Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu công nghệ tái chế thép không gỉ 201

Chia sẻ: Chip Bia Chip | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:75

Thêm vào BST

Báo xấu

254
lượt xem 89
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo luận văn - đề án 'luận văn tốt nghiệp: nghiên cứu công nghệ tái chế thép không gỉ 201', luận văn - báo cáo, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu công nghệ tái chế thép không gỉ 201

Luận văn đề tài: nghiên cứu công nghệ tái chế thép không gỉ ……….., tháng … năm …….
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