Nghiên cứu ảnh hưởng biến động thành phần hoá học của phối thép đến cơ tính sản phẩm trên dây truyền cán của công ty liên doanh sản xuất thép vinausteel

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội nguyễn đức nhật Nghiên cứu ảnh hưởng biến động thành phần hóa học của phôi thép đến cơ tính sản phẩm trên dây chuyền cán của Công

bộ giáo dục và đào tạo trường đại học bách khoa hà nội

nguyễn đức nhật

Nghiên cứu ảnh hưởng biến động thành phần hóa học của phôi thép đến cơ tính sản phẩm trên dây chuyền cán của Công ty liên doanh

sản xuất thép Vinausteel

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành gia công áp lực

Người hướng dẫn khoa học:

PGS TS Nguyễn Trọng Giảng

Hải Phòng - 2004

Mục lục

Trang

Chương II: Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của biến động

thành phần hóa học phôi đến cơ tính của sản phẩm

19

II.4 Biểu đồ mối quan hệ giữa thành phần hóa học và cơ tính của sản

III.4 ảnh hưởng của thành phần Lưu huỳnh 52

III.5 ¶nh h−ëng cña thµnh phÇn Phèt pho 53

danh môc c¸c b¶ng

B¶ng 2.1 Thµnh phÇn hãa häc cña m¸c ph«i 5SP/5PS 22

B¶ng 2.2 C¬ tÝnh s¶n phÈm theo m¸c SD295A 22

H×nh 2.18 Mèi quan hÖ gi÷a thµnh phÇn S víi giíi h¹n ch¶y vµ giíi

Lời nói đầu

Hiện nay tại Việt Nam đã có 25 công ty sản xuất thép xây dựng (thép thanh và thép cuộn), trong khi đó chỉ có Công ty Gang thép Thái nguyên và Công ty thép Miền Nam là có dây chuyền luyện thép Ngoài ra các công ty khác đều phải nhập phôi thép từ nước ngoài để sản xuất

Một trong những vẫn đề khó khăn về kiểm soát chất lượng sản phẩm khi sản xuất bằng phôi thép nhập từ nước ngoài là mỗi nước sản xuất phôi thép theo một tiêu chuẩn khác nhau, vì vậy thành phần hóa học của phôi thép nhập từ các nước khác nhau cũng khác nhau

Nguồn phôi liệu của Công ty liên doanh sản xuất thép Vinausteel được nhập

từ các nước như Nga, Trung Quốc, Thái Lan, Malaysia.v.v Các mác phôi và thành phần hóa học Công ty Vinausteel thường sử dụng cho các mác thép theo bảng 1.1:

Bảng 0.1: Các mác phôi thường sử dụng:

Thành phần hóa học (%) Mác

Với cùng một loại phôi, khi sản xuất trên các dây chuyền khác nhau, mức độ

ảnh hưởng đến cơ tính của sản phẩm cũng khác nhau Vì vậy cần phải có những điều chỉnh hợp lý đối với mỗi dây chuyền sản xuất để đảm bảo cơ tính của sản phẩm đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn, lượng sản phẩm không đạt yêu cầu

về cơ tính là thấp nhất Trên thực tế, trong quá trình mua phôi, Công ty Vinausteel đã có những điều chỉnh về thành phần hóa học so với các thành phần trên để phù hợp với quá trình sản xuất trên dây chuyền của Công ty cho các mác thép khác nhau Tuy nhiên việc điều chỉnh này chỉ là dựa trên kinh nghiệm mà chưa có sự đánh giá sự ảnh hưởng của biến động thành phần hóa học đến cơ tính của sản phẩm dựa trên các kết quả thí nghiệm từ sản phẩm của Công ty

Vì lý do đó, tôi đã quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của biến

động thành phần hóa học của phôi thép đến cơ tính của sản phẩm trên dây chuyền cán của Công ty liên doanh sản xuất thép Vinausteel”

Mục đích của đề tài là xác định sự ảnh hưởng do biến động của các nguyên tố chính trong thành phần hóa học của phôi thép đến cơ lý tính của sản phẩm thép cán Qua đó có thể biết được mức độ ảnh hưởng của từng nguyên tố trong dải thành phần hóa học của phôi thép đến cơ tính của sản phẩm như thế nào

Từ đó có thể dùng kết quả này để lựa chọn mua phôi hoặc chọn các lô phôi có thành phần hóa học khác nhau phù hợp cho các sản phẩm khác nhau Như vậy

sẽ giảm được lượng sản phẩm không đạt yêu cầu về cơ tính, giảm tiêu hao kim loại dẫn tới tăng hiệu quả kinh tế

Trong quá trình sản xuất của Công ty, ta thực hiện lấy các mẫu sản phẩm để thử nghiệm cơ lý tính và thành phần hóa học của sản phẩm Từ các kết quả thu

được, phân tích dữ liệu và tìm quy luật ảnh hưởng giữa thành phần hóa học và các chỉ tiêu cơ lý tính của sản phẩm

Do mục đích của đề tài là nghiên cứu phục vụ cho ứng dụng thực tế tại Công

ty, vì vậy các mẫu thử nghiệm dùng để nghiên cứu được để nguyên dạng như hình dáng của sản phẩm mà không gia công trước khi thử nghiệm

Nội dung của đề tài gồm 2 phần:

- Tổng quan của các nguyên tố hóa học trong thép

- Nghiên cứu ảnh hưởng của biến động thành phần phôi thép đến cơ tính của sản phẩm

Tôi xin chân thành cảm ơn Phó giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Trọng Giảng cùng các thầy cô giáo trong bộ môn và Trung tâm đào tạo sau đại học Trường Đại học Bách khoa Hà nội đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này Mặc dù trong thời gian nghiên cứu tôi đã cố gắng hết mình, song bản luận văn chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, chỉ bảo của các thầy cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp

Hải Phòng, ngày tháng năm

Chương I Tổng quan

về các nguyên tố hóa học trong thép

Thép không chỉ là hợp kim của Fe và C mà còn có nhiều nguyên tố khác nhau

mà do điều kiện tự nhiên cũng như trong quá trình luyện kim nó có ở trong thành phần của thép Đó là các nguyên tố thường xuyên có trong mọi loại thép

Mangan và Silic có thể có trong thép theo các con đường như: lẫn ở trong quặng sắt, do đó đi vào thành phần của gang rồi vào thép, hay khi luyện thép, người ta dùng ferô silic và ferô mangan để khử ôxy, do vậy một phần các nguyên tố này cũng đi vào trong thép

Mn và Si là hai tạp chất có lợi, chúng nâng cao cơ tính của thép, do đó không

đặt vấn đề loại bỏ chúng trong quá trình luyện Trong các điều kiện thông thường của luyện kim, chúng có ở trong thép với lượng chứa Mn ≤ 0,8% và Si

≤ 0,5%

Phôtpho và lưu huỳnh cũng đi vào thành phần của gang do sự tồn tại của chúng trong quặng sắt và nhiên liệu Đối với thép, cả hai nguyên tố này đều là tạp chất có hại, do vậy trong quá trình luyện kim phải tiến hành khử bỏ chúng Việc khử triệt để thành phần P và S rất tốn kém nên chỉ cần giảm thành phần của chúng trong thép đến mức ảnh hưởng có hại là không đáng kể Đại đa số các loại thép, lượng chứa các nguyên tố P và S đều nhỏ hơn 0,05%

Ngoài ra, công nghiệp luyện kim hiện nay sử dụng ngày càng nhiều các thép phế liệu do các ngành kinh tế và quốc phòng thải ra (máy móc, ôtô, vũ khí ) trong đó có nhiều bộ phận làm bằng thép hợp kim, nên trong thép cacbon

thông thường có thể có một lượng nhỏ các nguyên tố Cr, Ni, Cu, W, Mo, Ti, chúng được gọi là các tạp chất ngẫu nhiên

Trong thép cacbon cũng có hòa tan các khí nitơ, hyđrô, ôxy với hàm lượng rất

ít mà việc xác định chúng rất khó khăn nên chúng được gọi là tạp chất ẩn Trong các phép phân tích thông thường người ta thường bỏ qua chúng Nói chung, chúng là các tạp chất có hại

I.1 Cacbon

Các bon là nguyên tố á kim thuộc nhóm IV của hệ thống tuần hóa các nguyên

tố hóa học và có thể ở hai dạng thù hình: graphit và kim cương Trong điều kiện bình thường, graphit là dạng thù hình ổn định, còn kim cương không ổn

định ở nhiệt độ và áp suất cao, kim cương có thể trở lên ổn định Trong hợp kim Fe-C, cacbon nguyên chất chỉ có thể tồn tại ở dạng graphit mà không có ở dạng kim cương Graphit có dạng lục giác và rất mềm Trong thiên nhiên phần lớn cacbon ở dạng vô định hình (các loại than)

Sắt và cacbon có thể tương tác với nhau theo hai cách: Sắt hòa tan cacbon để tạo thành dung dịch rắn và sắt kết hợp với cacbon để tạo thành hợp chất hóa học

Sắt và cacbon tạo nên ba hợp chất hóa học Fe3C (với 6,67%C), Fe2C (với 9,67%C) và FeC (với 17,67%C) Tuy nhiên các dạng hợp kim của Fe và C chỉ

được dùng với lượng C không cao lắm (nhỏ hơn 5%) nên chỉ gặp hợp chất hóa học Fe3C (Xêmentit) Xêmentit được tạo thành khi lượng cacbon lớn hơn giới hạn hòa tan của nó trong Feα hay Feγ

Hình 2.1 là giản đồ trạng thái Fe-C với thành phần C đến 6,67% tương ứng với hợp chất hóa học xêmentit Phần giảm đồ với lượng C lớn hơn khá phức tạp và

đến nay vẫn chưa xác định được chính xác

Hình 1.1: Giảm đồ trạng thái sắt - cacbon

- Người ta quy ước rằng thép là hợp kim Fe-C có thành phần C < 2,14% là loại khi nung nóng đến nhiệt độ nhất định có thể đạt được

tổ chức hoàn toàn là auxtenit Do vậy nó thuộc loại vật liệu dẻo, có thể gia công bằng phương pháp biến dạng nóng

Cacbon là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định chủ yếu đến tổ chức và cơ tính của thép cacbon và cả thép hợp kim

K S

A

6,67 6

5

2 1

α α+γ

γ+Xe II γ+Xe II +( γ+Xe) ( γ+Xe)+Xe I

F+XeII F+P P+XeII P+XeII+(P+Xe)

Thép

0,02

Fe

Như ta thấy rõ từ giản đồ trạng thái Fe-C, khi lượng cacbon của thép tăng lên, lượng xêmentit cũng tăng lên tương ứng và làm thay đổi tổ chức tế vi ở trạng thái ủ, tổ chức tế vi của thép cacbon phụ thuộc vào thành phần cacbon của nó như sau:

Hình 2.2 cho ta biết ảnh hưởng của thành phần C đến giới hạn bền (σb), độ cứng (HB), độ dãn dài (δ), độ thắt (ψ), và độ dai va đập (ak) của thép

Hình 1.2: ảnh hưởng của cacbon đến cơ tính của thép cacbon ở trạng thái ủ

0,4 0,2

1600

2400

2000

800 1200

400 10

30

20

50 60

σ b

δ

a k

Quy luật đó có thể được giải thích như sau:

Khi tăng lượng cacbon, số lượng pha xêmentit cứng, dòn cũng tăng lên tương ứng, số lượng pha ferit giảm đi tương ứng, do đó thép có độ cứng tăng lên, độ dẻo, độ dai giảm đi ảnh hưởng của lượng pha xêmentit tới độ bền là do thoạt tiên sự tăng số lượng pha xêmentit với độ cứng cao có tác dụng cản trở sự trượt của ferit, do đó làm tăng giới hạn bền của thép Nhưng khi số lượng xêmentit tăng quá nhiều (C > 0,8%) tạo nên xêmentit II ở dạng lưới (liên tục) thì nó lại làm giảm độ bền, do lưới xêmentit làm dễ dàng cho sự tạo thành và phát triển vết nứt khi phá hủy

Về mặt định lượng có thể thấy, cứ tăng 0,1% C thì thép có độ cứng tăng lên khoảng 20ữ25HB, giới hạn bền tăng lên khoảng 60ữ80N/mm2, giới hạn chảy tăng thêm khoảng 40ữ50N/mm2, độ dãn dài giảm đi khoảng 2ữ4%, độ thắt giảm đi khoảng 1ữ5% và độ dai va đập giảm đi khoảng 200kJ/m2

Do cacbon có ảnh hưởng lớn đến tổ chức và cơ tính của thép như vậy, nên thép

có thành phần cacbon khác nhau có cơ tính rất khác nhau và do đó được dùng vào các mục đích khác nhau

Các thép với thành phần cacbon thấp (≤0,25%) có tính dẻo, dai cao, độ bền thấp, và hiệu quả hóa bền bằng nhiệt luyện không cao, nên thường được dùng làm các kết cấu xây dựng, chi tiết dập và chi tiết thấm cacbon

Các thép với thành phần C trung bình (0,3ữ0,5%) có tính bền, cứng tuy không

đạt tới giá trị lớn nhất nhưng đều khá cao Do vậy thích hợp cho các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va đập cao như trục, bánh răng

Các thép với thành phần C tương đối cao (0,55ữ0,65%) có độ cứng cao và giới hạn đàn hồi cao nhất được dùng làm các chi tiết đàn hồi (không cho phép có biến dạng dẻo) như lò xo, nhíp

Các thép với thành phần C cao nhất (≥0,7%) có độ cứng và tính chống mài mòn cao nhất được dùng làm dụng cụ cắt gọt, dụng cụ đo, khuôn dập nguội

Ngoài ảnh hưởng đến cơ tính, cacbon còn gây ảnh hưởng đến một số tính chất vật lý khác của thép Khi tăng lượng cacbon, khối lượng riêng và độ từ thẩm của thép giảm đi, còn điện trở và lực khử từ tăng lên

Trong ngành luyện kim, mangan được sử dụng rộng rãi để khử ôxy và khử lưu huỳnh cho thép Với vai trò nguyên tố điều chất, nó có mặt trong các thép làm lò xo, thép làm các đường ống dẫn dầu và khí đốt, thép không nhiễm từ

Dù nhiều hay ít, nguyên tố này có mặt trong hầu hết các loại thép và gang Không phải ngẫu nhiên mà người ta gọi nó chính là người bạn đường muôn thủa của sắt Ngay trong bảng tuần hoàn, hai nguyên tố này cũng chiếm các ô

kề nhau số 25 và 26

Trong luyện kim, mangan được đưa vào mọi loại thép dưới dạng fero mangan

để khử ôxy, tức là để loại trừ FeO rất có hại cho thép

FeO + Mn → MnO + Fe

Khi đó MnO nổi lên, đi vào xỉ và được cào ra khỏi lò

Mangan là nguyên tố ảnh hưởng tốt đến cơ tính của thép Khi hòa tan vào ferit, nó nâng cao độ bền, độ cứng của pha này, do vậy làm tăng cơ tính của

thép Tuy nhiên do lượng mangan trong thép cacbon ít nên ảnh hưởng của nó

đến thép không rõ rệt Tác dụng tốt nhất của mangan trong thép là ở chỗ nó khử ôxy và hạn chế tác dụng có hại của lưu huỳnh

I.3 Silic

Silic được cho vào nhiều loại thép để khử ôxy một cách triệt để

2FeO + Si → SiO2 + Fe SiO2 nổi lên, đi vào xỉ và được cào ra khỏi lò

Giống như mangan, Si hòa tan vào ferit cũng nâng cao độ bền, độ cứng của pha này Tuy vậy, lượng silic trong thép cacbon thấp, nên tác dụng hóa bền của nó cũng không rõ rệt

I.4 Phôtpho

Như ở giản đồ trạng thái Fe-P (hình 2.3), ở nhiệt độ thường, Feα có thể hòa tan lượng phôtpho cao tới 1,2% Vượt quá giới hạn này tạo nên Fe3P dòn Tuy nhiên, trong hợp kim Fe-C, lượng P hòa tan trong Feα giảm đi mãnh liệt (chỉ còn khoảng vài phần nghìn), do vậy trong thép dễ xuất hiện Fe3P nâng cao độ bền, đặc biệt là độ dòn ở nhiệt độ thường Như vậy P nâng cao tính dòn nguội của thép

Giới hạn độ hòa tan của P trong ferit gây ra dòn là 0,1%, nhưng do nó là nguyên tố thiên tích mạnh trong quá trình kết tinh nên thông thường chỉ cho phép có trong thép đến 0,05%

Hình 1.3: Giản đồ trạng thái Fe - P

Mặt khác, P có ảnh hưởng tốt đến tính gia công cắt, nên trong thép dễ cắt người ta đưa lượng phôtpho vào cao đến 0,08ữ0,15%

I.5 Lưu huỳnh

Như ở giản đồ trạng thái Fe-S (hình 2.4), lưu huỳnh không tan cả ở trong Feαlẫn Feγ Nó tạo nên với sắt hợp chất FeS Cùng tinh (Fe+FeS) tạo thành ở nhiệt

độ thấp (988oC) nên nó kết tinh sau cùng và nằm ở biên giới hạt Khi nung nóng để cán, kéo hay rèn (ở nhiệt độ khoảng 800ữ1200oC), cùng tinh này chảy ra và có quá trình đứt ở biên giới hạt làm cho có cảm tưởng như thép bị dòn Vì vậy lưu huỳnh nâng cao tính dòn nóng của thép

21,8 15,6

Các sunfua dẻo và biến dạng được ở trạng thái nóng, ở trong thép cán nó bị kéo dài ra theo phương biến dạng làm cơ tính của thép khác nhau theo chiều dọc và ngang vật cán

Cũng giống như phôtpho, lưu huỳnh là nguyên tố có ảnh hưởng tốt đến tính gia công cắt nên trong thép dễ cắt thường chứa 0,15ữ0,30%S

I.6 Vanadi

30 20

Vanadi là một kim loại hiếm mặc dù vỏ trái đất chứa không ít vanadi (nhiều hơn bạc khoảng 1000 lần) Tuy nhiên cực kì hiếm thấy các điểm tích tụ vanadi trên trái đất Quặng chứa 1% vanadi được coi là cực kỳ giàu, ngay cả những quặng chỉ chứa 0,1% nguyên tố này cũng được khai thác và chế biến theo quy mô công nghiệp

Nguyên tố này khi đưa vào thép đã tạo cho thép những tính chất rất quý Chỉ cần pha thêm một lượng vanadi rất ít (vài phần nghìn) sẽ làm cho thép có cấu trúc hạt mịn, có độ bền cao và độ đàn hồi lớn Những loại thép như vậy có khả năng chịu được sự va đập, lực uốn, chống lại sự mài mòn và sự đứt gãy rất tốt

I.7 Các khí ôxy, nitơ và hyđrô

Các nguyên tố này có ảnh hưởng xấu đến cơ tính của thép do nó làm giảm độ dẻo, tăng khuynh hướng phá hủy dòn

Ôxy hòa tan rất ít trong ferit (ở nhiệt độ 500oC, độ hòa tan chỉ là 0,001%), vượt qua giới hạn này, ôxy ở dạng các ôxit Fe3O4, FeO, MnO, Mn3O4 thường gọi là vật lẫn phi kim loại Các vật lẫn ôxit này gây ra dòn nóng và dòn nguội, làm giảm độ bền, đặc biệt là giới hạn mỏi

Nitơ cũng hòa tan rất ít trong ferit, (ở nhiệt độ 590oC, độ hòa tan là 0,10%) Nhưng đáng chú ý là độ hòa tan này giảm rất nhanh theo nhiệt độ (ở nhiệt độ thường chỉ còn 10-5%) Khi làm nguội thép với lượng chứa nitơ cao, các nguyên tử nitơ trong thép biến dạng nguội tích tụ ở vùng lệch tạo nên đám mây Contrell ngăn trở chuyển động của lệch Do vậy thép có độ bền tăng lên,

độ dẻo giảm đi mạnh Đó là hiện tượng hóa già biến dạng Hiện tượng này thể hiện rất rõ trong thép tấm cacbon thấp (C ≤ 0,1%) để dập nguội Do hóa già, khi dập thép thường bị đứt

Hyđro có ảnh hưởng đặc biệt xấu đến thép, nhất là trong thép có độ bền cao, thép tôi có tổ chức mactenxit Các nguyên nhân dòn do hyđro gây ra như sau:

- Hyđro hòa tan trong dung dịch rắn, ở chỗ lệch làm xô lệch mạng, do

đó gây ra dòn

- Độ hòa tan trong thép của hyđro giảm đi rất nhanh, hyđro thoát ra với khối lượng lớn gây ra các vết nứt tế vi thể hiện ở các đốm trắng trên mặt gẫy

Các khí hòa tan trong thép lỏng quá nhiều làm xuất hiện các rỗ khí trong thỏi

I.8.1 Nhóm các nguyên tố có lợi

Dựa theo ảnh hưởng của chúng tới cơ tính của sản phẩm thép xây dựng, ta có thể xếp các nguyên tố Cacbon, Mangan, Silic và Vanadi vào nhóm các nguyên

tố có lợi Chúng đều có tác dụng làm tăng độ bền và độ cứng của thép Mặc dù các nguyên tố này có thể làm giảm độ dẻo của thép, tuy vậy mức độ ảnh hưởng đến độ dẻo là nhỏ so với tác dụng có lợi của chúng

I.8.2 Nhóm các nguyên tố có hại

Các nguyên tố Phốt pho, Lưu huỳnh và các chất khí có thể được coi là các nguyên tố có hại, chúng làm cho thép bị dòn, giảm độ dẻo

Như vậy ảnh hưởng của các nguyên tố đến cơ tính của thép là rất khác nhau

Tỷ lệ giữa các nguyên tố có trong thép cũng có ảnh hưởng rất lớn đến cơ tính của thép, vì vậy việc đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng các nguyên tố trong thép đến cơ tính của sản phẩm là rất quan trọng

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của biến động thành phần hóa học đến cơ tính của sản phẩm giúp ta nhận biết được mức độ biến động của chất lượng sản phẩm hiện nay, từ đó có thể điều chỉnh lại thành phần hóa học của phôi thép nếu thấy cần thiết, phù hợp với dây chuyền cán của Công ty

chương II

thực nghiiệm nghiên cứu ảnh hưởng của biến

động thành phần hóa học phôi đến cơ tính của

sản phẩm thép

II.1 Phương pháp nghiên cứu

II.1.1 Các đặc trưng về cơ tính của thép

Biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá hủy là ba quá trình nối tiếp nhau xẩy

ra trong kim loại và phần lớn hợp kim dưới tác dụng của tải trọng Từ quá trình kéo kim loại người ta thu được biểu đồ kéo kim loại như ở hình 2.1

Hình 2.1: Biểu đồ đặc trưng quá trình kéo kim loại

Lúc đầu khi tăng tải trọng, độ biến dạng ∆l tăng theo tỷ lệ bậc nhất với nó, ứng với đoạn thẳng OP trên biểu đồ Đó là giai đoạn biến dạng đàn hồi

Khi tải trọng vượt quá giá trị nhất định (điểm P trên biểu đồ), độ biến dạng ∆l tăng theo tải trọng với tốc độ nhanh hơn Đó là giai đoạn biến dạng dẻo đi kèm với biến dạng đàn hồi

Khi tải trọng đạt tới giá trị lớn nhất (điểm B trên biểu đồ), trong kim loại xuất hiện vết nứt, tại đó ứng suất thực tế tăng nhanh gây nên biến dạng tập trung, kích thước vết nứt tăng lên và cuối cùng làm cho mẫu bị phá hủy

Giới hạn đàn hồi: là ứng suất lớn nhất tác dụng lên mẫu đo mà sau khi bỏ nó,

mẫu không bị biến dạng dẻo hoặc chỉ bị biến dạng dẻo rất bé (độ biến dạng dư khoảng 0,001ữ0,005% chiều dài ban đầu của mẫu)

Giới hạn chảy: là ứng suất tại đó kim loại bị chảy, tức là tiếp tục bị biến dạng

với ứng suất không đổi (ứng với đoạn nằm ngang trên biểu đồ)

Giới hạn bền: là ứng suất với tải trọng tác dụng lớn nhất

Độ dãn dài tương đối: được xác định bằng tỷ số độ tăng chiều dài của mẫu lúc

đứt so với lúc ban đầu trên chiều dài ban đầu Đây là yếu tố đặc trưng cho độ dẻo của sản phẩm Độ dãn dài tương đối của sản phẩm càng cao thì tính dẻo của sản phẩm càng cao

%100l

ll

0

0

=δ

Đối với thép vằn cán nóng dùng làm cốt bê tông, ta cần quan tâm đến các đặc trưng về cơ tính của thép bao gồm giới hạn chảy (σc), giới hạn bền (σb) và độ dãn dài tương đối (δ)

II.1.2 Trình tự thực hiện

Quá trình nghiên cứu ảnh hưởng của biến động thành phần hóa học phôi thép

đến cơ tính của sản phẩm được thực hiện theo sơ đồ hình 2.2

Hình 2.2: Trình tự thực hiện

II.1.3 Lấy mẫu thử nghiệm

Phương pháp lấy mẫu có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả thử nghiệm của sản phẩm Để đảm bảo kết quả thử nghiệm được chính xác, ta cần lựa chọn phương pháp lấy mẫu như thế nào để ảnh hưởng của các thông số công nghệ

đến kết quả thử nghiệm trên các mẫu là tương tự như nhau, như vậy việc đánh

Lấy mẫu thử nghiệm

Chuẩn bị mẫu

Thử nghiệm cơ tính

Phân tích thành phần hóa học

Lập biểu đồ quan hệ giữa tphh và cơ tính

Phân tích kết quả

Đánh giá - kết luận

giá ảnh hưởng của biến động thành phần hóa học đến cơ tính của sản phẩm sẽ chính xác hơn

II.1.3.1 Lựa chọn sản phẩm lấy mẫu:

Sản phẩm được chọn để lấy mẫu là sản phẩm D10 do sản phẩm này được cán qua nhiều lần cán nhất (19 lần cán) Như vậy cơ tính của sản phẩm được đồng

đều, ít bị ảnh hưởng bởi các vảy rèn dính trên bề mặt sản phẩm

Hình 2.3: Mẫu thử nghiệm

Mác sản phẩm lựa chọn là mác SD295A, được sản xuất từ phôi 5SP/5PS Đây

là mác sản phẩm được sử dụng nhiều nhất trong các công trình xây dựng tại Việt Nam hiện nay

Thành phần hóa học của mác phôi 5SP/5PS, theo tiêu chuẩn GOST 380-94 (ΓΟCΤ 380-94) như bảng 2.1:

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của mác phôi 5SP/5PS:

C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%)

0,28ữ0,37 0,05ữ0,30 0,50ữ0,80 0,045 max 0,045 max

Yêu cầu về cơ tính của sản phẩm mác SD295A, theo tiêu chuẩn JIS

G3112-1987 theo bảng 2.2 dưới đây

II.1.3.2 Vị trí lấy mẫu:

Trước khi thực hiện lấy mẫu ta cần chọn vị trí lấy mẫu để đảm bảo các thông

số ảnh hưởng của công nghệ như nhiệt độ, bề mặt sản phẩm, kéo căng, áp lực cán.v.v đến cơ tính của sản phẩm là tương đương nhau Đối với dây chuyền công nghệ của Công ty Vinausteel, toàn bộ các mẫu thử đều được lấy trên các thanh thép nằm ở vị trí giữa của thanh phôi bởi các lý do sau:

- Do đặc điểm công nghệ của dây chuyền là cán bán liên tục, toàn bộ các giá cán đều nằm ngang, vì vậy sản phẩm có sự chênh lệch về kích thước gờ dọc (đường gân hai bên thanh thép) của các thanh nằm giữa thanh phôi với các thanh nằm ở đầu và đuôi là tương đối lớn Vì vậy cần thống nhất vị trí lấy mẫu để các chênh lệch về kích thước của sản phẩm là nhỏ

- Các thanh thép nằm ở đầu và đuôi của thanh phôi thường có bề mặt không nhẵn và đồng đều như các thanh ở giữa Như vậy ta lấy thanh ở giữa sẽ hạn chế được ảnh hưởng của bề mặt sản phẩm đến kết quả thử cơ tính

- Nhiệt độ kết thúc cán ở các thanh nằm giữa đồng đều hơn đối với các thanh

ở đầu và đuôi thanh phôi

Toàn bộ các mẫu sau khi lấy sẽ được kiểm tra về bề mặt, đảm bảo không bị nứt, không có vết lõm sâu trên bề mặt, gân gờ đều đặn nhằm hạn chế mức

độ ảnh hưởng của bề mặt sản phẩm đến sai số kết quả đo là nhỏ nhất

II.1.4 Thử nghiệm

II.1.4.1 Thiết bị thử nghiệm:

Các mẫu được thử nghiệm trên các thiết bị thử nghiệm của Công ty

- Thử nghiệm cơ tính trên máy kéo nén vạn năng ZDT 40 (Hình 2.4)

- Phân tích thành phần hóa học bằng phương pháp phân tích quang phổ được thực hiện máy phân tích quang phổ ARL-MA (Hình 2.5)

H×nh 2.4: M¸y kÐo nÐn v¹n n¨ng ZDT 40 a) M¸y kÐo nÐn b) M¸ kÑp

a)

b)

H×nh 2.5: M¸y ph©n tÝch thµnh phÇn hãa häc b»ng ph−¬ng ph¸p quang phæ ph¸t x¹

M: Khối l−ợng của mẫu thử (kg)

L: Chiều dài mẫu thử (m)

S: Diện tích mặt cắt ngang danh định của sản phẩm

- Đ−a các thông số đo đ−ợc vào phần mềm thử nghiệm

- Kẹp mẫu vào máy thử bằng má kẹp và thực hiện thử nghiệm kéo

- Khi quá trình thử kết thúc, đọc các giá trị giới hạn chảy, giới hạn bền và

độ dãn dài của sản phẩm nhận đ−ợc hiển thị trên phần mềm của máy (hình 2.6)

Hình 2.6: Đồ thị quá trình thử kéo

b) Phân tích thành phần hóa học:

Các mẫu sau khi thử cơ tính xong sẽ cắt một đoạn với chiều dài khoảng 20mm gần vị trí đứt để phân tích thành phần hóa học Trình tự phân tích thành phần hóa học nh− sau:

- Mài bóng bề mặt mẫu thử

- Gá mẫu thử vào bộ gá của máy phân tích thành phần hóa học

- Đặt mẫu vào buồng quang phổ của máy (hình 2.7) và thực hiện phân tích

II.2 Kết quả thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm cho các mẫu sản phẩm như ở phụ lục 1 Trong bảng kết quả này, các giá trị của các thành phần Mo, W, Ti, Sn, Co, Al, Pb, B, Nb là rất nhỏ, chỉ từ 0,001 đến 0,008%, vì vậy ta coi như không có ảnh hưởng đến cơ tính của sản phẩm và không đưa vào bảng này

Từ các kết quả thử nghiệm thu nhận được, ta lần lượt phân tích ảnh hưởng của các nguyên tố tới cơ tính của sản phẩm thép

Hình 2.7: Buồng quang phổ máy phân tích thành phần hóa học

II.3 Xử lý kết quả thực nghiệm

II.3.1 Biến động về thành phần hóa học

Trong nội dung của luận văn này ta nghiên cứu trên mác phôi 5SP/5PS (5CΠ/5ΠC) theo tiêu chuẩn GOST 380 (ΓΟCΤ 380) Thành phần hóa học của mác phôi này theo quy định của tiêu chuẩn như bảng 2.1

Trong thực tế sản xuất phôi thép, thành phần hóa học giữa các mẻ nấu khác nhau có những sự khác biệt nhất định Hầu hết các nguyên tố đều nằm trong miền giới hạn yêu cầu của tiêu chuẩn, tuy vậy không phải là 100% các mẻ nấu

đều như vậy Từ kết quả phân tích thành phần hóa học thu nhận được, dưới

đây ta sẽ đánh giá mức độ biến động giữa các mẻ khác nhau của phôi so với các thành phần hóa học theo tiêu chuẩn quy định

II.3.1.1 Thành phần Cacbon (C)

Theo yêu cầu của tiêu chuẩn, thành phần C của phôi 5SP/5PS nằm trong giới hạn từ 0,28ữ0,37% Hình 2.8 là biểu đồ các điểm phân bố của thành phần C nhận được từ kết quả phân tích thành phần hóa học

Như vậy ta nhận thấy có 3 mẫu có thành phần C nằm dưới giới hạn dưới so với thành phần hóa học của tiêu chuẩn quy định

Đối với thành phần Si cũng không có giá trị nào nằm ngoài giới hạn tiêu chuẩn quy định

II.3.1.4 Thành phần Phôtpho (P) và Lưu huỳnh (S)

Đối với thành phần P và S ta nhận thấy các giá trị đều nằm dưới 0,040% Như vậy đều nằm trong giới hạn của tiêu chuẩn

Hình 2.11: Dao động của thành phần P và S

Mẫu thử nghiệm

Max