Thép bền nóng (heat – resistant Steel) là họ thép có khả năng chịu tải lâu dài ở nhiệt độ trên 500 oC. Đây là họ thép sử dụng trong nồi hơi, tuabin khí, động cơ phản lực, tên lửa…Trong bài viết này chúng tôi sẽ trình bày về thép bền nóng và nhiệt luyện họ thép này

THT chuyên xử lý nhiệt cho thép bền nóng. Liên hệ : 0984892487

Bài viết liên quan:

– Thép và hợp kim chịu nhiệt

– Tổng hợp về vật liệu chịu nhiệt

1.Yêu cầu đối với thép làm việc ở nhiệt độ cao

So với nhiệt độ thường, khi làm việc ở nhiệt độ cao, thép có sự suy giảm rõ rệt cơ tính và tính chống ăn mòn.

Khi làm việc ở nhiệt độ cao, kim loại bị biến dạng dẻo chậm chạp theo thời gian gọi là dão. Đánh giá độ bền của thép làm việc của thép ở nhiệt độ cao bằng chỉ tiêu riêng gọi là giới hạn và độ bền dão. Độ bền dão ứng với ứng suất gây ra phá hủy dão sau một thời gian nhất định (ví dụ 1000h).

Nâng cao nhiệt độ cũng làm giảm tính bền hóa học do sự ăn mòn hóa học -oxy hóa thép trong khí chát khô. Sự tạo thành lớp vảy oxit và sự phát triển nhanh của nó sẽ làm giảm tiết diện chịu tải và làm giảm độ bền. Khi làm việc ở nhiệt độ lớn hơn 570 oC sự tạo thành vảy oxit trở nên đột ngột do cấu trúc chủ yếu FeO xốp, không có tính bảo vệ. Vì vậy cần hợp kim hóa thép bằng crom, molipden, silic để tạo nên các oxit tương ứng với cấu trúc xít chặt có tính bảo vệ cao, nhiệt độ làm việc càng cao lượng các nguyên tố hợp kim đặc biệt là crom càng phải cao. Xét trên khía cạnh này, các thép không gỉ cũng là thép bền nóng

Một trong những ứng dụng của thép bền nhiệt là chế tạo  xupap xả trong động cơ đốt trong. Xupap xả là chi tiết làm việc trong các điều kiện nặng nhất: tải trọng cao, chịu nhiệt độ cao 650-700 oC do khí chát thải ra và bị ăn mòn ở đuôi và cạnh vát khi va đập. Để chế tạo nó người ta dùng hai loại mác thép mactenxit và austenit với lượng cacbon khoảng 0,4-0,5% để đảm bảo tính chống mài mòn nhất định.

2. Thành phần và tính chất và nhiệt luyện thép bền nhiệt

Thép bền nhiệt theo tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Mỹ SAE: HNV-1 (0.5-0.6% C, 7.5-8.5%Cr, 0.2-0.6Mn, 1.25-1.75 Si, 0.6-0.9%Mo). NHV-3  (0.4-0.5% C, 8-9%Cr,0.2- 0.6Mn, 3-3.5% Si). EV-9 (0.35-0.5%C, 12-15%Cr, 1%Mn, 0.3-0.8%Si, 0.2-0.5%Mo, 12-15%Ni, 1.5-3%W).

Nhưng trong bài viết này chúng tôi sẽ trình bày theo tiêu chuẩn Nhật, hiện nay đang được dùng phổ biến ở Việt Nam. Vì đây là mác thép thường để chế tạo xupap do đó sẽ được phân loại theo loại xupap

2.1. Thép bền nhiệt chế tạo đầu nạp

Thành phần mác thép chế tạo van nạp theo bảng 1 dưới đây

Bảng 1.Thành phần thép bền nhiệt chế tạo van nạp theo tiêu chuẩn Nhật

Đây là các mác Thép chứa crom cao 8-11% và silic 2%, ngoài ra có thể thêm molipđen, đó là các nguyên tố vừa nâng cao tính chống ăn mòn hóa học (tạo lớp oxit Cr2O3 và SiO2 bền, xít chặt) vừa có tính chống ram tốt để không bị giảm độ bền, độ cứng khi làm việc ở nhiệt độ cao.

Thép chứa crom cao 8-11% và 2%Si, ngoài ra có thể thêm Molipden, đó là các nguyên tố vừa nâng cao tính chống ăn mòn hóa học (tạo lớp vảy oxit Cr2O3, SiO2 xit chặt) vừa có khả năng chống Ram tốt để không làm giảm độ bền, độ cứng khi làm việc ở nhiệt độ cao-tính cứng nóng. Các mác này theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ là HNV-1 và HNV-3, tương đương mác thép theo tiêu chuẩn nhật bản là SUH-1 và SUH-3, đây là các mác thép tự tôi. Nhiệt luyện bao gồm tôi (1000-1100 oC) + ram (700-750 oC) với các lưu ý sau:

-Nhiệt độ ram cao hơn nhiệt độ làm việc, do đó khi làm việc cơ tính không bị xấu đi

-Mác théo HNV-1 (SUH1) bị giòn ram loại II khá mạnh, sau khi ram phải làm nguội trong nước

2.2.Thép bền nhiệt chế tạo van xả

Thép làm xupap phải có cacbon trung bình 0.35-0.5%, Crom cao và niken cao mở rộng vùng Austenit. Thé này có nhược điểm là độ cứng thấp HB 160-200 và không thể nâng cao bằng cách tôi, nên đầu mút xupap được thấm nito, cạnh vát được hàn đắp bằng stêlit (loại hợp kim cứng nấu chảy có 35%Cr, 1-2%C, còn lại Co)

Tài liệu Tham khảo:

1.Vật liệu học Nghiên Hùng -Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2002

2.http://www.tohokusteel.com/en/business/product/specialsteel/specialsteel_04.html