Izboljšanje kvalitete DK 669 187 26; 669 046 54 J J ASM/SLA: D8n visoko legiranih jekel s pretaljevanjem pod žlindro (EPZ- postopek) Blaženko Koroušič, Članek podaja rezultate večletnih raziskav na področju pretaljevanja visoko legiranih jekel pod žlindro (EPŽ-postopek). Opisane so tehnološke značilnosti postopka ter njihov vpliv na potek taljenja. Makroskopske in mikroskopske preiskave jekla v litem in predelanem stanju. Kemična analiza jekla pred pretaljevanjem in po pretaljevanja pod žlindro s posebnim poudarkom na obnašanje silicija, žvepla in kisika. Na kraju je podana diskusija o vplivu kristalizacijskih pogojev na homogenost EPŽ-jekla v litem in predelanem stanju. 1. UVOD Na Metalurškem inštitutu v Ljubljani smo začeli z osvajanjem in razvojem na področju elektro pretaljevanja visoko legiranih jekel pod žlindro 1970. leta. Pričeli smo s pretaljevanjem jekel za kroglične ležaje1 in nato razširili aplikacijo EPŽ-postopka tudi na brzorezna2, utopna, nekatera ognjeodporna in nerjavna jekla3. Razvojni program EPŽ-postopka smo razdelili v dve osnovni skupini, kar izhaja iz osnovnih značilnosti EPŽ-postopka: 1. izboljšanje čistoče jekla zaradi ugodnih rafi-nacijskih pogojev (visoka temperatura, reakcijska površina in kemično aktivna žlindra), 2. izboljšanje makro in mikrostrukturne homogenosti jekla zaradi usmerjene kristalizacije. 2. EPŽ-naprava Laboratorijska EPŽ-naprava, instalirana na Metalurškem inštitutu je prva naprava tega tipa v Jugoslaviji. Namenjena je predvsem za raziskovanje. Njena izvedba je monofaznega tipa z nepremičnim kristalizatorjem, premera 118 mm in efektiv- * Članek predstavlja skrajšani povzetek predavanja, ki ga je imel avtor na prvem jugoslovanskem posvetovanju Električno pretaljevanje jekel pod žlindro v priredbi Železarne Ravne in Metalurškega inštituta iz Ljubljane na Ravnah na Koroškem, septembra 1973. Avtor je diplomirani inženir metalurgije in doktor metalurških znanosti ter samostojni raziskovalec na metalurškem inštitutu v Ljubljani. no višino ingota do 600 mm. Maksimalna teža ingota znaša 50 kg. Pečni transformator ima naslednje karakteristike: Primarna moč 140 kVA sekundarna napetost (4 stopnje) 38—54 V maksimalna jakost toka (sekundarna) 1800 A hitrost premika elektrode 0—50 mm/min Naprava je opremljena z elektronsko regulacijo hitrosti taljenja, kakor tudi z elektronskim sistemom za odčitavanje nivoja elektrode (kontrola hitrosti taljenja). Posebej izdelana monofazna grafitna peč služi za taljenje žlindre (tekoči vžig). 3. Metalurška praksa Potek priprave elektrod, tekoče žlindre, vžig ter vodenje postopka taljenja je prikazano v grafični obliki na sliki 1. Na palice okroglega ali kvadratnega preseka 50—60 mm in dolžine maks. 3,5 m se navari elektrodni nastavek. V primeru, da je površina palic (v nadaljnjem elektrod) zelo oksidirana ali če gre za jekla, ki jim postavljamo visoke zahteve glede čistoče, se izvede mehansko čiščenje elektrod (poz. 3). Da bi natančneje kontrolirali proces taljenja in materialno bilanco procesa, se elektroda tehta (poz. 4) in nato vpne v elektrodni sistem EPŽ-naprave (poz. 7). Izbrana vrsta in količina žlindre (normalno 5—6 % od teže jekla) se po vzetem vzorcu za kemično analizo (KA) in tehtanju šaržira v elektro peč, v kateri se z uporovnim taljenjem stali v času 8—10 min. Nato se žlindra prelije iz grafitne peči v krista-lizator, v katerem jeklena elektroda (ki je pod napetostjo) takoj prevzame funkcijo ogrevanja in nekaj sekund za tem se tudi sama začne odta-ljevati. Za ponovno stabilizacijo procesa (ponovno ogrevanje žlindre na delovno temperaturo) je potrebno ponavadi 5—7 min., nakar proces taljenja jekla poteka zelo mirno in ga je mogoče v celoti prepustiti avtomatski kontroli taljenja. tudi do poslabšanja izkoristka kovine pri njegovi nadaljni predelavi. Na sliki 2 so prikazane nekatere značilnosti površin EPŽ-ingotov, ki jasno kažejo energetsko stabilnost procesa. 4. REZULTATI V prvi fazi osvajanja in razvoja EPŽ-procesa smo osnovno pozornost posvetili obnašanju kemičnih elementov in spremembam makro in mikrostrukture jekel med pretaljevanjem pod žlindro. 4.1 Kemična analiza jekel Analiza kemične sestave žlinder med procesom kaže, da se s časom taljenja spreminja predvsem vsebnost CaO in Si02 ter v manjši stopnji vsebnost ostalih sestavin žlindre (CaF2, AI2O3, MnO, FeO, C, S). Primerjava kemične sestave izhodnega jekla (elektrode), lite strukture (»glava« in »noga« EPŽ-ingota) in jekla v predelanem stanju (po kovanju EPŽ-ingota) nam pokaže, da obnašanje elementov v jeklu lahko razdelimo v štiri osnovne skupine: A-81 (9947) Slika 1: Tehnološka shema izdelave EPŽ-ingotov na polindustrijski EPž-napravi na Metalurškem inštitutu v Ljubljani S časom taljenja se zmanjšuje dolžina elektrode, kar pri konstantni napetosti (in praviloma tudi konstatni ohmski upornosti žlindre) vodi do povečanja moči v žlindro in s tem se tudi poveča hitrost taljenja jekla. Zato je potrebno kontrolo taljenja voditi tako, da je dovodena moč v žlindro konstantna, kar se doseže z optimalno izbiro napetosti ali vključevanjem induktivne upornosti (du-šilke) v primarno stran transformatorja. Kvaliteta površine ingota je odvisna predvsem od toplotnih pogojev v žlindrni kopeli, oziroma od ravnotežja med dovedeno količino toplote v žlindro in izgubami v žlindrni kopeli. Pri veliki razdalji elektrodnega konusa od tekoče kopeli jekla narašča ohmska upornost žlindre in pada jakost toka, kar vodi do zmanjšanja moči (s kvadratom toka) in padca temperature žlindre. Pri zelo majhni razdalji narašča jakost toka, toda dovedena moč kljub temu pada, kar se ponovno pokaže v padcu temperature žlindre. V obeh ekstremnih primerih nastaja skorja žlindre z neenakomerno debelino, kar vodi do zelo slabe kvalitete površine EPŽ-ingota in s tem 4-225 (425) i £ O o f*.........T™.....' jI •* * : 1 | L>2»"V L ------j Slika 2: Nekatere tipične oblike površine EPŽ-ingotov pretaljenih pod žlindro CaF2-Al2OrCaO 1) elementi, katerih vsebnost v pretaljenem jeklu ostane nespremenjena: Co, Ni, C, Mo, W, C ter primesi As, Sn, Sb, Cu, Zn in Pb, 2. elementi, katerih vsebnost se spremeni za manj kot 10—15 %: Mn, N, P, 3. elementi, katerih vsebnost se spremeni med 10 do 80 %: Si, O in S, 4. elementi, katerih vsebnost variira, odvisno od pogojev taljenja (»odgor« ali prirastek): Al, Ti. 4.1.1 Silicij Silicij ima od vseh elementov največjo aktivnost pri visoko legiranih jeklih med pretaljeva-njem pod CaF2-žlindrami in je zato tudi najmočnejši dezoksidant (razen pri jeklih z zelo visoko vsebnostjo Al, Ti, B itd.). »Odgor« silicija iz elektrode je posledica njegove reakcije s kisikom na fazni meji: elektrodni konus — žlindra. Čim večja je bazičnost žlindre in čim večja je vsebnost (FeO) v žlindri, tem močnejši je njegov »odgor«. Na sliki 3 je prikazan povprečni izkoristek silicija nekaterih visoko legiranih jekel, pretaljenih pod žlindrami iz sistema CaF2-Al20rCa0. [Si]E in [Si], pomenita povprečno vsebnost silicija v elektrodi in EPŽ-ingotu (glava) in »n« število preiskanih ingotov. Iz teh rezultatov je razvidno, da je odgor silicija pri jeklih s Si > 0,4 % manjši od 10 °/o, medtem ko je pri jeklih z nižjim silicijem znatno večji in doseže vrednosti med 40—45 %. Odgor silicija kakor tudi drugih elementov je mogoče preprečiti s kontinuirano dezoksidacijo žlindre med procesom taljenja (z doziranjem aluminija v žlindro). V začetni fazi taljenja (noga ingota) je bazičnost žlindre največja, kar ima za posledico maksimalno aktivnost silicija v jeklu. Kemična analiza žlindre, vzete direktno iz kristalizatorja v različnih fazah taljenja jekla, nam pokaže, da vsebnost Si02 v žlindri s časom taljenja nenehno narašča. Ker vsebnost CaO ne narašča z enako stopnjo, bazičnost žlindre pada od noge proti glavi ingota. Posledica tega je poslabšanje pogojev za reakcijo silicija s kisikom in drugimi komponentami sistema kovina — žlindra, kakor tudi zmanjšanje stopnje odžveplanja. 4.1.2 Kisik Obnašanje kisika v EPŽ-jeklu je tesno povezano z obnašanjem silicija in aluminija. Pri jeklih, Slika 3: [Sili Obnašanje silicija med pretaljevanjem visoko-legiranih jekel pod žlindro [Si], — vsebnost silicija v elektrodi oziroma ingotu n — število pregledanih ingotov pri katerih je silicij najmočnejši dezoksidant, je vsebnost kisika v jeklu določena s termodinamičnim ravnotežjem po reakciji4: [Si] + 2 [O] = (Si02), oziroma [% O]2 =- aSiO, Ksi,0.[%Si].fsi.f02 Iz te enačbe je razvidno, da bo pri konstantni temperaturi in vsebnosti silicija v jeklu vsebnost kisika v jeklu tem večja, čim večja je aktivnost SiO: v žlindri (oziroma čim manjša je bazičnost žlindre). Analiza vsebnosti kisika v nogi, sredini in glavi EPŽ-ingotov potrjuje to ugotovitev, ker kisik praviloma narašča z naraščajočo vsebnostjo SiC>2 v žlindri. Pri konstantni vsebnosti Si02 v žlindri (konstantni aktivnosti Si02) in konstantni temperaturi bi morala obstajati (glede na omenjeno odvisnost med [Si] in [O]) direktna odvisnost med kisikom in silicijem, tj. čim večja je vsebnost silicija v jeklu, tem nižja je vsebnost kisika. Praktični poskusi so pokazali, da vsebnost silicija le delno vpliva na vsebnost kisika v jeklu in da so vplivi temperature, bazičnosti žlindre in vsebnosti kisika v izhodni elektrodi znatno močnejši. Na sliki 4 je pokazana povprečna stopnja odprave kisika med pretaljevanjem različnih visoko-legiranih jekel. Iz podanih rezultatov je razvidno, da je zmanjšanje kisika v pretaljenem ingotu v povprečju zelo različno, od 14 do 63 °/o, in da pri jeklih z zelo nizko vsebnostjo kisika v izhodnem stanju (če niso izvršeni nikakršni ukrepi za preprečitev oksi-dacije — uporaba nevtralne atmosfere, dezoksi-dacija žlindre med taljenjem) lahko pride celo do povečanja vsebnosti kisika. Vpliv oksidacije površine elektrode med pretaljevanjem jasno kaže primer pretaljevanja ne-rjavnega jekla Prokron 11 sp., pri katerem je uporabljena poleg navadne še sestavljena elektroda. Povečanje površine elektrode v razmerju 4:1 je prineslo povečanje vsebnosti kisika v razmerju 2,5:1 pod sicer enakimi ostalimi pogoji pretaljevanja. 4.1.3 žveplo Ena od osnovnih značilnosti EPŽ-postopka je visoka stopnja odžveplanja jekla, pretaljenega pod CaF2-žlindrami. Stopnja odžveplanja narašča z bazičnostjo žlindre, kot je to razvidno iz slike 5. Povprečna stopnja odžveplanja analiziranih jekel se giblje med 25—74 %. Absolutna vsebnost žvepla analiziranih jekel leži med 40—100 ppm (glej sliko 6). Slika 4: Obnašanje kisika med pretaljevanjem visoko-legiranih jekel pod žlindro (oznake enako kot na sliki 3) Klingelhpfer_etal (za 15-25'/. Al;03) lastne meritve PdCKUOf, 11JP MVNAL- 2 urop 2 UTOP »o-2 PGOHKH 5 BBM-2 BfiU OCR-12 VM • O A + □ X V O Slika 5: Vpliv bazičnosti na stopnjo razžveplanja med talenjem jekla po EPž-postopku (Rezultati Lataša izračunani na osnovi podatkov o sestavi žlindre po talenju jekla In vsebnosti žvepla v elektrodi in ingotih) 200- ^m isj. AlSUfl--—) 1001%) r^ _ 'M. 240'- c | CS1E IS>, 9. 160- Slika 6: žveplo in stopnja odžveplanja v visoko-legiranih jeklih pretaljenih po EPž-postopku (oznake enako kot na sliki 3) 4.1.4 Ostali elementi Sprememba vsebnosti ostalih elementov v analiziranih kvalitetah jekel je zanemarljivo majhna. Vsebnost ogljika leži v mejah natančnosti analitske tehnike in ni opaziti bistvenih razlik med nogo in glavo ter robom in sredino EPŽ-ingota (glej sliko 7). Vsebnost aluminija se zmanjšuje z naraščajočo višino ingota, in sicer tem močneje, čim nižja je njegova vsebnost v izhodni elektrodi. Vsebnost 0.05 Slika 7: Odvisnost med vsebnostjo ogljika v obrobnem [% C]„ in srednjem delu EPŽ-ingota [°/o C]s — [_% C]E — povprečna vsebnost ogljika v elektrodi mangana, dušika, fosforja in bakra je v povprečju 5—10 % nižja kot v izhodni elektrodi. Vsebnost legirnih elementov in primesi ostane v mejah izhodne elektrode. 4.2 Izboljšanje strukture visoko legiranih jekel Strukturne značilnosti pretaljenih jekel smo analizirali v litem in predelanem stanju. 4.2.1 Makrostruktura EPŽ-ingotov Makrostruktura EPŽ-ingotov se razlikuje od makrostrukture konvencionalno litih ingotov predvsem po načinu kristalizacije, kar je pogojeno z načinom odvajanja toplote. Makrosegregacije in poroznost strukture v srednjem delu ingota, ki so značilne za standardno ulite ingote, zlasti pri večjih dimenzijah, so pri EPZ-ingotih skoraj popolnoma izključene. Osnovna značilnost EPŽ-ingotov je usmerjena kristalizacija ter gosta in homogena struktura. Na sliki 8 (A in B) je pokazana makrostruktura v vzdolžni in prečni smeri za štiri različne kvalitete jekel. A— 52: ledeburitno jeklo (OCR-12) A— 55: martenzitno jeklo s 13 % Cr (Prokron 5) A—105: nerjavno avstenitno jeklo (Prokron 12 sp) A— 78: feritno, ognjeodporno jeklo (Ravnal 2) 00? • Qex -HRON-S Slika 8: Makrostruktura nekaterih visoko-legiranih jekel pretaljenih pod žlindro v vzdolžnem (4) in prečnem preseku (B) Naklon kristalov in gostota jekla je odvisna predvsem od talilnih pogojev, kot so količina dovedene električne moči v žlindro, količina in vrste žlindre, velikost polnilnega faktorja k = (dE/DK)2 in drugih, ki v kompleksni obliki vplivajo na hitrost taljenja in s tem tudi na geometrijo kovinske kopeli. Na sliki 9 je ilustriran primer vpliva hitrosti taljenja na makrostrukturo EPŽ-ingotov (hitrost naraščanja ingota — Vj (mm/min) je direktno proporcionalna hitrosti prenosa kapelj — nK (min—1). Pri omenjenih poskusih je spreminjana količina dovedene moči v žlindrno kopel, medtem ko so vsi ostali pogoji ostali nespremenjeni. Iz primer- Slika 9: Makrostruktura utopnega jekla pretaljenega pod žlindro CaF,-Al:Oj-CaO-MgO pri dveh različnih hitrostih talenja jave makrostruktur je razvidno, da so pri večjih hitrostih naraščanja ingota zelo močni konvektiv-ni tokovi v kovinski kopeli pred kristalizacijsko fronto, kar ima znaten vpliv na kvaliteto pretaljenega jekla. 4.2.2 Mikrostruktura EPŽ-ingotov Številne raziskave o kristalizaciji EPŽ-ingotov so pokazale, da obstaja direktna odvisnost med mikrostrukturo jekla v litem stanju (npr. razdalja med sekundarnimi vejami dendritov) in temperaturnim gradientom na kristalizacijski fronti8. Toplotni pogoji v kovinski kopeli se pokažejo, kot smo že omenili, v njeni geometriji. Velikost temperaturnega gradienta dT/dln (°C/mm) je odvisna od9: temperaturnega intervala strjevanja — A T, lokalnega časa strjevanja -A t in komponente hitrosti strjevanja — vc' (glej si. 10). Čim večja je vrednost gradienta dT/dln, tem manjša je razdalja med dendritnimi osmi in tem manjša je kemična heterogenost v mikro področjih. Interval taljenja legiranih jekel z visoko vsebnostjo ogljika (kot so orodna jekla) je ponavadi zelo širok (reda velikosti 100—200° C), zato so tudi lokalni časi strjevanja zelo veliki. Ker velja predpostavka, da karbidi rastejo le v dvofaznem območju, pomeni, da je pri nizki hitrosti taljenja PROKRON-S PROKRON -12 sp OCR - - Xv (ktrmcna anotua) * min "i mm Ttmnjio mesta Osnovo Ni Mo Slika 12: Porazdelitev kemičnih elementov v mikrostrukturi EPŽ-je-kla utop Mo 2 (A—38) v prekovanem stanju (F = 11) -ŽT^rC/mm) Izoterma liquidusa-Tm AT=Tm-Ts Izoterma solidusa-Ts Jzoterma solidusa Slika 10: Shematska ponazoritev liquidus in solidus izoterm ter poenostavljen model dvofaznega območja (Mellberg in Sandberg)' lokalni čas (A t) daljši in so zato karbidi večji. Seveda je treba pri tem poudariti, da z naraščanjem velikosti ingota narašča tudi čas strjevanja, kar govori, da je potrebno za vsako vrsto jekla določiti optimalno velikost ingota in optimalno hitrost taljenja. Prednosti EPŽ-postopka v primerjavi s kon-vencionalnimi postopki izdelave visoko legiranih jekel se kažejo v možnosti vodenja kristalizacije v kontroliranih pogojih (spreminjanje hitrosti taljenja in geometrije kovinske kopeli), ki se manifestirajo v spreminjanju homogenosti jekla (močan vpliv na plastične lastnosti jekel) in čistoče jekla od nekovinskih vključkov. Na sliki 11 je prikazana mikrostruktura dveh tipičnih predstavnikov orodnih jekel — utop Mo 2 in utop 2. Zaradi lažje primerjave je na sliki podana struktura elektrode (predelano stanje), EPŽ-ingota v litem stanju (rob in sredina) in prekovani ingot s stopnjo deformacije (F0/F = 11). Iz podane slike je razvidno, da je struktura predelanega EPŽ-ingota znatno drobnejša kot Izoterma liguidusa £l£ffW0O4 Slika 11: Mikrostruktura EPž-jekel utop Mo 2 in utop 2 v litem in predelanem stanju struktura izhodnega jekla, čeprav je stopnja deformacije elektrodnega materiala veliko večja. Vpliv hitrosti taljenja pri jeklu utop 2 v predelanem stanju ni več tako izrazit kot pri makro-strukturi (glej si. 9), čeprav je trakasta struktura pri manjši hitrosti taljenja drobnejša in enakomernejša. lito STANJE ffOB ■ s r&omA l VRSTA JEKLA ■ utop mo-2 i f/53 i MS£>MJŠ«S-! ^ » S timir>Xn:> ■JTCP-2 Ctc'200 hg/fi Na sliki 12 je prikazana porazdelitev kemičnih elementov v mikrostrukturi EPŽ-jekla utop Mo 2 v prekovanem stanju (F0/F =11) (preiskave z mi-krosondo). Iz podanih rezultatov je razvidno, da je homogenost analiziranih elementov v eni strukturni fazi (kff = xfmax/xfmin) kakor tudi v celotnem vzorcu (kvf = xvmax/ xvmin) zelo visoka, kar se ujema z analognimi ugotovitvami drugih avtorjev pri enaki kvaliteti jekla10. Kot nadaljni primer kažemo primerjavo mi-krostruktur za tri tipične predstavnike brzoreznih jekel: BRW (S 18-0-1), BRU (S 10-4-3-10) in BRM 2 (S 6-5-2), in sicer za izhodno elektrodo, EPŽ-ingot v litem stanju (rob in sredino) in EPŽ-jeklo v pre-delavnem stanju (stopnja deformacije F0/F = 11) (slika 13). Slika 13: Mikrostruktura treh predstavnikov brzoreznih jekel pre- taljenih pod žlindro (v litem in predelanem stanju) Mikroskopska analiza je pokazala, da V liti strukturi EPŽ-ingotov opažamo dve strukturni komponenti: v območju od roba do približno 1/4 radija ingota so prisotni dendritni kristali z zelo majhno meddendritno razdaljo (dn = 30—40 mikronov), medtem ko se v srednji coni ingota nahajajo globularni kristali (dn = 40—55 mikronov). Primerjava lite strukture EPŽ-ingotov z analogno strukturo konvencionalno litih ingotov (pri enaki velikosti ingota) pokaže, da je oblika, velikost in porazdelitev karbidov v predelanem stanju znatno ugodnejša kot v izhodnem jeklu (elektrodi). Pri tem moramo poudariti, da se vse omenjene primerjave nanašajo na isti presek in stopnjo deformacije. Superiornost EPŽ-jekel se pokaže najbolj pri primerjavi strukturnih lastnosti jekel pri večjih dimenzijah ingotov. Ugotovljeno je, da stopnja karbidnih segrega-cij in velikost karbidov narašča linearno s premerom ingota11, iz česar sledi, da EPZ-tehnologija omogoča izdelavo večjih ingotov pri znatno nižji stopnji deformacije. Stroške za pretaljevanje jekel je mogoče pri optimalno izbrani tehnologiji v večini primerov kompenzirati s povečanjem izkoristka pri termo-mehanski predelavi. ZAKLJUČKI Obsežni laboratorijski poskusi pretaljevanja visoko legiranih jekel po EPŽ-postopku so pokazali, da so osnovne značilnosti pretaljenih jekel: 1. znatno izboljšanje čistoče jekel, zlasti kisika in žvepla, ter v zvezi s tem v znižanju vsebnosti nekovinskih vključkov, 2. izboljšanje kemične in strukturne homogenosti. Tehnologija izdelave EPŽ-ingotov v laboratorijskih pogojih se razlikuje od industrijskih pogojev v naslednjih značilnostih: a. rafinacijski učinki žlindre so močno odvisni od temperature procesa, spremembe kemične sestave žlindre in dovedene moči v žlindrno kopel; dE b. vpliv polnilnega faktorja — k = (—)2, koli- Dk čine žlindre, intenzitete hlajenja in hitrosti taljenja na kvaliteto površine ingota je znatno močnejši kot pri velikih EPŽ-napravah; 3. izrednega pomena je optimalna izbira vrste in količine žlindre. 4. uporaba tekoče žlindre v začetni periodi znatno skrajša obdobje nestabilnosti procesa in prispeva k izboljšanju kvalitete površine v spodnjem delu ingota. Analiza kemične sestave pretaljenih jekel je pokazala, da je kontrola visoko oksidativnih elementov odvisna od kemizma žlindre in pogojev taljenja. Na splošno veljajo naslednje ugotovitve: 1. vsebnost silicija se zniža v povprečju med 40—45 % pri jeklih z vsebnostjo Si < 0,4 % in pri jeklih z vsebnostjo silicija nad to mejo manj kot 10 %; 2. vsebnost ikisika se pri Večini analiziranih jekel zniža od 14 do 60 %. Pri jeklih z zelo nizko vsebnostjo kisika v izhodnem jeklu (20—25 ppm) se opaža delno povečanje vsebnosti kisika; 3. stopnja odžveplanja jekla je odvisna od bazičnosti žlindre, ki kaže maksimalne vrednosti pri % CaO / % Si02 = 5 — 8. Povprečna stopnja odžveplanja pri analiziranih jeklih se giblje med 25—75 %, odvisno od vrste jekla, vsebnosti žvepla v izhodnem materialu in vrste uporabljene žlindre. 4. Sprememba vsebnosti ostalih elementov je pri analiziranih jeklih manjša od 10 %, izjemo predstavljata le Al in Ti, katerih sestava je odvisna od tehnoloških pogojev. Makrostruktura EPŽ-ingotov je znatno boljša kot pri konvencionalno izdelanih ingotih pri enakem prečnem preseku. Ni opaziti nikakršnih napak tipa, centralne poroznosti, lunkerja, grobih makro vključkov in podobno. Zaradi zelo ugodnih kristalizacijskih pogojev (kratek čas bivanja taline v dvofaznem območju), je kemična homogenost v mikroobmočju zelo visoka. Meddendritne razdalje (disperznost strukture) in z njimi povezani segregacijski pojavi se bistveno ne razlikujejo od analognih podatkov za konvencionalno izdelane ingote. Kljub temu opažamo, da je porazdelitev in velikost karbidov (npr. v brzoreznih in ledeburitnih jeklih) v predelanem stanju občutno boljša. Nadaljne preiskave mehanskih lastnosti in eksploatacija EPŽ jekla v praktičnih pogojih bodo pokazali, kakšne so prednosti in ekonomski učinki EPŽ-jekla v primerjavi s konvencionalno izdelanim jeklom. To velja zlasti za visoko legirana jekla, izdelana na večjih EPž-napravah, pri katerih je v večini primerov mogoče povečanje cene EPŽ-jekla zaradi pretaljevalnih stroškov kompenzirati z izboljšanjem izkoristka, manjšimi predelovalnimi stroški in predvsem z boljšo kvaliteto jekla. Literatura 1. Koroušič, B.: Vpliv elektropretaljevanja pod žlindro na kvaliteto jekla za kroglične ležaje (OCR-4 ex. sp.), Železarski zbornik 4 (1971) 193—198 2. Koroušič, B., A. Rodič: Informacija o vplivu kinetike nastajanja kapelj na velikost karbidov v brzoreznem jeklu BRM-2 (S6-5-2) pretaljenem po metodi EPŽ, Rudarsko metalurški zbornik 1 (1972) 73—79 3. Koroušič, B.: Metalurške reakcije pri pretaljevanju kvalitetnih jekel pod žlindro (EPŽ), železarski zbornik 1 (1973) 23—29 4. Holzgruber, W., E. Plockinger: Das Elektroschlacke-Umschmelzen ein neues Verfahren zur Verbesserung der Qualitat von Edelstahlen, Bcrg. u. Huttenmanhefte 3 (1968) 83—93 (1458) 5. Klingelhofer et al: Ein Beitrag zur Metallurgie des Elektro—Schlacke-Umschmelzen, Archiv Eisenhiittenves 5 (1971) 299—306 (1459) 6. Holzgruber, W.: Dr.-Diss. Mont. Hochschule, Leoben 1967 7. Lataš, Ju., V.: Issledovanie metallurgičeskih procesov pri elektrošlakovom pereplave stali, Avtomatič. svar-ka 9 (1965) 25—29 (1850) 8. Holzgruber, W. et al: Einfluss der Umschmelzbedin-gungen auf die Makro- und Mikrostruktur elektro-schlacke-umgeschmelzener Blocke unter besonderer Beriicksichtigung der Verhaltnisse beim Elektroden-vvechsel, Neue Hutte 9 10 (1971) 606—610 (2135) 9. Melberg, P. O., H. Sandberg: Solidification studied by ESR Remelting of High-speed steel, Scand. Journ. of Metali, 2 (1973) 83—86 (2405) 10. Wahlster, M.: Review of carrent application of ESR and its products, ISI/SMEA, 10—11 jnauar 1973 11. Kajioka, H. et al: Effects of various melting parame-ters on the qualities of elektro-slag remelting ingots, Proc. 4th internation. svmp. on ESR, Tokyo 7—8 June (1973) 102—114 ZUSAMMENFASSUNG Umfangreiche laboratorische Versuche des Umschmel-zens hochlegierter Stahle nach dem ESU Verfahren zeigten folgende grundlegende Eigenheiten der umgeschmolzenen Stahle: 1. Erhebliche Verbesserung der Reinheit des Stahles, besonders Verminderung des Sauerstoffes und Schvveffels und die damit verbundene Verminderung des Einschluss-gehaltes. 2. Verbesserung der chemischen und Gefiigehomoge-nitiit. Technologie der Erzeugung der ESU Blocke in labo-ratorischen Bedingungen unterscheidet sich von den Be-triebsbedingungen in folgenden Eigenheiten: a. Raffinationseffekt der Schlacke ist stark von der Temperaturfuhrung, von der Anderung der chemischen Zusammensetzung der Schlacke und von der zugefiihrten Energie in das Schlackenbad abhangig. dE b. Einfluss des Fiillungsfaktores — K = (-)2 der Dk Schlackenmenge, der Kiihlintensitat, der Schmelzgeschwin-digkeit auf Oberflachenbeschaffenheit des Ingots ist bedeutend stiirker als bei grossen ESU Anlagen. 3- Eine optimale Wahl der Schlackenqualitat und Schlackenmenge ist von ausserordentlicher Bedeutung. 4- Die Anwendung fliissiger Schlacke in der Anfangs-periode verkiirzt erheblich den Zeitabschnitt des nicht-stabilen Prozesses und tragt zu der Oberflachenqualitats-verbesserung im unteren Blockteil bei. Analyse der chemischen Zusammensetzung der umgeschmolzenen Stahle zeigte, dass die Kontrolle der Hoch-sauerstoffaffinen Elemente von der Schlackenchemie und Schmelzbedingungen abhangig ist. Im allgemeinen gelten folgende Feststellungen: 1. Der Siliziumgehalt vermindert sich durchschnittlich von 40—45 % bei Stahlen mit Si Gehalt unter 0.4 % und bei Stahlen mit Si Gehalt iiber diese Grenze fiir vveniger als 10%. 2. Der Sauerstoffgehalt vermindert sich bei den meis-ten analysierten Stahlen von 14 bis 60 %. Bei Stahlen mit sehr niedrigen Sauerstoffgehalt in der Elektrode (20 bis 25 ppm) wird ein leichter Sauerstoffanstieg beobachtet. 3. Der Entschvveffelungsgrad des Stahles ist von der Schlackenbasizitat abhangig. Maximale Werte \verden bei % CaO,/% Si02 = 5—8 erreicht. Der durchschnittliche Ent-schweffelungsgrad bei den analysierten Stahlen variiert zvvischen 25—75 %, abhangig von der Stahlsorte, von dem Schvveffelgehalt im Ausgangsstadium und der angevvende-ten Schlackenqualitat. 4. Die Gehaltsanderung anderer Elemente ist bei ana-lvsierten Stahlen kleiner als 10 %, eine Ausnahme bilden Al und Ti, dessen Zusammensetzung von den technologi-schen Bedingungen abhangig ist. Das Makrogefiige der ESU Blocke ist bedeutend be-sser als bei den konventionell erzeugten Blocken beim glei-chen Durchmesser. Es konnen keine Fehler beobachtet werden, wie innere Porositat, Lunker, grobe Makroein-schliisse und ahnliches. Wegen der gunstigen Kristalisationsbedingungen, (kur-zer Aufenthalt der Schmelze im Zvveiphasenbereich) ist chemische Homogenitat im Mikrobereich sehr hoch. Die Entfernungen zwischen den Dendritten und damit ver-bundenen Segregationserscheinungen unterscheiden sich nicht vvesentlich von den analogen Daten fiir konventionell erzeugte Blocke. Es kann trotzdem beobachtet wer-den, dass die Verteilung und Karbidgrosse, (in Schnell-dreh- und ledeburitischen Stahlen) im verarbeiteten Zu-stand bedeutend besser ist. Die vveitere Untersuchungen der mechanischen Eigen-schaften und die Ausbeutung des ESU Verfahrens in prak-tischen Bedingungen werden zeigen, wie gross die Vorteile und okonomische Effekte des ESU Stahles im Vergleich zum konventionell erzeugten Stahl sind. Das gilt besonders fiir hochlegierte Stahle, welche auf grosseren ESU Ein-heiten erzeugt werden, bei welchen in den meisten Fallen eine Erhohung des Preisses der ESU Stahle wegen der Umschmelzkosten, mit einem besseren Ausbringen, kleine-ren Verarbeitungskosten, und vor allem, mit einer besseren Qualitat kompensiert werden kann. SUMMARY Comprehensive laboratory experiments of remelting of high-alloyed steels by ESR process showed the follovv-ing basic characteristics of the remelted steel: 1. considerably improved purity of steel, mainly in respect to oxygen and sulphur, and consequently the re-duced quantity of non-metallic inclusions, 2. improved chemical and structural homogeneity. Manufacturing technology of ESR ingots in laboratory scale differs from the industrial conditions in the follow-ing characteristics: a. refining effects of slag are highly dependent on process temperature, change in chemical composition of slag, and power input into the slag melt, dE b. influence of the parameter k = (-)2, slag quantity, Dk cooling rate, and melting rate is considerably higher on the surface quality of the ingot than in an industrial ESR plant, 3. extremely important is the optimal choice of the type and the quantity of slag, 4. application of molten slag in the initial period con-siderably shortens the instability period of the process and contributes to the improved surface quality in the lovver part of the ingot. Analysis of chemical composition of the remelted steel showed that the control of high oxidative elements de-pends on the slag chemism and the conditions of melting. The follovving findings are generally valid: 1. Silicon content is reduced in average for 40 to 45 % in steel with Si < 0,4 °/o, and for 10 % in steel vvith higher silicon. 2. Oxygen content was in the majority of analyzed steels reduced for 14 to 60 °/o. In steel with a very low oxygen content in the initial state (20 to 25 ppm) a partial-ly increase of the oxygen content \vas observed. 3. The degree of desulphurisation of steel depends on the slag basicity, and the optimal values were obtained when °/o CaO/% SiO, was 5 to 8. The average degree of desulphurisation in the analvzed steels was 25 to 75 % depending on steel type, sulphur content in the initial state, and on the type of the applied slag. 4. Change in the content of other elements was in the analvzed steels lower than 10 °/o, the exceptions are only Al and Ti which content depends on the technological conditions of the process. Macrostructure of ESR ingots is considerably better than in conventionallv made ingots of the same cross sec-tion. No defects of any type, neither porosity in the centre, nor pipe, coarse inclusions, etc. were observed. Due to very favourable crystallization (short retention tirne of the melt in the two-phase region) the chemical homogeneity in the micro-region is very good. Interden-drite distances (structure dispersity) and the connected segregation phenomena does not differ essentially from the analogous data for the conventionally manufactured ingots. But the distribution and the size of carbides was observed (e. g. high speed and ledeburite steels) to be considerably more favourable aftcr the working. Further investigations of mechanical properties and use of ESR steel for practical purposes shall show the advantages and economical effects of ESR steel compar-ing it vvith the conventially manufactures steel. This is especiallv valid for high-ailoyed steel manufactured in industrial ESR plants vvhere often the higher costs of ESR steel due to remelting can be compensated by the improved yield, lovver vvorking costs, and mainlv by the better steel qualitv. 3AKAIOTEHHE OSiniipHBie AaGopaTopHLie onhiTbi nepemvaBKii BfcicoKOAernpo-Ban n Li x CTaAefi cnocoSoM 3IIIII (3AeKTpoiiL\aK0BbiH nepenAaB) yKa-3aAii Ha CBOHCTBa, KOTOpbie mo/Kho CMHT3TL KaK ocHOBHbiMH nepe-nAaBAeHHbix CTaAefi. JdccAeAOBaiiHH yKa3aAii na CAeAYiomee: 1. 3HaHHTeAbHoe YAy*mieHne hhctotm ctsaii b ocoSerinocTH hto KacaeTCH KHCAopoAa h cepbi n, (b cbh3ii c stiim yMeHbmeHiie ne-MeTaiVAHHeCKHX BKAtOHeHHH; 2. yayhhiehhe xhmhneckora cocTaBa h ro.MoreHHocTii CTpvKTypbi. HaAo ynoMHHyTb, MTO TexH0A0nifl np0H3B0ACTBa 311111-CAHTKOB b Aa6opaTopHbix ycAOBHax pasaimaetch ot ycaobiih b npoMbiiHAen-hocth, h t. b caeayiomem: a) 34>4)eKTHBHOCTb pa4>HHIipOBaHHH IHAaKa OHeHb 3aBHCHTb OT Te\inepaTypbi npouecca, Hen0CT0HHH0CTH XHMHHecKora cocTaBa uiAaKa h TeiLVOTbi AeBeAeHHofi b BaHHy HiAaKa; / dE \2 6. ot BAHJIHHfl (baKTOpa HaB3AKH — k = --ypamni CTaAH 3aBHCirr ot ochobhoctii mAaKa, MaKCJiMaAbHasr JipeACAbiiaH BeAJMHHa KOTopora % CaO : Si02 = 5 — 8. CTeneHb AecvAbti>ypamni aHaAH3iipoBaHHbix CTaAei GbiAa b cpeAHeM b npeACAax 25—75 % a 3aBHCiiAO ot coAepjKaHiia cepbi b ochobhom MaTepnaAe ii ot copTa ynoTpe6.\eHHora uiAaKa; 4. H3MCHeHne coAeparaima 0CTaAbHbix 3AeMeHTOB aHaAH3iipo-BaHbix CTaAefi He npeBbnuaAO 10 %; HCKAKmeHHe npeACTaBAaAH TOAbKO 3AeMeHTH Al h Ti, coAep>Kamie K0T0pbix 3aBiiciiT ot Tex-HOAOTHHecKHx vcAOBnii np0El3B0ACTi;a. B cpaBHeHini e nopMa.\HbiM npon3BOACTBOM, Min;pocTpyKTypa SIIIII-CAHTKOB ropa3AO Ay^me, npn oahom h tom «e ceieHHH. He o0HapyaceHbi HHKaKne nopoKH KaK H. np.: YcaAO«HHe paKOBimbi, neiapaAbHaa nopucTocTh, rp\'6bie MaKpo-BKAMieHiia h noAoBnoe. BcAeACTB toto, mto pacnAaBAeHHbift «eTaj\A HaxoAHTca b AByx-(j>a3Hofi cpeAe o^chi, KopoTKoe BpeMH, t. e. B BecbMa oAaronpnaTHLix yCAOBH3X AAH KpHCTaAAH3anHH TO XIIMIlMCt'K AH TOMOreHHOCTb B MIIKpo-30He oneHb xopouiaH. PaccTOaHHe Me>KAy AenApiiTaMn (cTpyKTypnaa AiicnepcuocTb) h, b CB33H c 3thm, noaBAeHna cerperauHii cymecTseHHO ne pa3An-MaeTca ot anaAorHbix AaHHbix KOHBeHHHOHaAbHO npoH3BeAeHHbix cahtkob. HecMOTpa na 3to, v'CranOBACHO, mto nopa3AeACHHe h Be-AHiima KapSnAOB (h. np. b 6biCTpope»ymiix h AeAe6ypHTHbix CTaAax) b 06pa60TaH0M coctohhhh cymecTBeHHO AyMine. B npoAOA>KeHHii HccAeAOBaHHH MexaHHqecKiix KaiecTB 3 HI FI-CTaAH h ee npnMeHeHHH noKa5KyT KaKHe npenMymecTBa n KaKOH SKOHOMHHeCKIIH 3(|)cl)eKT MOJKHO OvKHAaTb npH SKCnAOaTaHHH 3TOH CTaAH B CpaBHeHHH C CTaAHMH KOHBeHUHOHaAbHOra npOH3BOACTBa. 3to KacaeTCa TAaBHbiM 05pa30M Bbic0K0KaqecTBeHHbix CTaAefi, npo-H3BeAeHHbIX B 0OAbIHHX 3 III II-ycTaHOBKax npn KOTOpbIX, B 6oAb-uiHHCTBe CA\'qaax, yBeAii*ieHiie pacxoAOB BCAeAC tbiih nepenAaBKH KOMneHCHpyeTca yAyHUieHHeM BbixOAa, yMeHbUieHiieM pacx0A0B ne-pepaGoTKii n, B ocoSeHHoeTH, VTVMmemteM Ka^ecTBa CTaAH.