Báo cáo: Nghiên cứu công nghệ sản xuất theps 25MnV làm xích kéo trong các hầm lò khai thác than

Chia sẻ: Nguyen Bao Ngoc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:40

Thêm vào BST

Báo xấu

239
lượt xem 46
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu tổng quan về thép hợp kim thấp và mac 25MnV dùng để chế tạo xích vòng sử dụng trong các hầm ló khai thác than với các tài liệu và tiêu chuẩn cũng như thiết bị sản xuất trong nước và quốc tế. 2. Nghiên cứu để xác lập quy trình công nghệ sản xuất thép hợp kim mác 25MnV gồm các bước công nghệ : Công nghệ luyện thép, công nghệ tinh luyện, công nghệ gia công áp lực, công nghệ nhiệt luyện và kiểm tra một số tính chất của vật liệu như : thành phần hóa...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo: Nghiên cứu công nghệ sản xuất theps 25MnV làm xích kéo trong các hầm lò khai thác than

Bé c«ng TH¦¥NG TæNG C¤NG TY THÐP VIÖT NAM ViÖn LuyÖn kim §en -------------------- B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc vµ ph¸t triÓn C¤NG NGHÖ cÊp bé Tªn ®Ò tµi: “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP 25MnV LÀM XÍCH KÉO TRONG CÁC HẦM LÒ KHAI THÁC THAN” tæng c«ng ty thÐp vN C¬ quan chñ qu¶n: ViÖn LuyÖn kim §en C¬ quan chñ tr×: THS. L£ QUANG HIẾU Chñ nhiÖm ®Ò tµi: 6824 27/4/2008 Th¸ng 12/2007
MỤC LỤC Trang 02 Më ®Çu I 04 Tæng quan 1. Giíi thiÖu vÒ thÐp hîp kim thÊp vµ thÐp lµm xÝch kÐo m¸c 25MnV 04 2. 06 ¶nh h−ëng cña c¸c nguyªn tè ®Õn cÊu tróc vµ tÝnh chÊt cña thÐp 2.1. 06 ¶nh h−ëng cña Cacbon 2.2 06 ¶nh h−ëng cña SilÝc 2.3 07 ¶nh h−ëng cña Mangan 2.4 10 ¶nh h−ëng cña Vanadi 2.5 11 ¶nh h−ëng cña L−u huúnh 2.6 11 ¶nh h−ëng cña Phèt pho 3. C«ng nghÖ chÕ t¹o t¹o xÝch vßng 12 3.1. 12 C«ng nghÖ c¾t uèn xÝch 3.2. 14 C«ng nghÖ hµn và c«ng nghÖ chÕ t¹o xÝch vßng 4. Yªu cÇu vÒ vËt liÖu 17 4.1. 17 Yªu cÇu vÒ kÝch th−íc h×nh häc 4.2. 17 Yªu cÇu vÒ ®é cøng 4.3. 17 Yªu cÇu vÒ ®é bÒn 18 II Néi dung vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu 1. Néi dung nghiªn cøu 18 2. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu 18 20 III Qu¸ tr×nh thùc nghiÖm 1. C«ng nghÖ luyÖn thÐp 20 2. C«ng nghÖ tinh luyÖn 23 3. C«ng nghÖ gia c«ng nãng 24 3.1. C«ng nghÖ rÌn 24 3.2. C«ng nghÖ c¸n 26 4. C«ng nghÖ kÐo 27 5. C«ng nghÖ nhiÖt luyÖn 28 6. C«ng nghÖ gia c«ng c¬ khÝ vµ chÕ t¹o s¶n phÈm 30 32 IV C¸c kÕt qu¶ ®¹t ®−îc 1. C«ng nghÖ luyÖn thÐp 32 2. C«ng nghÖ tinh luyÖn 33 3. TÝnh chÊt c¬ lý 33 4. Tæ chøc tÕ vi cña thÐp 34 36 V KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 38 Tµi liÖu tham kh¶o Phô lôc 1
MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, ngành luyện kim Việt Nam đã có những bước tiến dài. Sản lượng thép khoảng 4 triệu tấn. Tuy nhiên hiện nay chúng ta mới chỉ sản xuất được thép phục vụ cho ngành xây dựng là chính còn các loại thép hợp kim và hợp kim đặc biệt chúng ta mới chỉ sản xuất được ở quy mô rất nhỏ, đặc biệt là chưa có nhà máy chuyên sản xuất thép hợp kim phục vụ cho ngành cơ khí chế tạo. Trong khi đó, cùng với sự phát triển của ngành luyện kim thì ngành cơ khí chế tạo cũng có những bước tiến vượt bậc. Sự phát triển không ngừng của các ngành như công nghiệp ôtô, công nghiệp giấy, công nghiệp xi măng, công nghiệp hoá chất, công nghiệp than... đã đưa mức tăng trưởng về công nghiệp cả nước trong năm 2007 khoảng 17%. Hầu hết các sản phẩm thép chế tạo chúng ta đều phải nhập khẩu từ nước ngoài do đó thiếu sự chủ động trong sản xuất kinh doanh. Hơn thế nữa, một số chủng loại thép đặc biệt với nhu cầu không lớn nên việc nhập khẩu là rất khó khăn và giá thành bị đẩy lên cao. Một trong số đó là thép hợp kim dùng làm xích kéo trong các hầm lò khai thác than. Đứng trước tình hình đó, năm 2007 Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công thương) đã giao cho Viện Luyện kim Đen thực hiện đề tài "Nghiên cứu chế tạo thép 25MnV làm xích kéo trong các hầm lò khai thác than". Mục tiêu của đề tài là xác lập được công nghệ sản xuất thép 25MnV có chất lượng tương đương thép nhập ngoại với nguyên liệu và trang thiết bị trong nước để đáp ứng nhu cầu cho ngành than nói riêng và các ngành công nghiệp khác nói chung. Báo cáo tổng kết đề tài bao gồm phần như sau: 1. Phần tổng quan. 2. Nội dung, phương pháp nghiên cứu. 3. Quá trình thực nghiệm. 4. Các kết quả đạt được. 5. Kết luận và kiến nghị. 6. Tài liệu tham khảo. 2
7. Phụ lục. Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm thực hiện đề tài đã nhận được sự chỉ đạo, giúp đỡ và tạo điều kiện của Vụ Khoa học công nghệ (Bộ Công thương), Phòng Kỹ thuật Tổng Công ty thép Việt Nam, Công ty TNHH Tú Ninh (Thái Nguyên), Công ty Cổ phần Cơ khí Mạo Khê (Quản Ninh), Phòng thí nghiệm Viện Cơ khí và Năng lượng Mỏ (Hà nội), một số đơn vị và cá nhân. Qua đây thay mặt cho nhóm thực hiện đề tài tôi xin chân thành cảm ơn các đơn vị và cá nhân đã tạo điều kiện, giúp đỡ trong suốt quá trình chúng tôi thực hiện đề tài. 3
PhÇn I Tæng quan 1. Giíi thiÖu vÒ thÐp hîp kim thÊp vµ thÐp lµm xÝch kÐo m¸c 25MnV Ngµy nay, thÐp hîp kim thÊp ®−îc sö dông kh¸ phæ biÕn trong nhiÒu lÜnh vùc ®Æc biÖt lµ ngµnh c¬ khÝ chÕ t¹o. ThÐp hîp kim thÊp ®−îc sö dông réng r·i v× chóng cã ®−îc nhiÒu tÝnh −u viÖt nh− ®é bÒn cao, tÝnh dÎo tèt, ®é bÒn chèng ph¸ huû cao, chÞu ®−îc t¶i träng trong mét sè ®iÒu kiÖn ®Æc biÖt víi thêi gian dµi...., gi¸ thµnh h¹. ThÐp hîp kim thÊp lµ thÐp cã tæng hµm l−îng c¸c nguyªn tè hîp kim ≤ 5%, trong ®ã hµm l−îng cacbon (C) kho¶ng 0,2 ÷ 0,5% vµ mét sè nguyªn tè kh¸c nh− Cr, Mn, Si, Ni, V, Mo... Víi c¸c nguyªn tè hîp kim nh− trªn, trong qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn thÐp sÏ tiÕt ra c¸c lo¹i cacbit hîp kim lµm cho thÐp cã ®é h¹t nhá mÞn nhê ®ã thÐp sÏ ®¹t ®−îc tÝnh chÊt c¬ lý tèt. Th«ng th−êng lo¹i thÐp nµy tr−íc khi ®−a vµo sö dông ph¶i ®−îc tiÕn hµnh t«i vµ ram. HiÖn nay, ngµnh c¬ khÝ chÕ t¹o sö dông nhiÒu m¸c thÐp hîp kim kh¸c nhau nh− thÐp hîp kim chøa CrNi, CrNiV, MnSi, MnV, CrMnSi, CrMnSiNiMo, MnSiMoV, MnSiNiMo.... Trong sè c¸c m¸c thÐp nµy th× hiÖn nay t¹i ViÖt Nam mét sè c¬ së sö dông thÐp 25MnV ®Ó lµm xÝch kÐo trong c¸c hÇm lß khai th¸c than víi lý do lo¹i thÐp nµy ®¶m b¶o ®−îc mét sè yªu cÇu vÒ c¬ lý tÝnh, gi¸ thµnh h¹. Tuy nhiªn do nhu cÇu s¶n l−îng ch−a lín l¾m nªn cã khã kh¨n trong viÖc nhËp khÈu. M¸c thÐp 25MnV ®−îc nghiªn cøu theo tiªu chuÈn GB 3077-88 cña Trung Quèc, nã lµ lo¹i thÐp hîp kim ®a nguyªn tè: m¨ngan, vana®i. Lo¹i thÐp nµy cã ®é bÒn cao, ®é dai tèt vµ còng chÞu ®−îc ®iÒu kiÖn lµm viÖc víi t¶i träng ®æi dÊu trong thêi gian dµi. Mét sè n−íc kh¸c còng cã nh÷ng m¸c thÐp hîp kim thÊp t−¬ng tù nh− m¸c thÐp nµy nh− 18Γ2ΦAGOST 192-82, ASTM A633 Mü, SMn420 NhËt.... Thµnh phÇn ho¸ häc vµ c¬ tÝnh cña c¸c m¸c thÐp 25MnV vµ mét sè m¸c t−¬ng ®−¬ng ®−îc nªu trong b¶ng 1.1 vµ b¶ng 1.2. 4
B¶ng 1.1: Thµnh phÇn ho¸ häc m¸c thÐp 25MnV vµ mét sè m¸c t−¬ng ®−¬ng M¸c thÐp C Si Mn P S Cr Ni V 20MnV 0.17 ÷ 0.23 0.17 ÷ 0.27 1.2 ÷ 1.6 0.1 ÷ 0.2 ≤ 0.035 ≤ 0.035 GB3077-88 25MnV 0.21 ÷ 0.28 0.17 ÷ 0.23 1.2 ÷ 1.6 0.1 ÷ 0.2 ≤ 0.035 ≤ 0.035 GB3077-88 23MnSiV 0.20 ÷ 0.26 0.6 ÷ 0.8 1.2 ÷ 1.6 0.1 ÷ 0.2 ≤ 0.035 ≤ 0.035 GB3077-88 18Γ2ΦA 0.14 ÷ 0.22 1.3 ÷ 1.7 0.08 ÷ 0.15 ≤ 0.17 ≤0.035 ≤0.04 ≤ 0.3 ≤ 0.3 GOST19282 SMn420 JIS 0.17 ÷ 0.23 0.15 ÷ 0.35 1.2 ÷ 1.5 ≤ 0.03 ≤ 0.03 ≤ 0.35 ≤ 0.25 Cu ≤ 0.3 G4106-79 Gr.E 0.15 ÷ 0.50 1.15 ÷ 1.5 0.04 ÷ 0.11 ≤ 0.04 ≤ 0.05 ~ 0,22 ASTM A633 Nh×n vµo b¶ng 1.1. ta thÊy r»ng víi hÖ thÐp MnV nµy th× Trung Quèc cã kh¸ nhiÒu m¸c kh¸c nhau. C¸c n−íc kh¸c còng cã m¸c gÇn gièng vµ hÇu nh− lµ kh«ng cã sù sai kh¸c nhiÒu vÒ thµnh phÇn ho¸ häc. Th«ng th−êng thµnh phÇn C kho¶ng 0,2%, thµnh phÇn Si kho¶ng 0,3%, Mn kho¶ng 1,4%, V kho¶ng 0,1%. Mét ®iÓm kh¸c biÖt lµ theo tiªu chuÈn cña NhËt B¶n th× kh«ng sö dông Vanadi mµ l¹i sö dông ®ång ®Ó hîp kim. B¶ng 1.2: C¬ lý tÝnh cña vËt liÖu C¬ lý tÝnh M¸c thÐp δ (%) ak (J.cm-2) Rm (MPa) R0,2 (MPa) HB (sau ñ) ≤ 200 25MnV 785 590 10 55 515 ÷ 655 ≤ 200 Gr.E A633 380 23 201 ÷ 311 SMn420 690 --- 14 49 18Γ2AΦ ≤ 200 588 441 19 --- Trong b¶ng 1.2 ta thÊy r»ng tÝnh chÊt c¬ lý cña m¸c thÐp 25MnV cña Trung Quèc cã tÝnh chÊt c¬ lý lµ rÊt cao so víi c¸c m¸c thÐp kh¸c cïng lo¹i. Gi¶i thÝch vÒ 5
®iÒu nµy cã thÓ lý gi¶i r»ng trong c¸c m¸c thÐp cña c¸c n−íc kh¸c th× hµm l−îng C th−êng thÊp h¬n. §ång thêi hµm l−îng nguyªn tè V còng thÊp do ®ã thÐp m¸c 25MnV cã c¬ lý tÝnh kh¸ cao. §Ó gi¶i thÝch mét c¸ch cô thÓ h¬n chóng ta sÏ nghiªn cøu sù ¶nh h−ëng cña c¸c nguyªn tè hîp kim ®Õn tæ chøc vµ tÝnh chÊt cña vËt liÖu. 2. ¶nh h−ëng cña c¸c nguyªn tè hîp kim ®Õn cÊu tróc vµ tÝnh chÊt cña thÐp. Nh− ®· nãi ë trªn, thÐp 25MnV thuéc hÖ thÐp hîp kim thÊp víi hµm l−îng C trung b×nh ®−îc hîp kim ho¸ b»ng Mn, V... ChÝnh nhê sù kÕt hîp nµy mµ thÐp sau khi ®−îc nhiÖt luyÖn (t«i + ram) thÐp ®¹t ®−îc mét sè tÝnh chÊt c¬ lý tèt, ®¸p øng ®−îc c¸c yªu cÇu cña mét sè chi tiÕt m¸y lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn nÆng vµ t¶i träng ®æi dÊu. Sau ®©y chóng ta nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña c¸c nguyªn tè hîp kim ®Õn tÝnh chÊt vµ cÊu tróc cña m¸c thÐp 25MnV. 2.1. ¶nh h−ëng cña Cacbon (C). Cacbon lµ nguyªn tè cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn viÖc quyÕt ®Þnh tæ chøc vµ tÝnh chÊt cña thÐp. C lµ nguyªn tè më réng vïng γ hay nãi c¸ch kh¸c th× t¨ng kh¶ n¨ng æn ®Þnh cho pha austenit. Do cã kh¶ n¨ng më réng vïng γ vµ t¹o thµnh pha cacbÝt cã ®é cøng cao nªn C lµ nguyªn tè t¨ng bÒn rÊt tèt ®èi víi c¸c hîp kim trªn c¬ së nÒn s¾t. Khi nhiÖt ®é t¨ng lªn th× kh¶ n¨ng t¨ng bÒn cña C cã sù thay ®æi do sù thay ®æi cÊu h×nh cña cacbit. Khi cã sù t¹o thµnh cacbit cña c¸c nguyªn tè hîp kim th× C ®ãng gãp vai trß chñ yÕu vµ C tËp trung vµo nh÷ng vÞ trÝ t¹o thµnh cacbit trong tæ chøc thÐp. Nh− vËy, khi hµm l−îng C thay ®æi sÏ lµm thay ®æi sù ph©n bè c¸c nguyªn tè hîp kim gi÷a c¸c pha dung dÞch r¾n vµ pha cacbit ®Æc biÖt lµ khi hµm l−îng C t¨ng. V× lý do ®ã mµ trong thÐp sÏ h×nh thµnh c¸c vïng nghÌo dung dÞch r¾n vµ dÉn ®Õn tÝnh chÊt cña thÐp bÞ ¶nh h−ëng. Ngoµi ra C cßn ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh dÎo cña thÐp, cô thÓ h¬n lµ nã lµm gi¶m kh¶ n¨ng chèng l¹i sù ph¸t triÓn c¸c vÕt nøt vµ gi¶m tÝnh hµn cña hîp kim do t¹o thµnh cacbit vµ pha dung dÞch r¾n. V× vËy, hÇu hÕt c¸c lo¹i thÐp hîp kim phøc hîp ®Òu chøa hµm l−îng C trung b×nh hoÆc thÊp. §Æc biÖt lµ c¸c lo¹i thÐp lµm viÖc trong c¸c ®iÒu kiÖn ®Æc biÖt nh− m«i tr−êng x©m thùc m¹nh th× hµm l−îng C trong thÐp th−êng rÊt thÊp (≤ 0,03%). 2.2. ¶nh h−ëng cña Silic (Si). Trong gi¶n ®å tr¹ng th¸i Fe-Si, Fe vµ Si t¹o nªn dung dÞch ®ång nhÊt. 18,5% lµ giíi h¹n hoµ tan cña Si trong Fe. §Õn giíi h¹n trªn th× xuÊt hiÖn sù thay thÕ nguyªn tö Fe trong m¹ng tinh thÓ b»ng nguyªn tö Si. Khi t¨ng l−îng Si h¬n n÷a sÏ xuÊt hiÖn liªn 6
kÕt kim lo¹i gäi lµ Silicid ( Fe-Si ). Hîp kim Si cao ( > 14% ) chÞu ®−îc sù ¨n mßn cña hÇu hÕt c¸c m«i tr−êng ¨n mßn vµ x©m thùc m¹nh kÓ c¶ c¸c lo¹i axit trõ axit HF ë nhiÖt ®é cao. TÝnh chÞu ¨n mßn cao cña hîp kim Si ®−îc h×nh thµnh bëi nã t¹o ra trªn bÒ mÆt chi tiÕt líp mµng oxyt SiO2 cã ε = 1,88 khÝt chÆt liªn kÕt bÒn v÷ng víi nÒn vµ tr¬ víi c¸c ph¶n øng ho¸ häc. Trong ph¹m vi tõ 1 – 14% kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cña hîp kim t¨ng khi hµm l−îng Si t¨ng ( h×nh 1.1 ). g/m3.h 15 3 %Si 14 H×nh 1.1: ¶nh h−ëng cña Si trong hÖ Fe-Si tíi tèc ®é ¨n mßn Hîp kim Fe-Si nÕu cã thªm Ni vµ Mo th× kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cµng cao. 2.3. ¶nh h−ëng cña Mangan (Mn). Mangan (Mn) lµ nguyªn tè phæ biÕn trong tù nhiªn vµ ®−îc xÕp vµo nhãm 7, chu kú IV, thuéc kim lo¹i chuyÓn tiÕp, n»m gi÷a cr«m vµ s¾t trong hÖ thèng tuÇn hoµn cña c¸c nguyªn tè. Mn kim lo¹i lÊp l¸nh nh− b¹c, cã mµu x¸m xanh vµ cã 4 d¹ng thï h×nh: α - Mn (tån t¹i d−íi 7300 C) cã kiÓu m¹ng lËp ph−¬ng phøc t¹p víi th«ng sè m¹ng a = 0,8913 nm; β - Mn (tån t¹i trong kho¶ng 730 - 11000C) cã kiÓu m¹ng lËp ph−¬ng dµy ®Æc víi th«ng sè m¹ng a = 0,630 nm; γ - Mn cã kiÓu m¹ng lËp ph−¬ng diÖn t©m víi th«ng sè m¹ng a = 0,3855nm vµ δ - Mn cã kiÓu m¹ng lËp ph−¬ng víi th«ng sè m¹ng a = 0,3088nm. Mn cã tû träng 7,21 - 7,46 g/cm3 (ë 250C), nãng ch¶y ë 12440C, s«i ë 20270C, cã ®é cøng Brinen 400 - 402 kg/mm2 vµ cã 5 ho¸ trÞ: 2, 3, 4, 6, 7 trong c¸c hîp chÊt ho¸ häc kh¸c nhau. 7
Do cã nhiÒu tÝnh chÊt gièng víi s¾t, l¹i ®−îc sö dông chñ yÕu trong ngµnh luyÖn kim nªn mangan ®−îc xÕp cïng víi s¾t vµo nhãm kim lo¹i ®en. Mn lµ thuèc khö oxi vµ l−u huúnh phæ biÕn trong luyÖn thÐp, lµ mét trong nh÷ng nguyªn tè hîp kim quan träng nhÊt, nã cã mÆt trong bÊt kú lo¹i gang vµ thÐp nµo vµ ®Òu c¶i thiÖn c¸c tÝnh chÊt cña chóng. Trong gang austenit cã 4 - 7% Mn. Mn vµ N ®−îc dïng thay thÕ Ni ®¾t tiÒn trong thÐp austenit kh«ng rØ vµ nã cã t¸c dông h×nh thµnh tæ chøc austenit æn ®Þnh ph©n bè ®Òu trong thÐp. C¸c m¸c thÐp hîp kim thÊp ®é bÒn cao chøa Mn cã thÓ ®Õn 2 % lµm tæ chøc thÐp nhá mÞn, t¨ng ®é bÒn cña thÐp. M¸c thÐp næi tiÕng hµng tr¨m n¨m nay vÒ ®é dai va ®Ëp, ®é cøng vµ ®é chÞu mµi mßn chøa 10 - 14%, 1 -1,4%C cã tªn lµ thÐp Hardfield, sau khi t«i ë nhiÖt ®é kho¶ng 11000C thÐp cã tæ chøc austenit vµ th−êng ®−îc sö dông chÕ t¹o r¨ng gµu xóc, xÝch xe t¨ng vµ xÝch m¸y kÐo, bi nghiÒn, ®Çu bóa, l−ìi c¾t m¸y ñi…. C¸c m¸c thÐp th«ng th−êng chøa 0,4 - 0,8% Mn. ThÐp hîp kim cao chøa 12 - 16% Mn, thÐp chèng ¨n mßn chøa ®Õn 19% Mn, thÐp bÒn nãng, thÐp chèng tõ tÝnh chøa ®Õn 20% Mn, c¸c hîp kim chèng rung vµ ghi nhí h×nh chøa tõ 32 - 60% Mn. Mn cã ¸i lùc ho¸ häc m¹nh víi 02, do ®ã trong qu¸ tr×nh luyÖn thÐp, ë thêi kú ®Çu Mn rÊt dÔ bÞ oxy ho¸, ph¶n øng nh− sau: (Fe0) + [Mn] → (Mn0) + [Fe] (n + m)(Fe0) + m[Mn] → (mMn0.nFe0) + m[Fe] (Mn0) vµ (Fe0) hµm l−îng Mn0 vµ Fe0 trong xØ; [Mn] vµ [Fe] hµm l−îng Mn vµ Fe trong kim lo¹i. Do Fe0, Mn0 h×nh thµnh dung dÞch ®Æc liªn tôc nªn chóng cã thÓ t¹o thµnh dung dÞch lý t−ëng vµ ë tr¹ng th¸i c©n b»ng, h»ng sè c©n b»ng cña ph¶n øng ®−îc tr×nh bµy: (Mn0) KMn = (Fe0)[Mn] 6440 lg KMn = - 2,95 T Trong xØ luyÖn thÐp, ngoµi Fe0 vµ Mn0 cßn cã c¸c oxit kh¸c. NÕu thay thÕ (Mn0) vµ (Fe0) b»ng ho¹t ®é cña nã, h»ng sè c©n b»ng cã thÓ viÕt nh− sau: 6440 a( Mn 0 ) lg KMn = lg = - 2,95 T a( µe 0 )[Mn ] 8
§èi víi xØ axit: 5550 lg KMn = - 1,86. T C¨n cø vµo c¸c c«ng thøc trªn cã thÓ tÝnh ®−îc gi¸ trÞ cña KMn ë nh÷ng nhiÖt ®é kh¸c nhau: T0C 1500 1600 1700 1800 KMn (xØ kiÒm) 4,68 3,09 2,04 1,48 KMn (xØ axit) 18,62 12,60 8,92 6,60 (Mn0) vµ [Mn] trong thùc tÕ luyÖn thÐp lß ®iÖn chóng ta cã Ph©n tÝch quan hÖ (Fe0) thÓ rót ra c¸c kÕt luËn vÒ kh¶ n¨ng khö Mn theo gi¶n ®å sau: H×nh 1.2: Quan hÖ gi÷a (MnO)/(FeO) trong xØ vµ hµm l−îng Mn trong thÐp víi c¸c lo¹i xØ kh¸c nhau. a: XØ axit b: xØ kiÒm Tõ h×nh 1.7 cã thÓ thÊy, trong ®iÒu kiÖn thùc tÕ s¶n xuÊt xØ kiÒm tÝnh cao Mn0 rÊt dÔ hoµn nguyªn, nhiÖt ®é cµng cao, KMn cµng nhá, Mn cµng dÔ ®−îc hoµn nguyªn vµ ng−îc l¹i. 9
2.4. ¶nh h−ëng Vanadi (V). §èi víi hÖ thÐp hîp kim thÊp, hµm l−îng V th−êng ®−îc sö dông víi l−îng 0,10 ÷ 0,30%. Vanadi khi ®−îc hîp kim ho¸ trong thÐp sÏ cã t¸c dông lµm nhá h¹t tinh thÓ nÒn t¹o cho thÐp cã ®é bÒn vµ tÝnh dÎo cao. Gi¶n ®å tr¹ng th¸i cña hÖ Fe-V ®−îc thÓ hiÖn trong h×nh 1.3. H×nh 1.3: Gi¶n ®å tr¹ng th¸i hÖ Fe-V XÐt vÒ khÝa c¹nh kh¶ n¨ng t¹o cacbit th× kh¶ n¨ng t¹o cacbit cña c¸c nguyªn tè ®−îc xÕp theo thø tù t¨ng dÇn nh− sau: Fe → Mn → Cr → Mo → W → Nb → V → Zr → Ti. Nh− vËy ta thÊy r»ng V lµ nguyªn tè cã kh¶ n¨ng t¹o cacbit m¹nh. Trong thÐp hîp kim vµ cô thÓ lµ hÖ V-C th× V t¹o ra kh¸ nhiÒu lo¹i cacbit nh−: V5C, V2C, V4C3, V2C3 vµ VC. Gi¶n ®å tr¹ng th¸i cña hÖ V - C ®−îc tr×nh bÇy trong h×nh 1.4 10
H×nh 1.4. Gi¶n ®å tr¹ng th¸i hÖ Fe - V - C 2.5 . ¶nh h−ëng cña L−u huúnh (S). L−u huúnh lµ mét nguyªn tè ®Æc biÖt nguy h¹i, nã kh«ng tan trong Feα, Feγ. Trong gi¶n ®å c©n b»ng Fe-FeS ng−êi ta ®· chØ ra ®−îc ®iÓm ch¶y cña FeS lµ 11930C , cïng tinh (Fe+FeS) ®−îc t¹o thµnh ë nhiÖt ®é thÊp (9850C) vµ khi kÕt tinh chóng n»m ë biªn giíi h¹t. Khi hµm l−îng l−u huúnh trong thÐp cao h¬n 0,02%, trong qu¸ tr×nh nguéi do sù kÕt tinh cã chän läc nªn chÊt cïng tinh dung ®iÓm thÐp sÏ ®−îc tiÕt ra vµ tËp trung trªn biªn giíi h¹t. Khi nung nãng ®Õn nhiÖt ®é trªn cïng tinh, t¹i biªn giíi h¹t sÏ bÞ ch¶y vµ vËt liÖu sÏ bÞ ph¸ vì g©y ra hiÖn t−îng “bë nãng”. 2.6 . ¶nh h−ëng cña Phètpho (P). Phètpho lµ chÊt cã h¹i, nã lµm gi¶m mét c¸ch râ rÖt c¬ tÝnh cña thÐp ®Æc biÖt lµ ®é dai va ®Ëp. Phètpho cã nhiÖt ®é ch¶y thÊp (440C), khèi l−îng riªng lµ 1,82g/ cm3. ë nhiÖt ®é th−êng phètpho cã thÓ hoµ tan vµo trong thÐp kho¶ng 1,2%, nÕu v−ît qu¸ giíi h¹n nµy th× sÏ t¹o ra pha Fe3P vµ pha nµy cã nhiÖt ®é ch¶y thÊp (10500C) lµm cho thÐp bÞ “bë nguéi”. Phètpho chØ cã Ých trong mét sè lo¹i thÐp cßn hÇu hÕt ®Òu bÞ coi lµ t¹p chÊt cã h¹i. 11
3. C«ng nghÖ chÕ t¹o xÝch vßng. Trong ngµnh khai th¸c than ViÖt Nam nãi riªng vµ thÕ giíi nãi chung, viÖc vËn chuyÓn than trong c¸c hÇm lß khai th¸c ®Õn b·i nguyªn liÖu hÇu hÕt sö dông c¸c xe gßng ®Ó vËn chuyÓn. ViÖc kÕt nèi c¸c xe gßng víi nhau ng−êi ta sö dông hai lo¹i khíp nèi lµ khíp nèi “cøng” v¸ khíp nèi “mÒm”. XÝch vßng dïng trong c«ng nghiÖp khai th¸c than lµ mét lo¹i khíp nèi vµ nã thuéc d¹ng khíp nèi “mÒm”. ¦u ®iÓm cña xÝch vßng so víi c¸c lo¹i khíp nèi kh¸c lµ nã cã ®é linh ®éng, viÖc th¸o l¾p vµ thay thÕ lµ dÔ dµng. HiÖn nay viÖc cung cÊp xÝch vßng trong c«ng nghiÖp khai th¸c than mét phÇn ph¶i nhËp khÈu vµ phÇn cßn l¹i ®−îc s¶n xuÊt trong n−íc. T×nh h×nh tiªu thô lo¹i s¶n phÈm nµy −íc kho¶ng 1.000 tÊn/ n¨m (theo sè liÖu kh«ng chÝnh thøc cña Cty CP C¬ khÝ M¹o Khª-TKV). C«ng nghÖ chÕ t¹o xÝch vßng trong c«ng nghiÖp than ®·, ®ang ®−îc thùc hiÖn ë trong n−íc víi quy tr×nh c«ng nghÖ chÝnh nh− sau: Ph«i thÐp (thanh, d©y) → C«ng nghÖ c¾t uèn → c«ng nghÖ hµn → c«ng nghÖ nhiÖt luyÖn. 3.1. C«ng nghÖ c¾t uèn xÝch. C«ng nghÖ nµy ®· ®−îc chuyÓn giao víi ®¬n vÞ s¶n xuÊt trong n−íc. C«ng nghÖ nµy lµ c«ng nghÖ tù ®éng víi c«ng ®o¹n c¾t vµ uèn lµ hoµn toµn tù ®éng trªn m¸y. C«ng nghÖ c¾t uèn bao gåm hÖ thèng dÉn h−íng, hÖ thèng m¸ kÑp, hÖ thèng khu«n uèn vµ hÖ thèng dao c¾t. Ph«i thÐp sau khi ®−îc kiÓm tra vÒ kÝch th−íc h×nh häc, thµnh phÇn ho¸ häc vµ ®é cøng sÏ ®−îc ®−a vµo m¸y c¾t uèn. Chu tr×nh c¾t uèn chÕ t¹o ph«i xÝch ®−îc tiÕn hµnh nh− sau: Ph«i thÐp ®−îc ®−a vµo hÖ thèng dÉn h−íng vµ n¾n th¼ng (nÕu ph«i thÐp ë d¹ng cuén). Sau ®ã ph«i thÐp ®−îc ®−a ®Õn hÖ thèng m¸ kÑp. HÖ thèng m¸ kÑp bao gåm mét d·y m¸ kÑp 2 nöa ®Ó «m s¸t vµo ph«i thÐp. Sau khi ph«i thÐp ®· ®−îc kÑp chÆt b»ng hÖ thèng kÑp th× ph«i ®−îc dÞch chuyÓn ®Õn phÇn uèn t¹o h×nh s¬ bé. Sau khi ®· t¹o h×nh s¬ bé ph«i thÐp ®−îc c¾t ®o¹n thµnh tõng m¾t xÝch. M¾t xÝch s¬ bé ®−îc hÖ thèng g¹t ®−a sang bé phËn chê ghÐp nèi. Chu tr×nh t¹o m¾t xÝch tiÕp theo ®−îc lÆp l¹i nh− ban ®Çu. Sau khi t¹o ®−îc m¾t xÝch thø 2 th× sÏ ®−îc hÖ thèng ghÐp nèi c¸c m¾t xÝch víi m¾t xÝch thø nhÊt råi sau ®ã chuyÓn qua kh©u uèn tinh ®Ó khe hë gi÷a hai ®Çu m¾t xÝch trong ph¹m vÞ cho phÐp ®Ó chuyÓn tiÕp sang c«ng nghÖ hµn. H×nh 1.5 vµ 1.6 m« t¶ s¬ bé vÒ m¸y c¾t uèn c«ng suÊt 5m xÝch/ phót vµ xÝch sau khi c¾t uèn. 12
H×nh 1.5. M¸y c¾t uèn t¹o ph«i xÝch vßng H×nh 1.6. XÝch vßng sau khi ®· uèn c¾t vµ ghÐp ¾ 13
3.2. C«ng nghÖ hµn vµ C«ng nghÖ chÕ t¹o xÝch vßng 3.2.1. C«ng nghÖ hµn. Ngµy nay cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p hµn kh¸c nhau. Theo tr¹ng th¸i hµn cã thÓ chia thµnh 02 nhãm lµ hµm nãng ch¶y vµ hµn ¸p lùc. - Hµn nãng ch¶y: lµ ph−¬ng ph¸p hµn yªu cÇu nguån nhiÖt cã c«ng suÊt lín (ngän löa «xy – axªtylen, hå quang ®iÖn, ngän löa plasma, v.v…) ®¶m b¶o nung nãng côc bé phÇn kim lo¹i ë mÐp hµn cña vËt liÖu c¬ b¶n vµ que hµn (vËt liÖu hµn) tíi nhiÖt ®é nãng ch¶y. Khi hµn nãng ch¶y, c¸c khÝ xung quanh nguån nhiÖt cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn qu¸ tr×nh luyÖn kim vµ h×nh thµnh mèi hµn. Do ®ã ®Ó ®iÒu chØnh qu¸ tr×nh hµn theo h−íng tèt th× ph¶i dïng c¸c biÖn ph¸p c«ng nghÖ nhÊt ®Þnh nh−: dïng thuèc b¶o vÖ, khÝ b¶o vÖ, hµn trong m«I tr−êng ch©n kh«ng…. Trong nhãm hµn nµy, th−êng gÆp c¸c ph−¬ng ph¸p hµn khÝ, hµn hå quang tay, hµn tù ®éng vµ b¸n tù ®éng d−íi líp thuèc, hµn hå quan trong m«i tr−êng khÝ b¶o vÖ, hµn ®iÖn xØ, hµn plasma… - Hµn ¸p lùc: Ph−¬ng ph¸p hµn nµy th−êng ë c¸c d¹ng sau: + Hµn d−íi t¸c dông cña nguån nhiÖt vµ ¸p lùc: §èi víi ph−¬ng ph¸p nµy ph¹m vi nguån nhiÖt t¸c ®éng ®Ó hµn lµ rÊt lín. B»ng nguån nhiÖt nµy ë mét sè ph−¬ng ph¸p hµn kim lo¹i bÞ nung nãng ®Õn nhiÖt ®é b¾t ®Çu ch¶y (hµn ®iÓm, hµn ®−êng). ë mét sè ph−¬ng ph¸p kh¸c, kim lo¹i chØ ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i dÎo (nh− hµn tiÕp xóc ®iÖn trë, hµn khuyÕch t¸n) kim lo¹i hoµn toµn kh«ng ch¶y mµ sù liªn kÕt hµn x¶y ra do khuyÕch t¸n ë tr¹ng th¸i r¾n cã sù t¸c dông cña nhiÖt vµ ¸p lùc. + Hµn d−íi ¸p dông cña ¸p lùc: ë ph−¬ng ph¸p nµy sù liªn kÕt hµn chØ do t¸c dông lùc mµ hoµn toµn kh«ng cã ngußn nhiÖt cung cÊp. Mét sè ph−¬ng ph¸p phæ biÕn nh−: hµn nguéi, hµn næ, hµn siªu ©m. 3.2.2. C«ng nghÖ chÕ t¹o xÝch vßng. C«ng nghÖ hµn xÝch vßng thuéc ph−¬ng ph¸p hµn nãng ch¶y. Cô thÓ lµ ph−¬ng ph¸p hµn ®èi ®Çu nãng ch¶y. Hµn ®èi ®Çu nãng ch¶y lµ ph−¬ng ph¸p hµn tiÕp xóc ®èi ®Çu, toµn bé mÆt kim lo¹i c¸c phÇn tö hµn nèi ®−îc nung nãng ch¶y. C¸c b−íc c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh hµn xÝch vßng ®−îc m« t¶ nh− sau: 14
XÝch vßng sau c«ng ®o¹n t¹o ph«i víi kÝch th−íc vÒ ®é dµi theo yªu cÇu sÏ ®−îc chuyÓn sang c«ng ®o¹n hµn. ViÖc hµn c¸c m¾t xÝch ®−îc tiÕn hµnh trªn m¸y hµn tù ®éng víi c«ng suÊt m¸y hµn ®−îc 5 m¾t xÝch/ phót. Chu tr×nh hµn xÝch diÔn ra nh− sau: XÝch vßng sau khi ®−îc tiÕn hµnh uèn c¾t vµ t¹o thµnh sîi xÝch sÏ ®−îc ®−a vµo m¸y hµn. M¸y hµn xÝch bao gåm hÖ thèng kÑp xÝch, dÉn h−íng, hÖ thèng hµn. HÖ thèng dÉn h−íng vµ hÖ thèng kÑp chi tiÕt trong hÖ thèng hµn gÇn gièng hÖ thèng kÑp vµ dÉn h−íng cña c«ng nghÖ c¾t uèn. HÖ thèng hµn bao gåm 04 má hµn chia thµnh 02 bé l¾p ®èi xøng víi nhau. Khi m¾t xÝch ®−a ®Õn ®Çu hµn th× víi mçi m¾t xÝch sÏ ®−îc 02 ®Çu hµn thùc hiÖn. C¸c m¾t xÝch ®−îc g¸ chÆt trªn bµn hµn, c«ng ®o¹n nµy cã t¸c dông gi÷ chÆt vËt hµn trªn gi¸ hµn ®Ó khi hµn vËt hµn kh«ng bÞ xª dÞch. M¾t xÝch ®Çu tiªn sÏ ®−îc thùc hiÖn trªn côm ®Çu hµn thø nhÊt. Sau khi hµn xong, vËt hµn ®−îc dÞch chuyÓn tÞnh tiÕn lªn phÝa tr−íc vµ xoay 900 ®Õn hµn tiÕp m¾t xÝch thø 2. M¾t xÝch thø hai ®−îc thùc hiÖn trªn côm ®Çu hµn thø 2. C¸c m¾t xÝch tiÕp theo ®−îc thùc hiÖn theo nh− m¾t xÝch thø nhÊt vµ m¾t xÝch thø 2 cho ®Õn khi thùc hiÖn xong ®o¹n xÝch. H×nh 1.7, 1.8 vµ 1.9 cho ta thÊy m« h×nh m¸y hµn tù ®éng xÝch vßng vµ s¶n phÈm xÝch sau khi hµn xong vµ hoµn thiÖn. H×nh 1.7. M¸y hµn xÝch vßng tù ®éng 15
H×nh 1.8. XÝch vßng sau khi hµn qua kh©u tinh chØnh H×nh 1.9. S¶n phÈm xÝch sau hoµn thiÖn 16
4. Yªu cÇu vÒ vËt liÖu lµm xÝch. 4.1. VÒ mÆt h×nh häc. - KÝch th−íc: thÐp d¹ng thanh hoÆc cuén Φ14±0,4 vµ Φ18±0,4. - §é «van: ≤ 0,2. 4.2. §é cøng. ®é cøng sau ñ ≤ 200HB 3.3. §é bÒn. - σb (Rm) ≥ 780 MPa. - σc (R0,2) ≥ 590 MPa. - δ ≥ 10 (%). 17
phÇn II néi dung - ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu 1. Néi dung nghiªn cøu. §Ò tµi tiÕn hµnh triÓn khai c¸c néi dung nghiªn cøu nh− sau: - Nghiªn cøu tæng quan vÒ thÐp hîp kim thÊp vµ m¸c 25MnV dïng ®Ó chÕ t¹o xÝch vßng sö dông trong c¸c hÇm lß khai th¸c than víi c¸c tµi liÖu vµ tiªu chuÈn còng nh− thiÕt bÞ s¶n xuÊt trong n−íc vµ quèc tÕ; - Nghiªn cøu ®Ó x¸c lËp quy tr×nh c«ng nghÖ s¶n xuÊt thÐp hîp kim m¸c 25MnV gåm c¸c b−íc c«ng nghÖ nh− sau: + C«ng nghÖ luyÖn thÐp; + C«ng nghÖ tinh luyÖn; + C«ng nghÖ gia c«ng ¸p lùc; + C«ng nghÖ nhiÖt luyÖn. - KiÓm tra mét sè tÝnh chÊt cña vËt liÖu: thµnh phÇn ho¸ häc, tÝnh chÊt c¬ lý, tæ chøc tÕ vi.... - ChÕ t¹o s¶n phÈm xÝch vßng vµ dïng thö ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng. 2. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu ¸p dông ®èi víi ®Ò tµi nµy lµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu thùc nghiÖm. V× vËy ®Ó cã ®−îc c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu, nhãm thùc hiÖn ®Ò tµi ®· sö dông mét sè ph−¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ nghiªn cøu sau: - Dùa trªn c¬ së lý thuyÕt vµ thùc tÕ vÒ ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña lo¹i vËt liÖu hiÖn ®ang ®−îc sö dông cña ®¬n vÞ s¶n xuÊt còng nh− tham kh¶o mét sè tµi liÖu cã liªn quan ®Ó tiÕn hµnh lùa chän m¸c thÐp; - Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn, nhãm thùc hiÖn sö dông mét sè thiÕt bÞ sau ®Ó nghiªn cøu: + Lß c¶m øng trung tÇn 500kg/ mÎ ®Ó x¸c lËp quy tr×nh c«ng nghÖ luyÖn thÐp; + ThiÕt bÞ tinh luyÖn ®iÖn xØ ®Ó x¸c ®Þnh c«ng nghÖ tinh luyÖn; + ThiÕt bÞ khu«n ®óc ®Ó x¸c ®Þnh c«ng nghÖ ®óc, bóa rÌn 750kg, 250kg, thiÕt bÞ c¸n vµ thiÕt bÞ kÐo ®Ó x¸c ®Þnh c«ng nghÖ gia c«ng ¸p lùc; + Lß nung ®iÖn trë cho t«i vµ ram ®Ó x¸c ®Þnh c«ng nghÖ nhiÖt luyÖn thÐp; 18
+ Sö dông ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch ho¸ häc vµ ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch quang phæ ph¸t x¹ ®Ó kiÓm tra thµnh phÇn ho¸ häc cña thÐp; + Dïng m¸y kÐo nÐn v¹n n¨ng W60 ®Ó x¸c ®Þnh giíi h¹n bÒn, giíi h¹n ch¶y, ®é gi·n dµi cña thÐp; + M¸y ®o ®é cøng TK2M vµ m¸y COMPUTEST ®Ó ®o ®é cøng cña vËt liÖu; + Sö dông kÝnh hiÓn vi quang häc ®Ó nghiªn cøu tæ chøc tÕ vi cña vËt liÖu. - Ngoµi ra nhãm thùc hiÖn ®Ò tµi tham kh¶o c«ng nghÖ chÕ t¹o xÝch vßng ®Ó chÕ t¹o ph«i thÐp phï hîp víi ®iÒu kiÖn s¶n xuÊt thùc tÕ cña ®¬n vÞ s¶n xuÊt. 19