Mục đích của hệ thống xử lý nhiệt là quá trình tôi nhanh sản phẩm sau giá cán tinh nhằm tạo ra sự chuyển biến cấu trúc kim loại từ mặt ngoài đến lõi thanh thép (martensite-bainite-austenite) để cải thiện cơ tính của thép mà không cần tăng hàm lượng các nguyên tố trong thành phần mác thép. Sơ đồ hệ thống xử lý nhiệt được mô tả trên hình 2.
Hình 2: Sơ đồ hệ thống xử lý nhiệt
1. ống dẫn thanh thép vào; 2-5 các ống dẫn
Venturi; 6-7 ống dẫn ra; 8-9 các tấm dẫn hướng.
Một đầu ống được phun nước với áp lực lớn, thép đi qua ống được ngâm trong nước với tốc độ lưu chuyển lớn nên nguội rất nhanh. Bên trong các ống chính là hệ thống các ống dẫn dạng ống Venturi có tác dụng dẫn hướng cho thép trong ống khỏi bị lệch hướng và tắc ống. Các thông số chính của hệ thống xử lý nhiệt [3] là:
– Chiều dài ống là : l = 4900 mm
– Đường kính trong của ống : dtr = 75 mm
– Đường kính ngoài của ống : dng = 140 mm
Dưới đây là ví dụ về các thông số cán và xử lý nhiệt chính để cán thép vằn D14, [3]:
– Đường kính danh nghĩa sản phẩm, d: 14 mm
– Tốc độ giá cán tinh: 12 m/s
– Nhiệt độ kết thúc cán tinh: 1050°C
– Nhiệt độ cân bằng sau khi xử lý nhiệt: 630°C
– Lưu lượng nước: 200 m3/h
– Áp suất nước: (1.0÷1.2) MPa.
Để xác định cơ tính của vật liệu cho thép vằn D14, thí nghiệm kéo, xoắn được thực hiện trên máy kéo nén MTS 100 kN, hành trình 300 mm, tốc độ kéo đầu chày nhỏ nhất có thể kéo là 0.01 mm/s. Góc xoắn lớn nhất là 50°. Tổ chức tế vi và độ cứng của vật liệu được thực hiện tương ứng trên kính hiển vi quang học Axiovert 100A và máy đo độ cứng tế vi Duramin Struer. Các kích thước mẫu kéo-xoắn được thể hiện trên hình 3.
Hình 3. Bản vẽ mẫu kéo và xoắn
Mẫu kéo, xoắn và mẫu đo độ cứng đều được chế tạo với hai chế độ nhiệt luyện khác nhau là thường hóa, ký hiệu là C2 (làm nguội trong không khí) và làm nguội dưới áp lực cao của nước, ký hiệu C3. Tổ chức tế vi được xem xét tại ba vị trí tương ứng trên hình 4 là p1, p2, p3. Tại ba vị trí này độ cứng cũng được đo trên cả hai mẫu C2, C3 với tải trọng tương ứng là P = 750 và 150 kg. Mẫu được tẩm thực và đánh bóng trước khi quan sát tổ chức và đo độ cứng.
Hình 4: Vị trí đo độ cứng và quan sát ảnh tổ chức tế vi của mẫu C3.
3. Kết Qủa Và Thảo Luận
Đồ thị kéo (hình 5a) mô tả quan hệ giữa ứng suất thực và biến dạng thực, và đồ thị xoắn (hình 5b) mô tả quan hệ giữa mômen xoắn và biến dạng thực.
Trên hình 5a có thể xác định được giới hạn bền, giới hạn chảy, mô đun đàn hồi, độ giãn dài tương đối của vật liệu, cụ thể được cho trong bảng 1.
Bảng 1, 2 và Hình 5
Kết quả trên cho thấy rõ sự khác nhau về cơ tính của vật liệu với hai chế độ xử lý nhiệt khác nhau. Với chế độ nhiệt luyện dưới áp lực nước mẫu C3 có giới hạn bền (σb); giới hạn chảy (σch) (hình 5a) và mômen xoắn MR (hình 5b) cao hơn (bảng 1), nhưng độ giãn dài δ của mẫu C3 (15%) thấp hơn so với mẫu C2 (22%), tức giảm 7%.
