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:

NGHIấN CU CễNG NGH SN XUT THẫP 25MnV
LM XCH KẫO TRONG CC HM Lề KHAI THC THAN

DFGEDFGEDFGE

Cơ quan chủ quản: tổng công ty thép vN
Cơ quan chủ trì: Viện Luyện kim Đen
Chủ nhiệm đề tài: THS. LÊ QUANG HIU 6824
27/4/2008

11
2.6
ảnh hởng của Phốt pho
11
3. Công nghệ chế tạo tạo xích vòng 12
3.1.
Công nghệ cắt uốn xích
12
3.2.
Công nghệ hàn v công nghệ chế tạo xích vòng
14
4. Yêu cầu về vật liệu 17
4.1.
Yêu cầu về kích thớc hình học
17
4.2.
Yêu cầu về độ cứng
17
4.3.
Yêu cầu về độ bền
17
II Nội dung và phơng pháp nghiên cứu
18
1. Nội dung nghiên cứu 18
2. Phơng pháp nghiên cứu 18
III Quá trình thực nghiệm
20
1. Công nghệ luyện thép 20
2. Công nghệ tinh luyện 23
3. Công nghệ gia công nóng 24

tạo cũng có những bước tiến vượt bậc. Sự phát triển không ngừng của các ngành như
công nghiệp ôtô, công nghiệp giấy, công nghiệp xi măng, công nghiệp hoá chất, công
nghiệp than đã đưa mức tăng trưởng về công nghiệp cả nước trong năm 2007
khoảng 17%. Hầu hết các sản phẩm thép chế tạo chúng ta đều phải nhập khẩ
u từ nước
ngoài do đó thiếu sự chủ động trong sản xuất kinh doanh. Hơn thế nữa, một số chủng
loại thép đặc biệt với nhu cầu không lớn nên việc nhập khẩu là rất khó khăn và giá
thành bị đẩy lên cao. Một trong số đó là thép hợp kim dùng làm xích kéo trong các
hầm lò khai thác than.
Đứng trước tình hình đó, năm 2007 Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công thương) đã
giao cho Viện Luyện kim Đen thực hiện đề
tài "Nghiên cứu chế tạo thép 25MnV làm
xích kéo trong các hầm lò khai thác than". Mục tiêu của đề tài là xác lập được công
nghệ sản xuất thép 25MnV có chất lượng tương đương thép nhập ngoại với nguyên
liệu và trang thiết bị trong nước để đáp ứng nhu cầu cho ngành than nói riêng và các
ngành công nghiệp khác nói chung.
Báo cáo tổng kết đề tài bao gồm phần như sau:
1. Phần tổng quan.
2. Nội dung, phương pháp nghiên cứu.
3. Quá trình thực nghiệm.
4. Các kết quả đạt được.
5. K
ết luận và kiến nghị.
6. Tài liệu tham khảo.

3
7. Phụ lục.
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm thực hiện đề tài đã nhận được sự chỉ đạo,
giúp đỡ và tạo điều kiện của Vụ Khoa học công nghệ (Bộ Công thương), Phòng Kỹ
thuật Tổng Công ty thép Việt Nam, Công ty TNHH Tú Ninh (Thái Nguyên), Công ty

1. Giới thiệu về thép hợp kim thấp và thép làm xích kéo mác 25MnV
Ngày nay, thép hợp kim thấp đợc sử dụng khá phổ biến trong nhiều lĩnh vực đặc
biệt là ngành cơ khí chế tạo. Thép hợp kim thấp đợc sử dụng rộng rãi vì chúng có
đợc nhiều tính u việt nh độ bền cao, tính dẻo tốt, độ bền chống phá huỷ cao, chịu
đợc tải trọng trong một số điều kiện đặc biệt với thời gian dài , giá thành hạ. Thép
hợp kim thấp là thép có tổng hàm lợng các nguyên tố hợp kim 5%, trong đó hàm
lợng cacbon (C) khoảng 0,2 ữ 0,5% và một số nguyên tố khác nh Cr, Mn, Si, Ni, V,
Mo Với các nguyên tố hợp kim nh trên, trong quá trình nhiệt luyện thép sẽ tiết ra
các loại cacbit hợp kim làm cho thép có độ hạt nhỏ mịn nhờ đó thép sẽ đạt đợc tính
chất cơ lý tốt. Thông thờng loại thép này trớc khi đa vào sử dụng phải đợc tiến
hành tôi và ram.
Hiện nay, ngành cơ khí chế tạo sử dụng nhiều mác thép hợp kim khác nhau nh
thép hợp kim chứa CrNi, CrNiV, MnSi, MnV, CrMnSi, CrMnSiNiMo, MnSiMoV,
MnSiNiMo Trong số các mác thép này thì hiện nay tại Việt Nam một số cơ sở sử
dụng thép 25MnV để làm xích kéo trong các hầm lò khai thác than với lý do loại thép
này đảm bảo đợc một số yêu cầu về cơ lý tính, giá thành hạ. Tuy nhiên do nhu cầu
sản lợng cha lớn lắm nên có khó khăn trong việc nhập khẩu. Mác thép 25MnV đợc
nghiên cứu theo tiêu chuẩn GB 3077-88 của Trung Quốc, nó là loại thép hợp kim đa
nguyên tố: măngan, vanađi. Loại thép này có độ bền cao, độ dai tốt và cũng chịu đợc
điều kiện làm việc với tải trọng đổi dấu trong thời gian dài. Một số nớc khác cũng có
những mác thép hợp kim thấp tơng tự nh mác thép này nh 182AGOST 192-82,
ASTM A633 Mỹ, SMn420 Nhật Thành phần hoá học và cơ tính của các mác thép
25MnV và một số mác tơng đơng đợc nêu trong bảng 1.1 và bảng 1.2. 5
Bảng 1.1: Thành phần hoá học mác thép 25MnV và một số mác tơng đơng
Mác thép C Si Mn P S Cr Ni V
20MnV
GB3077-88

k
(J.cm
-2
) HB (sau ủ)
25MnV 785 590 10 55 200
Gr.E A633 515 ữ 655 380 23 200
SMn420 690 14 49 201 ữ 311
182A 588 441 19 200
Trong bảng 1.2 ta thấy rằng tính chất cơ lý của mác thép 25MnV của Trung
Quốc có tính chất cơ lý là rất cao so với các mác thép khác cùng loại. Giải thích về

6
điều này có thể lý giải rằng trong các mác thép của các nớc khác thì hàm lợng C
thờng thấp hơn. Đồng thời hàm lợng nguyên tố V cũng thấp do đó thép mác 25MnV
có cơ lý tính khá cao. Để giải thích một cách cụ thể hơn chúng ta sẽ nghiên cứu sự ảnh
hởng của các nguyên tố hợp kim đến tổ chức và tính chất của vật liệu.
2. ảnh hởng của các nguyên tố hợp kim đến cấu trúc và tính chất của thép.
Nh đã nói ở trên, thép 25MnV thuộc hệ thép hợp kim thấp với hàm lợng C
trung bình đợc hợp kim hoá bằng Mn, V Chính nhờ sự kết hợp này mà thép sau khi
đợc nhiệt luyện (tôi + ram) thép đạt đợc một số tính chất cơ lý tốt, đáp ứng đợc các
yêu cầu của một số chi tiết máy làm việc trong điều kiện nặng và tải trọng đổi dấu.
Sau đây chúng ta nghiên cứu ảnh hởng của các nguyên tố hợp kim đến tính chất và
cấu trúc của mác thép 25MnV.
2.1. ảnh hởng của Cacbon (C).
Cacbon là nguyên tố có ảnh hởng rất lớn đến việc quyết định tổ chức và tính
chất của thép. C là nguyên tố mở rộng vùng hay nói cách khác thì tăng khả năng ổn
định cho pha austenit. Do có khả năng mở rộng vùng và tạo thành pha cacbít có độ
cứng cao nên C là nguyên tố tăng bền rất tốt đối với các hợp kim trên cơ sở nền sắt.
Khi nhiệt độ tăng lên thì khả năng tăng bền của C có sự thay đổi do sự thay đổi cấu
hình của cacbit. Khi có sự tạo thành cacbit của các nguyên tố hợp kim thì C đóng góp
Hình 1.1: ảnh hởng của Si trong hệ Fe-Si tới tốc độ ăn mòn
Hợp kim Fe-Si nếu có thêm Ni và Mo thì khả năng chống ăn mòn càng cao.
2.3. ảnh hởng của Mangan (Mn).
Mangan (Mn) là nguyên tố phổ biến trong tự nhiên và đợc xếp vào nhóm 7, chu
kỳ IV, thuộc kim loại chuyển tiếp, nằm giữa crôm và sắt trong hệ thống tuần hoàn của
các nguyên tố. Mn kim loại lấp lánh nh bạc, có màu xám xanh và có 4 dạng thù hình:
- Mn (tồn tại dới 730
0
C) có kiểu mạng lập phơng phức tạp với thông số mạng a =
0,8913 nm; - Mn (tồn tại trong khoảng 730 - 1100
0
C) có kiểu mạng lập phơng dày
đặc với thông số mạng a = 0,630 nm; - Mn có kiểu mạng lập phơng diện tâm với
thông số mạng a = 0,3855nm và - Mn có kiểu mạng lập phơng với thông số mạng a
= 0,3088nm. Mn có tỷ trọng 7,21 - 7,46 g/cm
3
(ở 25
0
C), nóng chảy ở 1244
0
C, sôi ở
2027
0
C, có độ cứng Brinen 400 - 402 kg/mm
2

, do đó trong quá trình luyện thép, ở thời kỳ đầu
Mn rất dễ bị oxy hoá, phản ứng nh sau:
(Fe0) + [Mn] (Mn0) + [Fe]
(n + m)(Fe0) + m[Mn] (mMn0.nFe0) + m[Fe]
(Mn0) và (Fe0) hàm lợng Mn0 và Fe0 trong xỉ;
[Mn] và [Fe] hàm lợng Mn và Fe trong kim loại.
Do Fe0, Mn0 hình thành dung dịch đặc liên tục nên chúng có thể tạo thành
dung dịch lý tởng và ở trạng thái cân bằng, hằng số cân bằng của phản ứng đợc
trình bày:
K
Mn
=
(
)
()
[]
MnFe
Mn
0
0

lg K
Mn
=
T
6440
- 2,95
Trong xỉ luyện thép, ngoài Fe0 và Mn0 còn có các oxit khác. Nếu thay thế
(Mn0) và (Fe0) bằng hoạt độ của nó, hằng số cân bằng có thể viết nh sau:
lg K

C 1500 1600 1700 1800
K
Mn
(xỉ kiềm) 4,68 3,09 2,04 1,48
K
Mn
(xỉ axit) 18,62 12,60 8,92 6,60
Phân tích quan hệ
()
()
0
0
Fe
Mn
và [Mn] trong thực tế luyện thép lò điện chúng ta có
thể rút ra các kết luận về khả năng khử Mn theo giản đồ sau:
Xét về khía cạnh khả năng tạo cacbit thì khả năng tạo cacbit của các nguyên tố
đợc xếp theo thứ tự tăng dần nh sau: Fe Mn Cr Mo W Nb V
Zr Ti. Nh vậy ta thấy rằng V là nguyên tố có khả năng tạo cacbit mạnh. Trong
thép hợp kim và cụ thể là hệ V-C thì V tạo ra khá nhiều loại cacbit nh: V
5
C, V
2
C,
V
4
C
3
, V
2
C
3
và VC. Giản đồ trạng thái của hệ V - C đợc trình bầy trong hình 1.4
11

0
C) làm cho thép
bị bở nguội. Phốtpho chỉ có ích trong một số loại thép còn hầu hết đều bị coi là tạp
chất có hại.

12
3. Công nghệ chế tạo xích vòng.
Trong ngành khai thác than Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung, việc vận
chuyển than trong các hầm lò khai thác đến bãi nguyên liệu hầu hết sử dụng các xe
gòng để vận chuyển. Việc kết nối các xe gòng với nhau ngời ta sử dụng hai loại khớp
nối là khớp nối cứng vá khớp nối mềm. Xích vòng dùng trong công nghiệp khai
thác than là một loại khớp nối và nó thuộc dạng khớp nối mềm. Ưu điểm của xích
vòng so với các loại khớp nối khác là nó có độ linh động, việc tháo lắp và thay thế là
dễ dàng. Hiện nay việc cung cấp xích vòng trong công nghiệp khai thác than một phần
phải nhập khẩu và phần còn lại đợc sản xuất trong nớc. Tình hình tiêu thụ loại sản
phẩm này ớc khoảng 1.000 tấn/ năm (theo số liệu không chính thức của Cty CP Cơ
khí Mạo Khê-TKV).
Công nghệ chế tạo xích vòng trong công nghiệp than đã, đang đợc thực hiện ở
trong nớc với quy trình công nghệ chính nh sau:
Phôi thép (thanh, dây) Công nghệ cắt uốn công nghệ hàn công nghệ
nhiệt luyện.
3.1. Công nghệ cắt uốn xích.
Công nghệ này đã đợc chuyển giao với đơn vị sản xuất trong nớc. Công nghệ
này là công nghệ tự động với công đoạn cắt và uốn là hoàn toàn tự động trên máy.
Công nghệ cắt uốn bao gồm hệ thống dẫn hớng, hệ thống má kẹp, hệ thống khuôn
uốn và hệ thống dao cắt. Phôi thép sau khi đợc kiểm tra về kích thớc hình học,
thành phần hoá học và độ cứng sẽ đợc đa vào máy cắt uốn. Chu trình cắt uốn chế
tạo phôi xích đợc tiến hành nh sau: Phôi thép đợc đa vào hệ thống dẫn hớng và
nắn thẳng (nếu phôi thép ở dạng cuộn). Sau đó phôi thép đợc đa đến hệ thống má
kẹp. Hệ thống má kẹp bao gồm một dãy má kẹp 2 nửa để ôm sát vào phôi thép. Sau

H×nh 1.6. XÝch vßng sau khi ®· uèn c¾t vµ ghÐp
¾

14

3.2. Công nghệ hàn và Công nghệ chế tạo xích vòng
3.2.1. Công nghệ hàn.
Ngày nay có rất nhiều phơng pháp hàn khác nhau. Theo trạng thái hàn có thể
chia thành 02 nhóm là hàm nóng chảy và hàn áp lực.
- Hàn nóng chảy: là phơng pháp hàn yêu cầu nguồn nhiệt có công suất lớn
(ngọn lửa ôxy axêtylen, hồ quang điện, ngọn lửa plasma, v.v) đảm bảo nung nóng
cục bộ phần kim loại ở mép hàn của vật liệu cơ bản và que hàn (vật liệu hàn) tới nhiệt
độ nóng chảy.
Khi hàn nóng chảy, các khí xung quanh nguồn nhiệt có ảnh hởng rất lớn đến
quá trình luyện kim và hình thành mối hàn. Do đó để điều chỉnh quá trình hàn theo
hớng tốt thì phải dùng các biện pháp công nghệ nhất định nh: dùng thuốc bảo vệ,
khí bảo vệ, hàn trong môI trờng chân không.
Trong nhóm hàn này, thờng gặp các phơng pháp hàn khí, hàn hồ quang tay,
hàn tự động và bán tự động dới lớp thuốc, hàn hồ quan trong môi trờng khí bảo vệ,
hàn điện xỉ, hàn plasma
- Hàn áp lực: Phơng pháp hàn này thờng ở các dạng sau:

đến hàn tiếp mắt xích thứ 2. Mắt xích thứ
hai đợc thực hiện trên cụm đầu hàn thứ 2. Các mắt xích tiếp theo đợc thực hiện theo
nh mắt xích thứ nhất và mắt xích thứ 2 cho đến khi thực hiện xong đoạn xích.
Hình 1.7, 1.8 và 1.9 cho ta thấy mô hình máy hàn tự động xích vòng và sản phẩm
xích sau khi hàn xong và hoàn thiện.

Hình 1.7. Máy hàn xích vòng tự động 16
0,4
.
- Độ ôvan: 0,2.
4.2. Độ cứng. độ cứng sau ủ 200HB
3.3. Độ bền.
-
b
(R
m
) 780 MPa.
-
c
(R
0,2
) 590 MPa.
- 10 (%).
đang đợc sử dụng của đơn vị sản xuất cũng nh tham khảo một số tài liệu có liên
quan để tiến hành lựa chọn mác thép;
- Trong quá trình thực hiện, nhóm thực hiện sử dụng một số thiết bị sau để
nghiên cứu:
+ Lò cảm ứng trung tần 500kg/ mẻ để xác lập quy trình công nghệ luyện thép;
+ Thiết bị tinh luyện điện xỉ để xác định công nghệ tinh luyện;
+ Thiết bị khuôn đúc để xác định công nghệ đúc, búa rèn 750kg, 250kg, thiết bị
cán và thiết bị kéo để xác định công nghệ gia công áp lực;
+ Lò nung điện trở cho tôi và ram để xác định công nghệ nhiệt luyện thép;

19
+ Sử dụng phơng pháp phân tích hoá học và phơng pháp phân tích quang phổ
phát xạ để kiểm tra thành phần hoá học của thép;
+ Dùng máy kéo nén vạn năng W60 để xác định giới hạn bền, giới hạn chảy, độ
giãn dài của thép;
+ Máy đo độ cứng TK2M và máy COMPUTEST để đo độ cứng của vật liệu;
+ Sử dụng kính hiển vi quang học để nghiên cứu tổ chức tế vi của vật liệu.
- Ngoài ra nhóm thực hiện đề tài tham khảo công nghệ chế tạo xích vòng để chế
tạo phôi thép phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế của đơn vị sản xuất. 21

Hình 3.1: Sơ đồ lu trình công nghệ sản xuất thép 25MnV làm xích kéo
Từ lu trình trên, nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành nấu thí nghiệm trong lò
trung tần 500 kg/ mẻ. Trớc khi tiến hành nấu luyện tiến hành phân tích thành phần
hoá học của nguyên liệu, lựa chọn nguyên vật liệu thích hợp, tính toán phối liệu theo
thành phần hoá học đã đợc kiểm tra. Thành phần hoá học của mác thép cần nấu

TT Tên nguyên liệu Đơn vị tính Mẻ I Mẻ II Mẻ III
01 Thép phế CT3 -kg- 300 350 350
03 FeV -nt- 1.5 1,7 1,7
04 FeSi 75 -nt- 1,0 1,0 1,0
05 FeMn (cacbon cao) -nt- 6,0 7,5 7,5
06 Nhôm dây -nt- 1,0 1,0 1,0
Tổng cộng -nt- 309,5 361,2 361,2
Loại thép này thuộc hệ thép hợp kim thấp, cụ thể hơn là thuộc họ thép Mn-V
nên trong quá trình nấu luyện ta phải chú ý đến thành phần các nguyên tố chính nh
C, Mn, V. Hơn nữa, các nguyên tố để hợp kim hoá lại có ái lực với ôxy rất mạnh nên
việc hợp kim hoá phải thận trọng để đảm bảo đợc các nguyên tố này không bị cháy
hao nhiều. Việc tính toán đến khả năng cháy hao nguyên liệu đợc tính bằng lý
thuyết và thực tế nh sau: FeMn cháy hao trong khoảng 10 ữ 15%, FeV là 15 ữ 20%. 23
Với bảng phối liệu nh trên, quy trình nấu luyện thép 25MnV nh sau:
Thứ tự xếp liệu theo thứ tự sau: 1. Chất tạo xỉ (CaO + CaF
2
); 2. Lót thép nền, 3.
chất liệu cho đầy nồi lò với quy tắc là chặt xít.
- Đóng điện và nâng dần công suất lò đến 100% công suất. Sau khi liệu chảy
hết thì vớt xỉ và tạo xỉ mới.
- Khi tạo xỉ mới xong thì cho FeMn và FeSi vào để khử khí. Lúc đầu cho FeMn
vào lò (khoảng 10 ữ 15 phút trớc khi ra thép, FeMn để hợp kim hoá nên để dạng cục
5mm, phải đợc nung sấy trớc khi cho vào lò), tiếp theo ta cho FeSi vào lò (FeSi
phải đợc nung sấy trớc khi cho vào lò, có thể đập nhỏ trớc khi cho vào lò). Lợng
FeMn dùng cho khử khí khoảng 0,7 ữ 0,8% mẻ luyện, FeSi = 0,8 ữ 0,9% mẻ , nhôm
dây = 0,2 ữ 0,3% mẻ. Do FeV có ái lực với ôxy khá mạnh nên để hợp kim hoá ta nên
cho FeV vào lò trớc khi ra thép khoảng 3 đến 5 phút (trớc khi cho vào phải gạt xỉ

kim Đen nhóm thực hiện đề tài đã lựa chọn công nghệ tinh luyện điện xỉ với hệ xỉ
AHF6 để tinh luyện thép. Thỏi thép sau điện xỉ có bề mặt nhẵn, không có hiện tợng
rỗ, nứt.
Thông số kỹ thuật cơ bản của lò 100KVA
- Biến thế 100KVA
- Điện áp làm việc 45 ữ 48V
- Cờng độ dòng điện 1400 ữ 1500 A
- Đờng kính điện cực 60 mm
- Tiêu hao nớc làm lạnh 5 m
3
/h
- Tốc độ chuyển dịch điện cực 33 ữ 35 mm/ phút
- Xỉ tinh luyện AHF 6
- Tiêu hao xỉ 5 ữ 6 % mẻ
- Kích thớc thỏi thép 120 x 400 mm
Sau khi tinh luyện điện xỉ xong ta tiến hành lấy 03 mẫu (bằng cách cắt phôi điện
xỉ) để phân tích thành phần hoá học thép sau điện xỉ đồng thời đến công nghệ tiếp
theo.
3. Công nghệ gia công nóng.
3.1. Công nghệ rèn.
Quá trình rèn là quá trình gia công áp lực. Vì vậy khi rèn cần phải chú ý đến các
khâu nung phôi (tốc độ gia nhiệt, đẳng nhiệt), chế độ biến dạng và quá trình làm
nguội. Thép 25MnV sau điện xỉ đợc kiểm tra chất lợng đem xếp vào lò phản xạ có
nhiệt độ ban đầu bằng nhiệt độ môi trờng. Tiến hành nâng nhiệt nhờ điều chỉnh cấp
gió với tốc độ tăng từ 80 ữ 120
0
C/ giờ. Sau thời gian từ 06 đến 07 giờ lò đạt nhiệt độ

Trích đoạn Tổ chức tế vi của thép.

---