UDK 669.15-194:669-41:620.17 ISSN 1580-2949 Strokovni članek MATER. TEHNOL. 34(5)295(2000) E. BRICELJ, J. KOKOŠAR: HLADNO VALJANI TRAKOVI ... HLADNO VALJANI TRAKOVI IZ MALOOGLJIČNIH JEKEL COLD ROLLED STRIPS AND SHEETS MADE OF LOW-CARBON STEELS Erika Bricelj, Janko Kokošar SŽ ŽJ Acroni, d.o.o., Cesta B. Kidriča 44, 4270 Jesenice, Slovenija Prejem rokopisa - received: 1999-09-14; sprejem za objavo - accepted for publication: 2000-07-01 Podane so razlike v mehanskih lastnostih ter mikrostrukturah hladno valjanih pločevin iz maloogljičnih jekel • z manjšovsebnostjointersticijskih elementov • brez intersticijskih elementov ter dodatkom Nb in/ali Ti (IF jekel) Ključne besede: maloogljična jekla, maloogljična jekla brez intersticijskih elementov, IF jekla The differences in mechanical properties and microstructures of cold-rolled sheets made from low-carbon steels with: • lower content of interstitial elements • interstitial free steels with additions of Nb and/or Ti are presented. Key words: low-carbon steels, interstitial free steels, IF steels 1 UVOD Mehanske lastnosti hladno valjanih trakov iz malo-ogljičnih jekel so odvisne tako od debeline pločevine kot tudi od kemične sestave ter pogojev tople in hladne predelave jekla. Velik vpliv na mehanske lastnosti imata intersticijska elementa ogljik in dušik. Zvišujeta trdnost in poslab-šujeta sposobnost za oblikovanje. Zvišujeta tudi napetost tečenja, kajti zbirata se okrog dislokacij (tvorita Cottrelov oblak) in otežujeta njihovo drsenje. Posledica tvorbe Cottrelovega oblaka je lahko "žagasta" oblika na raztržni krivulji ?-? v območju napetosti tečenja. Z uvedbojekel brez intersticijskih elementov (IF-jekla) se je nevarnost nastanka Cottrelovega oblaka močno zmanjšala. Tem jeklom se dodajo karbido-oziroma nitridotvorni elementi (Ti ali Nb), ki vežejo dušik in ogljik v precipitate (karbide, nitride ali karbonitride). Tako se zmanjša delež prostega dušika in ogljika, ki lahko difundira k dislokacijam in ovira njihovo drsenje. 2 EKSPERIMENTALNI DEL Da bi dosegli čim nižjo napetost tečenja, smo izdelali nekaj šarž maloogljičnih jekel z manjšim deležem ogljika in dušika ter nekaj šarž jekel z manjšim deležem ogljika in dušika ter dodatkom titana. Slabi sobili vroče valjani v TVT, ki sobili po luženju hladnovaljani, žarjeni in dresirani. Da bi ugotovili vpliv spremenjene kemične sestave na mehanske MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 34 (2000) 5 lastnosti in mikrostrukturo, smo po dresiranju od pločevine odvzeli vzorce za preiskave. 2.1 Pločevine iz jekel z majhnim deležem intersticijskih elementov Povprečna kemična sestava šarž z manjšim deležem ogljika in dušika ter "običajnih" šarž je podana v tabeli 1. Tabela 1: Povprečna kemična sestava Table 1: Average chemical composition Element Povprečna sestava "običajnih" šarž Povprečna sestava šarž z maloogljika in dušika C 0,053 0,010 Si 0,020 0,025 Mn 0,23 0,24 P 0,013 0,007 S 0,008 0,009 N 0,0080 0,0063 Cu 0,32 0,37 Cr 0,11 0,10 Al 0,038 0,042 Sn 0,019 0,020 Delež ogljika je bil pri poskusnih šaržah (malo ogljika in dušika) kar petkrat manjši, delež dušika pa približnoza četrtinomanjši kot pri običajnih šaržah. 2.1.1 Rezultati preiskav mehanskih lastnosti: Vpliv ogljika na napetost tečenja je prikazan na sliki 1. 295 E. BRICELJ, J. KOKOŠAR: HLADNO VALJANI TRAKOVI Slika 1: Vpliv deleža ogljika v jeklu na napetost tečenja dresirane hladnovaljane pločevine Figure 1: Effect of carbon content on yield stress of cold rolled and skin passed sheet Z večjim deležem ogljika se napetost tečenja povečuje. Takoimajohladnovaljani trakovi iz šarž z manjšim deležem ogljika približno 40 N/mm2 nižje napetosti tečenja kot tisti iz šarž z "običajno" kemično sestavo. 2.1.2 Vpliv debeline hladnovaljanih trakov (HVT) na napetost tečenja Z večjodebelinohladnovaljanih trakov se napetost tečenja povečuje, kar velja tako za jekla z večjim kot manjšim deležem ogljika (slika 2). Razlika v napetostih tečenja med hladnovaljanimi pločevinami iz jekel z malo ogljika in dušika ter tistih z "običajno" sestavo je pri vseh debelinah enaka - pločevine iz jekel z "običaj-no" sestavoimajoza približno40 N/mm2 višjonapetost tečenja. 2.1.3 Mikrostruktura jekel z majhnim deležem ogljika in dušika Mikrostruktura hladno valjanih trakov iz jekel z manjšim deležem ogljika in dušika je feritna, na mejah je Slika 3: Mikrostruktura HVT z majhnim deležem C, N (povečava 500-krat) Figure 3: microstructure of cold rolled sheet made of lower C and N content (500x) ponekod terciarni cementit. Velikost zrn po ASTM je 5-11. Hladno valjani trakovi z večjim deležem ogljika imajov strukturi ferit in zrnati cementit. Praviloma so feritna zrna v teh jeklih drobnejša (9-12 po ASTM). 2.2 Pločevina iz IF-jekel Povprečna kemična sestava šarž iz jekel z majhno vsebnostjo ogljika in dušika ter dodatkom titana je podana v tabeli 2. Tabela 2: Povprečna kemična sestava IF-jekel Table 2: Average chemical composition of IF steels C Si Mn P S Al Ti N 0,010 0,02 0,22 0,012 0,004 0,035 0,032 0,0060 S 240 y = 8,6873x + 271,94 R* = 0.1157 1 i y = 4.8458x + 242L1§ « • • ! i • ¦ nizek C,N ¦ "običajen" C,N debelina HVT (mm) Slika 2: Vpliv debeline hladnovaljanega traku ter deleža ogljika na Slika 4: Mikrostruktura HVT z "običajnim" deležem C, N (povečava napetost tečenja 500-krat) Figure 2: Effect of thickness of cold rolled sheet and carbon content Figure 4: microstructure of cold sheet made of "usual" C and N on yield stress content (500x) 296 MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 34 (2000) 5 y =0,6709x +279,71 • • 1 • • i • • y= 16,969x4-216,94* • T • • i • • t • s • • m dodatekTi 1 debelina HVT (mm)1,5 Slika 5: Vpliv dodatka titana na napetost tečenja Figure 5: Effect of titanium content on yield stress Slika 6: Ti (C,N) v IF-jeklih (povečava 100-krat) Figure 6: Ti (C,N) in IF steels (100x) 2.2.1 Rezultati preiskav mehanskih lastnosti Primerjava napetosti tečenja HVT z dodanim titanom ter HVT z majhnim deležem ogljika in dušika je prikazana na sliki 5. Z dodatkom titana se napetost tečenja v primerjavi z jekli, ki imajomajhnovsebnost ogljika in dušika, poveča. Hladno valjane pločevine iz maloogljičnih jekel z dodatkom titana imajo višjo napetost tečenja kot pločevine iz maloogljičnih jekel z majhno vsebnostjo ogljika in dušika. E. BRICELJ, J. KOKOŠAR: HLADNO VALJANI TRAKOVI Slika 7: Mikrostruktura HVT iz IF-jekla (povečava 500-krat) Figure 7: microstructure of cold rolled sheet made of IF steels (500x) 2.2.2 Metalografske preiskave V mikrostrukturi jekel z dodatkom Ti je velik delež titanovih karbonitridov (slika 6) velikosti tudi do 100 µm. Zrna so poligonalna, velikosti 7-11 po ASTM, na mejah zrn je terciarni ali zrnati cementit (slika 7). 3 SKLEPI 1. Z večjim deležem ogljika in dušika se napetost tečenja povečuje, in sicer je pri deležu 0,01% C kar za 40-50 N/mm2 nižja kot pri hladno valjanih trakovih (HVT) z 0,05% C. 2. Napetost tečenja je odvisna od debeline hladno valjane pločevine. Z debelino HVT se napetost tečenja povečuje. 3. Pločevine iz jekel z dodatkom titana imajo v primerjavi s tistimi z maloogljika in dušika višje napetosti tečenja. Napetosti tečenja pločevin iz maloogljičnih jekel z "običajno" sestavo in IF-jekel sopribližnoenake. 4 LITERATURA 1 O. Kwon, The Minerals; Metals and Materials Society, 1990, 215-228 2 M. R. Hickson, ISIJ International, 39(1999)11, 1176-1180 3 J. R. Newby, Metals Handbook, 9th edition, 1978, Vol. 1, 545-559 4 B. Yalamanchili, Wire Journal International, 32(1999)5, 100-106 MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 34 (2000) 5 297