Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép công cụ hợp kim mác X38CrMoV51 làm việc ở nhiệt độ cao

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM-CTCP VIỆN LUYN KIM EN Báo cáo tổng kết Đề TàI NGHIÊN CứU KHOA HọC Và PHáT TRIểN CấP Bộ Tên đề tµi : “NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP CƠNG CỤ HỢP KIM MÁC X38CrMoV5 LÀM VIỆC Ở NHIỆT ĐỘ CAO” _ Cơ quan chủ quản : TỔNG CƠNG TY THÉP VIỆT NAM-CTCP Cơ quan chủ trì : VIỆN LUYỆN KIM ĐEN Chủ nhiệm đề tài : PHẠM THANH SƠN HÀ NỘI - 2011 BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM-CTCP VIỆN LUYỆN KIM ĐEN Báo cáo tổng kết Đề TàI NGHIÊN CứU KHOA HọC Và PHáT TRIểN CấP Bộ Tên đề tài : NGHIấN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP CÔNG CỤ HỢP KIM MÁC X38CrMoV5 LÀM VIỆC Ở NHIỆT ĐỘ CAO” VIỆN LUYỆN KIM ĐEN Q VIỆN TRƯỞNG Nguyễn Quang Dũng HÀ NỘI - 2011 -1- DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN CHÍNH Họ tên Học hàm, học Cơ quan công tác vị chuyên môn Phạm Thanh Sơn Thạc sỹ Viện Luyện kim Đen Nguyễn Quang Dũng Thạc sỹ Viện Luyện kim Đen Nguyễn Hồng Phúc Kỹ sư Viện Luyện kim Đen Phạm Thị Mai Phương Kỹ sư Viện Luyện kim Đen Vũ Thế Anh Kỹ sư Tổng công ty Thép Việt Nam Nguyễn Văn Tháo Kỹ sư Xí nghiệp khí 79 Bùi Văn Tiệp Kỹ sư Công ty Cổ phần Thép Hoà Phát Nguyễn Đức Thắng Kỹ sư Công ty Thép Miền Nam -2- MỤC LỤC MỞ ĐẦU 04 I TỔNG QUAN 05 1.1 Tổng quan nhu cầu thị trường, yêu cầu chất lượng loại thép công cụ hợp kim làm việc nhiệt độ cao thép X38CrMoV5 05 1.2 Ảnh hưởng nguyên tố đến thép hợp kim mác X38CrMoV5 09 1.3 Đặc điểm điều kiện làm việc lăn hộp dẫn 20 1.4 Vật liệu thép công cụ hợp kim để chế tạo lăn hộp dẫn 21 II NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Nội dung nghiên cứu 25 2.2 Phương pháp nghiên cứu 26 III KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 26 3.1 Công nghệ nấu luyện 26 3.2 Công nghệ tinh luyện 30 3.3 Công nghệ rèn 32 3.4 Công nghệ gia công khí chế tạo sản phẩm 34 3.5 Cơng nghệ nhiệt luyện 37 3.6 Các tính chất thép cơng cụ hợp kim mác X38CrMoV5 39 3.7 Chế tạo sản phẩm kết dùng thử 44 46 IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận 46 4.2 Kiến nghị 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 PHỤ LỤC 48 -3- MỞ ĐẦU Thép công cụ hợp kim làm việc nhiệt độ cao loại thép sử dụng rộng rãi nhiều ngành sản xuất, chế tạo, gia công nguyên nhiên vật liệu để phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác theo nhu cầu yêu cầu thực tế sản xuất chế tạo loại khuôn đúc nhựa, khuôn ép đùn nhôm, khuôn dập thể tích, khn ép ma sát,…; chi tiết cho dây chuyền luyện cán thép: lăn hộp dẫn, lăn lò, bánh cán, trục cán, bánh đẩy, dao cắt phôi,… Các loại thép thường hợp kim hoá nguyên tố hợp kim vật tư đắt tiền nên giá thành loại thép hợp kim cao Trong phát triển mạnh mẽ kinh tế thị trường, việc nghiên cứu tìm loại thép chất lượng tốt có giá thành cạnh tranh hướng nhà luyện kim Một kết hướng tạo thép công cụ hợp kim làm việc môi trường nhiệt độ cao, chịu mài mịn va đập có độ bền cao, chất lượng tốt giá thành cạnh tranh Việc nghiên cứu sản xuất loại thép hợp kim đạt chất lượng tốt để đáp ứng cầu ngành công nghiệp sản xuất, chế tạo gia công vật liệu nước ta cần thiết quan trọng Vì vậy, năm 2011 Bộ Cơng Thương giao nhiệm vụ cho Viện Luyện kim đen thực đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép công cụ hợp kim mác X38CrMoV5 làm việc nhiệt độ cao” Mục tiêu đề tài xác định công nghệ sản xuất thép công cụ hợp kim mác X38CrMoV5 đạt chất lượng tốt nguyên liệu thiết bị sẵn có nước, đáp ứng yêu cầu ngành công nghiệp phát triển kinh t t nc Bản báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu bao gồm nội dung nh sau: Phần tổng quan Nội dung phơng pháp nghiên cứu Kết đạt đợc Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo PhÇn phơ lơc Trong q trình thực đề tài, nhận đạo, giúp đỡ tạo điều kiện Vụ Khoa học Công nghệ - Bộ Cơng Thương, Cơng ty Cổ phần Thép Hồ Phát, Công ty Thép Miền Nam-Tổng công ty Thép Việt Nam – CTCP, Xí nghiệp khí 79 – Bộ Quốc Phòng, số sở sản xuất, chế tạo nghiên cứu khác Nhân dịp này, xin trân trọng cảm ơn giúp đỡ hợp tác -4- I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nhu cầu thị trường, yêu cầu chất lượng loại thép công cụ hợp kim làm việc nhiệt độ cao thép X38CrMoV5 Trong năm gần đây, với tăng trưởng cao ổn định kinh tế, ngành thép tăng trưởng với tốc độ nhanh, đạt khoảng 20%/năm Số lượng nhà máy cán thép nước phát triển nhanh hiệu suất sử dụng máy cao, nên việc sử dụng thay chi tiết, phận chịu nhiệt, chịu mài mòn nhà máy cán lớn, cụ thể Nhà máy cán Cơng ty CP Thép Hồ Phát, Nhà máy cán Cơng ty Thép Miền Nam, (công suất 400.000 thép cán/năm) năm phải thay 600 lăn loại (theo thống kê nhà máy), ngồi có nhiều chi tiết khác bánh đẩy, ống dẫn, dao cắt, Chính vậy, với số lượng 30 nhà máy cán thép nóng đại (sản lượng từ 100.000 ÷ 500.000 tấn/năm) nhu cầu sử dụng thép công cụ hợp kim làm việc môi trường nhiệt độ cao, chịu mài mòn lớn Chất lượng chi tiết quan trọng trình sản xuất chi tiết tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm nóng, tốc độ sản phẩm cao, ma sát lớn,… nên chúng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, suất an toàn thiết bị,… Do vậy, để tăng cường khả chịu nhiệt, chịu mài mòn cho chi tiết, người ta tiến hành chế tạo thép làm việc tốt môi trường nhiệt độ cao, chịu mài mịn có hàm lượng Mn, Mo, Cr, V đáng kể Trên giới người ta nghiên cứu số loại vật liệu chịu nhiệt độ cao, chịu mài mịn hợp kim hố, thêm số nguyên tố hợp kim quí Mn, Mo, V, Cr,…Việc đưa thêm nguyên tố hợp kim V, Mo, vào nâng cao khả chịu nhiệt, chịu mài mòn vật liệu, đồng thời làm tăng khả cạnh tranh chất lượng sản phẩm thị trường Ở Việt Nam có số nhà máy, xí nghiệp sản xuất thép hợp kim làm việc môi trường nhiệt độ cao, thường loại thép có độ bền thấp, chất lượng khơng ổn định Do vậy, nhiều nhà máy, xí nghiệp, xưởng sản xuất, khu vực khai thác thiết bị công nghiệp cần sử dụng thép làm việc tốt môi trường nhiệt độ cao phải tiến hành nhập ngoại -5- Thép công cụ hợp kim làm việc nhiệt độ cao sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp sản xuất, chế tạo gia công vật liệu: dây chuyền cán thép, luyện kim, khuôn mẫu, lăn truyền dẫn, chi tiết khí khác chúng có tính tổng hợp cao (độ bền cao, tính chịu nhiệt, mài mịn, va đập, độ bền chống phá hủy cao làm việc bền lâu điều kiện tải trọng phức tạp,…) Cơ chế chi tiết, dụng cụ làm loại thép làm việc nhiệt độ cao chúng có khả chịu nhiệt thắng trở kháng biến dạng, độ mài mòn vật liệu biến dạng máy móc, thiết bị tác động lên Trong loại thép công cụ hợp kim làm việc nhiệt độ cao thép X38CrMoV5 theo tiêu chuẩn Đức DIN 17350 có hàm lượng nguyên tố hợp kim hơn, có độ cứng, độ bền tốt, phù hợp với điều kiện làm việc loại lăn dẫn hướng dây chuyền cán thép Thép hợp kim hoá với lượng nhỏ nguyên tố Cr, Mo, V Thép có hàm lượng bon trung bình (%C = 0,36 ÷ 0,42) kết hợp với nguyên tố hợp kim nêu làm cho mác thép có độ thấm tơi tổ chức sau tơi, ram tiết loại bít hợp kim cấu trúc hạt nhỏ mịn, đạt tính tổng hợp cao, đáp ứng yêu cầu chi tiết làm việc lâu điều kiện làm việc nhiệt độ cao, chịu mài mòn cần độ bền lớn Chính vậy, mác thép X38CrMoV5 có nhiều ứng dụng lĩnh vực chế tạo loại khuôn dụng cụ làm việc nhiệt độ cao Mác thép sử dụng nhiều nước ta thiết bị nhập khẩu: loại khuôn đúc áp lực dành cho kim loại nhẹ (như nhôm, thiếc, magiê, ), loại khuôn ép ma sát học để biến dạng nóng thép, đồng, nhơm hợp kim chúng, khuôn để ép đùn nhôm, bạc lót, chày, đầu nong, dụng cụ khn để chế tạo đinh vít, đai ốc, đinh tán bu lơng, lưỡi cắt nóng, khn đúc nhựa, dụng cụ cho máy biến dạng nóng,… đặc biệt lăn hộp dẫn dây chuyền cán thép Ở nước khác Nhật, Pháp, Ý, Mỹ, Nga,… sản xuất loại thép tương tự Thành phần hoá học tính mác thép chủng loại X38CrMoV5 DIN 17350 liệt kê bảng -6- Bảng 1: Một số mác thép công cụ hợp kim làm việc nhiệt độ cao [1] Tiêu chuẩn Thành phần hoá học (%) Mác thép Đức DIN 17350 Khác X38CrMoV5-1 0,36 ÷ 0,90 ÷ 0,30 ÷ 4,80 ÷ 1,10 ÷ 0,25 ÷ ≤ 0,030 ≤ 0,030 (1.2343) 0,42 1,20 0,50 5,80 1,40 0,50 - - X40CrMoV5-1 0,37 ÷ 0,80 ÷ 0,30 ÷ 4,80 ÷ 1,20 ÷ 0,90 ÷ ≤ 0,030 ≤ 0,030 (1.2344) 0,42 1,20 0,50 5,50 1,50 1,10 - - X32CrMoV3-3 0,28 ÷ 0,10 ÷ 0,15 ÷ 2,70 ÷ 2,60 ÷ 0,40 ÷ ≤ 0,030 ≤ 0,030 (1.2365) 0,35 0,40 0,45 3,20 3,00 0,70 - - 0,32 ÷ 0,80 ÷ 4,50 ÷ 1,00 ÷ 0,30 ÷ ≤ 0,50 ≤ 0,030 ≤ 0,020 0,42 1,20 5,50 1,50 0,50 - - SKD61 4,80 ÷ 1,00 ÷ 0,80 ÷ 0,35 ÷ 0,80 ÷ 0,25 ÷ ≤ 0,030 ≤ 0,020 0,42 1,20 0,50 5,50 1,50 1,15 - - SKD62 0,32 ÷ 0,80 ÷ 0,20 ÷ 4,75 ÷ 1,00 ÷ 0,25 ÷ 1,00 ÷ ≤ 0,030 ≤ 0,020 0,40 1,20 0,50 5,50 1,60 0,50 1,60 - SKD7 2,70 ÷ 2,50 ÷ 0,40 ÷ 0,28 ÷ 0,10 ÷ 0,15 ÷ ≤ 0,030 ≤ 0,020 0,35 0,40 0,45 3,20 3,00 0,70 - SKD8 Nhật JIS G4404-2000 W SKD Mỹ AISI / SAE C 4,00 ÷ 0,30 ÷ 1,70 ÷ 3,80 ÷ Co 3,80 ÷ 0,35 ÷ 0,15 ÷ 0,20 ÷ ≤ 0,030 ≤ 0,020 0,45 0,50 0,50 4,70 0,50 2,10 4,50 4,50 H11 H13 H10 Si Mn P S Cr Mo V - 4,75 ÷ 1,20 ÷ 0,40 ÷ 0,38 ÷ 0,80 ÷ 0,20 ÷ ≤ 0,020 ≤ 0,020 0,43 1,00 0,40 5,25 1,40 0,60 0,35 ÷ 0,85 ÷ 0,20 ÷ 5,00 ÷ 1,00 ÷ 0,80 ÷ ≤ 0,020 ≤ 0,008 0,45 1,20 0,50 5,50 1,50 1,15 0,35 ÷ 0,80 ÷ 0,20 ÷ 3,00 ÷ 2,00 ÷ 0,25 ÷ ≤ 0,030 ≤ 0,030 0,45 1,25 0,70 3,75 3,00 0,75 Ni ≤ 0,25 Cu ≤ 0,35 - - Ni + Cu ≤ 0,75 Ý UNI 2955-4 4,50 ÷ 1,20 ÷ 0,30 ÷ 0,32 ÷ 0,90 ÷ 0,20 ÷ ≤ 0,030 ≤ 0,030 5,50 1,50 0,50 0,40 1,20 0,50 4X5MΦ1C 4,50 ÷ 1,20 ÷ 0,80 ÷ 0,37 ÷ 0,90 ÷ 0,20 ÷ ≤ 0,030 ≤ 0,030 5,50 1,50 1,10 0,44 1,20 0,50 3X3M3Φ Nga GOST 5950 4X5MΦC 0,27 ÷ 0,10 ÷ 0,20 ÷ 2,80 ÷ 2,50 ÷ 0,40 ÷ ≤ 0,030 ≤ 0,030 0,34 0,40 0,50 3,50 3,00 0,60 X37CrMoV5 KU 0,32 ÷ 0,90 ÷ 0,25 ÷ 4,50 ÷ 1,20 ÷ 0,30 ÷ ≤ 0,030 ≤ 0,030 0,42 1,20 0,55 5,50 1,70 0,50 - - X40CrMoV5 1 KU 0,35 ÷ 0,90 ÷ 0,25 ÷ 4,50 ÷ 1,20 ÷ 0,85 ÷ ≤ 0,030 ≤ 0,030 0,45 1,20 0,55 5,50 1,70 1,15 - - -7- W ≤ 0,20; Ti ≤ 0,030; Cu ≤ 0,30 Ni ≤ 0,350; W ≤ 0,20; Ti ≤ 0,030; Cu ≤ 0,30 Ni ≤ 0,350; W ≤ 0,20; Ti ≤ 0,030; Cu ≤ 0,30 Bảng 2: Cơ tính số thép công cụ hợp kim làm việc nhiệt độ cao [1] Cơ tính Độ cứng sau ram (HRC) Độ bền sau ram cao (500 - 6500C), MPa X38CrMoV5-1 (1.2343) ≤ 229 ≥ 50 ≥ 1230 X40CrMoV5-1 (1.2344) ≤ 229 ≥ 51 ≥ 1320 X32CrMoV3-3 (1.2365) ≤ 229 ≥ 47 ≥ 1320 SKD < 229 > 48 - SKD61 < 229 > 50 - SKD62 < 229 > 48 - SKD7 < 229 > 46 - SKD8 < 262 > 48 - H11 < 255 50 - 60 ≥ 1482 H13 - > 45 ≥ 1270 H10 < 229 - - 4X5MΦC ≤ 235 < 53 ≥ 1290 4X5MΦ1C ≤ 235 < 54 ≥ 1320 3X3M3Φ - < 50 ≥ 1130 X37CrMoV5 KU ≤ 229 > 48 - X40CrMoV5 1 KU ≤ 229 > 48 - Ý UNI 2955-4 Đức DIN 17350 Độ cứng sau ủ (HBS) Mỹ Nhật AISI / SAE JIS G4404-2000 Mác thép Nga GOST 5950 Tiêu chuẩn Mác thép X38CrMoV5 theo tiêu chuẩn DIN 17350 Đức, loại thép cơng cụ hợp kim (ngun tố hợp kim Cr, Mo, V,…) sau nhiệt luyện hoá tốt (tơi ram cao 500 ÷ 650 0C) có độ bền cao, tính chịu nhiệt chịu mài mịn tốt Các ngành cơng nghiệp nước, đặc biệt nhà máy cán thép sử dụng nhiều loại mác thép hợp kim làm việc môi trường nhiệt độ cao, dụng cụ chi tiết máy chịu nhiệt, chịu mài mòn lớn, với loại mác thép -8- X38CrMoV5 chủ yếu nhập từ nước có cơng nghiệp phát triển mạnh phần nhỏ sản xuất nước chất lượng khơng đảm bảo Vì vậy, việc nghiên cứu cơng nghệ sản xuất thép hợp kim dụng cụ làm việc môi trường nhiệt độ cao mác X38CrMoV5 để sản xuất chi tiết dụng cụ chịu nhiệt độ cao, chịu mài mòn cần thiết, đáp ứng phát triển công nghiệp Việt Nam giảm tối đa sản phẩm phải nhập ngoại 1.2 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến cấu trúc tính chất thép X38CrMoV5 Như nêu trên, mác thép X38CrMoV loại thép công cụ hợp kim làm nhiệt độ cao với hàm lượng bon trung bình ngun tố hợp kim Crơm (Cr), Mơlípđen (Mo), Vanađi (V), với số ngun tố hợp kim khác Si, Mn,… Sự kết hợp ảnh hưởng nguyên tố tạo cho mác thép X38CrMoV 1, sau gia cơng nhiệt luyện có tính tổng hợp cao, đáp ứng yêu cầu dụng cụ khuôn mẫu làm việc điều kiện nhiệt độ cao Sau xem xét ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến cấu trúc tính chất thép mác X38CrMoV5 - ¶nh hởng hàm lợng Cácbon (C) Các bon nguyên tố với sắt tạo thành dung dịch đặc hòa tan có hạn, hòa tan thép C làm tăng lợng xementit, mở rộng vùng Austenit Ngoài C kết hợp với số nguyên tố hợp kim nh− Cr, W, Mn, Mo, Ti, V, Nb, t¹o thành cácbit thép Cácbon nguyên tố mở rộng vùng , tức nguyên tố tăng độ ổn định pha austenit Do có khả mở rộng vùng dung dịch rắn tạo thành pha cácbít có độ cứng cao nên cácbon nguyên tố tăng bền tốt hợp kim sở sắt Cácbon nguyên tố làm tăng độ cứng cho thép mặt định lợng ta thấy tăng 0,1% C, độ cứng HB tăng khoảng 25 đơn vị Thực nghiệm cho thấy độ cứng HB tăng tuyến tính với hàm lợng cácbon thép (hình 2) -9- Kt nguyên công thép X38CrMoV5 ta nhận cấu trúc thép mactensit nhỏ mịn Cấu trúc chưa ổn định, cứng dòn Để có cấu trúc ổn định, tính cao ta phải tiến hành ram cao Trong trình ram xảy tượng phân huỷ austenit dư : 550 ÷ 650 0C Như vậy, để trình nhiệt luyện thép xảy hoàn toàn đáp ứng độ cứng điều kiện làm việc lăn hộp dẫn, ram thép X38CrMoV5 cần ram nhiệt độ 550 0C, làm nguội ngồi khơng khí (Sơ đồ cơng nghệ ram thép X38CrMoV5 trình bày hình 20) T(0C) 550 0C 120-180 0C/h 3h 3,5 Khơng khí 6,5 t (h) Hình 20 Sơ đồ công nghệ ram thép lăn hộp dẫn (X38CrMoV5 1) Kết nguyên công ram thép X38CrMoV5 thép có cấu trúc mactensit ram pha cácbít nhỏ mịn, phân bố đặn Với cấu trúc tính chất đảm bảo cho ta thép có độ bền cao, tính dẻo tốt, đáp ứng yêu cầu nơi sử dụng sản phẩm 3.6 Các tính chất thép X38CrMoV5 3.6.1 Thành phần hoá học Kết phân tích phương pháp hố học phịng Phân tích Viện Luyện kim đen phân tích phương pháp phân tích quang phổ cho thấy thành phần hoá học thép hợp kim kết cấu đề tài chế tạo đạt yêu cầu (Bảng 10) 3.6.2 Tính chất lý Tính chất lý thép xác định độ cứng Cơ tính thép đề tài chế tạo tương đương với mác thép nước tương ứng Kết thử lý thép X38CrMoV5 đề tài chế tạo thể bảng 15 - 39 - Bảng 15 : Kết thử nghiệm tính chất lý thép X38CrMoV5 Nội dung thực Kết thử Mẫu U1 Mẫu U2 Mẫu U3 Trung bình 208 201 211 206,7 Thử độ cứng thép X38CrMoV5 (sau ram), HRC Mẫu T1 Mẫu T2 Mẫu T3 54,8 54,0 54,2 Thử độ bền kéo thép X38CrMoV5 (sau ram 5500C), MPa Mẫu K1 Mẫu K2 Trung bình 2030 2106 2068 Thử độ cứng thép X38CrMoV5 (sau ủ), HBS Trung bình 54,3 3.6.3 Cấu trúc tế vi Đề tài tiến hành nghiên cứu cấu trúc tế vi thép hợp kim kết cấu X38CrMoV5 trạng thái khác kính hiển vi quang học Axiovert 40 MAT với độ phóng đại 200, 500 1000 Ở trạng thái ủ, thép có cấu trúc ferít peclit số cacbít nhỏ mịn phân bố ferít (hình 21, 22 hình 23) Với cấu trúc thép có độ bền cao tính dẻo tốt Sau tơi, thép có cấu trúc mactenxit nhỏ mịn số hạt cacbit pha peclit phân bố khơng (hình 24, 25 hình 26) Sau ram nhiệt độ 5500C, cấu trúc thép mactenxit ram hạt mịn số cacbít peclit phân bố đồng (hình 27, 28 hình 29) - 40 - Hình 21 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau ủ (x 200) Hình 22 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau ủ (x 500) Hình 23 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau ủ (x 1000) - 41 - Hình 24 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau tơi (x 200) Hình 25 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau tơi (x500) Hình 26 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau (x 1000) - 42 - Hình 27 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau tơi + ram (x 200) Hình 28 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau + ram (x 500) Hình 29 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau + ram (x 1000) - 43 - 3.7 Chế tạo sản phẩm kết dùng thử Theo nội dung đăng ký, đề tài tiến hành chế tạo 10 lăn hộp dẫn thép tương đương X38CrMoV5 theo tiêu chuẩn DIN 17350 để sử dụng thử đánh giá chất lượng Sản phẩm chế tạo lăn hộp dẫn (dạng thẳng dạng ơvan) dây chuyền cán thép nóng (hình 15, 16 30) Công nghệ chế tạo lăn hộp dẫn nêu hình 31 Hình 30 Sản phẩm Bộ lăn hộp dẫn dạng ôvan (D16 giá 16) thẳng D10-16 giá 13 Các phôi thép đề tài sau nấu luyện, điện xỉ, rèn đạt kích thước theo yêu cầu qua ủ mền chuyển đến Nhà máy cán Cơng ty CP Thép Hồ Phát để chế tạo lăn dẫn hướng Tại theo thống Cơng ty nhóm đề tài, chế tạo 10 lăn dẫn hướng hình ôvan (D16 giá 16) (D10-16 giá 13) Đây chi tiết làm việc điều kiện cán thép nóng thay thường xun Cơng ty, địi hỏi lăn dẫn hướng có tính chịu mài mịn, chịu nhiệt độ cao Các lăn hộp dẫn dạng lỗ hình ơvan (D16 giá 16) dạng thẳng (D10-16 giá 13) sau hoàn thiện thử nghiệm Nhà máy cán Cơng ty CP Thép Hồ Phát Sau thời gian dùng thử, Cơng ty có đánh giá chất lượng thép X38CrMoV5 Viện Luyện kim đen nghiên cứu, - 44 - chế tạo (phụ lục 1) Điều cho thấy lăn dẫn hướng chế tạo từ thép X38CrMoV5 đề tài sản xuất có chất lượng tốt, đáp ứng nhu cầu cho việc chế tạo loại lăn dẫn hướng ứng dụng ngành cán thép nóng số ngành công nghiệp chế tạo khác CHUẨN BỊ LIỆU NẤU LUYỆN LÒ TRUNG TẦN TINH LUYỆN ĐIỆN XỈ RÈN PHƠI Ủ MỀM GIA CƠNG CƠ KHÍ TƠI TRONG DẦU RAM CAO HOÀN THIỆN SẢN PHẨM SẢN PHẨM Hình 31 Sơ đồ cơng nghệ chế tạo lăn dẫn hướng - 45 - IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận - Do điều kiện khách quan, cung cấp cho khách hàng dùng thử Cơng ty CP Thép Hồ Phát Chi phí để sản xuất vật liệu để chế tạo lăn đề tài 60% giá thành so với nhập ngoại Từ kết thực nghiệm đánh giá chất lượng sử dụng khách hàng khẳng định bước đầu xác định công nghệ để sản xuất thép công cụ hợp kim mác tương đương với X38CrMoV5 DIN 17350 từ khâu luyện thép lò cảm ứng trung tần, tinh luyện thiết bị điện xỉ, rèn nhiệt luyện (ủ, tôi, ram) nguyên vật liệu thiết bị sẵn có nước - Với trang thiết bị có Viện Luyện kim đen kết hợp với số đơn vị gia cơng khác, chúng tơi sản xuất vật liệu phục vụ cho ngành cán thép, gia công áp lực chi tiết làm việc môi trường nhiệt độ cao lăn hộp dẫn, khuôn ép đùn nhôm, khuôn ép ma sát,… bước thay cho phụ tùng nhập ngoại với giá thành cao 4.2 Kiến nghị Để đáp ứng ngày tốt khả nghiên cứu, sản xuất thép công cụ hợp kim chất lượng cao yêu cầu vật liệu sản xuất khách hàng, nhóm thực đề tài kính đề nghị Bộ Cơng Thương quan chức tạo điều kiện lĩnh vực nghiên cứu khoa học công nghệ đầu tư để phục vụ tốt cho nghiệp chung ngành đất nước - 46 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Ngơ Trí Phúc Trần Văn Địch : Sổ tay sử dụng thép giới, NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội, 2003 Tiêu chuẩn DIN 17350: Tool Steel - Key to Steel Database - Steel Group Từ Tăng Khải : Tinh luyện ngồi lị - Học Viện Gang Thép Vũ Hán Tổng Công Ty Thép Việt Nam - Hà Nội 2002 Đỗ Hữu Nhơn, Tính tốn thiết kế chế tạo máy cán thép thiết bị nhà máy cán thép - Nhà Xuất KHKT - 2006 Đào Minh Ngừng, Nguyễn Trọng Giảng - Lý Thuyết cán - Nhà xuất Giáo dục - 2006 PGS Hà Tiến Hồng - Thiết bị khí xưởng cán - Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - 2006 Lê Công Dưỡng : Vật Liệu Học - NXB Khoa Học Kỹ Thuật - 2000 Tiêu chuẩn ASTM E407-07 : Standard Practice for Microetching Metals and Alloys Tiêu chuẩn TCVN 256-1: 2006 - Vật liệu kim loại Thử độ cứng Brinell Phần 1: Phương pháp thử 10 Tiêu chuẩn TCVN 257-1:2007 - Vật liệu kim loại Thử độ cứng Rockwell Phần 1: Phương pháp thử (thang A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T) 11 ASM Handbook - Vol – 2005 12 ASM Handbook - Vol – 1992 13 ASM HandBook - Vol – 1998 14 ASM HandBook - Vol 14 – 1996 15 ASM HandBook - Vol 15 – 1998 - 47 - PHẦN PHỤ LỤC - 48 - CÁC TÀI LIỆU ĐÍNH KÈM Bản nhận xét nơi khảo nghiệm Các phân tích thành phần hố học mẻ nấu thí nghiệm Kết thử lý Quyết định việc giao nhiệm vụ Khoa học Công nghệ năm 2011 Bộ Công Thương Hợp đồng phụ lục hợp đồng đề tài nghiên cứu khoa học phát triển cấp Bộ Quyết định Viện luyện kim đen việc thành lập Hội đồng nghiệm thu cấp sở đề tài nghiên cứu năm 2011 Bản nhận xét đề tài nghiên cứu khoa học phản biện cấp sở Biên họp hội đồng khoa học công nghệ đánh giá nghiệm thu đề tài cấp sở Quyết định Bộ Công Thương việc thành lập Hội đồng khoa học công nghệ đánh giá, nghiệm thu kết thực đề tài nghiên cứu cấp Bộ Viện Luyện kim đen chủ trì thực năm 2011 10 Bản nhận xét đề tài nghiên cứu khoa học phản biện cấp Bộ 11 Biên Họp hội đồng khoa học công nghệ đánh giá nghiệm thu đề tài cấp Bộ Viện Luyện kim đen chủ trì thực - 49 - BẢNG THỐNG Kấ CC HèNH V Hình Giản đồ trạng thái Fe-C øng dơng ®iỊu kiƯn thùc tÕ ®èi víi vật đúc thép C thép hợp kim Hình nh hởng C đến tính thép Hình cng ca mt s loi cácbit Hình Giản đồ trạng thái hệ Fe-V Hình Giản đồ trạng thái hệ C-Fe-V Hình Giản đồ trạng thái hệ C-Fe-Mo Hình Giản đồ trạng thái hệ Fe-Mo H×nh Ảnh hưởng Mo đến độ cứng thÐp X38CrMoV5 ram H×nh HƯ thèng giá cán thép liên tục Hình 10 Bộ lăn hộp dẫn đợc gắn giá cán thép Hình 11 Bộ lăn hộp dẫn giá cán thÐp nãng H×nh 12 Ảnh hưởng nhiệt độ ram n cng ca thép X38CrMoV5 Hình 13 Lò trung tn Radyne 300 kg/m Hình 14 S công nghệ tinh luyện điện xỉ Hinh 15 Sơ đồ c«ng nghệ rÌn thÐp X38CrMoV5 H×nh 16 Bản vẽ chế tạo lăn hộp dẫn gi¸ 16 D16 (ThÐp Hồ Phát) Hình 17 Bn v ch to ln hp dn giá 13 D10-16 (Thép Min Nam) Hình 18 S công ngh thép X38CrMoV5 Hình 19 S công ngh thép X38CrMoV5 Hình 20 S đồ c«ng nghệ ram thÐp lăn hộp dẫn (X38CrMoV5 1) Hình 21 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau ủ (x 200) Hình 22 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau ủ (x 500) Hình 23 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau ủ (x 1000) Hình 24 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau tơi (x 200) Hình 25 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau tơi (x 500) Hình 26 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau tơi (x 1000) Hình 27 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau + ram (x 200) Hình 28 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau tơi + ram (x 500) Hình 29 Cấu trúc tế vi thép X38CrMoV5 sau + ram (x 1000) H×nh 30 Sản phẩm Bộ ln hp dn dng ôvan (D16 giá 16) v thng D1016 giá 13 Hình 31 S công ngh ch tạo lăn dẫn hướng - 50 - BẢNG THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1: Một số mác thép công cụ hợp kim làm việc nhiệt độ cao Bảng 2: Cơ tính số thép cơng cụ hợp kim làm việc nhiệt độ cao Bảng 3: Các dạng bít khác số nguyên tố hợp kim Bảng 5: Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến cấu trúc tính chất thép Bảng 6: Tính dẫn nhiệt thép nghiên cứu X38CrMoV5 (W/m.K) Bảng 7: Độ giãn nở nhiệt thép nghiên cứu X38CrMoV5 (10-6 0C-1) Bảng 8: Độ cứng thép nghiên cứu X38CrMoV5 Bảng 9: Độ cứng độ bền kéo thép nghiên cứu X38CrMoV5 Bảng 10: Thành phần hoá học nguyên liệu, % Bảng 11: Hệ số cháy hao nguyên tố hợp kim Bảng 12: Phối liệu mẻ nấu thí nghiệm Bảng 13: Thành phần hố học thép thí nghiệm, % Bảng 14: Thành phần hoá học thép sau điện xỉ, % Bảng 15: Kết thử nghiệm tính chất lý thép X38CrMoV5 - 51 - BÁO CÁO TĨM TẮT ĐỀ TÀI Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất thép công cụ hợp kim mác X38CrMoV5 làm việc nhiệt độ cao ThS Phạm Thanh Sơn Viện Luyện kim đen Thông tin chung - Tên đề tài: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép công cụ hợp kim mác X38CrMoV5 làm việc nhiệt độ cao” - Cấp giao đề tài: Bộ Công Thương - Chủ nhiệm đề tài: ThS Phạm Thanh Sơn - Cơ quan chủ trì: Viện Luyện kim đen - Cơ quan chủ quản: Tổng công ty Thép Việt Nam-CTCP - Năm Thực hiện: 2011 - Kinh phí thực hiện: 270 triệu đồng - Lĩnh vực nghiên cứu: Luyện kim Thép công cụ hợp kim mác X38CrMoV5 làm việc nhiệt độ cao loại thép sử dụng rộng rãi nhiều ngành sản xuất, chế tạo, gia công nguyên nhiên vật liệu để phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác theo nhu cầu yêu cầu thực tế sản xuất chế tạo loại khuôn đúc nhựa, khuôn ép đùn nhôm, khuôn dập thể tích, khn ép ma sát,…; chi tiết cho dây chuyền luyện cán thép: lăn hộp dẫn, lăn lò, bánh cán, trục cán, bánh đẩy, dao cắt phôi,… Loại thép từ trước đến ta phải nhập khẩu, chủ yếu từ Nhật, Nga, Đức, Italy Trung Quốc Do vậy, việc nghiên cứu công nghệ sản xuất thép công cụ hợp kim mác X38CrMoV5 yêu cầu cần thiết nhằm giảm nguồn ngoại tệ phải nhập Mục tiêu đề tài nghiên cứu xác định công nghệ hợp lý để sản xuất thép công cụ hợp kim mác X38CrMoV5 sử dụng để chế tạo lăn cán thép nóng chi tiết làm việc nhiệt độ cao khác Kết bật Đề tài lựa chọn mác thép công cụ hợp kim làm việc nhiệt độ cao X38CrMoV5 chế tạo chi tiết làm việc môi trường nhiệt độ cao lăn dẫn hướng thiết bị sẵn có lị trung tần, thiết bị tinh luyện điện xỉ, búa rèn, thiết bị nhiệt luyện gia cơng khí, đảm bảo đáp ứng u cầu đề tài Đã thiết lập quy trình cơng nghệ sản xuất thép công cụ hợp kim mác X38CrMoV5 bao gồm công nghệ nấu luyện, công nghệ tinh luyện, công nghệ rèn công nghệ nhiệt luyện Đề tài xác định tính chất thép X38CrMoV5 (thành phần hố học, tính, cấu trúc thép) Thép đề tài chế tạo có tính chất tương đương với loại thép nhập nước ngồi; a, Thành phần hóa học Mẻ M1 M2 M3 %C 0,395 0,378 0,374 % Si 1,02 1,12 1,10 % Mn 0,41 0,48 0,43 % Cr 5,00 5,37 5,15 % Mo 1,30 1,31 1,32 %V 0,33 0,45 0,41 %P 0,011 0,021 0,019 %S 0,018 0,018 0,004 b, Tính chất lý Nội dung thực Thử độ cứng thép X38CrMoV5 (sau ủ), HBS Kết thử Mẫu U1 Mẫu U2 Mẫu U3 Trung bình 208 201 211 206,7 Mẫu T2 Mẫu T3 Trung bình 54,0 54,2 54,3 Thử độ cứng thép Mẫu T1 X38CrMoV5 (sau 54,8 ram), HRC Thử độ bền kéo thép Mẫu K1 X38CrMoV5 (sau ram 2030 5500C), MPa Mẫu K2 Trung bình 2106 2068 Đã chế tạo 10 lăn hộp dẫn cho dây chuyền cán thép nóng 400 nghìn tấn/năm Qua q trình dùng thử cho thấy thép đề tài nghiên cứu, chế tạo có chất lượng tốt, đáp ứng nhu cầu cho việc chế tạo loại lăn hộp dẫn nói riêng chi tiết làm việc nhiệt độ cao khác CHUẨN BỊ LIỆU NẦU LUYỆN NẦU TRONG LÒ LUYỆN TRUNG TẦN TINH LUYỆN ĐIỆN XỈ RÈN PHÔI Ủ MỀM SẢN PHẨM GIA CƠNG CƠ KHÍ TƠI TƠI TRONG TRONG DẦU NƯỚC HOÀN THIỆN SẢN PHẨM RAM THẤP CAO Hiệu kinh tế Sử dụng thép công cụ hợp kim mác X38CrMoV5 Việt Nam tự chế tạo thay vật liệu phải nhập từ nước để chế tạo lăn dẫn hướng cán thép nóng chi tiết làm việc môi trường nhiệt độ cao khác thỏa mãn nhu cầu thị trường ... khơng đảm bảo Vì vậy, việc nghiên cứu công nghệ sản xuất thép hợp kim dụng cụ làm việc môi trường nhiệt độ cao mác X38CrMoV5 để sản xuất chi tiết dụng cụ chịu nhiệt độ cao, chịu mài mòn cần thiết,... luyện kim Một kết hướng tạo thép công cụ hợp kim làm việc môi trường nhiệt độ cao, chịu mài mịn va đập có độ bền cao, chất lượng tốt giá thành cạnh tranh Việc nghiên cứu sản xuất loại thép hợp kim. .. thiết bị công nghiệp cần sử dụng thép làm việc tốt môi trường nhiệt độ cao phải tiến hành nhập ngoại -5- Thép công cụ hợp kim làm việc nhiệt độ cao sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp sản xuất, chế