Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ xử lý nhiệt cho thép 03ni18co9mo5tial ứng dụng trong lĩnh vực quốc phòng

TỔNG QUAN VỀ THÉP MARAGING

Khái niệm và đặc điểm của thép maraging

1.1.1 Giới thiệu về họ thép tiên tiến độ bền cao (AHSS)

Từ cuối thế kỷ XX, ngành luyện kim toàn cầu đã áp dụng nhiều công nghệ tiên tiến nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, giảm chi phí và bảo vệ môi trường Một trong những công nghệ nổi bật là công nghệ hoàn nguyên trực tiếp quặng sắt DRI, hay còn gọi là công nghệ luyện kim xanh, không sử dụng than cốc, giúp sản xuất sắt xốp với hàm lượng cacbon và tạp chất thấp Sự kết hợp giữa các công nghệ biến dạng và xử lý nhiệt đã tạo ra nhóm thép độ bền cao tiên tiến AHSS, với tính năng bền bỉ và dẻo dai vượt trội.

Hình 1.1 Các thế hệ thép tiên tiến độ bền cao (AHSS) [1]

Thép AHSS là lựa chọn tối ưu cho các bộ phận an toàn và cấu trúc của thùng xe cũng như khung gầm, giúp giảm trọng lượng lên đến 50% so với thép nhẹ mà vẫn duy trì độ bền Nhờ vào tính năng vượt trội này, thép AHSS đã trở thành vật liệu ưa chuộng để gia cố các bộ phận như ngưỡng cửa, trụ A, trụ B, dầm va đập cửa, hệ thống cản và cấu trúc ghế.

Thép AHSS đã trở thành thành phần quan trọng trong cấu trúc ô tô, với 30 đến 40% các mẫu xe mới được chế tạo từ vật liệu này Dự báo trong vài năm tới, tỷ lệ thép AHSS trong ô tô sẽ tăng lên 40 đến 50%, góp phần giảm 5% tổng lượng phát thải khí nhà kính.

Thép AHSS đang dần thay thế cho một số mác thép HSLA truyền thống [2-

Thép AHSS (Advanced High-Strength Steel) có thành phần hóa học chủ yếu gồm C, Mn, Si, cùng với một lượng nhỏ Cr, Mo, Al, tương tự như HSLA, nhưng với độ sạch tạp chất cao hơn, đặc biệt là hàm lượng P và S nhỏ hơn 0,015% Quy trình sản xuất thép AHSS tích hợp các công nghệ tiên tiến về biến dạng và xử lý nhiệt, giúp tạo ra cấu trúc đa pha với tỷ phần thể tích nhất định và kích thước hạt siêu mịn Nhờ đó, thép AHSS sở hữu cơ tính vượt trội, vừa bền vừa dẻo, phù hợp cho ứng dụng trong ngành chế tạo ô tô.

Hình 1.3 Quá trình chuyển biến pha khi nhiệt luyện thép AHSS [8]

Thép AHSS thế hệ 1 bao gồm các loại thép như thép song pha DP, thép chuyển biến do dẻo TRIP, thép đa pha CP và thép mactenxit, với các chỉ tiêu cơ học vượt trội hơn so với thép HSLA Dải độ bền của thép này rất cao, từ 500 đến 2000 MPa, và độ giãn dài đạt từ 10 đến 40%.

Thép có khả năng chịu tải biến dạng lớn nhờ vào tỷ số giới hạn bền trên giới hạn chảy cao, cùng với hệ số hóa bền biến dạng lớn và chỉ số hấp thụ năng lượng cao.

Thép AHSS với độ sạch tạp chất cao và quy trình xử lý nhiệt đặc biệt đã tạo ra các cơ tính vượt trội, nhờ vào sự kết hợp của các pha khác nhau với tỷ lệ nhất định tùy thuộc vào mác thép Hiện nay, thép AHSS đã chiếm đến 70% khối lượng trong các xe ô tô con.

Ngành công nghiệp ô tô đang phát triển nhanh chóng, yêu cầu các chi tiết phức tạp với độ bền và độ dẻo dai cao hơn để cải thiện khả năng biến dạng Để đáp ứng những yêu cầu này, thế hệ thép AHSS thứ hai đã được ra đời, mang lại giải pháp cho các tiêu chuẩn khắt khe trong sản xuất ô tô.

Các nhóm thép hiện nay bao gồm thép AUST SS, thép TWIP và thép L-IP, với thành phần chứa nhiều nguyên tố hợp kim cao cấp Do chi phí sản xuất cao, những loại thép này ít được sử dụng phổ biến và thường chỉ áp dụng trong những trường hợp đặc biệt.

Thế hệ thép AHSS thứ ba đang trong quá trình phát triển, với mục tiêu kết hợp độ bền cao của thế hệ thứ nhất và độ dẻo cùng khả năng biến dạng tốt của thế hệ thứ hai, đồng thời đảm bảo giá thành hợp lý.

Bảng 1.1 Phân loại thép AHSS [9]

STT Nhóm thép AHSS Ký hiệu

6 Austenitic Stainless Steel AUST SS

1.1.2 Giới thiệu về thép maraging

Maraging là sự kết hợp giữa hai từ: Martensite và age-hardening – Thép mactenxit hoá già

Thép maraging, lần đầu tiên được giới thiệu vào những năm 1940 bởi công ty International Nickel Company (Inco) tại Huntington Alloys, Virginia, Mỹ, đã cho thấy sự vượt trội về độ cứng sau xử lý nhiệt Đến năm 1960, với sự bùng nổ của ngành hàng không và vũ trụ, nhu cầu về loại thép này tăng mạnh, dẫn đến việc phát triển thêm các nguyên tố hợp kim như Coban và Molypđen.

Đến năm 1991, do giá Coban tăng cao, thép maraging đã được chế tạo mà không chứa Coban Hiện nay, sự kết hợp độc đáo giữa độ bền và độ dẻo dai của thép maraging khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng cho các yêu cầu an toàn khắt khe trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, quân sự và nhiều lĩnh vực khác.

Thép maraging được biết đến với hàm lượng cacbon rất thấp (