Công nghệ luyện thép không gỉ

75 Mục lục M đ ầ u Phần I - tổng quan 1.1 Tình hình nghiên cứu thép không gỉ Việt Nam 1.2 Tình hình nghiên cứu thép không gỉ giới 1.3 Các đặc tính thép không gỉ 1.4 Các lĩnh vực áp dụng thép không gỉ 1.5 Công nghệ luyện th ép không gỉ 1.6 Sản xuất thép 11 Phần II: Cơ sở lý thuyết 14 2.1 Các loại thép không gỉ 14 2.1.1 Thép không gỉ (austenit) 14 2.1.2 Thép không gỉ Mactenxit 17 2.1.3 Thép không gỉ Ferrit 18 2.1.4 Thép không gỉ hoá cứng tiết pha .19 2.1.4 Thép không gỉ song pha 20 2.2 ảnh h ởn g n guy ên tố h ợp k im 2 ảnh h ởn g c Man gan 2.2 ảnh h ởn g Cr ôm .22 2.2 ảnh h ởn g Nik en 23 2.2 ảnh h ởn g M ôl ip đen 26 2.2 ảnh h ởn g hàm lợng C ácbon .26 2.3 ảnh h ởn g tạp chất 27 2.3.1 ảnh h ởng P .27 76 2.3.2 ảnh hởng S 28 2.3.3 ảnh hởng Oxy 28 2.3.4 ảnh hởng Nitơ Hiđrô 28 2.4 Tinh luyện thép lò 29 2.4.1 Mục đích tinh luyện 29 2.4.2 Bản chất tinh luyện 31 2.4.3 Nâng cao hiệu tinh luyện 32 2.4.4 Tách sản phẩm khử Ôxy 33 2.4.5 Độ tạp chất 35 2.5 Quá trình ăn mòn kim loại 39 2.5.1 Ăn mòn hoá học 39 2.5.2 ăn mòn điện hoá 40 2.5.3 Cơ chế ăn mòn điện hoá 41 2.5.4 Các dạng ăn mòn khác 43 2.6 Khả chịu ăn mòn thép không gỉ austenit 43 2.6.1 ăn mòn điểm 43 2.6.2 ăn mòn tinh giới 44 2.7 Cơ tính thép không gỉ austenit 45 Phần III - Quá trình thực nghiệm 47 3.1 Phơng án nghiên cứu 47 3.1.1 Mục đích thí nghiệm 47 3.1.2 Phơng án thí nghiệm 48 3.2 Quá trình nghiên cứu 49 3.2.1 Thiết bị thí nghiệm 49 3.2.2 Chuẩn bị nguyên vật liệu, tính toán phối liệu nấu luyện 50 77 3.3 Các kết đạt đ ợc 52 3.3.1 Thành phần hoá học mẻ luyện 52 3.3.2 Kiểm tra tính chất chịu ăn mòn thép 53 3.3.3 Nghiên cứu cấu trúc thép 54 3.3.4 ảnh tổ chức tế vi thép sau đúc 63 3.3.5 ảnh tạp chất tế vi thép sau đúc 65 3.3.6 Kiểm tra tính chất lý thép nghiên cứu 67 3.3.7 Sơ đồ lu trình công nghệ 68 Phần IV - Kết luận kiến nghị 70 I Kết luận 70 II Kiến nghị 70 Tài liệu tham khảo 72 Phụ lục 74 Mục lục 75 Gii thiu bi http://cụng ngh sn xut thộp khụng g Tỏc gi: Trn Anh Tỳ Mở đầu Ngày phát triển tất ngành kỹ thuật nh chế tạo Luyện kim, Cơ khí, Xây dựng, công nghiệp Hóa học, kỹ thuật Điện Điện tử, Giao thông vận t ải v.v đ ều gắ n l iền vớ i v ật l i ệu, đâu cũn g cần đ ến vật l i ệu thép vớ i tí nh n ă n g ngày đa dạng chất l ợng cao Phát triển vật liệu thép đl trở thành hớng mũi nhọn công nghiệp nớc Hàng năm phải nhập hàng trăm nghìn thép không gỉ, điều không tiêu tốn l ợng ngoại tệ lớn mà ảnh hởng đến chủ động nguồn vật liệu ngành công nghiệp không Vi ệ c gỉ tái chế nhập lại mác thép sau sản xuất (sản phẩn h hỏng, không đạt chất lợng phoi thép ) nhằm tiết kiệm lớn lợng ngoại tệ cho đất nớc tạo công ăn việc làm cho ngời lao động Vì chọn đề tài Nghiên cứu c ô n g ngh ệ tá i chế th ép khô ng g ỉ 20 Tr o n g k h u ô n k h ổ đ ề t i n y c h ú n g t ô i sâu vào nghiên cứu giải suất thu hồi nguyên tố hợp kim quý C r, nguyên nguyên hợp nh tố kim Ni; liệu quý chiếm Sử rẻ dụng tiền Giá có đợc chứa thành liệu tới 70% tỷ giá thành sản xuất thép không gỉ việc phải nghiên cứu đến thu hồi nguyên tố hợp kim thép 201 thép austenit chứa C cực thấp ảnh hởng hàm lợng Ni đến cấu trúc pha, khả chịu ăn mòn môi trờng khí quyển, axít tính Sử d ụ n g p h n g p h p t i n h l u y ệ n n go ài l ò đ ể n ân g c ao đ ộ c th ép t đ ó xâ y d ựn g s đ l u t r ình c ô n g n gh ệ tái chế thép xuất không gỉ 201 ứng dụng sản Gii thiu bi http://cụng ngh sn xut thộp khụng g Tỏc gi: Trn Anh Tỳ Phần I - tổng quan 1.1 Tình hình nghiên cứu thép không gỉ t i Vi ệ t N a m Vi ệ t N a m h i ệ n n a y c h a c ó c s s ả n xu ấ t n o c h u y ê n s ả n x u ấ t c c m c thép không gỉ chất l ợng cao, mà chủ yếu sản xuất theo đơn đặt hàng dùng sửa chữa thay Một vài đơn vị đl nghiên cứu sản xuất đ ợc số mác th ép không gỉ nh : Vi ện Luy ện kim đen, Viện c ôn g nghệ, Cơ k hí Hà n ội, C k h í Đ ô n g An h , , t u y xu ấ t rờ i rạc, hạn n h i ê n c h ỉ l sả n chế số l ợng không ổn định chất l ợng Hàng năm phải nhập hàng trăm nghìn thép không gỉ, điều không tiêu tốn lợng ngoại tệ lớn mà ảnh hởng đến chủ động nguồn vật liệu ngành công nghiệp Qua đợt khảo sát nhà máy k h í t h ì n h u c ầ u c ủ a c c n h m y v ề t h ép không gỉ tấn/năm lên đến hàng chục ngàn Bảng 1.1: Nhu cầu sử dụng thép 201 số nhà máy công ty/nhà máy công ty tnhh tân 30 công ty tnhh tân mỹ công ty tnhh toàn mỹ 30 nhu cầu /tháng phế / tháng 1000-3000 10- 1000-2000 10-20 1000-3000 10- công ty kim khí thăng 2000-4500 long công ty khí cụ xuất hà nội 2000-4000 45 20-45 20- Gii thiu bi http://cụng ngh sn xut thộp khụng g Do nhu cầ u sả n xu ấ t Tỏc gi: Trn Anh Tỳ cá c ch ế p h ẩm b ằn g t h ép k h ô n g g ỉ l l n s ẽ n gà y tăng n ớc ta nên đl thải lợng lớn phế thải đề xê Do n g h i ê n c ứ u t i ch ế l i cá c m c t h ép n h ậ p k h ẩu s au sản xu ấ t ( sả n h phẩn h ỏ n g, không đạt chất l ợng phoi thép ) mục tiêu đề tài Vì tái chế lại mác thép mang lại lợi ích kinh tế không nhỏ t rá n h llng phí nguồn phế thải quí giá 1.2 Tình hình nghiên cứu thép không gỉ giới Sự phát t r iể n k h ôn g ngừng củ a cô n g n g h ệ h i ện đ i , đ ò i h ỏ i vậ t l i ệu k i m l oạ i p h ả i c ó n h ữn g t í n h n ă n g đ ặ c b i ệ t n h tính bền nhiệt, khả chịu ăn mòn chống lại oxy hoá môi trờng làm việc, dễ biến dạng không từ tính Sản lợng thép không gỉ giới không ngừng tăng cao Qua sử dụng, ng ời ta nhận thấy thép không gỉ austenit hệ Fe-Cr-Ni có tính chống mài mòn, chịu tải trọng ch a ngh iên cứu (x 500) mẻ II 64 Gii thiu bi http://cụng ngh sn xut thộp khụng g Tỏc gi: Trn Anh Tỳ H ìn h -10 ảnh tổ chức t ế v i th ép n gh i ên cứu (x 50 0) m ẻ III H ìn h 3-11 ả nh tổ c t ế vi củ a th ép n gh i ên u (x 0) m ẻ IV 65 Gii thiu bi http://cụng ngh sn xut thộp khụng g Tỏc gi: Trn Anh Tỳ Kết chụp ảnh tổ chức đ ợc thực h iệ n Ph ò n g t hí n gh i ệm h i ển vi thuộc Bộ môn Vật liệu học, xử lý nhiệt bề m ặ t c h o t a t h ấ y, n h ì n c h u n g c ả b ố n m ẻ có tổ ch ứ c n ền au s t e n i t có t i ết cá c b i t V ì m ẫ u đ â y l t r n g t h i đ ú c n ê n l ợ n g c ác b í t t n g đ ố i n h i ề u 3.3.5 ảnh tạp ch ất tế vi thép sau đúc Hình 3-12 ảnh tạp chất tế vi thép nghiên cứu (x 300) mẻ I 66 Gii thiu bi http://cụng ngh sn xut thộp khụng g Tỏc gi: Trn Anh Tỳ Hình 3-13 ảnh tạp chất tế vi thép nghiên cứu (x 300) mẻ II Hình 3-14 ảnh tạp chất tế vi thép nghiên cứu (x 300) mẻ III 67 Gii thiu bi http://cụng ngh sn xut thộp khụng g Tỏc gi: Trn Anh Tỳ Hình 3-15 ảnh tạp chất tế vi thép nghiên cứu (x 300) mẻ IV Nhận xét: Từ ảnh tạp chất cho ta thấy: Tạp chất nằm lại thép rắn dạng hình cầu phân bố mặt mẫu Nhờ tinh luyện agon đl cải thiện tính chất thép (tăng độ sạch, tăng độ bền, đặc biệt tăng tính đúc ) 3.3.6 Kiểm tra tính chất lý thép nghiên cứu Sau đúc thỏi, đem gia công phơng pháp rèn nhiệt độ c a o , n h i ệ t đ ộ r è n p h ả i l n h n 11 0 o C giữ thời gian nung dài so với rèn thép bình thờng thép 201 thép có chứa hàm l ợng nguyên tố hợp k i m cao Sau đợc đem tiện để thử mẫu tính Chế tạo mẫu thử tính đ ợc mô tả nh hình sau: 68 Gii thiu bi http://cụng ngh sn xut thộp khụng g Tỏc gi: Trn Anh Tỳ Hình 3-1 Kích th ớc mẫu th tính K ết q u ả t h t í n h (k éo ) m ẻ I m ẻ III t i Ph ò n g t hí n g h i ệm Sứ c b ền v ật liệu - Khoa kh í Tr ờng ĐHBK-HN nh sau: Bảng 3-4: Kết kiểm tra lý vật liệu TT Số hiệu mẫu 01 Mẫu I 02 Mẫu III Giới hạn chảy (N/mm2) 562,56 Giới hạn bền kéo (N/mm2) 698,48 Độ giãn dài (%) 21 571,84 714,35 25 Từ kết kiểm tra tính ta thấy m ẻ I giới hạn bền kéo giớ i hạn chảy thấp so với mẻ III, lý giải điều mẻ III hàm l ợng Cr Mn nhiều so với mẻ I Độ dln dài mẻ III 25 cao độ dli dài mẻ I 21, lý mẻ III hàm l ợng Ni 3,32 cao h ơn hàm lợng Ni mẻ I 2,87 3.3.7 Sơ đồ lu trình công nghệ Từ việc nghiên cứu lý thuyết, tiến hành thí nghiệm nấu chảy Phòng thí nghiệm Công nghệ nấu chảy - Bộ môn kỹ t h u ậ t g a n g t h é p Đ n h g i n h ữ n g k ế t th u đ ợc t ron g qu tr ình th í n gh i ệm t ôi đ a s đ l u trình công ngh ệ tái chế mác thép không gỉ 201 nh sau : 69 Gii thiu bi http://cụng ngh sn xut thộp khụng g Tỏc gi: Trn Anh Tỳ Chuẩn bị nguyên liệu Tính toán phối liệu Nạp liệu N ấu c h ả y Phân tích thành phần Không đạt Đạt Tạ o xỉ ti nh lu y ện Khử Ôxy Ti n h l u y ệ n b ằ n g A r Lấy mẫu Công nghệ Hình 3-17: Sơ đồ lu B trình công nghệ tái ù chế n thép không gỉ g 201 u y ê n tố h ợ p k i m 72 Gii thiu bi http://cụng ngh sn xut thộp khụng g Tỏc gi: Trn Anh Tỳ Tài liệu tham khảo Ngô Trí Phúc (2 0 3), Sổ tay sử d ụ n g t h ép t h ế gi i , Nh xu ấ t bả n K h o a h ọc Kỹ t hu ậ t H n ộ i B ù i Vă n M u (2 0 ), K h ả n ă n g k h s â u ô x y l u h u ỳ n h c ủ a x ê ry t r on g ti n h lu y ện t h ép k h ô n g gỉ h ệ C r-Mn , T ạp ch í K h oa họ c v C ôn g n gh ệ K im l o ại Lê Công Dỡng (1986), Kim loại học nhiệt luyện, Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Nguyễn Khắc C ờng, Nguy ễn Phùng Cầu, Nguy ễn Kế Bính (1999), Báo cáo tổng kết đề tài khoa học thép chịu axít Lê Công D ỡng (1997), V ật liệu học, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nộ i Nguyễn Văn Ngũ (1997), Nghiên cứu chế tạo thép không gỉ hệ Mn thay hệ Ni mác Cr14Mn14Ni3T thay cho mác Cr18Ni9T, Viện Luyện kim Đen Bùi Văn Mu (1990), Nghiên cứu sản xuất gầu xúc thép hợp kim Mangan cao, Tạp chí Mỏ luyện kim số 81 Phan Tử Phùng (1991), Sách tra cứu kỹ thuật đúc thép, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hội Đúc Luyện kim Việt Nam Nguyễn Văn Sa (2005), Báo cáo tổng kết đề tài Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép hợp kim mác Cr21Ni6Mo2Ti có độ bền học tính chống gỉ cao, Viện Luyện kim Đen 10 Nguyễn Văn Thái (1998), Báo cáo tổng kết đề tài Nghiên cứu chế tạo thép hợp kim làm việc môi trờng xâm thực mạnh, KHCN03-09 Hà Nội 11 D C H y l t y, H P R a m b a c h Observations on Stainless Steel Melting Practice, ISIJ (1955), 73 Gii thiu bi http://cụng ngh sn xut thộp khụng g Tỏc gi: Trn Anh Tỳ 12 J.C.Bavay (1993), Austenitic Stainless Steels, Stainless Steels, Editions de Physique, Paris 13 R.J.Ilola, H.E.Hanninen, K.M.Ullakko (1996), Mechanical Properties of Austenitic High- nitrogen Cr-Ni and Cr-Mn Steels at Low temperatures, ISIJ International Vol 36-No7 P B o u r g a i n , P P e d a r r e (1993), The Manufacture of Stainless Steels, Stainless Steels, Editions de Physique, Paris 15 R F A J a r g el i u s , P e t t e rs s o n (1996), Sensitization Behaviour and Corrosion Resistance of Austenitic Stainless Steels Alloyed with Nitrogen and Manganese, ISIJ International Vol 36-No7 16 J.Hochmann (1977), The Role of Manganese Additions in austentic Stainless Steels, Material Techonogist 17 Lacombe, G.Beranger (1993), Equilibrium Diagram Structure and of Various Stainless Steels Grades, Stainless Steels, Editions de Physique, Paris 18 W.Kurz, D.J.Fisher (1989), Fundamentals of Solification.Tran Tech Publications, Switzerland 19 J.menzel, V.Kirschner, G.Stein (1996), High Nitrogen free Containing Austenitic Steels for Medical Niapplications, ISIJ International Vol 36-No7 20 K.Miyahara, D.S.Bae, T.Kimura, Y.Shimoide, Y.Hosoi (1996), Strength Properties and Microstructure of high Mn-Cr Austenitic Steels and potential High Temperature Materials, ISIJ International Vol 36-No7 21 P.J.Uggowitzer, M.O.Speidiel (1996), R.Magdowski, Nikel Free High Nitrogen Austenitic Steels, ISIJ International Vol 36-No7 22 C.Moore, R.I.Marshall (1991), Steelmaking, The Insitute of Metals 74 Gii thiu bi http://cụng ngh sn xut thộp khụng g Tỏc gi: Trn Anh Tỳ Phụ lục Kết phân tích thành phần máy quang phổ phát xạ Hàm lợng nguyên tố phân tích Máy hiển vi điện tử quét (Scanning Electros Microscope) bao gồm thiết bị JSM LV, Jeol Nhật th iết bị ph ân t ích ISIS 300 Oxford An h t ại Tr ờn g Khoa h ọc Tự n hi ên Một vài số liệu khác [...]... của thép Ngày nay trên thế giới ng ời ta coi côn g nghệ EAF + AOD l à công ngh ệ số một để sản xuất thép không gỉ với các tính năng vợt trội của nó so với công nghệ khác 11 Gii thiu bi http://cụng ngh sn xut thộp khụng g Tỏc gi: Trn Anh Tỳ Gần đây nhiều tác giả đl nghiên cứu cải tiến công nghệ EAF + AOD để sản x u ấ t thép không gỉ với nguyên liệu đầu vào là quặng Crôm chứ không phải là ferro Crôm Công. .. phơng pháp tinh luyện thép không gỉ chủ yếu trên thế giới Ví dụ nh ở Mỹ là 100%, Phần Lan kh oảng 70% Lò điện (EAF) Lò thổi (AOD) Thổi lần 1 Thổi lần 2 Thổi lần 3 G/đ Hoàn nguyên Khử lu huỳnh Sản p h ẩm Hình 1.1 Lu trình c ông nghệ luyện thép không gỉ bằng EAF + AOD Bản ch ất của cô ng nghệ EAF + AOD là nấu chảy trong lò đ iện hồ quang vớ i nguyên liệu rẻ tiền nhất nh phế thép không gỉ và ferro hợp... c ó n h u cầu đáng kể nh: ngành y tế, dầu khí, năn g lợng, quốc phòng, đồ gia dụng, 1.3 Các đặc tính của thép không gỉ Thép không gỉ có rất nhiều đặc tính u việt 1> Đ ặ c t í n h n ổ i b ậ t n h ấ t c ủ a t h é p không gỉ là khả năng chống gỉ Ngày nay ngời ta đl chế tạo đợc các loại thép không gỉ có khả năng xâm thực làm việc trong mạnh nh điều kiện trong axits, kiềm, phóng xạ điều này bên cạnh ý nghĩa... ồ q u an g n ê n y êu c ầ u n g u y ê n l i ệu đ a v à o p h ả i r ấ t s ạ ch , phế thép không gỉ cùng loại với thép định sản xuất, ferro hợp kim Cácbon thấp hoặc các hợp chất hợp kim hóa ở dạng kim loại Vì vậy giá thành của thép không gỉ rất cao Năm 1954, Công ty Union Carbid Corporation (Mỹ) đl nghiên cứu công nghệ khử Cácbon bằng Argon - Oxygen Decarburization (AOD) ở trong phòng 9 Gii thiu bi... tốt pháp trong dập chế tạo dây xích Tr o n g công công nghiệp hầm nghiệp mỏ hàng và không, những công trình kiến trúc khác cũng đòi hỏi thép không gỉ, thép hợp kim chất l ợng cao và sạch - Hi ện tạ i t rên th ế gi ớ i đa n g ứ n g d ụn g cá c p h ơn g ph áp côn g n gh ệ s ản xu ấ t t h é p phơng sạch bằng ngoài lò Có pháp tinh luyện phơng pháp tinh những luyện chính sau: + Ti n h l u y ệ n t h ép b... giới hàm của l ợng có trong thép; - Hợp kim có t h ê m Ti t a n và Niobi làm ổn định và tăng khả năng chống ăn mòn tinh giới; - Thép hợp kim Niken thấp tăng khả năng biến cứng; - Thép hợp kim với hàm l ợng Niken cao sử dụng ở nhiệt độ thấp và tính gia công kéo tốt; - Thép không gỉ độ bền cao có chứa Nitơ; - T h é p k h ô n g g ỉ Ma n g a n t h a y t h ế Niken; - Thép không gỉ chứa môlipđen và đồng tăng... trong thép bằng cách thổi khí trơ trong thùng rót + Khử khí hoà tan trong thép bằng chân không - Nh ờ t inh l uy ện n goà i lò cho ph ép giảm h àm l ợn g o 2 , h 2 , n 2 và tạp ch ất phi kim trong thép, nhờ đó đl nâng cao chất lợng thép ứng dụng ph ơng pháp tinh luyện ngoài lò cũng cho phép hoàn thiện công nghệ sản xuất thỏi đúc Lựa chọn phơng pháp nào là phụ thuộc vào yêu cầu đối với chất lợng thép. .. g à y Khi rót chân không những thỏi lớn, hàm lợng H2 trong thép giảm đến 1- 1,5ml/100g nhờ đó giảm khuyết tật của thỏi và rú t n gắ n t hờ i g ian rèn - Tro n g xl hội hi ện đại và công n g h i ệp p há t t r iển n h u c ầ u t h ép sạ ch , t h ép không gỉ, thép hợp kim chất l ợng cao ngày càng lớn ứng dụng các phơng pháp tinh luyện ngoài lò là nhu cầu tất yếu trong quá trình luyện thép chất lợng cao... vực áp dụ n g t h ép k h ô n g g ỉ Nhờ có nhiều đặc tính u việt nh đl nêu ở phần trên mà thép không gỉ ngày nay đợc áp dụng trong nhi ều lĩnh vực kỹ thuật và đời sống hàng ngày theo Peter thì tỷ lệ sử dụng thép không gỉ trong các lĩnh vực khác nhau đ ợc nêu theo bảng sau: Bảng 1.3: Lĩnh vực sử dụng thép không gỉ I S ả n x u ất h à n g t i ê u d ù n g 3 0 % Dụng cụ nhà bếp 10% Đồ hộp 10% 8 Gii thiu... thể biết tính chống gỉ của thép Mangan là rất cao đó là do sự tạo thành lớp ôxýt bề mặt dạng (MnCr) 2 O 3 Bảng1.2: Sản lợng thép không gỉ trên thế giới những năm qua Năm Sản lợng(1 triệu tấn) 1950 1 triệu tấn 1993 11,6 1994 13 1995 14 1996 14,7 1997 15,5 1998 16,3 1999 16,6 2000 17,8 2004 24 7 Gii thiu bi http://cụng ngh sn xut thộp khụng g Tỏc gi: Trn Anh Tỳ Nhu cầu thép không gỉ trong n ớc ta cũng