Đề tài tìm HIỂU NGÀNH CÔNG NGHIỆP THÉP ở VIỆT NAM

Khái niệm chung về thép Thép là loại vật liệu cơ bản, không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp, do nó có nhiều ưu điểm so với các loại vật liệu khác như: sự kết hợp giữa độ cứng,

LỜI MỞ ĐẦU

Công nghiệp gang thép Việt Nam đang bước vào một giai đoạn phát triển mới Vai trò của các doanh nghiệp tư nhân dần mở rộng, những dự án đầu tư vốn nước ngoài với quy mô lớn hơn đã và đang tập trung vào ngành công nghiệp này Các doanh nghiệp nhà nước đang mất dần đặc quyền đặc lợi và rơi vào tình thế phải tìm ra cách thức tồn tại độc lập với Nhà nước Giai đoạn phát triển mới này đòi hỏi những tiếp cận mới như tăng cường cạnh tranh, sắp xếp lại cơ chế thu mua kim loại phế liệu song song với bảo vệ môi trường, quản lý quá trình tự do hóa thương mại, đánh giá các dự án vốn đầu tư nước ngoài và tăng cường vai trò của các hiệp hội doanh nghiệp

Việt Nam, công nghiệp gang thép, dòng nguyên liệu, phân công lao động theo cấp bậc, doanh nghiệp nhà nước, chuyển đổi chính sách, năng lực của chính phủ, thu hút vốn đầu tư trực tiếp nước ngoài, bảo vệ môi trường, hiệp định đối tác kinh tế song phương Nhật Bản - Việt Nam, hiệp hội doanh nghiệp

Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu này sẽ làm sáng rõ thực tế là ngành công nghiệp gang thép Việt Nam đang bước vào một giai đoạn phát triển mới và sự đổi mới trong chính sách để phù hợp cho giai đoạn mới này là rất cần thiết Nghiên cứu cũng đề xuất những định hướng trong đổi mới chính sách Sau phần giới thiệu chung, các vấn đề của ngành công nghiệp sẽ được đưa ra bàn luận cùng với những đóng góp và hạn chế của những nghiên cứu trước đây

Chính sách “Mở Cửa”, Sự chuyển dịch sang nền kinh tế thị trường và sự phát triển của ngành công nghiệp thép Việc phát triển ngành công nghiệp thép ở các nước đang phát triển là một công việc không dễ dàng Thúc đẩy ngành công nghiệp thép nội địa buộc một quốc gia phải đối mặt với các vấn đề như thị trường nội địa hạn hẹp, khó khăn về tài chính, cơ sở hạ tầng yếu kém và sự thiếu hụt đội ngũ quản

lí, kỹ sư và chuyên gia kỹ thuật với những kỹ năng chuyên môn cần thiết Hơn nữa, các nước đang phát triển ngày nay buộc phải công nghiệp hóa trong điều kiện hội nhập với kinh tế thế giới ngay từ giai đoạn đầu của quá trình phát triển kinh tế Tương lai của ngành công nghiệp thép nói riêng cũng không có nhiều sáng sủa dưới áp lực của tự do hóa và hội nhập quốc tế Thực tế, từ sau chính sách Đổi mới trong vòng 20 năm trở lại đây, Việt Nam đã và đang mở rộng quan hệ với thế giới Việt Nam đã thực hiện cắt giảm thuế mậu dịch khu vực theo khung AFTA từ năm

2006 và gia nhập Tổ chức thương mại thế giới WTO năm 2007 Với nghiên cứu về tương lai của ngành công nghiệp thép Việt Nam, sự tự do hóa kinh tế ở Việt Nam

TỔNG QUAN NGÀNH CÔNG NGHIỆP THÉP Ở VIỆT NAM

I Sự hình thành và phát triển ngành công nghiệp thép ở Việt Nam

1 Ngành công nghiệp thép hình thành trong điều kiện đất nước bị

chia cắt

Thời kỳ này ngành thép của 2 miền được hình thành dưới 2 hệ thống với

những đặc trưng kinh tế khác nhau Miền bắc, nhà máy thép Thái Nguyên (TISCO) được bắt đầu xây dựng năm 1959, đây là nhà máy liên hợp khép kín, mục tiêu bắt đầu sản xuất 200000 tấn thép thô /năm Dung tích lò luyện 100m3

các lò thép nhỏ được thiết kế và xây dựng nhờ viện trợ kinh tế của Trung Quốc Sau năm 1966, thiết bị sản xuất - vận chuyển của nhà máy bị thiệt hại lớn trong chiến tranh Sau 15 năm nhà máy gang thép Thái Nguyên mới có sản phẩm cán Miền Nam, từ nửa sau thập kỷ 60 tư sản Hoa Kiều bỏ vốn xây dựng 1 số nhà máy luyện cán thép Các nhà má nằm gần Sài Gòn vói các lò luyện thép Hồ Quang Điện có dung lượng khoảng 5-15 tấn/mẻ, máy cán thép năng lượng khoảng 5 tấn/ngày Nhà máy quy mô nhỏ nhưng được Đài Loan và Nhật Bản cung cấp kỹ thuật nên được tiếp thu kỹ thuật tương đối mới Những nhà máy cán thép được quốc hữu hóa sau đất nước thống nhất

2 Qúa trình phát triển ngành thép sau ngày đất nước thống nhất

- Năm 1975, nhà máy luyện cán thép Gia Sàng do Đức giúp đã đi vào sản xuất, công suất thiết kể cả khu liên hợp gang thép Thái Nguyên lên đến 10 vạn tấn/năm

- Năm 1976, công ty luyện kim đen Miền Nam được thành lập vói tổng công suất 80000 tấn thép cán/năm

- Từ năm 1976-1989, ngành thép gặp rất nhiều khó khăn do kinh tế đất nước lâm vào khủng hoảng Mặt khác ngành thép nhập khẩu từ Liên Xô (trước đây)

và các nước XHCN vẫn còn dồi dào Vì vậy ngành thép không phát triển được

và chỉ duy trì mức sản lượng 40000-85000 tấn/năm

- Từ năm 1989-1995 thực hiện chủ trương đổi mới, mở cửa của Đảng và nhà nước ngành thép bắt đầu có tăng trưởng Sản lượng thép trong nước đã vượt ngưỡng 100000 tấn/năm Năm 1990, tổng công ty thép Việt Nam được thành lập, thống nhất quản lý ngành sản xuất thép quốc doanh trong cả nước Đây là thời kỳ phát triển sôi động và nhiều dự án đầu tư theo chiều sâu, liên doanh với nước ngoài được thực hiện Năm 1995,tổng công ty thép Việt Nam và tổng công

ty kim khí thuộc Bộ thương mại được hợp nhất

- Năm 1996-2000, ngành thép vẫn gĩư được tốc độ tăng trưởng khá cao, tiếp tục được đầu tư mới và đầu tư theo chiều sâu Đã xây dựng và hoạt động 13 dự

án liên doanh, trong đó có 12 nhà máy liên doanh cán thép và gia công chế biến sau cán Sản lượng cán thép cả nước năm 2000 đạt 1,57 triệu tấn gấp 3 lần năm

1995 và gấp 14 lần năm 1990 Đây là thời kỳ có tốc đọ tăng trưởng mạnh nhất

- Hiện nay, lực lượng tham gia sản xuất và gia công chế biến thép trong nước rất đa dạng Gồm nhiều thành phần kinh tế, ngoài tổng công ty thép Việt Nam và các cơ sở quốc doanh thuộc các ngành, địa phương khác nhau, còn có các liên doanh, các công ty cổ phần, công ty 100% vốn nước ngoài và các công ty tư

nhân Sau 10 năm đổi mới và tăng trưởng, ngành thép Việt Nam đã có công suất luyện thép lò luyện 500000 tấn/năm, công suất cán thép kể cả các đơn vị ngoài TCT thép Việt Nam tới 2,6 triệu tấn/năm, gia công sau cán trên 500000 tấn/năm.

II Đặc điểm của ngành công nghiệp thép Việt Nam

1 Khái niệm chung về thép

Thép là loại vật liệu cơ bản, không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp,

do nó có nhiều ưu điểm so với các loại vật liệu khác như: sự kết hợp giữa độ cứng, độ bền, dễ gia công, dễ tái sinh, có thể từ hóa và có tính kỹ thuệt cao Nhờ những tính năng ưu việt này, thép được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như: ô tô, thiết bị điện, đóng tàu, xây dựng, giao thông và công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng có tuổi thọ cao Ở các nước, công nghiệp thép được coi

là bộ phận quan trọng của nền kinh tế

2 Quy trình sản xuất thép

Quy trình sản xuất thép hoàn chỉnh được thực hiện thông qua 6 công đoạn cơ

bản: (1) thiêu kết, (2) luyện cốc, (3) luyện gang, (4) luyện thép, (5) đúc thép, (6) cán thép Ba công đoạn đầu tiên của quy trình sản xuất thép thường tạo ra những sản phẩm tương đối đồng nhất Từ công đoạn thứ tư trở đi, các sản phẩm sẽ bắt đầu được phân nhánh theo 2 nhóm chủ yếu là các sản phẩm dài và các sản phẩm dẹt với những tính năng khác nhau tùy thuộc vào kỹ thuật luyện thép Các nhà máy thép có thể được xây dựng với một, một số hoặc toàn bộ các công đoạn, nhà máy thép với đầy đủ công đoạn nói trên được gọi là nhà máy thép liên hợp Chi phí đầu tư cho những công đoạn thượng nguồn cao hơn rất nhiều so với các công đoạn hạ nguồn Theo các chuyên gia trong ngành thép, đẻ có một dây chuyền sản xuất 100000 tấn phôi/năm, doanh nghiệp cần đầu tư khoảng 300 triệu USD, trong khi chỉ cần 200 tỷ đồng là đã xây dựng được một nhà máy cán thép có công suất 200000 tấn/năm

Ở các nước đang phát triển, ngành công nghiệp thép được bắt đàu từ các công đoạn hạ nguồn, sau đó mở rộng lên các công đoạn thượng nguồn Những nước giàu tài nguyên cũng có thể bắt đầu phát triển ngành công nghiệp từ công đoạn khai thác quặng.Việc lựa chon công đoạn phát triển trong mỗi thời kỳ được thực hiện trên cơ sở đánh giá về nhu cầu thị trường, tiềm năng nguyên liệu, hiệu quả sản xuất của từng công đoạn, khả năng huy động vốn và những ràng buộc khác liên quan đến hoạt động đầu tư Các nhà đầu tư tự quyết định công đoạn để đầu

tư nhưng nhà nước cũng có thể ảnh hưởng đến sự lựa chọn của các nhà đầu tư thông qua việc ban hành và thực thi các chính sách phát triển ngành công nghiệp này

3 Hoạt động phân phối thép

Các sản phẩm thép thường cồng kềnh, giá trị của một đơn vị khối lượng

thường thấp hơn nhiều so với nhiều loại sản phẩm khác Vì vậy, chi phí lưu thông thép thường chiếm một tỷ trọng đáng kể trong tổng giá thành và qua đó ảnh hưởng đến giá bán cho các nhà phân phối

Nếu trong quá trình lưu thông, thép không được bảo quản và vận chuyển một cách hợp lý, chất lượng thép sẽ bị suy giảm và có thể không được sử dụng hoặc phải bán với giá thấp Điều này tạo ra áp lực chi phí cho các nhà phân phối, họ

có thể đòi hỏi các nhà sản xuất phải bán thép với giá rẻ hơn, hoặc người tiêu dùng phải mua với giá cao hơn Ngoài ra sự giảm sút về chất lượng sản phẩm thép còn có thể làm cho các nhà sản xuất mất uy tín trên thị trường Nhiều sản phẩm thép trước khi được đưa vào sử dụng đòi hỏi phải trải qua những giai đoạn gia công đặc biệt Vì vậy, quá trình lưu thông thép chỉ có thể tạo ra giá trị gia tăng nếu nó giúp người sản xuất và người tiêu dùng dự trữ, bảo quản sản phẩm hợp lý, cắt giảm được chi phí vận chuyển tiêu dùng thép thuận tiện và có chất lượng đảm bảo.

CHƯƠNG I THÉP CACBON

I Khái niệm chung

vì thế mà kể cả các nguyên tố có lợi đều được gọi là tạp chất

Cần lưu ý rằng nếu một hay một vài nguyên tố kể trên mà người ta cố ý cho vào thép với dụng ý nào đó thì chúng lại được gọi là nguyên tố hợp kim (sẽ được trình bày chi tiết trong phần thép hợp kim)

Tóm lại ngoài sắt ra thành phần hóa học của thép cácbon thông thường bao gồm: C < 2%; Mn ≤ 0,5-0,8%; Si ≤ 0,3-0,6%; P ≤ 0,05-0,06%; S ≤ 0,05-0,06%

2 Thành phần hóa học

Hình 1- Ông thép cacbon Hình 2- Dây thép cacbon

Thép Cacbon là thép thông thường gồm các nguyên tố:

Dùng làm chi tiết máy chịu tải, va đập như: trục, bánh răng,

- Thép Cacbon tương đối cao: C = 0,55 ÷ 0,65%, có độ cứng cao, giới hạn đàn hồi cao nhất

Dùng làm các chi tiết đàn hồi: lò xo, nhíp,

- Thép Cacbon cao: C ≥ 0,7%, có độ cứng và tính chống mài mòn cao nhất Dùng làm dụng cụ như dao cắt, khuôn rập, dụng cụ đo

Ảnh hưởng của Cacbon đến cơ tính của thép

- Si có tác dụng để khử Oxy

2 FeO + Si → SiO2 + 2Fe

- Si hòa tan vào Ferit, nâng cao độ bền, cứng

- Hàm lượng: 0,40 ÷ 0,50%

d Phốtpho

- P có khả năng hòa tan vào Fe tạo nên Fe3P

- P làm giảm mạnh độ dẻo, độ dai, tăng mạnh độ giòn ở nhiệt độ thường

- Hàm lượng: ≤ 0,05%

e Lưu huỳnh

- S kết hợp với Fe tạo thành FeS

- S không tan trong Fe, làm cho thép bị giòn

- Hàm lượng: ≤ 0,05%

II Phân loại thép cacbon

1 Phân loại theo công dụng

1.1 Thép cacbon xây đựng

- Thép xây dựng là loại thép cacbon thấp với lượng C < 0,22% là loại thép mềm, dẻo, dễ hàn Thép cacbon vừa và cao là loại thép sử dụng trong các ngành công nghiệp khác

* Cấu trúc :

Thép xây dựng có cấu trúc tinh thể, do các hợp chất sau tạo thành:

- Ferit (Chiếm 99% thể tích): Là sắt nguyên chất, mềm và dẻo

- Xementit: Là hợp chất sắt cacbua (Fe3C), cứng và giòn

- Peclit: Là hợp chất của Ferit và Xementit

Màng Peclit nằm giữa hạt ferit quyết định sự làm việc, tính dẻo của thép Thép càng nhiều cacbon thì màng pelit càng dày và thép càng cứng

1.2 Thép cacbon kết cấu

a Định nghĩa

Thép cacbon kết cấu là thép cacbon có hàm lượng cacbon nhỏ hơn 0,7% và

có chất lượng tốt (có nghĩa là hàm lượng S < 0,04%, hàm lượng P < 0,035%).

b Tính chất - Phạm vi ứng dụng

- Thép có hàm lượng cacbon thấp (< 0,25%), có độ dẻo, độ bền, độ cứng, khó

Hình3 - Thép cacbon kết cấu

hóa bền bằng nhiệt luyện Dùng làm chi tiết dập nguội, xây dựng.

- Thép có hàm lượng cacbon trung bình (0,25-0,5)%, có cơ tính tổng hợp tương đối cao, dùng làm các chi tiết chịu tải nhẹ như bánh răng, trục có kích thước nhỏ

- Thép có hàm lượng cacbon tương đối cao (0,55-0,7)%, có độ cứng cao sau nhiệt luyện (40-45)HRC, giới hạn đàn hồi cao, dùng làm các chi tiết đàn hồi như nhíp xe, lo xo

Các kí hiệu thép cacbon kết cấu (theo TCVN 1765-75): C15, C20, C35, C40, C45 v.v (hai chữ số chỉ phần vạn C trung bình)

Ví dụ: C45 là thép cacbon kết cấu có hàm lượng C trung bình là 0,45%

1.3 Thép cacbon dụng cụ

a Định nghĩa

Thép cacbon dụng cụ là thép có hàm lượng cacbon trong khoảng từ 1,3)% và thép cacbon có chất lượng cao (có hàm lượng S< 0,025%, hàm lượng P<0,025%)

b Tính chất - phạm vi ứng dụng

- Các loại thép dụng cụ nói chung đều có độ cứng, độ chịu mài mòn cao nên

được dùng làm dụng cụ cắt gọt (ở tốc độ thấp <5m/ph), dụng cụ đo, khuôn dập nguội v,v

- Các chi tiết máy bằng thép cacbon dụng cụ thường được nhiệt luyện rồi mới

sử dụng Sau nhiệt luyện, các loại thép cacbon dụng cụ thường có độ cứng tương nhau nhưng tính chống mài mòn khác nhau

- Thép có hàm lượng C từ (1-1,3)% thường được dùng làm dao cắt, có độ thấm tôi tốt nhưng tính chịu nóng kém (<2000C)

Các kí hiệu thép cacbon dụng cụ (theo TCVN 1822-76): CD70, CD80, CD90, CD100, CD110 (các chữ số chỉ phần vạn cacbon trung bình)

Ví dụ: CD là thép cacbon dụng cụ có hàm lượng cacbon trung bình là 1,1%

2 Phân loại theo chất lượng

2.1 Thép cacbon chất lượng thường

Các mác thép cacbon chất lượng thường :

Theo tiêu chuẩn của Nga gồm CT0, CT1, CT2, CT3, CT4, CT5, CT6 Theo tiêu chuẩn của Việt Nam gồm CT31, CT33, CT34, CT38, CT42, CT52, CT61

Chữ C có ý nghĩa là cacbon, chữ T có ý nghĩa là thép, chữ số đằng sau càng lớn cơ tính càng cao (giới hạn bền) và độ dẻo càng thấp

Mác CT10 (Nga) tương đương với mác CT31 (VN)

Mác CT6 (Nga) tương đương với mác CT61 (VN)

Các con số trong kí hiệu theo TCVN chỉ giới hạn bền kéo của thép Ví dụ

CT31 là loại thép cacbon chất lượng thường có:

- Thương dùng đẻ chế tạo các chi tiết máy chịu trọng tải cao

- vật liệu này thường cung cấp dưới dạng bán thành phẩm

- Phương pháp luyện thép trong lò mactanh và lò điện hồ quang dễ dàng đạt được chất lượng này Chất lượng này thường được áp dụng cho các nhóm thép dùng trong chế tạo máy thông dụng, tức có yêu cầu cao hơn

2.3 Thép cacbon chất lượng cao

Cho phép không quá 0,025%S và 0,035%P trong hỗn hợp, được luyện ở lò điện hồ quang dùng nguyên liệu chất lượng

2.4 Thép cacbon chất lượng đặc biệt

Cho phép không quá 0,015%S và 0,025%P

Hình4 - Thép cacbon chất lượng cao

Lượng cacbon trong khoảng 1,0–2,0% Thép này khi tôi sẽ đạt được độ cứng rất cao Dùng trong các việc dân dụng: dao cắt, trục xe hoặc đầu búa Phần lớn thép này với hàm lượng 1,2%C được sử dụng trong công nghệ luyện kim bột và luôn được xếp loại vào với thép cacbon có hợp kim cao.

III Ưu điểm và nhược điểm của thép cacbon

1 Ưu điểm

- Thép cacbon được dùng rất rộng rãi trong kỹ thuật nói chung và chế tạo máy

- Dễ luyện, dễ kiếm, rẻ, không phải dùng nguyên tố hợp kim đắt tiền.

- Có cơ tính nhất định phù hợp với các điều kiện thông dụng

- Có tính công nghệ tốt: dễ đúc, cán, rèn, kéo sợi, hàn, gia công cắt hơn thép hợp kim

2 Nhược điểm

- Độ thấm tôi thấp nên kém hiệu quả khi nhiệt luyện tôi + ram không cao, do đó ảnh hưởng xấu đến độ bền, đặc biệt với tiết diện lớn

- Tính chịu nhiệt độ cao kém: khi nung nóng độ bền cao của trạng thái tôi giảm

đi nhanh chóng do mactenxit bi phân hóa ở trên 2000C, ở trên 5700C bị oxy hóa mạnh

- Không có các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt như: cứng nóng, chống ăn mòn

Do vậy trong thực tế thép cacbon được dùng trong các chi tiết với mặt phẳng cắt ngang nhỏ, hình dạng đơn giản, chịu tải trọng nhẹ và vừa phải, làm việc trong điều kiện thường, trong khi đó các thép hợp kim được dùng cho các trường hợp ngược lại

IV Ứng dụng của thép cacbon

Một số ứng dụng của thép cacbon

Hình5 - Thép chất lượng đặc biệt

- Dùng để chế tạo những chi tiết chịu lực nhỏ, dùng trong xây dựng và giao thông vận tải.

- Dùng chế tạo các chi tiết máy chịu lực cao

CHƯƠNG II: THÉP HỢP KIM

I Khái niệm về hợp kim thép

1 Khái niệm

Thép hợp kim là hợp kim của sắt - cacbon và một số nguyên tố hợp kim có

hàm lượng nhất định (thường lớn hơn hoặc bằng 1%) như Cr, Ni, Mn, W, Mo,

Si v.v Nhưng đối với Ti chỉ cần 0,1% đã được gọi là nguyên tố hợp kim Thép hợp kim luôn có một số nguyên tố tạp chất khác như S, P v.v

Lưu ý rằng khi hàm lượng của các nguyên tố này thấp hơn một giới hạn nhất định nào đó chúng được coi là tạp chất Ranh giới để phân biệt một nguyên tố

là tạp chất hay là nguyên tố hợp kim rất khác nhau theo từng loại nguyên tố Thí dụ: Mn: 0,8 ÷ 1,0 % Si: 0,5 ÷ 0,8 % Cr: 0,2 ÷ 0,8 %

- Tính thấm tôi cao hơn thép cácbon

- Khi tăng mức độ hợp kim hóa làm tăng độ cứng, độ bền nhưng thường làm giảm độ dẻo, độ dai

- Nhìn chung tính công nghệ thấp hơn thép cácbon

b Về tính chịu nhiệt (tính cứng nóng và tính bền nóng)

Hình8 - Thép hợp kim

Thép cácbon mặc dù có độ cứng cao sau khi tôi, nhưng độ cứng này không giữ được khi làm việc ở nhiệt độ cao hơn 20000C do tổ chức máctenxít bị phân hủy và xementít kết tụ

Do các nguyên tố hợp kim cản trở khả năng khuyếch tán của cácbon, làm máctenxít phân hóa và cácbit kết tụ ở nhiệt độ cao nên thép hợp kim có thể giữ được độ cứng cao của trạng thái tôi và tính chống dão tới 60000C và tính chống ôxy hóa tới 800 – 10000C

c Về các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt

− Không gỉ, chống ăn mòn trong axít, bazơ, muối

− Từ tính đặc biệt hoặc không có từ tính

− Giản nở nhiệt đặc biệt…

3 Công dụng

a Sự hòa tan của các nguyên tố hợp kim vào sắt

Phần lớn các nguyên tố hợp kim, điển hình thường gặp là Mn, Si, Cr, Ni hoà tan vào sắt tạo thành dung dịch rắn

Các nguyên tố hợp kim khi hòa tan vào thép làm tăng tính thấm tôi của thép

do đó chúng có tác dụng hóa bền tốt khi nhiệt luyện

Mangan và silíc là hai nguyên tố làm tăng rất mạnh độ cứng và độ bền

nhưng rất tiếc chúng lại làm giảm mạnh độ dẻo và độ dai của ferít nên trong thực tế thép hợp kim thông thường chỉ chứa mangan và silíc trong giới hạn từ 1 đến 2% Nikel và crôm có mức độ hóa bền vừa phải nhưng không làm giảm mạnh độ dẻo và độ dai, nên được sử dụng rất nhiều trong loại thép hợp kim

b Sự tạo thành các pha cácbít hợp kim

Các nguyên tố hợp kim có ái lực mạnh với cácbon dễ tạo thành các pha cácbit trong thép Các nguyên tố như Mn, Cr, W, Mo, V, Zr, Ti, Nb có khả năng tạo pha cácbit, những pha này gọi là pha xementit hợp kim

Các pha cácbit làm tăng mạnh độ cứng, tính chống mài mòn của thép Khi tôi chúng tạo nên tổ chức hạt nhỏ mịn làm cơ tính và độ dai của thép tốt hơn Khi ram các pha này tiết ra khỏi xementit và kết tụ lại ở nhiệt độ cao do đó làm cho thép có tính bền nóng cao

c Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến quá trình nhiệt luyện

* Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến chuyển biến khi nung

Các nguyên tố hợp kim (trừ mangan) đều tạo nên những cácbit hợp kim bền vững và ổn định hơn so với xementít nên đều khó hòa tan vào austenít hơn so với xementít Vì thế muốn hòa tan chúng cần nhiệt độ cao hơn và thời gian dài hơn Các nguyên tố tạo cácbit càng mạnh càng khó hòa tan vào austenít Cụ thể, cácbit titan (TiC) và cácbit vanadi (VC) rất khó hòa tan, còn

những cácbit khác khó hòa tan hơn so với xementít hợp kim và xementít hơp kim lại khó hòa tan hơn xementít thường.

Ngoài ra, do tốc độ khuyếch tán của các nguyên tố hợp kim thấp hơn rất nhiều so với cácbon cho nên để đạt được sự đồng đều thành phần của austenít hợp kim cũng khó khăn hơn so với quá trình đạt sự đồng đều của thành phần austenít thông thường trong thép cácbon Chính vì thế mà muốn làm đồng đều thành phần hóa học của austenít hợp kim cần phải giữ nhiệt lâu hơn 

* Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến sự phân hóa đẳng nhiệt của austenít

Trừ côban (Co), các nguyên tố hợp kim khi hòa tan vào austenít đều làm chậm tốc độ phân hóa đẳng nhiệt của austenít với mức độ khác nhau Nói cách khác chúng đều làm dịch chuyển đường cong chữ “C” sang phải

Có những nguyên tố chỉ làm dịch chuyển đường cong chữ “C” sang phải chứ không làm thay đổi hình dạng của đường cong so với thép cácbon Đó là các nguyên tạo cácbit như nikel, silíc, đồng, nhôm và nguyên tố tạo cácbit yếu như mangan

Còn những nguyên tố tạo cácbit mạnh như crôm, vônfram, molibden và vanadi không những làm dịch chuyển đường cong chữ “C” sang phải mà còn làm thay đổi hình dạng của nó Ta thấy đường cong bị dịch chuyển sang phải

và bị tách thành hai đường cong chữ “C” trên và dưới Đường cong trên ứng với chuyển biến austenít thành peclít, xoocbít và trustít, còn đường cong dưới ứng với chuyển biến của austenít thành bainít

* Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến độ thấm tôi

Hình9 - Gỉan đồ chữ C

Khi hòa tan vào austenít, các nguyên tố hợp kim làm dịch chuyển đường cong chữ “C” sang phải vì thế làm giảm tốc độ tôi tới hạn nên làm tăng độ thấm tôi của thép hợp kim

Cùng với điều kiện làm nguội như nhau, ứng với sự phân bố tốc độ nguội theo tiết diện giống như nhau, thép hợp kim có tốc độ nguội thấp hơn nên có độ thấm tôi lớn hơn so với độ thấm tôi của thép cácbon nên sau nhiệt luyện tôi và ram các chi tiết bằng thép hợp kim chịu tải trọng tốt hơn

Các thép có tốc độ tôi tới hạn nhỏ và do đó có độ thấm tôi lớn là các loại thép hợp kim Cr – Ni, Cr – Mn, Cr – Mo, Cr – Ni – Mo, hay Cr – Mn – Mo, v.v Chúng là cơ sở của thép hợp kim kết cấu hiện nay

* Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến chuyển biến máctenxít

Trong số các nguyên tố hợp kim thường dùng, hai nguyên tố nhôm (Al) và

côban (Co) làm tăng nhiệt độ bắt đầu chuyển biến máctenxít (Mđ), riêng silíc (Si) không gây ảnh hưởng gì, còn các nguyên tố hợp kim còn lại đều làm giảm điểm Mđ nên đều làm tăng lượng austenít dư sau khi tôi

Chính vì ảnh hưởng này mà một số thép hợp kim cao có điểm chuyển biến máctenxít Mđ quá thấp vì thế sau khi tôi còn có lượng austenít dư lớn dẫn đến

độ cứng không đạt giá trị mong muốn Để khử bị austenít dư này, người ta thường phải tiến hành gia công lạnh hoặc ram ở nhiệt độ thích hợp một vài lần để austenít dư tiếp tục chuyển biến thành máctenxít và khi đó độ cứng của thép sẽ đạt được giá trị cao nhất

d Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến quá trình ram

Với các mức độ khác nhau, các nguyên tố hợp kim đều cản trở các chuyển biến xảy ra khi ram

Trong quá trình ram có chuyển biến austenít dư thành mactenxít ram nên làm tăng độ cứng Sự tăng độ cứng do kết quả của chuyển biến austenít dư thành máctenxít và hóa cứng phân tán khi ram đựoc gọi là độ cứng thứ hai Hiện tượng này thường gặp trong thép crôm cao và thép vônfram cao

Một cách tổng quát ta có thể nêu vắn tắt tác dụng của các nguyên tố hợp kim như sau:

− So với thép cácbon, ở nhiệt độ thường, thép hợp kim có độ bền cao hơn

là do ferít là pha chủ yếu của thép đã được hóa bền bởi sự hòa tan của các nguyên tố hợp kim Nhưng hiệu quả này chỉ được phát huy đầy đủ sau khi nhiệt luyện tôi và ram do những nguyên tố hợp kim không những làm tăng chiều dày của lớp hóa bền (độ thấm tôi) mà còn nâng cao cả độ bền của chính lớp hóa bền đó

− Thép hợp kim giữ được độ bền, độ cứng cao của trạng thái tôi ở nhiệt độ cao hơn so với thép cácbon do các nguyên tố hợp kim ở trong dung dịch rắn máctenxít cản trở sự phân hóa của pha này khi ram

4 Ký hiệu và phân loại thép hợp kim

a Ký hiệu

Ký hiệu của thép còn được gọi là mác thép Theo tiêu chuẩn Việt nam, thép

hợp kim được ký hiệu bằng hệ thống chữ và số trong đó chữ ký hiệu các nguyên tố hợp kim bằng chính ký hiệu hóa học của nó Số ở đầu mác thép chỉ hàm lượng cácbon trung bình tính theo phần vạn, số ở sau nguyên tố hợp kim nào chỉ hàm lượng trung bình của nguyên tố đó tính theo phần trăm Chữ A ở cuối mác thép (nếu có) chỉ thép có chất lượng cao Nếu hàm lượng của nguyên

tố hợp kim nào đó xấp xỉ bằng một thì không cần ghi số

Thí dụ: mác thép 18CrMnTi cho biết đây là thép hợp kim có chứa 0,18% cácbon, khoảng 1% mỗi nguyên tố crôm, mangan và titan Mác 60Si2 cho biết đây là thép hợp kim có chứa 0,60% cácbon và khoảng 2% silíc

b Phân loại thép hợp kim

* Phân loại theo nguyên tố hợp kim

Đây là cách phân loại dựa vào tên của nguyên tố hợp kim chính có mặt trong thép Có những loại thép gồm một nguyên tố hợp kim như thép crôm, thép nikel, thép mangan v.v hoặc những thép hợp kim chứa hai nguyên tố hợp kim chính như thép crôm – nikel, thép crôm – mangan hay những thép

có chứa ba nguyên tố hợp kim chính như thép crôm – nikel – molibđen v.v Theo cách này người ta biết được tính chất của thép do nguyên tố hợp kim chính quyết định

* Phân loại theo tổng lượng nguyên tố hợp kim

Theo tổng lượng các nguyên tố hợp kim có mặt trong thép người ta chia thép hợp kim ra làm ba loại:

− Thép hợp kim thấp là loại thép có tổng lượng các nguyên tố hợp kim nhỏ hơn 2,5% (thường là thép péclit)

− Thép hợp kim trung bình là loại thép có tổng lượng các nguyên tố hợp kim từ 2,5% đến 10% (thường là thép péclit - máctenxít)

− Thép hợp kim cao là loại thép có tổng lượng các nguyên tố hợp kim lớn hơn 2,5% (có thể là thép máctenxít hay austenít) Cách phân loại này cho biết giá trị của thép

* Phân loại theo tổ chức ở trạng thái thường hóa

Nung nóng thép hợp kim đến trạng thái hoàn toàn là austenít rồi làm nguội

trong không khí tĩnh (tức nhiệt luyện thường hóa) người ta thấy tùy theo mức độ hợp kim hóa chúng ta có thể nhận được các thép hợp kim sau:

Thép péclít

Thép péclít là loại thép hợp kim thấp do đó độ ổn định của austenít quá

nguội còn nhỏ vì thế khi làm nguội trong không khí tĩnh véc tơ tốc độ

nguội cắt đường cong chữ “C” nên tổ chức của nó nhận được là péclít

(xoocbít, trustít)

Thép máctenxít

Thép máctenxít là loại thép có hàm lượng cácbon trung bình hoặc cao

nên tính ổn định của austenít cao, vì thế chỉ cần làm gnuội trong không khí tĩnh véctơ tốc độ nguội của nó cũng không cắt đường cong chữ “C” mà đi thẳng vào vùng chuyển biến máctenxít nên tổ chức nhận được là máctenxít Những loại thép máctenxít vì thế còn có tên là thép tự tôi

Thép austenít

Thép austenít là loại thép được hợp kim hóa cao bởi nikel và mangan là

những nguyên tố mở rộng vùng γ nên khi làm nguội ngoài không khí tĩnh đến nhiệt độ bình thường tổ chức của nó vẫn còn là austenít

d Phân loại theo công dụng

Cách phân loại theo cơng dụng được dùng nhiều nhất Theo cách này

người ta chia thép hợp kim ra làm các loại sau:

Thép hợp kim cán nóng thông dụng, thép hợp kim kết cấu, thép hợp kim dụng cụ và thép hợp kim đặc biệt

5 Các khuyết tật của thép hợp kim

a Thiên tích nhánh cây

Thép hợp kim cao do chứa một hàm lượng lớn các nguyên tố khác loại nên

được làm nguội từ trạng thái lỏng (kết tinh) chúng sẽ kết tinh ra dung dịch rắn chứa ít cácbon trước tiên vì dung dịch rắn này có nhiệt độ nóng chảy cao tạo nên các nhánh cây Tiếp sau đó chúng mới kết tinh ra dung dịch rắn có chứa nhiều cácbon và các nguyên tố hợp kim do dung dịch rắn loại này có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn tạo nên các vùng giữa các nhánh cây Quá trình kết tinh như vậy đã tạo ra sự khác nhau về thành phần hóa học giữa các nhánh cây hay nói cách khác, nó tạo ra thiên tích nhánh cây

Thỏi thép hợp kim với tổ chức nhánh cây khi đem cán sẽ tạo ra tổ chức thớ, làm cho cơ tính của chúng khác nhau theo các phương khác nhau Hơn nữa chúng rất dễ nứt khi gia công rèn, cán vì liên kết giữa các tinh thể nhánh cây kém và bản thân nhánh cây có tính dẻo thấp

Để ngăn ngừa thiên tích nhánh cây trong các thỏi thép hợp kim cần làm nguội chậm trong quá trình đúc nhằm tạo điều kiện khuyếch tán tốt để làm đồng đều thành phân Phương pháp này làm chậm năng xuất đúc nên không đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật

Các thép hợp kim có thiên tích nhánh cây có thể khắc phục bằng cách đem ủ khuyếch tán ở nhiệt độ 1050 – 11000C trong thời gian dài từ 8 đến 10 giờ Do ủ khuyếch tán có giá thành cao nên chỉ áp dụng khi thật cần thiết

b Đốm trắng

Đốm trắng là các vết nứt nhỏ có dạng đốm trắng thấy rõ trên mặt gẫy của thỏi cán của thép hợp kim Nó là nguồn gốc phát sinh ra phá hủy giòn nên là một dạng khuyết tật nguy hiểm của thép hợp kim Rất may, đốm trắng chỉ xảy ra trong thỏi thép cán của thép hợp kim có độ thấm tôi cao như thép hợp kim crôm – nikel, Crôm – Nikel – vônfram (Môlipđen) mà thôi

Nguyên nhân chính gây ra đốm trắng là hyđrô

Ngoài ra với sự chuyển biến pha (từ γ→α hay từ γ→ máctenxít) không đồng đều về thời gian và nhiệt độ, sự khác nhau về thành phần hóa học giữa các vùng tinh thể gây nên ứng suất bên trong cũng tạo nên đốm trắng

Để ngăn ngừa, cần phải sấy khô tòan bộ mẻ liệu (vật liệu kim loại, nhiên liệu

và chất trợ dung) trước khi cho vào lò luyện để giảm bớt hàm lượng hyđrô hòa tan vào thép lỏng Phương pháp này ít tốn kém có hiệu quả kinh tế cao

Ngoài ra người ta còn dùng cách ủ đẳng nhiệt, hay sau khi biến dạng cho làm nguội chậm với thời gian dài 10–15 giờ Những phương pháp này kéo dài nên khá tốn kém

Loại giòn xuất hiện khi ram trong khoảng nhiệt độ 280 – 3500C ứng với giá trị cực tiểu thứ nhất được gọi là giòn ram loại I Ta nên tránh giòn ram loại I bằng cách không ram thép ở khoảng nhiệt độ này vì đây là loại giòn ram không chữa được hay giòn ram không thuận nghịch

Loại giòn xuất hiện khi ram trong khoảng nhiệt độ 500 – 6000C ứng với giá trị cực tiểu thứ hai thường gặp ở thép hợp kim crôm, thép hợp kim mangan, hay thép hợp kim crôm – mangan hoặc thép hợp kim crôm – nikel sau khi làm nguội chậm được gọi là giòn ram loại II

Độ dai va đập ak , kJ/m2

Nguội nhanh 2.500, 2000

Nguội chậm 1500, 1000 Nhiệt độ ram

Quan hệ giữa độ dai va đập và nhiệt độ ram của thép hợp kim (0,30%C, 1,47%Cr, 3,4%Ni)