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 tr
ì:

Viện Luyện kim Đen

Chủ nhiệm đề tài:
THS.
LÊ QUANG HIU


ảnh hởng của Silíc
06
2.3
ảnh hởng của Mangan
07
2.4
ảnh hởng của Vanadi
10
2.5
ảnh hởng của Lu huỳnh
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


2
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, ngành luyện kim Việt Nam đã có những bước tiến
dài. Sản lượng thép khoảng 4 triệu tấn. Tuy nhiên hiện nay chúng ta mới chỉ sản xuất
được thép phục vụ cho ngành xây dựng là chính còn các loại thép hợp kim và hợp
kim đặc biệt chúng ta mới chỉ sản xuất được ở quy mô rất nhỏ, đặc biệt là chưa có nhà
máy chuyên sản xuất thép hợp kim phục vụ cho ngành cơ khí chế tạo.
Trong khi
đó, cùng với sự phát triển của ngành luyện kim thì ngành cơ khí chế
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
Phần I
Tổng quan
1. Giới thiệu về thép hợp kim thấp và thép làm xích kéo mác 25MnV
N
gày 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

thành phần Si khoảng 0,3%, Mn khoảng 1,4%, V khoảng 0,1%. Một điểm khác biệt là
theo tiêu chuẩn của Nhật Bản thì không sử dụng Vanadi mà lại sử dụng đồng để hợp
kim.
Bảng 1.2: Cơ lý tính của vật liệu
Cơ lý tính
Mác thép
R
m
(MPa) R
0,2
(MPa) (%) a
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

ở nhiệt độ cao. Tính chịu ăn mòn cao của hợp kim Si đợc hình thành bởi nó tạo ra
trên bề mặt chi tiết lớp màng oxyt SiO
2
có = 1,88 khít chặt liên kết bền vững với nền
và trơ với các phản ứng hoá học. Trong phạm vi từ 1 14% khả năng chống ăn mòn
của hợp kim tăng khi hàm lợng Si tăng ( hình 1.1 ).

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

nhỏ mịn, tăng độ bền của thép. Mác thép nổi tiếng hàng trăm năm nay về độ dai va
đập, độ cứng và độ chịu mài mòn chứa 10 - 14%, 1 -1,4%C có tên là thép Hardfield,
sau khi tôi ở nhiệt độ khoảng 1100
0
C thép có tổ chức austenit và thờng đợc sử dụng
chế tạo răng gàu xúc, xích xe tăng và xích máy kéo, bi nghiền, đầu búa, lỡi cắt máy
ủi. Các mác thép thông thờng chứa 0,4 - 0,8% Mn. Thép hợp kim cao chứa 12 -
16% Mn, thép chống ăn mòn chứa đến 19% Mn, thép bền nóng, thép chống từ tính
chứa đến 20% Mn, các hợp kim chống rung và ghi nhớ hình chứa từ 32 - 60% Mn.
Mn có ái lực hoá học mạnh với 0
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

=
T
5550
- 1,86.
Căn cứ vào các công thức trên có thể tính đợc giá trị của K
Mn
ở những nhiệt độ khác
nhau:
T
0
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:


Hình 1.3: Giản đồ trạng thái hệ Fe-V
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

Phốtpho là chất có hại, nó làm giảm một cách rõ rệt cơ tính của thép đặc biệt là
độ dai va đập. Phốtpho có nhiệt độ chảy thấp (44
0
C), khối lợng riêng là 1,82g/ cm
3
. ở
nhiệt độ thờng phốtpho có thể hoà tan vào trong thép khoảng 1,2%, nếu vợt quá giới
hạn này thì sẽ tạo ra pha Fe
3
P và pha này có nhiệt độ chảy thấp (1050
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 H×nh 1.5. M¸y c¾t uèn t¹o ph«i xÝch vßng 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

sau: Xích vòng sau khi đợc tiến hành uốn cắt và tạo thành sợi xích sẽ đợc đa vào
máy hàn. Máy hàn xích bao gồm hệ thống kẹp xích, dẫn hớng, hệ thống hàn. Hệ
thống dẫn hớng và hệ thống kẹp chi tiết trong hệ thống hàn gần giống hệ thống kẹp
và dẫn hớng của công nghệ cắt uốn. Hệ thống hàn bao gồm 04 mỏ hàn chia thành 02
bộ lắp đối xứng với nhau. Khi mắt xích đa đến đầu hàn thì với mỗi mắt xích sẽ đợc
02 đầu hàn thực hiện. Các mắt xích đợc gá chặt trên bàn hàn, công đoạn này có tác
dụng giữ chặt vật hàn trên giá hàn để khi hàn vật hàn không bị xê dịch. Mắt xích đầu
tiên sẽ đợc thực hiện trên cụm đầu hàn thứ nhất. Sau khi hàn xong, vật hàn đợc dịch
chuyển tịnh tiến lên phía trớc và xoay 90
0
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