1

BỘ CÔNG THƯƠNG
TỔNG CÔNG TY THÉP VIỆT NAM
VIỆN LUYỆN KIM ĐEN BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN
CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

Tên đề tài :
“Nghiên cứu công nghệ sản xuất thép hợp kim kết cấu
độ bền cao mác 37SiMn2MoV để sản xuất bulông cường độ cao”

DFGEDFGEDFGE

1. TỔNG QUAN 6
1.1. Giới thiệu về thép kết cấu và thép mác 37SiMn2MoV 6
1.2 Ảnh hưởng của các nguyên tố đến thép 37SiMn2MoV 8
1.3 Vật liệu chế tạo bulông cường độ cao 13
2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17
2.1 Nội dung nghiên cứu 17
2.2 Phương pháp nghiên cứu 17
3. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 19
3.1 Công nghệ nấu luyện 19
3.2 Công nghệ tinh luyện 22
3.3 Công nghệ rèn 25
3.4 Công nghệ nhiệt luy
ện 26
3.5 Các tính chất của thép 37SiMn2MoV
29
3.6 Chế tạo sản phẩm và dùng thử
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
35
39
4.1 Kết luận
39
4.2 Kiến nghị
39
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO 40
6.PHỤ LỤC 41
4
Mở đầu
Bulông là một sản phẩm cơ khí được sử dụng để lắp ráp, ghép nối các chi
tiết lại thành một khối. Mối lắp ghép bằng bulông có thể chịu được tải trọng kéo
cũng như uốn rất tốt, nó lại có độ bền, độ ổn định lâu dài. Việc tháo lắp cũng như

- Phụ lục
Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ, tạo điều
của Vụ Khoa học và Công nghệ - Bộ Công Thương, Nhà máy cán thép Lưu Xá
cùng một số cơ sở nghiên cứu khác. Nhân dịp này, chúng tôi xin trân trọng cảm
ơn về sự giúp đỡ và hợp tác đó.

6
I. TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu về thép kết cấu và thép mác 37SiMn2MoV

để tăng độ thấm tôi.
Nhờ có hàm lượng các bon trung bình và các nguyên tố hợp kim nên các
loại thép hoá tốt có độ thấm tôi cao. Cũng do có thành phần hoá học như vậy mà
thép hoá tốt sau khi ram cao sẽ tiết ra các loại các bít hợp kim nhỏ mịn làm cho
thép có độ hạt nhỏ mịn, đạt cơ tính tổng hợp cao.
Mác thép 37SiMn2MoV thuộc loại thép hóa tốt MnSiMoV theo tiêu chuẩn
củ
a Trung Quốc, với các nguyên tố hợp kim hóa: Mn, Si, Mo và V. Hàm lượng
các bon trung bình ( C = 0,33 – 0,39% ) kết hợp với 4 nguyên tố hợp kim hóa
nêu trên đã làm cho thép này có cơ tính tổng hợp cao. Vì thế mác thép
37SiMn2MoV có nhiều ứng dụng để chế tạo các chi tiết chịu được tải trọng kéo
cũng như uốn rất tốt, có độ bền, độ ổn định lâu dài.
Tại các nước công nghiệp khác cũng có các mác thép tương tự: mác thép
36Γ2C theo tiêu chuẩn ΓOCT 4543-61 của Nga, mác thép SMn433 theo tiêu
chuẩ
n JIS 4106 của Nhật Bản. Thành phần hóa học của một số mác thép tương
đương và thép 37SiMn2MoV được nêu trong bảng, bảng 2 đưa ra cơ tính của
thép 37SiMn2MoV.
Bảng 1 : Thành phần hoá học của thép 37SiMn2MoV và các mác thép tương đương
Mác thép
C Si Mn Cr Ni Mo V P S
37SiMn2MoV
Trung Quốc
0,33-
0,39
0,60-
0,90
1,6-
1,9
≤0,30 ≤0,30

Nhật Bản
0,30-
0,36
0,15-
0,35
1,20-
1,50
≤0,35 ≤0,25
- -
≤0,030 ≤0,030
8

Bảng 2 : Cơ tính của thép 37SiMn2MoV

Độ bền
Mpa Giới hạn
chảy
Mpa

Độ dãn dài
%

Độ co thắt
%

Độ dai va
đập
9
Bảng 3: Các dạng các bít khác nhau của một số nguyên tố hợp kim
Dạng cacbit Nguyên tố hợp kim Tỷ lệ,%
C 13.0
Fe 4.0
W 23.0
Mo 14.0
V 43.0
MC
Cr 4.5
C 6.0
Fe 7.0
W 41.0
Mo 28.0
V 11.0
M
2
C
Cr 8.0
C 6.7
Fe 76.0
W 5.0
Mo 4.0
V 2.0
M
3
C
Cr 8.0

rất bền vững làm giảm hiện tượng bở nóng trong thép.
Tuy nhiên trong thép kết cấu thì hàm lượng không quá 2% và hiếm khi
mangan đóng vai trò là một nguyên tố hợp kim độc lập, bởi vì nó kéo theo một
số nhược điể
m sau: thúc đẩy hạt tinh thể lớn nhanh khi nung, tăng tính giòn ram,
giảm độ dẻo và độ bền.
- Molypden:
Molypđen là nguyên tố hợp kim quý hiếm, trong thép kết cấu thường chứa
0,2 – 0,6 % . Molypđen là nguyên tố thu hẹp vùng γ và mở rộng vùng α trong
hợp kim với sắt. Giản đồ trạng thái của hệ Fe-C-Mo được trình bầy trong hình 2 .
11 Molypden là nguyên tố tạo cácbít mạnh. Trong thép hợp kim chứa Mo
thường tạo thành cacbit đơn như MoC và Mo

silic còn có tác dụng khử ôxy trong thép.
Dưới đây là bảng thố
ng kê ảnh hưởng của một số nguyên tố hợp kim đến cấu
trúc và tính chất của thép.
13
Bảng 4: Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến cấu trúc và tính chất của thép
Nguyên
tố
Nâng cao độ
thấm tôi
Hóa
bền
ferit
Làm
nhỏ hạt
Hình thành
cácbit
Cản trở sự
ram
Công dụng nổi
bật
Cr Mạnh
Trung
bình
Yếu Trung bình Trung bình
Có trong mọi
thép để nâng cao
độ thấm tôi,
chống ăn mòn và
chịu nhiệt

tạo thép
austenit
Mo Rất mạnh Yếu
Trung
bình
Mạnh Mạnh
W Trung bình Yếu
Trung
bình
Mạnh Mạnh
Chống giòn ram
loại II và nâng
cao độ bền ở
nhiệt độ cao
V
Mạnh, nhưng
VC khó hòa
tan vào γ
Yếu Mạnh Mạnh Mạnh Làm hạt nhỏ

1.3 Vật liệu chế tạo bulông cường độ cao
Qua cuộc khảo sát tại Nhà máy cán Lưu Xá, chúng tôi thấy có nhiều loại
bulông ở các vị trí lắp ghép các chi tiết trong giàn máy cán thường hay bị dãn,
đứt và phải mất nhiều thời gian để khắc phục. Hiện nay Nhà máy chưa chọn lựa
được vật liệu phù hợp để chế tạo bulông này. Có 2 loại bulông Nhà máy đang
quan tâm đến khả năng làm việc của chúng là:
+ Bulông M16: Lắp ở đầ
u trục mang bánh cán thép dây (bánh cán có kích
thước D170) lắp thông qua mặt bích để có tác dụng chặn giữ bánh cán và chống
di dọc trục cho bánh cán trong quá trình làm việc (dùng để cán các sản phẩm

8.8
Thép các bon qua tôi, ram 0,25 0,55 0,035 0,035
Thép các bon qua tôi, ram có
các nguyên tố: Mn, Cr
0,15
d
0,35 0,035 0,035
9.8
Thép các bon qua tôi, ram 0,25 0,55 0,035 0,035
Thép các bon qua tôi, ram 0,25 0,55 0,035 0,035
Thép các bon qua tôi, ram có
các nguyên tố Mn, Cr
0,20
d
0,55 0,035 0,035
10.9
f
Thép hợp kim qua tôi và ram
g
0,2 0,55 0,035 0,035
12.9
fh
Thép hợp kim qua tôi và ram
g
0,28 0,50 0,035 0,035
15
Ghi chú:
d: Trong trường hợp thép cácbon thường có hàm lượng cácbon dưới 0,25%, thì hàm
lượng mangan đối với cấp 8.8 là 0,6% và 9.8, 10.9 là 0,7%.
f: Vật liệu cho các cấp bulông này phải có độ thấp tôi đủ để đảm bảo tổ chức 90%

g
Brinen
HB
lớn
nhất
209 238 285 319 342 363 412
nhỏ
nhất
- - 20 23 27 31 38
3. Độ cứng

Rốc oen
HRC
lớn
nhất
-
- 30 34 36 39 44
danh
nghĩa
180 240 320 300 400 360 480 - - - - -
4. Giới hạn

chảy
σ ch,
N/mm²
nhỏ
nhất
190 240 340 300 420 360 480 - - - - -
danh
nghĩa
17
2.NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Nội dung nghiên cứu
Dựa trên tiêu chuẩn GB 3077-88 của Trung Quốc và các tiêu chuẩn nước
ngoài khác để lựa chọn mác thép hợp kim 37SiMn2MoV phù hợp cho việc chế
tạo bulông cường độ cao. Nội dung nghiên cứu như sau:
1) Xây dựng đề cương kế hoạch nghiên cứu: tổng quan và chi tiết.
2) Nghiên cứu các tài liệu về: Tiêu chuẩn vật liệu, tiêu chuẩn sản phầm,
công nghệ chế tạ
o, ứng dụng của bulông M16 và M27.
3) Khâu công nghệ: Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ, thiết bị
chế tạo thép hợp kim kết cấu 37SiMn2MoV theo tiêu chuẩn Trung Quốc GB
3077-88. Dựa trên cơ sở vật chất, thiết bị sẵn có tiến hành nghiên cứu thực
nghiệm để xác định các công nghệ:
+ Công nghệ nấu luyện
+ Công nghệ tinh luyện

256:2001.
- Dùng kính hiển vi quang học Axiovert 40 MAT để nghiên cứu tổ chức và
cấu trúc pha.
- Sử dụng thiết bị MK30 để xác định khả năng chịu va đập của thép theo
tiêu chuẩn
TCVN 312-84. 19
3. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
3.1 Công nghệ nấu luyện
Để đảm bảo thép sau khi nấu luyện đạt chất lượng cao, đồng thời cũng phù
hợp với điều kiện nguyên vật liệu và thiết bị sẵn có trong nước, chúng tôi chọn
thiết bị nấu luyện là lò cảm ứng trung tần. Cụ thể đề tài sẽ tiến hành nghiên cứu
công nghệ nấu luyện trên lò cảm ứ
ng trung tần Radyne 300 kg/mẻ do nước Anh
chế tạo.
Trên cơ sở yêu cầu về thành phần hoá học của mác thép và tận dụng phế
liệu sẵn có tại Viện Luyện kim đen, đề tài đã sử dụng các loại nguyên liệu sau :
- Thép nền loại C30, CT3
- FeMo

3 C 6-10
4 Mo 1-2
5 V 15-20

Dựa vào thành phần hoá học của nguyên liệu đầu vào (bảng 8), hệ số cháy
hao các nguyên tố hợp kim (bảng 9), chúng tôi đã tính toán phối liệu cho 3 mẻ
nấu thí nghiệm với trọng lượng mỗi mẻ khoảng 250 kg như trong bảng 10.
Bảng 10 : Phối liệu các mẻ nấu thí nghiệm, kg
TT Nguyên liệu Mẻ 1 (kg) Mẻ 2 Mẻ 3
1 Thép phế CT3 - 240 240
2 Phế C30 240 - -
3 FeMn 4,2 5,0 5,0
4 FeMo 2,1 2,1 2,1
5 FeV 0,5 0,5 0,5
6 FeSi 2,5 2,8 2,8
7 Bột than điện cực 0,2 0,6 0,6
8 Nhôm kim loại 0,8 0,8 0,8
Tổng cộng 250,3 251,8 251,8 21
Quy trình thao tác nấu luyện như sau :
- Cho chất tạo xỉ gồm hỗn hợp CaO và CaF
2
đã được nghiền nhỏ và sấy khô
vào đáy lò.
- Xếp liệu gồm thép phế CT3, C30 và FeMo vào lò sao cho liệu được xếp
chặt nhất. Lượng bột than điện cực được cho vào hộp sắt, đóng kín rồi cho vào
đáy lò.
- Đóng điện cho lò hoạt động, sau đó tăng dần công suất lò để nấu chảy mẻ

1 0,350 0,640 1,781 0,235 0,093 0,425 0,082 0,032 0,024
2 0,351 0,645 1,776 0,235 0,093 0,423 0,080 0,033 0,026
3 0,348 0,643 1,780 0,234 0,094 0,424 0,081 0,034 0,025
Thép
nghiên
cứu
0,33-
0,39
0,60-
0,90
1,6-
1,9
≤0,30 ≤0,30
0,40-
0,50
0,05-
0,12
≤0,035 ≤0,035

Qua số liệu nêu trong bảng 11 ta thấy cả 3 mẻ nấu thí nghiệm đều đạt yêu
cầu về thành phần hóa học. Hàm lượng các nguyên tố hợp kim C, Si, Mn, Mo,
Cr và V đều nằm trong giới hạn tiêu chuẩn của mác thép 37SiMnMoV. Các tạp
chất P, S đều nằm trong giới hạn, tuy nhiên P gần giới hạn trên vì hàm lượng P
trong FeMn tương đối cao. Rút kinh nghiệm từ các mẻ nấu luyện chúng ta có thể
điều chỉnh hàm lượng P trong thép giảm xuống bằ
ng cách lựa chọn những FeMn
có hàm lượng P thấp để phối liệu.
3.2 Công nghệ tinh luyện
Để tạo điều kiện tốt cho khâu rèn tiếp theo thì thỏi đúc phải đáp ứng
được các yêu cầu sau :

Cho lượng x
ỉ cần thiết cho một thỏi (2,0 – 2,5 kg cho một thỏi điện xỉ 40 –
45 kg) vào hộp kết tinh. Hộp kết tinh phải được kiểm tra cẩn thận về bề mặt
trong và độ kín nước. Hạ điện cực từ từ xuống sao cho tạo được hồ quang làm
nóng chảy xỉ rắn, tạo thành xỉ lỏng.
Cho điện cực nhúng vào bể xỉ lỏng với độ sâu thích hợ
p và chế độ điện hợp
lý (điện áp và dòng điện) để tạo ra được các giọt kim loại nóng chảy ở đầu điện
cực. Giọt kim loại lỏng này lớn dần lên và dưới tác dụng của trọng lực giọt kim
loại sẽ tách khỏi đầu điện cực, đi qua bể xỉ lỏng và lắng xuống dưới đáy hộp kết
tinh t
ạo thành bể thép lỏng. Tại đây, dưới tác dụng của dòng nước làm nguội
chảy quanh hộp kết tinh, bể thép lỏng kết tinh nhanh thành thỏi điện xỉ theo
hướng từ dưới lên trên và từ ngoài vào trong. Trong quá trình đi qua lớp xỉ lỏng,
do tương tác hoá lý giữa xỉ lỏng và thép lỏng nên giọt thép lỏng được tinh luyện
sạch các tạp chất, nhất là S. Vì bể thép lỏng được hình thành và kết tinh dưới lớp
xỉ l
ỏng nên rất sạch khí, tương tự như trường hợp luyện kim trong chân không.
Quá trình kết tinh xẩy ra do tốc độ làm nguôi lớn nên thỏi điện xỉ có cấu trúc hạt
mịn, rất thuận lợi cho khâu rèn tiếp theo. Quá trình tinh luyện điện xỉ cứ như thế
24
xẩy ra cho đến khi hộp kết tinh được điền đầy thì kết thúc. Nguyên lý của quá
trình điện xỉ được miêu tả trên hình 4.
Thành phần hoá học của các mẻ thí nghiệm qua tinh luyện điện xỉ được
nêu trong bảng 12 (các mẻ được phân tích bằng phương pháp hóa học truyền
thống, riêng mẻ 2 được phân tích đối chiếu)
Bảng 12 : Thành phần hoá học của thép sau điện xỉ, %
Mẻ C Si Mn Cr Ni Mo V P S
1
0,342 0,637 1,773 0,236 0,095 0,429 0,080 0,032 0,014

u hiện rỗ xốp.

25

Hình 4 : Sơ đồ qúa trình tinh luyên điện xỉ
3.3 Công nghệ rèn
Thép hợp kim mác 37SiMn2MoV là loại thép hợp kim trung bình có trở
chống biến dạng vừa phải, độ dẫn nhiệt trung bình nên khi rèn cần chú ý các
khâu nung phôi, chế độ biến dạng và quá trình làm nguội. Công nghệ rèn được
nghiên cứu trên hệ thống thiết bị gồm lò phản xạ, búa máy 450kg và 150kg
Thép 37SiMn2MoV sau khi điện xỉ được kiểm tra chất lượng đem xếp vào
lò phản xạ có nhiệ
t độ ban đầu bằng nhiệt độ môi trường. Tiến hành nâng nhiệt
với tốc độ tăng từ 80-120
0
C/h. Sau thời gian từ 5 đến 6giờ lò đạt nhiệt độ 650-
750
0
C ta tiến hành nâng nhiệt nhanh khoảng 150-200
0
C/h. Khi lò đạt nhiệt độ
1100-1150
0
C thì giữ đẳng nhiệt trong vòng 2giờ sau đó tiến hành rèn.
Giai đoạn 1 : Vỗ dài phôi thép, chặt đầu, đuôi đến kích thước cần thiết.
- Nhiệt độ bắt đầu rèn : 1100-1150
0
C
- Nhiệt độ kết thúc rèn : 900-950
0