VIỆN LUYỆN KIM ĐEN
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÉP SUS440B DÙNG
TRONG CÔNG NGHIỆP VÀ DÂN DỤNG CNĐT: PHẠM THỊ MAI HƯƠNG 8287

NĂM 2010

3.1.3 Công nghệ ủ 26
3.1.4 Công nghệ rèn 28
3.1.5 Công nghệ tôi 30
3.1.6 Công nghệ ram 31
3.2 Các tính chất của thép SUS440B 33
3.2.1 Thành phần hoá học 33
3.2.2 Tính chất cơ lí 34
3.2.3 Cấu trúc pha 34
3.2.4 Tính chống gỉ 36
3.3 Chế tạo sản phẩm 39
4
. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44
4.1. Kết luận 44
4.2 Kiến nghị 44
5.
TÀI LIỆU THAM KHẢO 46
6
. PHỤ LỤC 47

2
MỞ ĐẦU
Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ 10 đã đề ra phương hướng phấn đấu
tới năm 2020 cơ bản đưa nước ta trở thành một nước công nghiệp. Để hiện
đại hóa được nền công nghiệp nước nhà thì việc nghiên cứu chế tạo được
những vật liệu để sản xuất dụng cụ, thiết bị có chất lượng cao, đáp
ứng được
yêu cầu khắt khe của đời sống và sản xuất là một việc rất cần thiết và quan
trọng.
Nhiều ngành công nghiệp như hóa chất, chế biến thực phẩm, công
nghiệp dầu khí có điều kiện làm việc trong các môi trường xâm thực khác

vẻ. Điều kiện làm việ
c phức tạp của các chi tiết máy luôn luôn đặt ra những
vấn đề mà khoa học và kỹ thuật phải giải quyết. Do đó luôn luôn có những
mác thép mới ra đời nhằm đáp ứng được những yêu cầu của công nghiệp và
đời sống.
Hậu quả của quá trình ăn mòn là làm giảm tiết diện làm việc của chi
tiết kim loại, làm giảm độ bền, làm mất độ kín, tính lưu truyền, hình dáng và
tính chất kế
t cấu quan trọng khác của cụm chi tiết và tổ hợp máy. Các sản
phẩm tạo thành của ăn mòn làm ô nhiễm môi trường, giảm chất lượng sản
phẩm, làm xấu các thông số máy và trong hàng loạt trường hợp phá huỷ các
công trình và tăng thêm sự cố của máy.
Người ta có thể phân loại ăn mòn theo cơ chế quá trình hoặc theo hình
dạng bên ngoài của bề mặt ăn mòn. Nếu phân loại theo cơ chế ta có ăn mòn
hóa học và
ăn mòn điện hóa. Phân biệt theo dạng bên ngoài của bề mặt ăn
mòn, ta có dạng ăn mòn đều, ăn mòn cục bộ, ăn mòn tinh giới. Nếu phân
biệt theo môi trường ăn mòn, ta có dạng ăn mòn khí quyển, ăn mòn nước
biển, ăn mòn lỏng…
Sau đây chúng ta xem xét các dạng ăn mòn được phân chia theo biểu
hiện bên ngoài của bề mặt bị ăn mòn.

4
a, Sự ăn mòn đều đặn, toàn bộ. Biểu hiện của sự ăn mòn là xảy ra sự
phá huỷ chi tiết trên toàn bộ bề mặt ước chừng là như nhau.
b, Sự ăn mòn cục bộ hay còn gọi là ăn mòn điểm, trong sự ăn mòn này
chỉ những phần riêng biệt của bề mặt chi tiết bị phá huỷ (ăn mòn điểm).
c, Ăn mòn tinh giới. Sự ăn mòn tinh giới
được phân bố theo biên giới
tinh thể (hạt) bên trong kim loại. Ăn mòn tinh giới thường rất khó được biểu

Chi tiết ở trạng thái căng cơ học bị ăn mòn mạnh nhất. Sau biến dạng
dẻo các lỗ nhỏ
tế vi giữa các tinh thể xuất hiện trong kim loại làm giảm tính
chống ăn mòn của vật liệu. Ảnh hưởng chung do ăn mòn và độ căng cơ học
là làm cho các chi tiết bị mỏi khi làm việc trong môi trường ăn mòn và tải
trọng xoay chiều. Các thí nghiệm cũng chứng tỏ rằng các chi tiết có bề mặt
nhám bị ăn mòn nhiều hơn so với các chi tiết có bề mặt được đánh bóng (1).
Nhiệt độ
đóng vai trò lớn trong tất cả các dạng ăn mòn. Trị số thế thay
đổi khi tăng nhiệt độ trong ăn mòn điện hoá, làm tăng tốc độ quá trình phá
huỷ, thay đổi độ hoà tan oxy trong nước.
1.1.2 Sự ăn mòn thép không gỉ
Thép do có độ bền cao chống lại sự ăn mòn trong điều kiện khí quyển
và trong một vài môi trường khí, nước sông, nước biển, dung dịch muối,
kiềm và một vài axit ở nhiệt độ
phòng và ở nhiệt độ cao hơn được gọi là
không gỉ.
Nguyên tố hợp kim cơ bản bảo đảm độ bền ăn mòn của kim loại, đặc
biệt trong môi trường oxy hoá là Crôm. Crôm tinh khiết có độ bền hoá học
cao do tạo thành màng oxit phủ lên bề mặt của chúng. Khi thêm Cr vào thép
thì chúng tạo thành dung dịch rắn với sắt và làm tăng độ chống gỉ của thép,
nhưng chỉ có tác dụng khi hàm lượng của chúng trong thép từ 11,7%. Giới
hạn này cũng được xác định khi nghiên cứu dung dịch rắn Fe-Cr, ở đây sự
thay đổi thế rõ ràng khi hàm lượng 12 – 13%Cr . Hàm lượng Cr càng cao thì
khả năng chống gỉ của hợp kim trong môi trường khí quyển và trong hàng
loạt môi trường ăn mòn khác càng cao.

6
Các nguyên tố hợp kim khác, khi đưa vào thép thì có thể làm tăng
hoặc giảm tính chống gỉ của hợp kim Fe-Cr. Thí dụ, các bon liên kết với Cr

0,020%.
Thép không gỉ hệ Cr-Ni bền trong môi trường axit nitric, axit sunfuric
lạnh, nhưng không bền trong môi trường HCl. Nếu hợp kim hóa thêm các
nguyên tố như Mo, Cu thì làm tăng tính chống gỉ của thép không gỉ. Để tăng
tính chịu nhiệt của thép chống lại ăn mòn không khí ở nhiệt độ cao thì người

7
ta có thể hợp kim hóa thép bằng các nguyên tố Cr, Al, và Si. Các nguyên tố
này có ái lực hóa học với oxy cao hơn so với Fe, bởi thế chúng sẽ khuyếch
tán từ lớp bên trong của kim loại đến bề mặt để gặp oxy và nồng độ của
chúng trong màng oxit sẽ tăng lên.
1.1.3 Những phương pháp đánh giá tính chống gỉ của vật liệu kim loại.
Để xác định tính chống gỉ của thép, phương pháp phổ biến nhất là xác
định theo độ gi
ảm trọng lượng hoặc độ giảm chiều dày của lớp kim loại và
phương pháp đường cong phân cực.
Theo tài liệu từ công trình (1), có 2 phương pháp đánh giá:
* Phương pháp đánh giá theo độ giảm chiều dày của lớp kim loại hoặc hợp
kim bị ăn mòn trong một đơn vị thời gian (mm/năm).
+ Trong môi trường ăn mòn yếu (không khí, nước….)
- Tốc độ ăn mòn <0,01 mm/năm được coi là hoàn toàn không gỉ.
- Tốc
độ ăn mòn <0,1 mm/năm được coi là không gỉ
- Tốc độ ăn mòn >0,1 mm/năm được coi là bị gỉ
+ Trong môi trường ăn mòn mạnh (axit, muối, bazơ…)
- Tốc độ ăn mòn <0,1 mm/năm được coi là hoàn toàn không gỉ.
- Tốc độ ăn mòn <1 mm/năm được coi là không gỉ.
- Tốc độ ăn mòn >1 mm/năm được coi là bị gỉ.
* Phương pháp đánh giá theo độ giảm trọng lượng trên một đơ
n vị diện tích,

+ Làm sạch bề mặt thỏi đúc bằng tia lửa với sự trợ giúp của máy
cắt hơi đặc biệt.
- Xử lý bề mặ
t sản phẩm sau gia công cơ khí.
Để xử lý bề mặt sản phẩm sau gia công cơ khí người ta có thể sử dụng
các phương pháp sau:
+ Đánh bóng bề mặt bằng cát, sau đó bằng phớt niken.
+ Dùng phương pháp đánh bóng điện hoá.
+ Dùng phương pháp tẩy rửa hoá học. Có thể dùng hỗn hợp tẩy rửa
là axit HNO
3
+ HCl hoặc hỗn hợp NaCl + NaF + HNO
3
.
Tuỳ mục đích sử dụng mà người ta có thể sử dụng một phương
pháp hoặc đồng thời nhiều phương pháp khác nhau nhằm tạo ra được bề nặt
sản phẩm đạt yêu cầu và có hiệu quả kinh tế nhất.
1.2 Thép bền chịu ăn mòn.
Thép mà theo đó vừa có độ bền cao, vừa có tính chống gỉ (chịu ăn
mòn) trong một vài môi trường thì được gọi là thép bền chị
u ăn mòn. Theo
tài liệu (2) đưa ra một số mác thép bền chịu ăn mòn như bảng 1. 9
Bảng 1. Thành phần hóa học của thép bền chịu ăn mòn.
Mác thép
Thành phần hoá học (%)
C Cr Mo V
9X18(440B) 0,9 18 - -

ra molipden còn kích thích sự biến cứng khuyếch tán khi ram và tạo khả
năng làm tăng độ cứng thứ cấp và tăng độ bền chịu nhiệt.
Trong thép có 18 % Cr có thể chứa 0,6-0,8 % Mo và trong thép có 14 %
Cr cần phải chứa tới 1,4-1,8 % Mo. Đặc trưng nồng độ của dung dịch rắn là
điện trở thì hoàn toàn như nhau ở các mác thép 440B và 440C sau tôi.
Ngoài ra độ bền chịu ăn mòn của thép còn phụ thuộc vào:
- Trạng thái cấu trúc nhận được sau ram. Sau khi ram ở 150 – 400
o
C,
hầu như không làm giảm hàm lượng crôm trong pha mactesit, thép tuyệt đối
bền vững (cấp 1) trong nước sôi, hơi nước, không khí ẩm và khô, với axit
hữu cơ lạnh. Sau khi ram cao hơn 500 – 550
o
C, sẽ tạo ra cacbit crôm và
dung dịch rắn bị làm nghèo đi, do vậy độ bền chống ăn mòn giảm xuống.
- Trạng thái bề mặt của dụng cụ: Độ bền chống ăn mòn tăng lên sau khi
thép được đánh bóng.
Các thép SUS440B và SUSS440C được sử dụng làm dụng cụ, chủ yếu
là dụng cụ phẫu thuật (dao, kéo, panh…) mà các dụng cụ này cần độ cứng
và độ chịu ăn mòn cao. Thép 440C có độ cứng cao sau ram
ở 150
o
C và ở
350-400
o
C, sau khi mài thô và mài bóng là 58-59 HRC.
Thép SUS440C có khoảng nhiệt độ tôi hẹp và độ cứng cao hơn.
Thép SUSS440B dùng chế tạo dụng cụ có độ cứng thấp hơn, trong đó
có cả những dụng cụ gia công đồ gỗ.
1.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim lên tính chất của thép.

nào cũng có thể tạo ra tổ chứ
c một pha của ferit, là dung dịch rắn giữa Fe- α
và Cr.
Ở hàm lượng 1 - 2% Cr hòa tan hoàn toàn trong sắt. do bán kính
nguyên tử của Cr gần bằng của Fe nên trong mạng tinh thể Fe - α, các
nguyên tử Cr nằm trong các nút mạng thay thế các nguyên tử Fe tạo nên
dung dịch rắn thay thế có các tính cơ học cao hơn. Nguyên tố Cr còn nâng
cao tính chống gỉ của thép. Đặc biệt khi hàm lượng Cr ≥12%.
Khi hàm lượng Cr trong thép tăng lên 2% thì sẽ tạo ra các loại cacbit
Crôm đặc biệt, có công thức hóa học là Cr
7
C
3
. Loại cacbit này rất ổn định và
chỉ hòa tan trong austenit khi nung ở 1040 ÷ 1070
0
C.
Khi hàm lượng Cr từ 10 ÷ 12% trở lên sẽ tạo thành loại cacbit phức
tạp. Sự hình thành các loại cacbit này phụ thuộc vào hàm lượng crôm và
cacbon như đưa ra ở hình 2. Nhờ có các loại cacbit này mà thép có độ cứng
cao và chịu mài mòn tốt. Crôm ảnh hưởng đến chuyển biến γ↔α , ảnh
hưởng đến nhiệt độ chuyển biến và điều kiện tiết cacbit từ dung dịch rắn.
Ta đã biết rằng, khi trên bề m
ặt kim loại và hợp kim tạo được một lớp
màng oxít có khả năng ngăn ngừa không cho các ion thấm qua và bám chặt
vào kim loại nền. Chính lớp màng này đã ngăn cản sự oxy hoá tiếp theo, tạo
cho kim loại và hợp kim ở vào trạng thái thụ động. Đó là lớp màng thụ động.
Khả năng chống gỉ của hợp kim phụ thuộc vào tính chất vật lý và hoá học
của lớp màng bảo vệ này. Trong các nguyên tố h
ợp kim thì crôm có vai trò

+
7
3
2
3
6
C
C
r
C
r
C
α
+
+
7
3
C
r
C
α
+
7
3
Cr C
3
7
3
C
Fe

Trong thép không gỉ làm dụng cụ như dao, dụng cụ y tế,… Mo làm
tăng độ thấm tôi, tăng độ cứng, tăng tính chống gỉ và tăng tính chống mài
mòn. Hàm lượng Mo trong thép này nằm trong khoảng 0,25 ÷ 0,75.
1.3.4 Ảnh hưởng của Si
Trong thép không gỉ Mactenxit có 17%Cr, Si làm tăng nhiệt độ AC
3

lên 70 ÷ 90
0
C, làm hạ tốc độ tôi tới hạn. Sự chuyển biến γ→α xảy ra ở trong
thép chứa 0,36%Si ở 215
0
C, trong thép chứa 1,2%Si ở 190
0
C. Hàm lượng Si
trong thép tăng làm giảm độ bền sau tôi ở nhiệt độ cao. Đối với thép có hàm
lượng Si càng cao, độ dai va đập sau ram ở 700
0
C càng giảm, thép có
1,2%Si độ dai va đập giảm đến 5,5kg.m/cm
2
, thép có 1,95%Si độ dai va đập
giảm đến 1,3kg.m/cm
2
. Sự giảm độ dai va đập ở 700
0
C liên quan đến sự tạo
thành Silicua . Khi tăng hàm lượng Si, độ bền ăn mòn trong axit nitric bị
giảm nhiều.
1.3.5 Ảnh hưởng của Mn.

1.4 Lựa chọn mác thép nghiên cứu.
Trong các loại thép không gỉ, thì thép không gỉ mactenxit là loại được
phát hiện sớm nhất và rẻ tiền nhất. Để tạo ra độ bền chịu
ăn mòn của thép
với môi trường xung quanh, người ta thường sử dụng nhiều thép mactensit
11-12% Cr. Những thép này trước hết phải giảm hàm lượng cacbon. Song vì
cần thiết đảm bảo một độ cứng cao mà khả năng giảm cacbon như vậy là hạn
chế độ cứng. Các loại thép không gỉ dùng để chế tạo dụng cụ như dụng cụ y
tế, các loại dao dùng trong công nghiệp thực phẩm, các loại vòng

16
bi…thường phải có độ bền cao, độ cứng cao, độ bền mỏi và độ chống mài
mòn cao. Để bảo đảm được các yêu cầu đó thì thép phải chứa nhiều cácbon
(khoảng 1%). Và để bảo đảm tính chống gỉ cao trong các môi trường xâm
thực thì phải cần lượng crôm trong thép đủ lớn để đảm bảo vừa kết hợp với
cácbon tạo thành các bit làm cho thép có độ cứng cao vừa bảo đảm hàm
lượng crôm trong dung dị
ch rắn cao để tạo cho thép có tính chống gỉ tốt. Do
đó để đảm bảo yêu cầu này lượng Cr trong thép phải đạt 16-18%. Ngoài ra
để nâng cao tính chống gỉ và các tính chất cơ lý khác người ta còn hợp kim
hoá thêm niken ở khoảng ≤ 0,75%, và Mo từ 0,3-0,75%. Bởi vì molipden kết
hợp với một phần crôm trong cácbit M23C6, do đó làm cho nồng độ crôm
trong dung dịch tăng lên và làm tăng độ bền chống ăn mòn. Ngoài ra
molipden còn kích thích sự biến cứng khuyếch tán khi ram và tạo khả năng
làm tăng độ cứng thứ cấp và tăng độ bền chịu nhiệt. Trong thép có 18 % Cr
có thể chứa 0,6-0,8 % Mo. Dựa vào những phân tích nêu trên chúng tôi đã
chọn nghiên cứu công nghệ để sản xuất loại thép SUS440B, là loại thép bền
chịu ăn mòn như đã nêu ở mục 1.2 để sử dụng trong công nghiệp và đời
sống
Thành phần hoá học và tính chất cơ lý của thép SUS440B và các mác

≤
0,75
95 X18
ΓOCT 5632
(Nga)
0,90
÷
1,0
≤ 0,8 ≤ 0,8 ≤0,03 ≤ 0,025
17,0
÷
19,0
≤ 0,6 -
ASTM 440B
(Mỹ)
0,75
÷
0,95
≤1,0 ≤ 1,0 ≤0,04 ≤0,03
16,0
÷
18,0
-
≤
0,75
8Cr17
GB 1220 – 92
(Trung Quốc)
0,75
÷

)
độ cứng sau ủ
(HRB)
Độ cứng sau
tôi +ram
(HRc)
SUS 440B 780
≥590
15 39 ≤ 225
≥ 56 HRC

18
PHẦN 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU
2.1.Nội dung nghiên cứu.
- Nghiên cứu tài liệu, lựa chọn mác thép thích hợp để chế tạo dụng cụ
(dao nhà bếp).
- Xác lập được quy trình công nghệ chế tạo thép SUS440B gồm các
bước:
• Công nghệ nấu luyện
• Công nghệ tinh luyện
• Công nghệ rèn
• Công nghệ nhiệt luyện
• Công nghệ xử lý bề mặt
- Xác định các tính ch
ất: tính chống gỉ, độ cứng, độ bền, thành phần hoá
học, cấu trúc của vật liệu.
- Từ mác thép nghiên cứu chế tạo được 20 sản phẩm
- Dùng thử sản phẩm để đánh giá chất lượng.
- Báo cáo tổng kết đề tài.

3.1. Công nghệ chế tạo thép SUS440B
3.1.1 Công nghệ nấu luyện
Thép SUS440B là thép không gỉ hệ Cr có hàm lượng cacbon cao, có
thành phần hoá học như sau : C : 0,75 – 0,95%; Si ≤ 1,0%; Mn ≤ 1,0%; P ≤
0,045%; S ≤ 0,03%; Cr : 16 – 18%; Ni ≤ 0,6%; Mo ≤ 0,75%. Để bảo đảm
hàm lượng cacbon của mác thép cần phải chú ý tới độ cháy hao của cacbon.
Dựa vào cháy hao thực tế được đúc rút trong nhiều năm sản xuất và nghiên
cứu thép hợp kim của Việ
n để tính phối liệu cho các mẻ luyện thép nghiên
cứu. Nguyên liệu cần được chọn lọc và phân tích chính xác để giúp cho việc
tính phối liệu dễ dàng, thép có thành phần đúng mác.
Để nâng cao cơ tính của thép, chúng tôi cố gắng khống chế hàm lượng
các tạp chất có hại như : lưu huỳnh, phốt pho xuống càng thấp càng tốt. Khi
luyện thép cố gắng đạt hàm lượng P ≤ 0,025 và S ≤ 0,025%.
Trong điều kiện thiết bị
của nước ta, cũng như trong khuôn khổ đề tài
chúng tôi sử dụng lò cảm ứng trung tần dung lượng 300kg/mẻ, kiểu Radyne
của Anh để nấu luyện thép mác SUS 440B.
Trên cơ sở thành phần hoá học đã chọn, đặc tính của thiết bị công nghệ,
chúng tôi đã lựa chọn các nguyên liệu như trong bảng 4 và dựa vào hệ số
cháy hao của các nguyên tố (bảng 5) để tính phối liệu mẻ nấu số 1 như
trong
bảng 6. 21
Bảng 4: Thành phần các nguyên liệu chính dùng để luyện thép SUS440.

∼ 1
C(than điện cực) 20 – 25
Mo 2 - 3
22
Bảng 6: Phối liệu các mẻ nấu (tính bằng kg).
TT Nguyên liệu Mẻ 1 Mẻ 2 Mẻ 3
1 Phế thép X17 - 200 200
2 Phế thép CT3 155 - -
3 FeMn 1.0 1.0 1.0
4 FeCr (C cao) 21.5 3.0 3.0
5 FeCr (C thấp) 33.5 - -
6 FeSi 1.0 1.0 1.0
7 Ni kim loại 0.4 0.2 -
8 FeMo 1.8 1.8 1.8
9 Al kim loại 0.5 0.5 0.5
10 Than điện cực - 2.2 2.0

Cộng 214.7 209.7
209.3 Quy trình nấu luyện được tiến hành như sau:
• Thứ tự xếp liệu: xếp một lượt thép phế, sau đó xếp niken kim loại,
FeCr các bon cao, FeCr các bon thấp, FeMo (đã được sấy khô), thép
phế.
• Đóng điện, chạy 60% công suất trong 6 – 8 phút. Sau đó từ từ nâng
lên cực đại. Khi liệu ở dưới nồi đã chảy thì chọc liệu và cho thêm

luyện được ghi
ở bảng 7.

24
Bảng 7: Thành phần hoá học của các mẻ thí nghiệm Mẻ
Thành phần hoá học (%)
C Mn Si Cr Ni Mo P S
1 0.85 0.60 0.70 17.10 0.60 0.50 0.026 0.010
2 0.96 0.65 0.69 16.50 0.62 0.58 0.022 0.012
3 0.87 0.66 0.65 17.02 0.63 0.52 0.021 0.011
2
*
0,98 0,58 0,65 16,55 0,52 0,53 0,028 0,010

Thành phần hoá học của mác thép được tiến hành phân tích tại phòng
thí nghiệm Viện Luyện kim đen. Ngoài ra, chúng tôi còn kiểm tra lại mẻ
luyện số 2 tại Viện Công nghệ, kết quả phân tích được thể hiện trên bảng 7
(mẻ 2
*
).
Từ các kết quả phân tích nhận được, chúng tôi thấy rằng tiến hành nấu
luyện với 2 cách phối liệu khác nhau vẫn có được mác thép đạt yêu cầu đề
ra. Như vậy tận dụng các loại thép phế liệu sẽ đưa lại nhiều lợi ích về kinh tế
mà các yêu cầu đối với mác thép vẫn đảm bảo. Tuy nhiên cần phải chọn lọc
và phân tích chính xác thành phần hoá học của nguyên liệu.
3.1.2 Công nghệ tinh luy
ện