IZDAJAJO ŽELEZARSKI v ZBORNIK Stran VSEBINA Kejžar Rajko VZPOSTAVLJANJE NAVIDEZNEGA RAVNOTEŽJA MED ŽLINDRO IN KOVINO PRI DEZ-OKSIDACIJI JEKLA IN VARJENJU .... 193 Razinger Anton SVINEC KOT AVTOMATNI DODATEK V JEKLIH ZA CEMENTACIJO IN POBOLJ-ŠANJE TER NJEGOV VPLIV NA PREDELAV-NOST IN FIZIKALNE LASTNOSTI JEKEL . 203 Vodo pivec F., B. Ralič O SPREMEMBAH V SESTAVI PRIMARNIH KARBIDNIH ZRN IN IZCEJ V JEKLU ZA KROGLIČNE LEŽAJE MED HOMOGENIZA-CIJSKIM ŽARJENJEM..........217 Brudar Božidar IZDELAVA MATEMATIČNEGA MODELA ZA-OGREVANJE JEKLA V INDUSTRIJSKIH PEČEH ............ , , , , 223 Stocca Bogdan VPLIV TITANA NA PLASTIČNOST OGNJEOD-PORNEGA FERITNEGA JEKLA z 22—24 % Cr 235 TEHNIČNE NOVICE ..........243 Cerne Franc PRIMERJAVA MEROOBSTOJNOSTI ORODNIH JEKEL........... , , , 243 DRUŠTVENE VESTI .......... Paulin Andrej POROČILO IV. SEJE UPRAVNEGA ODBORA ZRGMIT-SRS DNE 12. 6. 1974 V LJUBLJANI . 249 LETO 8 ST. 4 1974 ŽEZB BQ 8 (4) 193-252 (1974) ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT VSEBINA Kejžar Rajko 2EZB 8 (4) S 193—201 Vzpostavljanje navideznega ravnotežja med žlindro in kovino pri dezoksidaciji jekla in varjenju DK: 669.046.557:621.791 ASM/SLA: Dllr, Kla Razinger Anton ŽEZB 8 (4) S 203—216, Svinec kot avtomatni dodatek v jeklih za cemen-tacijo in poboljšanje ter njegov vpliv na prede-lavnost in fizikalne lastnosti jekel DK: 669.14.018.232:669.14.018.46 ASM/SLA: SGA-k Vodopivec F., B. Ralič ŽEZB 8 (4) S 217—222 O spremembah v sestavi primarnih karbidnih zrn in izcej v jeklu za kroglične ležaje med homoge-nizacijskim žarjenjem DK: 669.14.018.292—153 ASM/SLA: CNr, N8r Brudat Božidar ŽEZB 8 (4) S 223—234 Izdelava matematičnega modela za ogrevanje jekla v industrijskih pečeh DK: 517.947.43:581.61; 669.046 ASM/SLA: U4S, F 216 Stocca Bogdan ŽEZB 8 (4) S 235—242 Vpliv titana na plastičnost ognjeodpornega feritnega jekla z 22—24 % Cr DK: 669.018.45 ASM-SLA: SS, Q23p Tehnične novice černe Franc ŽEZB 8 (4) S 243—247 Primerjava meroobstojnosti orodnih jekel ' 1 ■ _ ' ■ v Društvene vesti Paulin Andrej ŽEZB 8 (4) S 249 Poročilo IV. seje upravnega odbora ZRGMIT — SRS dne 12.6.1974 v Ljubljani INHALT Kejžar Rajko ŽEZB 8 (4) S 193—201 Die Einstellung des scheinbaren GIeichgewichtes zwischen Schlacke und Metali bei der Desoxyda-tion des Stahles beim Schweissen DK: 669.046.557:621.791 ASM/SLA: Dllr, Kla Razinger Anton ŽEZB 8 (4) S 203—216 Blei als Zusatz zu den Einsatz und Vergutungs-stahlen und dessen Einfluss auf die Verform-barkeit und die physikalischen Eigenschaften DK: 669.14.018.232:669.14.018.46 ASM/SLA: SGA-k Vodopivec F., B. Ralič ŽEZB 8 (4) S 217—222 Die Anderungen in der Zusammensetzung der primaren Karbidkorner und Seigerungen im Kugellagerstahl vvahrend des Homogenisierungs-gluhens DK: 669.14.018.292—153 ASM/SLA: CNr, N8r Brudar Božidar ŽEZB 8 (4) S 223—234 Ausarbeitung eines mathematischen Modelles fiir das Ervvarmen des Stahles in Industrieofen DK: 517.947.43:581.61; 669.046 ASM/SLA: U4S, F 216 Stocca Bogdan y ŽEZB 8 (4) S 235—242 Einfluss des Titans auf die plastischen Eigenschaften des feritischen Hitzebestandigen Stahles mit 22 bis 24 % Cr DK: 669.018.45 ASM-SLA: SS, Q23p Technische nachrichten černe Franc ŽEZB 8 (4) S 243—247 Ein Vergleich der Massbestandigkeit der Werk-zeugstahle Vereinsnachrichten Paulin Andrej ŽEZB 8 (4) S 249 Bericht der IV. Sitzung des Vervvaltungsaus-schusses der ZRGMIT — SRS von 12.6.1974 in Ljubljana CONTENTS Kejžar Rajko ŽEZB 8 (4) S 193—201 Quasi Equilibrium Betvveen Slag and Metal in Deoxidation and Welding of Steel DK: 669.046.557:621.791 ASM/SLA: Dllr, Kla Razinger Anton ŽEZB 8 (4) S 203—216 Lead as »Machine-Addition« to Steels for Čase Hardening and Tempering and its Influence on WorkabiIity and Physical Properties of Steel DK: 669.14.018.232:669.14.018.46 ASM/SLA: SGA-k Vodopivec F., B. Ralič ŽEZB 8 (4) S 217—222 On Changes of the Composition of Primary Carbide Grains and Segregations in Steel for Bali Bearings During Homogenizing DK: 669.14.018.292—153 ASM/SLA: CNr, N8r Brudar Božidar ŽEZB 8 (4) S 223—234 Mathematic Model of Heating Steel in Industrial Furnaces DK: 517.947.43:581.61; 669.046 ASM/SLA: U4S, F 216 Stocca Bogdan ŽEZB 8 (4) S 235—242 Plasticity of ferritic refractory steel with 22 to 24 % Cr DK: 669.018.45 ASM-SLA: SS, Q23p Technical Nevvs černe Franc ŽEZB 8 (4) S 243—247 Comparison of Dimensional Stability of Tool Steels Association Nevvs Paulin Andrej ŽEZB 8 (4) S 249 The Report from the IV. Session of the Administrative Board of ZRGMIT — SRS from June 12.1974 in Ljubljana co aep5kahhe Kejžar Raj ko ŽEZB 8 (4) S 193—201 BoccTaHOBAeHHe Ka>KymHficera paBHOBecHH mokay uiAaKOM h MeTaAAOM npn packhcaehhh ctaah h CBapKII. DK: 669.046.557:621.791 ASM/SLA: Dllr, Kla Razinger Anton ŽEZB 8 (4) S 203—216 cbmheij kak abtomathheckafl Aonaisna b ct3ahx a as ijemehthpobahhh h yavhmehh}! h eto BAHSHHe Ha o6pa6aTbiBaeMocTt> h Ha H3miecKne Ka^ecTsa CTaAH. DK: 669.14.018.232:669.14.018.46 ASM/SLA: SGA-k Vodopivec F., B. Ralič ŽEZB 8 (4) S 217—222 O H3MeHeHHH COCTaBa nepBHHHbIX Kap6HAHbIX 3epeH h cerperaqHH b ctaah aaa mapHKonoAiunn-HHKOB BO BpeMH ah3>4,y3hohhora ot>KHra. DK: 669.14.018.292—153 ASM/SLA: CNr, N8r Brudar Božidar ŽEZB 8 (4) S 223—234 Pa3pa6oTKa MaTeiuaTHiecKora moacah aaji HarpeBa CTaAH b npoMbiuiAeHHbix nenax. DK: 517.947.43:581.61; 669.046 ASM/SLA: U4S, F 216 Stocca Bogdan ŽEZB 8 (4) S 235—242 IlAaCTHHHOCTb OmeVCTOHKOH 4>ePHTHOH CTaAH C 22—24 % Cr. DK: 669.018.45 ASM-SLA: SS, Q23p texhhneckhe hobocth Cerne Franc ŽEZB 8 (4) S 243—247 CpaBHeHHe pasMepnoM CTOHKOCTH HHCTpyMeHTaAb-Hbix cTaAefl. OcBeAOMAeHHH opraHH3aui!H Paulin Andrej ŽEZB 8 (4) S 249 Petj>epaT c iv. 3aceAaHHA KOMHTeTa ynpaBAeHHa zrmit srs (osteahhehhe caobchckhx MeTaAAyp-roB h ropHbix hh>KeHepoB h tcxhhkob), 12.6. 1974 b AiooAflue. ZELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LETO 8 LJUBLJANA DECEMBER 1974/4 Vzpostavljanje navideznega ravnotežja med žlindro in kovino pri dezoksidaciji jekla in varjenju' DK: 669.046.557 : 621.791 ASM/SLA: Dllr, Kla Rajko Kejžar Za dezoksidacijo jekla pri varjenju je karakterističen zelo kratek čas, ki je na razpolago za potek reakcij. Med žlindro in varom se vzpostavi navidezno ravnotežje, iz taline vara pa se uspe izločiti le del oksidnih vključkov, ki so dezoksida-cijskega in žlindrnega izvora. Potek fizikalno-kemičnih procesov med varjenjem z oplaščenimi elektrodami je v članku pojasnjen na osnovi matematične obdelave rezultatov raziskav. Ugotovljene so zakonitosti glede prenosa kisika iz plinske faze v talino žlindre in talino vara in zakonitosti redukcije varilne žlindre (vzpostavljanja navideznega ravnotežja). Opisane zakonitosti poteka reakcij med varjenjem omogočajo izračunavanje optimalne sestave oplaščenja za elektrode glede na postavljene zahteve. UVOD Pri dezoksidaciji jekla poteka med raztaljeno žlindro in kovinsko talino vrsta oksidacijsko redukcijskih reakcij, ki teže k vzpostavljanju ravnotežja. /Fe/ + /O/ * (FeO) ; KFe = JFc°L = (FeO) /Fe//O/ /O/ (MnO) /Si/ + 2 /O/ . /Mn/ + /O/ (MnO) ; KMn = (Si02) ; Ksi = /Mn/ /O/ JSi02)_ /Si/ /o/2 /C/ + /o/ { CO } ; Kc = - ^ /C/ /O/ /C/ /o/ Vzpostavljanje ravnotežja poteka v skladu z naslednjo ravnotežno enačbo: /O/ (FeO) (MnO) K, -v (Si02) >1 KMn/Mn/ V Ksi/Si/ Kc/C/ (en. 1) I. DEZOKSIDACIJA JEKLA IN VARJENJE Z OPLAŠČENIMI ELEKTRODAMI Za spremljanje količine kisika v jeklu — študij poteka dezoksidacije jekla v odvisnosti od časa — je bistvenega pomena, da ločimo celotno vsebnost kisika v jeklu na kisik, ki je raztopljen v jeklu, in na kisik, ki je v vključkih (glej sliko 1**) Po dodatku dezoksidantov v talino jekla se koncentracija raztopljenega kisika v jeklu hitro zniža, celotna vsebnost kisika v jeklu, ki je od- Dodatek /dezoksidantov O; = Oraztoptjen * Ov/ ca190A » ca185A Vrsta e/ - Serija [kpnvtm'] 30 IO!SOi[HJ IS,J do 19,0) 101 « 15,6 do 17,9) 201 » 22,Odo23,l) 301 'i 29,Odo 30,7) alFeMn je konst-(6g/Wg e/. mešj b) Bazično oplaščene elektrode 10~2 211T2 3V2 Go(dezoks) <3v Vrsta el- Serija En(*) ca/504 ca 175A ca165A 40(Bl [žil *0,46cb*0,B5) 40 f • *0i5rb*0,99) SOI • *l',iOdo*16B) 601 • '1,67 do >205). Slika 2 Vpliv dodatka dezoksidantov v elektrodni oblogi na celot, no vsebnost kisika v varu Previsoka vsebnost dezoksidantov v elektrodi pa je vzrok tudi za poslabšanje žilavosti vara (glej sliki 3 in 4). Na sliki 3 je prikazan vpliv dezoksidacije na žilavost vara pri varjenju z rutilno oplaščenimi elektrodami, na sliki 4 pa vpliv dezoksidacije na žilavost vara pri varjenju z bazično oplaščenimi elektrodami. Z zviševanjem vsebnosti dezoksidantov v elektrodni oblogi, ki povzroči znižanje kisika v varu, se najprej žilavost vara zvišuje ter doseže pri neki določeni vsebnosti kisika v varu optimalno vrednost. Nadaljnje zviševanje vsebnosti dezoksidantov pa povzroči poslabšanje žilavosti zaradi legiranja vara s Si in Mn. [fpm/crA] 30- 25- ■F, 20- § 15- i ■t. 10- 0 0 " b) FeSi je konst. (8g/100g el. meš) —* *20°C 0°C ^ 20°C A0°C N 60°C 80°C 02 v ppm 200 %Mn %Si 300 I I iOO 500 600 700 S00 3,50 J08 0,61 2,26 0,73 0,50 0,50 065 I 0,22 0,52 Slika 4 Vpliv dezoksidacije na žilavost vara pri varjenju z bazično oplaščenimi elektrodami II. POTREBE PO DEZOKSIDANTIH PRI VARJENJU Z OPLAŠČENIMI ELEKTRODAMI Količina dezoksidantov, ki mora biti v elektrodi, da dobimo po varjenju optimalno žilavost vara, je odvisna predvsem od sestave in debeline oplaščenja. O2V ppm 200 300 1,38 1,96 125 lpB 120 050 *20°C -A0°C 700 800 I 0,51 0,09 Med varjenjem poteka oksidacija elementov (dezoksidantov) le s kisikom, ki pride iz plinske faze v talino žlindre in talino vara, ter s kisikom, ki vstopa v reakcije vzpostavljanja navideznega ravnotežja zaradi redukcije varilne žlindre, to je redukcije Fe in Mn-oksidov ter Si02 in Ti02. 1.) Prenos kisika — reakcije s plinsko fazo Prenos kisika iz plinske faze v talino žlindre in talino vara ima najpomembnejši vpliv na porabo dezoksidantov. Ker je vezan na nastanek fe-ritov, na prenos vodika v var in na oksidacijo površine kapljice, je odvisen predvsem od sestave in debeline oplaščenja ter jakosti varilnega toka. Vzrok za velik vpliv sestave elektrodne obloge na »prenos kisika« je predvsem bazičnost nastajajoče varilne žlindre. Zvišanje bazičnosti, to je povečanje koncentracije prostih disociiranih O2— ionov v talini varilne žlindre, ima za posledico pospešitev reakcij s plinsko fazo. Bazičnost teoretične taline elektrodne obloge, to je žlindre, ki nastaja ob nastanku kapljic, je eden najpomembnejših pokazateljev za oceno prenosa kisika iz plinske faze v talino žlindre in talino vara (glej sliko 5). 25010 200-10 - 1S0I04 10010 alRutilno opl. elektr. X10 x30___ x *20 "13 90 X*i3 10°® S 4;o -4,0 b) Bazično opl. elektrode / 60*/ / / / / "40 __ *80 , »40 m _J°x95 40 . i . . 1 . . t . 1 . i , , 1 \ > 60 \ \ ■ '»!■-» i i i i 1 i i M 1 i i i i '1,0 ■2,0 +3,0 + 40 Bj Ibazičnost teoretične talim el. obloge po enačbi: BL =Zaj x označuje srednje vrednosti za i02tg/gvj in d kapljic v mm za: aj rutilno oplaščene elektrode, ki so sušene pri temp. 2S0°C in smo z njimi varili z izmeničnim tokom b.) bazično oplaščene elektrode,ki so sušene pri temp. 4S0°C in smo z njimi varili z enosmernim tokom na + pol o označuje srednje vrednosti pri znižani jakosti el. toka 4 označuje srednje vrednosti pri zmanjšanem f-oplaščanja (zmanjšano razmerje GŽ1./G v in znižana jakost toka) Op.-Številka ob točki pomeni serijo el. obloge Slika 5 Prenos kisika iz plinske faze v talino žlindre in kovine v odvisnosti od sestave elektrodne obloge (bazičnosti) in odtaljevanja Zelo pomembno vlogo pri »prenosu kisika«, ki je v veliki meri vezan na oksidacijo površine kapljice, pa ima tudi odtaljevanje. Povečanje velikosti kapljic, ki ima za posledico zmanjšanje površine na enoto teže kapljic, povzroči zmanj- šanje prenosa kisika iz plinske faze v talino žlindre in talino vara. Ta razlaga pojasnjuje vpliv debeline oplaščenja in jakosti varilnega toka na »prenos kisika«. V diagramu na sliki 5 je to prikazano s serijama elektrod 10 in 40. Vpliv odtaljevanja pa pojasnjuje tudi sorazmerno visok »prenos kisika« pri varjenju z rutilno oplaščenimi elektrodami. 2.) Vzpostavljanje navideznega ravnotežja med žlindro in varom Zaradi redukcije varilne žlindre je razmerje med količino žlindre in količino vara (Gžl/Gv) tudi zelo pomembno za porabo dezoksidantov. Potrebe po dezoksidantih se povečujejo z naraščanjem količine žlindre na enoto vara. Redukcija varilne žlindre — vzpostavljanje navideznega ravnotežja — poteka v skladu z naslednjo ravnotežno enačbo: a/0/ a(FeO) a(MnO) KaFc KaMn. a Mn • /Mn/ a(Si02) Kas: - a (en. 2) /Si/ Ker pa reakcije med raztaljeno žlindro in kovinsko talino vara ne potečejo do ravnotežja, moramo pri razlagi fizikalno-kemičnih procesov med varjenjem upoštevati tudi njihovo hitrost. Oksidacija Mn in Si pri varjenju z bazično oplaščenimi elektrodami je prikazana na diagra- b) Vpliv dod. Fe Si f serija 60) 17^ c) Vpliv jakosti var. toka in debeline opl. O—-------- —m p........^----- d) Vpliv temp. sušenja elektrod *—-- , -------T-& .... O e) Vpliv vrste varilnega toka —*a- V--- Serija Št.mttab.št.B) Op.: 1.40 57, 68 in 69 brez Fe Si 40 93,949S,96ln97 ^eMiccrst. 40 94,98,99 In 100 *iSi const. 60 139,HO in 141 -eMnconst. 60 140,142 in 143 reSiconst 40 8S,86in BI FeMn ccnst. 40 128,129 in 130 40 101,102 in 103 -ii - 40 109,110 in 111 - n. 40 117,118 in 119 - »- V2 1,5-V2 210'2 2?X)2 3KČ 3,5-ff2 4 V2 Go (dezoks.) Gy Slika 6 Oksidacija Mn pri varjenju z bazično oplaščenimi elektrodami a) Vpliv dod. FeSi (serija 40) -povezuje točke, ki predstavljajo celotno izhodno količino Mn, Co' ----povezuje točke, ki predstavljajo količino Mn v varu „Cv' ...........povezuje točke, ki predstavljajo ravnotežno količino Mn „Ce" mih na slikah 6 in 7, oksidacija Mn pri varjenju z rutilno oplaščenimi elektrodami pa na diagramih na sliki 8. Reakciji med Mn in kisikom ter Si in kisikom, ki so raztopljeni v kovinski kopeli, sta hitri ter potečeta skoraj do ravnotežja. Pri elektrodah, ki vsebujejo nizek dodatek dezoksidantov, je namreč razlika med dejansko (»Cv«) in ravnotežno (»Ce«) koncentracijo Mn in Si v varu majhna (glej slike 6, 7 in 8). Pri ostalih bazično oplaščenih elektrodah (sliki 6 in 7) je oksidacija Mn in Si med varjenjem vezana na raztapljanje kisika (FeO) v kovinski talini. Razlika med začetno (»C0«) in dejansko (»Cv«) koncentracijo Mn in Si v varu ostane zato kljub do- VČ 15-»* 2« Gp(dezcks) Gy Sliika 7 Oksidacija Si pri varjenju z bazično oplaščenimi elektrodami 0 D SerijAšt. varjtab.št. 13) 1,2,3, 24 in 25 40,41 in 42 43,44 In45 49,50 in 51 2 Kfi Ga f dezoks} Cv 1,5ia2 2U2 2?w2 Slika 8 Oksidacija Mn pri varjenju z rutilno oplaščenimi elektrodami dajanju dezoksidantov v elektrodno oblogo skoraj nespremenjena. Spremeni pa se s spremembo bazičnosti, ki povzroči spremembo v prenosu kisika iz plinske faze v talino žlindre in talino vara, in ob prisotnosti drugih dezoksidantov, ki tudi reagirajo z raztopljenim kisikom v varu (glej sliki 6 in 7). To je vzrok tudi za zmanjšanje navidezne hitrosti oksidacije Mn in Si pri varjenju z elektrodami, ki so sušene pri nižji temperaturi (glej sliki 6 in 7 diagrama »d« — Posledica sušenja pri nižji temperaturi je preostanek višje vsebnosti ogljika v elektrodni oblogi). Pri rutilno oplaščenih elektrodah (slika 8) pa je oksidacija Mn med varjenjem vezana na raztapljanje kisika (FeO) v kovinski talini in na redukcijo Si02 in Ti02 v varilni žlindri (Redukcija Si02 in Ti02 je pri žlindrah rutilno oplaščenih elektrod izrazitejša zato, ker je aktivnost Si02 in Ti02 v teh žlindrah bistveno višja kot v žlindrah bazično oplaščenih elektrod). Zaradi redukcije Si02 in Ti02 se pri varjenju z rutilno oplaščenimi elektrodami razlika med začetno (»C0«) in dejansko (»Cv«) koncentracijo Mn v varu povečuje z zviševanjem vsebnosti FeMn v elektrodni oblogi (glej sliko 8). V diagramih na slikah 2, 6, 7 in 8 sem dodatek dezoksidanta v elektrodni oblogi prikazoval kot »G o c dezoks) /Gv«, to je kot količino kisika, ki jo teoretično lahko vežejo dezoksidanti v elektrodni oblogi na enoto vara. Tako sem poenotil prikazovanje, to je izravnal razlike, ki nastopijo pri elektrodah zaradi razlik v izbiri in količini dezoksidantov ter sestavi in debelini oplaščenja. Pri računanju ravnotežnih koncentracij sem v vseh primerih upošteval aktivnosti prisotnih sestavin. Koeficiente termodinamične aktivnosti elementov v jeklu sem računal s pomočjo konstant medsebojnega vpliva, koeficiente termodinamične aktivnosti sestavin žlinder pa po enačbah, ki sem jih izpeljal za varilne žlindre na osnovi ionske teorije in termodinamike žlinder v skladu s teoretskimi izpeljavami Kožeurova. Izpeljava enačb temelji na enačbah notranje energije, entropije in proste energije večkompo-nentnega sistema. K F (prosta energija) = E — TS = X;. F; + i = i K K— 1 K Op.: -povezuje točke, ki predstavljajo cebtno izhodno količino Mn „Co" ---povezuje točke, ki predstavljajo količino Mn v vcru uCV" Nepovezane točke pa predstavljajo ravnotežno količino Mn „Ce" i = 1 i = 1 j = i + 1 X, = (en. 3) i=l X; —ionski ulomek komponente »i« n; — koncentracija komponente »i« v g-molih Vj — število kovinskih atomov v molekuli komponente »i« Iz enačbe za kemijski potencial izbrane komponente lahko izrazimo enačbo za izračunavanje koeficienta termodinamične aktivnosti te komponente v raztaljeni žlindri. HL=—= vL.(FL+RTlnXL + VXi-Q.L gnL ^ L — t + i=l L— 1 RT lnf, i = 1 K — 1 K K i = L + 1 2 2 Xi-XJ.Qij i = 1 j = i + 1 (en. 5) Enačbe 3, 4 in 5 veljajo le za bazične žlindre. Pri kislih žlindrah pa moramo zaradi polimeriza-cije upoštevati še povečanje notranje in proste energije s členom, ki ima nekoliko poenostavljen v primeru varilnih žlinder naslednjo obliko: 3 4 [2 (X5 + x6) - 2 X, - 0,5 X4p . ^X1.q1 i = 1 i=l Op.: X1( X2... Xj... do X9 so ionski ulomki komponent varilne žlindre. Označil sem jih s številkami od 1 do 9 v naslednjem vrstnem redu: FeO, MnO, CaO, (K20 + Na20), Si02, Ti02, A1203, Fe203 in CaF2. Enačba proste energije, prirejena za varilne žlindre, ki je bila izhodišče za izpeljavo enačb za izračunavanje koeficientov termodinamične aktivnosti, je imela torej naslednjo obliko: 9 9 9 F1 = F 2 vini = 2 v, . n,. F; + RT £ v,. n,. lnX, + = 1 i = l i = l 8 9 S 2 V;. Vj . nj. nj . Qij + i=ij=i+i 2 V;. n; i=l 3 T2 2 (v4n5 + v6n6) — 2 '•'.n; — 0,5 v4n4 i=l 2 vi ni i=l • 2 vi • ni • i = l (en. 6) (Z enačbami od 3 do 6 je na kratko prikazana izpeljava enačb za izračunavanje koeficientov termodinamične aktivnosti komponent v talinah varilnih žlinder). V skladu z ravnotežno enačbo (en. 2) in ugotovitvami glede hitrosti poteka fizikalno - kemičnih procesov med varjenjem smo z obdelavo rezultatov raziskav (kemičnih analiz) na računalniku IBM 360/30 ugotovili, da velja v območju raziskav (od 0,02 do 0,1 ut % celotne vsebnosti kisika v varu) linearna zveza med celotno vsebnostjo kisika v varu ([O]) ter naslednjimi členi: K K-1 K i = L + 1 i = l j = i + l + RT. ln XL + RT . ln fL) (en. 4) (°/o FeO*), /% MnO/ /% Mn/ in (% Si02) /% Si/ Op.: (% FeO*) = (% FeO) + 1,35 (% Fe203 ); M FeO M ,3 = 1,35 Fe,0, Pri izpeljavi enačb sem vpliv aktivnosti sestavin in vpliv navidezne hitrosti vzpostavljanja ravnotežja upošteval tako, da sem ločeno obdelal bazično in rutilno oplaščene elektrode ter da sem enačbe izpeljal s členoma % Si02 in BL (bazičnost varilne žlindre), ki sta v zvezi z redukcijo žlindre in prenosom kisika iz plinske faze v talino žlindre in talino vara ter zato odločilno vplivata na navidezno hitrost vzpostavljanja ravnotežja med žlindro in varom. Bazično oplaščene elektrode (°/o FeO*) = 4,72 + 78,7 . [O] —0,114 % . Si02 — — 0,32BL ; 93,1 %-na korelacija (en. 7) (% MnO) /% Mn/ — 1,55 BL = 1,76 + 176,0 . [0] — 0,144 . % Si02_ ; 94,7 %-na korelacija (en. 8) (% Si02) = 5,53 + 179,3 . [O] — /% Si/ — 0,264 . % Si02 ; 93,8 %-na korelacija (en. 9) Redukcija Ti02 je neznatna Op. Enačbe 7, 8 in 9 veljajo za elektrode, ki so osušene na temperaturi 450° C, za varjenja z enosmernim tokom na + pol Rutilno oplaščene elektrode (% FeO*) = 6,83 + 179,6 . [0] —0,33 . % Si02 ; 86,4 %-na korelacija (en. 10) (% MnO) /% Mn/ = 11,49 + 688,7 . [0] — 1,00 . % Si02 ; 84,9 %-na korelacija (en. 11) (%Si02) = 3,36 + 121,3. [O] /% Si/ ; 87,0 %-na korelacija (en. 12) Redukcija Ti02: A 02 (red. Ti02 v g/g v) = 10-». (51,7 — •440,3 . [O] + 163,2 Gv ■3,49—— 0,52 % Ti02) Gv 91,6 %-na korelacija (en. 13) Op.: Enačbe 10, 11, 12 in 13 veljajo za elektrode, ki vsebujejo do okoli 10 % kaolina v elektrodni oblogi in so osušene pri temperaturi 250° C, za varjenja z izmeničnim tokom. Legenda oznak v podanih enačbah: % FeO, % Fe203, % MnO, % Si02 in % Ti02 — sestava varilne žlindre (ut. %) % Mn in % Si — sestava vara (ut. %) [0] — celotna vsebnost kisika v varu (ut. %) GŽ1 in Gv — količina žlindre in vara v g (računano na eno elektrodo) Q = I. U . t — porabljena energija v KWs (računano na eno elektrodo) BL = X ajNj — bazičnost varilne žlindre A 02 (red. Ti02 v g/gv) — količina kisika, ki odgovarja redukciji Ti02 (računano na 1 gram vara) III. PRAKTIČNA UPORABNOST UGOTOVITEV PRI VARJENJU IN IZPOPOLNJEVANJU VARILNIH OPLAŠČENIH ELEKTROD Ugotovljene odvisnosti med oplaščenjem in »prenosom kisika«, izpeljane zakonitosti redukcije Ti02 in zakonitosti vzpostavljanja navideznega ravnotežja med žlindro in varom ter poznavanje poteka reakcij, ki se odvijajo že pri sušenju elektrod, nam omogočajo, da lahko že na osnovi izbranega izkoristka varjenja, količine žlindre ter sestave vara in sestave žlindre (glede na njene fizikalne lastnosti) izračunamo optimalno sestavo oplaščenja za elektrodo glede na postavljene zahteve. Izkoristek varjenja ter količino in sestavo varilne žlindre izberemo na osnovi zahtevanih varilno tehničnih lastnosti, ki jih mora imeti elektroda. Izbrana sestava vara je le orientacija za računanje. Z računom namreč ugotovimo tudi, kakšna bo optimalna sestava vara v izbranem primeru (izbran izkoristek varjenja ter količina in sestava varilne žlindre). Teoretično izračunavanje optimalne sestave in debeline oplaščenja glede na zahtevane lastnosti, ki jih mora imeti elektroda, omogoča hiter razvoj in izpopolnjevanje varilnih oplaščenih elektrod ter s tem hitro prilagajanje zahtevam tržišča. Literatura 1. Koch: »Handbuch ider Schweisstechnologie Lichtbogen-schvveissen« (Deutscher Verlag fur Schweisstechnik — DVS — GMBH, Dusseldorf 1961). 2. D. Seferijan: »Metalurgija zavarivanja« (Gradevinska Iknjiga, Beograd 1969). 3. M. Becikert, A. Neumann: »Grundlagen der Schweiss-technik« (VEB Verlag Technik, Berlin 1969). 4. V. D. E.: »Die physikailische Chemie der Eisen und Stahlerzeugung« (Verlag Stahleissen M. B. H., Diissel-idorf 1964). 5. J. F. Elliott, M. Gleiser: »Thermochemistry for Steel-making—II« (Addison-Wesley Publishing Co INC, London 1960). 6. Ernest M. Levin, Hovvard F. Mc Murdie, F. P. Hali: »Phase Diagrams for Ceramists« (The American Cera-mic Society, Ohio 1956). 7. Walter J. Moore: »Fizioka hemija« (Naučna knjiga, Beograd 1962). 8. I. Kuščer, A. Moljlk: »Fizilka — 3« (Državna založba Slovenije, Ljubljana 1963). 9. P. Štuilar: »Študij varjenja pod žlindro — I.« (Poročilo Zavoda za varjenje SRS — Ljubljana 1968). 10. M. G. Frohberg, M. L. Kaipoor: »Sehiveissen und Schnei-den 24 (1972), št. 8, str. 293/295. 11. J. H. Palm: »VVelding Journal 51 (1972), št. 7. str. 358-s— —360-s. 12. Sagawa, Tsunetomi, Nakamura, Katayama: »Transacti-ons Iron and Steel Inst. Japan 9 <1969), št. 2, str. 96— —99. 13. Eiichi Tsunetomi, Haruo Fujita: »Soud. Techn. conn 26 (1972), št. 3/4, str. 125/139. 14. H. Miška, M. Wahlster: »Arhiv fiir das Eisenhiitten-wesen 44 (1973), št. 1, str. 19/25. 15. E. Grethen, L. Philippe: »Revue de Metallurgie 68 (1971), št. 10, str. 647/654. 16. G. Pomey, B. Trentini: »Revue de Metallurgie 68 (1971), št. 10, str. 603/623. 17. A. A. Erohin, G. N. Kotov: Avtomatičeskaja svarica (1970), št. 2, str. 68/69. 18. A. A. Erohin: Fizika i hemija obrabotki materialov (1969), št. 5, str. 56/61. 19. V. A. Beshlebmjij, L. K. Lešinskij: Svaročnoe proizvodstvo (1972), št. 4, str. 11/13. 20. N. F. Rjižov, K. V. Bagrjansikij: Svaročnoe proizvod-stvo (1972), št. 3, str. 11/12. 21. V. M. Panovko, E. G. Bloškin: Svaročnoe proizvodstvo (1970), št. 8, str. 33/35. 22. A. N. Bjikov, A. A. Erohin: Svaročnoe proizvodstvo (1965), št. 7, str. 25/28. 23. A. N. Bjikov, A. A. Erohin: Svaročnoe proizvodstvo (1963), št. 7, str. 1/4. 24. A. N. Bjikov, A. A. Erohin: Avtomatičeskaja svarka (1961), št. 9, str. 10/19. 25. A. A. Erohin, A. N. Bjikov, O. M. Kuznecov: Avtomati-česikaja svarka (1961), št. 8, str. 13/19. 26. A. A. Erohin: Svaročnoe proizvodstvo (1957), št. 12, str. 5/9. 27. A. N. Bjikov: Svaročnoe proizvodstvo (1968), št. 12, str. 6/8. 28. A. A. Erohin, G. N. Kotov: Avtomatičeskaja svarka (1967), št. 10, str. 16/20. 29. I. K. Pohodnja, I. R. Javdošin, G. G. Koriokij, A. P. Paljeevič: Avtomatičeskaja svartka (1969), št. 1, str. 18/22. 30. I. V. Ljahovaja, D. M. Kušnerev, V. V. Podgaeokij: Avtomatičeskaja svarka (1972), št. 9, str. 31/35. 31. V. A. Beshlebnjij, K. V. Bagrjanskij, L. F. Lavrik, L. K. Lešinskij: Svaročnoe proizvodstvo (1968), št. 12, str. 9/10. 32. I. G. Nosikov: Avtomatičeskaja svarka (1970), št. 12, str. 36/39. 33. J. Heusehkel: Ekspress informacija — Svarka (1971), št. 10, str. 1/46; Weld. J. 48 (1969), št. 8, str. 328/347. 34. A. A. Erohin, O. M. Kuznecov: Avtomatičeskaja svarka (1972), št. 2, str. 72/73. 35. V. S. Bender, V. S. Tokarev, V. I. Galinič, V. V. Pod-gaeckij: Avtomatičeskaja svarka (1972), št. 7, str. 69. 36. KI. A. Olejoičemko, N. G. Zavarika, K. A. Olejničenko: Avtomatičeskaja svarka (1971), št. 1, str. 74/75. 37. I. K. Pohodnja, I. R. Javdošin: Avtomatičeskaja svar-ika (1971), št. 10, str. 21/23. 38. J. Ruge, V. Jurgens, R. Miiller: Technische Mitteilun-gen 64 (1971), št. 7, str. 301/304. 39. W. Hummitzsch: Schvveissen und Schneiden 13 (1961), št. 5, str. 187/195. 40. W. Hummitzsch, L. Hense: Schweissen und Schneiden 14 (1962), št. 5, str. 201/210. 41. F. Rapatz, W. Hummitzsch: Stahl und Eisen 65 (1945), št. 9,10, str. 109/118 in 141/148. 42. A. Prešeren: Metalurgija 11 (1972), št. 2. str. 3/12. 43. R. Killing: Draht-Welt 58 (1972), št. 5, str. 259/266. 44. W. Hummitzsch: Schweisstechni>k 4 (1950), št. 11, str. 1/10. 45. W. Roll: Der Praktiker (1971), št. 12, str. 254/256. 46. R. Kejžar: Železarski zbornik 6 (1972), št. 1, str. 47—63. 47. I. K. Pohodnja, I. R. Javdošin: Avtomatičeskaja svar-ika (1972), št 3, str. 9/12. 48. G. G. Koriakij, I. K. Pohodnja: Avtomatičeskaja svarka (1970), št. 7, str. 17/19. 49. I. K. Pohodnja, G. G. Koriokij: Svaročnoe proizvodstvo (1970), št. 8, str. 32/33. 50. I. K. Pohodnja, A. E. Marčeriko, B. A. Kostenko: Avtomatičeskaja svarka (1965), št. 5, str. 8/10. 51. V. V. Stepanov, B. E. Lopaev: Avtomatičeskaja svarka (1965), št. 11, str. 28/30. 52. B. E. Loipaev, A. A. Pliševskij, V. V. Stepanov: Avtomatičeskaja svanka (1966), št. 1, str. 27/29. 53. P. P. Evseev: Avtomatičeskaja svarka (1967), št. 11, str. 42/45. 54. A. I. Sergienko: Avtomatičeskaja svarka (1965), št. 6, str. 26/31. 55. A. I. Bočorišvili, S. B. Jakobašvili: Svaročnoe proizvodstvo (1968), št 10, str. 13/15. 56. S. B. Jakobašvili, T. G. Mudžiri, A. V. Skljarov: Avtomatičeskaja svarka (1965), št. 8, str. 44/45. 57. H. J. Klingelhofer, P. Mathis, A. Choudhury: Arhiv fiir das Eisenhuttemvesen 42 (1971), št. 5, str. 299, 306. 58. M. Beokert, U. Franz, N. Neschanjan: Schvveisstechnik 21 (1971), št. 6, str. 245/247. 59. V. Schmidt: Schvveissen und Schneiden 23 (1971), št. 1, str. 22/24. 60. W. Hummitzsch: Draht-Welt 51 (1965), št. 7, str. 362/365. 61. F. Erdmann-Jesnitzer, D. Rehfeldt, H. Kroker: Schweisstechnik 26 (1972), št. 8, str. 169/175. 62. F. Erdmann-Jesnitzer, D. Rehfeldt: Technisehe Mitt-eilungen 63 (1970), št. 11, str. 566/573. 63. O. Becken: Schvveissen und Schneiden 22 (1970), št. 11, str. 478/479. 64. G. Rabensteiner, H. Rettenbacher: Schvveisstechnik: 25 (1971), št. 1, str. 17/24. 65. H. E. Weinschen'k: Beitrag zur Veranderung des Ab-schmelzcharakters von ummantelten Elektroden durch den elektrischen Anschlusskreis (Akademie-Verlag, Berlin 1960). 66. Jevdjič Krsto: Diplomsko delo »Izdelava in umerjanje visikozimetra« (Ljubljana 1962). 67. L. Knez: Priručnik za upotrebu dodatnog materiala Ikod zavarivanija topljenjem (Železarna Jesenice 1964). 68. Spravoenik himika I. (Gosudarstvennoe naučno-tehni-českoe izdateljstvo himičeskoj literaturji, Leningrad-Mosikva 1962). 69. Spravočni.k himika II. (Gosudarstvennoe naučno-teh-ničeskoe izdateljstvo himičeskoj literaturji, Leningrad-Moskva 1963). 70. Metalurški priročnik (Tehniška založba Slovenije, Ljubljana 1972). 71. Laboratorijski priročnik (Slovensko 'kemijsiko društvo, Ljubljana 1967). 72. D. Ja. Povolockij: Razkislenie stali (Izdateljstvo »Metalurgija«, Moskva 1972). 73. W. Hinz: Siliikate (VEB Verlag fiir Bauvvesen, Berlin 1963). 74. H. Salmang: Die Keramik (Springer-Verlag, Berlin/Got-tingen/Haideilberg 1958). 75. K. Konapičky: Feuerfeste Baustoffe (Verlag Stahleisen M. B. H., Diisseldorf 1957). 76. V. A. Kožeurov: Termodinamika cmetallurgičeskih šla-:kov (Gosudarstvennoe naučno-tehničeskoe izdateljstvo literaturji po černoj i cvetnoj metallurgii — Svendlov-skoe otdelenie, Sverdlovsk 1955). 77. A. A. Kazaikov: Kislorod v židkoj stali (Izdateljstvo »Metallurgija«, Moskva 1972). ZUSAMMENFASSUNG Fiir die Desoxydation des Schweissgutes beim Schvveis-sen mit ummantelten Elektroden ist charakteristisch, dass eine sehr kurze Zeit fiir den Verlauf der Reaktionen zur Ferfiigung ist. Die Reaktionen zwischen der erschmolzenen Schweisschlacke und der Schmelze des Schvveissgutes ver-laufen nicht bis zu dem Gleichgewicht. Zwischen der Schmelze und Schlacke stalit sich ein scheinbares Gleich-gevvicht auf. Aus der Schweissgutschmelze scheidet sich nur ein Teil der oxydischen Einschliisse aus, vvelche als Desoxydationsprodukte entstanden sind, oder von der Schweischlacke her stammen. Diese verbliebenen oxydi-schen Einschliisse sind die Ursache, dass mit einer grosse-ren Menge der Desoxydationselemente der Gesamtsauer-stoffgehalt im Sclrvveissgut nur bis zu einer bestimmten Grenze erniedrigt werden kann. Eine zu grosse Menge der Desoxydationselemente in der Schweisselektrode verur-sacht das Verschlechtern der Zahigkeit vvegen des Legie-rens des Schweissgutes mit Si und Mn. Wahrend des Schweissens verlauft die Oxydation der Desoxydationselemente nur mit Sauerstoff, vvelcher aus der Gasphase in die Schlacken und Stahlschmelze und mit dem Sauerstoff, welchor in die Reaktionen bai der Einstellung des scheinbaren Gleichgewichtes aus der Re-duktion der Schweisschlaoke, das heisst, der Fe und Mn Oxyde des SiOa und TdCh. iibergaht. Den vvichtigsten Einfluss auf den Verbrauch der Desoxydationsmittel beim Schweissen mit umhiillten Elektroden hat der Obengang des Sauerstoffes aus der Gaspha- se in die Schlacken und Stahlschmelze, \velcher wieder von der Zusammensetzung und der Ummantelungsdicke, und der Stromstarke abhangig ist. Ein Richtwert fiir die Bewertung des Sauerstoffiiber-ganges ist die Basizitat der theoretischen Schmelze, der Elektrodenummantelung (Schlacke beim Entstehen der Trapfen). Eine wichtige Rolle bei dem Sauerstoffubergang hat auch das Abschmelzen (die Grosse der Trppfen welche beim Schweissen abschmelzen). Der Desoxydationsmittelverbrauch ist auch von dem Verhaltnis zwischen der Schlackenmenge und der Schweiss-gutmenge (Gi,/Gv) abhangig. Der Desoxydationsmittelver-brauch wird grosser beim wachsen dieses Verhaltniscs. Der Grund dafiir ist die Reduktion der Schweisschlacke — das Einstellen des scheinbaren Gleichgewichtes. Diese Reaktionen verlaufen in Obereinstimmung mit der folgenden Gleichgewichtsgleichung: a/0/ a (FeO) Kk a(MnO) K Mn /Mn/ a(Si02) K Si • /Si/ Da diese vor der Gleichgewichtseinstellung einfrieren, muss bei der Erlauterung der physikalisch-chemischen Prozesse vvahrend des Schweissens auch deren Geschwin-dig"keit beriicksichtigt werden. Fiir die Verstandigung des Einstellens des scheinbaren Gleichgewichtes zwischen der Schlacke und Schweissqut sind folgende Fe9tstellungen von besonderer Wichtigkeit: — Die Reaktionen zwischen Mangan und Sauerstoff, und Silizium und Sauerstoff, welche im Metallbad gelosst sind, verlaufen schnell und fast bis zum Gleichgewicht. — Die Oxydation des Mangans und Siliziums vvahrend des Sehweissens ist nur von der Losungsgeschvvindigkeit des Sauerstoffes in der Stahlschmelze abhangig (die lang-samste Reaktion). Diese ist von der Schvveiss temperatur, von der Reduktionsfahigkeit der entstehenden Schvveis-schlacke und vom Obergang des Sauerstoffes aus der Gasphase in die Schlacken und Stahlschmelze abhangig, das heisst, von der Basizitat der entstehenden Schvveis-schlacke und des Abschmelzens. Mit der Beriicksichtigung der Aktivitat der Bestand-teile und der Geschvvindigkeit der Gleichgevvichtseinstel-lung bei dem Reaktionsverlauf vvahrend des Schvveissens mit ummantelten Elektroden, wird in Ubereinstimmung mit der Gleichgewichtsgleiche im Bereich der Untersuchun-gen (von 0.02 bis 0.1 Gevvichtsprozent des Gesamtsauer-stoffes im Schvveissgut eine lineare Abhangigkeit zwischen dem Gesamtsauerstoffgehalt im Schvveissgut ([O]) und fol-genden Gliedern erreicht: (%MnO) und 1/ j**« /% Mn/ y /% si/ Mit der Ausvvahl des Schvveissausbringens, der Schlackenmenge, der Schvveissgutzusammensetzung und der Schlaokenzusammensetzung im Bezug auf deren physi-kalische Eigenschaften, kann auf Grund der beschriebenen Gesetzmassigkeiten (Diagramme und ausfiihrte Gleich-ungen) bei dem Reaktionsverlauf beim Schweissen, eine optimale Zusammensetzung der Elektrodenummantelung im Bezug auf die vorgeschriebenen Eigenschaften ausge-rechnet werden. SUMMARY Deoxidation of the vveld in vvelding coated elec-trodes is characterized by a very short time available for reactions. No equilibrium is achieved betvveen the vvelding slag and the molten metal. Only a part of oxide inclusions precipitates from the melt. Thev are originated either from the slag or due to deoxidation. The oxide inclusions vvhich do not precipitate cause that oxygen content can be reduced only to a certain degree though the amount of deoxidizing agents in the electrode is increased. Too high content of deoxidizing agents reduces toughness because the Si and Mn content in vveld increases. Oxidation of elements during vvedling is caused only by the oxygen vvhich comes from the gaseous phase into the molten slag or metal phase and by the oxygen from the reduction of iron and manganese oxides, and of Si02 and Ti02 vvhen quasi-equilibrium is reached. The consumption of deoxidizing agents in vvelding vvith coated electrodes is in greater part influenced by the oxygen transfer from the gaseous phase into the molten slag and metal vvhich depends mainly on the composition and thickness of the electrode coating and the intensitv of the vvelding current. Basicity of theoretical melt of the electrode coating (i. e. slag vvhich is formed at the formation of drops) can be an indicator for »the oxygen transfer«. Also the melting rate (size of drops in vvelding) cannot be neglected. Comsumption of deoxidizing agents depends further also on the ratio betvveen the amount of slag and the amount of vveld (Gžl/Gv) The comsumption increases vvith the increased amount of slag per vveld unit. It is caused by the reduction of vvelding slag — establishing of a quasi equilibrium. The reactions follovv the equilibrium equation: a/o/ = 3(Fe0) Kle a(MnO) K Mn /Mn/ a(Si02) KSi • a/Si/ Because the systam freezes before the equilibrium is established the rate of chemical processes must be taken in account vvhen the physico-chemical processes in vvelding are to be explained. To understand the establishing the quasi-equilibrium betvveen the slag and the metal the follovving findings are essential: — reactions betvveen manganese and oxygen, and silicon and oxygen vvhich are dissolved in metal bath are fast and they nearly reach the equilibrium, — oxydation of manganese and silicon during vvelding depends only on the dissolution rate of oxygen in molten steel (the slovvest step) vvhich further depends on the vvelding temperature, reducibility of the formed vvelding slag, and on the oxygen transfer betvveen the gaseous phase and the molten slag and metal, i. e. on the basicity of the formed vvelding slag and the melting rate. A Iinear relationship betvveen the total oxygen content (»/o MnO) in the vveld, ([O]), and the therms (% FeO*),- (/% Mn/ , and (% Si02) ——vvas obtained in the region of investigations V /o/o Si/ (total oxygen content in the vveld varied from 0.02 to 0.1 vvt. o/o) vvhen activities of components and the rate of establishing the equilibrium during vvelding vvith coated electrodes vvere taken in account. The relationship cor-responds to the equilibrium equation. When vvelding yield, amount of slag, vveld composition, and the composition of the vvelding slag according to its physical properties are knovvn the optimal composition of the electrode coatings can be calculated according to the previously described relationships. 3AKAIOTEHHE lip« pacKHCAeHHH CBaponHora niBa npn cBapKH c noKpbiTbiMH 3AeKTpOAaMH npilMeMaTeAbHO OHCHb KOpOTKOe BpCMH, KOTopoe B pac-nopa^ceHHH aah tchchhh peaKHHH. PeaKHHH mokay pacnAaBAenHbiM CBapoMHbiM uiAaKom h pacnAaBOM CBapo^nora insa He 3aKanqHBa-eTbCH c paBHOBecneM. me^KAY uiAaKOM h CBapoMHbiM iiibom BOCCTa-HaBAHBeTbca KaMKaHHe pacKHCAHTeAeH b 3AeKTpoAe YMeHbmaeT BH3KOCTB niBa BCAeACTBHH AerHpOBaHH« IIIBa c Si H Mn. Bo bpemh cbapkh npouecc okhcachhh sacmchtob (packhcahteaeh) npOHCXOAHT TOAbKO bacactbhh achctbhh KHCAOpOAa, KOTOpbIH nepe-xoaht b pacnAaB uiAaKa h pacnAaB uiBa h3 rasoBon a3bi, tak>Ke h c KHCAOPOAOM KOTOpbIH BCTynaeT b peaKHHIO BOCCTaHOBAeHHeM Ka^cvtUMMcero paBHOBecHH bcacactbhh peAVKHHH cBapo^Hora uiAaKa, t. e. peAYKUHH okchaob >keae3a h maprahha h SiCh h TiCh. CaMoe GoALiuoe 3Haa3bi b pacnAaB imaKa h MeTaAAa; sto xe 3a-BHCHT TAaBHbIM 06pa30M ot COCTaBa h OT TOAmHHil o6Ma3KH SAeKTpOAOB H OT HanpaJReHHOCTH CBaponnora TOKa. IloKa3aTeAb aas oueHKH »nepeAa«m KHCAopoAa« npeACTaBAaeT co6oh 0CH0BH0CTb TeopenraecKora pacnAaBa SAeKTpoAHoft o5Ma3KH (uiAaKa, KOTOpbiii noAYHaeTi.CH npH o6pa30BaHHH KaneAb). Ba»CHyio poAb npn »nepeAa™ KHCAopoAa« hmcct TaioKe pacriAaBAeHiie (bcah-KAY KOAH^ecTBa uiAaKa a KOAmecTBa cBapoKymHftcero paBHOBecHa. 3th peaKUHH npoTeKaioT b corAacHH c cAeAyiomHM ypabhehhem paBHOBecHH: a/0/ = a(FeO) a(MnO) K Mn /Mn/ a (SiP;) K!i ' a/Si/ TaK KaK 3aMep3aHHe HacTynaeT ao BOCTaHOBAeHHa paBHOBecna, HaAO npH o6b8CHeHHH <{>H3HK0-XHMHMeCKHX npOUCCCOB yHeCTb TaKJKC HXHHK> 6bICTpOTy. A^a nOHHMaHHH npOUeCCa BOCCTaHOBAeHHH Ka»Y-mHiicero paBHOBeciifl MejKAY mAaKOM h CBapHbiM iiibom Ba«Hbi CAeAyiomHe KOHCTaTaHHH: — PeaKUHH mcmcay MapraHUOM H khcaopoaom a TaKJKe KpeM-HHeM H KHCAOPOAOM, KOTOpble HaXOA3TbCa b pacnAaBAeHHOM co-ctoshhh b pacriAaBe MeTaAAa, npoHcxoA»Tb 6bicTpo, nomn ao paB-HOBeCHH. — OitiicAeHHe MapraHua h KpeMHHa bo bpema CBapKH 3aBiicHT toabko ot 6biCTpoTU pacnAaBAeHHa KHCAopoAa b pacnAase ctsah (caMaa MeAAeHHaa peaKi^Ha). EbiCTpoTa OKHCAeHHa 3thIi 3AeMeHTOB 3abhcht ot TeMn-pu CBapKH, BoccTaHaBAHBaeMocTH CBapHora uiAaKa h ot nepeAaa3bi b pacnAaB uiaaka h MeTaAAa, t. e. oa ochobhocth 06pa30BaH0ra cBapo'inora uiAaKa h ot pacnAaBAeHHa. B38B BO BHHMaHHe aKTHBHOCTb COCTaBHbIX KOMnOHeHT ii 6bl-ctpoty BoccTaHOBAeHHa paBHOBecHa npa nponecce peaKmiii bo BpeMH CBapKH C nOKpbITHMH SAeKTpOAaMH, MOAy«IM B COTAaCHH c ypaB-hehhem paBHOBecna b ofiaacth nccaeaobahhh (meacay 0.02 ao 0.1 Bec. % odmero coAep>KaHHa KHCAopoAa b CBapomiOM inBy) AHHeHHyio CBa3b MeJKAV o6hihm coAepacaHHeM KHCAopoAa B CBapOMHOM mBy /O/ H CAeAYIOmHMH MAeHaMH: ,%FeO«, (%Mn0> , /% Mn/ ^ /% Si/ Bbi6opoM: BbixoAa CBapKH, KOAHqecTBa uiAaKa, cocTaBa CBapoM-Hora urea, COCTaBa CBapoqnora uiAaKa hto KacaeTbca ero <})H3HiecKHX KaKe HIHXTbI. Il03T0My vctahobaehhbie pa3HHqbi mo>kho c haae»choctbk) npHnncaTb npn-CyTCTBHH CBHHHa. YHHTaH MHOrOHHeCACHHbie CBeAeHHH B AHTepaType, HCCAeAOBaTeAH ocoSeHHoe BHHMaHHe oGparaAH Ha ^opMV H pacnpe-AeAeHHe CBHHHa b ycAOBHax nAacTHHecKOH Ae4>opMauHH h pa3py-UieHHH 06pa3H0B. ripH HCCAeAOBaHHH ynOTpe6HAH SAeKTpOHHblH MHKpoaHaAHTHMecKHii MeTOA. HccAeAOBaHHeM onpeAeAHAH, ito BKAIOHeHHH CBHHna npeACTaBAHIOT Co6oi*I b OCHOBHOH Macce CTaAH CTaTH^ieCKVK) II CTaSlIAbHbllO 4Ja3V- IloBeAeHiie CTaAH npn ycAOBHflx nAacTHMHOH AecfiopManHH H3y-laAH Ha o6pa3uah HcnbiTaHiieM Ha npoMHOCTb npn KpyjeHHH B rop-jmeM COCTOHHHH H HCIlblTaHHeM Ha CJKaTHe B XOAOAHOM. OnpeAeAHAH, hto npncyTCTBye CBHHna ocAaoAfleT nAaCTii^HOCTt CTaAH b ropu-HTO npHCVTCTBHC CBHHna OCAaGAseT IIAaCTUMHOCTL B XOAOAHOH nepe-pa6oTKH. 3to cbohctbo, no MHeHiiio HcCAeAOBaTCACH HMeeT Da>Kfioe 3HayeHHe. *Ito KacaeTCH npoiHOCTH, Me)KAy CTaAaMH c cbhhuom h 6e3 Hero pa3Hima He očHapvaceHa. He3HaiiiTeALHoe ocAaSAeHHe 06HapyaceH0 npn BH3KOCTH h AAHTeABHoii nyAB3Hpyemeft npoiHOCTH, HO yCTaHOBHTb npHHHHy 3TOra HCCAeAOBaHHeM nOBepXHOCTH H3AOMa nyTeM mhkpo paKTorpaHiiecKiix chhmkob ne yAaAocb. HccAeAOBaHHeM AOKa3aAH noBbnneHiie xpynKOCTH npn CTaAHX aah yAy>imeHiiH npn TeMnepaTypax b npeAeAax okoao tomkh nAaBAeHH« CBHHna. HccAeAOBaHHH ueMeHTamm CTaAH noKa3aAH, ito npHCyTCTBHe CBHHHa B CTaAH He HMeeT HHKHKOTO BAHHHHH Ha CBOHCTBa CTaAH npH 3aKaAKe h neMeHTaijHH. EAaronpiiHTHoe BAHHHHe CBHHna Ha 06pa6aTUBaeM0CTb AOKa-3aAH TaK>Ke HCCAeAOBaHHeM MeTOAOM c noAaieii K0HCTaHTH0ra AaB-AeHna a Taioice onbiTaMH b npoMbniiAeHHOCTH. Pe3yAbTaTbI 3THX HCCAeAOBaHHH npHMeHHMbl OAHHaKOBO aax npOH3BOAHTeAS H nOTpeBHTeAS CBHHUOBbIX CTaAefi. O spremembah v sestavi primarnih karbidnih zrn in izcej v jeklu za kroglične ležaje med homogenizacijskem iarjenjem F. Vodopivec in B. Ralič Večino mase primarnih karbidnih tvorb v litem jeklu s pribl. 1,0 % C in 1,5 % Cr tvori cementit z do 22 % Cr, manjši del pa karbid tipa M23C6 z najmanj 32 % Cr. Pri homogenizacijskem žarjenju se cementit hitro raztopi v avstenitu, raztapljanje karbida M23C6 pa je počasnejše in poteka linearno s časom izotermnega ogrevanja. Homogenizacija dendritnih izcej ima dve fazi, začetno zmanjšanje količine kroma v meddendrit-skih prostorih je hitro, nato pa preide v počasno, skoraj asimptotično približevanje k neki vrednosti, ki je tem višja, čim nižja je temperatura ogrevanja. Pred časom je bilo ugotovljeno (1), da se zmanjšuje količina karbidnih zrn v jeklu za kroglične ležaje z 0,98 % C, 0,28 % Si, 0,33 % Mn, 0,015 % P, 0,008 % S in 1,55 % Cr proporcionalno s trajanjem žarjenja potem, ko se je v začetku žarjenja zelo hitro zmanjšala. Nismo pa tedaj mogli dognati, ali se med homogenizacijskim žar-jenjem spreminja sestava preostalih karbidnih zrn. Literaturni podatki kažejo (2), da je homogenizacija izcej v bronih in v aluminijevih zlitinah razmeroma hitra in zato ni potrebno dolgotrajno ogrevanje blokov teh zlitin pred vročo predelavo. Eksperimentalnih podatkov o homogenizaciji izcej v jeklih za kroglične ležaje ni, zato smo določili kinetiko homogenizacije dendritnih izcej v takem jeklu in tako dobili celovito podobo o tem, kar se v njem dogaja med homogenizacijskim žarjenjem pred vročo predelavo. Mikroanalizator, ki smo ga imeli na voljo, je premalo občutljiv, da bi lahko izmerili izceje ogljika, ki so po videzu mikrostrukture pridružene izcejam kroma, zato smo izmerili le izceje tega elementa in izceje mangana pri eni temperaturi. Površinska (scanning) analiza je pokazala, kar na optičnem mikroskopu ni bilo mogoče razločiti, da je precej primarnih zrn dvofazne sestave. Na prilogi 1 vidimo v polju lamelarnega lede-burita dve karbidni zrni, ki sta zraščeni z vključ- Franc Vodopivec je dcuktor metalurških znanosti in samostojni raziskovalec na metalurškem inštitutu v Ljubljani Boško Ralič, višji tehnik na metalurškem inštitutu v Ljubljani koma manganovega sulfida. Na elektronskem posnetku sestave (ES) je ob temnem vključku temnejša lisa, kjer je večja koncentracija kroma in manjša koncentracija železa, kot v okolišnem karbidu. Slika 1 Profil koncentracije za krom in železo pri prehodu preko dveh ledeburitnih polj s karbidnim zrnom. Lito in v bloku ohlajeno jeklo. Linijska analiza (si. 1) je potrdila, da gre za dve vrsti karbida, ki imata zelo različno vsebnost kroma in železa. Levi grafikon kaže profil koncentracije železa in kroma pri prehodu čez enofazno karbidno zrno, desni pa profil pri prehodu čez dvo-fazno zrno. Karbidna zrna v litem jeklu torej niso enotna, marveč so v številnih primerih med njimi vložki, ki so bogatejši s kromom. Na poti iz notranjosti dendrita proti izcejanemu mestu enakomerno raste vsebnost kroma, v ledeburitnem polju pa postane porazdelitev kroma neenakomerna zato, ker cementitna komponenta evtektika vsebuje več kroma kot avstenitna komponenta. Na prehodu med ledeburitom in primarnim karbidnim zrnom skokoma zraste vsebnost kroma, enako je pri prehodu iz ene v drugo karbidno fazo. Mislimo, da je mogoče na osnovi porazdelitve kroma zanesljivo trditi, da so večja karbidna zrna v ledeburitnih poljih primarnega porekla in da so nastala zaradi neravnotežnega strjevanja jekla že pred kristalizacijo evtektika. V vzorcu jekla, ki je bil ogrevan 0,5 ure pri 1140° C, je bilo manj karbidnih zrn, v vseh pa smo ES ET XCr XFe X5i XMn X5 i——j Priloga 1 Primarni karbidni zrni v ledeburitnem polju. Elektronska posnetka sestave (ES) in topografije (ET) ter specifični X posnetki za krom, železo, silicij, mangan in žveplo. Slika 2 Profil koncentracije za krom in železo pri prehodu čez karbidni zrni v vzorcu, ki je bil ogrevan 0,5 ure pri 1140« C in kaljen v vodi. našli karbid, bogatejši s kromom (slika 2). čeprav v mikroskopu okoli karbidnih zrn nismo opazili ledeburita, pokaže linijska analiza, da je na tem mestu porazdelitev kroma neenakomerna. Torej se je cementit hitreje raztopil v avstenitu, kot je prišlo do izenačevanja vsebnosti kroma kljub so-razmeroma majhni razdalji med obema komponentama, ki sestavljata ledeburit. Po enournem žarjenju smo našli v preostalih karbidnih zrnih le poredkoma dele z manjšo vsebnostjo kroma (si. 3), po dveurnem žarjenju pa so bila vsa karbidna zrna le iz faze z več kroma. Na profilu koncentracije za krom na sliki 3 opazimo le statistične variacije, kar je znak, da v avstenitu ob karbidnih zrnih ni več mikroheterogenosti v porazdelitvi kroma, ki je, kot smo že omenili, posledica različne vsebnosti kroma v obeh komponentah, ki sestavljata ledeburit. Točkasta kvantitativna analiza na elektronskem mikroanalizatorju z upoštevanjem korekture na fluorescenco po Reedu (3), rezultati so v tabeli 1, je potrdila, da gre res za dve vrsti karbida, od katerih je v enem 18 do 21,5 % kroma, v drugem pa 32 do 35 % kroma in seveda ustrezno manjša vsebnost železa. Slika 3 Isto kot slika 2 za vzorec, ki je bil ogrevan 1 uro. Tabela 1 — Vsebnost kroma v karbidnih zrnih v litem stanju in po različno dolgem ogrevanju pri 1140° C: Nežarjen Žarjen 0,5 ure: 1) 1) 34,6 % Cr 18,9 do 21,4 % 2) 33,3 % 18,3 % 1) 34,0 % 18,4 % 2) 32,9 % 20,4 % 3) 33,9 % 20,3 % 1) 35,0 % 2) 34,5 % 3) 34,7 % 1) 33,3 % 2) 31,9 % 3) 32,2 % Na osnovi sestave jekla in vsebnosti kroma je mogoče opredeliti karbid z manj kroma kot cementit, ki po podatkih iz literature (4) lahko topi do 20 % kroma. Debye-Scherrer analiza karbidnega izolata iz jekla, ki je bilo ogrevano 1 uro pri 1140° C, je pokazala, da je drugi karbid vrste M^C,. Na sliki 4 je profil koncentracije kroma in železa pri prehodu preko karbidnih zrn, katera smo našli v karbidnih segregacijah v gredici jekla iste vrste, vendar druge šarže. Tudi tu sta v karbidnih zrnih 2 fazi z različno vsebnostjo železa in kroma. Na osnovi preje opisanih ugotovitev sklepamo, da po ogrevanju pred valjanjem v jeklu ni bilo neraztopljenega cementita, temveč le preostala neraztopljena zrna kromovega karbida. Med ohlaja- Slika 4 Profil koncentracije za krom in železo pri prehodu pravokotno na vzdolžno os čez karbidne segregacije v gredici Iz jekla z okrog 1 % C in 1,5 % Cr. njem se na teh karbidnih zrnih izloča cementit iz okolišnega avstenita, ki je zaradi nepopolne homo-genizacije bogat z ogljikom (5). Obliko krivulje, ki kaže kinetiko raztapljanja karbidov (1), je mogoče razložiti takole: začetna hitra faza predstavlja raztapljanje v primarnih karbidnih zrnih prevladujoče cementitne mase; proces z linearno kinetiko, ki predstavlja raztapljanje karbidnih zrn tipa M23C6, je bolj počasen kot proces raztapljanja cementita in odvisen od reakcije na mejni površini karbid-avstenit. Poskuse homogenizacije smo napravili na istem jeklu pri temperaturah 1050, 1150 in 1250° C, to je v temperaturnem intervalu, ki prekriva območje ogrevanja jekla pred valjanjem. Po končanem ogrevanju smo vzorce kalili v vodi. Analize smo napravili na standardnih metalografskih obruskih, jedkanih z nitalom. Izceje so se lahko razločile, ker v meddendritskih prostorih skoraj ni bilo martenzita, razen pri dveh najdaljših ogrevanjih pri 1250 in 1150° C. Vsebnost kroma in mangana smo izmerili na 50 mestih v izcejah, brez upoštevanja mest, kjer so bila v jeklu primarna karbid-na zrna. V grafikonu na sliki 5 je upoštevano samo deset največjih izmerjenih vrednosti na vsakem vzorcu. Izmerjene vsebnosti kroma smo korigirali na fluorescenco po Reedu. Rezultati na sliki 5 kažejo, da je dosežena homogenizacija odvisna od temperature in od trajanja homogenizacije. Zmanjšanje vsebnosti kroma in mangana v izcejah je v začetku žarjenja hitreje kot pri nadaljevanju. Ta razlika je pri kromu bolj poudarjena pri temperaturi 1250° C, kjer nadaljevanje žarjenja po osmih urah ne povzroča več nobenega pomembnega izenačevanja koncentracije. Očitno je tedaj doseženo stanje, ko se je povečala dolžina difuzijskih poti in povečal vpliv medsebojnega zmanjšanja aktivnosti ogljika in kroma, ki sta C/.Cr) (%Mn) Slika 5 Intenziteta izcej kroma in mangana v odvisnosti od temperature in trajanja ogrevanja. Za lito stanje je upoštevan vzorec, ki je bil ogrevan 0,5 ure, pri 850" C in kaljen v vodi. raztopljena v avstenitu, na proces izenačevanja koncentracij z difuzijo. Hiter potek homogenizacije kroma je manj izrazit pri temperaturi 1150° C, proces homogenizacije pa daljši kot pri 1250° C. Proces homogenizacije pri temperaturi 1050° C je zelo počasen in tehnološko brez pomena. Na prilogi 2 vidimo makroposnetke vzorcev, ki so bili različno dolgo ogrevani pri temperaturi 1250° C. Če primerjamo posnetke s sliko 5, ugotovimo, da so po enakem jedkanju izceje zelo jasne na vzorcih, ki so bili ogrevani od 1 do 16 ur in v katerih se je vsebnost kroma v izcejah zmanjšala od 3,2 na 2,3 %; na vzorcu, ki je bil ogrevan 48 ur pa izceje komaj zaznamo, čeprav je intenziteta izcejanja le malo manjša (za 0,2 °/o). Torej lahko trdimo, da po videzu na metalografsko pripravljenem obrusku ni mogoče popolnoma zanesljivo sklepati o homogenosti jekla. Rezultati kažejo, da je popolna homogenizacija jekla s pribl. 1 % C in 1,5 °/o Cr tehnološko neizvedljiva in da je bolj učinkovito povišanje temperature ogrevanja kot podaljšanje trajanja ogrevanja, če želimo doseči čim bolj homogeno sestavo jekla. Sklep Zaradi neravnotežnega strjevanja nastajajo v jeklu z okrog 1 % C in 1,55 % Cr primarne karbid-ne tvorbe, katerih večino mase tvori karbid ce-mentitnega tipa, ki vsebuje do pribl. 22 % kroma; v njih pa so tudi drobna zrna karbida tipa M23C6, ki ima najmanj 32 °/o kroma. Pri homogenizacij-skem ogrevanju se cementitna masa raztopi v avstenitu razmeroma hitro, precej počasneje pa je raztapljanje karbida tipa MaC6. Homogenizacija dendritskih izcej ima dve fazi. Začetno zmanjševanje vsebnosti kroma v med-dentritskih prostorih je hitro, nato pa preide homogenizacija v počasen proces skoraj asimpto-tičnega približevanja intenzitete izcejanja kroma neki končni vrednosti, ki je tem višja, čim nižja je temperatura ogrevanja. Na osnovi videza izcej na metalografsko pripravljenem obrusku ni mogoče sklepati zanesljivo o homogenosti jekla, ki je bila dosežena s homogenizacijskim ogrevanjem. Literatura 1. Vodopivec F.: A. Einsenhuttenvvesen 42, (1971), 4, 283—286. 2. Kosec L., Podgornik A. in Ralič B.: Rudarsko Metalurški Zbornik, 1972, 4, 417-428. 3. Reed S. J. B.: Brit. Journal Ap. Physics 16, (1965), 913— —926. 4. Kuo K.: Journal of ISI 173, (1953), april, 363—375. 5. Houdremont E.: Handbuch der Sonderstahlkunde; 3 Aufl. Berlin u. Diisseldorf, 156, 5.431. b) 1250 °C, 1 uro, d) 1250 "C, 4 ure, e) 1250 »C, 16 ur, a) 850 "C, 0,5 ure, c) 1250 »C, 2 uri, f) 1250 "C, 48 ur Priloga 2 Videz izcej na vzorcih, ki so bili različno dolgo ogrevani in nato kaljeni v vodi. ZUSAMMENFASSUNG Es sind einige Versuche des Homogenisierungsgluhens eines Stahles mit etwa 1 % C und 1.5 % Cr durchgefuhrt vvorden, um den Verlauf der Karbidlosung im Austenit, und die Kinetik der Ausgleichung der Konzentrations-unterschiede in dendritischen Seigerungen festzustellen. Der Hauptteil der Masse der primaren Karbidbil-dungen besteht aus Zementit, welcher bis zu 22 % Cr ent-halt, und nur ein kleiner Teil der Masse wird von Karbidkornern des Types M23C6 gebildet, vvelche wenigs-tens 32 °/o Cr enthalten. Beim Gliihen losst sich Zementit sehr schnell im Austenit. Das Auflosen der Karbidkorner M23C6 verlauf langsamer und ist Iinear von der Zeit abhangig. Der Losungsmechanismus zeigt, dass die Karbid-seigerungen, welche im warmverformten Stahl dieser Sorte zu finden sind, sekundarer Herkunft und als Folge der nichtgerechten Abkiihlung des Stahles sind. Der Konzentrationsangleich der dendritischen Seige-rungen verlauft in zvvei Phasen, zunachst die schnelle Verminderang des Chromgehaltes in zvvischen dendritischen Platzen, und in der zweiten, das asimptotische Nahern des Chromgehaltes zu einem Endwert, welcher um so grosser ist, je niedriger die Gliihtemperatur des Stahles ist. Eine Erhohung der Gliihtemperatur vermin-dert die Seigerungen wirkungsvoller als die Verlangerung der Gliihzeit. SUMMARY Steel with about 1.0 % Cr, and with 1.5 % Cr were homogctiized to analyze the dissolution of carbides in austenite and to determine the kinetics of equalizing den-dritic segregations. The majority of primary carbide segregations is com-posed of cementite with up to 22 % Cr, and only a mino-rity are the carbide grains of M23C6 type containing at least 32 % Cr. In annealing, cementite is quickly dissolved in austenite while dissolving of M2JC6 carbide grains is slower and linear with time. The dissolving mechanism shows that the carbide segregations in such hot vvorked steel are a secondary phenomenon, and they are caused by un-adequate cooling of steel. Homogenizing of dendrite segregations is composed of two steps, i. e. the initial fast reduction in chrome content in the interdendritic spaces, and the step of nearly asym-ptotic approaching of chrome content to a final value which is the higher the lower is the annealing temperature. Higher annealing temperatures much more effectively re-duce the segregations than the prolonged annealing times. 3AKAIOMEHHE Mto6u onpeAeAHTb KaKHM 0Qpa30M iipohcxoaht pacTBopeHHe KapgHAOB B aycTeHHTe, KaKOBa KHHeiHKa ypaBHOBeuiHBaHHa cerpera-uhh AeHApHTOB b CTaAH c coAepacaHHeM npn6A. 1.0 % C h 1.5 % Cr BbHIOAHeH HH3 OIIblTOB. OnpeAeAHAH, mto caMyio 5oAJbmyio *jacTb 06pa30BaHHH npeA-ciaBAaeT ueMeHTHT c coAepacaHHeM ao 22 % Cr, a toalko \teHLuiyio nacTL cocTaBAHioT 3epHa Kap6nAOB rana M23OS, KOTopbie coAepacaT He MeHee 32 % Cr. Bo BpeMa o\>KUra ueMeHTHT SbicTpo pacTBop-aeTLCH b aycTcntrrc, MeacAV Te« KaK 3epHH KapGtiAOB M23O6 pacTBop-aiOTbca MeAAeHHee, napaAAeABHO c tcmchkcm BpeMaHH. MexaHH3M pacTBopeHHH noKa3tiBaeT, mto cerperamia Kap6HAOB, K0T0pyK> mojkho oSHapyacHTb b ropaie nepeAeAaHoS CTaAH srara copTa BTopHiHora npoHcxo5KAeHHa, CAeACTBite HenpaBHAbHora oxAaa AeHAPHTHbix cerperauHH o6pa3yMT Ase a3bi; nepByio, SucTpoe yMeHbmeHHe coAepjKaHiia xpoMa b np0Me>KyT0 m tu —i M M « O c optimalni blok brez homogen. optim. bi. 1 uro homi na 900° C d? d ° g do .3 ho* s-3 S O m C optim. bi. 1 uro hlajenja na zraku v začetku 169,7 172,0 161,9 146,4 po pol ure 199,0 193,4 184,9 181,4 po 1 uri 206,0 200,5 193,4 192,1 po 2 urah 212,0 208,4 203,6 203,3 po 3 urah 215,5 212,9 209,7 209,6 Zato smo pri večini internih predpisov za ogrevanje delno ali v celoti odpravili začetno homo-genizacijo. 128CC 1200-1300%: 1100-1200°C D50-W0°C 1000 -1050°C 900-100CTC 1276°C 1250% -1300°C 1200°C -1250°C ■115CTC -1200°C -1275 r ^ 200 LEGENDA 7 2 v Cas (ure) -WO°C -1200° C -1100° C -1000°C \-900°C Slilka 14 Porazdelitev temperature po 2 urah ogrevanja 0 B 10 15 -J Mrežne točke Slilka 15 Optimalni blok v peči s temperaturo 900" C optimalni blok v peči ----7 ura homogenizacije (900°C) -----3ure homogenizacije (900°C) -------/uro ohlajanja na zraku (20°C) Slika 16 Ogrevanje brame z različnimi začetnimi pogoji (°C) 1500 20 1000 500 B (kcal/kg,- Temperatura homogenizacije 90(fC I Ki nadaljnih Turah ogrevanja po 3 ur lh hamoge-nizacijt na 900°C II. 1 - 0 ' 1 . . homogenz 900C 960C\K120 : wo'c mdt\ itad . 1$ (h. 1200 C Slika 17 Ogrevainje po regulativu Začetna temperatura 960°C 1 1 -ah na KOCK I 1 \ 1 ——r*""—-^. i \ / i l V r \ po Turi na 960°C j po turah na \ 1 1 1 t 1 1 1 l 1 i 1100° C \ 1 1 I 1 1 1 1 1 1 1 1 l sredina Slika 18 Ogrevanje brez homogenizacije SIMULIRANJE REŽIMA OGREVANJA Interni predpis Železarne Jesenice za ogrevanje blokov neke določene kvalitete predpisuje naslednje: Vroč blok naj ostane 3 ure v nekurjeni vroči komori globinske peči. Nato jo je treba ogreti na 1100° C s hitrostjo 60° C/h. Na tej temperaturi naj ostane 3 ure. Nato je treba segreti peč na temperaturo 1200° C s hitrostjo 40°/h. Na tej temperaturi naj bi ostala 4 ure. Takšno ogrevanje smo simulirali z našim dvodimenzionalnim modelom. Na sliki 17 je narisan temperaturni profil v smeri B-S-A za ogrevanje po tem predpisu. Nato smo računsko »odpravili« začetno homo-genizacijo pri temperaturi 900° C (slika 18) in za eno uro skrajšali čas zadrževanja na temperaturi 1100° C in 1200° C (slika 19). Po teh računskih eksperimentih bi toplotna vsebnost v bloku še vedno naraščala tako, da bi to ne presegalo zmogljivosti naših peči, čas ogrevanja bi bil pa znatno krajši. Iz slike 17 se lepo vidi, kako bi padala toplotna vsebnost zaradi začetne homogenizacije. Res je, da bi se tempera- Slika 19 Ogrevanje brez homogenizacije, skrajšano za 2 uri ture izenačile, vendar pa bi bil blok po 5 urah energijsko še vedno na istem kot ob zalaganju v peč. Podobno obdelavo smo naredili tudi s predpostavko, da je začetna temperatura nekur-jene komore 1000° C. Tudi v tem primeru smo ugotovili, da bi bilo možno znatno skrajšati čas zadrževanja na temperaturi 1100° C. Tudi na podlagi teh ugotovitev smo naredili pomembne spremembe v naših regulativih. Prednost eksperimentiranja z modelom je v tem, da lahko računsko spreminjamo posamezne faze in ugotavljamo, kako bi se to odražalo v celotnem procesu. Zaključek Opisana analiza ogrevanja in ohlajanja z matematičnim modelom nakazuje širše možnosti pri uporabi matematične fizike pri izboljševanju tehnologije in povečevanju proizvodnje. S prvim modelom smo simulirali najhitrejše možno ogrevanje hladnega bloka, z drugim pa smo simulirali bolj realne pogoje pri zalaganju vročih blokov v globinsko peč. Če je model veren prikaz dejanskih pogojev, je s pomočjo računalnika možno Začetna temperatura 960°C ro 1500 (kcal/kg) azdelitev eksperimentirati (spreminjati parametre v modelu), kar je hitrejše in mnogo cenejše kot eksperimentiranje v praksi. Računalniški program lahko uporabimo tudi za druge dimenzije blokov z drugimi fizikalnimi lastnostmi. Nadaljnje delo bo potekalo v smeri izpopolnjevanja računalniških programov13, da bo model bolje opisoval dejansko dogajanje. Predvsem bo treba kontrolirati temperaturo v več točkah na površini in upoštevati tudi fazne spremembe12 v bloku, pri katerih pride do sproščanja toplote. Upoštevati bo treba tudi to, da se pri različnih kvalitetah specifična toplota in toplotna prevodnost spreminjajo s temperaturo2. Posebej bo treba študirati problem konvekcije. Očitno pa je, da že grob model da zelo koristne rezultate in nakazuje, katerim fazam tehnološkega procesa je treba posvetiti posebno pozornost. Dodatek I. Enačbo I smo pretvorili v brezdimenzijsko obliko z uvedbo novih spremenljivk: U = T—T„ T,. x r = — s = -y-b a2. p . cP v = w — 37-U ar + — ■2 b2 t„ = a2U a2U -+- 9SZ aU 3W (3) Robni pogoji: U (0, s, v, w) = U (1, s, v, w) = 0 U (r, 0, v, w) = U (r, 1, v, w) = 0 U (r, s, 0, w) = U (r, s, l,w) = 0 Začetni pogoji: U (r, s, v, 0) = lir1! Ti Enačbo (3) rešimo s Fourierovo metodo za se-paracijo spremenljivk. Vpeljemo: U (r, s, v, w) = W (w). R (r). S (s). . V (v) in to vstavimo v enačbo (3). Ce nato levo in desno stran enačbe delimo z (R . S . V . W), dobimo naslednji izraz: W' R" S" V" —.=— + — +—• = — K2 W R S V Če upoštevamo robne pogoje, lahko zapišemo rešitev enačbe (3) v obliki: U (r, s, v, w) = ^ d (k„ k2, k3). sin (kjitr). sin k„k2,k3 (k2us). sin (kjTtv). exp (—K2w) pri čemer je K2 = k^2 + + b2 c1 k,, k2, k3, po katerih seštevamo, so zaporedna cela števila 1, 2, 3 .... Konstante d (k1; k2, k3) določimo iz začetnega pogoja. V času t = 0 namreč velja: 2 d (kj, k2, k3). sin sinf^ k„k2,k3 V a / V b sinp^j.I^ če levo in desno stran množimo s sm J .sin- sin- a b c in integriramo po x v mejah od 0 do a, po y v mejah od 0 do b in po z v mejah od 0 do c, dobimo: d (k„ k2, k3) = T'~Tv . --- T, n3. k,. k2. k3 pri čemer so kj, k2, k3 zaporedna liha cela števila. Končno lahko zapišemo splošno rešitev enačbe (1): 64 . (T,—Tv) T (x, y, z, t) = Tv+ 2 k„k2,k3 ' ki?cx \ . / k2Tty sm- sinl . exp a 7t2 . X . t / . Cp. a2( . /1 , sm - ■k3 . k!. k2 k3itz sm k,2 + —k22 + —k32 b2 Rešitev (4) je zapisana v obliki neskončne vsote po lihih celih vrednostih ku k2 in k3. Zaradi eksponentne funkcije ta vsota razmeroma hitro konvergira. x„ = Dodatek II. Vpeljemo nove spremenljivke: x y t TI = — T=- x0 xa t, X p . cp. \ n = t = --& E ■ ff • T,3 t„ = ■th6. A = T t7 e . ff . xc Tz4 Td .. . neka zunanja temperatura Tako lahko zapišemo enačbo v brezdimenzijski obliki: '(5) = V —A V^/p e2 d _ d'r\2 Robni pogoj: dT Indeks p označuje, da je treba upoštevati vrednosti na robu. Enačbo (5) smo rešili numerično za pravokotnik in kvadrat. Pri pravokotniku smo si izbrali takšne dimenzije, da so se le-te ujemale z velikostjo srednje presečne ploskve brame B 8, pri kvadratu smo pa upoštevali dimenzije ingota OK 650. Pravokotnik smo razdelili na mrežo kvadratov s stranico R = 0,0315 m. Tako smo v pravokotniku srednje presečne ploskve brame B 8 dobili mrežo 21 x 38 točk. Pri ingotu smo izbrali mrežno razdaljo R = 0,0325 m in študirali 21 x 21 mrežnih točk. Če mrežno razdaljo R delimo z x0, dobimo brezdimenzijski korak v krajevni smeri h = — Podobno dobimo brezdimenzijski korak v časovni smeri 1, če delimo časovni korak t' s časom t0: 1 = t' časovnega koraka si ne moremo več poljubno izbrati. Stabilnostni kriterij za reševanje enačbe2 zahteva, da mora biti izpolnjen pogoj: h2 4 Ugodno je izbrati za S = 0,25, ker se pri taki izbiri koraka v krajevni smeri izkaže, da je t' = 1 minuta v obeh primerih. V točki (i, j) mreže (slika 20) lahko izračunamo »brezdimenzijsko« temperaturo #i,j,k+i časovnem koraku, če poznamo temperaturo v sosednjih točkah po k-tem koraku: k+ 1 = S ■ ( —l.j, k + + l,j,k + 1, k + + 0u + i.k) + (1—4S).0u>k+ ... (6) llli-r iT/ U l) [i 1Rj*i R 4- 2 h Dodatek III. V tabeli II je podana vsota kvadratov razlik med izmerjenimi in izračunanimi temperaturami v točkah A in B za vse kombinacije parametrov e in Tc. Z analizo variance4'8 (Tabela III) smo določili, koliko prispevajo posamezni ortogonalni polinomi5. 6'7 k vsoti kvadratov odvisne spremenljivke Y. Pri tem predstavlja L linearno komponento, Q kvadratično, K kubično in Č komponento četrte stopnje. o rJC ! a s 1 t i Slika 21 Mrežne točke na robu ploskve Tabela II m 1 0. X u) 7 0, 1H X U) j—I + 00 'L? X uJ m + r-II 0 L 11 X u) x2 = — 2 T = x 0 1000° C 75072 47943 27641 15752 x2 = — 1 T = 1100° C 41857 22446 11475 11114 x2 = 0 T = 0 — 1200° C 18922 8724 7745 19604 x2 = + 1 T = 1300° C 7350 5931 15254 39892 x2 = + 2 T = 0 1400« C 5087 12996 33957 71497 Slika 20 Mrežne točke v sredini ploskve Po formuli (6) lahko izračunamo temperaturo v vsaki točki znotraj pravokotnika. Če hočemo izračunati še temperature na robu (slika 21), je treba rešiti enačbo (7), ki odgovarja sevalnemu robnemu pogoju: Če upoštevamo le člene do druge stopnje polinoma, upoštevamo le efekte Lp, QT, Qe in LT. Le (tabela IV). Linearna komponenta Le in vse ostale so statistično nepomembne9. Regresijska formula: Y = 25013 — 2601. X2 + 5618 . X22 + 5602 . X!2 + + 5235 . X,. X2 pri čemer je (7) X2 = T—1200 100 X,= 0,85 —e 0,05 Numerično reševanje s tako kratkim časovnim korakom je precej zamudno3. Zato smo izdelali obširnejši program za računalnik za poljuben kvadrat ali pravokotnik. X/ = x,2 = _/ T— 1200 y_2 100 J /0.85-e V 51 l 0,05 J J Tabela III Tabela V Efekti Komponente Vsota kvadratov x (106) Prost, stopnje LT 271,5 1 T Qt 1767,1 1 Kx 0,9 1 ČT 0,0 1 Vsota (T) 2039,5 4 Le 7,1 1 £ Os 627,6 1 K£ 2,4 1 Vsota (e) 637,1 3 Lr-L, 5481,6 1 T . E Qt • oE LT.QE 5,2 32,0 1 1 Qt.Le 0,0 1 Vsota (T. e) 5518,8 4 Ostanek 0,5 8 Vsota 8195,9 19 Tabela IV: Efekti Kompo- yso'a ; kvadr. nente x (106) Prost. Povp. st. kv. Opomba LT T Qt e T . e LT . L 271.5 1767,1 627.6 5481,6 1 1 1 1 Vsota 8147,8 4 Ostanek 48,1 15 Vsota 8195,9 19 3,2 R2 = 0,994 Minimum določimo iz pogojev c? Y Ti" = 0. 9Y as X 1 min 3,35 e = 1,02 = 0. X2min = 1,79 T„ = 1380° C Efelkti Komponente Vsota ikvadr. x (10s) Prost, st. Si; e . T QT l£ Qe l£ L, . Qt 271.5 1767,1 7.1 627.6 5481,6 32,0 5.2 Vsota 8192,1 Ostanek 3,8 12 0,3 Vsota 8195,9 19 Regresijska formula: Y = 25013 — 2601 . X2 + 5618 . X22 + 5602 . X!2 + + 5235 . X,. X2 + 267 . X, + 895 . X2. + + 136 . X22. X[ Minimum določimo iz pogojev: aY 3 T 2>£ 0 in 91=0 Ximin — 2,2 e = 0,96 X 1,34 ■2 min T„ = 1334° C če pa upoštevamo člene do tretje stopnje, so pomembni sledeči efekti: Lx, QT, LE, 0E , LE . Lx, Q£ Lt in Le . Qx (tabela V). Komponente višjih stopenj so nepomembne, če pomembnost ocenjujemo z F-testom9. če vzamemo srednjo vrednost rezultatov iz obeh regresijskih enačb, je £ = 0,99 in T0 = 1360° C. Literatura 1. W. Hedligenstaedt: Warmetechnische Rechnungen fiir Industrieofen, Verlag Stahleisen M. B. H., Diisseldorf 1951, stran 77 in 173. 2. H. Koline: Digitale und analoge Losungsmethoden der Wamieleitungsgleichungen, Westdeuscher Verlag, Koln und Opladen 1970. 3. G. D. Smith: Numerical Solution of Partial Differential Equations, Oxford University Press 4. B. Ostle: Statistics in Research, The Iowa State Univer-sity Press, 1969 5. O. L. Davies: Design and Analysis of Industrial Experi-ments, Hafner Publishing Company, 1971 6. B. Brudar: Interpretacija diagramov, Železarski zbornik 1973, št. 1 B. Brudar: Faktorski posikus in metoda ortogonalnih polinomov, Železarski zbornik 1973, št. 2 7. A. Linder: Planen und Auswerten von Versuchen, Birk-hauser Verlag, Basel 1969 8. System/360 Scientific Subroutine Package (360 A-CM-03) Version III., IBM Programers'Manual 9. A. H. Bowker, G. J. Lieberman: Engineering Statistics, Prentice — Hali, Inc., 1959 10. Elliot, Gleisser, Ramakrishna: Thermochemistry for Steel-maiking, Addisson Wesley Publishing Company, Inc., stran 740 11. E. Millies: Das Temperaturfeld eines Vorbandes, Archiv fiir das Eisenhiittenwesen, Heft 9, Sept. 1964, stran 855 12. L. S. Darken, R. W. Gurry: The Physical Chemistry of Metals, Mc Graw Hill Booik Company, 1953, stran 397 13. B. Brudar: Magistrsko delo, 1973 ZUSAMMENFASSUNG Um die Stahlblocke erfolgreich walzen zu konnen, miissen diese gleichmassig auf eine Temperatur 1200°— —1300° C aufgewarmt sein. Die Erwarmungszeit ist von dem Anfangswarmegehalt, der spezifischen Warme und der Warmeleitfahigkeit abhangig. Ein mathematischer Modeli ist ausarbeitet worden, nach welchem die notige Warmezeit zum ervvarmen des Blockes von 0° bis auf 1300° C errechnet vverden kann, \venn die Oberflachentemperatur durchaus 1300° C ist. So ist die schnellst mogliche Erwarmung eines kalten Blockes simuliert worden. Fiir das Studium der Erwarmung heisser Blocke ist ein zweidimensioneller mathematischer Modeli ausarbeitet \vorden, mit welchem das Erwarmen und Abkiihlungen durch das Strahlen simulliert worden ist. Den Anfangs-temperaturprofil im Querschnitt der Bramme B 8 (9200 kp) haben wir festgestellt, und danach die Temperaturver-teilung und den Warmegehalt fiir einige Warmebedingun-gen ausgerechnet. Wir haben festgestellt, dass wir ziemlich viel Energie und Zeit ersparen konnten, wenn wir ubereinstimmend mit diesem Modeli die Anfangshomogenisierung abschaffen und einige Phasen bei der Erwarmung der heissen Blocke in Tiefofen verkiirzen wiirden. SUMMARY Satisfactorial rolling of steel ingots is conditioned by uniform soaking to 1200—1300° C. Time of heating depends on the initial heat capacity, specific heat, and themial conductivity of material. A mathemathical model is proposed for calculation of heating cold ingot to 1300° C if the surface temperature is constant at 1300° C. Thus the fastest heating of cold ingot is being simulated. Further, a two-dimensional mathematical model is proposed for heating hot ingots taking in account heating and cooling by radiation. The initial temperature profile in the cross section of the B 8 (9200 kp) slab was determined, the variation of temperature was calculated, and the heat capacity for various heating conditions was specified. Substantial amount of energy and time could be saved if initial homogenizing were abolished and some steps of heating hot ingots in pits \vere shortened. 3AKAIOTEHHE Aah vcneniHora npoKaTbiBaHHfl cahtkob CTaAH Heo6xoAHMO hx paBHOMepHO corpeTb Ha Teiun-pv 1200—1300° U. IIpoAOAJKiiTeAb-HOCTfa narpeBa 3aBHCHTt ot ha^aALHOra coAep>KaHHa TenAOTbi, yAeAb-ho« tenaotb h tenaonpoboahocth MaTepiiaaa. PaCCMOTpeH MaTaMaTHMeCKHH MOAeAb, Ha OCHOBaHHH KOTOpora mojkho BbicTOTaTb 6bicTpoTy HarpeBanHH x0A0AH0ra CAHTKa c 0° AO 1300° u, n0A VCAOBIKM ecAH TeMn-pa noBepxHoc™ CAHTKa Bce BpeMS HarpeBa Ha BbicoTe 1300° U. TaKHM 06pa30M yAaAOCb cth-myahpobatb HarpesaHne xoA0AH0ra CAHTKa b caMoe KopoTKoe BpeMfl. Aah H3yHeiiHH HarpeBa ropai«lx cahtkob pa3pa5oiaH AByxpa3-Mepubifl m a :re m MI !i*iecK HH moacab npn noMomu KOTopora cthmyah-poBaAH HarpeB h 0XAa>KACime b33b bo BHHMaHHe paAnauiiio. Onpe-AeAH.vn nepBOHaiaABHbiii TeMnepaTypHbttt npocjiiiAi. b ceieHHH SpaMU B 8 (9200 Kn) h BbimicAHTH TeMnepaxypHoe paccnpeAeAemie ii coAepacaHHe TenAOTbi aas HeKOTopux ycAOBHii HarpeBa. VCTaHOBACHO, HTO MOJKHO cGepe^b AOCTaTOMHO 3HeprHH H Bpe-MeHH, ecAH B COrAaCHII C 3THM MOAeAeM HCKAIOMHTb nepBOHaiaAb-Hyio roMoreHH3aiiHio h coKpaTHTb HeKOTopbie (j>a3w npn HarpeBe ropa / / X / / 800 900 1000 1100 -— Temperatura (°C) 1200 Slika 14 Torzija jekla A. Vpliv temperature in časa ogrevanja. ■8 o 800 900 1000 1100 -—Temperatura (°C) 1200 Slika 15 Torzija jekla C. Vpliv temperature in časa ogrevanja. 140 120 100 o P ■8 80 o g) 60 l/) 40 20 o, Jeklo D - 30m n i ■----- lurc -----2un ............. 5 ur / // / S .* \ /// // /s . S/ \\ Y \\ i ------ 1 fs / ' --- 1 900 1000 —— Temperatura (°C) 1100 1200 Slika 16 Torzija jekla D. Vpliv temperature in časa ogrevanja. o -fe 1200°C 1050°C 100CPC 1100°C 900°C ■ VoTl smo preizkušance trgali. Hitrost naraščanja obre menitve je znašala 0,5 kp/mm2 sek. Preiskave mehanskih lastnosti smo izvedli tako kot pri torzij-skih preiskavah na jeklih A, C in D. Rezultati, ki smo jih pri tem dosegli, so podani v spodaj navedenih diagramih. Kakor je iz slike 18 razvidno, trdnost konstantno pada s padajočo temperaturo in doseže nad 1000° C izredno nizke vrednosti. Slika 17 Vpliv titana na število obratov pri določenih temperaturah. — Jeklo, pri katerem je znašalo razmerje Ti: C = 5 : 1 (Ti = 0,45 %), je imelo najvišje število obratov do porušitve. — Jeklo, ki je vsebovalo večje količine titana, kot je znašalo razmerje 5:1, je imelo manjše število obratov do porušitve od jekla z navedenim razmerjem. — Pri vseh treh jeklih ni imel čas ogrevanja (od 30 min do 5 ur) nobenega vpliva na doseženo število obratov. — Potek krivulj vseh treh jekel kaže, da število obratov z naraščanjem temperature počasi narašča vse do 1050° C, ko se dosežejo najvišje vrednosti. Po tej temperaturi beležimo do 1100° C močan padec števila obratov, posebno pri jeklu, legiranem s titanom. Nad to temperaturo pa število obratov začenja hitro naraščati. Iz navedenega sledi, da imajo jekla, ne glede na vsebnost titana, najboljšo plastičnost pri 1050° C. Pripomniti moramo, da se rezultati, ki smo jih pri naših raziskavah torzije dosegli, precej razlikujejo od rezultatov, ki so jih na jeklih z enako ali zelo podobno vsebnostjo elementov dosegli Elfmark (1), Zuev (5) in drugi. Rezultati se razhajajo predvsem v številu obratov pri določenih temperaturah in v temperaturi maksimalne plastičnosti. 21 3 s - Jeklo A ----Jeklo C -----Jeklo D V N V s \W \\N \ 1 s 0L 800 900 1C00 1100 1200 -— Temperatura (°C) Slika 18 Vrednost trdnosti v odvisnosti od temperature preiskav. Slika 19 prikazuje vrednost raztezkov v odvisnosti od temperatur, čeprav ni bilo bistvenih razlik v doseženih vrednostih med posameznimi jekli, moramo omeniti konstantno naraščanje vrednosti raztezkov jekel, legiranih s titanom, obenem pa padanje vrednosti raztezkov nad 1000° C pri jeklu, ki ni vsebovalo titana. To padanje vrednosti raztezkov se ujema s prisotnostjo gama faze. Mehanske lastnosti: Mehanske lastnosti smo ugotavljali na kovanih in mehansko obdelanih palicah, premera 10 mm. Preiskave smo izvedli v temperaturnem območju 1200—800° C. Palice smo ogrevali v vertikalni elektro uporovni pečici, ki je bila vgrajena na ogrodju trgalnega aparata. Ogrevali smo brez zaščitne atmosfere. Da bi bili pogoji ogrevanja čim bolj enakomerni, smo preizkušance, ki so bili izpostavljeni višjim temperaturam, držali ustrezno krajši čas v peči. Po preteku predpisanega časa Potek kontrakcije v odvisnosti od temperatur preiskav nam prikazujejo krivulje na sliki 20. Tudi pri teh preiskavah nismo ugotovili bistvenih razlik -Jeklo A ----Jeklo C -----Jeklo D 800 900 1000 1100 1200 -— Temperatura (V ) Slika 19 Vrednosti raztezov v odvisnosti od temperatur preiskav. -— Temperatura (°C ) Slika 20 Vrednost kontrakcije v odvisnosti od temperatur preiskav. v vrednosti kontrakcije med posameznimi kvalitetami. Pri jeklu, ki ni legirano s titanom, pa smo zaznamovali rahlo padanje kontrakcije pri temperaturah nad 1000° C. ZAKLJUČEK Izdelali smo preiskave torzije in mehanskih lastnosti v temperaturnem območju 1200—800° C ter preiskave vpliva titana na velikost zrn lite strukture z namenom, da bi ugotovili temperaturno območje največje plastičnosti jekla. Rezultati, ki smo jih dosegli, so bili naslednji: 1. Z vezanjem dušika in ogljika v titanov kar-bonitrid smo odpravili avstenitno območje pri temperaturah nad 1050° C. 2. Karbonitridi delujejo v talini kot kali, zaradi katerih nastane pri strjevanju finejše zrno. 3. Jekla brez titana so v litem stanju zelo grobo zrnata. 4. Drobno zrnata struktura se doseže že pri dodatku cca 0,2 % Ti. Večje vsebnosti titana nimajo na zrnatost bistvenega vpliva. 5. Ne glede na kvaliteto jekla smo pri torzij-skih preiskavah dosegli največje število obratov do porušitve pri 1050° C, najnižje pa pri 1100° C. 6. Mehanske vrednosti trdnosti se pri vseh jeklih, ne glede na temperature preiskav bistveno ne razlikujejo med seboj. 8. Vrednosti kontrakcije in posebno vrednost raztezkov imajo pri jeklih brez titana tendenco padati pri temperaturah nad 1000° C. Literatura 1. J. Eifmark: Vpliv prisadu titanu na zlepšeni tvaritel-nosti oceli s 24 °/o Cr. Hutnioke listy 1964, štev. 1, str. 22. 2. K. Bungardt: Untersuohungen iiber den Aufbau des Systems Eisen-Chrom-Kohlenstoff. Archiv fiir da Eisen-huttenwesen. 1958, štev. 3, str. 195. 3. E. Mohir: Sulfidi titana v neržavejuščej titan sadrža-ščej stali. Stal. 1964, štev. 8, str. 736 4. Van Horn: Aluminium in Iron and Steel. Chepiman and Hali — Ltd. London, str. 309. 5. M. Zuev: Plastičnost čelika na visokim temperaturama. Udruženje Jugosl. železara — prevod iz ruščine, Beograd 1973. 6. I. Kornilov — Alloys of Iron — Chronium — Aluminium PaMhrafkniga — Moskva 1945. ZUSAMMENFASSUNG Das Walzen der Blocke des ferritischen Hitzebestandi-gen Stahles mit 22 bis 24 °/o Cr war immer mit grossen Schwierigkeiten Verbunden, hauptsachlich als Folge der schlechten plastischen Eigenschaften, weshalb beim Warm-walzen an Walzblocken mehr oder weniger tiefe Risse entstanden. Wegen diesen Schwierigkeiten war der Abfall zu gross. Nach der Form der Risse und auf Grund der metallo-graphischen Untersuohungen konnte der Schluss gefasst werden, dass die Ursache fiir diese Schvvierigkeiten das ungiinstige Gefiige sein kann. Wir versuchten dieses Gefiige mit Titanzusatz von 0 bis 1 % zu beseitigen. Wir haben festgestellt, dass ein feinkorniges Gefiige schon bei 0.2 % Ti auftritt. Der Einfluss von Ti auf das Gefiige konnte mit Warmtorsions und Zerreisproben im Temperaturbereich von 800 bis 1200° C, dass heisst im Bereich des VVarm-vvalzens bestatigt werden. Die gesamten Untersuchungen sind an geschmiedeten Proben aus 5 kg Blocken ausgeftihrt vvorden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Plastizitat des ferritischen hitzbestandigen Stahles schon mit geringen Titan-zusatzen verbessert werden kann. Dabei haben wir die beste Plastizitat, unabhangig von der Titankonzentration im Stahl, bei 1050° C und die schlechteste bei 1100° C er-reicht. SUMMARY Rolling of ingots of ferritic refractory steel with 22 to 24 % Cr caused always difficulties due to bad plasti-city of the steel. More or less deep cracks in rollings appe-ared during the hot rolling. Thus too high cobble was obtained. The crack shape and the metallographic analysis indicated that the troubles could be caused ty the čast structure. The structure vvas modified by adding up to 1 % titanium. The fine grained structure was obtained already with 0.2 % Ti. Influence of this element on the grain size and thus on the plasticity of the steel was con-firmed by torsion and tensile tests betvveen 800 and 1200° C, i. e. in the range of hot rolling. Ali the tests were made with forged test pieces which were made of 5 kg labora-tory ingots. The obtained results shovv that plasticity can be improved with small additions of titanium. Regardless to the amount of this element in steel the best plasticity was obtained at 1050° C, and the Iowest at 1100° C. 3AKAIOHEHHE npOKaT CAHTKOB OrHeCTOHKOH (jjeppHTHOH CTaAH c coAep»aHiieM 22—24 % Cr 6ma BcerAa CBH3aH c Soabuihmh 3aTpyAHeHHaMii, ko-Toptie npOflBAflAHCb b nAOXOH nAaCTHHHOCTH CTaAH. BCAeACTBHH 3Tora Ha npoKaTHOM H3A6AHH npH ropa^eM npoKaTe noflBAaAHCb 6oAee hah MeHee rAy6oKHe TpemnHbi. H33a ynoMHHyTbix 3aTpyAHe-hhh b uexe HMeAH Ke npn 0.2 % Ti. BAHJiHHe 3Tora 3Ae.weHTa Ha BeAHHHHy 3epeH, a c sthm H Ha nAaCTIHIHOCTb CTaAH AOKa3aAH HCCAeAOBaHHeM TOp3HH H HCnbl-TaHiieM Ha pa3pbiB b TeMn-OM HHTepBaAe 800—1200°, hto cootbct-CTByeT Tenin-HOH oČAacra ropaMera npoKaTa. 3th HCCAeAOBaHHH BbinoAHeHbi Ha npo6nbix O0pa3uax npHroTOBAeHHbix H3 5 kt-hx Aa6o-paTopnbix cahtkob. noAyHeHbie pe3yAbTaTU noKa3aAH, hto nAa-CTHHHOCTb CTaAH M05KH0 nOAyWTb \'>KC C He6oAbIHOH AOSaBKOH THTaHa. HecMOTpa na coAepacaHHe 3T0ra SAeMeHTa b CTaAH, caMyio AyHHiyio nAaeTHMHoeTb noAy^«iAH npn TeMn-pe 1.050°, a caMyio nAoxyio npn 1.100° U. Tehnične novice Primerjava meroobstojnosti orodnih jekel Franc Cerne Pokazalo se je, da se mora v procesu toplotne obdelave upoštevati spremembe mer in volumna orodnih kakor tudi drugih jekel. Ta problem se mora obvladati že v fazi konstruiranja orodja, kakor tudi v fazi toplotne obdelave in na koncu pri uporabi orodja. Med ogrevanjem jekla se povečujejo njegove mere za vrednost koeficienta linearnega raztezka za jeklo. Ta je odvisen od strukture. Specifični volumen struktur, ki sestavljajo jeklo, je različen in raste v naslednjem redu: avstenit, feritno-kar-bidne strukture (perlit, sorbit, troostit), martenzit. Pri temperaturi okolice ima martenzit približno 4 % večji specifični volumen kot avstenit. Ker pri kaljenju jekla iz perlitne strukture dobimo martenzitno strukturo z določenim deležem zadržanega avstenita in s popuščanjem pretvorbo teh struktur v tro-ostitno in sorbitno strukturo, moramo pričakovati tudi tem strukturam odgovarjajoči specifični volumen in mere. Tako se mehko žarjenemu jeklu s kaljenjem mere povečajo v kolikor dobimo pretežno martenzit. Velik delež zadržanega avstenita pa lahko povzroči, da je orodje po kaljenju manjše kot v žarjenem stanju. To pomeni, da je sprememba dimenzij pri kaljenju odvisna od temperature kaljenja oz. od vsebnosti zadržanega avstenita. Spremembe, ki nastanejo pri kaljenju se pri popuščanju ponovno spremene. Te ponovne spremembe nastanejo s sprostitvijo notranjih napetosti, ki obsegajo toplotne in premenske napetosti, ter s spremembo volumna pri razpadu martenzita in pri premeni zadržanega avstenita. Pri -vseh orodnih jeklih se s popuščanjem pri nižjih temperaturah pojavi zmanjšanje volumna in mer. Tedaj se menja struktura martenzita —■ tetragonalni martenzit se pretvarja v kubični martenzit. Vse mere se zmanjšajo glede na kaljeno stanje. Pri nekoliko višji temperaturi popuščanja nastane .povečanje volumna zaradi premene zadržanega avstenita v martenzit. Pri tem se povečajo vse mere glede na kaljeno stanje. Nadaljnje povišanje temperature popuščanja pri teh jeklih povzroči prav tako zmanjšanje volumna in dimenzij, ker se martenzit pretvarja v troostitno — sorbitno strukturo. Ti pojavi so pri ledeburitnih jeklih pri višji temperaturi popuščanja kot pri srednjelegiranih jeklih. Spremembe mer pri popuščanju so torej odvisne od temperature popuščanja. Celokupne spremembe mer glede na žarjeno stanje so torej odvisne od temperature kaljenja in popuščanja. Popolno meroobstojnost pri toplotni obdelavi se torej doseže tako, da se pri kaljenju nastali raztezki kompenzirajo s skrčki pri primernem popuščanju. V Železarskem Zborniku št. 1 leta 1970 je na straneh 51 do 60 podrobneje opisan pojav sprememb mer jekla pri toplotni obdelavi. Objavljeni so tudi rezultati raziskav meroobstojnosti za nekatera orodna jekla. Pozneje so se raziskave nadaljevale. Tu objavljamo rezultate najvažnejših meritev v enotni obliki za 5 vrst jekel skupine Franc Cerne je diplomirani inženir metalurgije in vodja INDOK centra v službi za razvoj tehnologije, izdelkov in metalurške raziskave železarne Ravne. OCR 12 (OCR 12 — slika 1, CRV — slika 2, OCR 12 sp. — slika 3, OCR 12 ex. — slika 4 in OCR 12 VM — slika 5) in 2 vrsti jekla skupine merilo (merilo ex. — slika 6 in merilo —• slika 7). Zajete so meritve na probi dimenzij 50 x 20 x 100 mm. Iz valjane oz. kovane palice so bile probe izrezane tako, da je lega probe vzdolžna oz. prečna z ozirom na smer valjanja oz. na smer vlaken. Č.4150 (OCR 12) proba 50x 20x 100mm Kem.sest C Si Mn s Cr Ni V W Cu Mo v % 2J02 a is 0,38 do 17 ",8 0,11 +0,1 +0,05 0 ' i Kaljeno ■--- 2K 1K F +0,10 Ql +0,05 £ -r Kaljeno v olju ---_ 1K N ] 1K Kaljeno .... na zraku +0,15 . +0,10 s® 1 +0,05 | 0 1 5 +0,15 | +0,10 I- Č.4650 (OCR 12 sp.) proba 50x20x100mm Kem.ses. v % C Si Mn S Cr Ni V W Cu Mo 2, IS q32 Q2S Q01S 11,9 0.12 0,16 0,77 0,10 £)0< __- 1K -1- Kaljeno K 1K 1 Kaljeno na zraku 990 1020 1050 Temperatura kaljenja v °C 930 950 970 990 1010 Temperatura kaljenja v °C jV/ / '"/// mm 1 p / 2P ""////////s Kaljeno 990-10S0°C na zraku 5 +0,10 I £ 200 400 450 500550 Temperatura popuščanja v °C Slika 2 Celotne spremembe dolžine (100 mm) pri kaljenju in popuščanju v odnosu na žarjeno stanje 1 . . . vzdolžno na smer valjanja 2 . . . prečno na smer valjanja K . . . kaljeno stanje v odnosu na žarjeno stanje P . . . popuščeno stanje v odnosu na žarjeno stanje +0,05 0 -0,05 - Kaljeno 93C iiimii )-m°c na zraku ip itttttti f , ^ ■— v///. 20 100 200 300 400 500 Temperatura popuščanja v "C Slika 3 Celotne spremembe dolžine (100 mm) pri kaljenja in popuščanju v odnosu na žarjeno stanje 1 . . . vzdolžno na smer valjanja 2 . . . prečno na smer valjanja K . . . kaljeno stanje v odnosu na žarjeno stanje P . . . popuščeno stanje v odnosu na žarjeno stanje V diagramih je zajet naslednji potek dela: — merjenje dimenzij mehko žarjenih prob, — kaljenje iz nekoliko kalilnih temperatur, — merjenje dimenzij v kaljenem stanju, — popuščanje pri nekoliko temperaturah, — merjenje dimenzij v popuščanem stanju. Pri izdelavi diagramov so vse spremembe mer preračunane v odnosu na mere v žarjenem stanju v odstotkih. Pri vseh preizkušenih jeklih je kaljeno iz nekoliko temperatur in je zato več krivulj sprememb pri popuščanju, t. j. za vsako kalilno temperaturo ena krivulja. Celoten pas teh krivulj je v diagramih prikazan šrafirano. Rezultati so doseženi s tremi paralelnimi probami. Spremembe mer v % pri toplotni obdelavi so podobne pri naslednjih skupinah jekel: (primerjajmo samo dolžine — 100 mm vzdolžno ležečih prob, kaljenih v olju; navedeno je območje) Jeklo Kaljeno 200» Popuščano pri 300° 400° 500° C C. 4150 (OCR 12) — si. 1 ) od + 0,04 + 0,02 — 0,03 — 0,07 + 0,01 C. 4754 (CRV) — si. 2 J do + 0,07 + 0,04 + 0,06 — 0,01 + 0,06 C. 4650 (OCR 12 sp.) — si. 3 | od + 0,04 + 0,04 + 0,03 + 0,03 C. 4750 (OCR 12 ex.) — si. 4 | do + 0,12 + 0,10 + 0,07 + 0,12 C. 4850 (OCR 12 VM) — si. 5 od —0,11 do + 0,02 — 0,04 — 0,07 — 0,13 — 0,05 — 0,04 + 0,06 C. 6440 (merilo ex.) — si. 6 od + 0,01 do + 0,06 — 0,01 + 0,01 + 0,03 + 0,06 C. 3840 (merilo) — si. 7 od + 0,02 do + 0,06 0,00 + 0,03 + 0,06 + 0,13 Č.4750 (OCR 12ex.) proba 50x20x100mm Kemsest. v % C Si Mn S Cr Ni V W Cu Mo 1,65 0.15 0,33 0,018 12,2 0,25 0,(3 Q70 5? +0,70 +Q05 8 5 0 .g -o a> -Q I | +0,10 6 +005 +0/0 +005 0 £ .E •o E ke ali pa na določenih geografskih in metalurških inženirjev v Jugoslaviji leta 1923 pod imenom Društvo rudarskih in topilniških inženirjev Jugoslavije. Po osvoboditvi se je tedanja sekcija tega društva v Sloveniji preuredila v širšo organizacijo Društvo rudarskih in metalurških inženirjev in tehnikov LRS, leta 1956 pa se je Društvo preimenovalo v Zvezo rudarskih, geoloških in metalurških inženirjev SRS. Zaradi vse širše potrebe po ožjem strokovnem delu so se v okviru SITJ-RGM ustanovili strokovni komiteji, ki delujejo zaenkrat le na področju rudarstva, trenutno pa se na področju metalurgije ustanavlja komite za barvno metalurgijo. Če za primerjavo društvenega življenja v svetu vzamemo Zah. Nemčijo in Anglijo, lahko ugotovimo naslednje: V Zah. Nemčiji imajo metalurgi tri društva. Verein deutscher Eisenhiittenleute, Gesellschaft deutscher Metall-hiitten- und Bergleute ter Deutsche Gesellschaft fiir Metall-kunde. Vsako od teh društev izdaja svoje glasilo kot strokovno oz. znanstveno revijo, in sicer: Stalil und Eisen, Erzmetal ter Zeitschrift fiir Metallkunde. Kot najbolj aktivno društvo oz. društvo, o katerem delu je največ objavljenega, je VDEh, kjer so glavni nosilci društvenega dela ter izmenjave izkušenj strokovni komiteji (Auschuss) kot so komite za rude, za koks, za metalurške procese, za plavžarstvo, za jeklarstvo, za valjarništvo, za kovaštvo, za vlečenje, za energetiko, za opremo, za zaščito okolja, za materiale, za prašno metalurgijo, za kemijo, za ekonomiko, za zgodovino železarstva, za raziskave, za izobraževanje. Zanimivo bi bilo omeniti pri tem, da je v okviru komiteja za raziskave dela Max-Planck Institut fiir Eisenhiitten-forschung, da v okviru komiteja za materiale izpopolnjujejo stare ter predlagajo nove standarde (DIN) ter da komite za izobraževanje, ki se deli v sekcije za poklicne informacije, za na,predek študija, ter za nadaljnje izpopolnjevanje, skrbi za pripravo, predelavo in izboljšavo učnih programov, šolskih knjig, strokovnih filmov ter ima celo svoj sklad za štipendiranje. VDEh je bilo ustanovljeno leta 1860. Precej podobno je v Angliji, kjer imajo Institution of Metallurgists, ki se je leta 1971 ločila od Institute of Metals in ki je društvo (ustanovljeno leta 1945), katerega glavni namen je podpirati, pospeševati in usklajevati študij ter razvoj znanosti na področju metalurgije. Pri tem ima to društvo pravice in dolžnosti vzdrževanja in zboljševanja nivoja metalurške vzgoje s tem, da prirejajo in nadzorujejo tečaje za višje kvalifikacije, nadzorujejo polaganje izpitov, izdajajo spričevala, njegovi člani so v odborih univerz, politehničnih in drugih šol, društvo tudi tesno sodeluje z vladnimi ustanovami za vzgojo in šolstvo. Poleg tega pomaga mlajšim metalurgom, da se lažje vključijo v strokovno delo, da sodelujejo na kongresih, omogoča jim strokovne ekskurzije, ipd. Poleg tega vodi Institution of Metallurgists seznam neodvisnih svetnikov. Člani tega društva so lahko tudi študentje. Na področju znanstvenega in strokovnega dela sta obstojali do leta 1974 dve društvi Iron and Steel Institute (ustanovljeno 1861) ter Institute of Metals (ustanovljeno 1908), prvo za področje črne, drugo pa za področje barvaste metalurgije. Obe društvi sta se 1. 1. 1974 uradno združili v Metals Society, ker se danes industrijske panoge med seboj ne morejo več izolirati. Tudi Metals Society dela po komitejih ali sekcijah: kovinoznanstvo, uporabna metalurgija in tehnologija, predelava, ekonomika in upravljanje, črna metalurgija, prašna metalurgija, toplotna obdelava. Tudi vsa angleška društva izdajajo svoja strokovna glasila, in sicer Institution of Metallurgists izdaja sedaj Metallurgist, Metals Society pa Metals of Materials, med tem ko sta JSI in IM izdajala Journal of Iron and Steel Institute ter Journal of Institute of Metals. Ker le angleška strokovna društva objavljajo v letnih poročilih v strokovnih glasilih tudi finančne bilance, je zanimivo pogledati način vzdrževanja. Obe sedanji društvi imata letno poslovanje v višini okoli 9,000.000 N din. Pri Institution of Metallurgists so leta 1971 izdatki zajemali: 12 °/o, za administracijo, 9 % za vzgojo, 14 % za posvetovanja, 39 % za tisk, dohodki pa so prišli: 44 °/o s tiskom in oglasi, 17,5 % s članarino, 5,5 % s kotizacijami za udeležbo na tečajih, ipd. Razlika v bilanci zajema investicije, delnice, itn. Pri Iron and Steel Institutu pa so izdatki 1.1971 zajemali: 34 % za administracijo, 33 % za tisk, 7 °/o za knjižnico, medtem ko so dohodki prišli: 48 °/o s tiskom, 10,5 % s članarino, 9 °/o kot pomoč industrije, 20 % s prodajo informacij, 11 % od obresti in investicij. Institution of Metallurgists je poslovno leto zaključilo pozitivno za okoli 270.000 N din in ima fond 870.000 N din, Iron and Steel Institute pa z izgubo okoli 700.000 N din in se je njegov fond znižal na 13,000.000 N din. Članarina rednih članov se giblje okoli 400 N din letno. V Jugoslaviji so strokovna društva šibkejša, manj vplivna in zato tudi manj aktivna ter životarijo, zato je SITJ-RGM anketiral nekatera naša podjetja in podružnice, v Sloveniji so bila to Železarni Jesenice in Ravne ter TGA Kidričevo, kaj mislijo o pomenu, vlogi in aktivnosti strokovne zveze. Iz odgovorov se lahko izlušči, da so vsi mnenja, da bi morala biti vloga, naloge ter reševanje materialnih stroškov strokovnih društev v statutih TOZD-ov, kjer društva oz. podružnice delajo, čeprav npr. na Jesenicah so izjavili, da tega še niso poskusili. Poleg tega anketirani smatrajo, da se čuti pomanjkanje strokovnih komitejev v metalurgiji, glede aktivnosti Zveze IT pa so naslednji predlogi: 1. reševanje problemov izpopolnjevanje in specializacije 2. pomagati pri analizi stanja tehnologije ter dajati organom samoupravljanja predloge za izboljšanje 3. dajati predloge in mišljenja o razvoju delovne organizacije 4. sodelovati pri izdelavi tehničnih normativov 5. organizirati predavanja, seminarje, diskusije, ipd. 6. organizirati strokovne ekskurzije, obiske sejmov, ipd. 7. širiti tehnično kulturo članov. ZRGMIT je lansko leto zaključila z izgubo (Tabela I), kar pomeni ob zelo majhnih skladih kritično situacijo in je skušala organizirati z Odsekom za metalurgijo Univerze v Ljubljani osveževalne seminarje za inženirje, na katerih bi fakultetni učitelji predavali snov, ki so jo v zadnjih letih vključili v svoje učne programe, obenem pa tudi nekatere novitete v svetu. S kotizacijo za seminarje bi ZRGMIT zbrala določena sredstva za osnovno poslovanje. Od 13 vprašanih podjetij, če bi bila pripravljena na semi- TABELA I. Dohodki: Gotovina z dne 1. I. 1973 20.618,15 Članarina članov 9.191,70 Prispevki podjetij 4.010,— Dotacije skladu za rud. posvetov. 4.400,— Razno 838,60 39.058,45 Izdatki: Rudarsko posvetovanje 3.148,75 Administracija 4.552,60 Prispevki in dajatve 1.266,80 Najemnina 1.782,— Naročnina časopisov (za člane) 7.003,— Razno (izkaznice, ciklostil, ipd.) 3.399,50 Blagajniška gotovina 31. 12. 1973 17.905,80 39.058,45 Blagajniška gotovina se je znižala za 2.712,25 nar poslati svoje inženirje, jih je odgovorilo 5, od tega le trije pritrdilno. Ker brez začetnih finančnih sredstev ZRGMIT ne more postati bolj aktivna in začeti izvajati prej omenjene predloge, postavljam pred vse inženirje in tehnike rudarske, geološke in metalurške stroke naslednja vprašanja: 1. Ali smatrate, da so aktivna društva IT RGM stroke pri nas koristna in potrebna? 2. Aid boste pomagali, da bodo vloga, naloge in financiranje teh društev zajete v statutih vašega TOZD-a? 3. Ali ste pripravljeni pomagati s svojim delom aktivirati vaše društvo? 4. Ali smatrate, da bi v Sloveniji ustanovili strokovne sekcije, kot npr. za plavžarstvo, jeklarstvo, barvno metalurgijo, ipd., ki bi skrbele za strokovno izpopolnjevanje na svojem področju? Vaša mnenja o postavljenih vprašanjih pošljite na Zvezo rudarskih, geoloških in metalurških inženirjev in tehnikov, Ljubljana, Erjavčeva 15. Dr. Andrej Paulin, podpredsednik ZRGMIT-SES. Odgovorni urednik: Jože Arh, dipl. inž. — člani Jože Rodič, dipl. inž., Viktor Logar, dipl. inž., Aleksander Kveder, dipl. inž., Edo Žagar, tehnični urednik. Oproščeno plačila prometnega davka na podlagi mnenja Izvršnega sveta SRS — sekretariat za informacije št. 421-1/72 od 23.1.1974 Naslov uredništva: ZPSZ — Železarna Jesenice, 64270 Jesenice, tel. št. 81-231 int. 385 — Tisk: GP »Gorenjski tisk«, Kranj