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 MC C50PA
DNG CH TO NềNG SNG B BINH
C NH 5,56-7,62MM

DFGEDFGEDFGE

Cơ quan chủ quản:

tổng công ty thép vN

Cơ quan chủ tr
ì:

Viện Luyện kim Đen

Chủ nhiệm đề tài:
TS. NGUYN
VĂN SA


3.2.1 Tính chất cơ lý 25
3.2.2 Độ dai va đậ
p và dộ bền phá huỷ 27
3.2.3 Cấu trúc pha 30
3.3 Chế tạo sản phẩm và dùng thử 35
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37
4.1 Kết luận 37
4.2 Kiến nghị 37
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO 38
6. PHỤ LỤC 39
2
MỞ ĐẦU
Sự phát triển nhanh chóng của nhiều ngành khoa học, kỹ thuật đòi hỏi các nhà
luyện kim phải tạo ra được các loại thép có các tính năng đặc biệt để có thể làm
việc ổn định trong các điều kiện khắc nghiệt khác nhau như nhiệt độ cao, tải trọng
lớn, chân không sâu, xâm thực mạnh … Các loại thép như vậy thường được hợp
kim hoá bằng các nguyên tố khác nhau và trả
i qua các chế độ gia công cơ và nhiệt
phù hợp. Các nguyên tố hợp kim thường là những vật tư đắt tiền nên giá thành của
các loại thép hợp kim khá đắt. Trong bối cảnh của nền kinh tế thị trường, việc
nghiên cứu tìm ra các loại vật liệu tốt và có giá thành cạnh tranh là một hướng đi
của các nhà luyện kim hiện nay. Một trong các kết quả của hướng đi này là tạo ra
thép hợp kim bo (gọi là thép bo) độ bề
n cao và giá thành cạnh tranh.
Thép bo là loại thép được hợp kim hoá bằng nguyên tố bo với hàm lượng rất ít
( 0,0005 – 0,006% ) nên giá thành không tăng nhưng lại cải thiện được nhiều tính
chất của thép, đặc biệt là cơ tính. Các loại thép bo đã được sử dụng trong nhiều
4
1.TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu về bo và thép bo
Bo là nguyên tố được Humphry Davy và Gay-Lussac phát minh năm 1808. Bo
là một nguyên tố á kim, có các đặc tính gần giống nguyên tố cacbon. Nguyên tố bo
không tồn tại ở dạng sạch trong tự nhiên mà thường tồn tại ở dạng hợp chất như
orthoboric axit trong các suối dung nham núi lửa, borat trong colemantie và quan
trọng nhất là trong quặng kernit và quặng borac.
Hợp chất quan trọng nhất của bo trong thép bo là nitrid bo (NB) có độ cứng
như kim cương. Nitrid bo là một chất cách điện nhưng dẫn nhiệt tố
t làm cho á kim
bo tiến gần đặc tính của kim loại. Lúc đầu người ta chưa biết được hết ảnh hưởng
của bo trong thép và hàm lượng tối ưu của nó. Sau đó các nhà luyện kim đã phát

AISI 15B35H
AISI 15B37H
AISI 15B41H
AISI 15B48H
AISI 15B62H
Thép cacbon
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
AISI 50B40
AISI 50B40H
AISI 50B44
AISI 50B44H
AISI 50B46

cacbon. Vượt quá giới hạn này thì sẽ gây ra thiên tích bo trên biên giới các hạt
austenit, không những làm giảm độ cứng mà còn làm giảm độ dai va đập, gây ra
tính dòn và bở nóng cho thép [2].
Để cải thi
ện độ cứng cho thép thì bo trong thép phải ở trạng thái nguyên tử.
Như vậy, trong quá trình sản xuất thép phải có biện pháp bảo vệ bo để nguyên tố
này phát huy được tác dụng lớn nhất [ 3-5 ]. Tác dụng của bo cũng bị giảm đi nếu
áp dụng chế độ nhiệt luyện không đúng. Ví dụ, nhiệt độ austenit hoá quá cao có thể
gây ra tiết pha giầu bo.
Độ cứng của thép bo phụ thuộc vào hành vi của ôxy, cacbon và nitơ trong
thép. Bo phả
n ứng với ôxy tạo thành ôxit bo (B
2
O
3
), với cacbon tạo thành
xêmentit-bo sắt (Fe
3
(C,B)) và bo-cacbid sắt (Fe
23
(C,B)
6
) và với nitơ tạo thành
nitrid bo (BN). Có thể giảm tổn thất bo do ôxy bằng cách khử triệt để ôxy bằng
FeSi và Al. Các nguyên tố tạo nitrid mạnh như titan, nhôm, zirkon bảo vệ cho bo
khỏi phản ứng với nitơ.
Khả năng hình thành cacbid bo dạng Fe
23
(B,C)
6

được tạo thành từ các
mầm rồi lớn lên. Còn pha Fe
3
(C,B) được tạo ra từ Fe
3
C sau khi hấp phụ thêm bo.
Ở nhiệt độ ram thấp thì pha Fe
3
C tiết dễ hơn pha Fe
23
(C,B)
6
, nhưng ở nhiệt độ ram
cao thì hai pha này gần như tiết ra đồng thời. Sự tồn tại ổn định của pha Fe
23
(C,B)
6

là trong khoảng nhiệt độ 600 - 900˚C [7]. Như vậy, khi ram thép bo đầu tiên tiết ra
pha Fe
3
C, sau dó mới tiết ra pha Fe
23
(C,B)
6
. Còn pha Fe
3
(C,B) tiết ra sau cùng.
Fe
23

2 1 0
Hình 1: Mức độ tăng độ cứng của thép Bo phụ thuộc vào % C
F
B
= Độ cứng của thép Bo/độ cứng của thép không có Bo
F
B
%C
0 10 100 1000 10.000
Hình 2: Ảnh hưởng của Bo tới giản đồ chữ C
t,s
1000 800 600 400 200

Anh
0,37-0,44 0,10-0,40 0,80-1,10 0,0005-
0,005
≤ 0,025 ≤ 0,025
38B3
Pháp
0,34-0,40 0,10-0,40 0,60-0,90 0,0008-
0,008
≤ 0,035 ≤ 0,035

Thép C50PA là thép cacbon trung bình được hợp kim hoá một lượng lượng
nhỏ bo nên tính chất cơ lý được cải thiện rất nhiều. Các tính chất cơ lý của thép
C50PA sau nhiệt luyện theo tiêu chuẩn của Liên Xô cũ như sau :
- Độ bền kéo : R
m
≥ 785 Mpa
- Giới hạn chảy : R
0,2
≥ 540 Mpa
- Độ dãn dài tương đối : δ ≥ 10%
- Độ dai va đập a
k
≥ 39 Jcm
-2

- Độ cứng sau ủ : ≤ 207 HB
Với các tính chất cơ lý như nêu trên, thép C50PA được sử dụng rất rộng rãi
trong chế tạo máy, trong đó có cả ngành chế tạo vũ khí thông thường.

11
- Sử dụng thiết bị quang phổ phát xa FOUNDRY MASTER (CHLB Đức) để
phân tích thành phần hoá học, đặc biệt là B ở hàm lường rất nhỏ.
- Sử dụng máy thử kéo nén vạn năng UMN-50 để xác định độ bền, máy đo độ
cứng HPO 250 để đo độ cứng, thiết bị con lắc Charpy để đo độ dai va đập và
thiết bị INSTRON 8801 (Anh) để đo độ bền phá huỷ
.
- Dùng kính hiển vi quang học Axiovert (CHLB Đức) để nghiên cứu tổ chức
tế vi và máy nhiễu xạ rơnghen D 5000 (CHLB Đức) để phân tích cấu trúc
pha của thép.
- Dùng kính hiển vi điện tử quýet EMAX do hãng HITACHI (Nhật Bản) chế
tạo để nghiên cứu cơ chế phá huỷ của thép.

13
Bảng 3 : Thành phần hoá học của nguyên liệu, %
TT Nguyên liệu C Si Mn B P S
1 Thép Ct-5 032 0,27 0,64 - 0,020 0,017
2 Thép C45 0,47 0,24 0,78 - 0,018 0,016
3 FeB 7,0
4 FeMn 0,93 1,46 81 -
5 FeSi 0,1 76 - 0,031 0,020
6 Al Al=99,5 -
7 Điện cực 95 -

Để tính toán phối liệu cho những mẻ nấu thí nghiệm, chúng tôi đã sử dụng các
số liệu thống kê về hệ số cháy hao của các nguyên tố C, Mn, Si trong lò cảm ứng
trung tần và kinh nghiệm luyện thép nhiều năm của Viện Luyện kim đen cũng như
tham khảo các tài liệu khác, ví dụ trong [11]. Hệ số cháy hao của các nguyên tố
hợp kim khi nấu luyện trong lò cảm ứng trung tần được nêu trong bảng 4.
Bả
ng 4 : Hệ số cháy hao của các nguyên tố hợp kim
TT Nguyên tố hợp kim Hệ số cháy hao, %
1 Mn 3 – 6
2 Si 6 – 10
3 C 30 - 55

Dựa vào thành phần hoá học của nguyên liệu (bảng 3), hệ số cháy hao của các
nguyên tố hợp kim (bảng 4) và kinh nghiệm thực tế tại Viện Luyện kim đen, chúng
tôi đã tính toán phối liệu cho 3 mẻ nấu thí nghiệm với trọng lượng mỗi mẻ khoảng

FeB không được to quá để đảm bảo cho việc hào tan của FeB vào thép lỏng được
hoàn toàn. Với định hướng như vậy, chúng tôi đã ti
ến hành 3 mẻ thí nghiệm.
Thành phần liệu và công nghệ nấu luyện không khác nấu luyện thép cacbon chất
lượng. Duy chỉ phải chú ý đến khâu khử ôxy, thời điểm đưa FeB vào và kích thước
hạt FeB thích hợp.
Quy trình nấu luyện thép bo C50PA trong lò cảm ứng trung tần Radyne 300
kg/mẻ từ các nguyên liệu trên như sau :

15
- 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 Ct-5, C45 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
liệu. Chú ý dùng que chọc lò để tránh hiện tượng treo liệu. Khi mẻ li
ệu đã
nóng chảy hoàn toàn thì vớt xỉ cũ và cho chất tạo xỉ mới vào lò.
- Khi xỉ mới chảy hết, nhiệt độ thép lỏng đạt khoảng 1.580 – 1.620˚C thì cho
FeMn và sau đó là FeSi và nhôm kim loại vào để khử khí.
- Để nước thép lắng khoảng 5 – 7 phút thì cho lượng FeB với kích thước phù
hợp vào lò, dùng que khuấy đảo đều rồi để thép lắng 2 – 3 phút thì vớt xỉ và
rót thép vào nồi rót đã được sấy đỏ. Nhiệt
độ rót thép cũng tương tự như
thép C50, khoảng 1.520 – 1.560˚C [12].
- Rót thép vào khuôn cát làm bằng kỹ thuật đông cứng nhanh CO
2
và nước