Sản xuất thép hợp kim thấp độ bền cao song pha, dùng làm bu lông chịu lực và làm thép xây dựng chất lượng cao

Ngoài ra, hiện nay trong xây dựng, nước ta phải nhập khẩu rất nhiều thép xây dựng chất lượng cao để xây các công trình quan trọng như nhà cao tầng, đường cao tốc, cầu vượt. Một loại thép được sử dụng nhiều là cốt thép được biến dạng nguội (chuốt hoặc cán băm thành gân). Theo tiêu chuẩn nhà nước của Trung quốc (GB), bắt đầu thực hiện từ 1.9.2001, loại cốt thép biến dạng nguội này có 5 cấp bền, từ CRB550 đến CRB1170 [4]. Theo kinh nghiệm sử dụng ở Trung quốc, đối với các đơn vị thi công dùng loại thép này giảm được 50-60% trọng lượng thép, trong khi giá mua thép chỉ tăng 25-30%. Nguyên liệu thường dùng là các loại thép hợp kim thấp cán nóng như 20MnSi, được tăng bền qua biến dạng nguội. Ngày nay, có nước đã dùng thép song pha để sản xuất loại cốt thép độ bền cao, dựa vào tính hoá bền cao của thép song pha [5]. 

Thép song pha là loại thép chứa 70 - 80% pha pherit, hạt mịn đa biên, 20- 30% pha mactenxit dạng đảo hoặc dạng sợi phân bố đều trên nền pherit [6]. Hình thái tổ chức như trên đã quyết định đặc tính của loại thép này. Đó là giới hạn chảy tương đối thấp, giới hạn bền cao, độ dãn dài lớn, chỉ số hoá bền cao, đường cong ứng suất - biến dạng không có giới hạn chảy nằm ngang và hình răng cưa, mà có dạng đường cong tương đối trơn phẳng. Những đặc tính trên của thép song pha rất thích hợp với công nghệ chuốt và dập nguội, cán mỏng không có nếp nhăn... được sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo ô tô, sản xuất dây và cáp độ bền cao, sản xuất bu lông chịu lực.

Theo yêu cầu của Công ty Cổ phần Phú Diễn - Tổng Công ty Xây dựng Công nghiệp Việt nam là đơn vị chuyên sản xuất bu lông chịu lực, một nhóm chuyên gia luyện kim đã tiến hành sản xuất mang tính thương mại loại thép song pha dùng dập bu lông chịu lực và làm thép xây dựng chất lượng cao. Dựa trên cơ sở những thử nghiệm đã làm tại Học viện Kỹ thuật Quân sự và Trường Đại học Bách khoa Hà nội, nhóm chuyên gia đã chọn lò điện 1,5 tấn và máy cán mini tại Nhà máy Cơ khí - Công ty Gang thép Thái nguyên để sản xuất, vì Nhà máy này rất giỏi luyện thép hợp kim. Đồng thời, vì chỉ sản xuất 10 tấn, giao hàng nhiều đợt, vừa làm vừa thử nên bắt buộc phải sản xuất ở lò điện nhỏ có 40 năm tuổi và dàn cán mi ni tự chế. Cũng chính vì thế, khi sản xuất đã gặp phải một số khó khăn bất khả kháng như: phải đúc thỏi nhỏ nên dễ tăng tạp chất phi kim và có lõm co rất lớn, máy cán mi ni thao tác thủ công, công suất nhỏ, tốc độ chậm khó thích ứng với cán thép chất lượng cao...

Qua thử nghiệm cho thấy, trong phạm vi 1,38 - 1,58%Mn, thép có giới hạn bền và giới hạn chảy tăng đáng kể, độ dãn dài rất tốt. Khi hàm lượng mangan tăng lên tới 1,92% độ bền kéo và độ bền chảy tăng lên rất nhiều, nhưng độ dãn dài giảm. Chính vì lẽ đó, sau khi thí nghiệm với hàm lượng Mn tăng cao, độ dãn dài giảm nên hàm lượng Mn lại được hạ thấp và độ dãn dài lại tốt trở lại. 

Thép đã dập bu lông chịu lực. Phần thanh thép nằm trong phạm vi không có lõm co đạt yêu cầu tốt, phần thanh thép nằm trong phạm vi có lõm co dập nguội bị nứt mũ, dập nóng đạt yêu cầu. Nhược điểm này là bất khả kháng đối với đúc rót thỏi nhỏ, nhưng hoàn toàn khắc phục được khi đúc trên máy đúc liên tục tại các cơ sở khác.

Theo tiêu chuẩn TCVN1916-76, mẫu bu lông dập nóng đạt cấp bền 6.8, còn 2 mẫu bu lông dập nguội đạt cấp bền 8.8. Thép đã cung cấp cho Công ty Cổ phần Phú Diễn để sản xuất bu lông sử dụng trong xây dựng đường dây 500 kV và cung cấp cho một số nhà máy cơ khí khác. Thép cũng đã được chuốt từ 16 xuống 14,5 (vì trong nước chưa có thiết bị cán băm). (Xem bảng)
Các chỉ tiêu này đều vượt tiêu chuẩn cốt thép cán băm nguội độ bền cao CRB650 của Trung Quốc.

Có thể kết luận rằng: Lò điện hồ quang sử dụng nguyên liệu thông thường hiện có, với công nghệ thích hợp hoàn toàn có thể khống chế thành phần hoá học của mẻ thép theo yêu cầu. Thép luyện ra với hàm lượng Mn cao, qua cán và làm nguội trong không khí có khống chế tốc độ làm nguội, đạt được cấu trúc và đặc tính của thép song pha, chất lượng thoả mãn yêu cầu thép song pha chất lượng cao dùng trong xây dựng, làm bu lông móng máy và dập nóng bu lông chịu lực.

Tài liệu tham khảo:
[1] Tiêu chuẩn nhà nước Việt nam TCVN 1916 -76.
[2] Tài liệu giới thiệu của Công ty Qui chế Từ sơn.
[3] Kết quả thử nghiệm vật liệu thép - PGS.PTS Mai Đình Thắng - Học viện Kỹ thuật Quân sự.
[4] Tiêu chuẩn nhà nước Trung quốc GB 13788 - 2000.
[5] Tài liệu giới thiệu của Nhà máy cán nguội cốt thép Hoa Phúc- Trung quốc.
[6] Mai Thị Châu Lan,(1996) Luận văn tốt nghiệp cao học.

Nguồn: tchdkh, Kỳ I tháng 2/2005 (trang 28)