Tóm tắt Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ gia công cơ - Nhiệt đến tổ chức và cơ tính của thép song pha được luyện từ sắt xốp

BỘ QUỐC PHÒNG 
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ 
TRẦN CÔNG THỨC 
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ 
GIA CÔNG CƠ - NHIỆT ĐẾN TỔ CHỨC VÀ CƠ TÍNH CỦA 
THÉP SONG PHA ĐƯỢC LUYỆN TỪ SẮT XỐP 
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí 
Mã số: 9 52 01 03 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
HÀ NỘI - 2018 
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI 
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG 
Người hướng dẫn khoa học: 
1. PGS.TS Đinh Bá Trụ 
2. PGS.TS Nguyễn Trường An 
Phản biện 1: PGS.TS Trần Ngọc Thanh 
Viện Tên lửa - Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự 
Phản biện 2: PGS.TS Đào Minh Ngừng 
 Viện KHKT vật liệu - Đại học Bách khoa Hà Nội 
Phản biện 3: TS Đào Văn Lưu 
 Trung tâm Công nghệ - Học viện Kỹ thuật Quân sự 
Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện theo 
quyết định số ./, ngày ..tháng .năm 2018 của Giám đốc Học 
viện Kỹ thuật Quân sự, họp tại Học viện Kỹ thuật Quân sự vào hồi 
giờ ngày tháng .2018. 
Có thể tìm hiểu luận án tại: 
- Thư viện Học viện Kỹ thuật Quân sự 
- Thư viện Quốc gia 
1 
MỞ ĐẦU 
1. Tính cấp thiết của đề tài 
Hiện nay, công nghệ hoàn nguyên trực tiếp (sắt xốp - DRI) đang được phát 
triển, đã sản xuất hàng trăm triệu tấn thép hợp kim chất lượng cao mỗi năm. 
Nhờ sử dụng nguyên liệu sắt xốp và tinh luyện ngoài lò, cùng với công nghệ cơ 
- nhiệt đã nâng cấp nhóm thép hợp kim thấp độ bền cao (HSLA) nhóm CMnSi 
trở thành một nhóm thép mới, thép độ bền cao tiên tiến (AHSS), trong đó có 
thép song pha (DP). Thép có cơ tính đặc thù vừa có độ bền cao, vừa có tính dẻo 
tốt, được dùng để chế tạo các kết cấu thép, khung dầm xe ô tô, các chi tiết cơ 
khí tạo nên một thế hệ sản phẩm có độ bền cao hơn, kết cấu nhẹ hơn và giá 
thành hạ hơn. 
Để đáp ứng cho quốc phòng tự sản xuất vỏ động cơ R122 với yêu cầu chiều 
dài ống dài hơn có thể chịu được áp lực cao hơn để bắn được tầm xa hơn, cần giải 
quyết theo hướng sử dụng thép DP có cơ tính đặc biệt vừa cho độ bền cao hơn khi 
sử dụng và vừa có độ dẻo lớn hơn khi gia công biến dạng, nhờ hiệu ứng song pha, 
thay thế mác thép thông thường. 
2. Mục tiêu của luận án 
Xác lập các quy luật quan hệ giữa 3 TSCN: (nhiệt độ nung, thời gian giữ 
nhiệt và tốc độ nguội) với tổ chức tế vi (tổ chức 2 pha F và M, có độ lớn hạt cấp 
siêu mịn, tỷ phần pha nhất định) và từ đó quyết định đến chỉ tiêu cơ tính; nhằm 
làm cơ sở thiết lập các quy trình công nghệ cơ nhiệt sản xuất phôi thép dập vỏ 
động cơ R122, từ thép được luyện bằng sắt xốp MIREX, qua biến dạng và xử 
lý cơ - nhiệt, tương đương tiêu chuẩn ASTM. 
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu các chỉ tiêu cơ tính của 1 mác thép 
CMnSi, được tạo nên bằng hiệu ứng song pha nhờ công nghệ cơ nhiệt đặc biệt đáp 
ứng yêu cầu làm phôi dập vỏ động cơ R122. 
Phạm vi nghiên cứu: Chọn một mác thép DP đáp ứng yêu cầu, luyện từ 
nguyên liệu sắt xốp, được rèn với tỷ số rèn cao đủ làm nhỏ hạt. Trọng tâm 
nghiên cứu tác dụng của các thông số xử lý nhiệt đến các chỉ tiêu cơ tính thông 
qua hình thành tổ chức tạo nên hiệu ứng song pha. 
4. Phương pháp nghiên cứu 
Lấy thực nghiệm khoa học làm cơ sở, các số liệu đo đạc được từ các mẫu thử 
làm bằng thép DP, qua rèn và xử lý nhiệt theo quy trình đặc biệt. Sử dụng phương 
2 
pháp quy hoạch thực nghiệm (QHTN) để xác định số số liệu và xử lý kết quả thực 
nghiệm, thiết lập hàm hồi quy và các biểu đồ đồng mức, từ đó phân tích xác lập 
quy luật quan hệ 3 TSCN đến các chỉ tiêu cơ tính thép DP. 
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 
Luận án đã chứng minh mối quan hệ giữa các TSCN với cơ tính của thép 
DP vừa bền vừa dẻo nhờ tạo nên tổ chức 2 pha F và M, độ lớn hạt siêu mịn và 
tỷ phần M từ 15 - 30%; nhờ đó thép vừa có độ bền cao khi sử dụng và tính dẻo 
tốt khi gia công biến dạng. 
Các quy luật được Luận án đưa ra đã được nghiệm chứng có thể sử dụng 
làm cơ sở thiết lập các quy trình công nghệ tạo phôi thép song pha được luyện 
từ sắt xốp và dùng để dập vỏ động cơ R122. 
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THÉP AHSS - THÉP DP - SẮT XỐP 
1.1. Một số khái niệm 
1.1.1. Thép kết cấu hợp kim: Là các mác thép dùng để chế tạo các kết cấu thép 
và các chi tiết máy. 
1.1.2. Thép độ bền cao tiên tiến: Là nhóm thép được phát triển từ nhóm thép 
HSLA, có hàm lượng cacbon thấp và trung bình được hợp kim hóa bằng Mn, 
Si; thép được luyện từ sắt hoàn nguyên trực tiếp DRI có độ sạch tạp chất cao, 
được xử lý cơ nhiệt đặc biệt để có tổ chức 2 hoặc nhiều pha, các hạt pha nhỏ 
mịn và có tỷ phần thể tích các pha nhất định. Nhờ đó thép có các chỉ tiêu độ bền 
cao và tính dẻo tốt. 
1.1.3. Thép song pha: Thép DP thuộc nhóm độ bền cao tiên tiến (AHSS). 
1.2. Đặc điểm thành phần - tổ chức pha - cơ tính thép AHSS 
1.2.1. Đặc điểm thành phần và tổ chức của thép AHSS 
Thép AHSS bao gồm: Thép song pha DP (có pha F và M); thép dẻo do 
chuyển biến TRIP (có pha F, B, M và Ô dư); thép đa pha CP (có pha F, B, M, 
Ô), thép mactenxit MS (có pha M). 
1.2.2. Đặc điểm cơ tính của nhóm thép AHSS 
Hình 1.1: Ba thế hệ thép AHSS 
Hình 1.4: Quan hệ n %  của thép DP 
3 
Thép AHSS so với thép HSLA: có độ bền siêu cao từ 700MPa - 1700MPa, 
độ giãn dài từ 10 - 40%, Nếu cùng giới hạn chảy 350MPa thép AHSS có độ bền 
cao đến 600MPa, độ giãn dài 30%. Cùng độ giãn dài 20% thép DP có độ bền 
đến 1000MPa, trong khi đó thép HSLA là 700MPa 
1.3. Đặc điểm thành phần - tổ chức pha và cơ tính của thép DP 
1.3.1. Đặc điểm thành phần thép DP 
Thép DP có thành phần: 0,06  0,15C%; 1  1,7Mn%; 0,6  1Si%, 0,2  0,5Cr%; 
< 0,025P%, < 0,025S%, thấp tạp chất phi kim và khí thấp. 
1.3.2. Đặc điểm tổ chức thép DP 
- Thép có tổ chức hai pha F và M; 
- Độ lớn hạt siêu mịn, dF < 20µm, dM < 10µm; 
- Tỷ phần thể tích các VM = 15 - 30%, 
- Pha M nằm xen kẽ giữa phân giới các hạt 
F làm tác nhân hóa bền. 
Hình 1.13: Tổ chức của thép DP 
1.3.3. Đặc điểm cơ tính thép DP: Thép vừa có độ bền cao vừa có tính dẻo tốt 
Hình 1.16.: Biểu đồ so sánh ứng suất - 
biến dạng của thép DP và HSLA 
Bảng 1.5: Tính dị hướng của thép DP 
Mác 
thép 
Sự định hướng 
Re 
(MPa) 
Rm 
(MPa) 
A 
(%) 
DP600 
Chiều dọc 370,9 630,1 23,2 
Chiều ngang 379,6 640,4 22,6 
DP780 
Chiều dọc 468,8 799,1 18,5 
Chiều ngang 475,8 796,9 17,5 
DP980 
Chiều dọc 585,5 1088,5 11,3 
Chiều ngang 642,9 1087,0 8,6 
Độ bền có giá trị từ 450 đến trên 1180MPa, Re từ 210  800MPa; A% từ 
12  34%; n từ 0,09  1,21; tỷ số Rm/Re là 1,71; PSE tới 20000MPa%. 
1.3.4. Đặc điểm công nghệ sản xuất thép DP của thế giới 
- Công nghệ 1: Cán nóng qua vùng 
nhiệt độ 2 pha → làm nguội nhanh. 
- Công nghệ 2: Cán nguội → Nung 
lên vùng 2 pha → làm nguội nhanh 
Hình 1.23: Sơ đồ sản xuất thép DP 
1.4. Đặc điểm sắt xốp - nguồn nguyên liệu sản xuất thép AHSS 
Bảng 1.7: Thành phần hóa học một số loại sắt xốp do Việt Nam sản xuất 
Sắt xốp MIREX Tổng Fe, % Fe KL, % C, % P, % S, % khác d (mm) 
Sắt xốp ép viên 90÷92 80÷82 1,0÷1,2 0,03max 0,03max Còn lại 40 
Sắt xốp cục 92÷96 90÷92 0,2÷0,3 0,025 0,025 Còn lại 12÷34 
4 
1.5. Kết luận chương 1 
1. Thép DP một trong các nhóm thép AHSS, có các đặc trưng tiêu biểu: Có 
hai pha F và M với tỷ phần thể tích mactenxit 15  30%; độ lớn hạt dF < 20m, 
dM < 10m. Được luyện từ sắt xốp, gia công biến dạng, được nung trong vùng hai 
pha và nguội nhanh. Thép có độ bền và độ giãn dài cao hơn hẳn thép HSLA cùng 
thành phần cơ bản. Được sử dụng làm các kết cấu thép và các chi tiết máy. 
2. Luận án cần tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của 3 TSCN (nhiệt độ nung, 
thời gian giữ nhiệt và tốc độ nguội) đến độ bền và tính dẻo của thép, trên cơ sở 
hình thành tổ chức đặc thù tạo nên hiệu ứng song pha. 
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TỔ CHỨC 
VÀ CƠ TÍNH CỦA THÉP DP 
2.1. Đặc điểm chỉ tiêu bền và dẻo đặc thù của thép DP 
Thép DP vừa có độ bền cao vừa có tính dẻo cao do thép có tổ chức đặc thù 
tạo nên hiệu ứng song pha. 
2.2. Nguyên lý cộng pha ứng dụng trong thép DP 
2.2.1. Cơ sở lý thuyết cộng pha 
Độ bền và độ dẻo của thép DP phụ thuộc vào tổng của tích độ bền (độ dẻo) 
của từng pha với tỷ phần thể tích của M: 
  = m .Vm + f.VF = m.Vm + f.(1-Vm) (2.3) 
  = m.Vm. + f.(1-Vm) (2.4) 
2.2.2. Độ bền và độ giãn dài pha F và M quan hệ với hàm lượng cacbon 
Giới hạn bền và độ giãn dài của pha F, M phụ thuộc hàm lượng %C trong chúng. 
2.2.3. Ảnh hưởng của tỷ phần thể tích F và M: Độ bền và độ dẻo của thép 
DP phụ thuộc vào tỷ phần thể tích của chúng (hình 2.6) 
2.3. Cơ chế hóa bền do lệch và sự hãm lệch trong thép DP 
2.3.1. Cơ chế hóa bền do lệch: Độ bền của thép DP phụ thuộc vào sự chuyển động 
của lệch nằm trong pha F khi chịu tác dụng của ứng suất tiếp theo công thức (2.5) 
𝜏𝐹𝑅 =
𝐺𝑏
𝑙
 (2.5) 
Theo Taylor ứng suất chảy thực σ(ε) phụ thuộc mật độ lệch ρ(ε) 
σ(ε) = σi0+α.G.b.√ρ(ε) ; y = i + d = i + α.G.b√ (2.6) 
hoặc y = i + α.G.b.√ 0+K.
m (2.7) 
Theo cơ chế nguồn lệch F-R, đường lệch chuyển động khi gặp các tác nhân 
cản trở (các pha phân tán, hoặc xen kẽ) chúng tạo thành các vòng tập trung lệch, 
5 
làm tăng bền cho vật liệu. 
a) b) 
Hình 2.5: Quan hệ Rm - Re(a) và A%(b) với hàm lượng %C trong M 
a) b) 
Hình 2.6: Quan hệ Rm - Re(a) và A% (b) với Vm của thép DP 
a)
(b)
(e)
K

A B
(a)
(f) (g)
(c) (d)
 b) 
Hình 2.9: Sơ đồ nguồn F-R (a) và sự cản trở lệch (b) 
2.3.2. Các cơ chế hãm lệch trong thép DP: Có 3 cơ chế hãm lệch 
- Hóa bền do sự hòa tan của NTHK C, N, Mn, Si 
- Hóa bền bằng các pha phân tán: các cacbit TiC, NbC 
- Hóa bền bằng chuyển biến pha tạo pha M rắn xen kẽ 
Hình 2.11: Ba cơ chế tăng bền của thép DP 
Hình 2.12: Tác dụng hóa bền của 
NTHK lên ứng suất chảy 
Hình 2.13: Chuyển biến tạo pha rắn 
Thép DP có độ bền cao, tính dẻo tốt nhờ sự cản trở lệch của các hạt M nhỏ 
siêu mịn, nằm xen kẽ trên nền pha F nhỏ mịn. Khi ngoại lực tác động lệch được 
6 
hình thành trong nhiều hạt F và khi chuyển động chúng bị các phân giới hạt và 
hạt M nhỏ mịn cản trở từ đó làm thép vừa có độ bền cao vừa có tính dẻo tốt. 
Như vậy, điều khiển nhiệt độ nung trong vùng 2 pha và thời gian giữ nhiệt, 
để khống chế độ hòa tan của cacbon, độ lớn hạt F, M và tỷ phần M, đồng thời 
nguội nhanh để tạo sự phân tán của M trên nền F (hình 2.13). 
2.4. Lý thuyết hóa bền thép DP bằng hạt F và M nhỏ 
2.4.1. Cơ sở lý thuyết hóa bền bằng hạt nhỏ thép DP 
Thép có hiệu ứng song pha nhờ tạo được kích thước các hạt F, M nhỏ mịn, 
nên độ bền và độ dẻo của thép DP có thể giải thích bằng lý thuyết hóa bền hạt 
nhỏ Hall-Petch (xem công thức 2.10 và hình 2.14; 2.15) 
2
1−
+= kdoch  (2.10) 
Hình 2.14: Quan hệ Rm và dF 
Hình 2.15: Quan hệ R -  với dF 
Hình 2.16: Các dạng truyền chuyển động của lệch qua phân giới hạt 
Khi độ lớn hạt F < 20m, sẽ có nhiều hạt biến dạng và lệch được truyền 
hạt nọ sang hạt kia qua phân giới hạt. 
2.4.2. Một số giải pháp làm nhỏ hạt trong thép DP 
1) Làm nhỏ hạt phôi ban đầu nhờ biến dạng dẻo với tỷ số biến dạng cao, 
khống chế nhiệt độ dừng rèn và thông số nhiệt khi làm nguội. 
2) Làm nhỏ hạt bằng hợp kim hóa: Sử dụng các nguyên tố vi lượng. 
3) Làm nhỏ hạt bằng công nghệ nung ở nhiệt 2 pha giữa Ac1 và Ac3, giữ 
nhiệt và làm nguội nhanh. 
2.5. Nhiệt động học chuyển biến tổ chức pha F và M 
2.5.1. Ảnh hưởng nhiệt độ nung 
7 
Khống chế nhiệt độ nung giữa vùng 2 
pha Ac1 và Ac3 để điều khiển tỷ phần pha F, Ô 
và độ lớn của chúng; sau khi nguội nhanh tỷ 
phần và độ lớn M được bảo đảm do quá trình 
chuyển biến Ô thành M. 
Hình 2.20: Giản đồ quan hệ 
nhiệt độ nung và tỷ phần pha 
2.5.2. Ảnh hưởng của thời gian giữ nhiệt: Thời gian giữ nhiệt quyết định sự 
hòa tan của các nguyên tố hợp kim, độ lớn hạt F và Ô. 
a) b) a) b) 
Hình 2.23: Quá trình hòa tan(a) và đồng đều ôstenit(b) Hình 2.24: Quan hệ VF với  (a), T (b) 
a) b) 
Hình 2.25: Động học ôstenit hóa đẳng nhiệt 
2.5.3. Ảnh hưởng tốc độ nguội: Tốc độ nguội phải lớn hơn tốc độ nguội tới 
hạn để bảo đảm sự chuyển biến Ô thành M. 
2.6. Kết luận chương 2 
1. Thép DP hóa bền theo luật cộng pha. 
2. Thép DP hóa bền theo cơ chế biến dạng của lệch và sự hãm lệch. Đặc thù tổ 
chức thép DP tạo nên pha M nhỏ mịn làm tác nhân hãm lệch. 
3. Thép DP hóa bền theo cơ chế hạt nhỏ Hall-Petch. 
4. Để tạo hiệu ứng hóa bền cho thép DP phải luyện thép cho độ sạch cao, 
biến dạng phôi với tỷ số rèn lớn, nung ở vùng 2 pha Ac1 và Ac3 và nguội nhanh. 
Chương 3. THỰC NGHIỆM KHOA HỌC 
3.1. Lưu đồ thực nghiệm và các thiết bị thí nghiệm 
Thực nghiệm khoa học được tiến hành 
theo lưu đồ hình 3.1. Thép được luyện từ sắt 
xốp Mirex, tinh luyện trong lò WIM. Phôi 
thép 250 được rèn xuống 14 dùng để 
làm mẫu kim tương và thử kéo. 
Hình 3.1: Lưu đồ thực nghiệm 
3.2. Thực nghiệm xác định thuộc tính nhiệt động 
3.2.1. Thành phần thép nghiên cứu (luyện theo ASTM) 
8 
Bảng 3.1: Thành phần hóa học mác thép sau khi nấu và tinh luyện 
C Si Mn P S Cr Cu Co Mo V Ni Ti 
0,097 0,886 1,241 0,024 0,012 0,364 0,17 0,007 0,012 0,002 0.002 0,009 
3.2.2. Thuộc tính nhiệt động của mác thép DP nghiên cứu 
Ac1 = 7230C và Ac3 = 8780C. 
3.2.3. Xác định tổ chức pha của thép bằng kính hiển vi quang học 
Thí nghiệm phân tích tổ chức F, M, xác định độ lớn hạt và tỷ phần pha 
được tiến hành tại Trung tâm đo lường Viện công nghệ, Bộ quốc phòng 
3.2.4. Xác định các mức biến đổi của TSCN xử lý nhiệt 
- Nhiệt độ nung: 740  7800C, 
- Thời gian giữ nhiệt: 10  20phút, 
- Tốc độ nguội: (trong dầu 500C/s nước 
1000C/s và nước muối 10%: 1500C/s) 
Hình 3.9: Chu trình xử lý nhiệt thực nghiệm 
3.3. Xác định các đặc trưng cơ tính của thép: Thí nghiệm thử kéo được tiến 
hành tại Trung tâm đo lường Viện công nghệ, Bộ quốc phòng. 
3.4. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 
3.4.1. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 
Bảng 3.5: Bảng kết quả thực nghiệm 
N0 
VM 
(%) 
dM 
(µm) 
dF 
(µm) 
Rm 
(MPa) 
Re 
(MPa) 
A 
(%) 
Rm/Re 
(MPa) 
Z 
(%) 
RmxA 
(MPa%) 
n 
1 12,4 7,6 11,4 624,6 398,8 24,5 1,566 56,1 15303 0,19 
2 17,4 8,6 13,3 669,9 461,5 24,0 1,452 48,4 16078 0,18 
3 20,5 9,1 13,7 691,5 444,2 22,7 1,557 52,1 15697 0,19 
4 25,3 10,1 16,8 704,7 487,9 24,3 1,444 46,2 17124 0,17 
5 14,2 6,8 10,4 631,6 428,3 25,4 1,475 66,7 16043 0,17 
6 28,6 7,9 15,2 765,6 494,2 23,5 1,549 46,4 17992 0,17 
7 18,2 8,4 11,6 735,9 488,7 20,0 1,506 46,5 14718 0,15 
8 31,8 9,6 15,8 819,3 530,6 17,0 1,544 42,2 13928 0,16 
9 18,8 7,7 11,4 639,7 410,2 20,8 1,560 55,3 13306 0,18 
10 31,3 9,1 14,2 706,3 452,8 23,7 1,560 51,5 16739 0,18 
11 23,5 7,6 12,3 671,5 451,0 19,9 1,489 52,5 13363 0,19 
12 26,3 9,4 14,3 763,6 487,6 17,6 1,566 41,0 13439 0,18 
13 18,8 8,9 14,6 638,8 419,7 20,1 1,522 47,6 12859 0,17 
14 23,7 8,6 13,1 688,4 452,2 22,6 1,522 47,3 15558 0,17 
15 25,6 8,7 13,6 685,2 456,9 18,6 1,5 48,6 12721 0,17 
Bảng 3.6: Bảng giá trị, độ tin cậy của các đặc trưng tổ chức và cơ tính 
STT 
Tên đặc trưng tổ chức và cơ 
tính của thép nghiên cứu 
Các giá trị Độ tin cậy 
sperman Max Min 
1 Độ lớn hạt ferit (dF), µm 16,8 10,4 0,95 
2 Độ lớn hạt mactenxit (dM), µm 10,1 6,8 0,94 
3 Tỷ phần Mactenxit (VM), % 31,8 12,4 0,95 
4 Giới hạn bền  ... 
c 
n
g
h
iệ
m
 k
iể
m
 c
h
ứ
n
g
: 
R
m
 =
 8
2
4
,5
M
P
a,
T
 =
 7
8
0
0
C
, 
=
 2
0
 p
h
ú
t,
 v
n
 =
 1
5
0
0
C
/s
; 
15 
4.2.2. Quan hệ thông số công nghệ với giới hạn chảy 
H
ìn
h
 4
.3
0
: 
Ả
n
h
 h
ư
ở
n
g
 c
ủ
a
 t
h
ô
n
g
 s
ố
 c
ô
n
g
 n
g
h
ệ 
đ
ến
 g
iớ
i 
h
ạ
n
 c
h
ả
y 
 - 
V
ù
n
g
 T
S
C
N
 t
ố
i 
ư
u
 c
h
o
 g
iớ
i 
h
ạn
 c
h
ảy
 t
h
ấp
 n
h
ất
 R
e 
=
 4
0
0
 
4
4
0
M
P
a,
 T
 =
 7
3
0
 
7
5
0
0 C
, 
=
 1
3
 
1
5
 p
h
ú
t,
 v
n 
=
 4
0
 
5
0
0 C
/s
. 
- 
G
iớ
i 
h
ạn
 c
h
ảy
 l
ớ
n
 n
h
ất
 R
e 
=
 5
0
0
 
5
2
0
M
P
a,
T
 =
 7
70
 
78
00
C
, 
=
 1
8 
 
 2
0 
ph
út
, v
n =
 1
50
 
 1
60
0 C
/s
. 
- 
T
h
eo
 h
àm
 h
ồ
i 
q
u
y
 R
em
ax
 =
 5
3
5
M
P
a,
 T
 =
 7
8
0
0
C
, 
 
 =
 2
0
 p
h
ú
t,
 v
n
 =
 1
5
0
0
C
/s
. 
R
em
in
 =
 4
1
3
M
P
a,
 T
 =
7
4
0
0
C
, 
 
=
 1
0
 p
h
ú
t,
 v
n
 =
 5
0
0
C
/s
; 
16 
4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của TSCN đến các chỉ tiêu dẻo 
4.3.1. Quan hệ giữa hệ số hóa bền (Rm/Re) với các TSCN 
H
ìn
h
 4
.3
3
: 
Ả
n
h
 h
ư
ở
n
g
 c
ủ
a
 t
h
ô
n
g
 s
ố
 c
ô
n
g
 n
g
h
ệ 
đ
ến
 h
ệ 
số
 h
ó
a
 b
ền
 - 
V
ù
n
g
 T
S
C
N
 t
ố
I 
ư
u
 c
h
o
 h
ệ 
số
 h
ó
a 
b
ền
 l
ớ
n
 n
h
ất
 R
m
/R
e 
>
 1
,5
4
. 
 +
 V
ù
n
g
 1
: 
T
 =
 7
3
0
 
 7
4
0
0
C
, 
v
n
 <
 1
0
0
0
C
/s
 v
à 
 +
 V
ù
n
g
 2
: 
ở
 T
 >
 7
8
0
0
C
 ,
 v
n
 >
 1
4
0
0
C
/s
. 
- 
T
h
ự
c 
n
g
h
iệ
m
 k
iể
m
 c
h
ứ
n
g
: 
R
m
/R
e 
>
 1
,5
6
; 
 T
 =
 7
4
0
0
C
, 
=
 2
0
 p
h
ú
t,
 v
n
 <
 1
0
0
0
C
/s
17 
4.3.2. Quan hệ TSCN với độ giãn dài 
H
ìn
h
 4
.3
5
: 
Ả
n
h
 h
ư
ở
n
g
 c
ủ
a
 t
h
ô
n
g
 s
ố
 c
ô
n
g
 n
g
h
ệ 
đ
ến
 đ
ộ
 g
iã
n
 d
à
i 
 - 
V
ù
n
g
 T
S
C
N
 t
ố
i 
ư
u
 c
h
o
 A
m
ax
 >
 2
6
%
: 
 T
 =
 7
3
0
 
7
4
0
0 C
, 
=
 8
 
15
 p
h
ú
t, 
v
n 
=
 1
6
0
 
1
8
0
0 C
/s
h
o
ặc
 T
 =
 7
8
0
 
7
9
0
0
C
, 
 
=
 8
 
 1
5 
ph
út
, v
n 
=
 5
00
C
/s
, 
 h
oặ
c 
T
 =
 7
30
 
74
00
C
, 
=
 8
 
1
5
 p
h
ú
t,
 v
n 
=
 5
0
0 C
/s
- 
T
h
eo
 h
àm
 h
ồ
i 
q
u
y
: 
A
m
ax
 =
 2
4
,6
%
, 
T
 =
 7
8
0
0
C
, 
=
 1
0
 p
h
ú
t,
 v
n
 =
 5
0
0
C
/s
, 
- 
K
iể
m
 c
h
ứ
n
g
: 
A
m
ax
 =
 2
4
%
, T
 =
 7
8
0
0 C
, 
=
 1
0
 p
h
ú
t,
v
n
 =
 5
0
0
C
/s
, 
18 
4.3.3. Quan hệ TSCN với độ thắt tỷ đối (Z) 
H
ìn
h
 4
.3
8
: 
Ả
n
h
 h
ư
ở
n
g
 c
ủ
a
 t
h
ô
n
g
 s
ố
 c
ô
n
g
 n
g
h
ệ 
đ
ến
 đ
ộ
 t
h
ắ
t 
tỷ
 đ
ố
i 
Z
- 
V
ù
n
g
 T
S
C
N
 t
ối
 ư
u 
ch
o 
Z
m
ax
 =
 6
2
%
; 
T
 =
 7
3
0

7
4
0
0
C
; 
 
=
 8

1
5
p
h
ú
t;
 v
n
 =
 1
4
0

1
6
0
0 C
/s
 v
ù
ng
 m
àu
 đ
ỏ 
th
ẫm
. 
- 
V
ù
n
g
 T
S
C
N
 c
h
o
 Z
m
in
 <
 4
6
%
: 
T
 =
 7
5
0
 
7
7
0
0
C
, 
 
>
 1
8
 p
h
ú
t,
 v
n 
>
 1
5
0
0
C
 v
ù
n
g
 m
àu
 x
an
h
 t
h
ẫm
. 
- 
T
h
eo
 H
àm
 h
ồ
i 
q
u
y
: 
T
 =
 7
4
0
0
C
, 
 
=
 2
0
p
h
ú
t,
v
n
 =
 1
5
0
0
C
/s
 c
h
o
 đ
ộ
 t
h
ắt
 t
ỷ
 đ
ố
i 
Z
 =
 4
4
,6
%
, n
ằm
 t
ro
n
g
v
ù
n
g
 g
iá
 t
rị
 n
h
ỏ
 n
h
ất
. 
19 
4.3.4. Quan hệ TSCN với chỉ số hấp thụ năng lượng 
H
ìn
h
 4
.4
1
: 
Ả
n
h
 h
ư
ở
n
g
 c
ủ
a
 t
h
ô
n
g
 s
ố
 c
ô
n
g
 n
g
h
ệ 
đ
ến
 c
h
ỉ 
số
 h
ấ
p
 t
h
ụ
 n
ă
n
g
 l
ư
ợ
n
g
- 
V
ù
n
g
 T
S
C
N
 t
ố
i 
ư
u
 c
h
o
 P
S
E
 >
1
8
0
0
0
M
P
a%
, 
 T
 =
 7
8
0
 
 7
9
0
0
C
, 
=
 8
 
1
2
 p
h
ú
t,
 v
n
 =
 1
4
0
 
1
6
0
0
C
/s
. 
- 
H
àm
 h
ồ
i 
q
u
y
: 
P
S
E
 =
 1
8
5
1
0
M
P
a%
, 
T
 =
 7
8
0
0
C
, 
 
=
 1
0
p
h
ú
t,
 v
n
 =
 1
5
0
0
C
/s
. 
- 
K
iể
m
 c
h
ứ
n
g
: 
P
S
E
 =
 1
7
9
9
2
M
P
a%
, 
T
 =
 7
8
0
0
C
, 
 
=
 1
0
p
h
ú
t,
 v
n
 =
 1
5
0
0
C
/s
. 
20 
4.3.5. Quan hệ TSCN với hệ số biến cứng n 
H
ìn
h
 4
.4
4
: 
Ả
n
h
 h
ư
ở
n
g
 c
ủ
a
 t
h
ô
n
g
 s
ố
 c
ô
n
g
 n
g
h
ệ 
đ
ến
 h
ệ 
số
 b
iế
n
 c
ứ
n
g
 n
 - 
V
ù
n
g
 T
S
C
N
 t
ố
i 
ư
u
 c
h
o
 n
 >
 0
,1
8
 t
ư
ơ
n
g
 ứ
n
g
 v
ớ
i 
 T
 =
 7
3
0
 
7
8
0
0
C
, 
=
 8
 
1
2
p
h
ú
t,
 v
n
 =
 5
0
 
1
2
0
0
C
/s
. 
- 
K
iể
m
 c
h
ứ
n
g
: 
n
 =
 0
,1
8
; 
T
 =
 7
8
0
0
C
, 
=
 1
0
 p
h
ú
t,
 v
n
 =
 5
0
0
C
/s
. 
21 
4.4. Xác lập bộ thông số công nghệ tối ưu 
Bộ TSCN tối ưu với các chỉ tiêu: 
1) Bộ thông số công nghệ tối ưu 
Bảng 4.2: Bộ thông số công nghệ cho các chỉ tiêu tối ưu 
Các chỉ tiêu tối ưu Giá trị tối ưu 
Thông số công nghệ 
T (0C)  (phút) vn (0C/s) 
Độ lớn hạt ferit dF (m) < 12 730750 816 80180 
Độ lớn hạt Mactenxit dM (m) < 8 730750 815 80180 
Tỷ phần mactenxit Vmmax > 30% 760790 1020 50150 
Tỷ phần mactenxit Vmmin < 15% 730740 812 50 
Giới hạn bền Rm, MPa >800MPa 760790 1822 100150 
Giới hạn chảy Re, MPa >500MPa 770700 1820 150 
Hệ số hóa bền Rm/Re >1,54 730740 1222 < 100 
Độ giãn dài tương đối A(%) >26% 
730740 815 >150 
780790 815 50 
Chỉ số PSE, MPa% >18000MPa% 780790 812 140160 
Hệ số biến cứng n > 0,18 730780 812 50120 
Bảng 4.3: Bộ thông số công nghệ 
tối ưu về độ bền - độ dẻo 
Hình 4.45: Quan hệ Rm và A% thép DP sau xử lý nhiệt 
2) Kết quả thực nghiệm kiểm chứng bộ thông số công nghệ tối ưu 
Thực nghiệm kiểm chứng với 
3 bộ thông số công nghệ. Kết quả 
khẳng định quy luật rút ra từ thực 
nghiệm có tính phổ quát và có thể 
sử dụng làm cơ sở thiết lập quy 
trình công nghệ nhằm thu được sự 
kết hợp giữa độ bền và độ dẻo của 
thép DP. 
Hình 4.46: Quan hệ giới hạn bền - 
độ giãn dài thép DP nghiệm chứng 
4.5. Kết luận chương 4 
1. Thép DP được luyện từ sắt xốp Việt Nam đã đáp ứng yêu cầu về thành 
phần hóa học theo ASTM. Tổ chức của thép có 2 pha F và M; độ lớn hạt nhỏ 
siêu mịn F nhỏ 8  12µm, M < 10µm; tỷ phần pha M từ 15  35%. 
22 
2. Sau khi xử lý nhiệt với cá chế độ Giới hạn bền từ 625  820MPa, giới hạn 
chảy 399  31MPa, độ giãn dài từ 17  26%, thỏa mãn mục tiêu về độ bền và độ 
dẻo của thép DP 
1) Quan hệ của TSCN đến các chỉ tiêu bền: (Rm, Re) 
- Với 3 TSCN nghiên cứu cho giới hạn bền từ 625 đến 820MPa; trong đó, 
miền thông số cho giá trị giới hạn bền kéo lớn nhất trên 800MPa là T0C = 760 
 7900C,  = 18  22 phút, vn = 100  1500C/s. Theo nghiệm của hàm hồi quy 
Rm = 817MPa khi T = 7800C,  = 20 phút, vn = 1500C/s. 
- Miền TSCN nhận được giới hạn chảy lớn nhất Re = 600MPa khi nhiệt độ 
nung T = 770  7800C,  = 18  20 phút, vn = 1500C/s. Theo nghiệm hàm hồi quy 
Re = 535MPa khi T = 7800C,  = 20 phút, vn = 1500C/s 
2) Ảnh hưởng của TSCN đến các chỉ tiêu dẻo: (A, Z, n, Rm/Re, PSE). 
- Miền thông số cho độ giãn dài lớn nhất trên 26% khi xử lý ở hai vùng 
nhiệt độ dưới 7500C và 780  7900C,  = 8 15phút, vn = 1500C/s; 
- Miền TSCN cho độ thắt tỷ đối lớn nhất 67% khi T = 740MPa,  = 20phút, 
vn = 1500C/s 
- Hệ số hóa bền lớn nhất tương ứng với nhiệt độ thấp 7400C,  = 8  12 
phút hay ở nhiệt độ cao 7800C,  = 18  20phút. 
- Miền thông số cho PSE cực đại > 18000MPa% ở nhiệt độ nung khoảng 
780  7900C,  = 8  12phút và vn = 1500C/s. 
3. Đã đưa ra 3 bộ thông số công nghệ tối ưu tương ứng với 3 vùng: 
- Vùng 1 độ bền cao Rm = 700  820MPa, độ dẻo tốt A = 17  20%; tương 
ứng với bộ TSCN T = 760  7800C,  = 15  20 phút, vn = 100  1500C/s. 
- vùng 2 độ bền tốt 600  700MPa, độ dẻo tốt 20  24%, tương ứng với bộ 
TSCN T = 740  7600C,  = 15 phút, vn = 50  1500C/s. 
- vùng 3 độ bền cao 600  700MPa, độ dẻo cao 24  28%; tương ứng với 
bộ TSCN T = 760  7800C,  = 10 phút, vn = 50  1500C/s. 
4. Thực nghiệm kiểm chứng tương ứng với 3 vùng theo tiêu chí độ bền và 
độ dẻo khác nhau, kết quả khẳng định bộ TSCN và các quy luật được đưa ra là 
đứng đắn, bảo đảm tính khoa học của các nghiên cứu. 
KẾT LUẬN CHUNG 
I. Những kết quả chính của Luận án 
1. Thép AHSS - DP là sản phẩm của cách mạng CN 4.0 về luyện kim, được 
luyện từ sắt xốp - Sắt hoàn nguyên trực tiếp (DRI), và tinh luyện ngoài lò, có 
23 
thành phần hóa học rất cơ bản CMnSi, nhưng có hàm lượng tạp chất rất thấp, 
nhất là P và S%; thép được biến dạng và xử lý nhiệt đặc biệt để cho tổ chức 2 
pha ferit và mactenxit, các pha có tỷ phần thể tích nhất định và nhất là kích 
thước hạt M cỡ 5-10µm. Thép vừa có độ bền cao vừa có tính dẻo tốt, so với mác 
thép HSLA có thành phần tương tự. Thép đang được ứng dụng sản xuất các 
khung dầm ô tô, cho phép chịu lực lớn hơn, giảm nhẹ khối lượng xe, tăng tính 
an toàn cho xe, góp phần hạ giá thành và thân thiện môi trường. 
2. Luận án nghiên cứu mác thép DP780, nấu luyện từ sắt xốp MIREX, tinh 
luyện trong lò VIM-300. Thành phần hóa học được khống chế thép theo ASTM. 
Phôi thép được rèn từ Φ250mm xuống Φ14mm để làm mẫu thí nghiệm về tổ chức 
và cơ tính. Đã sử dụng phương pháp QHTN, các phương tiện đo lường hiện đại 
và sự hỗ trợ của các phần mềm công nghiệp xác định số lượng thí nghiệm và 
xử lý số liệu thí nghiệm, đảm bảo bộ số liệu thực nghiệm đủ độ chính xác và tin 
cậy để xử lý xác định quy luật các quan hệ. 
Để khống chế thành phần pha, tỷ phần pha và độ lớn hạt các pha, mẫu thép 
được xử lý nhiệt đặc biệt: nung trong vùng nhiệt độ 2 pha giữa Ac1 - Ac3 
(7407800C), giữ nhiệt để đủ chuyển biến P thành Ô và bảo đảm độ lớn hạt F và 
Ô nhỏ; nguội nhanh để Ô chuyển biến thành M. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng 
TSCN cơ nhiệt đến tổ chức và cơ tính thép, khẳng định tính ưu việt của thép DP 
có độ bền cao và tính dẻo tốt nhờ thép có tổ chức hai pha F và M, có độ lớn hạt 
nhỏ min dF < 17m, dM < 10m, có tỷ phần VM 15  35%, có pha M tăng bền 
phân bố đều giữa các hạt F. 
Nhờ khống chế được các thông số công nghệ và điều khiển được sự hình 
thành tổ chức, nên thép DP nghiên cứu đã đạt giới hạn bền cao từ 625  819MPa, 
độ giãn dài từ 1727%, tương ứng với các chỉ tiêu theo ASTM. 
3. Từ bộ số liệu xác lập được các hàm hồi quy quan hệ giữa 3 TSCN với 
các chỉ tiêu về tổ chức (độ lớn hạt F, M; tỷ phần M) và cơ tính (giới hạn bền, 
giới hạn chảy, độ giãn dài tương đối, chỉ số hấp thụ năng lượng, độ thắt tỷ đối). 
Đồng thời xây dựng các ảnh đồ đồng mức quan hệ 3 TSCN với các chỉ tiêu tổ 
chức và cơ tính để xác định các vùng tối ưu TSCN theo các yêu cầu về cơ tính. 
Từ các quy luật ảnh hưởng của 3 TSCN đến từng chỉ tiêu về tổ chức và cơ 
tính đã rút ra 3 vùng TSCN tối ưu (xem bảng 4.3 và hình 4.45): 
Vùng 1 có độ bền siêu bền Rm = 700  820MPa và tính dẻo tốt A = 17  20%; 
vùng 3 có độ bền cao 600  700MPa với tính dẻo cao với độ giãn dài từ 24  28%; 
24 
vùng trung gian (2) đồng thời có độ bền cao 600  700MPa và tính dẻo tốt có 
độ giãn dài 20  24%. Mỗi vùng cơ tính tương ứng với một bộ TSCN nhất định. 
Các quy luật đưa ra của luận án, đã qua thí nghiêm kiểm chứng, có thể sử 
dụng để làm cơ sở thiết lập QTCN xử lý cơ nhiệt khi cần tạo phôi thép DP với 
điều kiện về thành phần hóa học của thép DP tương tự, có độ sạch tạp chất cao 
và được luyện từ sắt xốp và tinh luyện ngoài lò. 
Các kết quả nghiên cứu đã mở ra mật hướng mới cho việc sản xuất phôi thép 
DP phục vụ cho kinh tế và quốc phòng, thay thế nhập ngoại. 
II. Những đóng góp mới của luận án 
1. Đã đưa ra 8 hàm hồi quy dùng để xác định bộ thông số công nghệ cho 8 chỉ 
tiêu tối ưu về tổ chức và cơ tính 
2. Đã cho 8 quy luật quan hệ giữa giải thông số công nghệ nhiệt độ nung giữa 
vùng 2 pha, thời gian giữ nhiệt và tốc độ nguội với các giá trị của độ lớn hạt, tỷ 
phần 2 pha F, M, Rm, Re, A, độ thắt tỷ đối, hệ số biến cứng, tỷ số hóa bền, chỉ 
số hấp thụ năng lượng PSE. 
3. Đưa ra 3 vùng thông số công nghệ tối ưu để thu được cơ tính của thép song 
pha độ bền cao tính dẻo tốt, độ bền và tính dẻo đều tốt và tính dẻo cao độ bền 
tốt, có thể sử dụng để thiết lập các quy trình công nghệ xử lý cơ nhiệt phục vụ 
yêu cầu sử dụng hoặc yêu cầu gia công biến dạng. 
III. Những vấn đề cần nghiên cứu tiếp 
Trong khuôn khổ Luận án tiến sĩ căn cứ vào các cơ sở lý thuyết để tiến 
hành các thực nghiệm từ đó rút ra các quy luật về quan hệ các TSCN với chỉ 
tiêu cơ tính của thép DP, nên một số TSCN chưa được đề cập đến cần được tiếp 
tục nghiên cứu bổ sung. 
Đồng thời, Luận án rất cần được nghiên cứu áp dụng cho một sản phẩm 
quốc phòng nhằm bổ sung các quy luật cụ thể áp dụng trong điều kiện sản xuất 
hàng loạt. 
25 
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 
1. Đinh Văn Hiến, Nguyễn Văn Chúc, Trần Công Thức, Đinh Bá Trụ (2015), 
“Nghiên cứu thử nghiệm công nghệ tạo phôi thép 9Mn2Si từ nguyên liệu sắt 
xốp”, Tạp chí khoa học công nghệ trường ĐH công nghiệp Hà Nội, số 27/2015, 
tr. 162 - 165. 
2. Trần Công Thức, Lê Văn Long, Đinh Bá Trụ (2015), “Nghiên cứu luyện mác thép 
cacbon thấp từ sắt xốp để chế tạo vỏ liều đạn và vỏ động cơ R122”, Tạp chí cơ khí 
Việt Nam, Số 6/2015, tr. 52 - 56. 
3. Đinh Văn Hiến, Trần Công Thức, Lê Văn Long, Đinh Bá Trụ (2015), “Nghiên 
cứu chế tạo thép chuyển pha do biến dạng dẻo họ CMnSiAL có nguồn gốc sắt 
xốp”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quân sự, Viện Khoa học 
Kỹ thuật Quân sự, 10/2015, tr.160 - 167. 
4. Trần Công Thức, Nguyễn Trường An (2016), “Nghiên cứu thông số công nghệ 
tạo tổ chức song pha của thép 09Mn2Si”, Kỷ yếu Hội nghị KH&CN toàn quốc về 
cơ khí - Động lực ĐHBKHN, 10/2016, tr. 362 - 367. 
5. Trần Công Thức, Nguyễn Trường An (2017), “Nghiên cứu ảnh hưởng của các 
thông số công nghệ đến cơ tính của thép song pha 09Mn2Si”, Tạp chí KH và KT 
HVKTQS, số 185 - 8/2017, tr. 16 - 22. 
6. Trần Công Thức, Nguyễn Trường An (2017), “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông 
số công nghệ đến tổ chức của thép song pha 09Mn2Si”, Kỷ yếu hội nghị KH-CN 
toàn quốc về Cơ khí - Động lực 2017, tr. 55 - 59. 
7. Trần Công Thức, Nguyễn Trường An, Đinh Bá Trụ (2017), “Nghiên cứu ảnh 
hưởng của thông số công nghệ cơ nhiệt đến hệ số hóa bền và chỉ số hấp thụ năng 
lượng của thép song pha 09Mn2Si”, Kỷ yếu hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ 
X, Hà Nội 12/2017, tr. 1220 - 1224. 
8. Trần Công Thức, Đinh Bá Trụ, Nguyễn Trường An (2018), “Nghiên cứu sản 
xuất thép song pha (DP)”, Hội nghị KH&CN toàn quốc về cơ khí lần thứ V - 
Đại học Công nghiệp Hà Nội 10/2018.