Nghiên cứu công nghệ chế tạo thép hợp kim đúc mác SCMnCrM3 để làm bánh sao trong máy xây dựng

Để Việt Nam có thể sản xuất được một số chủng loại thiết bị xây dựng trình độ tiên tiến và nội địa hóa các sản phẩm, tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường trong khu vực và thế giới, chủ động thay thế trong nước cũng như xuất khẩu là một việc hết sức cần thiết trong quá trình đẩy mạnh phát triển công nghiệp và cơ sở hạ tầng như đường cao tốc, cầu, đường sắt, bến cảng, thủy điện, nhà ở cao tầng.... Riêng về sản xuất máy móc thiết bị phục vụ ngành xây dựng trong nước chỉ đáp ứng khoảng 15% nhu cầu trong nước khiến nhiều doanh nghiệp bị động trong sản xuất, tiêu tốn một số lớn ngoại tệ cho việc nhập khẩu thiết bị và sản phẩm cơ khí.

Do đó, để góp phần giải quyết các vấn đề đó, nhóm nghiên cứu do KS. Phạm Thị Minh Phượng, Viện Luyện kim đen, Tổng Công ty Thép Việt Nam đứng đầu nhận thấy việc nghiên cứu chế tạo bánh sao trong máy xây dựng bằng thép đúc hợp kim mác SCMnCrM3 là rất cần thiết. Vì vậy, năm 2014, nhóm nghiên cứu đã đề xuất và được Bộ Công Thương chấp nhận cho phép tiến hành thực hiện nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu công nghệ chế tạo thép hợp kim đúc mác SCMnCrM3 để làm bánh sao trong máy xây dựng” với mục tiêu xác lập quy trình công nghệ, sử dụng nguyên vật liệu và thiết bị trong nước chế tạo thép hợp kim mác SCMnCrM3 để làm bánh sao trong xây dựng.

Đa số các máy dùng trong xây dựng, khai thác mỏ đều di chuyển bằng xích với ưu điểm là khả năng bám nền tốt, di chuyển linh hoạt do diện tích tiếp xúc với mặt đất lớn. Bánh sao chủ động có nhiệm vụ nhận vận chuyển động quy từ bộ phận chuyển hướng để biến thành lực kéo, kéo dải xích và toàn bộ máy xúc chuyển động tịnh tiến. Thông thường sau 3000 giờ làm việc trong môi trường thông thường và 1500 giờ làm việc ở môi trường khắc nhiệt sẽ cần phải kiểm tra toàn bộ chi tiết của bộ di chuyển bằng xích. Đối với máy mới cần sau 500 giờ vận hành sẽ phải tiến hành kiểm tra tổng thể.

Trong thời gian làm việc, máy vận hành theo chiều ngược lại sẽ làm bánh sao mòn nhanh hơn so với vận hành theo chiều thuận do ứng suất xuất hiện trong guốc xích thay đổi theo chu kỳ và có giá trị lớn hơn sẽ làm tăng tốc độ mài mòn. Thông thường bánh sao làm việc trong các điều kiện rất khắc nhiệt, chịu tải nặng, thường bị bùn, cát, đất bám vào và đặc biệt làm việc trong điều kiện ma sát khô nên rất nhanh mài mòn và thông thường bị mòn răng và nứt răng, đo đó các vật liệu dùng làm bánh sao đòi hỏi có độ bền, độ cứng và khả năng chịu mài mòn cao. Một số nước phát triển, bánh sao được chế tạo từ các loại théo hợp kim Mn, thép Cr bằng phương pháp đúc hoặc rèn, sau đó gia công cơ khí và nhiệt luyện, và vành răng bánh sao của các máy xúc lớn thường chế tạo rời rồi lắp vào vành bằng bu lông.

Dựa trên các tiêu chuẩn nước ngoài, nhóm nghiên cứu đã chọn lựa mác thép SCMnCrM3 phù hợp để chế tạo bánh sao trong máy xây dựng. Qua thời gian nghiên cứu triển khai, đề tài đã hoàn thành các nội dung nghiên cứu và đạt được một số kết quả như sau:
- Việc lựa chọn thép hợp kim mác SCMnCrM3 có cơ tính tổng hợp cao để chế tạo bánh sao trong máy xây dựng là phù hợp.
- Nhóm nghiên cứu đã xác định được công nghệ sản xuất thép SCMnCrM3 từ nguyên vật liệu và thiết bị trong nước bao gồm:
+ Đã sử dụng thiết bị nấu luyện là lò cảm ứng trung tần 750kg/mẻ
+ Sử dụng phối liệu đầu vào là thép phế CT3, gang phế, bột điện cực graphit, FeCr, FeMo, FeMn, FeSi để tiến hành nấu luyện.
+ Nấu thành công 3 mẻ nấu luyện có thành phần đạt theo tiêu chuẩn JIS G5111 (1991) của Nhật Bản.
+ Chọn được công nghệ làm khuôn bàng cát nước thủy tinh đông cứng bằng CO₂ để đúc phôi. Với chi tiết bánh sao máy xúc Hitachi EX70 có kích thước nhỏ nên đã tiến hành đúc liền vành răng sau đó gia công cơ khí theo kích thước bản vẽ.
+ Chi tiết bánh sao sau khi tôi thể tích và ram cao đã tiến hành tôi tần số để bề mặt răng của chi tiết có độ cứng, độ bền cao trong khi thân vẫn có độ cứng vừa phải để đảm bảo tính dẻo dai tốt.
- Xác định được các tính chất của thép SCMnCrM3 gồm thành phần hóa học, cơ tính, tổ chức tế vi với chất lượng của thép do đề tài chế tạo đều trong các giới hạn của tiêu chuẩn JIS G5111
- Chế tạo được hai bộ bánh sao máy xúc Hitachi EX70. Kết quả dùng các sản phẩm đều khẳng định chất lượng và tiềm năng ứng dụng của thép SCMnCrM3 do nhóm nghiên cứu tạo ra.

Để có thể nâng cao khả năng nghiên cứu và sản xuất các loại thép hợp kim chất lượng cao, đáp ứng được yêu cầu của các ngành công nghiệp, nhóm nghiên cứu mong muốn được đầu tư vốn và trang thiết bị hiện đại phục vụ quá trình nghiên cứu của Viện Luyện kim đen.