Báo cáo Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép 25MNV làm xích kéo trong các hầm lò khai thác than

i nền và trơ với các phản ứng hoá học. Trong phạm vi từ 1 – 14% khả năng chống ăn mòn của hợp kim tăng khi hàm l−ợng Si tăng ( hình 1.1 ). Hình 1.1: ảnh h−ởng của Si trong hệ Fe-Si tới tốc độ ăn mòn Hợp kim Fe-Si nếu có thêm Ni và Mo thì khả năng chống ăn mòn càng cao. 2.3. ảnh h−ởng của Mangan (Mn). Mangan (Mn) là nguyên tố phổ biến trong tự nhiên và đ−ợc xếp vào nhóm 7, chu kỳ IV, thuộc kim loại chuyển tiếp, nằm giữa crôm và sắt trong hệ thống tuần hoàn của các nguyên tố. Mn kim loại lấp lánh nh− bạc, có màu xám xanh và có 4 dạng thù hình: α - Mn (tồn tại d−ới 7300 C) có kiểu mạng lập ph−ơng phức tạp với thông số mạng a = 0,8913 nm; β - Mn (tồn tại trong khoảng 730 - 11000C) có kiểu mạng lập ph−ơng dày đặc với thông số mạng a = 0,630 nm; γ - Mn có kiểu mạng lập ph−ơng diện tâm với thông số mạng a = 0,3855nm và δ - Mn có kiểu mạng lập ph−ơng với thông số mạng a = 0,3088nm. Mn có tỷ trọng 7,21 - 7,46 g/cm3 (ở 250C), nóng chảy ở 12440C, sôi ở 20270C, có độ cứng Brinen 400 - 402 kg/mm2 và có 5 hoá trị: 2, 3, 4, 6, 7 trong các hợp chất hoá học khác nhau. g/m3.h %Si 15 3 14 8 Do có nhiều tính chất giống với sắt, lại đ−ợc sử dụng chủ yếu trong ngành luyện kim nên mangan đ−ợc xếp cùng với sắt vào nhóm kim loại đen. Mn là thuốc khử oxi và l−u huỳnh phổ biến trong luyện thép, là một trong những nguyên tố hợp kim quan trọng nhất, nó có mặt trong bất kỳ loại gang và thép nào và đều cải thiện các tính chất của chúng. Trong gang austenit có 4 - 7% Mn. Mn và N đ−ợc dùng thay thế Ni đắt tiền trong thép austenit không rỉ và nó có tác dụng hình thành tổ chức austenit ổn định phân bố đều trong thép. Các mác thép hợp kim thấp độ bền cao chứa Mn có thể đến 2 % làm tổ chức thép nhỏ mịn, tăng độ bền của thép. Mác thép nổi tiếng hàng trăm năm nay về độ dai va đập, độ cứng và độ chịu mài mòn chứa 10 - 14%, 1 -1,4%C có tên là thép Hardfield, sau khi tôi ở nhiệt độ khoảng 11000C thép có tổ chức austenit và th−ờng đ−ợc sử dụng chế tạo răng gàu xúc, xích xe tăng và xích máy kéo, bi nghiền, đầu búa, l−ỡi cắt máy ủi…. Các mác thép thông th−ờng chứa 0,4 - 0,8% Mn. Thép hợp kim cao chứa 12 - 16% Mn, thép chống ăn mòn chứa đến 19% Mn, thép bền nóng, thép chống từ tính chứa đến 20% Mn, các hợp kim chống rung và ghi nhớ hình chứa từ 32 - 60% Mn. Mn có ái lực hoá học mạnh với 02, do đó trong quá trình luyện thép, ở thời kỳ đầu Mn rất dễ bị oxy hoá, phản ứng nh− sau: (Fe0) + [Mn] → (Mn0) + [Fe] (n + m)(Fe0) + m[Mn] → (mMn0.nFe0) + m[Fe] (Mn0) và (Fe0) hàm l−ợng Mn0 và Fe0 trong xỉ; [Mn] và [Fe] hàm l−ợng Mn và Fe trong kim loại. Do Fe0, Mn0 hình thành dung dịch đặc liên tục nên chúng có thể tạo thành dung dịch lý t−ởng và ở trạng thái cân bằng, hằng số cân bằng của phản ứng đ−ợc trình bày: KMn = ( ) ( )[ ]MnFe Mn 0 0 lg KMn = T 6440 - 2,95 Trong xỉ luyện thép, ngoài Fe0 và Mn0 còn có các oxit khác. Nếu thay thế (Mn0) và (Fe0) bằng hoạt độ của nó, hằng số cân bằng có thể viết nh− sau: lg KMn = lg ( ) ( )[ ]Mnàe Mn a a 0 0 = T 6440 - 2,95 9 Đối với xỉ axit: lg KMn = T 5550 - 1,86. Căn cứ vào các công thức trên có thể tính đ−ợc giá trị của KMn ở những nhiệt độ khác nhau: T0C 1500 1600 1700 1800 KMn (xỉ kiềm) 4,68 3,09 2,04 1,48 KMn (xỉ axit) 18,62 12,60 8,92 6,60 Phân tích quan hệ ( )( )0 0 Fe Mn và [Mn] trong thực tế luyện thép lò điện chúng ta có thể rút ra các kết luận về khả năng khử Mn theo giản đồ sau: Từ hình 1.7 có thể thấy, trong điều kiện thực tế sản xuất xỉ kiềm tính cao Mn0 rất dễ hoàn nguyên, nhiệt độ càng cao, KMn càng nhỏ, Mn càng dễ đ−ợc hoàn nguyên và ng−ợc lại. Hình 1.2: Quan hệ giữa (MnO)/(FeO) trong xỉ và hàm l−ợng Mn trong thép với các loại xỉ khác nhau. a: Xỉ axit b: xỉ kiềm 10 2.4. ảnh h−ởng Vanadi (V). Đối với hệ thép hợp kim thấp, hàm l−ợng V th−ờng đ−ợc sử dụng với l−ợng 0,10 ữ 0,30%. Vanadi khi đ−ợc hợp kim hoá trong thép sẽ có tác dụng làm nhỏ hạt tinh thể nền tạo cho thép có độ bền và tính dẻo cao. Giản đồ trạng thái của hệ Fe-V đ−ợc thể hiện trong hình 1.3. Hình 1.3: Giản đồ trạng thái hệ Fe-V Xét về khía cạnh khả năng tạo cacbit thì khả năng tạo cacbit của các nguyên tố đ−ợc xếp theo thứ tự tăng dần nh− sau: Fe → Mn → Cr → Mo → W → Nb → V → Zr → Ti. Nh− vậy ta thấy rằng V là nguyên tố có khả năng tạo cacbit mạnh. Trong thép hợp kim và cụ thể là hệ V-C thì V tạo ra khá nhiều loại cacbit nh−: V5C, V2C, V4C3, V2C3 và VC. Giản đồ trạng thái của hệ V - C đ−ợc trình bầy trong hình 1.4 11 Hình 1.4. Giản đồ trạng thái hệ Fe - V - C 2.5 . ảnh h−ởng của L−u huỳnh (S). L−u huỳnh là một nguyên tố đặc biệt nguy hại, nó không tan trong Feα, Feγ. Trong giản đồ cân bằng Fe-FeS ng−ời ta đã chỉ ra đ−ợc điểm chảy của FeS là 11930C , cùng tinh (Fe+FeS) đ−ợc tạo thành ở nhiệt độ thấp (9850C) và khi kết tinh chúng nằm ở biên giới hạt. Khi hàm l−ợng l−u huỳnh trong thép cao hơn 0,02%, trong quá trình nguội do sự kết tinh có chọn lọc nên chất cùng tinh dung điểm thép sẽ đ−ợc tiết ra và tập trung trên biên giới hạt. Khi nung nóng đến nhiệt độ trên cùng tinh, tại biên giới hạt sẽ bị chảy và vật liệu sẽ bị phá vỡ gây ra hiện t−ợng “bở nóng”. 2.6 . ảnh h−ởng của Phốtpho (P). Phốtpho là chất có hại, nó làm giảm một cách rõ rệt cơ tính của thép đặc biệt là độ dai va đập. Phốtpho có nhiệt độ chảy thấp (440C), khối l−ợng riêng là 1,82g/ cm3. ở nhiệt độ th−ờng phốtpho có thể hoà tan vào trong thép khoảng 1,2%, nếu v−ợt quá giới hạn này thì sẽ tạo ra pha Fe3P và pha này có nhiệt độ chảy thấp (1050 0C) làm cho thép bị “bở nguội”. Phốtpho chỉ có ích trong một số loại thép còn hầu hết đều bị coi là tạp chất có hại. 12 3. Công nghệ chế tạo xích vòng. Trong ngành khai thác than Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung, việc vận chuyển than trong các hầm lò khai thác đến bãi nguyên liệu hầu hết sử dụng các xe gòng để vận chuyển. Việc kết nối các xe gòng với nhau ng−ời ta sử dụng hai loại khớp nối là khớp nối “cứng” vá khớp nối “mềm”. Xích vòng dùng trong công nghiệp khai thác than là một loại khớp nối và nó thuộc dạng khớp nối “mềm”. Ưu điểm của xích vòng so với các loại khớp nối khác là nó có độ linh động, việc tháo lắp và thay thế là dễ dàng. Hiện nay việc cung cấp xích vòng trong công nghiệp khai thác than một phần phải nhập khẩu và phần còn lại đ−ợc sản xuất trong n−ớc. Tình hình tiêu thụ loại sản phẩm này −ớc khoảng 1.000 tấn/ năm (theo số liệu không chính thức của Cty CP Cơ khí Mạo Khê-TKV). Công nghệ chế tạo xích vòng trong công nghiệp than đã, đang đ−ợc thực hiện ở trong n−ớc với quy trình công nghệ chính nh− sau: Phôi thép (thanh, dây) → Công nghệ cắt uốn → công nghệ hàn → công nghệ nhiệt luyện. 3.1. Công nghệ cắt uốn xích. Công nghệ này đã đ−ợc chuyển giao với đơn vị sản xuất trong n−ớc. Công nghệ này là công nghệ tự động với công đoạn cắt và uốn là hoàn toàn tự động trên máy. Công nghệ cắt uốn bao gồm hệ thống dẫn h−ớng, hệ thống má kẹp, hệ thống khuôn uốn và hệ thống dao cắt. Phôi thép sau khi đ−ợc kiểm tra về kích th−ớc hình học, thành phần hoá học và độ cứng sẽ đ−ợc đ−a vào máy cắt uốn. Chu trình cắt uốn chế tạo phôi xích đ−ợc tiến hành nh− sau: Phôi thép đ−ợc đ−a vào hệ thống dẫn h−ớng và nắn thẳng (nếu phôi thép ở dạng cuộn). Sau đó phôi thép đ−ợc đ−a đến hệ thống má kẹp. Hệ thống má kẹp bao gồm một dãy má kẹp 2 nửa để ôm sát vào phôi thép. Sau khi phôi thép đã đ−ợc kẹp chặt bằng hệ thống kẹp thì phôi đ−ợc dịch chuyển đến phần uốn tạo hình sơ bộ. Sau khi đã tạo hình sơ bộ phôi thép đ−ợc cắt đoạn thành từng mắt xích. Mắt xích sơ bộ đ−ợc hệ thống gạt đ−a sang bộ phận chờ ghép nối. Chu trình tạo mắt xích tiếp theo đ−ợc lặp lại nh− ban đầu. Sau khi tạo đ−ợc mắt xích thứ 2 thì sẽ đ−ợc hệ thống ghép nối các mắt xích với mắt xích thứ nhất rồi sau đó chuyển qua khâu uốn tinh để khe hở giữa hai đầu mắt xích trong phạm vị cho phép để chuyển tiếp sang công nghệ hàn. Hình 1.5 và 1.6 mô tả sơ bộ về máy cắt uốn công suất 5m xích/ phút và xích sau khi cắt uốn. 13 Hình 1.5. Máy cắt uốn tạo phôi xích vòng Hình 1.6. Xích vòng sau khi đã uốn cắt và ghép ắ 14 3.2. Công nghệ hàn và Công nghệ chế tạo xích vòng 3.2.1. Công nghệ hàn. Ngày nay có rất nhiều ph−ơng pháp hàn khác nhau. Theo trạng thái hàn có thể chia thành 02 nhóm là hàm nóng chảy và hàn áp lực. - Hàn nóng chảy: là ph−ơng pháp hàn yêu cầu nguồn nhiệt có công suất lớn (ngọn lửa ôxy – axêtylen, hồ quang điện, ngọn lửa plasma, v.v…) đảm bảo nung nóng cục bộ phần kim loại ở mép hàn của vật liệu cơ bản và que hàn (vật liệu hàn) tới nhiệt độ nóng chảy. Khi hàn nóng chảy, các khí xung quanh nguồn nhiệt có ảnh h−ởng rất lớn đến quá trình luyện kim và hình thành mối hàn. Do đó để điều chỉnh quá trình hàn theo h−ớng tốt thì phải dùng các biện pháp công nghệ nhất định nh−: dùng thuốc bảo vệ, khí bảo vệ, hàn trong môI tr−ờng chân không…. Trong nhóm hàn này, th−ờng gặp các ph−ơng pháp hàn khí, hàn hồ quang tay, hàn tự động và bán tự động d−ới lớp thuốc, hàn hồ quan trong môi tr−ờng khí bảo vệ, hàn điện xỉ, hàn plasma… - Hàn áp lực: Ph−ơng pháp hàn này th−ờng ở các dạng sau: + Hàn d−ới tác dụng của nguồn nhiệt và áp lực: Đối với ph−ơng pháp này phạm vi nguồn nhiệt tác động để hàn là rất lớn. Bằng nguồn nhiệt này ở một số ph−ơng pháp hàn kim loại bị nung nóng đến nhiệt độ bắt đầu chảy (hàn điểm, hàn đ−ờng). ở một số ph−ơng pháp khác, kim loại chỉ đạt đến trạng thái dẻo (nh− hàn tiếp xúc điện trở, hàn khuyếch tán) kim loại hoàn toàn không chảy mà sự liên kết hàn xảy ra do khuyếch tán ở trạng thái rắn có sự tác dụng của nhiệt và áp lực. + Hàn d−ới áp dụng của áp lực: ở ph−ơng pháp này sự liên kết hàn chỉ do tác dụng lực mà hoàn toàn không có nguòn nhiệt cung cấp. Một số ph−ơng pháp phổ biến nh−: hàn nguội, hàn nổ, hàn siêu âm. 3.2.2. Công nghệ chế tạo xích vòng. Công nghệ hàn xích vòng thuộc ph−ơng pháp hàn nóng chảy. Cụ thể là ph−ơng pháp hàn đối đầu nóng chảy. Hàn đối đầu nóng chảy là ph−ơng pháp hàn tiếp xúc đối đầu, toàn bộ mặt kim loại các phần tử hàn nối đ−ợc nung nóng chảy. Các b−ớc công nghệ của quá trình hàn xích vòng đ−ợc mô tả nh− sau: 15 Xích vòng sau công đoạn tạo phôi với kích th−ớc về độ dài theo yêu cầu sẽ đ−ợc chuyển sang công đoạn hàn. Việc hàn các mắt xích đ−ợc tiến hành trên máy hàn tự động với công suất máy hàn đ−ợc 5 mắt xích/ phút. Chu trình hàn xích diễn ra nh− sau: Xích vòng sau khi đ−ợc tiến hành uốn cắt và tạo thành sợi xích sẽ đ−ợc đ−a vào máy hàn. Máy hàn xích bao gồm hệ thống kẹp xích, dẫn h−ớng, hệ thống hàn. Hệ thống dẫn h−ớng và hệ thống kẹp chi tiết trong hệ thống hàn gần giống hệ thống kẹp và dẫn h−ớng của công nghệ cắt uốn. Hệ thống hàn bao gồm 04 mỏ hàn chia thành 02 bộ lắp đối xứng với nhau. Khi mắt xích đ−a đến đầu hàn thì với mỗi mắt xích sẽ đ−ợc 02 đầu hàn thực hiện. Các mắt xích đ−ợc gá chặt trên bàn hàn, công đoạn này có tác dụng giữ chặt vật hàn trên giá hàn để khi hàn vật hàn không bị xê dịch. Mắt xích đầu tiên sẽ đ−ợc thực hiện trên cụm đầu hàn thứ nhất. Sau khi hàn xong, vật hàn đ−ợc dịch chuyển tịnh tiến lên phía tr−ớc và xoay 900 đến hàn tiếp mắt xích thứ 2. Mắt xích thứ hai đ−ợc thực hiện trên cụm đầu hàn thứ 2. Các mắt xích tiếp theo đ−ợc thực hiện theo nh− mắt xích thứ nhất và mắt xích thứ 2 cho đến khi thực hiện xong đoạn xích. Hình 1.7, 1.8 và 1.9 cho ta thấy mô hình máy hàn tự động xích vòng và sản phẩm xích sau khi hàn xong và hoàn thiện. Hình 1.7. Máy hàn xích vòng tự động 16 Hình 1.8. Xích vòng sau khi hàn qua khâu tinh chỉnh Hình 1.9. Sản phẩm xích sau hoàn thiện 17 4. Yêu cầu về vật liệu làm xích. 4.1. Về mặt hình học. - Kích th−ớc: thép dạng thanh hoặc cuộn Φ14±0,4 và Φ18±0,4. - Độ ôvan: ≤ 0,2. 4.2. Độ cứng. độ cứng sau ủ ≤ 200HB 3.3. Độ bền. - σb (Rm) ≥ 780 MPa. - σc (R0,2) ≥ 590 MPa. - δ ≥ 10 (%). 18 phần II nội dung - ph−ơng pháp nghiên cứu 1. Nội dung nghiên cứu. Đề tài tiến hành triển khai các nội dung nghiên cứu nh− sau: - Nghiên cứu tổng quan về thép hợp kim thấp và mác 25MnV dùng để chế tạo xích vòng sử dụng trong các hầm lò khai thác than với các tài liệu và tiêu chuẩn cũng nh− thiết bị sản xuất trong n−ớc và quốc tế; - Nghiên cứu để xác lập quy trình công nghệ sản xuất thép hợp kim mác 25MnV gồm các b−ớc công nghệ nh− sau: + Công nghệ luyện thép; + Công nghệ tinh luyện; + Công nghệ gia công áp lực; + Công nghệ nhiệt luyện. - Kiểm tra một số tính chất của vật liệu: thành phần hoá học, tính chất cơ lý, tổ chức tế vi.... - Chế tạo sản phẩm xích vòng và dùng thử để đánh giá chất l−ợng. 2. Ph−ơng pháp nghiên cứu. Ph−ơng pháp nghiên cứu áp dụng đối với đề tài này là ph−ơng pháp nghiên cứu thực nghiệm. Vì vậy để có đ−ợc các kết quả nghiên cứu, nhóm thực hiện đề tài đã sử dụng một số ph−ơng pháp và thiết bị nghiên cứu sau: - Dựa trên cơ sở lý thuyết và thực tế về điều kiện làm việc của loại vật liệu hiện đang đ−ợc sử dụng của đơn vị sản xuất cũng nh− tham khảo một số tài liệu có liên quan để tiến hành lựa chọn mác thép; - Trong quá trình thực hiện, nhóm thực hiện sử dụng một số thiết bị sau để nghiên cứu: + Lò cảm ứng trung tần 500kg/ mẻ để xác lập quy trình công nghệ luyện thép; + Thiết bị tinh luyện điện xỉ để xác định công nghệ tinh luyện; + Thiết bị khuôn đúc để xác định công nghệ đúc, búa rèn 750kg, 250kg, thiết bị cán và thiết bị kéo để xác định công nghệ gia công áp lực; + Lò nung điện trở cho tôi và ram để xác định công nghệ nhiệt luyện thép; 19 + Sử dụng ph−ơng pháp phân tích hoá học và ph−ơng pháp phân tích quang phổ phát xạ để kiểm tra thành phần hoá học của thép; + Dùng máy kéo nén vạn năng W60 để xác định giới hạn bền, giới hạn chảy, độ giãn dài của thép; + Máy đo độ cứng TK2M và máy COMPUTEST để đo độ cứng của vật liệu; + Sử dụng kính hiển vi quang học để nghiên cứu tổ chức tế vi của vật liệu. - Ngoài ra nhóm thực hiện đề tài tham khảo công nghệ chế tạo xích vòng để chế tạo phôi thép phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế của đơn vị sản xuất. 20 phần III Quá trình thực nghiệm Với việc xác định các b−ớc công nghệ để chế tạo thép 25MnV đã đ−ợc định h−ớng ở phần nội dung nghiên cứu. Do đó trong quá trình thực nghiệm nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành các b−ớc công nghệ nh−: 1. Công nghệ luyện thép. Thành phần hoá học là chỉ tiêu quan trọng quyết định chất l−ợng của vật liệu. Do đó để xác định l−u trình công nghệ nấu luyện nhóm thực hiện đề tài dựa trên một số yếu tố sau: - Dựa vào cơ sở lý thuyết, tài liệu có liên quan trong n−ớc và thế giới về công nghệ luyện thép hợp kim. - Dựa vào thực tế sản xuất thép hợp kim ở một số cơ sở luyện thép trong n−ớc nh− Viện Luyện kim Đen, Công ty Cơ khí Hà Nội, Công ty Cơ khí Đông Anh và một số cơ sở sản xuất khác.... Trên cơ sở phân tích và tổng hợp các số liệu đã thu thập đ−ợc, nhóm nghiên cứu đ−a ra sơ đồ l−u trình công nghệ nấu luyện nh− hình 3.1. 21 Hình 3.1: Sơ đồ l−u trình công nghệ sản xuất thép 25MnV làm xích kéo Từ l−u trình trên, nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành nấu thí nghiệm trong lò trung tần 500 kg/ mẻ. Tr−ớc khi tiến hành nấu luyện tiến hành phân tích thành phần hoá học của nguyên liệu, lựa chọn nguyên vật liệu thích hợp, tính toán phối liệu theo thành phần hoá học đã đ−ợc kiểm tra. Thành phần hoá học của mác thép cần nấu luyện đ−ợc ghi trong bảng 3.1. Thành phần hoá học của nguyên liệu sử dụng cho nấu luyện đ−ợc ghi trong bảng 3.2 và cách tính phối liệu những mẻ nấu thí nghiệm đ−ợc ghi trong bảng 3.3. Bảng 3.1. Thành phần hoá học mác thép 25MnV theo tiêu chuẩn GB3077-88 Thành phần hoá học (theo % trọng l−ợng) Mác C Si Mn P S V 25MnV 0.21 ữ 0.28 0.17 ữ 0.37 1.20 ữ 1.60 ≤ 0.035 ≤ 0.035 0.10 ữ 0.20 Chuẩn bị nguyên liệu Nạp liệu Nấu luyện Đúc thỏi Kiểm tra thành phần hoá học Đạt Công nghệ tiếp theo K hô ng đ ạt 22 Bảng 3.2: Thành phần hoá học của nguyên liệu dùng trong nấu luyện. Thành phần hoá học (theo % trọng l−ợng) Nguyên liệu C Si Mn P S V Al Thép phế CT3 0.14 0.18 0.39 0.03 0.035 FeV 48 FeSi 75 0.56 75 FeMn (cacbon cao) 7.0 70.0 Grafit 98 Nhôm dây 98 Bảng 3.3: Bảng tính phối liệu các mẻ nấu TT Tên nguyên liệu Đơn vị tính Mẻ I Mẻ II Mẻ III 01 Thép phế CT3 -kg- 300 350 350 03 FeV -nt- 1.5 1,7 1,7 04 FeSi 75 -nt- 1,0 1,0 1,0 05 FeMn (cacbon cao) -nt- 6,0 7,5 7,5 06 Nhôm dây -nt- 1,0 1,0 1,0 Tổng cộng -nt- 309,5 361,2 361,2 Loại thép này thuộc hệ thép hợp kim thấp, cụ thể hơn là thuộc họ thép Mn-V nên trong quá trình nấu luyện ta phải chú ý đến thành phần các nguyên tố chính nh− C, Mn, V. Hơn nữa, các nguyên tố để hợp kim hoá lại có ái lực với ôxy rất mạnh nên việc hợp kim hoá phải thận trọng để đảm bảo đ−ợc các nguyên tố này không bị cháy hao nhiều. Việc tính toán đến khả năng cháy hao nguyên liệu đ−ợc tính bằng lý thuyết và thực tế nh− sau: FeMn cháy hao trong khoảng 10 ữ 15%, FeV là 15 ữ 20%. 23 Với bảng phối liệu nh− trên, quy trình nấu luyện thép 25MnV nh− sau: Thứ tự xếp liệu theo thứ tự sau: 1. Chất tạo xỉ (CaO + CaF2); 2. Lót thép nền, 3. chất liệu cho đầy nồi lò với quy tắc là chặt xít. - Đóng điện và nâng dần công suất lò đến 100% công suất. Sau khi liệu chảy hết thì vớt xỉ và tạo xỉ mới. - Khi tạo xỉ mới xong thì cho FeMn và FeSi vào để khử khí. Lúc đầu cho FeMn vào lò (khoảng 10 ữ 15 phút tr−ớc khi ra thép, FeMn để hợp kim hoá nên để dạng cục ≥ 5mm, phải đ−ợc nung sấy tr−ớc khi cho vào lò), tiếp theo ta cho FeSi vào lò (FeSi phải đ−ợc nung sấy tr−ớc khi cho vào lò, có thể đập nhỏ tr−ớc khi cho vào lò). L−ợng FeMn dùng cho khử khí khoảng 0,7 ữ 0,8% mẻ luyện, FeSi = 0,8 ữ 0,9% mẻ , nhôm dây = 0,2 ữ 0,3% mẻ. Do FeV có ái lực với ôxy khá mạnh nên để hợp kim hoá ta nên cho FeV vào lò tr−ớc khi ra thép khoảng 3 đến 5 phút (tr−ớc khi cho vào phải gạt xỉ để tránh FeV lẫn vào xỉ mà không vào thép). - Để lắng sau đó vớt xỉ và rót thép vào thùng rót đã đ−ợc sấy. Tại đây ta khử khí lần cuối bằng cách cho Al vào thùng rót tr−ớc khi rót thép vào. Rót thép vào khuôn cát đ−ợc làm bằng ph−ơng pháp đông cứng nhanh bằng n−ớc thuỷ tinh và khí CO2 để đúc thanh điện cực φ60 x 3.000 mm dùng cho công nghệ tinh luyện điện xỉ và phôi φ100 x 1000 mm để gia công áp lực. Mỗi mẻ luyện đều đ−ợc lấy mẫu để phân tích thành phần hoá học lúc bắt đầu rót, trong quá trình rót và khi sắp kết thúc rót (lấy 03 mẫu để phân tích và lấy kết quả trung bình). 2. Công nghệ tinh luyện. Có rất nhiều ph−ơng pháp tinh luyện thép nh−ng ph−ơng pháp đề tài áp dụng là ph−ơng pháp tinh luyện điện xỉ và ph−ơng pháp tinh luyện theo kiểu lò thùng. + Ph−ơng pháp tinh luyện kiểu lò thùng (LF) ỏ đây thực hiện trực tiếp ttrong lò luyện. Sau khi thép đã nóng chảy hoàn toàn thì bắt đầu tiến hành tinh luyện. Sử dụng dòng fuco của lò để tạo sự khuấy trộn mạnh đồng thời thổi khí Argon vào lò. Từ sự khuấy trộn và thổi khí này các tạp chất có điều kiện để nổi lên tạo thành xỉ. Ph−ơng pháp này có −u điểm là giá thành hạ và thao tác nhanh. Tuy nhiên có nh−ợc điểm là khi sử dụng dòng fuco của lò sẽ gây cho lò bị quá nóng và t−ờng lò bị bào mòn. + Ph−ơng pháp tinh luyện ngoài lò mà ở đây là ph−ơng pháp tinh luyện điện xỉ. Những giọt kim loại lỏng đi qua lớp xỉ lỏng một số tạp chất trong thỏi đúc sẽ bị giữ 24 lại trong xỉ do đó thép sạch hơn, thép lỏng đ−ợc kết tinh đều đặn trong hộp kết tinh làm cho thỏi thép có cấu trúc nhỏ mịn, thành phần thép đồng đều hơn nên tăng tỷ lệ thu hồi trong công đoạn tiếp sau. Một trong những đặc tính −u việt của công nghệ tinh luyện điện xỉ là tác dụng khử l−u huỳnh trong thép và làm giảm đáng kể tạp chất sunfit với hệ xỉ AHF6. Bằng kinh nghiệm thực tế qua quá trình chạy lò điện xỉ 100KVA tại Viện Luyện kim Đen nhóm thực hiện đề tài đã lựa chọn công nghệ tinh luyện điện xỉ với hệ xỉ AHF6 để tinh luyện thép. Thỏi thép sau điện xỉ có bề mặt nhẵn, không có hiện t−ợng rỗ, nứt. Thông số kỹ thuật cơ bản của lò 100KVA - Biến thế 100KVA - Điện áp làm việc 45 ữ 48V - C−ờng độ dòng điện 1400 ữ 1500 A - Đ−ờng kính điện cực φ 60 mm - Tiêu hao n−ớc làm lạnh 5 m3/h - Tốc độ chuyển dịch điện cực 33 ữ 35 mm/ phút - Xỉ tinh luyện AHF 6 - Tiêu hao xỉ 5 ữ 6 % mẻ - Kích th−ớc thỏi thép φ 120 x 400 mm Sau khi tinh luyện điện xỉ xong ta tiến hành lấy 03 mẫu (bằng cách cắt phôi điện xỉ) để phân tích thành phần hoá học thép sau điện xỉ đồng thời đến công nghệ tiếp theo. 3. Công nghệ gia công nóng. 3.1. Công nghệ rèn. Quá trình rèn là quá trình gia công áp lực. Vì vậy khi rèn cần phải chú ý đến các khâu nung phôi (tốc độ gia nhiệt, đẳng nhiệt), chế độ biến dạng và quá trình làm nguội. Thép 25MnV sau điện xỉ đ−ợc kiểm tra chất l−ợng đem xếp vào lò phản xạ có nhiệt độ ban đầu bằng nhiệt độ môi tr−ờng. Tiến hành nâng nhiệt nhờ điều chỉnh cấp gió với tốc độ tăng từ 80 ữ 1200C/ giờ. Sau thời gian từ 06 đến 07 giờ lò đạt nhiệt độ 25 650 ữ 7500C ta tiến hành nâng nhiệt nhanh khoảng 150 ữ 2000C/ giờ. Khi lò đạt nhiệt độ 1050 ữ 11000C thì giữ đẳng nhiệt trong vòng 2 giờ. Đỏ 1: Vỗ dài phôi thép, chặt đầu, đuôi đến kích th−ớc cần thiết phôi 60x60mm. - Nhiệt độ bắt đầu rèn: 1050 ữ 11000C. - Nhiệt độ kết thúc rèn: 850 ữ 9000C. Đỏ 2: Rèn theo kích th−ớc chi tiết phôi cho công đoạn tiếp theo. Yêu cầu về sản phẩm: Phôi 45x45 x 1200mm, φ28 x 1000 mm. - Nhiệt độ bắt đầu rèn: 1050 ữ 11000C. - Nhiệt độ kết thúc rèn: 850 ữ 9000C. Phôi rèn sau khi kiểm tra chất l−ợng sơ bộ đ−ợc đ−a vào lò ủ để tránh xảy ra ứng suất và phục vụ cho công đoạn tiếp theo. Quy trình rèn tạo phôi sản phẩm đ−ợc mô tả nh− trong hình 3.2. Hình 3.2: Sơ đồ quy trình rèn thép 25MnV 900 1200 600 300 1082 T0C 64 τ, giờ1412 26 3.2. Công nghệ cán nóng. Cán thép là ph−ơng pháp dùng áp lực để gia công kim loại, bằng cách ép vật liệu giữa những trục quay của máy cán để giảm kích th−ớc mặt cắt ngang của thỏi thép hoặc phôi thép và để tạo cho phôi có một hình dáng và kích th−ớc nhất định. Trong b−ớc công nghệ này chúng ta cần phải quan tâm đến các b−ớc công nghệ nung phôi, nhiệt độ cán, tốc độ cán, l−ợng biến dạng, Thiết bị dùng để cán thép 25MnV là dây truyền cán mini công suất 15.000 tấn/ năm, với lò nung liên tục. Các thông số kỹ thuật để thực hiện b−ớc công nghệ này nh− sau: - Tốc độ nung phôi khoảng từ 150 ữ 2500C/ giờ. - L−ợng biến dạng dài cho mỗi b−ớc cán là: + Trục thô: λ = 1.12 ữ 1,25 + Trục tinh: λ = 1.5 ữ 1,6 - Tốc độ cán: v = 3,5 ữ 4,0 m/s - Nhiệt độ bắt đầu cán: 1100 - 11500C - Nhiệt độ kết thúc cán: 900 - 9500C - Quy cách sản phẩm: φ14mm Quy trình sơ đồ công nghệ cán đ−ợc môt tả nh− trong hình 3.3. 27 Hình 3.3: Sơ đồ công nghệ cán thép 25MnV 4. Công nghệ kéo. Thép 25MnV dùng làm xích kéo với công nghệ sản xuất tự động nh− đã nói ở trên. Do đó các yêu cầu về vật liệu là khá nghiêm ngặt. Để đáp ứng đ−ợc các yêu cầu của công nghệ thì sau khi thép qua khâu cán cần phải qua khâu kéo để đảm bảo về kích th−ớc và dung sai. Trong công nghệ kéo cần phải đảm bảo đ−ợc một số yêu cầu: - Đạt đ−ợc kích th−ớc và dung sai cho phép; - Đảm bảo độ cứng của vật liệu. Do qua biến dạng nguội nên vật liệu sẽ bị biến cứng bề mặt. Trong quá trình cắt uốn nếu vật liệu cứng quá giới hạn cho phép sẽ gây hiện t−ợng gẫy. Từ những yêu cầu đó mà vật liệu khi tiến hành kéo nguội phải tính toán đến số b−ớc kéo và l−ợng biến dạng của vật liệu. Nhóm thực hiện đề tài đã cán thép đến dung sai ± 0,6mm để tiến hành công đoạn kéo. Kéo thép 25MnV đ−ợc thực hiện trên máy kéo với các thông số kỹ thuật nh−: công suất môtơ: 7,5kWh; tốc độ kéo: 8m/ 900 1200 600 300 1082 T0C 64 τ, giờ 12 28 phút. Khuôn kéo làm bằng vật liệu có độ cứng cao (khuôn BK8), bột kéo là hỗn hợp bao gồm bột phấn chì + mỡ hữu cơ. Hình 3.4 là sơ đồ khuôn kéo. Hình 3.4: Sơ đồ kéo thép 25MnV 5. Công nghệ nhiệt luyện. Nhiệt luyện là quá trình nung nóng kim loại đến một nhiệt độ nhất định, giữ ở nhiệt độ đó một thời gian thích hợp rồi làm nguội với tốc độ phù hợp để tạo ra sự thay đổi về cấu trúc, từ đó tạo đ−ợc cơ tính phù hợp yêu cầu sử dụng. Quá trình nhiệt luyện sơ bộ gồm một hoặc tổ hợp các b−ớc sau: - ủ: ủ là quá trình nung nóng kim loại, giữ ổn định nhiệt độ để thấu nhiệt rồi làm nguội chậm để đạt tổ chức cân bằng có độ cứng, độ bền thấp, độ dẻo cao nhất. - Th−ờng hoá: th−ờng hoá là quá trình nung nóng đến tổ chức hoàn toàn austenit, làm nguội trong môi tr−ờng không khí tĩnh để đạt tổ chức gần cân bằng. Mục đích của th−ờng hoá cũng nh− ủ là làm mềm kim loại để dễ gia công và tạo hình. - Tôi: tôi là quá trình nung nóng làm xuất hiện tổ chức austenit rồi làm nguội nhanh để đạt tổ chức không cân bằng với độ cứng cao. - Ram: là nguyên công bắt buộc sau khi tôi, là quá trình nung nóng lại thép đã tôi để điều chỉnh độ cứng, độ bền theo yêu cầu làm việc. Chế độ nhiệt luyện thép 25MnV đ−ợc trình bầy trong bảng 3.4. 29 Bảng 3.4: Chế độ ủ, th−ờng hoá, tôi và ram