Nghiên ứu ảnh hưởng ủa mứ độ biến dạng đến tổ hứ và ơ tính ủa thép tbf

56 Trang 7 vii DANH M C CÁC KÝ HIỤỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT Ký hiệu/viết tắtÝ nghĩaA Độ giãn dài tương đối, [%]AHSS Thép độ bền cao tiên tiến Advanced igh trength SH S teelAc1, Ac3 Nhiệt

Giả ng viên hư ớ ng dẫn chính : TS Nguyễn H ng H i ồ ả

iii

Trong suốt th i gian hờ ọc tập và làm Luận văn, tôi đã nh n đậ ược sự

hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các Thầy Cô giáo và bạn bè đồng nghiệp

Trước h t tôi xin g i l i c m ơn sâu s c t i TS Nguyễế ử ờ ả ắ ớ n H ng H i, ồ ả

TS Nguyễn Dương Nam - đã tận tình chỉ ạ d y, giúp đỡ ộ, đ ng viên tôi vềmọi mặt trong suốt thời gian làm Luận văn Những ý kiến nhận xét, đánh giá, góp ý mang tính gợi mở ủ c a Thầy vô cùng quý giá, giúp tôi hiểu được sâu hơn các vấn đề đang nghiên c u, tôi xin đư c bày t lòng bi t ơn, tri ân ứ ợ ỏ ếsâu sắ ếc đ n Th y ầ

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hi u trư ng Đệ ờ ại học Bách Khoa Hà Nội; Ban ch nhi m Việủ ệ n Khoa h c và K ọ ỹ thuậ ật liệ ; Ban t v uGiám hiệu trư ng Đờ ại học Hàng hải Vi t Nam; ệ Ban lãnh đạo Viện Cơ khí, cùng toàn thể ạ b n bè, đồng nghiệp đã giúp đ tôi v tinh thỡ ề ần vật ch t và ấthời gian để tôi hoàn thành quá trình h c tập và th c hiọ ự ện Lu n văn ậ

Trong luận văn có sử ụ d ng một s tài liố ệu, kết quả và nguồn trích dẫn luận án TS Đinh Văn Hiến cùng nhóm nghiên cứu Tôi xin chân thành

cảm ơn TS Đinh Văn Hiến cùng nhóm nghiên cứu

iv

Tóm tắt n i dung ộ luận văn

- T mừ ột mác thép CMnSi đã luyện từ ắt xố ạ s p đ t yêu cầu, nghiên cứu các công nghệ ạ t o phôi thép TBF với chế độ gia công bi n dế ạng trước và thông số biến dạng (mứ ộc đ cán nguội) trong gia công cơ-nhiệt được chọn cố đị nh nhờ phân tích quy luật lý thuy t và thế ực nghiệm, đảm bảo thép có độ ạ h t ferit siêu

mịn; chọn một môi trường tôi có tố ộc đ nguội lớn hơn t c đố ộnguội tới hạ ển đ x ử

lý nhiệt

- Chỉ biế ổn đ i 4 biến công nghệ: nhiệ ột đ - thời gian nung trong vùng hai pha (giữa Ac1 và Ac3); nhiệ ộ ờt đ -th i gian nguộ ẳi đ ng nhiệt bainit

Luận văntrình bày các kết quả nghiên cứu về ả nh hư ng của mứ ộở c đ ến bi

dạng đến tổ chức và cơ tính của thép cacbon hợp kim thấp được xử lý nhiệt kiểu TBF Luận văn trình bày các kết qu nghiên cả ứu khi mẫu được thực hiệ ở các n

mức độ biến dạng khác nhau: 40%; 60% và 80% Các kết qu nghiên cả ứu cho thấy rằng: Khi thực hiện mức độ ế bi n dạng 80% giá trị độ ề b n cao nhấ ạt đ t 800MPa, độ dãn dài cao nhất là 36%, tích số giữ ộ ềa đ b n và đ dãn dài (Rm*A) ộ

là cao nhất: 28774MPa*% Điều này phù hợ ớp v i nh ng k t qu ữ ế ả phân tích t về ổchức tế vi củ ợp kim khi đượa h c bi n dạế ng v i m c đ 80% là t phần austenite ớ ứ ộ ỷ

dư là cao nhất kho ng 16%; t l ferrite là 52% vả ỷ ệ ới kích thước hạt trung bình của ferrite là 6,4μm; austenite dư là 2μm

H c ọ viên thực hiện

Ký và ghi rõ họ tên

v

M Ụ C LỤ C

M Ở ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1Giới thi u mộ ố ạệ t s lo i thép đ c trưng 2ặ Thép HSLA 2

Thép AHSS 2

Thép TRIP 3

1.2Thành phầ ổ ứn-t ch c-cơ tính c a thép AHSS và TBF 4ủ Thành phần và tổ chức tế vi thép AHSS và TBF 5

Cơ tính thép AHSS và TBF 6

1.3Công nghệ ả s n xuất và ứng dụng của thép AHSS và TRIP 9

Công nghệ sản xuất thép AHSS 9

Công nghệ cơ-nhiệt sản xuất thép AHSS 11

Công nghệ cơ-nhi t s n xu t thép TBF 13ệ ả ấ Ứng dụng của thép AHSS và thép TRIP 14

1.4Kết luận chương 1 15

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUY T V T CHỨẾ Ề Ổ C VÀ CƠ TÍNH CỦA THÉP CMnSi XỬ LÝ NHI T KIỆ ỂU TBF 16

2.1Nhiệ ột đ ng học hình thành t ch c thép TBF và các yổ ứ ếu tố ả nh hư ng 16ở Cơ sở nhiệt động học hình thành tổ chức thép TBF 16

Ảnh hưởng của C, Mn, Si đến động học hình thành tổ chức thép TBF 18

2.2Độ ề b n và đ d o c a thép TBF 20ộ ẻ ủ Luật trộn pha áp dụng trong thép TBF 20

Các nguyên lý hãm lệch để tăng bền sử dụng trong thép TBF 21

Hóa bền bằng dung dịch rắn và tiết pha phân tán trong thép TBF 22 Nguyên lý hóa bền và tăng dẻo bằng làm nhỏ hạt trong thép TBF 24 Hai nguyên lý hóa bền và tăng dẻo bằng chuyển biến pha trong thép TBF 26

vi

2.3Quan hệ thành phần C, Mn và Si vớ ổ ứi t ch c và cơ tính thép TBF 31

2.4Ảnh hưởng c a thông s cơ-nhi t đ n s t o thành t ch c thép TBF 35ủ ố ệ ế ự ạ ổ ứ Ảnh hưởng của biến dạng dẻo 35

Ảnh hưởng của nung trong vùng tới hạn 35

Ảnh hưởng của tốc độ nguội khi tôi 36

Ảnh hưởng của làm nguội đẳng nhiệt trong vùng bainit 36

2.5Kết luận chương 2 37

CHƯƠNG 3 THỰC NGHI M 39Ệ 3.1Thiế ật l p sơ đ công nghệ ấồ n u luy n tệ ạo phôi đúc 39

3.2Nghiên c u quá trình x lý phôi thép ứ ử TBF sau khi đúc 41

3.3Nhận diện các t ch c pha bằng hiểổ ứ n vi quang học 45

3.4Đo cỡ ạ h t và t l ỷ ệcác pha 46

3.5Nhận diện austenit dư và mactenxit sau biến dạng bằng nhiễu xa tia X 46 CHƯƠNG 4 KẾT QU ẢVÀ BÀN LUẬN 48

4.1Thực nghiệm xử lý cơ nhi t t o phôi tấm thép TBF 48ệ ạ 4.2T ổchức tế vi thép TBF sau xử lý cơ nhiệ 49t 4.3Kiểm tra t ch c t ổ ứ ếvi phôi thép TBF sau quá trình x lý cơ – nhi t 52 hệ ử ệ 4.4Thực nghiệm đánh giá chỉ tiêu cơ tính c a thép TBF ở các chế độủ ến bi dạng và xử lý nhiệt khác nhau 56

KẾT LUẬ 58N TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

vii

DANH M C CÁC KÝ HI Ụ Ệ U VÀ CHỮ CÁI VI Ế T TẮT

AHSS Thép độ bền cao tiên tiến (Advanced igh trength SH S teel)

Ac1, Ac3 Nhiệt độ bắt đầu, kết thúc chuyển biến austenit khi nung (trạng

thái không cân bằng), [0C]

Ae1, Ae3 Nhiệt độ bắt đầu, kết thúc chuyển biến austenit ở trạng thái cân

bằng, [0C]

BH Biến cứng nung (Bake ardening) H

Bs, Ms Nhiệt độ bắt đầu chuyển biến bainit, mactenxit,

CP (Thép) có cấu trúc pha phức hợp (Complex hase Steel)P

C0 Hàm lượng cacbon của thép, [% khối lượng]

Cα Hàm lượng cacbon của ferit, [% khối lượng]

Cα b Hàm lượng cacbon của bainit, [% khối lượng]

Cγ Hàm lượng cacbon của austenit [% khối lượng]

CγIA Hàm lượng cacbon của austenit trong vùng tới hạn, [% khối

lượng]

Cγ d Hàm lượng cacbon của austenit dư, [% khối lượng]

cnt Nồng độ nguyên tử hòa tan

DP (Thép) song pha (Dual hase Steel)P

dα Kích thước (cỡ hạt) hạt ferit,[µm]

dα ’ Kích thước (cỡ hạt) hạt mactenxit, [µm]

dγ d Kích thước (cỡ hạt) hạt austenit dư, [µm]

FLC Đường cong biến dạng tới hạn (Forming imit urve)L C

f Tỷ phần thể tích pha hoặc hạt phân tán, [%]

viii

fα , fα b, fγ và fα Tỷ phần thể tích ferit, bainit, austenit và mactenxit, [%]

fα + α b Tỷ phần thể tích ferit + bainit, [%]

fα*b Tỷ phần thể tích cuối cùng của banit, [%]

fγeq Tỷ phần thể tích austenit trong vùng tới hạn ở trạng thái cân

bằng, [%]

fγIA Tỷ phần thể tích austenit khi nung trong vùng tới hạn, [%]

fγd0 Tỷ phần thể tích austenit dư ban đầu (khi chưa biến dạng), [%]

fγ d Tỷ phần thể tích austenit dư còn lại khi chịu một mức độ biến

dạng nhất định, [%]

HSLA (Thép) hợp kim thấp độ bền cao (High Strength ow lloy L A

Steel)

h, k, l Các chỉ số Miller của mặt tinh thể

IF (Thép) không có nguyên tử xen kẽ (Interstitial Free Steel)IF- HS (Thép) không có nguyên tử xen kẽ độ bền cao (Interstitial ree F

High trength Steel)S

Iα, Iγ Cường độ nhiễu xạ của ferit và austenit

MS Thép mactenxit (Martensite Steel)

Ms Nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactenxit, [0C]

Rp Giới hạn chảy đơn hoặc giới hạn chảy quy ước tại mức độ biến

Rm dạng dẻo 0,2% khi thử kéo, [MPa]

TRIP (Thép) dẻo do chuyển biến pha (TRansformation Induced

Plasticity Steel) TWIP (Thép) dẻo do song tinh (TWinning Induced Plasticity Steel)

Tα + γ Nhiệt độ nung trong vùng tới hạn, [0C]

tB Thời gian giữ nhiệt khi nguội đẳng nhiệt trong vùng chuyển

Mức độ biến dạng gây do do chuyển pha mactenxit

εα , εαb , εα’ và εγd Mức độ biến dạng của các pha ferit, bainit, mactenxit và

x

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Quan hệ ớ ạ ề ớ ộ gi i h n b n v i đ giãn dài c a m t s thép k t củ ộ ố ế ấu.[11] 2Hình 1.2 T ổchức thép HSLA và AHSS [9] 5Hình 1.3 Quan hệ độ ề b n kéo và độ giãn dài c a m t s ủ ộ ốthép [21] 7Hình 1.4 Cơ tính của thép TRIP, DP và HSLA có cùng giớ ại h n ch y[11] ả 8Hình 1.5 Lưu trình công nghệ ả s n xuất thép kinh điển và tiên ti n 9ếHình 1.6 Sơ đồ công ngh -ệcơ nhiệt sản xuất thép AHSS.[30] 11Hình 1.7 Hình giả ồ ửn đ x lý nhiệt thép TBF 12Hình 1.8 Một số ản phẩm chế ạo từ thép AHSS[11] 14 s tHình 1.9 Sơ đồ ử x lý cơ tính thép AHSS dùng dập nóng s n phẩm[35] 15ảHình 2.1 Giả ồn đ ngu i đ ng nhi t c a austenit trong thép TBF 17ộ ẳ ệ ủHình 2.2 Mô tả chuy n biến bainit [14] 17ểHình 2.3 Đường cân b ng năng lư ng Tằ ợ 0giữa ferit và austenit [18] 17Hình 2.4 Mô tả cách xác đ nh đ b n và đ bi n dạng củ ậ ểị ộ ề ộ ế a v t th đa pha [32] 21Hình 2.5 So sánh ứng su t vi mô và ng su t tính toán xét và không xét đ n ấ ứ ấ ếđóng góp c a mactenxitủ 21Hình 2.6 Ảnh hưởng c a nguyên t hợủ ố p kim đến gi i h n ch y ferit [23] 22ớ ạ ảHình 2.7 Đóng góp của các cơ chế hóa b n đ n đ b n c a thép 23ề ế ộ ề ủHình 2.8 Ảnh hưởng c a Nb 24ủHình 2.9 Ảnh hưởng c a Ti đ n cơ tính thép TBF 24ủ ếHình 2.10.Lệch dịch chuyển qua biên hạt trong tổ chức ạt nhỏ 25hHình 2.11.Mô tả tích t l ch t i phân giới pha trong thép TBF 26ụ ệ ạHình 2.12.T ổchức bainit trong thép TBF 27Hình 2.13.Quan hệ ứ ng suất-biến dạng ferit và bainit c a các thép TBF [28] 27ủHình 2.14.Năng lượng tự do c a mactenxit và austenite [25] 28ủHình 2.15.Ứng su t c n thi t gây ra chuyấ ầ ế ển biến mactenxit dưới tải cơ học [25] 28Hình 2.16.Mức độbiến dạng của pha nề 29n Hình 2.17.Quan hệ giớ ạ ềi h n b n và đ dài c a m t s thép TBF[40] 30ộ ủ ộ ố

xi

Hình 2.18.Biểu đồ ứ ng suất –biến dạng của thép TBF 0.14C-1.5Mn 1.5S-

i-0.5Cu[27] 30

Hình 2.19.S ựphụ thuộc hàm lượng C nhiệ ột đ và thời gian nguộ ẳi đ ng nhiệt[39] 31

Hình 2.20.Quan hệ ỷ t phần austenit dư với hàm lượng C trong thép TRIPxC-1.2Mn-1.2Si[37] 31

Hình 2.21.Ảnh hư ng C đở ến t ph n austenit dư và cơ tính c a thép C-ỷ ầ ủ 1.2Mn -1.2Si [37] 31

Hình 2.22.Ảnh hư ng Mn đở ế ỷn t ph n austneit dư và cơ tính thép CMnSi[44] 32ầ Hình 2.23.Ảnh hư ng Mn đở ế ỷn t ph n austenit dư và cơ tính thép CMnSi [44] 32ầ Hình 2.24.Quan hệ ỷ t phần austenit dư và cơ tính v i hàm lướ ợng Si và Mn trong thép CMnSi [38] 33

Hình 2.25.Quan hệ giớ ại h n b n về ới hàm lượng C-Mn-Si trong thép TBF [9] 34

Hình 2.26.Quan hệ độ giãn dài tương đ i vố ới hàm lượng C- -Mn Si trong thép TBF[9] 34

Hình 2.27.Quan hệ nhi t đ nung v i t phần austenit dư [42] 35ệ ộ ớ ỷ Hình 2.28.T ổchức thép TBF khi nguộ ếi đ n nhi t đ ệ ộphòng [9] 36

Hình 2.29.Quan hệ ỷ t phần austenit dư với nhiệ ột đ bainit [41] 37

Hình 2.30.Quan hệ ỷ t phần austenit dư với thời gian đẳng nhiệt bainit [43] 37

Hình 3.1 Sơ đồ chế ạ t o thép TRIP 39

Hình 3.2 T ổchức tế vi mẫu sau đúc 40

Hình 3.3 Quan hệ ỷ t lệ pha v i nhi t đ ớ ệ ộnung 41

Hình 3.4 Biể ồu đ đo giãn n nhi t thép nghiên cứu 41ở ệ Hình 3.5 Quan hệ ữ gi a nhi t đ ệ ộ Ms, Bs và hàm lư ng C, Mn, Si c a austenit ợ ủ phụ thuộc nhiệ ột đ trong vùng tới hạn tính toán theo Jmatpro 42

Hình 3.6 Công nghệ ử x lý nhi t thép TBF 44ệ Hình 3.7 Mô tả cách xác đ nh tỷ ầị ph n pha bằng ImageJ 46

Hình 4.1 Rạn nứt trên mẫu cán nguội 85% 48

Hình 4.2 T ổchức tế vi sau cán nguội và được nung ở các nhiệ ột đ khác nhau 48 Hình 4.1 T ổ chức tế vi các mẫu thép cán nguội với các mứ ộc đ biến dạng khác nhau được nung 900ở 0C, giữ nhi t 15 phút ệ ; giữ nhiệt ở 420oC trong 01 phút làm nguội trong nước 49

xii

Hình 4.1 T ổchức tế vi các mẫu thép cán nguội với các mứ ộc đ biến dạng khác nhau được nung 900ở 0C, giữ nhi t 15 phút ; giữ nhiệ ệ ởt 420oC trong 02 phút làm nguội trong nước 50Hình 4.2 T ổ chức tế vi các mẫu thép cán nguội với các mứ ộc đ biến dạng khác nhau được nung 900ở 0C, giữ nhi t 15 phút ; giữ nhiệt ở 420ệ oC trong 10 phút làm nguội trong nước 51Hình 4.3 T ổchức tế vi các mẫu thép cán nguội với mứ ộc đ biến dạng 80% được nung 900ở 0C, giữ nhi t 15 phút và làm nguộệ i trong nước và giữ nhi t ở 420ệ oC trong 1 phút 52Hình 4.4 Phân tích tỷ ầ ph n pha 52Hình 4.5 Phân tích Xray mẫu biến dạng 80% trước khi xử lý nhi t 53ệHình 4.6 Phân tích Xray mẫu biến dạng 80% sau xử lý nhi t 54ệHình 4.7 Phân tích ảnh SEM của hợp kim nghiên cứu trước và sau 54khi xử lý cơ nhi t 54ệHình 4.8 Biể ồu đ nhi u x X-ray m u thép trư c và sau khi kéo 56ễ ạ ẫ ớHình 4.9 Mối liên hệ (sự ả nh hưởng) ủa thời gian giữ nhiệ ế c t đ n giới hạn bề 57n

xiii

DANH MỤC B Ả NG

Một số thép dùng trong ô tô [11] 8Thành phần hóa họ ủc c a m t vài nguyên li u dùng luyện thép 10ộ ệBảng 2.1 Ảnh hưởng c a t ph n pha thép TBF lên cơ tính 29ủ ỷ ầBảng 3.1 Thành phần hóa họ ắ ốc s t x p Cao B ng dùng luyằ ện thép nghiên cứu 39Bảng 3.2 Kiểm tra thành ph n, t ch c phôi đúc 40ầ ổ ứBảng 3.3 Thành phần hóa học thép sau n u và tinh luy n 40ấ ệBảng 3.4 Các nhiệ ộ ớt đ t i hạn của thép nghiên cứu 41Bảng 3.5 Giá trị cR ủa ferit và austenit sử ụ d ng bứ ạ -K c x Cu α [30] 47Bảng 4.1 So sánh các đ c trưng tặ ổ chức thép TBF nghiên c u v i tổ ứứ ớ ch c điển hình của thép TBF 53Bảng 4.2 So sánh cơ tính thép TBF nghiên cứu v i m t s thép 55ớ ộ ốBảng 4.3 Quan hệ ớ ạ ề ớ ờ gi i h n b n v i th i gian giữ nhi t bainit trong thép TBF 56ệBảng 4.4 Phân tích kết qu c ng 57ả độ ứ

Cuối thế ỷ k 20, ngành thép thế giới đã có nhiều cu c cách mộ ạng công nghệ: công nghệ hoàn nguyên trực tiếp quặng sắt cho sản phẩm là s t (gang) ắhoàn nguyên trực tiếp, trong đó có sắt xốp, có hàm lượng C và tạp chất P, S thấp, được dùng thay gang và sắt phế để luyện các mác thép chất lượng cao; công nghệluyện thép lò điện và tinh luyện thứ ấ c p khử sâu t p chất, nh t là các khí; côngạ ấnghệ đúc liên t c thay thụ ế đúc gù và đúc cán liên tục thay th cán thô; công nghế ệ

cơ-nhiệt tạo các hiệu ứng tổ chứ ặc biệt có lợc đ i cho thu c tính cơ họộ c Nh ng ờ ứ

dụng các thành tựu khoa học công nghệ ớ m i, thép độ bền cao tiên tiến (thép AHSS) đã ra đời như thép song pha (thép DP), thép dẻo do chuy n bi n pha (thép ể ếTRIP), thép đượ ửc x lý nhiệt theo kiểu TBF (thép TBF)…

2 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu: nghiên cứ đặu c đi m quá trình chuy n bi n pha c a ể ể ế ủthép ở giai đoạn sau đúc; sau xử lý cơ nhiệt Từ đó xác định mối quan hệ giữa thành phần pha đ n cơ tính cế ủa hợp kim nghiên cứu

Đố i tư ng nghiên c u ợ ứ : là thép Mn thấp được h p kim hóa thêm Al và Si ợsau đó được th c hiự ện xử lý cơ nhi t ệ

3 Phương pháp nghiên cứu:

S dử ụng phương pháp phân tích lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

Nội dung các phần:

- Mở đầu.

- Chương 1: Tổng quan

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết về tổ chức và cơ tính của thép CMnSi

- Chương 3: Phương pháp thực nghiệm

- Chương 4: Kết quả và bàn luận

- Kết luận.

2

CHƯƠNG 1 T Ổ NG QUAN 1.1 Giới thi ệ u mộ ố ạ t s lo i thép đ c trưng ặ

Thép HSLA

Thép HSLA thuộc nhóm thép hợp kim kết cấu có hàm lượng C thấp, các nguyên tố ợ h p kim là Mn, Si, Cr, Ni, Cu … và có thể thêm nguyên tố vi lư ng ợnhư Ti, Nb, V …, tổng hàm lượng nguyên t h p kim nh hơn 5% Thép đư c ố ợ ỏ ợcung cấp ở ạ tr ng thái cán nóng, tổ chức là ferit + peclit và được hóa bề ằng n bcông nghệ nung tôi trên nhiệt độ Ac3 và ram, tổ chức là mactenxit ram Do có thành phần hợp kim thấp nên cơ tính tổng hợp của thép t t hơn thép cacbon ố

Trong nhóm thép HSLA có phân nhóm thép CMnSi, được sản xuất dưới

dạng tấm, thanh U V và dùng rộng rãi làm kết cấu thép, khung vỏ ô tô, vỏ tàu -I- .Thép có giớ ạ ề ừi h n b n t 450 700 MPa, đ giãn dài tương đ i t ộ ố ừ10 27% Do yêu cầu phát triển cần có thép bền, dẻo hơn và cùng với ứng dụng các thành tựu công nghệ ố ế ỷ cu i th k 20, th gi i đã cho ra đ i nhóm thép AHSS ế ớ ờ

đến dùng công ngh cơ-nhi t đ c bi t t o t ch c đa pha, các pha có t ph n th ệ ệ ặ ệ ạ ổ ứ ỷ ầ ểtích (sau đây gọi tắt là tỷ ầ ph n) nhất định và độ ạ h t nhỏ như: thép song pha - thép

DP (có 2 pha ferit và mactenxit); thép dẻo do chuyển biến pha thép TRIP (có 3 - pha ferit, bainit, austenit dư); thép cấu trúc pha ph c hợp - thép CP (có các pha ứferit, peclit, bainit, mactenxit, austenit dư); thép mactenxit - thép MS (chủ ế y u là

3

mactenxit), … Nhờ công ngh m i nên tăng đư c đ b n và đ d o, giớ ạn bền ệ ớ ợ ộ ề ộ ẻ i h

của thép đ n 1200 MPa (riêng thép MS đế ến 2000 MPa), mà vẫn có được độ ẻ d o

tốt, đ giãn dài tương đốộ i từ 40% ình 1.1) 5- (H

Hiện nay, thép AHSS đã phát tri n để ến thế ệ h (3 Hình 1.1) Hướng phát triển chung của thép AHSS là tìm ra và sử ụ d ng các hiệu ứng tổ ức đặc biệt để ch

đồng th i nâng cao c b n và đ d o: ờ ả độ ề ộ ẻ

- Thép AHSS thế ệ 1 [ ] Nhóm này d h 29 ựa trên hiệu ứng tổ chức đa pha với nền ferit và các pha rắn phân tán bainit, mactenxit và/hoặc austenit dư, gồm các thép DP, TRIP, CP, MS Thép TRIP có thêm hiệu ứng chuyển pha austenit

dư thành mactenxit khi biến dạng dẻo Nhóm này có độ ề b n và tính bi n dạế ng t o ạhình tốt hơn thép HSLA, giá thành sản xuất thấp Thép DP được nghiên cứ ừu tnhững năm 1970, thép TRIP kho ng năm 1990ả , một số mác thép đã được đưa vào sản xuấ ầt đ u tiên tại các nước phát triển như M , Đỹ ức, Nh t Bậ ản và đư c ợ

ứng d ng m nh m trong công nghi p sụ ạ ẽ ệ ản xuất ô tô t sau năm 2000 ừ

- Thép AHSS thế ệ 2 [10], [ ] Nhóm này d h 29 ựa trên hiệu ứng biến dạng dẻo gây ra song tinh (hiệu ứng TWIP) và hiệ ứu ng TRIP, thép có t ch c n n là ổ ứ ềaustenit Chúng được phát triển trên cơ sở thép mangan cao với hàm lượng Mn khoảng 17 30%, cùng mộ~ t vài nguyên t khác như Si, Al, Cr Nhóm này có đ ố ộ

bền cao trên 900 MPa, đ giãn dài tương đố ếộ i đ n 60% Chúng được nghiên cứu

t ừ sau năm 2000, nhưng bị ạ h n chế phát triển do đ t đắ ỏvà công nghệ phức tạp

- Thép AHSS thế h ệ 3 [29] Nhóm này được phát triển từ nhóm thép AHSS thế ệ h 1 theo hướng t o tạ ổ ch c hạt siêu nhỏ ịứ m n, cấ ộp đ nanomet đ khai ểthác tối đa ti m năng thuộề c tính b n, d o nh hiệu ứng hóa bền bằng tổ ứề ẻ ờ ch c hạt siêu nhỏ, chuyể ổn đ i cơ chế ế bi n dạng trong hạt sang cơ chế biế ạn d ng bằng trượt biên hạt và chu i các hỗ ạt Nhóm này có cơ tính tổng hợp n m trung gian giằ ữa AHSS thế ệ h 1 và AHSS thế ệ h 2 Thép đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển

Thép TRIP

Thép TRIP là m t phân nhóm thép AHSS thộ ế ệ h 1, thép t ch c đa pha, có ổ ứ

pha austenit dư chiếm tỷ ệ ừ 20%, ở ạ l t 5- d ng các đảo nhỏ, cô lập, nằm phân tán trong tổ chứ ềc n n ferit/bainit, các pha có tỷ ph n nhấ ịầ t đ nh và độ ạ h t nh ; pha ỏaustenit dư có thể chuy n bi n thành mactenxit khi biếể ế n d ng d o (hi u ng ạ ẻ ệ ứTRIP) để hóa b n, tăng tính ch ng biến dạng dẻo cục bộề ố và c i thiệ ộ ẻả n đ d o Thép có thành phần C từ -0,1 0,4%, đư c hợợ p kim hóa bằng Mn, Si và có thể thêm nguyên tố khác [29] Thép có đ b n cao và khộ ề ả năng biến dạng tạo hình

tốt, dải giới hạn bền từ 600 1050 MPa, độ giãn dài tương đối từ 15 40%.-

Theo từ ể đi n vật lý của Giáo sư Charles-Poole xuất bả ởi Elsevier [24], n b

“Transformation Induced Plasticity” là một trường h p cợ ủa “Transformation Plasticity” “Transformation Plasticity” (tạm dịch là “dẻo chuyển biến”) được

hiểu là “sự xuất hiện biến dạng cơ họ c phi đàn h i đư c gây ra b i chuy n biến ồ ợ ở ể

pha”

Khi “Transformation Plasticity” xuất hiện trong quá trình biế ạn d ng c a ủkim loại, chuyển biến pha được gây ra bởi ứng suất cơ học, khi đó, chuyển biến pha sẽ ạ t o ra biến dạng bổ xung (additional strain) theo phương l c tác dụng, ựđược quy cho là “Transformation Induced Plasticity” hay d o do chuyểẻ n bi n ếpha

Trường h p khác của “Transformation Plasticity” xuấ ệợ t hi n khi nung ho c ặlàm nguội qua vùng nhiệ ột đ chuy n biến pha, tể ức là động l c xuự ất hiện

“Transformation Plasticity” là do nhiệt Trong khi đó, động lực xu t hiấ ện

“Transformation Induced Plasticity” là do lực cơ học (l c ngoài).ự

Khái niệm “dẻo do chuy n biể ến pha” của Giáo sư Charles-Poole [24] phù

hợp với khái niệm về thuật ngữ này trong nhiều t p san khoa hậ ọc khác

Trong thép, hiệu ứng dẻo do chuy n bi n pha hay hiể ế ệu ứng TRIP phổ ếbi n xuấ ệt hi n kèm theo chuy n bi n cể ế ủa austenit thành mactenxit khi ch ảịu t i cơ học

Lưu ý, thép TRIP luôn tiề ẩm n hiệu ứng TRIP khi chịu tác dụng của ngo i ạlực hoặc gia công tạo hình, nhưng hiệu ứng TRIP có thể ấ xu t hiện ho c không, ặtùy thuộc vào điều kiện nhiệt độ và tốc độ ế bi n d ng, trạng thái ứng suất và biến ạ

dạng

1.2 Thành phầ ổ n-t ức-cơ tính của thép AHSS và TBF ch

Th giế ới đã và đang nghiên cứu, phát tri n các nhóm thép AHSS, trong ể

đó, nhóm thép AHSS thế ệ h 1 đã được đưa vào sản xu t và ng dụng Theo mục ấ ứđích nghiên cứu, Lu n văn chỉ ậậ t p trung phân tích các đ c điặ ểm c a nhóm thép ủAHSS thế ệ h 3 (sau đây g i tắọ t là thép AHSS) và phân nhóm thép TBF. Thép TBF (TRIP assisted baintic ferritic – thép được x ử lý cơ nhi ệ t theo ki ể u TBF)

5

Thành phần và tổ chức tế vi thép AHSS và TBF

Thép AHSS lấy đặc trưng tổ ứ ch c pha làm tiêu chí phân loại, không phân theo thành phần hay công dụng như các thép HSLA truyền th ng ố

Qua tìm hiểu về các đ c đi m thành ph n và tặ ể ầ ổ chức t vi cế ủa thép AHSS

và thép HSLA nhóm CMnSi cho thấy

- Thép AHSS thu c nhóm thép hộ ợp kim th p h CMnSi, có hàm lư ng C ấ ọ ợ

đến 0,4%, hàm lượng Mn t 1-2,5%, Si đ n 2,2% và có th thêm nguyên tố khác ừ ế ể

Cr, Al, Ti, Nb, V tùy theo từng phân nhóm thép và công d ng Thép ụ có độ ạ s ch

tạp chất cao, hàm lượng P, S yêu cầu thấp hơn nhiều so với thép HSLA, cụ thể, P

< 0,025%, S < 0,015% P và S là hai nguyên tố ấ r t có hại cho thép, gây lên hiện

tượng n t vỡứ khi gia công áp l c và làm giảự m cơ tính tổng h p c a thép nên cần ợ ủthiết phải được gi m sâu Trong luyả ện kim truyền thống từ gang và sắt phế ể ạ, đ h

P, S xuống dưới 0,025% là m thách thột ức không nhỏ Bên cạnh đó, để có tính năng ưu việt, lượng tạp ch t phi kim và khí ([O], [H], [N]) trong thép AHSS yêu ấcầu phải thấp Như vậy, muố ản đ m bảo chất lượng thành phần hóa học của thép AHSS, cần phả ửi s dụng công nghệ luyện thép đặc biệt

Hình 1.2. Tổ chức thép HSLA và AHSS [9]

- Khác với thép HSLA, thép AHSS được hóa bền bằng hiệu ứng tổ chức

đa pha, kế ợt h p s d ng các nguyên lý hóa bử ụ ền truy n thốề ng là hóa bền dung dịch

rắn, tiết pha phân tán và làm nhỏ ạ Với việc hợp kim hóa các nguyên tố C, h t

Mn, Si thích hợp, bằng công nghệ tác đ ng làm thay đ ổ chứ ạộ ổi t c, t o các pha rắn,

độ ề b n cao bainit, mactenxit, austenit dư n m phân tán trong n n ferit d o, đư c ằ ề ẻ ợphối hợp theo tỷ ệ ấ ị l nh t đ nh và độ ớ l n hạt nhỏ, trong đó, cỡ ạ h t ferit ≤ 20 µm, các pha dạng đảo cô lập (mactenxit, austenit dư) ≤ 5 µm Pha ferit đóng vai trò liên kết, quyế ịt đ nh đến tính dẻo của thép; các pha rắn đóng vai trò là phân tử gia

cường, quyết định đ n đế ộ ề b n, có tác dụng điều tiế ộ ềt đ b n và đ d o c a thép ộ ẻ ủ

Do đặc điểm này, nên các thép AHSS mang tên đ c thù t ch c c a t ng nhóm ặ ổ ứ ủ ừthép

6

- Thép DP có tổ chức hai pha gồm ferit và mactenxit, pha mactenxit ở

dạng đảo cô lập, chiếm tỷ ệ khoảng 10 40%, phân bố đề l - u trên nền ferit Các nguyên tố ợ h p kim chính s dử ụng trong thép DP là C, Mn, Si, Cr

- Thép CP có tổ chức ít nhất bốn pha gồm tỷ ệ nhỏ các pha rắn mactenxit, l austenit dư và peclit nằm trong nền ferit/bainit Austenit dư trong thép CP chiếm

t l ỷ ệnhỏ và không yêu c u có mầ ặt trong tổ chức Thép sử ụ d ng thành phần tương

t ựthép DP và TRIP, nhưng luôn được thêm các nguyên tố vi lượng Nb, Ti, V để

tạo tổ chức hạt nhỏ và tiết pha phân tán

-Thép MS có tổ chức chủ ếu là mactenxit và mộ ợ y t lư ng nhỏ ferit và/hoặc bainit Đến nay, thép MS còn mở ộng với tỷ ệ r l ferit đến 30% nhờ ề đi u khi n cể h ế

độ làm ngu i, đư c g i là nhóm thép PM ộ ợ ọ

- Thép TRIP có tổ ứ ch c ba pha g m ferit, bainit và austenit dư, trong đó, ồaustenit dư tối thiểu trên 5%, là pha giàu cacbon (~1%C), phân bố đề u trong nền ferit/bainit, ngoài ra, có th có mể ột lượng nhỏ mactenxit (≤ 5%) phụ thuộc vào quá trình công nghệ [29] Kiểu tổ chức điển hình là ferit chiếm kho ng 50ả -60%, bainit từ -25 40% và kho ng 5-20% austenit dư ả

- Thép TBF có tổ chức đa pha tùy thuộc vào nhiệ ột đ nung Nếu nung trên nhiệ ột đ Ms thì ta s thu được các pha làẽ pro-eutectoid ferrit, bainit ferrit và -austenite dư Nếu nung dư i nhiở ớ ệt độ Ms, thì ta s thu đư c các pha là pro-ẽ ợeutectoid ferrit, bainit-ferrit, austenite dư, mactensit và bainit-ferrit* Các đặc trưng cơ tính nổi trội của thép TBF có được nhờ ề đi u chỉnh thành phần nguyên tố

hợp kim và tổ chức thép thông qua điều chỉnh công nghệ Theo nguyên lý chung, tăng hàm lư ng C, Mn thì đợ ộ ề b n thép TBF tăng lên, nhưng đ giãn dài gi m; ộ ảcòn Si, trong giớ ại h n của thép TBF, tăng hàm lượng Si, có tác d ng là tăng c ụ ả độ

bền và độgiãn dài, hệ ố hóa bề s n cũng tăng Tác dụng này của Si là do tác dụng gián tiếp đến tổ chức, mà chủ ế y u là tác dụng làm dư austenit để tăng b n và tăng ề

dẻo Đ c điặ ểm tác dụng của Si trong thép TBF khác h n vẳ ới thép HSLA Đối với thép HSLA, tăng hàm lượng Si, độ ề b n thép tăng, nhưng đ d o và độộ ẻ dai gi m ảmạnh Các nguyên tố C, Mn, Si không chỉ giữ vai trò riêng, mà còn tác đ ng ộtương hộ ẫ l n nhau đến tổ ứ ch c và cơ tính thép TBF Vai trò c a các nguyên tố C, ủ

Mn, Si đối với tổ ứ ch c và cơ tính thépTBF sẽ được khái quát và trình bày cụ ể th trong Chương 2

Cơ tính thép AHSS và TBF

T ừ Hình 1.1 cho thấy, nhóm thép IF, Mild, BH có độ dẻo cao nhất, độgiãn dài khoảng 30-60%, nhưng độ ề b n rấ ấp, giớ ạ ềt th i h n b n nh hơn 450 MPa ỏThép CMn có độ ẻ d o tố ột, đ giãn dài t 20-40%, nhưng độ ềừ b n cũng thấp, gi i ớ

7

hạn bền không quá 600 MPa Thép HSLA có độ bền khá, giới hạn bền từ 450

-900 MPa, độ ẻ d o giảm cùng vớ ựi s tăng lên v b n, giớ ạề độ ề ở i h n bền khoảng

450 MPa, đ giãn dài độ ến 27%, còn khi giớ ại h n bề ến đ n 900 MPa, độ giãn dài khoảng 10% Thép AHSS có độ ề b n cao và đ d o tốt, thép có thểộ ẻ có đ dộ ẻo tương đương thép CMn, mà v n có đưẫ ợc độ ề b n cao hơnthép HSLA

Các thép DP, TRIP, CP có d i gi i hả ớ ạn b n tề ừ450 1200 MPa, đ - ộgiãn dài

t -ừ 10 40%, thép MS có giới hạn bề ừn t 900 2000 MPa, đ giãn dài t 5-15% - ộ ừTheo quy luật chung, tăng độ ề b n, đ dộ ẻo của thép AHSS cũng gi m, nhưng cùng ảgiá trị độ ề b n, thép AHSS có độ ẻ d o cao hơn hẳn so với thép HSLA và ngược lại

Các đ c điặ ểm v ềcơ tính thép AHSS và TBF có thể tóm tắt như sau:

1 Thép AHSS có độ ề b n và độ ẻ d o kế ợt h p hài hòa Ch tiêu k t h p hài ỉ ế ợhòa độ ề b n và đ dộ ẻo thư ng đư c đánh giá qua tích sờ ợ ố giớ ại h n bền (Rm) nhân

độ giãn dài tương đ i (A), Rố mxA Từ Hình 1.2 cho th y, tích sốấ RmxA c a các ủthép theo thứ ự t tăng d n từầ thép HSLA kho ng 120ả 00 MPa%, tiếp đến là thép IF-HS (thép IF độ ề b n cao) khoảng 15000 MPa%, tiếp sau là thép DP và thép PM (một phát triển của thép MS) khoảng 16000 MPa% và cao nhất là nhóm thép TRIP khoảng 24000 MPa% Tích số RmxA đánh giá năng lượng c n thiế ểầ t đ phá

hủy mẫ khi biến dạng kéo Tích sốu RmxA lớn có nghĩa là để phá h y vật liệu cần ủtiêu hao năng lượng lớn Điều này rất có ích khi dùng làm các k t c u ch u tải va ế ấ ịchạm, như khung sườn của xe ô tô Do năng lượng biế ạng lớn d n nên hấp thụ (tiêu hao) lượng l n năng l ng va chớ ượ ạm, tăng độ an toàn cho khoang hành khách của xe ô tô

Hình 1.3. Quan hệ độ bền kéo và độ giãn dài của một số thép [2 ].1

2 Thép AHSS có độ ề b n cao và h s hóa b n lớệ ố ề n Hình 1.3 cho th y, các ấthép AHSS có giới hạ ền b n cao hơn hẳn thép HSLA với cùng độ giãn dài Đ ộ

bền cao hơn, tức là khả năng chịu tải lớn hơn, độ bền riêng cao hơn, tức là có thểgiảm nhẹ ợ đư c trọng lượng kết cấu để cùng ch u tải, gi m giá thành sị ả ản phẩm

8

Thép AHSS cũng có hệ ố s hóa b n (t s giớ ạề ỷ ố i h n bền trên gi i h n ch y, Rớ ạ ả m/Rp)

lớn Như Hình 1.4 cho thấy, thép HSLA, DP và TRIP có cùng giới hạn ch y là ả

350 MPa, nhưng thép DP, TRIP có giớ ại h n bền hơn hẳn thép HSLA, tỷ ố s Rm/Rp

của thép HSLA là 1,29, còn đối với thép DP và TRIP là 1,71 Tỷ ố Rs m/Rp lớn,

tức là ứng suất chả ộy đ ng của vật liệu có thể biến thiên trong một dải rộng trước khi đ t đạ ến ngưỡng gi i h n b n Đ bớ ạ ề ộ ền tăng mạnh theo mức độ ế bi n dạng, cũng

có nghĩa là khả năng chịu đượ ự ớc l c l n để biến dạng d o mà không phá h y, t c ẻ ủ ứ

là tính dẻo tăng lên Nhờ hcó sốệ hóa b n l n nên chống lạề ớ i được biến dạng dẻo cục bộ, giảm nguy cơ mấ ổ ịt n đ nh d o gây ra do t p trung ng su t và phân bẻ ậ ứ ấ ố

ứng su t không đ u khi k t c u ch u l c quá t i ấ ề ế ấ ị ự ả

a- quan hệ ứng suất biến dạng- b- quan hệ hệ số biến cứng biến dạng

-Hình 1.4 Cơ tính của thép TRIP, DP và HSLA có cùng giới hạn

9

bền thấp hơn thép DP và TRIP, chúng chủ yếu dùng làm các kết cấu chịu lực lớn như vỏ khoang hành khách của xe ô tô Do đặc điểm hóa b n bi n c ng m nh, ề ế ứ ạnên hệ ố s hóa b n Rề m/Rp được coi là chỉ tiêu quy ướ ặc đ c trưng cho cơ tính của thép AHSS

1.3 Công nghệ ả s n xuất và ứng d ng c ụ ủ a thép AHSS và TRIP

Công nghệ sản xuất thép AHSS

Hình 1.5. Lưu trình công nghệ sản xuất thép kinh điển và tiên tiến

(nguồn www.steel-technology.com) Thép AHSS ra đời là h qu ng d ng các thành t u công nghệệ ả ứ ụ ự tiên ti n: ếHình 1.5 cho thấy, thế giới đang tiến hành cuộ ạc đ i cách mạng về công nghệ luy n kim, sử ụệ d ng công nghệ hoàn nguyên trực tiếp (công nghệ tiên tiến) thay cho công nghệ luyện lò cao (công nghệ kinh đi n) Công nghệ hoàn nguyên ểtrực tiếp có r t nhiấ ều ưu điểm, không dùng than cốc, nghĩa là gi m đi các giai ảđoạn công ngh - c c hóa và thiêu kệ ố ết quặng, rất tốn kém và ô nhiễm Nhưng quan trọng hơn là tạo ra m t nguyên liệu mớộ i – s t hoàn nguyên trực ti p (sắ ế ắt

xốp), có rất nhiề ặu đ c tính ưu việt khi luyện thép, nhờ đó, chất lư ng và năng ợxuất thép được nâng lên

Ưu việ ủ ắ ốt c a s t x p:

Hàm lượng C, tạp ch t P, S th p Bấ ấ ảng 1.2 cho thấy, sắt xốp có thành phần

cơ bản là s t kim loại, cùng các hợắ p ch t dạng ôxít (CaO, MgO, SiOấ 2, FeO/Fe3O4) và các nguyên tố C, P, S So v ới gang lò cao, chúng có hàm lượng

sắt kim loại thấp hơn khoảng 6 8%, nhưng hàm lượng sắt tổng tương đương, hàm

kiện thúc đẩy nhanh phả ứng t o xn ạ ỉ ử kh P, S.

- T tự ạo xỉ che phủ, hạn chế thâm nhập khí và mất nhiệt của lò do các hợp

chất d ng ôxít trong s t xạ ắ ốp đư c đẩợ y lên trên bề ặ m t kim ại lỏng tạo thành lớp lo

x ỉche phủ (tự có), trong khi, luyện thép gang và s ắt phế ầ c n phải đưa các chất trợ dung vào để ạ t o x ph ỉ ủ

- Chứa ít các nguyên tố ẫn Các nguyên t khó lo l ố ại bỏ như Cu, Cr, Ni,

Mo, W, As, Sn, Sb … luôn có mặt trong s t phắ ế ớ v i lư ng nhợ ấ ịt đ nh Do vậy, khi dùng s t phắ ế luy n thép, sẽ ấệ r t khó khống chế thành phần các nguyên t này, làm ốgiảm tính ổn định thành ph n cầ ủa thép, do đó, giảm tính ổn định v cơ tính S t ề ắxốp chứa rất ít chúng do hoàn nguyên trực tiếp ở ạ tr ng thái rắn, nên rất hiệu quảkhi dùng kế ợt h p vớ ắi s t ph ế đểpha loãng, giảm hàm lượng các nguyên t l n ố ẫ

Thành phần hóa học của một vài nguyên liệu dùng luyện thép

11

Công nghệ cơ -nhiệt sản xuất thép AHSS

1.3.2.1 Công nghệ biến dạng (yếu tố cơ) trong sản xuất thép TRIP

Thép AHSS đượ ả c s n xu t b ng công ngh cơ-nhiệ ấ ằ ệ t chuyên bi t ệ

Vấn đề cốt lõi trong công nghệ ả s n xuất thép AHSS là sau khi luyện thành thép đúng yêu cầu và gia công biến dạng thô phôi ban đầu, phôi thép phải được

x ử lý cơ-nhiệ ểt đ ạ t o tổ chức đa pha đặc biệt của thép Hình 1.6 chỉ ra các dạng công nghệ biế ạng và x lý nhin d ử ệt để ạ t o ra các tổ chức khác nhau của thép AHSS Phôi thép đúc được gia công nóng trên nhiệ ột đ Ac3, khống chế ch ế độ

biến dạng để ạ t o tổ ch c hạt nhỏ ềứ , đ u Tiếp sau, gia công cơ ệ ớnhi t v i công ngh ệbiến d ng (nóng hoạ ặc nguội) và xử lý nhiệt bằng nung ở nhiệ ột đ ữgi a Ac1÷Ac3 (còn g i là vùng hai pha hoọ ặc vùng tớ ại h n) để có tổ chức hai pha ferit và austenit, sau đó, nguội nhanh t i nhiớ ệt độ phòng ho c nguặ ội đẳng nhi t đ ệ ểaustenit chuyển biến thành mactenxit hoặc bainit và austenit dư , còn ferit hầu như gi nguyên đữ ể ạ ổ t o t ch c đa pha khác nhau theo t ng nhóm thép ứ ừ

Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ cơ nhiệt sản xuất thép AHSS- [30]

- Thép DP, sau khi nung ở nhi t đ giữa Ac1 và Ac3, phôi thép được làm ệ ộnguội nhanh t i nhiớ ệ ột đ phòng đ austenit chuy n biến thành mactenxit, tổ ch c ể ể ứ

cuối cùng gồm hai pha ferit và mactenxit

- Thép TRIP cần sử ụng tôi đẳ d ng nhi t sau khi nung nhi t đ giữa Ac1 ệ ở ệ ộ

và Ac3 để austenit chuy n biến mộể t ph n thành bainit và còn giữ ạầ l i một lượng nhấ ịt đ nh austenit dư để có t ch c ba pha ferit, bainit và austenit dư Các thành ổ ứphần C, Mn, Si phải khống chế đả m bả ạo ra tỷ ệo t l đáng k austenit dư giàu C ể

và ổn định tại nhiệt độ phòng

12

- Thép CP sử ụng quá trình tương t như thép TRIP, nhưng thành ph d ự ần

hợp kim đư c điợ ều chỉnh ngay từ khâu luyện (thấp Si) đểkhi chuyển biến bainit, lượng austenit chưa chuyển biến ổn định kém, sẽ hình thành mactenxit khi ngu i ộ

đến nhi t đ phòng và có thểệ ộ còn lư ng nhỏợ austenit dư (th p hơn thép TRIP) ấ

- Thép MS khác các thép AHSS còn l i, sau khi nung trên nhiạ ệ ột đ Ac3 chúng được làm ngu i nhanh xuốộ ng nhi t đ phòệ ộ ng đ thu đưể ợ ổc t ch c ch y u ứ ủ ế

là mactenxit Các pha khác như bainit, ferit có thể xu t hiệấ n trong thép MS nh ờđiều ch nh tố ộỉ c đ ngu i ộ

- Thép TBF: Đầu tiên ta sẽ nâng nhiệ ột đ lên trên nhiệ ột đ A3 và giữ 1 thời gian để thu được Austenit Sau đó sẽ ạ h nhiệt độ nhanh xu ng đ n xung ố ếquanh nhiệt độ ắ ầ b t đ u mactensit Nung và gi 1 th i gian đ thu đư c n n bainit ữ ờ ể ợ ề

và austenite dư Sau đó làm nguội trong không khí Sau khi x lí nhi t xong thì ử ệthép sẽ có đ giãn dài cao đ phù h p vớ ệ ạo hình sản phẩm ộ ể ợ i vi c t

Hình 1.7. Hình giản đồ xử lý nhiệt thép TBF

Như v y, điậ ểm đặc thù trong công nghệ ả s n xuất thép AHSS (DP, TRIP, CP) khác thép HSLA là chúng phải nung ở nhi t đ giệ ộ ữa Ac1 và Ac3, trong khi, thép HSLA nung trên nhiệ ột đ Ac3, sau đó, ngu i theo các chế độộ khác nhau tùy theo yêu cầu tính năng sản phẩm Các công nghệ ử x lý nhiệt thép HSLA đã trởthành kinh điển, h u như đã có nghiên c u cơ b n và hoàn chỉnh ầ ứ ả

Công nghệ ả s n xu t thép AHSS là công nghấ ệ ớ m i và khó, do không chỉyêu cầu độ chính xác và ch t lưấ ợng thành phần hóa học, mà còn ph i khả ống chế hàng lo t các thông sạ ố cơ-nhi t (chệ ế độ bi n dạng, nhiệ ộế t đ -thời gian nung, tốc

độ ngu i và/ho c nhi t đ -th i gian tôi đ ng nhi t) Chính vì v y, m t trong các ộ ặ ệ ộ ờ ẳ ệ ậ ộhướng nghiên c u quan trọứ ng v thép AHSS là xác l p các gi i pháp công nghệ ề ậ ả

13

và tìm ra các bộ TSCN cơ-nhi t đ t o đưệ ể ạ ợc tổ chứ ạc h t nhỏ ị m n, tối ưu tỷ ầ ph n pha, sự phân b ốcác pha nhằm tối ưu thu c tính cơ hộ ọc theo yêu cầu sử ụ d ng

Công nghệ cơ-nhiệt sả n xu t thép TBF ấ

1.3.3.2 Công nghệ ế bi n d ng (y u t cơ) trong s n xu t thép TBF ạ ế ố ả ấ

Giống với sơ đồ quy trình đã nêu trên, công ngh bi n d ng c a thép ở ệ ế ạ ủTBF là cán ho c rèn tặ ừ phôi thép mua về để thu đư c các t m thép vợ ấ ới kích thước mong muốn trư c khi đưa đi xớ ử lí nhi t ệ

Công nghệ biến dạng gồm 2 kiểu là:

+ Biến dạng nóng

+ Biến dạng nguội

1.3.3.3 Công nghệ ử x lý nhi t thép TBF ệ

Quá trình xử lý nhi t thép TBF gồệ m hai giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Nung trong vùng tới h n, trên nhiạ ệ ột đ Ac3 Ở vùng nhiệt

độ nung này, thép chắc chắn có tổ chức austenit

- Giai đoạn 2: Làm nguội tới vùng chuyển biến bainit Tố ộc đ ngu i đư c ộ ợkhống chế đủ nhanh đ tránh hình thành ferit m i và peclit, nhưng vể ớ ẫn có thể ẽ s xuấ ệt hi n pha pro-eutotic ferrit Ở vùng nhiệ ột đ bainit, ta có 2 kiể ểu đ nung:

+ Nung trên nhiệt độ ắ b t đ u mactensit: austenit sẽầ chuyển biến thành bainit Nhưng do trong thép TRIP có hàm lượng đáng kể các nguyên t Si ho c ố ặ

Al, chúng hầu như không hòa tan trong xementit, nên hình thành xementit bị ả c n trở, C sẽ khuếch tán t ferit trong bainit từ ới austenit để tiếp tục làm giàu cacbon Sau cùng, làm nguội nhanh đến nhiệ ột đ phòng đ thu đưể ợc tổ chức g m bainit ồ

và austenit dư

+ Nung dưới nhi t đ Ms: austenit s chuyểệ ộ ẽ n biến thành bainit, nhưng do nung dưới nhi t đ Ms nên s tệ ộ ẽ ạo ra cả mactensit Sau khi giữ nhiệt trong giai đoạn này, C trong mactensit s khuếẽ ch tán ra t o thành austennit Trong khi quá ạtrình làm giàu austenite được tiến hành, nhiệt độ ắ b t đầu mactensit sẽ ạ h thấp xuống dưới nhiệ ột đ nung Do đó Austenit l i chuyển biến thành ferrit-bainit*, ạferrit bainit* - ở đây khác với ferrit-bainit ban đầu

Như vậy, tác dụng khâu xử lý nhiệt là điều khiển tổ chức, nhất là điều khiển tỷ ph n các pha Do tầ ỷ ph n pha là đ c trưng riêng biầ ặ ệt của thép TBF, nên

việc khống chế ệ ộ ờnhi t đ -th i gian nung, tố ộc đ ngu i, nhiộ ệ ột đ và th i gian nguờ ội

đẳng nhi t mang ý nghĩa quy t đ nh ệ ế ị

14

Ứng dụng của thép AHSS và thép TRIP

Do ưu việ ềt v cơ tính, nên thép AHSS đã được dùng thay cho thép HSLA trong nhiều lĩnh vực khác nhau:

1 Chế ạ t o thép tấm mỏng mạ thiếc ho c mặ ạ ẽ k m, thép tấm cán trong dập nguội ch t o các chi ti t d ng vỏ, mui xe, (Hình 1.8) ế ạ ế ạ

2 Chế ạ t o các chi tiết dập nóng trong sản xuất khung dàn các xe ô tô, xe

du lịch để thay các chi ti t chế ịu lực chính-ghép thành khung để ch u tả ọị i tr ng va

đập khi tai n n xe Như Hình 1.9 ch ra cơ tính thép AHSS bi n đ i qua các công ạ ỉ ế ổđoạn ch t o sảế ạ n ph m b ng d p nóng Tùy theo công nghẩ ằ ậ ệ ử x lý sau dập nóng, tính năng sản phẩm có thể thu đượ ộ ềc đ b n siêu cao c a thép MS ho c v a b n, ủ ặ ừ ề

vừa dẻo của thép DP hoặc TRIP đ đáp ứể ng yêu cầu công dụng sản phẩm

Hình 1.8. Một số sản phẩm chế tạo từ thép AHSS[11]

Ứng d ng c a thép TBF trong ngành công nghiệp ô tô như: thân xe, vỏ ụ ủ xe

Ứng su t-ph n trăm dãn dài cấ ầ ủa các b phộ ận trong ô tô

15

Phần trăm kh i lưố ợng vậ ệt li u trên xe ô tô

Hình 1.9. Sơ đồ xử lý cơ tính thép AHSS dùng dập nóng sản phẩm[35]

1.4 Kết luận chương 1

1 Thép TBF là một phân nhóm thép AHSS, đang được phát tri n trên thể ếgiới Thép có đ c điặ ểm:

- Thành phần C: (0,1 0,4)%, Mn: (1 2,5)%, Si: (1 2,2)%, thấp tạp chất P, - -

-S, phi kim và khí, đư c đợ ảm b o b ng dùng s t x p n u và tinh luy n; ả ằ ắ ố ấ ệ

- T ổchức thép có 3 pha ferit, bainit và (5 20)% austenit dư, độ ạt các pha - h

nhỏ ậ c n nanomet đư c đ m bảo b ng công nghợ ả ằ ệ cơ-nhiệt với công nghệ ến bi

dạng và nung ở vùng nhiệ ột đ hai pha ferit va austenit (giữa Ac1 và Ac3), sau đó nguộ ẳi đ ng nhiệt ở vùng nhiệt độ bainit

- Cơ tính: thép có độ ề b n cao hơn kết hợp tính dẻo tốt hơn thép HSLA cùng lo i D i gi i hạ ả ớ ạn bền từ600 1050 MPa, đ giãn dài đ n 40%; - ộ ế

- Thép dùng sản xuất các kết cấu thép, vỏ khung dầm xe ô tô, ống chịu áp

lực …làm chi tiết bền hơn, nh hơn, rẻ hơn.ẹ

16

CHƯƠNG 2 CƠ S Ở LÝ THUY T VỀ Ổ Ế T CH Ứ C VÀ CƠ TÍNH C Ủ A

THÉP CMnSi XỬ LÝ NHI T KIỂU TBF Ệ 2.1 Nhiệt động học hình thành t ổ ch ứ c thép TBF và các y u t ế ố ả nh hưởng

Cơ sở nhiệt động học hình thành tổ chức thép TBF

2.1.1.1 Chuyển biến austenit hóa

Ở nhi t đ phòng thép có t ch c hai pha ferit + xementit Khi nung thép ệ ộ ổ ứ

đến vùng nhi t đ n m gi a Aệ ộ ằ ữ c1 và Ac3 s ẽ thu được tổ chức hai pha ferit và austenit (Hình 2.1) Khi thép được cán nguội trước, khi nung sẽ đồng thời có quá trình k t tinh l i ferit và hình thành austenit.ế ạ

Đầu tiên ta s nâng nhi t đ lên trên nhi t đ A3 và gi 1 th i gian đ thu ẽ ệ ộ ệ ộ ữ ờ ểđược Austenit hoàn toàn

+ Cơ chế chuy n bi n: S hình thành c a austenit g m 2 giai đo n là quá ể ế ự ủ ồ ạtrình sinh mầm và quá trình phát triển mầm

- S ự sinh mầm: trong lí thuyết về ế k t tinh ta đã biết có 2 hình thức sinh mầm là sinh mầm độc lập và sinh mầm trên nền có sắn Trong thực tế ta thư ng ờ

gặp là trường hợp 2 Nhiều công trình nghiên cứu đã kh ng đẳ ịnh r ng mằ ầm austenit chủ ế y u t o thành ạ ởranh gi i Fe Xe vì biên g i h t phát hiớ - ở iớ ạ ện sự thiên tích cacbon

- S lự ớn lên của mầm: sau khi tạo thành mầm tiếp tục phát triển thành phần của austenite mới hình thành chưa đồng nhất Những mầm austenite tạo thành tiếp xúc với xementit và ferit Khi h t austenite phát triạ ển ranh giớ ủa nó i c

di chuyển cả ề v phía ferit và xementit Lúc m i tớ ạo thành do nồng độ cacbon trong austenite còn th p nên cacbon trong xementit sấ ẽ đi vào austenite làm cho

nồng độ của nó tăng lên Đ đảể m bảo sự ần bằng ở nhiệ ộ c t đ đã cho, mặt ranh giới ph i phát triển vềả phía xementit M t khác viặ ệc tăng n ng đồ ộ cacbon trong austenite cũng làm mất cân b ng n ng đ cacbon ở ặằ ồ ộ m t ranh giới ferit-austenit

+ Các yếu tố ả nh hư ng đở ến quá trình chuyển biến:

- T ổ chức ban đ u: đầ ối với các loại thép có tổ chức nhỏ ị ẽ có nhiệt m n s

mặt biên giới hạt ferit xementit Nên sẽ làm tăng quá trình chuyển biến austenite

Lượng cacbon: Khi tăng lượng cacbon thì t c đ quá trình chuy n biến ố ộ ểcũng tăng

- Nguyên tố ợp kim: ta phải xét nguyên tố ợp kim ả h h nh hưởng thế nào

đến tính n đ nh c a cacbit cũng như đ nh m n c a cacbit ổ ị ủ ộ ỏ ị ủ

17

2.1.1.2 Chuyển biến bainit và hình thành austenit dư

Khi làm nguội thép từ vùng nhi t đ tệ ộ ới hạn đến vùng nhiệ ột đ bainit, austenit sẽ chuy n biếể n thành các sản phẩm khác nhau như ferit mới, peclit, bainit và austenit dư tùy thuộc vào tố ộc đ ngu i ộ

Hình 2.1. Giản đồ nguội đẳng nhiệt của austenit trong thép TBF

Nếu tố ộc đ nguội Vng lớn hơn t c đố ộ nguội tới hạn Vth, s không có ferit ẽ

mới và peclit hình thành Hình 2.1

Hình 2.2. Mô tả chuyển biến bainit [1 ].4 Hình 2.3. Đường cân bằng năng

lượng T0giữa ferit và austenit [ ].18

Chuyển biến bainit được thừa nhận là chuyển pha nửa khuếch tán v i sớ ựtham gia của cơ chế trư t (tương t chuy n biếợ ự ể n mactenxit) và cơ chế khu ch ếtán, trong đó, cơ ch trư t ưu tiên x y ra trưế ợ ả ớc [18]

18

Trong thép TBF, sản ph m chuy n bi n bainit ban đ u là bainitic ferit ẩ ể ế ầ(αb,quá bão hòa) quá bão hòa C hình thành theo cơ chế trư t và austenit chưa chuy n ợ ểbiến do động học quá trình trượt phụ thuộc vào gradient nhiệ ột đ Khi giữ nhiệt,

C sẽ khu ch tán từ αế b,quá bão hòa tới bề ặt của austenit hình thành vùng giàu C mNhưng do có mặt các nguyên tố Si, Al… có s n trong thép, tiết xementit chưa ẵ

xảy ra do cần thời gian để các nguyên tố này khuếch tán khỏi vùng hình thành xementit, do v y, C tiậ ếp tục khuếch tán và làm giàu tới austenit chưa chuyển

bi n.ế

Quá trình khuếch tán C dừng lại khi nồng độ C trong austenit chạm tới đường cân b ng Tằ 0, tại đó năng lượng t do cự ủa austenit và ferit bằng nhau (Hình 2.2) Điều này, dẫ ến đ n hiện tượng phản ứng không hoàn toàn, một phần austenit được gi l i ngay cả ữ ạ khi giữ nhiệt thờ gian rất dài Tuy vậi y, cũng có thể xuất hiệ ến ti t xementit trong austenit ho c trong ferit c a bainit, do đi u kiặ ủ ề ện động học

đủ để các nguyên t Si, Al, … khu ch tán c ly g n ra kh i vùng hình thành ố ế ự ầ ỏxementit

Như vậy, quá trình chuy n bi n bainit có th mô t tóm t t như sau: ể ế ể ả ắ

Động h c chuy n bi n bainit trong thép TRIP [36]:ọ ể ế (2.1)

T ừ công thức trên cho thấy, động học chuyển biến bainit phụ thuộc nhiều

yếu tố là tỷ phần và thành phần hóa học c a ausenit khi nung, nhiủ ệ ộ ờt đ -th i gian

giữ nhi t bainit Do vậệ y, để ống chế được tỷ ầkh ph n pha bainit và austenit dư cần không chế ả c nhiệt độ-th i gian giữ iờ nhệt nung, nhiệ ột đ -thời gian nguộ ẳi đ ng nhiệt

Ảnh hưởng của C, Mn, Si đến động học hình thành tổ chức thép TBF

Cacbon Tăng hàm lượng C, nhiệt độ A3 giảm m nh, nhi t đ Aạ ệ ộ 1 ít thay

đổi, làm vùng hai pha (α+γ) b thu h p m nh Khi hàm lượng C ≥ 0,4%, vùng ị ẹ ạ

nhiệ ột đ ớ t i hạn rất hẹp, gây bất lợi cho điều khiển nhiệ ột đ nung Do vậy, hàm lượng C còn b gi i hạn bởi công nghệ Tăng C còn làm giảị ớ m m nh các nhi t đ ạ ệ ộ

Bs và Ms, làm chậm chuyển biến peclit và bainit, làm vùng bainit bị ạ h thấp và

dịch chuyển sang phả trên giả ồi n đ động học chuyển pha

Ngoài ra, Carbon rất quan trọng vì nó c n thi t đểầ ế khu ch tán vào và n ế ổ

định austenite xu ng nhi t đ phòng trong quá trình austempering Trong thép ố ệ ộ

19

TBF, điều quan trọng là carbon ph i phân chia thành austenite ch không phải là ả ứ

dạng cacbua trong bainit Và yếu tố công nghệ hàn cũng rất cần thiết cho các ứng

dụng thép TBF Khi hàm lượng C quá cao sẽ làm giảm tính hàn của thép

Công thức thực nghiệm xác định nhiệ ột đ Ac1, Ac3, Bs, Ms:[ ] 36

(2.2) (2.3) (2.4) (2.5) Mangan: Một nguyên tố ợ h p kim chính khác trong thép TBF là mangan (Mn) Mn là chất ổ ịn đ nh austenite cũng giúp tăng cường độ cứng c a thép Vai ủtrò chính c a nó là giúp ủ ổn định austenite xuống nhiệ ột đ nơi phân vùng carbon

có thể ổ n đ nh ị hơn nữa austenite Thêm Mn vào thép TBF làm tăng lượng austenite được giữ ạ l i trong cấu trúc vi mô cuối cùng Thép TBF thư ng đườ ợc hợp kim với khoảng 1,5% Mn

Silic: Nguyên tố ợ h p kim chính ti p theo trong thép TBF là silic (Si) Si là ế

một chất ổ ịn đnh ferrite nổi tiếng Nó làm tăng nhi t đệ ộ biế ổn đ i austenite (Ac3), làm cho pro-eutectoid ferrite dễ hình thành hơn trong quá trình ủ xen kẽ Si cũng không hòa tan trong xementit Tính không hòa tan này rất h u ích trong thép ữTBF vì nó ngăn chặn sự hình thành xementit, cho phép carbon khu ch tán vào ếaustenite mà không cần tạo thành xementit Về lý thuyết, bainite hình thành là cacbua tự do và austenite đư c ổợ n định ở nhi t đ phòng Nói chung khoảệ ộ ng 1,5% Si được thêm vào thép TBF để ngăn ch n s hình thành xementit trong ặ ựthép M t trong nhộ ững như c điợ ểm của vi c thêm Si vào thép là Si t o thành các ệ ạoxit ở nhi t đ cao Các oxit này có thệ ộ ể đư c cuộn bởợ i các cuộn hoặc dính vào bề

mặt thép trong quá trình sản xuất tấm và dẫ ến đ n kết cấu bề ặt và bề ặt kém m m

Photpho: Là nguyên t có khố ả năng hòa tan vào ferit (tới 1,20% ở ợ h p kim thuần Fe C, còn trong thép gi– ới hạn hòa tan này giảm đi mạnh) và làm xô lệch rất mạnh mạng tinh thể pha này làm tăng m nh tính giòn; khi lư ng phôtpho ạ ợ

vượt quá gi i h n hòa tan nó sẽ ạớ ạ t o nên Fe3P cứng và giòn Do đó phôtpho là nguyên t gây giòn ngu i hay bố ộ ở ngu i (ở nhiệ ộộ t đ thư ng) Chỉ ầờ c n có 0,10%P hòa tan, ferit đã trở nên giòn Song phôtpho là nguyên tố thiên tích (phân b ốkhông đều) r t m nh nên đ tránh giòn lư ng phôtpho trong thép phải ít hơn ấ ạ ể ợ0,050% (để nơi t p trung cao nh t lưậ ấ ợng phôpho cũng không th vưể ợt quá 0,10%

là gi i hớ ạn gây ra giòn)

20

Lưu huỳnh: Khác với phôtpho, lưu huỳnh hoàn toàn không hòa tan trong

Fe (cả Feα l n Feγ) mà t o nên hợẫ ạ p ch t FeS Cùng tinh (Fe + FeS) tấ ạo thành ở nhiệ ộ ất đ th p (988° C), kết tinh sau cùng do đó nằm ở biên gi i hạt; khi nung ớthép lên đ cán, kéo (thưể ờng ở 1100 1200° C) biên giới b– ị chảy ra làm thép dễ

b ịđứt, gãy như là thép r t giòn Ngưấ ời ta gọi hiện tượng này là giòn nóng hay bở nóng Khi đưa mangan vào, do có ái lực với lưu huỳnh mạnh hơn sắt nên thay vì FeS sẽ ạ t o nên MnS Pha này kết tinh ở nhiệ ột đ cao, 1620° C, dư i d ng các hớ ạ ạt

nhỏ ờ r i rạc và ở ệ ộnhi t đ cao có tính dẻo nhấ ịt đnh nên không bị ch y hoặ ứả c đ t, gãy Sunfua mangan cũng có lợi cho gia công cắt

Để tăng thêm đ c ng c a thép TBF, có th b sung thêm crôm (Cr), ộ ứ ủ ể ổmolypden (Mo) và niken (Ni) Những yếu tố này đã được tìm thấy để tăng ph n ầaustenite được giữ ạ l i trong thép TBF Những nguyên tố này thư ng đư c thêm ờ ợvào một lượng nhỏ và thay đ i c u trúc vi mô c a thép thành bainite, ferrite, ổ ấ ủmartensite và austenite giữ ạ l i Ngoài việc thay đổi các thành phần cấu trúc vi

mô, các yếu tố này cũng tinh ch nh cấỉ u trúc vi mô

Ngoài ra 1 số nghiên cứu cũng chỉ ra r ng vi c cho thêm Al hay Nb làm ằ ệ

ổn định austenite nhi t đ thư ng và tinh ch h t làm cho h t nh m n hơn ở ệ ộ ờ ế ạ ạ ỏ ị

2.2 Độ ề b n và đ d o của thép TBF ộ ẻ

Luật trộn pha áp dụng trong thép TBF

- Cơ sở luật trộn pha [1], [32]: Độ bề n và độdẻo của vật thể đa pha bằng

tổng của tích độ bền và độ dẻo các pha thành phần với tỷ phần thể tích của chúng [ ]36

σ = φ1.σ1 + φ2.σ2 + + φν.σν (2.6)

ε = φ1.ε 1 + φ2.ε 2 + + φν.ε ν (2.7) trong đó: f1+…+ fn = 1

Trên Hình 2.4a, đường A1AA2 và B1BB2tương ứng chỉ ra cách xác định

độ ề b n và đ d o c a h n h p hai pha có ộ ẻ ủ ỗ ợ ứng suất và biế ạn d ng tương đồng Khi

vật liệu có từ hai pha trở lên (mềm và rắn) phân bố ngẫu nhiên, độ ề b n và độ dẻo

của hỗn hợp pha có thể tính toán theo đường C1CC2 - Hình 2.4a và Hình 2.4b

21

a- vật thể hai pha b- vật thể ba pha

Hình 2.4. Mô tả cách xác định độ bền và độ biến dạng của vật thể đa pha [ ].32

Luật trộn pha áp dụng cho thép TBF P Jacques đã tính toán độ ề b n lý thuyế ủt c a thép TRIP nghiên c u theo mô hình luứ ật tr n pha: ộ

C ác nguyên lý hãm lệch để tăng bền sử dụng trong thép TBF

Theo cơ chế biến dạng d o vậẻ t lý [7], v t tinh th khi bi n dạậ ể ế ng d o ch ẻ ủ

yếu thực hiện theo cơ ch trượế t do chuyể ộn đ ng của lệch Nếu trên đường lệch

do hình thành mactenxxit

22

chuyể ộn đ ng gặp các khuy t t t mệ ậ ạng chúng sẽ ị ả b c n tr , bở ị ngàm và uốn cong tạo thành các vòng lệch b xung làm tăng m t đ l ch mổ ậ ộ ệ ạng, hoặc b tích tụ ạị t i bề mặt phân giới các blốc hạt, phân giới hạt hoặc cắt nhau t o thành rạ ừng lệch Các hiện tượng trên theo lý thuy t đ b n [3] đ u dẫ ếế ộ ề ề n đ n hóa bền củ ậa v t đa tinh th ể

Theo Taylor, ng suứ ất ch y phụả thu c m t đ l ch: ộ ậ ộ ệ

T ừ nguyên lý trên, có thể chỉ ra các nguyên lý hóa bền cho thép TRIP

gồm:

- Hóa bền dung dịch rắn ferit, bainit, austenit dư bằng C, Mn, Si;

- Hóa bền bằng tiết pha phân tán NbC, TiC …;

- Hóa bền bằng nhỏ ạ h t (tăng cản trở ệch bằ l ng tăng m t đậ ộphân giớ ại h t);

- Hóa bền bằng pha rắn bainit, austenit dư nằm xen kẽ trong nền ferit;

- Hóa bền nhờ pha rắn mactenxit hình thành từ pha austenit dư khi biến

dạng

Hóa bền bằng dung dịch rắn và tiết pha phân tán trong thép TBF

2.2.3.1 Hóa bền dung dịch rắn bằng các nguyên tố C, Mn, Si

Theo luật trộn pha, để thép TBF có đ b n cao, trưộ ề ớc hết, phải tăng độ ề b n cho pha nền ferit Theo nguyên lý hãm l ch, có thệ ể đưa một số nguyên tố có kích thư c đớ ủ nh hòa tan vào m ng tinh th m ng α-ỏ ạ ể ạ Fe đ tăng bể ền Xét từ tính ph ổ

dụng của nguyên tố hóa học, thép TBF dùng các nguyên tố C (hòa tan xen k ), ẽ

Mn và Si (hòa tan thay thế)

Hình 2.6. Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến giới hạn chảy ferit [23]

23

Theo Mott-Nabaro, giới hạn chảy (σχ) v i nớ ồng độ nguyên t ửhòa tan (c):

Tuy nhiên, hóa bền dung dịch rắn có giới hạn Hình 2.4 cho thấy, C hóa

bền dung dịch ắn ferit mạnh, tỷ suất hóa bền là 5544 N/mmr 2 (tính cho 1% nguyên tố), nhưng giớ ại h n hòa tan trong ferit th p, khoảấ ng 0,022% nhi t đ ở ệ ộ

gần đường A1 và khoảng 0,006% ở nhi t đ phòng (Hình 2.8) Do vậy, tác dụng ệ ộhóa bền ferit bằng C sẽ th p Các nguyên tốấ Mn, Si có th ể hòa tan n 2,5%, đếnhưng tỷ su t hóa b n thấ ề ấp, tương ứng là 32 N/mm2 và 83 N/mm2 Do đó, mức đóng góp đ n đế ộ ề b n do hóa bền dung dịch rắn chỉ là tăng đ b n thêm khoảng ộ ề

120 MPa Hình 2.7

Để thép TRIP có độ bền cao hơn cần sử dụng các nguyên lý hóa bền khác

Hình 2.7. Đóng góp của các cơ chế hóa bền đến độ bền của thép.

2.2.3.2 Hóa bền bằng pha phân tán nhờ sử dụng các nguyên tố vi lượng

độ ẻ d o c a thép TBF [15ủ ], [2 ], Hình 2.9), trong khi đó, thêm Ti làm tăng mạnh 0 (

độ ề b n, nhưng đ d o (đ giãn dài) gi m đáng k Nguyên nhân là do Ti tương ộ ẻ ộ ả ểtác mạnh với C, làm m t C trong austenit ấ ở vùng t i hạớ n, đồng thời thúc đẩy

nhanh chuyển biến bainit, nên làm gi m tỷ ầả ph n austenit dư của thép, do v y, làm ậgiảm độ giãn dài, trong khi đó, Nb tác d ng ngư c l i Vì vụ ợ ạ ậy, khi dùng nguyên

t ố vi lượng đ tăng bềể n thép TBF cần lưu ý đến các đ c điặ ểm này

Nguyên lý hóa bền và tăng dẻo bằng làm nhỏ hạt trong thép TBF

Nguyên lý tăng bề n do h t nh ạ ỏ Quan hệ Hall-Petch

(2.10) (2.11)

T ừ quan hệ Hall Petch cho thấy, hạt nhỏ ẽ làm tăng độ ền Ta thấy, khi - s b

c hỡ ạt ferit khoảng 20 µm, mức đóng góp đ n đế ộ bền do cỡ ạt tương đương các h