15 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1. Nội dung nghiên cứu 16 2.2. Phương pháp nghiên cứu 16 3. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 17 3.1. Công nghệ sản xuất thép hợp kim mác Z50CD15 17 3.1.1. Công nghệ luyện thép 17 3.1.2. Công nghệ tinh luyện 20 3.1.3. Công nghệ đúc chi tiết 23 3.1.4. Công nghệ rèn 23 3.1.5. Công nghệ nhiệt luyện 25 3.2. Các tính chất của thép Z50CD15 27 3.2.1. Thành phần hoá học 27 3.2.2. Tính chất cơ lý 27 3.2.3. Cấu trúc pha 28 3.2.4. Tính chống gỉ của thép 32 3.3. Chế tạo sản phẩm 33 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36 4.1. Kết luận 36 4.2. Kiến nghị 36 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 6. PHỤ LỤC 38 4MỞ ĐẦU Trong một đất nước, nền kinh tế bao gồm rất nhiều ngành như công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải,… Trong số các ngành này, ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm cũng đóng một vai trò quan trọng. Trước đây, khi ngành cơ khí còn kém phát triển, ngành công nghiệp ít có tác dụng hỗ trợ đến sự phát triển của ngành chăn nuôi. Gần đây, người ta đã phát minh ra các máy chế biến thức ăn cho ngành chăn nuôi không những giúp giảm nhẹ lao động cho người chăn nuôi mà còn tăng năng suất và chất lượng của ngành kinh tế này. Trong số các thiết bị này, thiết bị chế biến thức ăn cho ngành chăn nuôi đã được nhiều nước tiến hành nghiên cứu, chế tạo. Nguyên lý hoạt động của thiết bị này như sau: nguyên liệu vụn rời, sau khi được hấp sấy, sẽ được máy này ép thành viên. Thức ăn này rất tiện lợi cho việc chăn nuôi gia súc, gia cầm ở qui mô công nghiệp. Nó cũng rất dễ dàng cho việc bảo quản, vận chuyển. Một trong các bộ phận quan trọng nhất của thiết bị ép thức ăn này là khuôn ép thức ăn. Khuôn ép này ngoài việc phải chịu được tác động ăn mòn khi tiếp xúc với các thức ăn, còn phải chịu được sự mài mòn của việc ép thức ăn khi đi qua các lỗ nhỏ trên bề mặt khuôn. Thép không gỉ máctenxít đáp ứng tốt các yêu cầu này. Để góp phần phục vụ nhu cầu trong nước, giảm thiểu nhập khẩu khi các chi tiết này bị hỏng, Viện Luyện kim đen đã đề xuất và được Bộ Công Thương chấp thuận giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép Z50CD15 dùng để chế tạo khuôn ép thức ăn gia súc”. Bản báo cáo bao gồm các phần như sau: - Tổng quan. - Nội dung và phương pháp nghiên cứu. - Kết quả đạt được. - Kết luận và kiến nghị. - Tài liệu tham khảo. - Các tài liệu liên quan đến đề tài. Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ, tạo điều kiện của Vụ Khoa học và Công nghệ (Bộ Công Thương), Viện Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy nông nghiệp cùng các cơ quan trong cũng như ngoài Bộ. Nhân dịp này, chúng tôi xin trân trọng cám ơn về sự giúp đỡ và hợp tác đó. 51. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu thép không gỉ máctenxit có chứa Crôm, Molipđen và Vanadi. Để phân biệt các loại thép với nhau, người ta có nhiều cách như theo thành phần hoá học, công dụng của chúng, cấu trúc tồn tại,… Đối với thép không gỉ, thông thường người ta hay dùng cách phân loại theo dạng tồn tại cấu trúc của thép. Trong hệ thép không gỉ có những họ thép như sau: thép austenit, dạng ferit, dạng máctenxit, dạng bề hoá tiết pha, dạng song pha. Trong các loại thép này thì thép máctenxit có giá thành thấp trong khi chúng lại có tính chất tốt của loại thép không gỉ. Thông thường, đối với thép không gỉ máctenxit chỉ có một nguyên tố hợp kim là Crôm thì hàm lượng Crôm tối thiểu phải lớn hơn 11,5% còn nếu có thêm các nguyên tố hợp kim khác như Mo, V, Ni, Ti, W,… thì hàm lượng Cr có thể nhỏ hơn 11,5% thì thép không gỉ đó mới có cấu trúc máctenxit. Nhờ có các nguyên tố hợp kim này mà thép có được tính chống gỉ tốt và có độ bền cơ học cao. Ngoài ra thép máctenxit còn có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như cơ khí, dụng cụ và các chi tiết sử dụng ở nhiệt độ cao. Thành phần hoá học của hệ thép không gỉ máctenxit được nêu trong bảng 1. Bảng 1: Thành phần hóa học của hệ thép không gỉ máctenxit. TT Mác thép Thành phần hoá học của các nguyên tố (%) AISI ASTM C Si Mn P ≤ S ≤ Cr Ni Mo Khác 1 403 403 ≤0,15 ≤0,50 ≤1,00 0,040 0,030 11,5-13,0 2 410 410 ≤0,15 ≤1,00 ≤1,00 0,040 0,030 11,5-13,5 3 410Cb XM-30 ≤0,15 ≤1,00 ≤1,00 0,040 0,030 11,5-13,5 Nb≤0,25 4 410S - ≤0,06 ≤1,00 ≤1,00 0,040 0,030 11,5-13,5 ≤0,6 5 414 414 ≤0,15 ≤1,00 ≤1,00 0,040 0,030 11,5-13,5 1,25-2,50 6 416 416 ≤0,15 ≤1,00 ≤1,25 0,060 0,150 12,0-14,0 Zr/Mo≤0,60 7 416 plus X - ≤0,15 ≤1,00 1,50-2,50 0,060 0,150 12,0-14,0 ≤0,60 8 416Se 416Se ≤0,15 ≤1,00 ≤1,25 0,060 0,060 12,0-14,0 Se>0,15 9 420 420 ≤0,15 ≤1,00 ≤1,00 0,040 0,030 12,0-14,0 10 420F 420F ≤0,15 ≤1,00 ≤1,25 0,060 0,150 12,0-14,0 ≤0,60 11 420F Se 420F Se 0,30-0,40 ≤1,00 ≤1,25 0,06 0,06 12,0-14,0 Se>0,15 12 422 - 0,20-0,45 ≤0,75 ≤1,00 0,040 0,030 11,5-13,5 0,50-1,00 0,75-1,25 V=0,15-0,3 W=0,75-1,25 13 431 431 ≤0,20 ≤1,00 ≤1,00 0,040 0,030 15,0-17,0 1,25-2,50 14 440A 440A 0,60-0,75 ≤1,00 ≤1,00 0,040 0,030 16,0-18,0 ≤0,75 615 440B 440B 0,75-0,95 ≤1,00 ≤1,00 0,040 0,030 16,0-18,0 ≤0,75 16 440C 440C 0,95-1,20 ≤1,00 ≤1,00 0,040 0,030 16,0-18,0 ≤0,75 17 440F - 0,95-1,20 ≤1,00 ≤1,00 0,06 0,15 16,0-18,0 Mo/Zr≤0,75 18 440F Se - 0,95-1,20 ≤1,00 ≤1,00 0,06 0,06 16,0-18,0 Se>0,15 19 501 501 ≤0,10 ≤1,00 ≤1,00 0,040 0,030 4,00-6,00 0,40-0,65 20 502 502 ≤0,10 ≤1,00 ≤1,00 0,040 0,030 4,00-6,00 0,40-0,65 21 503 501A ≤0,15 ≤1,00 ≤1,00 0,040 0,030 6,00-8,00 0,45-0,65 22 504 501B ≤0,15 ≤1,00 ≤1,00 0,040 0,040 8,00-10,0 0,90-1,10 Qua bảng 1 ta thấy hệ thép không gỉ máctenxit được phân chia làm 3 nhóm chính gồm nhóm thép chỉ có Cr khoảng 13%, nhóm có chứa Cr+Ni và nhóm có chứa Cr cộng thêm một số nguyên tố hợp kim vi lượng như Mo, V, Ti. 1.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim lên cấu trúc và tính chất của thép không gỉ máctenxit. . Như đã biết, thành phần cơ bản của thép không gỉ máctenxit là Cr vào khoảng 11,5-18% ngoài ra còn có thêm một số nguyên tố hợp kim khác nữa. Sau đây ta sẽ xem xét ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến cấu trúc và tính chất của các loại thép không gỉ máctenxit. Cácbon: Cácbon là nguyên tố mở rộng vùng γ, tức là nguyên tố tăng độ ổn định của pha austenit. Do có khả năng mở rộng vùng dung dịch rắn γ và tạo thành pha cácbit có độ cứng cao nên cácbon là nguyên tố tăng bền rất tốt. Khi tăng nhiệt độ thì khả năng tăng bền của cácbon giảm đi do có sự thay đổi cấu hình của cácbit. Khi có các nguyên tố tạo cácbit mạnh trong hợp kim thì cácbon tập trung chủ yếu vào những vị trí hình thành cácbit. Vì vậy, khi tăng hàm lượng cácbon sẽ làm thay đổi sự phân bố các nguyên tố hợp kim giữa các pha dung dịch rắn và pha cácbít. Điều này dẫn đến làm nghèo dung dịch rắn, ảnh hưởng đến tính chất hợp kim. Cácbon cũng có ảnh hưởng xấu đến tính dẻo, giảm khả năng chống lại sự phát triển của vết nứt và giảm tính hàn của hợp kim. Vì vậy, hầu hết các loại thép hợp kim đều chứa hàm lượng cácbon thấp như các loại thép không gỉ làm việc trong các môi trường có tính ăn mòn mạnh. Tuy nhiên, đối với thép không gỉ máctenxit được sử dụng trong ngành chế tạo cơ khí thì hàm lượng cácbon lại cao. Crôm: Crôm là nguyên tố rất quan trọng có ảnh hưởng mạnh đến tính chống gỉ của thép nhờ khả năng thụ động của Crôm. Để đảm bảo khả năng chống gỉ của thép, hàm lượng Cr trong thép tối thiểu phải lớn hơn 11,5% để tạo ra một lớp màng 7ôxit bền vững trên bề mặt thép và lớp ôxit này có lực liên kết bền vững với kim loại nền nên đã tạo cho thép có tính chống gỉ tốt. Hình 1: Giản đồ trạng thái của hệ Fe-Cr Hình 1 mô tả giản đồ trạng thái của Fe-Cr. Crôm là nguyên tố mở rộng vùng α, làm tăng nhiệt độ Ac3 và làm giảm nhiệt độ Ac1. Ở khoảng nhiệt độ 600-8000C với hàm lượng Cr vào khoảng 45% sẽ tạo thành pha σ mở rộng về hai phía Fe và Cr. Pha σ rất cứng và dòn. Pha σ trong hệ Fe-Cr được tiết ra ở nhiệt độ cao và cần thời gian dài. Ở nhiệt độ thấp thì không thể tiết ra pha σ. Crôm là nguyên tố tạo cácbít khá mạnh. Vì vậy, cácbon liên kết với crôm tạo thành cácbit đã làm giảm khả năng tiết pha σ trong thép crôm. Crôm kết hợp với cácbon thành 3 loại cácbít : Cr3C, Cr7C3 và Cr23C6. Cácbít Cr23C6 có mạng tinh thể lập phương diện tâm với thông số mạng 0,64A0 với nhiệt độ nóng chảy là 1520-15500C. Cácbít Cr7C3 có mạng tinh thể ba nghiêng với thông số mạng a=3,89A0 và c=41,323A0, nhiệt độ nóng chảy là 1630-16700C. Đối với thép được hợp kim nhiều nguyên tố thì Cr thường tạo ra cácbit phức ở dạng (Fe,Cr)3C, (Cr,Fe)7C3 và (Cr,Fe)4C. Các dạng cácbit phức được thể hiện trên hình 2. 8 Hình 2: Mặt cắt đẳng nhiệt giản đồ trạng thái của hệ Fe-Cr-C ở 200C Tóm lại, trong thép không gỉ máctenxit, Crôm có những tác dụng sau: Tạo ra khả năng chống gỉ cho thép. Tạo ra cấu trúc máctenxit làm tăng độ bền cho thép. Vanadi: Vanadi ở trong thép có tác dụng làm nhỏ hạt tinh thể nên tạo cho thép có độ bền và tính dẻo cao. Vanadi là nguyên tố tạo cacbit rất mạnh (khả năng tạo cacbit tăng dần theo thứ tự Fe - Mn - Cr - Mo - W - Nb - V - Zr - Ti). Vanadi cùng với C tạo ra nhiều loại cacbit như V5C, V2C, V4C3, VC và V2C3. Ngoài các nguyên tố hợp kim trên ra, trong thép không gỉ máctenxit có thể có thêm một số nguyên tố hợp kim khác nữa như Ni, W, Ti, Nb,… Trong số các nguyên tố này thì Ti và Nb cũng có tác dụng tạo pha cácbit để nâng cao độ bền, tính chịu nhiệt và tính chống gỉ. 9 Hình 3: Giản đồ trạng thái hệ Fe-V. Hình 4: Mặt cắt đẳng nhiệt giản đồ trạng thái của hệ Fe-V-C ở 200C 10Molypđen: Mo là nguyên tố hợp kim thu hẹp vùng γ và mở rộng vùng α trong hợp kim với sắt. Mo làm tăng độ bền cơ học, độ bền mỏi và làm tăng tính chịu nhiệt của thép. Mo cũng là nguyên tố tạo cácbít mạnh như Cr. Trong thép hợp kim có chứa Mo thông thường tạo thành cácbit đơn như MoC, Mo2C và một số loại cácbít phức khác. Hình 5: Giản đồ trạng thái hệ Fe-Mo [...]... ăn gia súc 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu Đề tài sẽ tiến hành các nội dung nghiên cứu như sau: - Nghiên cứu lựa chọn mác thép hợp kim phù hợp để chế tạo khuôn ép thức ăn gia súc; - Nghiên cứu xác định công nghệ chế tạo thép hợp kim mác Z50CD15 bao gồm các khâu: Công nghệ luyện thép Công nghệ tinh luyện Công nghệ gia công áp lực Công nghệ nhiệt luyện - Đánh giá chất lượng... thép không gỉ máctenxit mác Z50CD15 để chế tạo khuôn ép thức ăn gia súc là phù hợp - Đã xác định được công nghệ chế tạo thép không gỉ máctenxit mác Z50CD15 bao gồm các khâu: Công nghệ luyện thép trong lò tần số Công nghệ đúc chi tiết Công nghệ nhiệt luyện (ủ và tôi+ram) - Đề tài đã xác định được các tính chất của thép Z50CD15 (bao gồm thành phần hoá học, cơ lý tính và cấu trúc) Thép do đề tài chế tạo. .. khả năng chống ăn mòn - Chế tạo 03 khuôn ép thức ăn gia súc, dùng thử và đánh giá chất lượng cũng như khả năng sử dụng 2.2 Phương pháp nghiên cứu Để đảm bảo kết quả nghiên cứu có độ tin cậy cao, đề tài đã sử dụng các phương pháp và thiết bị nghiên cứu sau: - Dựa trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu, tiêu chuẩn về thép hợp kim và điều kiện làm việc của khuôn ép thức ăn gia súc để lựa chọn mác thép - Sử... tương đối của thép nghiên cứu - Sử dụng máy đo độ cứng theo tiêu chuẩn TCVN 256-1 - Sử dụng kính hiển vi quang học để nghiên cứu tổ chức tế vi của thép 16 3 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 3.1 Công nghệ chế tạo thép hợp kim mác Z50CD15 Sau khi nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn trong nước cũng như trên thế giới, đề tài đã đi theo hai hướng công nghệ khác nhau nhằm chế tạo được sản phẩm là khuôn ép thức ăn gia súc Hướng... Z50CD15 sau khi nhiệt luyện là máctenxit, δpherit và cácbít các loại Ngoài ra, thép không gỉ máctenxit còn có tính chống gỉ cao trong một số môi trường ăn mòn Chính vì có các tính chất cơ lý tính cao như vậy mà thép không gỉ máctenxit Z50CD15 được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp như cơ khí, hoá chất,… 1.5 Lựa chọn mác thép làm khuôn ép thức ăn gia súc 1.5.1 Công nghệ chế biến thức ăn gia súc. .. nghiệm 3.1.1 Công nghệ luyện thép Thép hợp kim mác Z50CD15 thuộc về hệ thép không gỉ máctenxit có thành phần hóa học: C = 0,45 - 0,55%, Si ≤ 0,75%, Mn ≤ 1,0%, P ≤ 0,04%, S ≤ 0,015%, Cr = 14,0 - 15,0%, Mo = 0,5 - 1,0%, V = 0,1 - 0,2% Để thuận tiện cho việc gia công chế tạo khuôn ép, hàm lượng Crôm nên nằm trong giới hạn dưới của mác thép Tuy nhiên để tăng khả năng chống gỉ và độ bền của thép, hàm lượng... xúc với các loại thức ăn khác nhau Để đáp ứng các yêu cầu này, thép không gỉ máctenxit loại Z50CD15 có độ bền cơ học cao, tính chống gỉ tốt hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu trên Hiện nay trên thế giới đang sử dụng vật liệu X46Cr13 cho khuôn và lô ép tại các nhà máy chế biến thức ăn gia súc Hình dạng của một khuôn ép thức ăn gia súc được thể hiện trên hình 9: 15 Hình 9: Khuôn ép thức ăn gia súc 2 NỘI DUNG... Sơ đồ công nghệ rèn thép không gỉ mác Z50CD15 được trình bày trên hình 11: 24 T0C 8000C 4000C 7 9 11 t (h) Hình 11: Sơ đồ công nghệ rèn thép Z50CD15 3.1.5 Công nghệ nhiệt luyện Để đảm bảo cơ tính cao và tính chống gỉ tốt thì thép không gỉ máctenxit mác Z50CD15 phải được nhiệt luyện Nhiệt luyện bao gồm hai công đoạn: ủ mềm để gia công cơ khí và nhiệt luyện cuối cùng để nâng cao cơ tính và khả năng chống... chống gỉ cũng được tăng lên 1.4 Thép không gỉ máctenxit mác Z50CD15 Thép không gỉ máctenxit mác Z50CD15 thuộc về nhóm thép có chứa 14,5%Cr và được hợp kim hoá thêm các nguyên tố hợp kim Mo và V Đây là hệ thép đã được nghiên cứu và sản xuất ở nhiều nước trên thế giới Các nước đã đưa ra tiêu chuẩn hoá mác thép này Bảng 2 đưa ra mác thép, tiêu chuẩn và thành phần hoá học của loại thép này của các nước... cácbit vào trong dung dịch rắn để chuẩn bị cho chuyển biến máctenxit trong quá trình làm nguội khi tôi thép Môi trường tôi của thép này là dầu Sơ đồ tôi thép không gỉ máctenxit mác Z50CD15 được trình bày trên hình 12 T0C 8000C 4000C 6 7 9 t (h) Hình 12: Sơ đồ công nghệ tôi thép không gỉ Z50CD15 Kết quả của nguyên công tôi thép Z50CD15 là ta nhận được cấu trúc thép bao gồm máctenxit, austenit dư và một . chọn mác thép hợp kim phù hợp để chế tạo khuôn ép thức ăn gia súc; - Nghiên cứu xác định công nghệ chế tạo thép hợp kim mác Z50CD15 bao gồm các khâu: Công. luyện thép không gỉ máctenxit 11 1.4. Thép không gỉ máctenxit mác Z50CD15. 12 1.5. Lựa chọn mác thép làm khuôn ép thức ăn gia súc. 13 1.5.1. Công nghệ chế