Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép dự ứng lực

Chính vì vậy, nghiên cứu công nghệ sản xuất thép dự ứng lực là cần thiết cho sự phát triển bền vững của Việt Nam hiện tại và trong tương lai.. Tốc độ tăng sản lượng sản xuất trong nước đ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan tất cả các số liệu thực nghiệm đã nêu trong luận văn đề tài

“Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép dự ứng lực” do học viên Nguyễn Cao Sơn hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS Bùi Anh Hòa đều chính xác Các số liệu này chưa được công bố trong các văn bản luận văn của các tác giả khác

MỤC LỤC

Lời cam đoan……… 1

Mục lục……… 2

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt……… 4

Danh mục các bảng……… 5

Danh mục các hình vẽ, đồ thị……… 6

Lời nói đầu……… 8

Chương 1 TỔNG QUAN….……… 10

1.1 Khái quát chung……… ……… 10

1.2 Tình hình thép thế giới……… 12

1.3 Tình hình thị trường thép trong nước……….……… 14

1.4 Thép dự ứng lực……….…… 17

1.4.1 Một số dạng thép dự ứng lực……….……… 17

1.4.1.1 Dây kéo nguội……… 17

1.4.1.2 Dây tôi ram……… 18

1.4.1.3 Dảnh……… 18

1.4.1.4 Thanh……… 19

1.4.2 Yêu cầu chung đối với thép dự ứng lực……… 19

1.4.3 Ứng dụng công nghệ bê tông dự ứng lực………… ……… 20

1.5 Một số nghiên cứu về nâng cao cơ tính cho thép hợp kim………… 22

1.6 Mục đích nghiên cứu……… 27

1.7 Phương pháp nghiên cứu……… 28

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT…….……… 29

2.1 Lý thuyết hóa bền bằng hợp kim hóa……… 29

2.1.1 Hóa bền trong dung dịch rắn 29

2.1.2 Hóa bền bằng hạt tiết ra của pha thứ hai 31

2.1.3 Hóa bền trong hợp kim trật tự 32

2.2 Lý thuyết hóa bền biến dạng 34

2.2.1 Hóa bền bởi trường ứng suất tác dụng xa 35

2.2.2 Hóa bền bởi trường ứng suất tác dụng gần 36

2.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến tính năng của thép kết cấu xây dựng 37

2.4 Lý thuyết tinh luyện ……… 39

2.5 Áp dụng cơ sở lý thuyết vào nghiên cứu 43

Chương 3 QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM 45

3.1 Thiết bị thí nghiệm……… 45

3.2 Sơ đồ lưu trình thực nghiệm 46

3.3 Xác định các thông số nghiên cứu 47

3.3.1 Chọn mác thép nghiên cứu 47

3.3.2 Nguyên liệu cho nấu luyện 47

3.3.3 Tính toán phối liệu 48

3.4 Quy trình nấu luyện 50

3.5 Quá trình gia công……… 51

3.6 Quá trình nhiệt luyện ……… 52

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 55

4.1 Kết quả phân tích thành phần hóa học của các mác thép sau khi nấu luyện 55 4.2 Kết quả thử cơ tính 56

4.2.1 Tiêu chuẩn của thép dự ứng lực 56

4.2.2 Kết quả thử cơ tính 58

4.3 Đề xuất quy trình sản xuất thép dự ứng lực 60

4.3.1 Quá trình nấu luyện 61

4.3.2 Quá trình gia công biến dạng 63

4.3.3 Quá trình nhiệt luyện……… 65

4.4 Đề xuất quy trình sản xuất thép dự ứng lực trong thực tế 68

Chương 5 KẾT LUẬN

Tài liệu tham khảo

70

72

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ASTM: Tiêu chuẩn Hoa Kỳ

BOF: Lò thổi oxy

BF: Lò cao

BRIC: Brazil, Nga, Ấn Độ, Trung Quốc

China: Trung Quốc

De[C]: Khử cacbon

De[P]: Khử photpho

De[S]: Khử lưu huỳnh

De[Si]: Khử Silic

EU: Liên minh Châu Âu

HSLA: Thép hợp kim thấp độ bền cao

IISI: Viện Gang thép quốc tế

JIS: Tiêu chuẩn công nghiệp Nhật Bản

NRP (New Refining Process): Quá trình tinh luyện mới

LD-NRP (LD - New Refining Proess): Quá trình tinh luyên mới LD

YS: Giới hạn chảy

ZSP (Zero slag process): Quá trình tinh luyện không xỉ

WTO : Tổ chức thương mại thế giới

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng thành phần hóa học của mác thép T1

Bảng 1.2 Quá trình thí nghiệm của các mẫu M1, M2, M3

Bảng 1.3 Kết quả nghiên thử cơ tính mác T1

Bảng 1.4 Bảng thành phần hóa học mác thép nghiên cứu T3

Bảng 1.5 Bảng thành phần mác thép nghiên cứu T2

Bảng 2.1 Ảnh hưởng của tạp chất đến khuyết tật và tính năng của thép Bảng 3.1 Thành phần hoá học của mác thép NC1

Bảng 3.2 Thành phần hóa học của mác thép NC2

Bảng 3.3 Thành phần hoá học của nguyên liệu

Bảng 3.4 Phối liệu nấu luyện cho mẻ 1,2

Bảng 3.5 Phối liệu nấu luyện cho mẻ 3,4,5,6

Bảng 3.6 Phối liệu nấu luyện cho mẻ 7,8,9,10

Bảng 4.1 Kết quả nấu luyện mác thép NC1

Bảng 4.2 Kết quả nấu luyện mác thép NC2

Bảng 4.3 Tiêu chuẩn về cơ tính đối với thép dự ứng lực dạng thanh

Bảng 4.4 Tiêu chuẩn về cơ tính đối với thép dự ứng lực dạng dây

Bảng 4.5 Kết quả thử cơ tính đối với thép xây dựng ngoài thi trường

Bảng 4.6 Kết quả thử cơ tính đối với NC1-6

Bảng 4.7 Kết quả thử cơ tính đối với NC2-10

Bảng 4.8 Kết quả thử cơ tính của mẫu NC2-9

Bảng 5.1 Thành phần hóa học mác thép NC1, NC2

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Biều đồ tăng trưởng thép thô thế giới

Hình 1.2 Tỷ phẩn thép của các nước

Hình 1.3 Lượng thép nhập khẩu

Hình 1.4 Tỷ phần của các loại thép nhập khẩu

Hình 1.5 Dây kéo nguội đường kính 9 mm

Hình 1.6 Dây tôi ram đường kính 4 mm

Hình 1.15 Sơ đồ thí nghiệm

Hình 2.1 Giản độ tổ chức thép Fe – Cr

Hình 2.2 Công nghệ tinh luyện ZSP

Hình 2.3 Hiệu quả của ZSP tới lượng xỉ

Hình 3.1 Sơ đồ lưu trình thực nghiệm

Hình 3.2 Mẫu thử kéo, độ dãn dài tương đối

Hình 3.3 Chế độ tôi của mẫu thép

Hình 3.4 Chế độ ram của mẫu thép

Hình 4.1 Quy trình công nghệ sản xuất

Hình 4.2 Ảnh tạp chất mẫu thép NC1-6

Hình 4.3 Ảnh tạp chất mẫu thép NC2-10

Hình 4.4 Kết quả phân tích tạp chất mẫu NC1-6

Hình 4.5 Kết quả phân tích tạp chất mẫu NC2-10

Hình 4.6 Sản phẩm sau khi đúc

Hình 4.7 Sản phẩm sau quá trình biến dạng

Hình 4.8 Mẫu thử cơ tính

Hình 4.9 Ảnh tổ chức mẫu NC1-6 trước nhiệt luyện

Hình 4.10 Ảnh tổ chức mẫu NC1-6 sau nhiệt luyện

Hình 4.11 Kết quả phân tích thành phần pha

Hình 4.12 Kết quả phân tích mẫu NC1 sau nhiệt luyện

Hình 4.13 Ảnh tổ chức mẫu NC2-10 trước nhiệt luyện

Hình 4.14 Ảnh tổ chức mẫu NC2-10 sau nhiệt luyện

Hình 4.15 Kết quả phân tích mẫu NC2-10 trước nhiệt luyện

Hình 4.16 Kết quả phân tích mẫu NC2-10 sau nhiệt luyện

Hình 4.17 Kết quả phân tích Xray

Hình 4.18 Sơ đồ công nghệ sản xuất thép dự ứng lực

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam đã gia nhập tổ chức thương mại thế giới Việt Nam sẽ có nhiều cơ hội để phát nền kinh tế, bên cạnh đó là không ít những khó khăn, thách thức Nền kinh tế Việt Nam đang gặp nhiều khó khăn, lạm phát tăng cao, nhập siêu lớn nhất trong những năm trở lại đây, cuộc khủng hoảng kinh tế thế giới đang diễn ra hết sức phức tạp

Đảng và Nhà nước đã có những biện pháp hiệu quả để giảm lạm phát, ổn định kinh tế vĩ mô và chống lại những tác động tiêu cực của cuộc khủng hoảng kinh tế thế giới Để hạn chế nhập siêu, Việt Nam thực hiện một số các biện pháp trong

đó có biện pháp tăng thuế, hạn chế nhập khẩu Tuy nhiên đây chỉ là biện pháp tình thế Để có thể giảm nhập siêu và phát triển bền vững thì Việt Nam cần phải đẩy mạnh sản xuất trong nước, tăng cường xuất khẩu

Mặc dù ngành thép của Việt Nam đã có những bước phát triển, tuy nhiên ngành thép của Việt Nam vẫn phải nhập khẩu một lượng thép với giá trị lớn Thép chủ yếu nhập khẩu là phôi thép, thép chất lượng cao điều này góp phần làm tình trạng nhập siêu của Việt Nam càng lớn Thép dự ứng lực làm một mặt hàng như vậy, hiện nay chủ yếu là phải nhập khẩu Trong khi nhu cầu về thép này ngày càng cao để phát triển cơ sở hạ tầng như: nhà cao tầng, cầu, tháp truyền hình Việt Nam có nhiều điều kiện để có thể sản xuất loại thép này và không phải nhập khẩu Điều cần có hiện nay là công nghệ sản xuất thép dự ứng lực Chính vì vậy, nghiên cứu công nghệ sản xuất thép dự ứng lực là cần thiết cho

sự phát triển bền vững của Việt Nam hiện tại và trong tương lai Nhằm đáp ứng nhu cầu cao trong sự phát triển của đất nước đồng thời góp phần giảm nhập khẩu

và tiết kiệm ngoại tệ

Đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép dự ứng lực“ đã được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của TS Bùi Anh Hòa Để hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu này tôi đã nhận được sự hướng giúp đỡ tận tình của PGS.TS Nguyễn Sơn Lâm và các thầy cô giáo trong Bộ môn Kỹ thuật Gang Thép, các thầy cô giáo phòng thí nghiệm Kim loại học và Nhiệt luyện, Viện Vật liệu và các bạn đồng môn Qua đây, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Khoa học và Công nghệ Vật liệu, cùng bạn bè đồng nghiệp đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi hoàn thành công trình nghiên cứu khoa học này

Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2008 Học viên

Nguyễn Cao Sơn

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Khái quát chung

Vai trò và tầm quan trọng của ngành công nghiệp thép đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước đã được Đảng và Nhà nước sớm nhận thức và hết sức quan tâm Vì vậy, khu liên hợp gang thép Thái Nguyên đã được Đảng và Nhà nước quyết định xây dựng (với sự giúp đỡ của Trung Quốc) vào những năm 1960 trong khi đất nước còn trong khó khăn Đây là tiền đề của sự phát triển của ngành thép Việt Nam Tuy nhiên, do điều kiện khó khăn của nước ta trong những năm tháng chiến tranh, ngành thép đã không phát triển một cách mạnh mẽ

Bước vào thời kỳ đổi mới xây dựng đất nước, Đảng và Nhà nước đã có chiến lược phát triển ngành thép Việt Nam Ngày 12/4/1995, Bộ Chính trị đã có thông báo số 112-TB/TW về chiến lược phát triển sản xuất thép đến năm 2010, trong

đó nhận định: “Thép là vật liệu chủ yếu của nhiều ngành công nghiệp, có vai trò quyết định tới sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Trong những năm qua, ngành thép đã có nhiều cố gắng khai thác, cải tạo và mở rộng những cơ

sở sản xuất đã có và liên doanh với nước ngoài nhằm tăng năng lực sản xuất và sản lượng thép hàng năm với tốc độ khá nhanh Tuy nhiên, so với yêu cầu của đất nước thì mức sản xuất thép hiện nay còn thấp Phát triển nhanh ngành thép là một yêu cầu khách quan, cấp bách và có ý nghĩa chiến lược” Đồng thời Bộ Chính trị đã chỉ ra nhiệm vụ cụ thể cho ngành thép: “Gấp rút chuẩn bị những cơ

sở sản xuất thép liên hợp hoàn chỉnh, công suất tương đối lớn đi từ quặng, luyện kim đến khâu cán ra các sản phẩm… phục vụ nhu cầu ngày một tăng của sự nghiệp công nghiệp hóa”

Việt Nam gia nhập tổ chức thương mại thế giới WTO là một cột mốc quan trọng đánh dấu sự hội nhập quốc tế của Việt Nam một cách đầy đủ và toàn diện Những yêu cầu về phát triển bền vững đang đặt ra những thách thức to lớn đối với mọi lĩnh vực, trong đó có ngành thép

Chính vì vậy, Việt Nam phải đề ra định hướng phát triển ngành thép và định hướng này phải gắn liền với định hướng phát triển kinh tế Việt Nam Trong bối cảnh cạnh tranh quốc tế gay gắt và xuất phát điểm thấp của Việt Nam thì quan điểm phù hợp nhất với điều kiện đất nước như sau:

Trên cơ sở gia tăng nhu cầu sử dụng thép cho nền kinh tế, ngành thép Việt Nam sẽ được phát triển theo định hướng ban đầu là thay thế nhập khẩu (ít nhất là cho đến năm 2020) Điều này là phù hợp bởi vì ngành thép Việt Nam chưa thể cạnh tranh được trên thị trường quốc tế Nói như vậy không có nghĩa là ngành thép Việt Nam sẽ không xuất khẩu, mà vẫn phải tìm kiếm cơ hội xuất khẩu khi

có điều kiện Nhưng mục tiêu chủ yếu vẫn phải xác định là thị trường nội địa Ngành thép Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, với hàng loạt nhà máy đã, đang và sẽ được xây dựng Nhà máy với công suất rất lớn lên tới 7,5 triệu tấn/năm sẽ được xây dựng Sản lượng thép của Việt Nam sẽ đáp ứng đủ nhu cầu thép trong nước và có thể hướng tới xuất khẩu Sản lượng thép Việt Nam không ngừng tăng nhanh, nhưng ngành thép chưa quan tâm tới sự phát triển của thép chất lượng cao

Nhu cầu về thép chất lượng cao ngày càng lớn, đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng Vì vậy cần phải phát triển sản xuất thép kết cấu xây dựng chất lượng cao, trước hết là đáp ứng nhu cầu trong nước Đề tài của chúng tôi góp phần sẽ đáp ứng nhu cầu ngày càng cao đó đồng thời giảm sự lệ thuộc vào lượng thép nhập khẩu

1.2 Tình hình sản xuất thép thế giới

Sản lượng thép thế giới không ngừng tăng lên, sản lượng thép thô toàn thế giới đạt 1,3455 tỷ tấn thép [19] Như vậy sản lượng thép năm 2007 đã tăng 7,5 %

so với năm 2006 (hình 1.1)

Hình 1.1 Biều đồ tăng trưởng thép thô thế giới [19]

Mặc dù sản lượng thép thô trên thế giới tăng lên về giá trị tuyệt đối nhưng về giá trị tương đối thì có xu hướng giảm dần Trước tình hình ngày càng khan hiếm

và cạn kiệt của nguồn nguyên liệu cho sản suất thép thì tỷ trọng giảm dần của sự tăng trưởng sản lượng thép là một xu hướng tất yếu Chính vì vậy, việc tập trung tăng chất lượng của thép là giảm tỷ trọng về khối lượng của thép trong một công trình mà vẫn đảm bảo được chất lượng là một đòi hỏi cấp thiết hiện nay

BIỂU ĐỒ TĂNG TRƯƠNG THÉP THÔ

Thế giới Các nước còn lại

ngoài Trung Quốc

Trung Quốc

Hình 1.2 Tỷ phần thép của các nước [19]

China: Trung Quốc BRIC: BrazilNga, Ấn Độ, Trung Quốc ROW: Các quốc gia còn lại

EU: Liên minh Châu Âu

China: Trung Quốc BRIC: Brail, Nga, Ấn Độ, Trung Quốc ROW: Các quốc gia còn lại

EU: Liên minh Châu Âu

Hàn quốc

Nhật bản

Ấn Độ Brazil

Trung Quốc là nước có tỷ lệ tăng trưởng hàng năm cao hơn rất nhiều so với tỷ

lệ tăng trưởng hàng năm của thế giới Điều đó cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của Trung Quốc về sản lượng thép thô Năm 2007 sản lượng thép thô của Trung Quốc ước đạt 490 triệu tấn chiếm 36,4% sản lượng thép thô toàn thế giới Từ năm 2001 đến 2007 cho thấy sự lớn lên mạnh mẽ của các nước Trung Quốc, Nga, Brazil, Ấn Độ Năm 2007 sản lượng thép thô của Trung Quốc, Nga, Brazil,

Ấn Độ chiếm 48,2% sản lượng thép toàn thế giới (hình 1.2)

1.3 Tình hình thị trường thép trong nước

Năm 2007 ghi nhận mức bình quân tiêu thụ thép của Việt Nam đã gần tiệm

“ngưỡng” 100kg thép/người/năm - mức được nhiều chuyên gia khẳng định là điểm đầu trong giai đoạn “cất cánh” của công nghiệp quốc gia Nhưng dường như, điều này sẽ không có nhiều ý nghĩa với thực tế tại Việt Nam Vì với 9,6 triệu tấn thép tiêu thụ trong năm 2007 được cung ứng từ các nguồn không phải sản xuất toàn bộ ở trong nước và đã làm sai lệch và theo hướng nhập phôi thép Phần lớn sản lượng là thép xây dựng, rõ ràng thị trường thép Việt Nam đang phát triển một cách không bền vững

Tốc độ tăng sản lượng sản xuất trong nước đã không đáp ứng kịp nhu cầu tăng trưởng, đồng thời dự báo tốc độ tăng trưởng không chính xác, đã đẩy thị trường thép Việt Nam tới thực tế phụ thuộc vào nguồn thép nhập khẩu Có nghĩa

là tính chủ động trong chiến lược phát triển ngành và hoạch định thị trường đã suy giảm, bị hạn chế Đây là một thực tế không tốt, không bình thường của ngành thép Việt Nam Ngành thép với tư cách là ngành công nghiệp cơ bản, đóng vai trò thúc đẩy các ngành công nghiệp khác của nền kinh tế thì đây sẽ là một thách thức lớn

NGUYỄN CAO SƠN LỚP:KT VẬT LIỆU 2006-2008

Không những thế, hiện nay đang tồn tại “đường mòn” trong cách hiểu của không ít doanh nghiệp là, các loại thép tấm, thép hình, thép kỹ thuật, thép cường

độ cao đều là thép “chất lượng cao” Và khả năng vốn, thị trường, kỹ thuật, công nghệ trong nước chưa đủ “tầm” để sản xuất loại thép đó

Trong 5 năm liên tục (2003 - 2007), nhập khẩu thép của Việt Nam có mức tăng trưởng bình quân gần 20%/năm Năm 2007, kim ngạch nhập thép của Việt Nam là 5,1 tỷ USD, tương đương sản lượng 8,1 triệu tấn Mức nhập này tăng 66% về trị giá và 37% về lượng so với năm 2006

Hình 1.3 Lượng thép nhập khẩu [11]

Hình 1.4 Tỷ phần của các loại thép nhập khẩu [11]

(Đ/v 1000 tấn)

0

Tuy có sự tăng trưởng mạnh về kim ngạch và sản lượng nhập, nhưng các số liệu này đã cho thấy sự thiếu hụt lớn trong phát triển công nghiệp của Việt Nam

Vì rõ ràng ngành sản xuất thép chưa trở thành ngành công nghiệp cơ bản thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp khác Thể hiện cụ thể nhất ở việc nhập khẩu phôi thép, ở sản lượng phôi thép sản xuất trong nước quá thấp, chất lượng chủ yếu phục vụ sản xuất thép xây dựng

Ngành sản xuất thép chưa trở thành ngành công nghiệp cơ bản thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp khác Thực tế cho thấy, quy mô, công nghệ của ngành thép được xem là “thước đo” chính để đánh giá khả năng tự chủ, trình

độ phát triển của nền kinh tế nói chung và nền công nghiệp nói riêng của mỗi quốc gia Trong đó, khả năng luyện phôi và sản xuất các loại thép “đặc chủng” như thép hình, thép tấm, thép chế tạo cường độ cao là điều kiện tiên quyết để phát triển các ngành công nghiệp khác

Hiện trạng này thể hiện cụ thể ở việc nhập khẩu phôi thép, ở sản lượng phôi thép sản xuất trong nước quá thấp, chất lượng chủ yếu phục vụ sản xuất thép xây dựng Vì vậy, một yêu cầu cấp bách là giảm sự phụ thuộc đối với thép nhập khẩu

và đưa ngành thép trở thành ngành công nghiệp cơ bản để thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp khác

Trong số vài chục nhà sản xuất thép Việt Nam hiện nay, chỉ duy nhất các nhà máy của Công ty cổ phần thép Cửu Long – Vinashin là được đầu tư với mục đích có khả năng tự sản xuất phôi thép, tự điều chỉnh chất lượng phôi để sau đó sản xuất các loại thép đặc thù như thép tấm khổ lớn, khổ thông thường, thép đường ray, thép hình kỹ thuật, thép chế tạo cường độ cao Công ty cổ phần thép Cửu Long – Vinashin hiện đang tiếp tục đầu tư một loạt dự án luyện gang, phôi thép từ quặng sắt tại Yên Bái, Nam Định Theo công bố, tất cả sản phẩm thép

xuất xứ từ các nhà máy của công ty đều áp dụng và đạt tiêu chuẩn ASTM và JIS Mức tăng trưởng nhu cầu thép tấm và các loại thép khác của Việt Nam là 20%/năm Hiện Việt Nam phải nhập khẩu 3,5 triệu tấn thép tấm/năm Dự báo, nhu cầu thép tấm cả nước năm 2010 là khoảng 4,7 triệu tấn, năm 2015 là 7,2 triệu tấn và năm 2020 là 10,2 triệu tấn Tính theo tỷ lệ, nhu cầu thép tấm và các loại thép khác sẽ chiếm 70% tổng nhu cầu thép thời gian tới tại Việt Nam

1.4 Thép dự ứng lực

Sự phát triển của bê tông cốt thép dự ứng lực là do sự phát triển thép dự ứng lực Với yêu cầu của loại thép này về độ bền, giới hạn chảy cao hơn nhiều so với thép cacbon thông thường, thép dự ứng lực thuộc nhóm thép kết cấu xây dựng được hợp kim hóa bằng một hoặc nhiều nguyên tố hợp kim với một lượng thấp Loại thép này có thể gọi là thép hợp kim thấp độ bền cao (HSLA)

1.4.1 Một số dạng thép dự ứng lực

1.4.1.1 Dây kéo nguội

Dây được làm bằng cách kéo nguội Sản phẩm được cung cấp ở dạng cuộn với đường kính xấp xỉ bằng đường kính của tang cuộn của máy kéo dây (máy cuộn) hoặc ở dạng có đường kính lớn hơn từ dây thẳng

Hình 1.5 Dây kéo nguội đường kính 9 mm [16]

Dây có các dạng dây trơn, dây vằn (hình 1.5), dây có vân, dây có lượn sóng,

dây cuộn bằng máy, dây được khử ứng suất

1.4.1.2 Dây tôi ram

Dây hoặc thanh cán nóng được nung lên nhiệt độ cao, làm nguội nhanh để tạo

ra các cấu trúc mactenxit và sau đó được ram ở nhiệt độ thích hợp

Hình 1.6 Dây tôi ram đường kính 4 mm [16]

Sản phẩm được cung cấp ở dạng cuốn (hình 1.6) Bề mặt của dây có thể có một lớp gỉ mỏng Dây có thể là dạng trơn, vằn, khía, hoặc có vết ấn

1.4.1.3 Dảnh

Hình 1.7 Dảnh 7 sợi làm cáp dự ứng lực [16]

Sản phẩm dài bao gồm hai hay nhiều dây bện chung nhau ở dạng xoắn ốc Bước và hướng xoắn của tất cả các dây xoắn trong cùng một lớp là như nhau Bước xoắn phải phù hợp với kích cỡ và chủng loại dảnh Dảnh được gia công khử ứng suất giống như đối với dây kéo nguội và được cung cấp ở dạng cuộn Dảnh có thể có các dạng như sau: Dảnh 2 sợi và dảnh 3 sợi, dảnh 7 sợi (hình

1.7), dảnh 19 sợi

1.4.1.4 Thanh

Thanh được sản xuất bằng cán nóng và được cung cấp ở dạng thẳng Bề mặt của nó có thể có gân Các thanh (hình 1.8) được xử lý là thanh được gia công nguội hay nhiệt luyện Những thanh như vậy có thể phải nhiệt luyện thêm để đạt được các tính chất theo yêu cầu

Hình 1.8 Thanh thép dự ứng lực làm cốt bê tông [16]

1.4.2 Yêu cầu chung đối với thép dự ứng lực

Thành phần hóa học: Thành phần hóa học có liên quan đến chủng loại, kích

cỡ và giới hạn kéo của sản phẩm Thành phần hóa học của cả hai nguyên tố lưu huỳnh và phốt pho không được vượt quá 0,04%

Yêu cầu đối với tính chất cơ học của sản phẩm:

+ Các loại cột cao như tháp vô tuyến truyền hình (hình 1.10), cột điện…

Hình 1.10 Tháp truyền hình ứng dụng thép dự ứng lực

+ Các bồn chứa cỡ lớn như các silo của các nhà máy xi măng, các vỏ lò phản ứng hạt nhân (hình 1.11)

Hình 1.11 Vỏ lò phản ứng hạt nhân dùng thép dự ứng lực

+ Các loại cầu bê tông, đặc biệt là những cầu có khẩu độ lớn (hình 1.12)

Hình1.12 Cầu có khẩu độ lớn ứng dụng thép dự ứng lực 1.5 Một số nghiên cứu về nâng cao cơ tính cho thép hợp kim

Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình cơ nhiệt luyện tới cấu trúc và đặc tính thép hợp kim với hàm lượng cacbon thấp [12]

Thí Nghiệm: Thép được đúc mẫu tròn với chiều dài 300 mm và đường kính

60 mm Sau đó thép được giữ đồng đều nhiệt tại nhiệt độ 12500C và được cán nóng thành tấm có chiều dày 12,5mm

Tiếp theo, mẫu được cán qua 5 giai đoạn (bảng 1.2) Nhiệt độ kết thúc quá trình cán khoảng 7500C Sau khi cán, mẫu được làm nguội trong các môi trường khác nhau

Bảng 1.2 Quá trình thí nghiệm của các mẫu M1, M2, M3 [12]

Nhóm

Thời gian cán (s)

Chiều dày mẫu Nhiệt độ sau cán

Môi trường làm nguội

M1

Làm nguội trong không khí

Độ dãn dài tương đối

để nâng cao cơ tính của thép

Nghiên cứu quá trình phát triển cấu trúc tinh thể trong quá trình cán nóng đối với thép hợp kim vi lượng Ti [13]

Thành phần hóa học của mác thép nghiên cứu (bảng 1.4)

Bảng 1.4 Bảng thành phần hóa học mác thép nghiên cứu T3 [13]

Thành phần hóa học (%)

0,0021 0,014 0,143 0,0046 0,0045 0,0328 0,0022 0,045 Mẫu được nung tới nhiệt độ 12500C, sau đó được giữ nhiệt trong 5 phút Nhiệt độ của mẫu trước khi cán là 10400C Nhiệt độ kết thúc cán được thay đổi trong khoảng từ 7500C đến 9600C Sau đó mẫu làm nguội với tốc độ là 200C/s xuống tới nhiệt độ khác nhau trong khoảng từ 5400C đến 7800C Tiếp theo, mẫu được làm nguội xuống nhiệt độ phòng với tốc độ nguội là 500C/s

Kết quả nghiên cứu:

- Hạt sẽ phát triển khi nhiệt độ kết thúc cán dưới 9000C và sau đó làm nguội mẫu trên 7000C

- Sự phát triển của các hạt hoàn toàn được hạn chế khi nhiệt độ làm nguội sau khi cán xong nhỏ hơn 7000C

- Cấu trúc tinh thể nhỏ mịn đạt được khi nhiệt độ kết thúc cán nhỏ hơn

9000C và nhiệt độ nguội sau khi cán nhỏ hơn 7000C

Với cỡ hạt càng nhỏ thì cơ tính của thép càng cao Kết quả trên là một cơ sở

để đưa ra phương pháp nâng cao cơ tính, đó là phương pháp để có cỡ hạt của thép nhỏ

Nghiên cứu độ bền của quá trình đúc cán liên tục so với quá trình đúc cán truyền thống của thép hợp kim có chưa hàm lượng Ti thấp [14]

Thành phần hóa học của mác thép nghiên cứu (bảng 1.5)

Trong quá trình đúc cán nóng liên tục, mẫu được giữ ở nhiệt độ 11500C trong

20 phút Sau đó mẫu được cán xuống chiều dày là 7 mm Đối với quá trình đúc cán truyền thống, mẫu cũng được nâng nhiệt lên tới nhiệt độ 11500C và giữ trong

20 phút Trong cả 2 quá trình cán, mẫu đều được phun nước và nhiệt độ kết thúc cán là 6000C Sau đó, mẫu được làm nguội trong không khí tới nhiệt độ phòng với tốc độ làm nguội là 200C/h

Quá trình thí nghiệm (hình 1.13)

Hình 1.13 Quá trình đúc cán liên tục và quá trình đúc cán truyền thống [14]

Kết quả của nghiên cứu cho thấy:

Với mác thép trên ta thấy quá trình đúc cán liên tục có giới hạn bền kéo và giới hạn chảy cao hơn so với quá trình đúc cán truyền thống Kết quả như trong biểu đồ (hình 1.10)

Đúc (50x180x150)

Đúc cán liên tục

Đúc cán truyền thống

Hình 1.14 Biểu đồ so sánh giới hạn chảy và giới hạn bền đối với 2 quá

trình cán khác nhau [14]

Như vậy kết quả cho thấy: đối với thép hợp kim có vi lượng Ti, quá trình đúc cán liên tục có giới hạn bền và giới hạn chảy cao hơn so với quá trình đúc cán truyền thống Trong sản xuất thực tế, nghiên cứu trên là một kết quả quan trọng

có thể áp dụng để sản xuất thép dự ứng lực

1.6 Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của đề tài “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP DỰ ỨNG LỰC” là đề xuất một quy trình công nghệ sản xuất thép dự ứng lực Quy trình công nghệ:

- Lựa chọn mác thép

- Nấu luyện thành công mác thép nghiên cứu trong quy mô thí nghiệm

- Đúc thỏi, gia công biến dạng

- Nâng cao cơ tính của thép bằng phương pháp cơ nhiệt luyện

Trên cơ sở quy trình công nghệ sản xuất thép dự ứng lực trong quy mô thí nghiệm, đề xuất một quy trình công nghệ sản xuất thép dự ứng lực trong thực tế

Đúc cán liên tục Đúc cán truyền thống

1.7 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết hóa bền, ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim và lý thuyết tinh luyện Tham khảo các nghiên cứu về nâng cao cơ tính của thép hợp kim Xây dựng thí nghiệm với quy trình (nấu luyện các mác thép, đúc thỏi, tạo mẫu thử cơ tính, tiến hành các quá trình nhiệt luyện, kiểm tra đánh giá kết quả) Kết hợp giữa lý thuyết và thực tế sản xuất Tham khảo công nghệ sản xuất thép trên thế giới Các điều kiện sản xuất thực tế trong nước

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết hóa bền bằng hợp kim hóa

Hóa bền bằng nguyên tố hợp kim được thể hiện ở hai mặt:

- Làm tăng giới hạn chảy (ứng suất xê dịch tới hạn)

- Tăng cường quá trình hóa bền biến dạng (cường độ và thời gian)

Thép chứa nguyên tố hợp kim với hàm lượng thấp và trung bình có giới hạn bền cao, độ dãn dài đều và thời gian hóa bền biến dạng dài Thép có chứa nguyên tố hợp kim với hàm lượng cao có giới hạn bền cao nhưng độ dãn dài không đều, giới hạn chảy tăng nhưng hóa bền biến dạng giảm

Nguyên tố hợp kim ở dạng các hạt tiết ra kích thước lớn và cách xa nhau ảnh hưởng đến hóa bền biến dạng kém hơn các hạt tiết ra nhỏ hơn và gần nhau hơn (cỡ 100 A0) Nguyên tố hợp kim trong dung dịch rắn tác dụng trung gian giữa hai loại trên

Dưới đây sẽ đề cập đến vai trò hóa bền của nguyên tố hợp kim trong:

- Dung dịch rắn

- Trong hợp kim có pha thứ hai dưới dạng hạt tiết ra

- Trong hợp kim có trật tự

2.1.1 Hóa bền trong dung dịch rắn

Xét ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến cơ tính dung dịch rắn trước hết cần nghiên cứu ảnh hưởng của nó đến dạng đường cong ứng suất - biến dạng khi nhiệt độ và tốc độ biến dạng không đổi

Để giải thích tại sao nguyên tố khi hòa tan làm tăng giới hạn chảy, làm xuất hiện lực cản trở (hãm) chuyển động lệch và ảnh hưởng đến cường độ hóa bền biến dạng đã đưa ra nhiều cơ cấu khác nhau Tuy nhiên, khó mà xác nhận cơ cấu

nào là chủ yếu trong mỗi trường hợp cụ thể, càng không thể mô tả đầy đủ sự thay đổi cơ tính của tinh thể dưới tác động của cơ cấu này hay cơ cấu khác mà thường gặp sự phối hợp tác động của hai hay nhiều cơ cấu một lúc

Có thể nêu ra 2 nguyên nhân chính của hóa bền bằng hợp kim hóa là:

 Sự thay đổi cấu trúc lệch bao gồm thay đổi chiều rộng lệch, đặc điểm phân

bố và tương tác giữa các lệch, mật độ lệch…

 Tương tác trực tiếp giữa lệch với nguyên tử bị hòa tan Có hai loại tương tác:

- Tương tác giữa các nguyên tử bị hòa tan với lệch đứng yên Làm cho nguyên tử bị hòa tan tụ tập quanh đường lệch và giữ chặt lệch lại

- Tương tác giữa nguyên tử bị hòa tan với lệch chuyển động Làm xuất hiện lực ma sát cản trở chuyển động lệch

Nói chung khi đưa nguyên tố hợp kim vào tinh thể thì mật độ lệch thay đổi không đáng kể (trừ một số hợp kim thấp) Sự thay đổi phân bố lệch khi hợp kim hóa có thể do năng lượng khuyết tật giảm xuống và trượt ngang

Khi nguyên tử hòa tan tụ tập quanh lệch, chúng tạo ra các lớp mây (khí quyển) dày đặc kiểu Muốn cho lệch chuyển động độc lập (tách khỏi lớp mây hoặc miền trật tự của nguyên tử bị hòa tan) cần tăng thêm ứng suất ΔT Phụ thuộc ΔT vào hàm lượng nguyên tố hợp kim và thường theo quy luật bậc 2 – đường cong có dạng parabol, còn khi nồng độ thấp có dạng đường thẳng Trong khoảng nhiệt độ mà khuếch tán không đáng kể ΔT hầu như không phụ thuộc vào nhiệt độ

Khi nguyên tử bị hòa tan tương tác với lệch chuyển động lực, ma sát có thể xuất hiện do:

 Tác dụng của trường ứng suất bên trong và xung quanh nguyên tử bị hòa tan Khi kích thước nguyên tử bị hòa tan và nguyên tử kim loại cơ bản sai khác nhau

 Tác dụng của trường ứng suất do sự sai khác modun xê dịch của nguyên tử

bị hòa tan và nguyên tử kim loại cơ bản gây ra

 Tương tác giữa nguyên tử bị hòa tan và lõi lệch Ở nhiệt độ thấp, nguyên tử

bị hòa tan chiếm các vị trí ổn định với năng lượng thấp trong lõi lệch làm cho đường lệch có dạng ziczắc Ứng suất cần cho lệch này chuyển động phụ thuộc vào năng lượng liên kết của nguyên tử trong lõi lệch

 Sự hình thành miền trật tự gần trong dung dịch rắn làm thay đổi năng lượng liên kết nguyên tử trong mặt trượt của lệch Ứng suất để lệch bắt đầu chuyển động vì vậy bắt đầu tăng lên

Tuy vậy, không phải lúc nào cũng dễ dàng phân biệt các cơ cấu với nhau Có thể thấy rằng, cơ cấu giữ lệch làm xuất hiện răng chảy trên đường cong ứng suất biến dạng Cơ cấu ma sát làm xê dịch toàn bộ đường cong về phía ứng suất cao hơn, còn răng chảy sẽ không rõ rệt bằng Tuy nhiên, đây chưa phải là điều kiện cần và đủ để phân biệt hai cơ cấu với nhau

2.1.2 Hóa bền bằng hạt tiết ra của pha thứ hai

Do sự khác biệt về kích thước nguyên tử, diện tích của chúng và nhiều nguyên nhân khác nữa mà dung dịch rắn không trật tự (nguyên tử bị hòa tan phân bố không theo quy luật trong ô mạng nguyên tố dung môi) ở trên thường ít gặp Những khác biệt đó dẫn đến sự hình thành pha thứ hai (pha dư) được tiết ra dưới dạng hạt phân tán Các hạt này hóa bền hợp kim đáng kể, làm tăng giới hạn chảy và tăng cường hóa bền biến dạng

Ảnh hưởng của các hạt tiết ra của pha thứ hai đến hóa bền biến dạng hợp kim phụ thuộc vào độ bền, cấu trúc, kích thước, hình dáng, đặc điểm phân bố các hạt tiết ra và khoảng cách giữa chúng; vào mức độ kết hợp mạng của hạt với nền và định hướng giữa chúng với nhau Để tìm hiểu nguyên nhân hóa bền

hợp kim bằng các hạt phân tán cần hiểu cơ cấu tương tác giữa lệch với các hạt

đó Tương tác đó có hai loại : Lệch có thể vượt qua hạt phân tán bằng cách uốn cong đường lệch giữa các hạt, hoặc cắt ngang hạt Quá trình xảy ra tùy thuộc vào trị số ứng suất bên ngoài tác dụng, muốn cho lệch chuyển động qua hạt cần phải tốn thêm năng lượng

Có thể coi rằng, các hạt phân tán tiết ra hầu như không chứa lệch và như vậy chúng phải có độ bền lý thuyết Có 4 lý do sau để những hạt đó tác động như những cản trở chuyển động của lệch:

1) Khoảng cách giữa các nguyên tử bên trong hạt phân tán và giữa các nguyên tử của nền khác nhau Vì thế, sau khi lệch đi qua hạt, dọc theo mặt trượt (trong hạt) nguyên tử bị phân bố lại Ứng suất xuất hiện khi đó tỷ lệ với năng lượng phân bố lại và chiều dài lệch trong hạt

2) Khi đi qua hạt phân tán, lệch tạo ra bề mặt ngăn cách giữa hạt và nền Để làm xuất hiện bề mặt đó cần tốn thêm năng lượng

3) Bất kỳ biến dạng đàn hồi nào ở xung quanh hạt phân tán đều cản trở chuyển động của lệch Biến dạng đàn hồi có thể xuất hiện do sự khác nhau về mật độ, về modun đàn hồi, về hệ số dãn nở nhiệt… giữa hạt và nền

4) Hình dáng của hạt phân tán quyết định số mặt trượt bị chúng cắt Số mặt trượt bị cắt càng nhiều thì trượt càng bị cản trở mạnh Hạt hình cầu ít mặt cắt hơn

là hình đĩa Cắt nhiều nhất là hình trụ Mặt khác, chiều dày hạt ảnh hưởng đến sự phụ thuộc của giới hạn chảy vào nhiệt độ Nói chung, hóa bền nhờ các hạt phân tán không nhạy cảm với nhiệt độ

2.1.3 Hóa bền trong hợp kim trật tự

Các loại dung dich rắn xét trong phần 1 và 2 thuộc loại không trật tự, có các nguyên tử bị hòa tan phân bố hoàn toàn ngẫu nhiên (thống kê) trong mạng tinh

thể dung môi Trong những điều kiện nhất định, nguyên tử của nguyên tố bị hòa tan có thể phân bố một phần hoặc hoàn toàn theo một trật tự nhất định trong mạng tinh thể dung môi tạo thành dung dịch rắn trật tự gần hoặc trật tự xa Dung dịch rắn có trật tự đôi khi còn gọi là siêu cấu trúc

Lệch cặp trong hợp kim hoàn toàn trật tự cũng như lệch đơn trong hợp kim hoàn toàn không trật tự, khi chuyển động chịu ma sát ít hơn là khi chúng chuyển động trong hợp kim có trật tự trung gian Hiện tượng đó được giải thích theo một

số cơ cấu sau đây:

1) Sự xuất hiện ứng suất bên trong cản trở chuyển động lệch: Trong các hợp kim có trật tự trung gian, giữa cấu trúc trật tự và không trật tự luôn xuất hiện ứng suất bên trong và pha trật tự luôn có mạng xô lệch so với pha không trật tự

2) Sự sai khác hằng số mạng khi trật tự hóa: Nếu không có xô lệnh mạng thì trật tự hóa cũng sẽ làm giảm hằng số mạng Sự sai khác hằng số mạng trong hợp kim trật tự trung gian sẽ gây hóa bền

3) Kích thước của miền trật tự hóa l: Khi lệch cặp trượt qua miền trật tự, diện tích biên giới đối pha tăng lên Ứng suất trong trường hợp này phụ thuộc vào l Khi l nhỏ, lệch cặp như trượt trong cấu trúc không trật tự Khi l lớn biên giới đối pha quá nhỏ Vì vậy, ứng suất để lệch cặp trượt lớn nhất khi l đạt giá trị xác định phù hợp với cấu trúc có trật tự trung gian

4) Kích thước miền biên giới đối pha: Đặc điểm trật tự hóa trong miền biên giới quyết định chiều rộng của nó và phụ thuộc vào trạng thái của lệch cặp: chuyển động hoặc ở vị trí cân bằng Ứng suất cần cho lệch bứt khỏi vị trí cân bằng phụ thuộc vào mức độ trật tự hóa của hợp kim và đạt giá trị cực đại ở nhiệt

độ cỡ khoảng 0,7 nhiệt độ trật tự hóa tới hạn

5) Quá trình leo của lệch cặp: Lệch cặp sẽ có năng lượng thấp (trạng thái ổn

định) nếu miền biên giới đối pha của nó không nằm trong mặt trượt Vì thế khi nhiệt độ đủ cao có lợi cho khuếch tán, lệch cặp sẽ sẽ leo tới vị trí ổn định đó Chuyển động tiếp theo của lệch sẽ trở nên khó khăn hơn Vì vậy giới hạn chảy lúc đó đạt cực đại Khi nhiệt độ cao hơn nữa (mức độ trật tự giảm xuống), lệch cặp có thể chuyển động nhờ khuếch tán có tốc độ khá lớn làm giới hạn chảy giảm xuống

6) Hóa bền nhờ trật tự gần: Chuyển động của lệch cặp trong cấu trúc hoàn toàn trật tự cũng bị cản trở như chuyển động của lệch đơn trong cấu trúc trật tự gần Trong trường hợp đầu ứng suất tăng khi giảm mức độ trật tự, trong trường hợp khi tăng mức độ trật tự gần thì ứng suất sẽ giảm Như vậy, ứng suất phải đạt cực đại ở mức độ trật tự trung gian giữa trật tự xa và trật tự gần

2.2 Lý thuyết hóa bền biến dạng

Hóa bền biến dạng là khi tinh thể bị biến cứng trong quá trình biến dạng Sự khác nhau giữa đường cong biến dạng của từng kim loại cũng như giữa các giai đoạn của đường cong đã được giải thích bằng các cơ cấu hóa bền biến dạng khác nhau Cho tới nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết cũng như thực nghiệm của nhiều tác giả nhằm đóng góp vào việc phát triển lý thuyết chung giải thích quy luật hóa bền, tức là quy luật phụ thuộc ứng suất biến dạng trong từng giai đoạn hóa bền kim loại Hầu hết các công trình nghiên cứu với mạng lập phương diện tâm, cho nên, những mô hình dưới đây cũng dành cho loại mạng này Có thể nói, cơ sở các mô hình lý thuyết khác nhau đều dựa trên tương tác đàn hồi do trường ứng suất hoặc tác dụng xa hoặc tác dụng gần của lệch trong kim loại gây ra Các dạng khuyết tật điểm như nút trống, nguyên tử giữa nút… hình thành khi biến dạng dẻo, rất dễ di động và ít nên không đóng vai trò đáng

kể trong quá trình hóa bền biến dạng

2.2.1 Hóa bền bởi trường ứng suất tác dụng xa

Trường ứng suất tác dụng xa là trường ứng suất tổng hợp của tất cả lệch có trong tinh thể kim loại Một cách gần đúng, trường ứng suất đó thay đổi theo quy luật của biểu thức 2.1:

r

b G

2

.





  (2.1) Trong đó :

α – Hằng số = 1 nếu đường lệch đó có thành phần xoắn;

= 3/2 nếu đường lệch có thành phần biên;

G – mođun xê dịch;

b – vecter burgers;

r – khoảng cách từ đường lệch đến điểm quan sát;

Có nhiều mô hình lý thuyết dựa trên tương tác của lệch do trường ứng suất σ này

Mô hình Taylor

Theo taylor, hóa bền biến dạng trong tinh thể do tập hợp lệch gây ra Vì vậy ứng suất cần để một lệch chuyển động qua một loạt lệch khác được xác định bằng độ lớn trường ứng suất do các lệch khác gây ra Nếu coi lệch sắp xếp hỗn loạn trong tinh thể thì ứng suất tổng hợp từ phía các lệch xung quanh đến lệch quan sát được tính theo công thức 2.2:

r

b G

2

.

2

b



Từ biểu thức 2.3 ta thấy nếu sự thực L = const thì giữa ứng suất τ và biến dang ε có mối quan hệ parabol Thực nghiệm đã cho thấy rằng, mối quan hệ này chỉ quan sát được trên kim loại đa tinh thể và đơn tinh thể có khả năng trượt theo nhiều hệ một lúc Dạng đường cong parabol của chúng chỉ có thể giải thích bằng hóa bền do rừng lệch gây nên Thực vậy, khi trượt theo một mặt trượt, lệch buộc phải cắt các lệch nằm trong các mặt trượt khác Rừng lệch tạo ra cản trở chuyển động của lệch Mật độ rừng lệch càng cao, khả năng cản trở chuyển động càng lớn, tinh thể càng bền hơn

2.2.2 Hóa bền bởi trường ứng suất tác dụng gần

Trường ứng suất tác dụng xa chưa thể coi là nguyên nhân đầu tiên của hóa bền biến dạng Hóa bền biến dạng có thể do trường ứng suất tác dụng gần gây nên Đó là trường ứng suất của các đoạn lệch, bậc lệch, lưới lệch… được tạo thành khi một lệch này cắt lệch của rừng lệch Trường ứng suất đó chỉ có tác dụng trong phạm vi xung quanh các phần tử lệch vừa nêu Lý thuyết hóa bền dựa vào trường ứng suất tác dụng gần gồm 2 loại mô hình : Mô hình lưới lệch và mô hình bậc lệch

 Mô hình lưới lệch

Kuhlmann – Wilsderf cho rằng ứng suất chảy khi hóa bền biến dạng là ứng suất cần thiết để uốn đường lệch giữa các nút của lệch lưới Lệch trong tinh thể không tạo thành tập hợp phẳng, mà phân bố dưới dạng lưới lệch không đều cạnh, gọi là búi lệch Giữa các búi lệch tinh thể hầu như không chứa lệch Búi lệch có thể hình thành khi lệch cắt hoặc bị giữ lại bởi vòng lệch, nút trống… Hình thành sau các lệch chuyển động Các phần tử đó làm đường lệch bị uốn cong lại, tạo ra búi lệch Búi (lưới) lệch có thẻ xuất hiện khi một lệch xoắn tác dụng với các lệch khác trong tập hợp rừng lệch

 Mô hình bậc lệch

Hirsch, Mott và Gilman đưa ra mô hình hóa bền biến dạng bằng bậc lệch Cho rằng bậc lệch có thể hình thành khi đường lệch cắt rừng búi lệch không di động Tùy theo định hướng và độ lớn mà bậc lệch có tác dụng cản trở chuyển đông của lệch – tức là tạo hóa bền – khác nhau một vài bậc lệch khi phân ly tạo

ra các bậc không di động trên đường lệch Khi chuyển động đường lệch sẽ bị uốn cong giữa 2 đầu bậc lệch Bậc cũng có thể chuyển động cùng với lệch, khi đó nó

sẽ để lại phía sau giải khuyết tật điểm Ở đây, nguyên nhân hóa bền biến dạng bằng bậc lệch là:

1) Sự có mặt bậc lệch trên đường lệch là giảm độ linh động của lệch Khi biến dạng tăng, mật độ bậc lệch trên các lệch đang chuyển động tăng lên vì thể ứng suất chảy cũng tăng

2) Vòng lệch, dipole lệch và các dạng khuyết tật khác hình thành khi lệch cùng chuyển động với bậc của nó, tác dụng với các lệch tiếp theo sau, gây cản trở chuyển động của chúng Biến dạng càng lớn, số lượng các phần tử trên càng nhiều, quá trình biến dạng dẻo tiếp tục xảy ra càng khó khăn hơn, vật liệu bị hóa bền

2.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến tính năng của thép kết cấu xây dựng

Cacbon: Là nguyên tố hóa bền rẻ nhất, nó làm tăng độ cứng và làm giảm

tính dẻo của thép Đồng thời tính hàn cũng giảm đi rõ rệt Cacbon (C) càng cao thì độ cứng cảng lớn, thậm chí nếu hàm lượng C quá lớn thì có thể hình thành ngay cả pha kiểu mactenxit mà không cần phải qua khâu nhiệt luyện tôi

Mangan: Có tác dụng tăng bền nhưng làm giảm độ dai va đập, nên trong

thép kết cấu thường hàm lượng Mangan (Mn) không vượt quá 2% Trong các loại thép dùng cho kết cấu hàn, Mn thường có giá trị nhỏ hơn một chút và phụ