Nhiệt luyện Thép HSLA

Thép cacbon thấp (Mild steels) có thành phần cacbon đến 0,25% và có thêm khoảng 0,4 đến 0,7%Mn, 0,1 đến 0, 5% Si và có thể còn dư S, P hoặc các nguyên tố khác sau quá trình nấu luyện. Đây là  loại thép không cân nhắc hóa bền bằng hợp kim hóa các nguyên tố khác cacbon. Thành phần thép bao gồm Mn và Si và S với mục đích chống oxi hóa. Thép cacbon thấp thường được sử dụng ở dạng cán, rèn và trạng thái ủ, hiếm khi sử dụng trong điều kiện nhiệt luyện (tôi + ram).

Thép cacbon thấp nhất (<0.08% C, with <0.4% Mn) được sử dụng trong tạo hình và đóng gói. Thép có thành phần cao hơn có thể sử dụng trong các sản phẩm kết cấu như các tấm, khối, thanh và chi tiết kết cấu.

Thép cacbon kết cấu độ bền cao có giới hạn chảy cao hơn 275 MPa và có các sản phẩm như:

• Tấm cán nguội
• Thép cacbon-mangan cán nóng với hình dạng tấm, thanh, chi tiết kết cấu
• Nhiệt luyện ( thường hóa hoặc tôi , ram cho hình dạng tấm, thanh và kết cấu)

Nhiệt luyện thép cacbon, với điển hình thu được giới hạn bền từ 290 đến 690 MPa, bao gồm thường hóa hoặc tôi và ram. Những dạng nhiệt luyện này có thể sử dụng để cải thiện cơ tính của thép tấm, thép tròn và thỉnh thoảng thép kết cấu.

Thường hóa bao gồm làm nguội trong không khí từ nhiệt độ austenit hóa sản phẩm, cơ bản tạo cấu trúc ferrit-peclit giống như thép cuận cán nóng, loại trừ các sản phẩm xử lý nhiệt có cấu trúc mịn.

Tôi và ram, đây là quá trình xử lý nhiệt khi nâng lên nhiệt độ khoảng 900^oC, tôi nước và ram trong khoảng nhiệt độ 480 đến 600 ^oC  hoặc cao hơn. Thép sau tôi có cấu trúc mactenxit hoặc  bainit kết hợp đồng thời độ bền và dẻo dai. Khi tăng thành phần cacbon lên khoảng 0,5%, thường đi kèm với nâng cao mangan, cho phép thép sử dụng trong điều kiện tôi và ram.

Thép nhiệt luyện hợp kim thấp (tôi và ram)

Tìm hiểu các dạng nhiệt luyện của thép: khái niệm nhiệt luyện thép 

Thép hợp kim thấp bao gồm các nguyên tố hợp kim, bao gồm cả cacbon, với tổng thành phần nguyên tố khoảng 8%.

Ngoại trừ các thép cacbon hợp kim hóa vi lượng với các nguyên tố quý hiếm như V, No hoặc Ti, tất cả các thép hợp kim thấp đều phù hợp để nhiệt luyện cho các ứng dụng kỹ thuật. Thép hợp kim hóa thấp với thành phần thích hơn hơn cho khả năng hóa bền hơn các thép cacbon, do đó cung cấp độ bền và dẻo với chiều dày chi tiết lớn hơn bởi xử lý nhiệt. Thành phần nguyên tố của chúng đồng thời nâng cao khả năng chống ăn mòn. Tuy nhiên, như việc tăng thành phần hợp kim, thép trở nên đắt và khó hàn hơn. Thép nhiệt luyện kết cấu chủ yếu ở dạng thấm hoặc thanh.

Nguyên tố hợp kim và ảnh hưởng của chúng tới khả năng hóa bền

Tôi và ram thép với thành phần cacbon khoảng 0,1 đến 0,45%, với kết hợp đơn hoặc đồng thời các nguyên tố lên tới 1.5% Mn, 5% Ni, 3% Cr, 1% Mo, 0.5% V, 0.10% Nb; trong một vài trường hợp bao gồm một lượng nhỏ các nguyên tố vi lượng như Ti, Zr, Bo. Thông thường, với thành phần nguyên tố hợp kim cao hơn, thép có khả năng hóa bền  cao hơn. Nhiệm vụ để nhiệt luyện là chức năng quan trọng nhất của nguyên tố hợp kim.

Mác thép hợp kim hóa vi lượng tôi và ram. Thép hợp kim hóa vi lượng hiến khi được tôi và ram. Tuy nhiên, các nguyên tố như Bo hoặc V có thể cân nhắc thay thế cho các nguyên tố nâng cao khả năng hóa bền. Nguyên tố Titan được thêm vào dạng nitrit titan, do đó nâng cao số lượng Vandi hòa tan vào dung dịch. Điều này cung cấp nhiều hơn hiệu quả của V như là tác nhân hóa bền.

Một số nhà khoa học đã nghiên cứu các biến thể được thay thế hoàn toàn V của dòng cơ sở 4140 (0,4C-1Cr) có bổ sung titan, cũng như các biến thể được thay thế một phần V có và không có bổ sung titan. Các nghiên cứu này kết luận rằng:

• Thay thế hoàn toàn Mo bởi V không làm tăng khả năng hóa bền của thép 4140 (0,2%Mo) thậm chí V không hòa tan vào austenit
• Thép có chứa 0,1 đến 0,2% V và 0,04% Ti được đặc trưng bởi độ cứng tăng lên đáng kể (10 đến 25% trong D1) so với tiêu chuẩn 4140
• Thép hợp kim hóa vi lượng với  V + Mo + Ti (~0.06-0.06-0.04%) cung cấp khả năng hóa bền  với D1 bắt đầu cung cấp độ cứng rất cao với D1 lớn hơn tới 60% so với D1, trong tiêu chuẩn 4140 với 0,20% Mo. Hiệu ứng này hoàn toàn không có trong thép thay thế một phần không có titan.

Ảnh hưởng rõ rệt đến độ cứng của sự kết hợp molypden-vanadi không có titan như Manganon quan sát thấy ở thép 4330, có thể được điều hòa với kết quả thứ ba của Sandberg trong đó loại thép sau này đã nghiên cứu có chứa 0,06% Al, dự kiến sẽ loại bỏ nitơ đến khoảng cùng mức độ với 0,04% Ti.

Tôi và ram thép hợp kim thường kết hợp độ bền và dẻo dai cao. Ngoài ra, tấm thép hợp kim được tôi và tôi luyện có sẵn với độ bền cực cao và độ dẻo dai được nâng cao. Tăng cường độ dẻo dai và độ bền cao đạt được trong các hợp kim niken-crom-molypden, bao gồm các loại thép như ASTM A 543, HY-80, HY-100 và HY-130. Những loại thép này sử dụng niken để cải thiện độ dẻo dai.

Thép thành phần Ni cao cho hoạt động ở nhiệt độ thấp

Cho những ứng dụng ở nhiệt độ thấp khoảng 0 đến -195 ^oC, thép ferrit với thành phần Ni cao là một trong những ứng dụng điển hình. Các ứng dụng này bao gồm các bể chứa khí hydrocacbon hóa lỏng và các cấu trúc, máy móc được thiết kế để sử dụng ở các vùng lạnh. Những loại thép này tận dụng tác dụng của hàm lượng niken trong việc giảm nhiệt độ chuyển tiếp va chạm, do đó cải thiện độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp. Các vật liệu đúc bằng thép cacbon và hợp kim cho dịch vụ nhiệt độ hạ nhiệt độ được bao phủ bởi thông số kỹ thuật tiêu chuẩn ASTM A 757.

Hợp kim 5% Ni cho dịch vụ nhiệt độ thấp bao gồm HY-130 và ASTM A 645. Đối với thép được mua theo tiêu chuẩn ASTM A 645, yêu cầu va đập tối thiểu Charpy V đối với tấm 25 mm được chỉ định ở -170oC để làm cứng, tôi luyện và đảo chiều -đĩa ủ.

Thép niken 9% thường hóa kép và được tôi luyện được bao phủ bởi ASTM A 353, và thép 8% và 9% niken được tôi luyện và tôi luyện được bao phủ bởi ASTM A 553 (loại I và II). Đối với vật liệu tôi và tôi, độ giãn nở bên tối thiểu trong các thử nghiệm va đập Charpy V là 0,38 mm. Thử nghiệm các đặc tính bền kéo điển hình của thép 5% và 9% Ni ở nhiệt độ phòng và ở nhiệt độ hạ nhiệt độ cho thấy rằng năng suất và độ bền kéo tăng lên khi nhiệt độ thử nghiệm giảm. Những loại thép này vẫn dẻo ở nhiệt độ nghỉ thấp nhất.

Thép niken 9% thường hóa kép và được nhiệt luyện bao gồm ASTM A 353, và thép 8% và 9% niken được nhiệt luyện bao gồm ASTM A 553 (loại I và II). Đối với vật liệu tôi và ram, độ giãn nở bên tối thiểu trong các thử nghiệm va đập Charpy V là 0,38 mm. Thử nghiệm các đặc tính bền kéo điển hình của thép 5% và 9% Ni ở nhiệt độ phòng và ở nhiệt độ hạ nhiệt độ cho thấy rằng năng suất và độ bền kéo tăng lên khi nhiệt độ thử nghiệm giảm. Những loại thép này vẫn dẻo ở nhiệt độ nghỉ thấp nhất.