Luận văn: Nghiên cứu công nghệ tái chế thép không gỉ 201
Ngày nay sự phát triển của tất cả các ngành kĩ thuật như chế tạo Luyện kim, cơ khí, xây dựng, công nghiệp hóa học, kĩ thuật điện và điện tử, giao thông vận tải... đều gắn liền với vật liệu, đâu cũng cần đến vâtk liêuh thép với tính năng ngày càng đa dạng và chất lượng cao. Phát triển vật liệu thép đã trở thành một trong những hướng mũi nhọn của công nghiệp cả nước
Luận văn
Nghiên cứu công nghệ tái chế thép
không gỉ 201
75
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
Môc lôc
Më ®Çu....................................................................................................................1
PhÇn I - tæng quan ..................................................................................................3
1.1. T×nh h×nh nghiªn cøu thÐp kh«ng gØ t¹i ViÖt Nam..................................3
1.2. T×nh h×nh nghiªn cøu thÐp kh«ng gØ trªn thÕ giíi...................................4
1.3. C¸c ®Æc tÝnh cña thÐp kh«ng gØ. ..............................................................7
1.4. C¸c lÜnh vùc ¸p dông thÐp kh«ng gØ........................................................7
1.5. C«ng nghÖ luyÖn thÐp kh«ng gØ. .............................................................8
1.6. S¶n xuÊt thÐp s¹ch .................................................................................11
PhÇn II: C¬ së lý thuyÕt........................................................................................14
2.1. C¸c lo¹i thÐp kh«ng gØ...........................................................................14
2.1.1. ThÐp kh«ng gØ γ (austenit)..............................................................14
2.1.2. ThÐp kh«ng gØ Mactenxit ...............................................................17
2.1.3. ThÐp kh«ng gØ Ferrit.......................................................................18
2.1.4. ThÐp kh«ng gØ ho¸ cøng tiÕt pha ....................................................19
2.1.4. ThÐp kh«ng gØ song pha. ................................................................20
2.2. ¶nh h−ëng cña c¸c nguyªn tè hîp kim.................................................21
2.2.1 ¶nh h−ëng cña Mangan ..................................................................21
2.2.2. ¶nh h−ëng cña Cr«m ....................................................................22
2.2.3. ¶nh h−ëng cña Niken ....................................................................23
2.2.4. ¶nh h−ëng cña M«lip®en...............................................................26
2.2.5. ¶nh h−ëng cña h m l−îng C¸cbon ................................................26
2.3. ¶nh h−ëng cña t¹p chÊt.........................................................................27
2.3.1. ¶nh h−ëng cña P ............................................................................27
76
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
2.3.2. ¶nh h−ëng cña S ............................................................................28
2.3.3. ¶nh h−ëng cña Oxy .......................................................................28
2.3.4. ¶nh h−ëng cña Nit¬ v Hi®r« ........................................................28
2.4. Tinh luyÖn thÐp ngo i lß........................................................................29
2.4.1. Môc ®Ých tinh luyÖn. ......................................................................29
2.4.2. B¶n chÊt cña tinh luyÖn. .................................................................31
2.4.3. N©ng cao hiÖu qu¶ tinh luyÖn.........................................................32
2.4.4. T¸ch c¸c s¶n phÈm khö ¤xy. .........................................................33
2.4.5. §é s¹ch t¹p chÊt. ............................................................................35
2.5. Qu¸ tr×nh ¨n mßn kim lo¹i. ...................................................................39
2.5.1. ¡n mßn ho¸ häc. ............................................................................39
2.5.2. ¨n mßn ®iÖn ho¸. ...........................................................................40
2.5.3. C¬ chÕ cña ¨n mßn ®iÖn ho¸. .........................................................41
2.5.4. C¸c d¹ng ¨n mßn kh¸c. ..................................................................43
2.6. Kh¶ n¨ng chÞu ¨n mßn cña thÐp kh«ng gØ austenit. ..............................43
2.6.1. ¨n mßn ®iÓm..................................................................................43
2.6.2. ¨n mßn tinh giíi. ...........................................................................44
2.7. C¬ tÝnh cña thÐp kh«ng gØ austenit........................................................45
PhÇn III – Qu¸ tr×nh thùc nghiÖm.........................................................................47
3.1. Ph−¬ng ¸n nghiªn cøu ...........................................................................47
3.1.1 Môc ®Ých thÝ nghiÖm. ......................................................................47
3.1.2. Ph−¬ng ¸n thÝ nghiÖm. ...................................................................48
3.2. Qu¸ tr×nh nghiªn cøu.............................................................................49
3.2.1 ThiÕt bÞ thÝ nghiÖm. .........................................................................49
3.2.2. ChuÈn bÞ nguyªn vËt liÖu, tÝnh to¸n phèi liÖu v nÊu luyÖn...........50
77
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
3.3 C¸c kÕt qu¶ ®¹t ®−îc. .............................................................................52
3.3.1. Th nh phÇn ho¸ häc c¸c mÎ luyÖn. ................................................52
3.3.2. KiÓm tra tÝnh chÊt chÞu ¨n mßn cña thÐp. .....................................53
3.3.3. Nghiªn cøu cÊu tróc cña thÐp........................................................54
3.3.4. ¶nh tæ chøc tÕ vi cña thÐp sau khi ®óc. .........................................63
3.3.5. ¶nh t¹p chÊt tÕ vi cña thÐp sau khi ®óc..........................................65
3.3.6. KiÓm tra tÝnh chÊt c¬ lý cña thÐp nghiªn cøu.................................67
3.3.7 S¬ ®å l−u tr×nh c«ng nghÖ ...............................................................68
PhÇn IV - KÕt luËn v kiÕn nghÞ...........................................................................70
I. KÕt luËn.....................................................................................................70
II. KiÕn nghÞ .................................................................................................70
T i liÖu tham kh¶o................................................................................................72
Phô lôc..................................................................................................................74
Môc lôc.................................................................................................................75
1
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
Më ®Çu
Ng y nay sù ph¸t triÓn cña tÊt c¶ c¸c ng nh kü thuËt nh− chÕ t¹o LuyÖn kim,
C¬ khÝ, X©y dùng, c«ng nghiÖp Hãa häc, kü thuËt §iÖn v §iÖn tö, Giao th«ng
vËn t¶i v.v... ®Òu g¾n liÒn víi vËt liÖu, ®©u còng cÇn ®Õn vËt liÖu thÐp víi tÝnh
n¨ng ng y c ng ®a d¹ng v chÊt l−îng cao. Ph¸t triÓn vËt liÖu thÐp ® trë th nh
mét trong nh÷ng h−íng mòi nhän cña c«ng nghiÖp c¶ n−íc.
H ng n¨m chóng ta ph¶i nhËp h ng tr¨m ngh×n tÊn thÐp kh«ng gØ, ®iÒu n y
kh«ng chØ tiªu tèn mét l−îng ngo¹i tÖ kh¸ lín m cßn ¶nh h−ëng ®Õn sù chñ
®éng nguån vËt liÖu cña c¸c ng nh c«ng nghiÖp. ViÖc t¸i chÕ l¹i c¸c m¸c thÐp
kh«ng gØ nhËp khÈu sau s¶n xuÊt (s¶n phÈn h− háng, kh«ng ®¹t chÊt l−îng v
phoi thÐp …) nh»m tiÕt kiÖm lín mét l−îng ngo¹i tÖ cho ®Êt n−íc v t¹o c«ng ¨n
viÖc l m cho ng−êi lao ®éng. V× vËy chóng t«i chän ®Ò t i “Nghiªn cøu c«ng
nghÖ t¸i chÕ thÐp kh«ng gØ 201”
Trong khu«n khæ ®Ò t i n y chóng t«i chØ ®i s©u v o nghiªn cøu gi¶i quyÕt
suÊt thu håi nh÷ng nguyªn tè hîp kim quý hiÕm nh− Cr, Ni; Sö dông ®−îc nh÷ng
nguyªn liÖu rÎ tiÒn cã chøa nguyªn tè quý hiÕm. Gi¸ th nh liÖu hîp kim chiÕm
tíi ≥ 70% tû gi¸ th nh s¶n xuÊt thÐp kh«ng gØ do vËy viÖc ®Çu tiªn l ph¶i nghiªn
cøu ®Õn thu håi nguyªn tè hîp kim nhÊt l ®èi víi thÐp 201 thÐp austenit chøa C
cùc thÊp. ¶nh h−ëng cña h m l−îng Ni ®Õn cÊu tróc pha, kh¶ n¨ng chÞu ¨n mßn
trong m«i tr−êng khÝ quyÓn, axÝt v c¬ tÝnh. Sö dông ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn
ngo i lß ®Ó n©ng cao ®é s¹ch cña thÐp tõ ®ã x©y dùng s¬ ®å l−u tr×nh c«ng nghÖ
t¸i chÕ thÐp kh«ng gØ 201 øng dông trong s¶n xuÊt.
3
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
PhÇn I - tæng quan
1.1. T×nh h×nh nghiªn cøu thÐp kh«ng gØ t¹i ViÖt Nam.
ë ViÖt Nam hiÖn nay ch−a cã c¬ së s¶n xuÊt n o chuyªn s¶n xuÊt c¸c m¸c
thÐp kh«ng gØ chÊt l−îng cao, m chñ yÕu chØ s¶n xuÊt theo ®¬n ®Æt h ng dïng
trong söa ch÷a v thay thÕ. Mét v i ®¬n vÞ ® nghiªn cøu v s¶n xuÊt ®−îc mét sè
m¸c thÐp kh«ng gØ nh−: ViÖn LuyÖn kim ®en, ViÖn c«ng nghÖ, C¬ khÝ H néi, C¬
khÝ §«ng Anh,..., tuy nhiªn chØ l s¶n xuÊt rêi r¹c, h¹n chÕ vÒ sè l−îng v kh«ng
æn ®Þnh vÒ chÊt l−îng. H ng n¨m chóng ta ph¶i nhËp h ng tr¨m ngh×n tÊn thÐp
kh«ng gØ, ®iÒu n y kh«ng chØ tiªu tèn mét l−îng ngo¹i tÖ kh¸ lín m cßn ¶nh
h−ëng ®Õn sù chñ ®éng nguån vËt liÖu cña c¸c ng nh c«ng nghiÖp.
Qua ®ît kh¶o s¸t cña c¸c nh m¸y c¬ khÝ th× nhu cÇu cña c¸c nh m¸y vÒ
thÐp kh«ng gØ lªn ®Õn h ng chôc ng n tÊn/n¨m.
B¶ng 1.1: Nhu cÇu sö dông thÐp 201 cña mét sè nh m¸y
c«ng ty/nh m¸y nhu cÇu tÊn /th¸ng phÕ tÊn / th¸ng
c«ng ty tnhh t©n ¸ 1000-3000 10-30
c«ng ty tnhh t©n mü 1000-2000 10-20
c«ng ty tnhh to n mü 1000-3000 10-30
c«ng ty kim khÝ th¨ng long 2000-4500 20-45
c«ng ty khÝ cô xuÊt khÈu h néi 2000-4000 20-45
4
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
Do nhu cÇu s¶n xuÊt c¸c chÕ phÈm b»ng thÐp kh«ng gØ l rÊt lín v sÏ ng y
mét t¨ng ë n−íc ta nªn ® th¶i ra mét l−îng lín phÕ th¶i v c¸c ®Ò xª. Do vËy
nghiªn cøu t¸i chÕ l¹i c¸c m¸c thÐp nhËp khÈu sau s¶n xuÊt (s¶n phÈn h− háng,
kh«ng ®¹t chÊt l−îng v phoi thÐp …) l mét môc tiªu cña ®Ò t i. V× nÕu chóng
ta t¸i chÕ l¹i nh÷ng m¸c thÐp n y th× còng mang l¹i lîi Ých kinh tÕ kh«ng nhá
tr¸nh l ng phÝ mét nguån phÕ th¶i quÝ gi¸.
1.2. T×nh h×nh nghiªn cøu thÐp kh«ng gØ trªn thÕ giíi.
Sù ph¸t triÓn kh«ng ngõng cña c¸c c«ng nghÖ hiÖn ®¹i, ®ßi hái vËt liÖu kim
lo¹i ph¶i cã nh÷ng tÝnh n¨ng ®Æc biÖt nh− tÝnh bÒn nhiÖt, kh¶ n¨ng chÞu ¨n mßn
chèng l¹i sù oxy ho¸ trong c¸c m«i tr−êng l m viÖc, dÔ biÕn d¹ng kh«ng tõ
tÝnh…
S¶n l−îng thÐp kh«ng gØ trªn thÕ giíi kh«ng ngõng t¨ng cao.
Qua sö dông, ng−êi ta nhËn thÊy thÐp kh«ng gØ austenit hÖ Fe-Cr-Ni cã tÝnh
chèng m i mßn, chÞu t¶i träng ch−a cao… do ®ã trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, ng−êi
ta ®Æc biÖt quan t©m ®Õn thÐp kh«ng gØ hÖ Fe-Cr-Mn. Do thay thÕ ®−îc Niken l
nguyªn tè khan hiÕm ®¾t tiÒn b»ng Mangan nªn lo¹i thÐp n y cã gi¸ th nh thÊp
h¬n. Lo¹i thÐp n y cã nhiÒu −u ®iÓm ch¼ng thua kÐm thÐp kh«ng gØ hÖ Fe-Cr-Ni,
mÆt kh¸c viÖc ®−a Nit¬ v o lo¹i thÐp n y rÊt thuËn lîi ® gãp phÇn n©ng cao ®¸ng
kÓ chÊt l−îng cña nã.
Tiªu chuÈn AISI cña Mü cã tíi 200 chñng lo¹i thÐp Mangan v cã nhiÒu
thÐp kh«ng gØ austenit hÖ Mangan ®−îc s¶n xuÊt thay cho thÐp kh«ng gØ austenit
hÖ Cr-Ni, trong ®ã h m l−îng Niken ®−îc thay thÕ dÇn b»ng Mangan, tiÕt kiÖm
®−îc Niken l nguyªn tè ®¾t tiÒn. MÆt kh¸c míi ®©y ng−êi ta ® c«ng bè vÒ tÝnh
−u viÖt cña viÖc thay thÕ Niken b»ng Mangan trong vËt liÖu nÒn s¾t l gi¶m ®−îc
thêi gian phãng x¹ d i cña thÐp v nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu ® tiÕn h nh
5
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
nh»m ®¸nh gi¸ ®Æc tÝnh cña thÐp kh«ng gØ austenit hÖ Cr-Mn (kh«ng cã Ni hoÆc
Ni≤1%) nh− l vËt liÖu cã cÊu tróc ho¹t tÝnh thÊp cho lß ph¶n øng h¹t nh©n.
Trong nh÷ng c«ng tr×nh n y, ng−êi ta kh¼ng ®Þnh r»ng hîp kim s¾t cã 12% Cr,
15%Mn,2%W cã ®é bÒn r o t−¬ng ®−¬ng thÐp kh«ng gØ austenit AISI316 ë nhiÖt
®é 873oK, còng nh− viÖc bæ sung ®ång thêi Nit¬ v C¸cbon rÊt cã lîi cho viÖc
t¨ng ®é bÒn chèng r o v lo¹i trõ t¹o th nh pha σ.
ViÖc cho v o thÐp l−îng nhá Vanadi, Titan còng rÊt cã lîi trong viÖc c¶i
thiÖn ®é bÒn cña thÐp ë nhiÖt ®é cao.
ThÐp kh«ng gØ l lo¹i vËt liÖu sö dông ë nhiÖt ®é cao, kh¶ n¨ng chèng ¤xy
ho¸ l vÊn ®Ò cùc kú quan träng. Trong nh÷ng nghiªn cøu gÇn ®©y, ng−êi ta cho
thÊy ë thÐp kh«ng gØ hÖ Mangan(Fe-12%Cr-15%Mn), t¸c dông cña Nit¬ v
C¸cbon rÊt lín ®èi víi tÝnh «xy ho¸ cña hîp kim. sù gia t¨ng cña kh¶ n¨ng chèng
gØ tuú thuéc v o tû lÖ N/C. Ng−êi ta cho r»ng Nit¬ cã lîi h¬n so víi C¸cbon trong
viÖc l m t¨ng ®é bÒn chèng gØ cña hîp kim. Trong tr−êng hîp thÐp kh«ng gØ
17%Cr, ®é bÒn chèng gi¶m khi t¨ng h m l−îng (N+C).§iÒu n y ®−îc lý gi¶i nh−
sau: c¶ hai nguyªn tè Nit¬ v C¸cbon ®Òu l nh÷ng chÊt t¹o austenit m¹nh, nh−ng
v× pha austenit cã thÓ biÕn ®æi tõng phÇn th nh pha ferÝt trong qu¸ tr×nh «xy ho¸
ë nhiÖt ®é cao. ®iÒu n y dÉn ®Õn viÖc t¹o th nh tæ chøc tÕ vi kh«ng ®ång nhÊt v
líp b¶o vÖ ®ång nhÊt Cr2O3 khã ®−îc t¹o th nh. mÆt kh¸c trong tr−êng hîp hîp
kim Fe-12%Cr-15%Mn, ®é ho tan cña C¸cbon v Nit¬ t¨ng dÇn lªn khi hîp kim
ho¸ b»ng l−îng lín Mangan v bëi tæ chøc austenit. kh¶ n¨ng t¹o th nh pha ferÝt
l rÊt Ýt v hîp kim gi÷ ®−îc pha austenit ®ång ®Òu. Líp «xýt b¶o vÖ(Mn,Cr)2O3
hÇu nh− ®−îc t¹o th nh dÔ d ng h¬n. bëi Nit¬ t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi ®Ó h×nh
th nh líp Fe-Cr ngay trªn bÒ mÆt cña kim lo¹i khi tû lÖ N/C l thÝch hîp, líp n y
rÊt cã hiÖu lùc trong viÖc ng¨n chÆn sù tiÕp xóc gi÷a ¤xy v c¸c nguyªn tè hîp
6
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
kim ho¸ trªn bÒ mÆt tiÕp xóc kim lo¹i-kh«ng khÝ v ng¨n chÆn sù «xy ho¸ c¸c
nguyªn tè hîp kim ®ã.
ViÖc cho thªm mét l−îng wolfram v o l rÊt hiÖu qu¶ ®Ó t¨ng ®é bÒn chèng
gØ cña thÐp Fe12%Cr15%Mn.
ViÖc cho thªm l−îng nhá Vanadi(0,5%) v Titan(0,2%) l ho n to n cã lîi
®Ó c¶i thiÖn ®é bÒn chèng ¨n mßn cña c¸c lo¹i thÐp n y. Trong tr−êng hîp ®ã,
líp nitrid kh«ng t¹o th nh ngay s¸t bÒ mÆt kim lo¹i, nã t¹o th nh hîp chÊt VN v
TiN trong m¹ng cña hîp kim.
Qua viÖc ph©n tÝch c¸c «xýt trªn bÒ mÆt, ng−êi ta cã thÓ biÕt tÝnh chèng gØ
cña thÐp Mangan l rÊt cao. ®ã l do sù t¹o th nh líp «xýt bÒ mÆt d¹ng
(MnCr)2O3.
B¶ng1.2: S¶n l−îng thÐp kh«ng gØ trªn thÕ giíi nh÷ng n¨m qua
N¨m
S¶n l−îng(1 triÖu tÊn)
1950 1 triÖu tÊn
1993 11,6
1994 13
1995 14
1996 14,7
1997 15,5
1998 16,3
1999 16,6
2000 17,8
2004 24
7
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
Nhu cÇu thÐp kh«ng gØ trong n−íc ta còng kh¸ lín, nh−ng chñ yÕu vÉn ph¶i
nhËp tõ n−íc ngo i (kho¶ng 10.000 tÊn/n¨m).Trong ®ã nh÷ng ng nh cã nhu cÇu
®¸ng kÓ nh−: ng nh y tÕ, dÇu khÝ, n¨ng l−îng, quèc phßng, ®å gia dông,…
1.3. C¸c ®Æc tÝnh cña thÐp kh«ng gØ.
ThÐp kh«ng gØ cã rÊt nhiÒu ®Æc tÝnh −u viÖt
1> §Æc tÝnh næi bËt nhÊt cña thÐp kh«ng gØ l kh¶ n¨ng chèng gØ. Ng y
nay ng−êi ta ® chÕ t¹o ®−îc c¸c lo¹i thÐp kh«ng gØ cã kh¶ n¨ng l m
viÖc trong ®iÒu kiÖn x©m thùc m¹nh nh− trong axits, kiÒm, phãng
x¹…. ®iÒu n y bªn c¹nh ý nghÜa kü thuËt cßn mang ý nghÜa kinh tÕ
rÊt lín.
2> Cã kh¶ n¨ng l m viÖc ë nhiÖt ®é cao.
3> Cã c¸c tÝnh chÊt c¬ häc (cã ®é bÒn, tÝnh dÎo) v c«ng nghÖ (tÝnh h n,
tÝnh dÎo, kh¶ n¨ng dËp s©u, tÝnh gia c«ng tèt).
4> Cã tÝnh vÖ sinh cao (dÔ l m s¹ch).
5> Ngo¹i h×nh thÈm mü cao.
6> Cã nhu cÇu dïng l¹i lín.
1.4. C¸c lÜnh vùc ¸p dông thÐp kh«ng gØ
Nhê cã nhiÒu ®Æc tÝnh −u viÖt nh− ® nªu ë phÇn trªn m thÐp kh«ng gØ
ng y nay ®−îc ¸p dông trong nhiÒu lÜnh vùc kü thuËt v ®êi sèng h ng ng y theo
Peter th× tû lÖ sö dông thÐp kh«ng gØ trong c¸c lÜnh vùc kh¸c nhau ®−îc nªu theo
b¶ng sau:
B¶ng 1.3: LÜnh vùc sö dông thÐp kh«ng gØ
I. S¶n xuÊt h ng tiªu dïng 30%
Dông cô nh bÕp 10%
§å hép 10%
8
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
Thïng chËu 5%
Kh¸c 5%
II. Sö dông trong c«ng nghiÖp 70%
Ho¸ chÊt, ho¸ dÇu 17%
C«ng nghiÖp thùc phÈm 17%
Giao th«ng 12%
N¨ng l−îng 7%
C«ng nghiÖp giÊy + DÖt 7%
X©y dùng, KiÕn tróc 7%
Kh¸c 3%
HiÖn nay ng−êi ta ® nh×n v o søc tiªu thô thÐp kh«ng gØ tÝnh trªn ®Çu ng−êi
®Ó l m tiªu chÝ ®o møc cuéc sèng cña mét n−íc, møc tiªu thô n y ë mét sè
n−íc tiªu biÓu nh− sau:
§øc, NhËt B¶n, H n Quèc: 15 Kg/ng−êi.n¨m
Thôy §iÓn : 11 Kg/ng−êi.n¨m
Mü : 8 Kg/ng−êi.n¨m
Ên §é : 1 Kg/ng−êi.n¨m
Trung Quèc: 1 Kg/ng−êi.n¨m
1.5. C«ng nghÖ luyÖn thÐp kh«ng gØ.
Tr−íc ®©y s¶n xuÊt thÐp kh«ng gØ ®−îc tiÕn h nh trong lß ®iÖn hå quang nªn
yªu cÇu nguyªn liÖu ®−a v o ph¶i rÊt s¹ch, phÕ thÐp kh«ng gØ cïng lo¹i víi thÐp
®Þnh s¶n xuÊt, ferro hîp kim C¸cbon thÊp hoÆc c¸c hîp chÊt hîp kim hãa ë d¹ng
kim lo¹i.. V× vËy gi¸ th nh cña thÐp kh«ng gØ rÊt cao.
N¨m 1954, C«ng ty Union Carbid Corporation (Mü) ® nghiªn cøu c«ng
nghÖ khö C¸cbon b»ng Argon – Oxygen Decarburization (AOD) ë trong phßng
9
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
thÝ nghiÖm v ®Õn n¨m 1968 ® x©y dùng pilot ë møc ®é c«ng nghiÖp. Ng y nay,
AOD l ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn thÐp kh«ng gØ chñ yÕu trªn thÕ giíi. VÝ dô nh− ë
Mü l 100%, PhÇn Lan kho¶ng 70%.
Lß ®iÖn (EAF)
Lß thæi (AOD)
Thæi lÇn 1
Thæi lÇn 2
Thæi lÇn 3
G/® Ho n nguyªn
Khö l−u huúnh
S¶n phÈm
H×nh 1.1. L−u tr×nh c«ng nghÖ luyÖn thÐp kh«ng gØ b»ng EAF + AOD
B¶n chÊt cña c«ng nghÖ EAF + AOD l nÊu ch¶y trong lß ®iÖn hå quang víi
nguyªn liÖu rÎ tiÒn nhÊt nh− phÕ thÐp kh«ng gØ v ferro hîp kim C¸cbon cao.
Nguyªn liÖu ®−îc tÝnh sao cho Cr«m cao h¬n h m l−îng cña m¸c thÐp ®Þnh nÊu
10
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
l 0,5%, C= 0,25 ÷ 2,0 %, Si = 0,2 ÷ 1,5 %. Sau khi nÊu ch¶y liÖu trong lß hå
quang th× thÐp láng ®−îc chuyÓn sang thiÕt bÞ AOD ®Ó xö lý b»ng hçn hîp Ar +
O2. L−u tr×nh c«ng nghÖ luyÖn thÐp kh«ng gØ b»ng EAF + AOD ®−îc miªu t¶
trong h×nh 1.1
Ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ n y cã nhiÒu ý nghÜa vÒ kinh tÕ:
- Cã thÓ sö dông nguyªn liÖu chøa C¸cbon cao nªn gi¸ th nh rÎ;
- Gi¶m tiªu hao vËt liÖu chÞu löa so víi EAF;
- HÖ sè sö dông cña Cr«m v Niken cao (98 –100%).
NÕu chØ dïng EAF th× thêi gian luyÖn kÐo d i 4h30 cßn khi kÕt hîp víi
AOD th× thêi gian nÊu ch¶y ë EAF chØ cßn 2h30 v thêi gian xö lý ë AOD l Ýt
h¬n 1h30.
Ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ n y cho phÐp n©ng cao chÊt l−îng thÐp kh«ng gØ rÊt
nhiÒu. Ta cã thÓ s¶n xuÊt ®−îc c¸c lo¹i thÐp kh«ng gØ víi h m l−îng C¸cbon cùc
thÊp. NÕu chØ dïng EAF th× viÖc t¹o ra thÐp kh«ng gØ víi C = 0,025% l khã
kh¨n. Cßn c«ng nghÖ EAF + AOD th× ho n to n dÔ d ng ®¹t ®−îc C< 0,02%,
thËm chÝ ®¹t tíi C = 0,01 %, mét h m l−îng m ngay c¶ EAF + VOD còng khã
m ®¹t ®−îc.
- §iÒu khiÓn th nh phÇn ho¸ häc chÝnh x¸c h¬n.
- Gi¶m h m l−îng l−u huúnh do khuÊy trén m¹nh xØ baz¬ v m«i tr−êng
khö nªn dÔ ®¹t S < 0,01%, thËm chÝ S = 0,001%.
- N©ng cao ®é s¹ch cña thÐp.
Ng y nay trªn thÕ giíi ng−êi ta coi c«ng nghÖ EAF + AOD l c«ng nghÖ sè
mét ®Ó s¶n xuÊt thÐp kh«ng gØ víi c¸c tÝnh n¨ng v−ît tréi cña nã so víi c«ng
nghÖ kh¸c.
11
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
GÇn ®©y nhiÒu t¸c gi¶ ® nghiªn cøu c¶i tiÕn c«ng nghÖ EAF + AOD ®Ó s¶n
xuÊt thÐp kh«ng gØ víi nguyªn liÖu ®Çu v o l quÆng Cr«m chø kh«ng ph¶i l
ferro Cr«m. C«ng nghÖ n y gåm hai b−íc:
- T¹o ra hîp kim Fe-16%Cr-6%C trong lß ®iÖn tõ nguyªn liÖu l quÆng
Cr«m, thÐp phÕ v than cèc.
- Khö C¸cbon cña hîp kim trªn trong lß chuyÓn b»ng c¸ch thæi ¤xy v o sau
®ã xö lý ch©n kh«ng. Sau giai ®o¹n AOD, tr−íc khi ®óc liªn tôc ng−êi ta tiÕp tôc
xö lý trong lß thïng ®Ó hîp kim ho¸ c¸c nguyªn tè bæ sung nh− Ti, Nb… v khö
¤xy b»ng Al, Ca hay ®Êt hiÕm.
1.6. S¶n xuÊt thÐp s¹ch
-Do tÝnh chÊt tån t¹i trong tù nhiªn v c«ng nghÖ s¶n xuÊt cßn cã mét sè
nguyªn tè kh¸c còng ho tan v ë l¹i trong thÐp. Do ®ã thÐp kh«ng cã tÝnh chÊt
nh− s¾t nguyªn chÊt, tuú thuéc v o c¸c nguyªn tè ho¸ häc ho tan v o trong thÐp
m c¬ tÝnh, lý tÝnh, ho¸ tÝnh thay ®æi kh¸c nhau. Ngo i ra c¸c nguyªn tè ho¸ häc
cã thÓ ®iÒu chØnh h m l−îng ®Ó cã tÝnh chÊt ®¸p øng yªu cÇu sö dông ®−îc quy
®Þnh trong tiªu chuÈn, trong thÐp cßn cã chøa mét sè chÊt kh«ng mong muèn víi
mét h m l−îng nhá m víi c«ng nghÖ s¶n xuÊt th«ng th−êng kh«ng lo¹i ®−îc, ®ã
l c¸c chÊt khÝ H2, N2, O2… c¸c t¹p chÊt phi kim ®i v o thÐp tõ vËt liÖu chÞu löa
(t−êng lß, khu«n ®óc… )
-Trong c«ng nghiÖp v phôc vô ®êi sèng mét sè tr−êng hîp cho phÐp sö
dông thÐp cã h m l−îng nhá c¸c t¹p chÊt trªn. Nh−ng sù ph¸t triÓn cña c«ng
nghiÖp v ®êi sèng hiÖn ®¹i, ng−êi ta yªu cÇu thÐp cã ®é s¹ch, ®Æc biÖt trong lÜnh
vùc thÐp kh«ng gØ.
-Nh÷ng n¨m gÇn ®©y do sù ph¸t triÓn trong c«ng nghiÖp chÕ t¹o m¸y, cã
mét sè yªu cÇu míi vÒ tÝnh chÊt c¬ lý cña thÐp nguyªn liÖu, thÐp ph«i ®ßi hái
chÊt l−îng thÐp ng y c ng cao, thÐp ng y c ng Ýt t¹p chÊt cã h¹i.
12
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
VÝ dô: Do lîi Ých cña thÐp S thÊp trong t¹o h×nh biÕn d¹ng dÎo nªn nã ®−îc sö
dông nhiÒu trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. Mét sè Ýt ®ßi hái S rÊt thÊp dïng trong s¶n
xuÊt chi tiÕt b»ng ph−¬ng ph¸p dËp nguéi hoÆc tÝnh h n tèt trong chÕ t¹o d©y
xÝch. Trong c«ng nghiÖp h ng kh«ng, c«ng nghiÖp hÇm má v nh÷ng c«ng tr×nh
kiÕn tróc kh¸c còng ®ßi hái thÐp kh«ng gØ, thÐp hîp kim chÊt l−îng cao v s¹ch.
- HiÖn t¹i trªn thÕ giíi ®ang øng dông c¸c ph−¬ng ph¸p c«ng nghÖ s¶n xuÊt
thÐp s¹ch b»ng ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn ngo i lß. Cã nh÷ng ph−¬ng ph¸p tinh
luyÖn chÝnh sau:
+ Tinh luyÖn thÐp b»ng xØ tæng hîp
+ Khö chÊt khÝ ho tan trong thÐp b»ng c¸ch thæi khÝ tr¬ trong thïng rãt
+ Khö khÝ ho tan trong thÐp b»ng ch©n kh«ng
- Nhê tinh luyÖn ngo i lß cho phÐp gi¶m h m l−îng o2, h2, n2 v t¹p chÊt
phi kim trong thÐp, nhê ®ã ® n©ng cao chÊt l−îng thÐp. øng dông ph−¬ng ph¸p
tinh luyÖn ngo i lß còng cho phÐp ho n thiÖn c«ng nghÖ s¶n xuÊt thái ®óc. Lùa
chän ph−¬ng ph¸p n o l phô thuéc v o yªu cÇu ®èi víi chÊt l−îng thÐp v s¶n
xuÊt cô thÓ.
- Ng−êi ta øng dông ph−¬ng ph¸p thæi Ar trong thïng khi s¶n xuÊt thÐp vßng
bi, thÐp kÕt cÊu v v i lo¹i thÐp kh¸c. Ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn n y cho phÐp gi¶m
®¸ng kÓ bät xèp cho thái ®óc, n©ng cao ®¸ng kÓ l−îng s¶n phÈm hîp c¸ch trong
khi c¸n v× thÐp chÕ t¹o vßng bi v mét sè thÐp kÕt cÊu cã yªu cÇu cao vÒ h m
l−îng t¹p chÊt oxyt v sulfit. Trong tr−êng hîp n y ng−êi ta còng hay ¸p dông
ph−¬ng ph¸p tinh luyÖn thÐp láng b»ng xØ tæng hîp cã phèi hîp víi thæi khÝ Ar.
Ph−¬ng ph¸p xö lý ®ång thêi 2 biÖn ph¸p trong thïng rãt l m gi¶m ®¸ng kÓ h m
l−îng t¹p chÊt oxyt v sunlfit trong thÐp. Nhê ®ã kh«ng cÇn khö ¤xy khuyÕch
t¸n v khö l−u huúnh s©u cho thÐp ë trong lß, v kÕt qu¶ l thêi kú ho n nguyªn
trong luyÖn thÐp gi¶m ®¸ng kÓ. Nã c ng cã ý nghÜa khi luyÖn nh÷ng mÎ thÐp lín.
Khi nÊu thÐp mÎ lín v o cuèi chu k× oxy ho¸, sau khi n©ng thÐp ®Õn nhiÖt ®é cÇn
13
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
thiÕt, th¸o xØ oxy ho¸ l cã thÓ ra thÐp láng cho ch¶y v o thïng cã xØ tæng hîp.
Víi c¸ch tinh luyÖn n y, sù khö ¤xy cuèi cïng b»ng Si v Al sÏ tiÕn h nh ngay
trong thïng khi kÕt thóc xö lý b»ng xØ tæng hîp v khÝ tr¬.
- §Ó chÕ t¹o nh÷ng trôc thÐp lín hay roto turbin lín ng−êi ta ®óc thái lín
thÐp hîp kim. Lo¹i thÐp n y th−êng bÞ thiªn tÝch khuyÕt tËt g©y nøt trong khi rÌn.
§Ó h¹n chÕ v gi¶m khuyÕt tËt, thêi gian nung ph«i ph¶i kÐo d i. Tæng thêi gian
rÌn c¸c thái cùc lín kÐo d i v i ng y. Khi rãt ch©n kh«ng nh÷ng thái lín, h m
l−îng H2 trong thÐp gi¶m ®Õn 1-1,5ml/100g nhê ®ã gi¶m khuyÕt tËt cña thái v
rót ng¾n thêi gian rÌn.
- Trong x héi hiÖn ®¹i v c«ng nghiÖp ph¸t triÓn nhu cÇu thÐp s¹ch, thÐp
kh«ng gØ, thÐp hîp kim chÊt l−îng cao ng y c ng lín. øng dông c¸c ph−¬ng
ph¸p tinh luyÖn ngo i lß l nhu cÇu tÊt yÕu trong qu¸ tr×nh luyÖn thÐp chÊt l−îng
cao. C¸c −u ®iÓm ho n to n bï ®¾p ®−îc c¸c chi phÝ cho c«ng viÖc xö lý ngo i lß
nãi trªn.
14
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
PhÇn II: C¬ së lý thuyÕt
2.1. C¸c lo¹i thÐp kh«ng gØ
Nh khoa häc Schaeffler ® x©y dùng gi¶n ®å c¸c vïng cÊu tróc cña thÐp
kh«ng gØ tuú thuéc v o th nh phÇn hãa häc. Trong ®iÒu kiÖn nguéi nhanh sau khi
®óc, rÌn víi gi¸ trÞ Crt® v Nitd ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:
Crt® = (Cr) +2(Si) + 1,5(Mo) + 5(V) + 5,5(Al) + 1,75(Nb) + 1,5(Ti) + 0,75(W)
Nit® = (Ni) + (Co) + 0,5(Mn) + 0,3(Cu) + 25(N) + 30(C).
H×nh 2.1: Gi¶n ®å tæ chøc cña thÐp phô thuéc v o ®−¬ng l−îng Cr, Ni
2.1.1. ThÐp kh«ng gØ γ (austenit)
Pha γ kh«ng tån t¹i hoÆc chØ tån t¹i ë nhiÖt ®é cao. NÕu cho Ni - nguyªn tè
më réng vïng γ víi l−îng thÝch hîp sÏ l m cho thÐp cã tæ chøc γ ngay c¶ ë nhiÖt
®é th−êng.
¦u ®iÓm næi bËt cña lo¹i thÐp n y l :
15
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
- TÝnh chèng ¨n mßn cao, chóng ho n to n æn ®Þnh trong n−íc s«ng, n−íc
biÓn, trong h¬i n−íc b o ho v qu¸ nhiÖt trong c¸c dung dÞch n−íc muèi. Trong
axit chóng cã t¸c dông chèng ¨n mßn tèt: HNO3 ®Æc nãng, H2SO4 nguéi, HCl
lo ng, nguéi. Chóng ®−îc dïng nhiÒu trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt axit, c«ng
nghiÖp ho¸ dÇu v thùc phÈm, chi tiÕt chÞu nhiÖt tíi 900÷10000C.
- Lo¹i thÐp n y cã tÝnh dÎo cao (δ = 45 ÷ 60%) nªn dÔ d ng c¸n, dËp, gß
nguéi ®Ó t¹o h×nh s¶n phÈm.
ThÐp kh«ng gØ austenit cã thÓ ®−îc chia th nh c¸c lo¹i nh−:
- Lo¹i c¬ b¶n l Cr18Ni10 trong ®ã h m l−îng C¸cbon tõ 0,02 ÷ 0,15%,
kh¶ n¨ng chÞu ¨n mßn tinh giíi cña thÐp n y phô thuéc v o h m l−îng C¸cbon cã
trong thÐp;
- Hîp kim cã thªm Titan v Niobi l m æn ®Þnh v t¨ng kh¶ n¨ng chèng ¨n
mßn tinh giíi;
- ThÐp hîp kim Niken thÊp t¨ng kh¶ n¨ng biÕn cøng;
- ThÐp hîp kim víi h m l−îng Niken cao sö dông ë nhiÖt ®é thÊp v tÝnh gia
c«ng kÐo tèt;
- ThÐp kh«ng gØ ®é bÒn cao cã chøa Nit¬;
- ThÐp kh«ng gØ Mangan thay thÕ Niken;
- ThÐp kh«ng gØ chøa m«lip®en v ®ång t¨ng tÝnh chèng ¨n mßn;
- ThÐp kh«ng gØ chøa Silic n©ng cao kh¶ n¨ng chÞu «xy ho¸ ë nhiÖt ®é cao;
- ThÐp kh«ng gØ chÞu d o víi mét sè c¸c th nh phÇn c¶i thiÖn nh− N, Mo,
W, V, Ti, Nb, B...;
Th nh phÇn hãa häc mét sè m¸c thÐp kh«ng rØ Austenit cña mét sè n−íc
®−îc giíi thiÖu trong b¶ng 2.1
16
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
17
Gi i thi u b i http://luyenkim.net
Tác gi : Tr n Anh Tú
2.1.2. ThÐp kh«ng gØ Mactenxit
L−îng Cr«m th«ng th−êng trong thÐp n y tõ 12÷17%, nÕu l−îng
Cr
