Thép austenit mangan cao: quá khứ, hiện tại và tương lai (phần 6)


Nitơ có ảnh hưởng mạnh mẽ đến khả năng chịu ăn mòn của thép,vai trò tích cực của Nitơ cũng đã được làm rõ, trong các nghiên cứu gần đây.Một vài nghiên cứu ban đầu trong thời gian gần đây chỉ ra khả năng chống ăn mòn tẩm thực là ăn mòn theo vết nứt của thép có chứa Nitơ trong thành phần mà thép đem nghiên cứu ở đây là hệ Cr-Ni-Mo nhất là trong môi trường clorit hay axit clohydric nồng độ trung bình.

Newman thừa nhận rằng sự thụ động hoá của thép đối với ăn mòn có sự đóng góp ảnh hưởng đáng kể của Nitơ và Molipden.

Phù hợp với điều này, việc thấm Nitơ và thép để hình thành màng thụ động nhờ sự kết hợp của Nitơ và Molipden đem lại cho thép khả năng thụ động hoá chống lại ăn mòn dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài và tác dụng phá huỷ của môi trường ngoài. Khả năng chịu ăn mòn của hai hệ Cr-Mn và Cr-Mn-Ni đặc biệt tốt khi có mặt thêm Nitơ điều này không phải nghi ngờ gì nữa. Mác 216 cũng có khả năng chịu ăn mòn tương tự như Mác 316 thậm chí còn được chứng minh nhỉnh hơn mác 316 môi trường ăn mòn có tính hoàn nguyên trung bình.

Mác 201 và 202 thì tương đương nhau khi có mặt Cr-Ni trong thành phần, Mác 301 và 304 có cách đây 27 năm rồi đó là nhóm 250 dụng cụ đo bằng thép không gỉ theo công nghệ của LaQue Center, Kure Beach, Bắc Carolina.

Ban đầu được biết rằng mác 200 và 300 chỉ sử dụng nguyên tố hợp kim là Mo có khả năng chống ăn mòn là như nhau trong khi thép Mo làm vòng bi, ổ trục thì thép Cr-Ni-Mn như mác 216 và Nitronic 50 cũng không bằng được mác 316.

Bởi vì vai trò của Nitơ cũng không thật sự rõ ràng,khả năng chống ăn mòn của thép Cr-Mn rất cần phải nghiên cứu nhiều hơn nữa bởi vì chúng có thể mở ra một viễn cảnh mới cùng những tìm tòi và khám phá mới.

Tính gia công, chế tạo và tính hàn.

Họ thép Ostenit Mangan cao đem đến sự kết hợp sự khác nhau, đa dạng trong tính chất và trong tạo hình sản phẩm. Đứng trên góc độ đó, chúng tôi chỉ đi sâu vào đề cập đến một số tính chất nổi bật của thép Mn.

Nhìn chung hầu hết họ thép Mn đều có thể gia công tạo hình dễ dàng ở trang thái chảy dẻo.Vì vậy đem lại tính khả thi để ứng dụng được trong công nghiệp

Quan tâm đến nấu luyện, bảng đưới đây trình bày phương pháp chung nấu luyện thép Mn có chứa Nitơ gồm các Vật Liệu thô và lò nấu

Hợp kim Lò nấu VL thô (liệu vào)

Fe-Mn Hồ quang Fero Mangan cao

Nitrit Mangan

Fe-Cr-Mn và Fe-Cr-Mn-Ni Hồ quang + AOD hay VOD Ferro Mangan C thấp hay

AOD hay VOD + ESR Mangan + khí Nitơ

AOD: Lò luyện thép khử Oxy bằng thổi khí Ar
VOD: Lò luyện thép khử Oxy chân không
ESR: Lò tinh luyện điện xỉ

 

Thép Cacbon cao đem nấu chảy trong lò hồ quang Mangan được cho vào dưới dạng ferro mangan và Nitơ được đưa vào dưới dạng Nitơrit ferro mangan. Thép không gỉ Cr-Mn và Cr-Mn-Ni sở dĩ gọi là thép không gỉ vì có chứa hàm lượng cácbon thấp, hàm lượng Crom cao được nấu và khử C trong lò chân không và thổi oxi có khí Argon bảo vệ trước khi cho vào lò điện để tinh luyện.Nitơ được đưa vào thép dưới dạng khí thông qua lỗ thổi Argon. Mangan sử dụng cho vào thuộc loại ferro Mangan cácbon thấp hay dưới dạng sản phẩm mangan điện phân sau khi đã qua giai đoạn tinh luyện.

Sử dụng ferro Mangan cácbon cao thì kinh tế hơn nhưng lại không thể sử dụng để nấu thép Mangan không gỉ được.Nó được sử dụng trong một vài trường hợp nào đó vì những lợi ích về giá thành thép so với loại thép Cr-Ni.Có hai phương pháp tinh luyện hay được áp dụng đó là phương pháp điện xỉ và phương pháp điện cực tự thiêu trong chân không trong đó phương pháp điện xỉ hay dùng nhất. Có hai nguyên tố Mn và Nitơ đều được đưa vào nhưng khá khó khống chế và điều khiển trong điều kiện chân không.Nhìn nhận được về tính công nghệ và tính hàn ngoại trừ một vài trường hợp cá biệt còn hầu hết thép Cr-Mn hàn được.Phù hợp với một vài nhà sản xuất sử dụng Mn thay Ni vì tính hàn của thép Ostenit Mangan khá tốt vì giảm được xu hướng phát sinh vết nứt.Sau khi hàn của một số loại thép do tổ chức có tổ chức khi hàn đồng nhất 1 pha Ostenit đông thời chống được lắng đọng thiên tích và tạo ra sắt denta trắng.

Khả năng hợp kim hoá cơ tính và ứng dụng

Đối với họ thép Ostenit Mangan cao thì cơ tính và những ứng dụng cụ thể của chúng phụ thuộc vào thành phần các nguyên tố trong thép.

Thép Hadfield. Mác ban đầu là 12C-12Mn và sau đó nó được thay đổi đi,nó là mác A128 theo kí hiệu ASTM hay được nhắc đến nhiều trong các văn phòng KHKT được biết đến, nói đến, bàn luận đến, vì những vai trò to lớn của mác này trong lịch sử. Mác này được sử dụng ở 2 dạng đúc và rèn, ưu điểm nổi bật là độ dai va đập và độ dẻo thích hợp làm việc ở điều kiện tải nặng, độ cứng cao chịu mài mòn tốt và ít nhiễm từ, khả năng chịu ăn mòn của mác này hơi kém độ bền kéo thấp chỉ bền va đập và khó gia công cắt gọt. Thép Hadfield và các mác tương tự đã và đang được sử dụng làm gầu xúc đất đá, mũi khoan đá,,mũi khoan dầu và đường ray xe lửa.

Thép Mangan phục vụ cho vật liệu siêu dẫn.

Đây là một trong những hướng nghiên cứu mạnh mẽ xuất phát đầu tiên ở Mỹ và Nhật. Hiện tại đã được báo cáo khoa học ở một vài hội nghị quốc tế về vât liệu nhiệt độ thấp.Sự phát triên của các lò nấu chảy và trong các thiết bị phản ứng MHD yêu cầu cần những vật liệu có từ tính cao như trong các thiết bị thu và khuếch đại plasma.Các vật liệu này rất cần cho nền kinh tế, nhất là nhóm các vật liệu không từ tính, độ bền cao, dai và hàn đựoc dùng cho các chi tiết siêu dẫn làm việc ở nhiệt độ 4K.

Mục đích cuối cùng của việc này là giải quyết một cách tối ưu các yêu cầu về vật liệu hiện nay đó là phát triển những hợp kim mới nghiên cứu mở rộng cơ tính và lý tính của vật liệu,mà trọng tâm là cải thiện tính hàn của vật liệu.

Ví như mục đích về vật liệu phải có cơ tính như sau khi làm việc ở nhiệt độ 4K là độ bền tối thiểu 1200 Mpa.

Độ dai phá huỷ tối thiểu 200Mpa.

Cả hai hệ Fe-Mn và Fe-Cr-Ni đều được đầu tư nghiên cứu thăm dò. Trong đó hệ Fe-Mn đã thành công trong việc nâng cao độ bền và khẳ năng chống dòn ở nhiệt độ thấp bằng con đường hợp kim hoá. Thông qua việc cơ nhiệt luyện làm tăng mạnh tính chất của thép trên cả mong đợi.

Mác vật liệu tối ưu mà theo JAERI ( viện nghiên cứu năng lượng nguyên tử Nhật Bản ) yêu cầu đó là:

(0,02C -22)%Mn –(13Cr -7,5)%Ni – 0,22%N và (0,01C-1,5)%Mn-(18Cr-12)%Ni-0,22%N

Trong hai hệ hợp kim này thép Fe-Mn vẫn có độ bền nổi trội hơn hệ Cr-Ni rất nhiều như chúng ta thấy trên hình 19.

Hiện tại Vật Liệu siêu dẫn hiện nay chủ yếu vẫn dùng là vật liệu gốm vì chúng dễ tạo hình theo yêu cầu hình dạng cho trước còn việc sử dụng thép Mn làm vật liệu siêu dẫn có triển vọng mở trong tương lai.

Thép làm các vòng (đai từ trễ) trong các máy phát điện. Các vòng có độ sít chặt cao là một trong những chi tiết hết sức quan trọng trong các máy phát điện chức năng của chúng là làm lõi để cuốn dây quấn xung quanh nằm ở hai đầu của rôto máy phát.Chúng đòi hỏi độ bền cao để chống lại lực li tâm và không được nhiễm từ. Hiện tại độ bền đạt được của các vòng này còn hạn chế phụ thuộc vào kích thước của máy phát.

Thép Mn đã và đang có vai trò quan trọng. Tất cả các thép phi từ tính làm vòng chặn được sử dụng hiện nay đều được làm bằng thép Mn.Thành phần của loại thép này như sau.

Fe-8Mn-8Ni-4Cr

Fe-18Mn-4Cr-0,5C

Fe-18Mn-18Cr-0,05C-0,7N

Lịch sử của mác 8-8-4 bắt đầu được sử dụng ở đầu thế kỉ 20 ở Đức. Từ năm 1960 mác thép này được phát triển lên thành hệ 18-4 có độ bền đạt được cao hơn hệ 8-8-4 và độ bền cứng khi làm việc tốt hơn. Niken trong thành phần họ 8-8-4 góp phần làm tăng độ biến dạng khi làm việc của hệ thép này. Trong khi họ 18-4 đã và đang đựoc sử dụng rộng rãi đôi khi xảy ra hiện tượng phá huỷ mỏi do tập trung ứng suất vào vết nứt do bị ăn mòn từ trước nên người ta phát triển hệ thép 18-18 gần như tránh được hoàn toàn ăn mòn dưới tác dụng của ứng suất. Loại thép này được đưa ra giới thiệu vào năm 1980. Họ thép chứa hàm lượng cácbon cao (18-4) hình thành các hạt cacbit ở biên hạt do C tâp trung nhiều ở đó đây chính là lí do khiến ăn mòn do ứng suất xảy ra. Để tránh tác hại này trong họ 18-18 Cacbon đựoc thay thế hoàn toàn bởi một lượng lớn N.

Các mác thép này yêu cầu phải ủ đồng đều thành phần ở nhiệt độ 1000-1100˚C và sau đó gia công lạnh hay nóng cuối cùng sẽ ủ khử ứng suất trong khoảng nhiệt độ 150-350˚C.

Độ bền sau đó đạt đựoc là từ 500 đến 1200Mpa ( 72.5 đến 175 Ksi) đối với mác 18-4.Tạm thời chấp nhận được trong điều kiện hiện tại nhưng trong tương lai phải nâng lên mức 200 đến 220 Ksi phục vụ cho các máy phát điện cỡ lớn. Đích ngắm thúc đẩy việc tìm tòi nghiên cứu đó là nằm trong tham vọng theo đuổi của các nhà sản xuất thiết bị điện lớn như EPRI.Mục đích của EPRI không chỉ phát triển các mác thép hợp kim mà còn tăng tính chống chịu ăn mòn được ứng suất, độ dai phá huỷ và các chỉ tiêu kĩ thuật yêu cầu khắt khe khác.

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: