Việc sử dụng mangan thay thế niken trong thép hợp kim nói chung và thép không gỉ nói riêng sẽ đem lại lợi ích kinh tế cao.
On the replace of nickel by mananese in austenitic stainless steels
Bùi Văn Mưu
Trường Đại học bách khoa Hà Nội
Lê Quang Hiếu
Viện Luyện kim đen
TÓM TẮT
Ngày nay, thép không gỉ được sử dụng rộng rãi trong đời sống. Do đây là hệ thép hợp kim cao nên giá thành của loạt thép này khá đắt. Một trong nhũng biện pháp hạ giá thành sản phẩm là tìm kiếm các nguyên tố rẻ thay thế cho các nguyên tố đắt. Mangan là nguyên tố có một số đặc tính gần giống với niken như mở rộng vùng γ trong thép, đồng thời có cấu trúc gần giống với sắt nên nó có thể hoà tan nhiều trong thép. Một điều đáng quan tâm hơn nữa là nó có giá rẻ hơn niken. Việc sử dụng mangan thay thế niken trong thép hợp kim nói chung và thép không gỉ nói riêng sẽ đem lại lợi ích kinh tế cao.
ABSTRACT
Nowaday, the stainless steels are used in all fĩelds of the life. It’s high alloyed steels so that they have rather high price. One of the methods tho reduce the cost is replacing partially expensive elements by cheaper ones. The manganese has some properties like nickel: broadening γ region and similar structure as iron, but cheaper than nickel. So using the manganese in some austenitic stainless steels has a great economic effect.
1. Mở đầu
Thép không gỉ bao gồm các hợp kim trên cơ sở sát có tính chất chịu ăn mòn cao trong các môi trường xâm thực mạnh khác nhau. Tính chịu ăn mòn của họ thép này do nguyên tố crôm (Cr) quyết định, mặc dù một số nguyên tố khác như Al, Ni, Si, Mo… cũng làm tăng tính chịu ăn mòn của chúng. Trong họ thép không gỉ thì họ thép không gỉ austenit hệ CrNi có yêu cầu về các thành phần hợp kim tương đối cao, đặc biệt là nguyên tố niken (Ni) (khoảng 8% trở lên). Ni là nguyên tố đắt tiền và Việt Nam phải nhập khẩu hoàn toàn. Trong khi đó, Việt nam lại có các mỏ Mn ở Cao Bằng, Tuyên Quang, Hà Giang, Nghệ An, Hà Tĩnh… Xét về cấu trúc, Mn hòa tan vô hạn trong sắt (Fe) và tạo thành dung dịch gần lý tưởng. Do Mn có bán kính nguyên tử gần bằng bán kính nguyên tử của Fe (rFe=1,26A0; RMn=1,31A0) nên Mn chiếm vị trí thay thế các nguyên tử Fe.
Mn có tính chất gần giống Ni là mở rộng vùng y trong thép. Trong giản đồ trạng thái, khi hàm lượng Mn dưới 50% thì hai giản đồ Cr-Mn và Cr-Ni là gần giống nhau, do đó sự có mặt của Mn hầu như không làm thay đổi tổ chức của hệ Fe-Cr-Ni ở trạng thái cân bằng. Đối với cacbon (C), Mn tạo thành cacbit (Fe, Mn)3C có độ cứng cao. Hơn thế nữa, khi có hàm lượng C tương đối thì trong quá trình biến dạng dẻo thép chứa Mn sẽ tạo thành pha mactexit.
2. Thực nghiệm
Mác thép nghiên cứu có thành phần hoá học như trong bảng 1.
Bảng 1 – 4
Đã sử dụng các thiết bị sau để chế tạo và đặc trưng thép:
– Lò cảm ứng trung tần;
– Lò tinh luyện điện xỉ;
– Kính hiển vi quang học;
– Máy nhiễu xạ rơngen;
– Dụng cụ phân tích hoá học và quang phổ phát xạ;
– Máy kéo nén vạn năng;
– Phương pháp thử ăn mòn Tafel.
Nguyên vật liệu ban đầu gồm: thép phế, FeMn, FeSi, Ni kim loại và một số vật tư phụ. Thành phần hoá học của nguyên liệu nêu trong bảng 2.
