1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Lê Thị Nhung
NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI TỔ CHỨC VÀ TÍNH CHẤT
TRONG QUÁ TRÌNH HÀN THÉP KHÔNG GỈ VỚI THÉP CACBON
Ngành: Kỹ thuật Vật liệu
Mã số: 9520309
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU
Hà Nội - 2019
2
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Phạm Mai Khánh
2. TS. Nguyễn Đức Thắng
Phản biện 1: GS.TS Đinh Quảng Năng
Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Hoành Sơn
Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Văn Tích
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ
cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Hàn giữa hai vật liệu khác loại đang được áp dụng rộng rãi trong
các kết cấu của nhà máy nhiệt điện, hóa chất, dầu khí, đóng tàu. Thép
không gỉ được chọn cho các kết cấu làm việc trong môi trường chịu
ăn mòn, chịu nhiệt, chịu lực tác dụng; thép cacbon dùng cho các kết
cấu làm việc trong điều kiện ít chịu lực, không bị ăn mòn và ở nhiệt
độ thấp hơn. Mục đích của việc này nhằm giảm giá thành sản phẩm
nhưng vẫn đảm bảo đầy đủ yêu cầu kỹ thuật.
Các thông số về cơ tính của mối hàn như độ bền kéo, độ bền uốn,
độ giãn dài, độ dai va đập là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá mối hàn
có đảm bảo hay không. Tuy nhiên, các giá trị này được quyết định
bởi tổ chức hình thành trong mối hàn. Sau hàn, mối hàn được phân
chia thành các vùng nhỏ: vùng kim loại mối hàn, vùng ảnh hưởng
nhiệt và vùng kim loại cơ bản có tổ chức hoàn toàn khác nhau. Bài
toán về tổ chức và tính chất mối hàn là một vấn đề phức tạp, các câu
hỏi đặt thường đặt ra là:
i) Sau hàn, tham số công nghệ, tổ chức và cơ tính của vật liệu có
mối quan hệ như thế nào?
ii) Tổ chức và tính chất của mối hàn bị thay đổi như thế nào khi
làm việc ở nhiệt độ nâng cao?
iii) Tổ chức tại các tiểu vùng khác nhau có hay không tạo ra các
sai hỏng khi xét trong điều kiện làm việc lâu dài ở các nhiệt độ khác
nhau?
Với mục đích làm sáng tỏ vấn đề trên, đề tài “Nghiên cứu sự
biến đổi tổ chức và tính chất trong quá trình hàn thép không gỉ với
thép cacbon” đã được thực hiện trong luận án tiến sĩ kỹ thuật vật
liệu.
Mục tiêu, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của luận án
Xét trong điều kiện hàn, các tham số chính quyết định tới sự thay
đổi tổ chức mối hàn là vật liệu đầu vào, nhiệt độ tối đa đạt được
trong quá trình nung và tốc độ nguội. Xét trong điều kiện làm việc,
thời gian, nhiệt độ làm việc, yếu tố ngoại lực lại chiếm ưu thế trong
các yếu tố làm thay đổi tổ chức mối hàn. Do vậy, mục tiêu của luận
án chính là: nghiên cứu sự thay đổi tổ chức, tính chất của mối hàn
dưới ảnh hưởng của các tham số kể trên.
2
Đối tượng nghiên cứu là mối hàn giữa thép không gỉ austenit 304
và thép cacbon thấp sử dụng điện cực E309L-16, phương pháp sử
dụng là hàn hồ quang tay đã được ứng dụng trong kết cấu của nhà
máy nhiệt điện.
Phạm vi nghiên cứu gồm:
i) Xác định các tổ chức pha hình thành, độ cứng tế vi, độ bền đạt
được và biện luận sự hình thành pha trên các tham số đầu vào trong
điều kiện hàn
ii) Xác định các pha hình thành, đánh giá các sai hỏng phát sinh
do sự thay đổi tổ chức trong điều kiện làm việc ở nhiệt độ nâng cao
iii) Tính toán đường phân bố hàm lượng cacbon tại biên giới nóng
chảy thép cacbon theo mô hình Darken và ảnh hưởng của sự khuếch
tán cacbon tới tổ chức mối hàn và ảnh hưởng của sự khuếch tán tới
tổ chức mối hàn.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Các thí nghiệm được thực hiện tại nhà máy nhiệt điện Thái Bình, các
phòng thí nghiệm của trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Khoa Vật
lý – trường Đại học Khoa học Tự nhiên; phòng thí nghiệm trọng
điểm Polyme và Composite – trường Đại học Bách khoa thành phố
Hồ Chí Minh; Viện tên lửa – Viện khoa học và Công nghệ Quân sự;
trung tâm đánh giá không phá hủy – Viện năng lượng nguyên tử Việt
Nam, trung tâm thực hành thí nghiệm – Viện Cơ khí – Trường Đại
học Hàng hải Việt Nam, Phòng thí nghiệm Vật lý - trường Shimane
Nhật Bản, đề tài đã có một số đóng góp mang tính khoa học và thực
tiễn như sau:
Ý nghĩa khoa học
+ Xác định hình thái, hàm lượng δ-ferit và giải thích sự hình
thành, phát triển của pha δ-ferit theo nhiệt động học trong điều kiện
hàn và trong điều kiện làm việc ở nhiệt độ nâng cao.
+ Xác định mối quan hệ giữa nhiệt độ lớn nhất và tốc độ nguội tới
sự hình thành các pha vitmantet ferit, mactenxit, bainit, sigma và
cacbit trong vùng HAZ. Phân tích hình thái các pha dựa trên hiển vi
điện tử truyền qua (TEM).
3
+ Tính toán bề rộng vùng chuyển tiếp và đường phân bố nồng độ
cacbon tại biên giới nóng chảy thép cacbon theo mô hình Darken và
so sánh với kết quả thực tế. Đưa ra ảnh hưởng của sự khuếch tán
cacbon tới tổ chức và tính chất tại vùng chuyển tiếp mối hàn.
+ Đưa ra cơ chế sự hình thành sai hỏng (nứt, phân hủy cacbit) tại
vùng chuyển tiếp thép cacbon và vùng ảnh hưởng nhiệt thép không
gỉ khi mối hàn làm việc ở nhiệt độ 6000C và 9000C trong 10 giờ.
Ý nghĩa thực tiễn
+ Phân tích, đánh giá, dự đoán các sai hỏng xảy ra khi mối hàn
làm việc ở các nhiệt độ khác nhau.
+ Đề xuất giải pháp nhằm giảm khuyết tật và điều kiện làm việc
hợp lý.
Những đóng góp mới của luận án
i) Dựa trên cơ sở lý thuyết nhiệt động học giải thích sự kết tinh và
sự thay đổi hình thái, hàm lượng của pha δ-ferit vùng kim loại mối
hàn trong điều kiện hàn và thí nghiệm ở nhiệt độ nâng cao.
ii) Đã nghiên cứu mối quan hệ giữa: các yếu tố công nghệ hàn –
tổ chức tế vi – độ cứng tế vi và độ bền trong vùng ảnh hưởng nhiệt
thép cacbon. Sự hình thành các pha mactenxit, bainit, vitmantet ferit
chịu sự chi phối bởi nhiệt độ lớn nhất và tốc độ nguội và là một trong
các nguyên nhân làm giảm mạnh độ bền mối hàn (giải thích vùng
ảnh hưởng nhiệt thép cacbon là vùng yếu nhất trong mối hàn)
iii) Tính toán đường phân bố nồng độ của cacbon tại vùng chuyển
tiếp thép cacbon dựa trên mô hình của Darken. Kết hợp với kết quả
thực nghiệm, đã xác định được ảnh hưởng của sự khuếch tán tới tổ
chức mối hàn như: hình thành vùng ferit phía thép cacbon và sự tiết
cacbit phía kim loại mối hàn; hình thành vùng có độ cứng cao, vùng
có độ cứng thấp hai bên biên giới nóng chảy là nguyên nhân xuất
hiện tách lớp và nứt.
iv) Đã xác định và giải thích sự xuất hiện các khuyết tật trong mối
hàn ở nhiệt độ 6000C, 9000C
Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu là lý thuyết kết hợp với thực nghiệm trên
cơ sở tổng hợp, đánh giá phân tích, chế tạo mẫu và xử lý kết quả thực
nghiệm. Luận án sử dụng các phần mềm tiên tiến và các thiết bị đánh
giá kiểm tra hiện đại.