Thép austenit mangan cao: quá khứ, hiện tại và tương lai (phần 5)


Nhiều bằng chứng gần đây trên thép hệ Fe-Cr-Mn chỉ ra công thức tính hàm lượng Nitơ hoà tan vào dựa trên hàm lượng Cr và Mn như sau:

N=0,021 [Cr+Mn] – 1,204

Dữ kiện minh hoạ cho công thức trên hình vẽ trên hình 14. (Ảnh hưởng của Cr và Mn đến độ hoà tan của Nitơ vào thép)

Image

Hình 14: Ảnh hưởng của Cr và Ni đến độ tan của N

Về cơ tính: Mn giống với Ni không làm thay đổi độ bền của Ostenit. Trong trường hợp mà không có Nitơ thì độ bền của hai loại thép Mn và thép Ni là giống nhau. Nitơ có thể nói là một nguyên tố đồng hành vĩnh cửu với thép mà có chứa Mn và làm cho thép cứng hơn rất nhiều. Ở nhiệt độ phòng độ bền kéo của thép loại này tăng tỉ lệ cùng với hàm lượng Nitơ như ta thấy trong hình 15 (Độ bền của thép Cr-Mn phụ thuộc theo hàm của Nitơ ).

Image

Hình 15: Độ bền của thép Cr-Mn phụ thuộc theo hàm của Nitơ

Độ bền ở nhiệt độ cao của họ thép này cũng được gia tăng do có sự đóng góp của Nitơ và Cacbon. Dữ kiện trong hình 16 cho thấy mối quan hệ gần gũi giữa độ bền kéo của họ thép này ở nhiệt độ phòng và ở nhiệt độ cao kèm theo hàm lượng của Cacbon và Nitơ.

Image

Hình 16: Ảnh huởng của C và N đến giới hạn chảy ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao

Cơ tính ở nhiệt độ thấp của thép Ostenit Mangan biến chuyển rất đáng quan tâm mang tính chất của vật liệu siêu dẫn khi mà thép này được sử dụng làm thùng chứa khí hoá lỏng. Trong trường hợp này đối với thép không gỉ, họ thép 21Cr-6Ni-9Mn có thể được xem như đại diện cho họ thép Mn và loại 304 nếu là thép Cr-Ni. Thí nghiệm Charpy thử độ chịu va đập ở nhiệt độ phòng khi đến nhiệt độ -251˚C (-420F) được thấy ở trên hình 17 (Độ dai phá huỷ ở nhiệt độ thấp của họ thép 21-6-9 so với loại 304). Cả hai mác thép cùng chung tốc độ mức độ giảm một cách từ từ độ dai ở nhiệt độ thấp tuy thế chúng hoàn toàn đáp ứng đủ cơ tính và tính chất theo mục đích kĩ thuật.

Image

Hình 17: Độ dai phá huỷ ở nhiệt độ thấp của họ thép 21-6-9 so với loại 304

Những vật liệu cần độ chính xác cao hoặc yêu cầu những tính chất đặc biệt dùng trong công nghệ vật liệu siêu dẫn đang đặt ra nhiệm vụ gay gắt cần phải không ngừng nghiên cứu và phát triển loại vật liệu này từ thép có độ dai thích hợp kháng từ ở nhiệt độ 4K. Những mác thép Mn cao mới được nghiên cứu phát triển để làm vật liệu chịu được môi trường nhiệt độ thấp. Cùng chung hướng nghiên cứu đó của Ishikana chỉ ra rằng hàm lượng Mn ở ngưỡng cao nhất là 22% Mn và không nên cho thêm Mn nữa vì sẽ làm xấu nghiêm trọng cơ tính của thép (minh hoạ trên hình 18 – ảnh hưởng của nguyên tố Mn tới độ dai ở nhiệt độ thấp).

Image

Hình 18: Ảnh hưởng của nguyên tố Mn tới độ dai ở nhiệt độ thấp

Sự so sánh về độ bền ở 4K của thép hệ Fe-Cr-Ni với thép hệ Fe-Cr-Mn được chỉ ra trên hình 19. Để đạt được kết quả độ bền yêu cầu của thép Fe-Cr-Mn là 1200Mpa, thì hệ Fe-Ni-Cr phải cần thêm Nitơ đưa vào với hàm lượng là 0,35%,  vượt ngưỡng giới hạn hòa tan Nitơ trong dung dịch rắn.

Image

Hình 19: Độ bền của họ thép Fe-Cr-Mn và Fe-Cr-Ni ở 4K

Tính chống gỉ: chúng ta nhìn nhận lại về tính chống gỉ của thép Ostenit Mangan cao, một điều rất cần thiết vì một số mác thép họ này có một số điểm hạn chế về khả năng chống gỉ, việc nghiên cứu này cho phép tìm ra một vài mác có triển vọng sử dụng rộng rãi. Trong thành phần của thép không gỉ, Cr là một trong những nguyên tố quan trọng và tiếp đến là Molipden, Niken chỉ có một chút ảnh hưởng đến tính chống gỉ của thép trong khi ảnh hưởng và vai trò của Mangan cũng rất mờ nhạt đặc biệt khó phân biệt khi có mặt của Nitơ.

Trong một vài nghiên cứu về thép Mangan mà cụ thể hơn là việc đi mổ xẻ phân tách tính toán ước lượng và xem xét về ảnh hưởng của nguyên tố Mangan rút cuộc thu được nhiều kết quả trái ngược. Janik-Czachor tìm ra rằng Mn làm giảm khả năng chống ăn mòn lỗ, hốc (pitting resistance) của họ thép 18Cr-5Ni-10Mn có chứa 0,07 đến 0,35% Nitơ. Lanaska tìm ra rằng sự có mặt của Mangan ở mức 5,7 đến 15% trong hệ thép 18Cr-5Ni làm giảm tính thụ động hoá và chống ăn mòn pitting của thép. Streicher, bằng một hướng nghiên cứu khác, chứng minh rằng Mangan đóng góp có ích vào sự kìm hãm sự hình thành và phát triển của các vết nứt. Troselius thậm chí cho rằng Mangan có tính chống ăn mòn cho thép rất tốt. Brigham nghiên cứu bằng cách tẩm thực ăn mòn để xem khả năng chịu ăn mòn theo vết nứt và ăn mòn pitting của thép có thành phần 19 đến 22,5%Cr, 6-13% Ni, 6-10% Mn và 4% Mo và thấy rõ lợi ích của Mangan so với thép chỉ chứa Cr-Ni-Mo.

(Còn nữa)

 Biên dịch: TRƯƠNG XUÂN TIỆP
Hiệu đính và giới thiệu: Nguyễn Hoàng Việt

Nguồn: luyenkim.net

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: