mở đầu và kết luận, gồm 4 chương chính như sau: 1- Tổng quan về thép AHSS - thép DP và sắt xốp. Tổng quan về tài liệu các tác giả thế giới đã nghiên cứu về thép AHSS và DP, từ đó đưa ra các nội dung Luận án cần nghiên cứu. 2 - Cơ sở lý thuyết về tổ chức và cơ tính thép DP Khảo cứu tài liệu, thuyết minh cơ sở lý thuyết tăng bền của thép song pha với 3 lý thuyết: Lý thuyết cộng pha; lý thuyết hóa bền do hạt nhỏ mịn; lý thuyết độ bền và độ dẻo do lệch và hãm lệch. Khảo cứu quá trình nhiệt động học chuyển biến pha để tạo pha F và M; có độ hạt nhỏ siêu mịn và tỷ phần pha M theo yêu cầu cơ tính của thép song pha.
3 - Thực nghiệm khoa học. Trình bày các phương pháp, thiết bị và công cụ dùng để thực nghiệm theo lưu đồ thực nghiệm. Xác định các thuộc tính nhiệt động của thép nghiên cứu, làm điều kiện ban đầu, sử dụng phương pháp QHTN làm cơ sở, xác lập miền thông số công nghệ thực nghiệm, số thực nghiệm, thực hành thực nghiệm thử tổ chức và cơ tính, xử lý số liệu, xác lập hàm hồi quy để tìm giá trị cực trị của các mục tiêu. Sử dụng phần mềm dựng biểu đồ 3D và đồng mức để tìm miền công nghệ phù hợp yêu cầu.
5 4 - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ cơ - nhiệt đến tổ chức và cơ tính của thép. Phân tích kết quả thực nghiệm và xác định các quy luật quan hệ các thông số công nghệ với tổ chức và cơ tính của thép DP được luyện từ sắt xốp MIREX. Tổng hợp kết quả, đưa ra các bộ thông số công nghệ để thép có độ bền cao, tính dẻo cao hoặc độ bền và tính dẻo đều tốt theo yêu cầu công nghệ. Kiểm chứng khả năng ứng dụng trong thực tế sản xuất.
6 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THÉP AHSS - THÉP DP - SẮT XỐP 1. Một số khái niệm 1. Thép kết cấu hợp kim Từ hình 1.1 theo độ bền và độ giãn dài, thép kết cấu được phân thành 3 nhóm: Thép độ bền thấp có giới hạn bền nhỏ hơn 270MPa; thép độ bền cao có giới bền đến 700MPa và thép độ bền siêu cao có giới hạn bền lớn hơn 700MPa.1: Phân loại thép theo quan hệ độ bền và tính dẻo [24][30][44] Thép độ bền cao gồm: nhóm thép CMnSi và nhóm thép hợp kim thấp độ bền cao HSLA, được hợp kim hóa bằng các NTHK Mn, Si, Cr, Ni,… với tổng hàm lượng NTHK nhỏ hơn 5%. Thép hợp kim thấp độ bền cao được dùng làm vật liệu sản xuất các kết cấu thép và các chi tiết cơ khí.
Do thép có lượng nguyên tố hợp kim ít, nên giới hạn bền cao hơn thép cacbon, nhưng ở trạng thái thường hóa, giới hạn bền của chúng cũng khó vượt ngưỡng 700MPa. Nhóm thép CMnSi được ứng dụng rất rộng rãi dùng để sản xuất các sản phẩm dạng thép cán dạng tấm và thép thanh có tiết diện I - U - T dùng trong các công trình xây dựng, các kết cấu thiết bị và khung dầm xe ô tô các loại. Tuy thép có giới hạn bền nhỏ hơn 700MPa, giới hạn chảy đến 500MPa, độ giãn dài từ 10 đến 30%, 7 nhưng được sản xuất với một khối lượng rất lớn phục vụ chế tạo các kết cấu thép, vì vậy nghiên cứu cải tiến để tăng độ bền và độ dẻo, rất có ý nghĩa về kinh tế và kỹ thuật. Từ yêu cầu thực tiễn, nhóm thép CMnSi được nghiên cứu nâng cao chất lượng về độ bền và độ dẻo theo xu hưởng thay đổi tổ chức bằng tác động của công nghệ biến dạng - xử lý nhiệt.
Từ đó thép độ bền cao tiên tiến AHSS ra đời, tạo một sự đổi mới về chất làm tăng độ bền và độ dẻo, đang dần thay thế thép hợp kim thấp độ bền cao. Thép độ bền cao tiên tiến - AHSS Thép AHSS được nghiên cứu từ những năm 1960, được phát triển mạnh sau những năm 1980. Từ thành tựu về công nghệ hoàn nguyên trực tiếp sắt (luyện gang phi cốc), thu được sản phẩm có hàm lượng P và S thấp dưới 0,015%, nhờ đó tạo tiền đề cho luyện ra mác thép chất lượng cao, tiếp sau sử dụng công nghệ biến dạng và xử lý nhiệt tạo được mác thép có số lượng pha nhất định (F, M, B, Ô dư), với độ lớn hạt siêu mịn và có tỷ phần thể tích các pha nhất định. Từ đó ta được thép AHSS có cơ tính tổng hợp cao hơn các mác thép HSLA, có giới hạn bền cao đến siêu cao, trên 1200MPa và độ giãn dài vẫn bảo đảm trên 20%.
Thép song pha Thép song pha (DP) là một trong các mác thép thuộc nhóm độ bền cao tiên tiến AHSS, mác thép có tổ chức hai pha F và M đồng tác dụng; pha ferit dẻo làm nền và pha mactenxit rắn nằm xen kẽ trên phân giới hạt của pha ferit, có độ lớn hạt siêu mịn. Hai pha ferit và mactenxit có tỷ phần thể tích nhất định, trong đó ferit chiếm 70 ÷ 85% có hình dạng đa cạnh phân bố liên tục giữ vai trò pha nền, mactenxit có dạng các đảo cô lập phân bố trên nền ferit đóng vai trò pha hóa bền chiếm tỷ số 30 ÷ 15% [6]. Đặc điểm thành phần - tổ chức pha - cơ tính thép AHSS 1. Đặc điểm thành phần và tổ chức của thép AHSS Thép AHSS không phân loại theo thành phần hóa học hoặc công dụng như thép HSLA, mà được phân loại và gọi tên theo đặc trưng cấu trúc pha của thép: thép song pha DP - thép có hai pha (F và M); thép dẻo do chuyển biến TRIP - thép có 3 hoặc 4 pha (F, B, M và Ô dư); thép đa pha CP - thép có tổ chức 4 pha (F, B, M, Ô), thép mactenxit MS - thép có tổ chức chủ yếu là pha mactenxit.
Đặc điểm thành phần và tổ chức thép chỉ ra trong bảng 1.1: Bảng phân loại thành phần và tổ chức các thép AHSS theo ASTM 1079-13, EN10338 [56][69] Loại Đặc điểm tổ chức Thành phần hóa học thép DP - Nguyên tố chính: 0,060,18%C; 12,9%Mn; 7085% ferit, [16][30] 0,61%Si, 0,20,5%Cr 1530% mactenxit [56] [69] - Nguyên tố khác: V, Ti, Nb 50-60% ferit, - Nguyên tố chính: 0,10,4%C; 1,02,0%Mn; TRIP 2540% bainit, 1,02,0%Si; Al đến tới 1,5% để thay thế cho Si. và 5% ôstenit dư - Nguyên tố khác: Nb, Ti, V. - Nguyên tố chính: 0,050,17%C, 0,82%Mn, FB Ferit + bainit rất ~0,15%Si. nhỏ mịn - Nguyên tố khác: Nb, Ti, V.
MS C < 0,3% và các nguyên tố như Mn, Si, Cr, Mo, Mactenxit [69] B, V, Ni, … Từ bảng 1.1 ta thấy, thép AHSS có hàm lượng cacbon thấp, một số nghiên cứu mới đã đưa hàm lượng cacbon đến trung bình (C < 0,40%), chúng được hợp kim hóa bằng một số nguyên tố thông dụng. 9 Thép có yêu cầu về độ sạch cao, các tạp chất phi kim thấp, được luyện trong điều kiện sử dụng các hóa chất hoặc dùng công nghệ để khử được các tạp chất phi kim và khi tạo phôi chúng được rèn hoặc cán với lượng biến dạng nhất định để phá vỡ các hạt tạp chất tạo thành các phần tử nhỏ mịn và phân tán. Đồng thời, %P, S được khử để hàm lượng dưới < 0,015% và được tinh luyện khử tạp chất khí. Nhờ có thành phần - tổ chức của thép đặc thù, cùng với được sản xuất bằng công nghệ đặc biệt, nên thép AHSS có độ bền cao hoặc siêu cao, đồng thời độ dẻo cũng cao.
Độ bền và độ dẻo của từng pha trong thép AHSS cùng tỷ phần thể tích của chúng quyết định độ bền và độ dẻo của thép.2: Đặc điểm tổ chức mác thép AHSS [21] Pha ferit có vai trò quan trọng chủ đạo tác dụng đến độ bền và nhất là độ dẻo. Các pha M và B có độ rắn cao, độ dẻo thấp, nằm xen kẽ giữa pha F, đóng vai trò là các pha tăng bền, có tác dụng cản trở chuyển động của lệch, là tác nhân điều tiết độ bền và độ dẻo. Một số nhóm thép còn có thêm pha ôstenit dư (thép TRIP), pha có độ dẻo cao, nhưng dưới tác dụng của biến dạng hoặc nhiệt độ Ô dư sẽ chuyển biến thành M. Chính vì vậy thép TRIP có độ bền và độ dẻo lớn hơn HSLA và thép DP.
Đặc điểm cơ tính của nhóm thép AHSS Đặc trưng của thép AHSS vừa có độ bền cao vừa có độ dẻo tốt. Đến nay một số mác có độ bền siêu cao đã được sản xuất, Thép AHSS chỉ cần hợp kim hóa bằng các nguyên tố đơn giản rẻ tiền, như thép CMnSi thuộc nhóm HSLA nhưng có độ bền tương đương độ bền của thép được hợp kim hóa bằng Cr, Ni. 10 Căn cứ vào giới hạn bền và độ giãn dài và thời gian đạt kết quả nghiên cứu, thép AHSS được chia thành 3 thế hệ (hình 1.3: Ba thế hệ thép AHSS [40][26] + Thép AHSS thế hệ 1: Nhóm thép được phát triển từ nhóm HSLA, với 3 phân nhóm thép DP, thép TRIP và thép CP. Bằng tác động trí tuệ của con người, thông qua sử dụng các công nghệ khác nhau, từ công nghệ nấu luyện bằng nguyên liệu sạch, được tinh luyện ngoài lò và xử lý cơ nhiệt, đã điều khiển được các thông số công nghệ nhờ đó tạo nên thép có tổ chức pha đặc trưng, đã đưa độ bền của chúng cao hơn thép HSLA tương ứng thép được hợp kim hóa bằng Cr, Ni,.
Bằng công nghệ có thể tạo được mác thép mactenxit siêu bền, với giới hạn bền có thể đạt đến 2000MPa, vẫn có độ dẻo nhất định với độ giãn dài thấp nhất từ 5 10%. Nhóm thép này đang được ứng dụng theo quy mô công nghiệp, đang được phát triển mở rộng ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm cơ khí. + Thép AHSS thế hệ 2: Là nhóm thép có tổ chức ôstenit với thành phần Mn cao, thép được biến dạng xoắn tạo song tinh (TWIN). Đặc trưng của loại thép này là độ bền và tính dẻo rất cao.
Do công nghệ sản xuất phức tạp, cần sử dụng thiết bị riêng, nên nhóm thép này mới được sử dụng sản xuất một số vật liệu đặc biệt với số lượng ít, chưa sản xuất quy mô hàng loạt. 11 + Thép AHSS thế hệ 3: Cũng như nhóm thép thế hệ thứ 2, nhóm thép thế hệ 3 có độ bền hơn hẳn thế hệ 2 (đến 2000MPa) và độ dẻo rất tốt (độ giãn dài đến 50%) do tạo được tổ chức hạt nanô. Thép có cấu trúc pha hạt kích thước nanô, nên cơ chế hóa bền theo quy luật vật liệu nanô.