ŽELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LETO 8 LJUBLJANA MAREC 1974/ŠT. 1 W Možnosti uporabe EPZ postopka v jeklarski industriji* DK: 669.187.26; 669.046.54/35 ASM/SLA: D8n Manfred Wahllster Z namenom splošne predstavitve postopka proizvodnje specialnih jekel z električnim pretalje-vanjem pod žlindro je podan kratek pregled razvoja EPŽ postopka z osnovnimi informacijami o glavnih značilnostih. Podane so primerjave EPŽ postopka s konvencionalnimi in vakuumskimi postopki proizvodnje jekel. EPŽ postopek omogoča izdelavo jekel z vrhunskimi kakovostnimi lastnostmi, ker na določen način spreminja kemijsko sestavo, stopnjo čistosti, kompaktnost in makro- ter mikrostrukturo jekel. Težišče članka je v obravnavanju tipičnih področij uporabnosti EPŽ jekel v sodobni industriji, predvsem s stališča izboljšanja kakovosti, v okviru omejenih možnosti pa tudi glede ekonomičnosti s stališča proizvajalca in potrošnika. UVOD Razlogi za uporabo posebnih metalurških postopkov1 so lahko zelo različni in glede na izkušnje v praksi v toku časa lahko zelo različni. Tipičen primer za tak potek predstavlja približno 20-letni razvoj vakuumske metalurgije. Prva industrijska uporaba je bila namenjena predvsem zmanjšanju vsebnosti vodika za odpravo kosmičev v odkovkih. Kasneje je pridobila vakuumska dezoksidacija (CO — reakcija) nov cilj v zniževanju vsebnosti kisika, medtem ko je danes težišče predvsem v ho-mogeniziranju taline, v zagotavljanju možnosti analiznih popravkov, kakor tudi v določeni repro-duktivni tehniki dodatkov legirnih in dezoksidacij-skih kovin. Popolnoma nove aspekte nudi vakuum- * Članek predstavlja skrajšani povzetek uvodnega predavanja, ki ga je imel prof. dr. — ing. habil. Manfred Wahllster, direktor firme Ley-bold-Heraeus GmbH. & Co. KG., Hanau, BRD na prvem jugoslovanskem posvetovanju »Električno pretaljevanje jekla pod žlindro« v priredbi železarne Ravne in Metalurškega inštituta iz Ljubljane na Ravnah na Koroškem septembra 1973. Članek je v sodelovanju z avtorjem prevedel in priredil za železarski zbornik Jože Rodič, dipl. inž., Železarna Ravne. ski metalurgiji vakuumsko žilavenje za doseganje najnižjih vsebnosti ogljika, kar je posebno pomembno pri transformatorskih ali dinamo pločevinah ter pri nerjavnih jeklih. Kljub zelo hitremu uveljavljanju električnega pretaljevanja pod žlindro (EPŽ) v vsem svetu (slika 1) ni mogoče brez dobrega poznanja specialnih primerov uporabe z nedvomno gotovostjo trditi, kateri so bili glavni razlogi za industrijsko upo- Peč z elektronskim J * ti 5 00 200 100 50 20 m 5 00 200 100 50 20 10 5 2 Vakuumska elektra oblačna peč_ EPŽ - postopek Skupno Z —Skup ** no^ | Zc Ev V / ropa/ / < s 1960 1965 1970 1975 1960 1965 1970 1975 1960 1965 1970 1975 Slika 1 Razvoj letne proizvodnje in največje teže ingotov rabo tega pretaljevalnega procesa. Izmed mnogih možnih razlogov za uporabo takega postopka smo v prikazu slike 2 izbrali nekaj najvažnejših argumentov. Kakor vemo po izkušnjah, je odločitev za izgradnjo EPŽ naprav odvisna od številnih razlogov, ki jih moramo istočasno po njihovi pomembnosti upoštevati. Nikakor ne moremo pri tem ločiti tehnično - kakovostne aspekte od ocen gospodarne učinkovitosti ter ukrepati samovoljno. Spremembe lastnosti jekla Prav številne metalurške podatke o EPŽ postopku obravnava obsežna literatura z rezultati preizkušanja pretaljenih izdelkov. Pretežno se na- KAKOVOST I Nedosegonje želenih lastnosti pri konven-\ j cionalnem načinu proizvodnje TEHNOLOGIJA GOSPODARNOST Težave pri konvencionalni proizvodnji. Neizpolnjevanje dobavnih rokov —i—fj ■ / Nadomeščanje potrebnih _U_ (investicij. ' " . Visoki stroški pri konvencionalni \ proizvodnji. Predpis s specifikacijo materiala v naročilu. Osvajanje prednosti na tržišču. Nujnost zaradi konkurence._ TRŽIŠČE IN KUPCI Slika 2 Razlogi za uporabo EPŽ postopka našajo na manjše dimenzije ingotov, pri čemer moramo upoštevati možnost prenašanja ugotovitev na večje preseke ingotov. Pretaljevanje jekla prav gotovo vodi k spremembam kakovostnih lastnosti2, od katerih nekaj najpomembnejših podaja primerjalna tabela na sliki 3. Kakovost ingota Površina Poroznost in gostota Izplen Kemijska sestava Osnovni elementi Vodik Žveplo Oligoelementi Stopnja čistosti mikroskopsko makroskopska Struktura ingota Blokovne izceje Kristalne izceje Mehanske lastnosti Trdnost Meja razteznosti Žilavost Izotropnost Slabše ENAKO Boljše Veliko boljše potrebno uporabiti elektrode iz vakuumiranega jekla. Najvažnejše izboljšave se nanašajo na mikroskopsko in makroskopsko stopnjo čistosti kakor tudi na zmanjšanje blokovnih in kristalnih izcej. Prav iz tega izhajajo predvsem mnogo boljše žilavostne lastnosti. Ali sploh nastopajo in v kakšnem obsegu se pojavljajo spremembe lastnosti3 zaradi pretaljevanja v primerjavi s konvencionalno izdelanimi jekli, ni odvisno samo od kakovosti in lastnosti primerjanih vrst jekel, saj npr. tudi vakuumska obdelava ali drugi posebni metalurški postopki zadoščajo za visoke kakovostne zahteve. Blokovne izceje povzročajo predvsem pri velikih odkovkih proizvajalcu in uporabniku jekla često zelo težko rešljive probleme. Tako npr. z normalno toplotno obdelavo ni mogoče doseči pričakovane strukture v mnogih področjih ingota, ki imajo prevelike razlike v kemijski sestavi. Slika 4 prikazuje, da EPŽ postopek skoraj popolnoma odstrani fenomen blokovnega izcejanja celo v območju večjih presekov pri strjevanju. Za primerjavo so podane vrednosti konvencionalno izdelanih velikih kovaških ingotov iz literatur-nih podatkov. Šele tu pridejo prav do veljave prednosti električnega pretaljevanja pod žlindro. Tudi novejše metalurške tehnike litja, med katerimi je eden najuspešnejših postopek »after pour-ing«, ki ga je razvila japonska jeklarna v Muroran/ Hokkaido, predstavlja sicer uspešno, vendar le prehodno rešitev za izdelavo velikih kovaških ingotov z zanesljivo in reproduktivno stopnjo blokovnih izcej. Problema enakomerne porazdelitve vključkov in preprečevanja večjih, pretežno ekso-genih oksidnih delcev tudi ta postopek ni mogel rešiti. x) Napake pretaljevanja Slika 3 Vpliv EPŽ postopka na lastnosti jekla Po teh podatkih je površina ingotov boljša, gostota ingota večja in izplen v primerjavi s konvencionalno izdelanimi ingoti precej izboljšan. Kemijska sestava jekla se lahko spreminja v obe smeri. Lahko oksidirajoči elementi kot silicij, aluminij ali mangan utrpijo izgube z odgorom, v kolikor nismo podvzeli posebnih ukrepov med preta-ljevanjem ali v prilagajanju kemijske sestave elektrod za pretaljevanje. Isto velja za kisik in žveplo, kar pa je seveda z ozirom na kakovostne lastnosti vsekakor zaželeno. Ker postopek ne poteka v vakuumu, ni mogoče pri električnem pretalje-vanju pod žlindro pričakovati znižanja vsebnosti nekaterih oligo elementov in vodika. Zaradi navze-manja vlage iz zraka ali zaradi tvorcev žlindre obstaja celo težnja k navzemanju vodika. Zaradi tega je praviloma pri večjih presekih ingotov Slika 4 Blokovne izceje v težkih odkovkih (poprečne vrednosti za ingote težje od 70 t) Zaradi fizikalnih procesov v območju likvidus — solidus na kristalizacijski fronti tudi pri EPŽ postopku ni mogoče popolnoma preprečiti kristalnih — ali mikroizcej. V primerjavi s konvencionalno izdelanim jeklom pa so pri EPŽ jeklu tudi kristalne ali mikroizceje precej manjše tudi v kakovostno kritičnih delih ingota kot npr. v sredini. Tipične podatke6 za ingote orodnega jekla za delo v vročem X40CrMoV5.1 prikazuje slika 5. Stop- Slika 5 Razmerje izcej v orodnem jeklu za delo v vročem W. Nr. 2343/X40 CrMoV 5. l/C. 4751/utop Mol. njo izcejanja podaja razmerje med maksimalno in minimalno koncentracijo nekega elementa, določeno z elektronskim mikroanalizatorjem. Nadaljnje podrobnosti o izboljšanjih, doseženih z EPŽ postopkom, posebno glede uporabnost-nih lastnosti in mehanskih vrednosti bomo v nadaljnji obravnavi pregledali za posamezne vrste jekel. PRIMERJALNE PREISKAVE EPŽ JEKEL IN KONVENCIONALNO IZDELANIH JEKEL nega brušenja pri ponovni obdelavi površine, s čimer pa se podaljša življenjska doba valjev za 50 % in več. Odsotnost večjih nekovinskih vključkov zagotavlja tudi pri globlje kaljenih valjih večjo varnost proti luščenju. Probleme, ki so poznani predvsem pri najvišje obremenjenih valjih tan-demskih ogrodij, se da z izbiro najprimernejših parametrov pretaljevanja pod žlindro skoraj popolnoma rešiti. Kalander valji Najpomembnejše zahteve pri visoko vrednih kalander valjih7 so zvezane z najvišjo čistostjo in z lastnostmi pri vrtenju na povišani temperaturi — npr. za vlečenje in oblaganje tehničnih magnetnih trakov. Zahteve so včasih tako visoke, da jih s konvencionalno izdelanimi valji skoraj ni mogoče gospodarno realizirati. Brez kakršnega koli izmečka je uspelo podjetju Rheinstahl v Hattingenu v zadnjih letih izdelati več sto kalander valjev za ekstremne zahteve potrošnikov glede polirne sposobnosti in kakovosti površine. Pri tem je še posebno pomembna struktura strjevanja, ki je popolnoma simetrična z ozirom na os (enakomerne horizontalne in vertikalne izceje) EPŽ ingotov. Tako je omogočena izredno enakomerna mehanska obdelovalnost in poboljšanje. V sledečem bomo na kratko obravnavali tipične spremembe in izboljšave, ki jih dosegamo z EPŽ jeklom v primerjavi s konvencionalno izdelanim jeklom. Podrobnejše podatke lahko dobimo iz literature, ki je navedena v tabeli 3 k zaključkom. Valji za hladno valjanje Za hladno valjanje jeklenih trakov, trakov neželeznih kovin in kovinskih folij je odločilnega pomena homogenost strukture in stopnja čistosti jekla za valje. Nekovinski vključki, ki se pojavljajo na površini valjev, škodujejo kakovosti valjan-cev, ali pa povzročajo celo izmeček. Doslej zbrane izkušnje v industrijskem obsegu so pri EPŽ valjih z območjem premerov od 200 do 800 mm pokazale odlične rezultate. Izboljšana stopnja čistosti (slika 6) omogoča zmanjšanje potreb- 80 60 CJ c 40 I t ° * * »0 II «» O o. 8 0 60 fg 40 o, C) •5) S 20 SULFIDI — Nv V\ H _ Q Konvencionalno m g EPŽ g| 1 OKSIDI H l s \s V\ 1 — \\N 1 fU m / 2 3 4 5 6 7 Stopnja čistosti po VDEh - primerjalnih tabelah Slika 6 število in velikost nekovinskih vključkov v valjih za hladno valjanje (jeklo: W. Nr. 2304/85 CrMo 7/C. 4740/OHV4) 99 96 90 m O) * 6/; D C i 40 D 20 1 w EPZ / / / • o' / rJ* Komenc ionalr 220 0 ! N = / / / / / / 7 2 4 6 8 10' 2 4 6 8 102 2 Odstopanje pri probi z vrtenjem pri povišani temperaturi f^u] Slika 7 Vpliv pretaljevanja na obnašanje kalander-valjev ob vrtenju pri povišani temperaturi Izvrednotenje obnašanja pri vrtenju na povišani temperaturi kalander valjev, ogretih na 200° C slika 7), kaže, da so vsi EPŽ valji zadovoljevali maksimalno dopustno najvišjo vrednost odstopanja 10 mikronov, medtem ko jih od konvencionalno izdelanih kalander valjev zadovoljevalo to zahtevo le 70 %. ROTORJI Induktorske osi: Zaradi visokih obremenitev je uporaba preta-1 j enega jekla za turbinske in generatorske osi posebno interesantna. Od različnih posebnih metalurških postopkov, ki so se uveljavili, upoštevajoč tudi posebne postopke litja, nudi glede porazde- litve vključkov8 ali glede zmanjševanja blokovnih izcej le malo kateri zadovoljivo zanesljivost. Več ali manj vsi ti postopki predstavljajo le delen uspeh, ker poteka kristalizacije predvsem pri večjih presekih ni mogoče več obvladati z določenimi vplivi. Primerjava mehanskih lastnosti tangencialnih in radialnih prob iz zunanjega dela (slika 8) -7790 -— 4665 5 Rob Jedro radialno radialno Legenda: ® Trdnost [kp/mm2] @ Kontrakcija [%] Q) Meja razteznosti [kp/mm2] (D Žilavost Charpy - V [kpm/cm2] Q) Raztezek [%] © Prehodna temperatura [°C] Slika 8 Primerjava mehanskih lastnosti rotorjev (Jeklo: 28 NiCrMoV 14.5) nam omogoča, da spoznamo nekaj za rotorje pomembnih ugotovitev. Pogoji strjevanja praktično ne vplivajo na trdnost in mejo razteznosti pri enakem stanju poboljšanja, kar je primerjava rotorjev dokaj jasno pokazala. Zarezna udarna žilavost pa je pri konvencionalnem jeklu proti jedru vse manjša in na tem mestu pade na polovico onih / V / -- 0225 -- - 108,2 708,2 M !1C,5 \/7'{ 4635 EPZ 15,2 12,4 5 6,4 42 3L d> <2> G> @ ® (7) Trdnost [kp/mm2] Q) Meja razteznosti [kp/mmz] Q) Raztezek [%] © Kontrakcija [% J © Žilavost DVM [i'kprn/cm2] Slika 9 Primerjava mehanskih lastnosti turbinskih kolutov (Jeklo: W. Nr. 6582/34 CrNiMo 6/C. 5431/VCNMo 150) vrednosti, ki jih dobimo ob površini. V splošnem padajo žilavostne vrednosti tudi pri EPŽ jeklu proti jedru, vendar je ta padec mnogo manj izražen in izhaja od višjih absolutnih vrednosti. Pri določanju 20° C nižje prehodne temperature je treba upoštevati, da je bilo poboljšanje zaradi sposobnosti primerjave reducirano na presek 1500 mm. Turbinski koluti: Podoben rezultat so dale tudi preiskave turbinskih kolutov iz jekla 34 CrNiMo 6 (slika 9). Poleg razlik v udarni žilavosti zaslužijo posebno pozornost izboljšave, ki jih dosežemo z električnim pre-taljevanjem pod žlindro pri raztezku in kon-trakciji. Generatorski rotorji: Kot dopolnitev k tem informacijam iz proizvodnje rotorjev v Hattingenu lahko omenimo še novejše podatke M. Kroneisa in sodelavcev9 o preiskavi 8,9 t — generatorskega rotorja iz EPŽ jekla v primerjavi z rotorjem, izdelanim iz vakuumira-nega jekla. (Slika 10) Pri raztezku in kontrakciji so ugotovljene razlike, ki pa ne pridejo posebno do izraza. Absolutne vrednosti zarezne udarne žilavosti so precej višje, posebno pa pride do izraza prehodna temperatura, ki je pri odkovku iz EPŽ jekla približno za 20° C nižja. Rotorji plinskih turbin: Tudi na področju jekel obstojnih na povišanih temperaturah so ugotovljene zelo ugodne izkušnje z EPŽ jeklom (slika 11). Pri enakem postopku poboljšanja in praktično enakih žilavostnih lastnostih kažejo pretaljeni bloki za rotorje plinskih turbin približno 15 kp/mm2 višjo mejo razteznosti oz. približno 10 kp/mm2 višjo natezno trdnost v primerjavi s konvencionalno izdelanimi rotorji iz iste osnovne taline. Pri trgalnih poizkusih v vročem znašajo razlike v 0,2 meji ca. 15 kp/mm2 pri 400° C in 5,6 kp/mm2 pri 700° C. To pomeni vsekakor povišanje za 30 do 40 %. Utopi: Največje kakovostne zahteve pri utopih predstavlja zadovoljiva žilavost, enakomerna obdeloval-nost in odlična sposobnost za poliranje. Povečanje obstojnosti orodja lahko dosežemo s poboljšanjem na nekoliko višjo trdnost, ker so EPŽ jekla manj nagnjena h krhkosti. Tehnične prednosti uporabe EPŽ jekel za utope prikazuje slika 12. Zelo majhna anizotropnost žilavosti in mnoge dosedanje izkušnje kažejo, da lahko utope ali druga orodja pri stiskanju z uspehom izdelamo iz EPŽ ingotov v nepredelanem stanju. Mehki magneti: Za velike pospeševalnike se zahteva homogenost plošč za polske čevlje. Poleg določene kemijske sestave uporabljanega jekla se zahteva tudi izred- Položaj probe: Rob-tangencialno |j EPŽ D Konvencionalno Sestava v ut. % C Si Mn Mo Ni V 0,22 0,25 0,35 0,34 3,10 0,07 ---. T l| rM* 11 i 445 -rh- 11 i LJ-rHl*« rkR2 in S Probe R, - /?« Razfezek Kontrakcija Srednje vrednosti ff,-40,- % JO 10 O 80 % 60 = 40 =m = 20 W = \\ = 0 m Vakuumirano Poboljšano na 668 kp/mrn lastnosti privede do optimalnih rezultatov. Pri spoznavanju najpomembnejših vplivov na kakovostno stopnjo te skupine jekel zavzema vsekakor stopnja čistosti in lita struktura odločujoč pomen. Na osnovi novejše, zelo obsežne literature6 lahko navedemo le nekaj primerov, ki so prav enako interesantni za proizvajalca, predelovalca in uporabnika. J" 20 h 70 - --420 -- t o -e. NN -2000 - 100 200 700 800 300 400 500 600 Temperatura preizkušanja [°cj Slika 11 Natezni preizkus v vročem za rotor plinske turbine (Jeklo: X20 CrMoV 12.1) Gr \ cT i V kp/mm Konvencionalno 1(9,0 _| 160,7 10,8 \ ",9 Po pretaljevanju 157,0 1 166.8 10,9 38,9 0 § < 1 1 3 o-o Konvencionalno ' •-•Po pretaljevanju • -120 -40 tiO '120 Temperatura preizkušanja [°C] 1 120 £ 60 'J- 40 | 20 0 Konvencionalno "lih". Po pretaljevanju □ Sulfidi □ Oksidi — ■ A luminafi Stopnja čistosti po VDEh primerjalnih tabelah -40 -20 ±0 20 40 60 Temperatura preizkušanja [°Cj Slika 10 Primerjava mehanskih lastnosti 8,9 t generatorskega rotorja no nizka vsebnost oligoelementov in čim manjše razlike v velikosti zrna, visoka stopnja čistosti in minimalne mikroizceje. Vse to je odločilnega pomena za doseganje karakterističnih magnetnih lastnosti. Raziskave oblik polja10 na oddaljenosti 4 mm od površine polskega čevlja v več x- in y-sme-reh (slika 13) potrjujejo pričakovane primerjalne odnose pri uporabi EPŽ jekla. Dodatno se dosežejo tudi nekoliko višje vrednosti indukcije v primerjavi s konvencionalnim jeklom. Orodna jekla in jekla za kroglične ležaje Orodja in kroglični ležaji so pri uporabi večkrat izpostavljeni izrednim obremenitvam in dokaj zapletenim odnosom različnih lastnosti. V takih primerih šele natančno orientirana kombinacija Slika 12 Vpliv pretaljevanja na kakovost orodnega jekla za utope (Jeklo: 55 NiCrMo 6.4) EPZ Spodaj IS 7 Gauss Zadaj -Koordinata poti Slika 13 Potek linij polja pred ploščo polskega čevlja Orodna jekla za delo v vročem Zaradi težavne predelave, ki je značilna za to skupino orodnih jekel, ima sposobnost za vroče preoblikovanje tako tehničen kot gospodarni po- men. Podatki torzijskega poizkusa v vročem (slika 14) kažejo boljšo predelavno sposobnost EPŽ jekel in manjše razlike med vrednostmi ugotovljenimi s probami iz roba in sredine. Tudi najmanjša potrebna stopnja predelave za doseganje potrebne gostote in mehansko tehnoloških lastnosti po vsem preseku bloka in v prečni smeri je lahko pri EPŽ ingotih znatno manjša. a-a Sredina ' " Prehod Rob Konvencionalni ingot + 340mm EPŽ ingot ifr 370mm / M v_ S3 r 1000 1100 900 1000 Temperatura preizkušanja [°C] 1100 ,EP Ž in got 40 Temperatura preizkušanja [°C] Slika 17 Vpliv pretaljevanja na žilavost finozrnatega jekla (debelina pločevine 25 mm) velikega pomena (slika 17). Pri tem je predvsem zmanjšanje anizotropnosti najpomembnejša kvalitetna izboljšava, seveda poleg absolutno višjih vrednosti žilavosti. Gospodarnost Če ugotavljamo, da je širjenje uporabe EPŽ postopka v jeklarski industriji nekako obotavljajoče, se samo po sebi postavlja vprašanje po vzrokih takega razvoja. V veliki meri lahko pri tem pomembno vlogo pripisujemo konservativnosti proizvajalcev in uporabnikov jekla, še važnejše pa izgledajo pač okoliščine, da se EPŽ postopek preveč enostransko obravnava z gledišča Tabela 1: Primerjava proizvodnih stroškov za konvencionalno tehnologijo in EPŽ postopek TURBINSKI ROTOR 4,2 t Konvencionalna izdelava EPŽ — postopek DM 9.876 — 1.383 8.493 3.720 12.213 6.450 18.663 1.680 20.343 (12,0 t) Vložek (8,8 t) Stroški pretaljevanja (400 DM/t) (4,2 t) Vrednost odpadka (1,0 t) — povratnega starega železa Surovi ingot (Ogrevanje) (Kovanje) (Kontrolirano ohlajevanje (Mehanska obdelava) (UZ — preiskave) (Poboljšanje) (9%) Izguba pri končnem prevzemu (4,5%) 7.242 DM 3.520 — 320 10.442 3.720 14.162 6.450 20.612 928 21.540 VALJ ZA HLADNO VALJANJE 4,6 t Konvencionalna tehnologija EPŽ — postopek (iz 10-tonskega ingota) (iz 22,5 t bloka za 4 valje) DM 4.411 (8,6 t) Vložek (7,0 t) 3.591 DM Stroški pretaljevanja (400 DM/t) 2.800 — 293 (2,11) Vrednost odpadka (0,6 t) — 83 — povratnega starega železa 4.118 Surovi ingot 6.474 (Ogrevanje) (Kovanje — reducirano) 3.122 (Kontrolirano ohlajevanje 1.962 7.240 8.436 (Mehanska obdelava) (UZ — kontrola) 11.086 (Poboljšanje) 11.086 18.318 19.522 1.465 (8 %) Izguba pri končnem prevzemu (4 %) 780 19.783 20.202 kvalitetnega izboljšanja, medtem ko se aspekti gospodarnih možnosti tega postopka komaj obravnavajo, največkrat pa tudi zelo napačno. Tabela 1 kaže dva primera primerjave stroškov za izdelavo 4,2 t turbinskega rotorja in 4,6 t valja za hladno valjanje. Ta primerjava glavnih postavk med konvencionalno izdelavo in EPž postopkom nam jasno kaže, kje so glavne razlike. Slaba stran glede stroškov je pri EPŽ jeklu seveda v dodatnih stroških pretaljevanja, kar pa predvsem pri večjih blokih lahko v veliki meri kompenziramo z boljšim izplenom (manjšo količino vložka) kakor tudi z zmanjšanjem tveganja za izmeček. Zmanjšana stopnja predelave, zaradi katere lahko pri kovanju večkrat celo opustimo krčenje ingotov, kakor tudi izboljšave pri toplotni obdelavi in poenostavitve na področju kontrole kakovosti v toku celotnega procesa predstavljajo lahko tudi zelo pomembne pridobitve, ki pa v tem pregledu niti niso upoštevane. Posamezne kalkulacije za določanje dobrih in slabih strani uporabe EPŽ postopka glede na stroške so predvsem pri proizvajalcih z zelo širokim kvalitetnim programom dokaj težavne in zamudne. Danes pa že razpolagamo z novejšimi osnovami za tako izračunavanje s pomočjo uporabe nomogramov, pri čemer lahko z razmeroma majhnim trudom izračunamo, kje lahko konvencionalni postopek izdelave popolnoma ali pa delno zamenjamo z EPŽ postopkom. V kolikšni meri stroške pretaljevanja za EPŽ ingot lahko kompenziramo s prihranki pri materialnih stroških in stroških nadaljnje predelave ali pri stroških zmanjšanega izmečka, zavisi predvsem od določenih okoliščin pri posameznih proizvajalcih in za posamezne izdelke. S pomočjo zgoraj omenjenih diferenciranih računskih operacij lahko ob določenih osnovnih podatkih, ki jih moramo poznati, celotne stroške v primerjavi med EPŽ in konvencionalnim postopkom dokaj natančno določimo. Tabela 2 vsebuje za nekaj izbranih tipičnih od-kovkov po omenjenem načinu izračunane celotne proizvodne stroške upoštevajoč tri različne nivoje stroškov pretaljevanja 250, 350 in 450DM/t, ki so navedeni v zadnjih treh kolonah. Tu so podani relativni proizvodni stroški ob upoštevanju stroškov konvencionalne tehnologije kot 100 %. Ob upoštevanju glavnih ugotovitev so večletne proizvodne izkušnje pri Rheinstahl-Hiittenwerke AG v Hattingenu pokazale, da v območju ingotov do 10 t v veliki meri lahko pri določenih izdelkih dosežemo izenačene stroške za izdelavo odkovkov iz EPŽ jekla in konvencionalno izdelanega jekla. Ta ugotovitev je v enem od novejših ameriških poročil13 potrjena tudi za področje proizvodnje debele pločevine. Predpogoj za doseganje take gospodarnosti EPŽ postopka pa je visoka časovna izkoriščenost naprave in konsekventno izkoriščanje vseh material- Tabela 2: Primerjalna kalkulacija tipičnih odkovkov Kovani izdelek Vrsta jekla Gotovi kovani izdelek v stanju dobave Teža Vrednost t ca. DM/t Relativni proizvodni stroški EPŽ/konvencionalno jeklo v % (konv. = 100 %) po tehnoloških fazah pri stroških pretaljevanja 450 DM/t celotni proizvodni stroški v °/o pri stroških pretaljevanja DM/t Mate- Kova- Obde- Izme-rial nje lava ček 250 350 450 Paličasto jeklo X20Crl3 1—5 1650 400 mm 0 Obroč 100Cr6 6,7 3750 Obroč X5CrNil8.9 20,2 10450 Valj za hladno 80Cr7 4,6 5400 valjanje Kalander 65Cr6 7,7 7500 valj Rotor X20CrMoV12.1 1 7150 Rotor 25NiCrMol4.5 8 5700 Rotor 28NiCrMo7.4 11 7050 Rotor 25NiCrMol4.5 15 5400 Rotor 28NiCrMo7.4 44 5950 Rotor 28NiCrMo7.4 68 5400 Rotor 28NiCrMo7.4 117 6600 162 98 100 66 112 119 126 177 99 100 57 108 113 118 106 96 100 65 90 93 96 163 46 100 68 97 100 103 172 48 98 50 98 100 102 142 84 96 57 98 101 104 140 71 100 57 97 101 105 120 30 100 41 84 90 96 136 69 100 57 96 100 104 119 60 100 53 87 91 95 136 57 100 55 90 94 99 125 81 100 54 89 93 97 Tabela 3: Izboljšanje kakovosti z uporabo EPŽ postopka Izdelek Vrsta jekla (tipičen primer) Vzrok izmečka Problemi pri konvencionalni izdelavi Izboljšave z EPŽ Literatura postopkom Valj 80 Cr Mo 7 Nemetalni vključki. Luščenje na površini. Zanesljivo doseganje najvišje trdote pri indukcijskem globljem kaljenju. Večja izdrž-ljivost. 7., 8. Kroglični ali valjčni ležaj 100 Cr 6 100 Cr Mo 85 Garantirana čistost na delovni površini. Napake pri UZ kontroli. Izboljšanje karbidnih izcej. Manjša občutljivost za razpoke pri kaljenju. 6. Rotorji Turbinske in generatorske osi 26NiCrMo V 14.5 30 Ni Cr Mo V 5.11 X20CrMoV 12.1 Nekovinski vključki, poroznost jedra, obloge na mejah zrn. Odpade vmesno odlaganje, velik del čiščenja, odpade krčenje. Večja žilavost in nižja prehodna temperatura. 8., 14. Turbinski rotorji 34 Cr Ni Mo 6 Nekovinski vključki. Velika predelava. Občutljivost na centralno poroznost. Znatno zmanjšanje izmečka. Enakomernejše mehanske vrednosti. Visoka žilavost. 8., 14. Utopi 50 Cr Mo 4 55 Ni Cr Mo V 6 56 Ni Cr Mo V 7 Nezadovoljiva sposobnost za poliranje in mehansko obdelavo Možna je uporaba v nepredelanem stanju. Višja trdota pri enaki žilavosti. 8. Orodno jeklo za delo v vročem X40 Cr Mo V 5.1 Prenizka prečna žila-vost pri veliki stopnji predelave, nagnjenje k izraziti trakavosti v vzdolžni smeri. Visoka trdnost po po-boljšanju pri enaki žilavosti. 6. Brzorezno jeklo S 6-5-2 Nezadovoljiva stopnja homogenosti. Slaba predelavnost v vročem. Dobra predelavna sposobnost pri višji vsebnosti ogljika. Enakomerne karbidne izceje. 6. Nerjavna jekla X 2 Cr Ni 189 Nezadovoljiva sposobnost poliranja in neustrezna kakovost površine. Slaba čistost. Visoka korozijska obstojnost. Izboljšana stopnja čistosti glede nitridov. Visoka žilavost. 11. Ognjeodporna jekla X17 Cr MoV Nb 12.1 Nezadovoljiva stopnja čistosti. Visoka vsebnost delta-ferita in nehomogenost. Izboljšana izdržljivost. Natančna sestava in visoka stabilnost strukture. 11. Visoko-trdna jekla za poboljšanje X38 Cr MoV 5.1 X41 Cr Mo V 5.1 Nemetalni vključki. Neustrezna žilavost v prečni smeri. Manjša stopnja predelave. Večji izkoristek ingota in manjša občutljivost za zareze. 13. 14. Debela pločevina St 52/3 20 Ni Cr Mo 36 Nekovinski vključki. Izcejanje v sredini. Dvoplastnost. Sposobnost za varjenje. Višja žilavost. Manjša anizotropnost in homogena porazdelitev mehanskih vrednosti. 3. nih izboljšav, ki jih nudijo EPŽ ingoti. Velikost ingotov seveda tudi odločilno vpliva na relativne proizvodne stroške. Nikoli ,pa ne smemo pri ocenjevanju gospodarnosti EPŽ postopka pozabiti na prednostno vlogo gotovih izdelkov na tržišču, ki se večkrat tudi indirektno poplača. Zaključki V zadnjem desetletju se je EPŽ postopek v industrijskem merilu močno uveljavil in delno celo izpodrinil vakuumsko elektro obločno peč. Pregled najvažnejših izkušenj s pretaljenimi izdelki ali vrstami jekla podaja tabela 3. Visoki stopnji poznavanja EPŽ postopka in zbranim ugodnim izkušnjam se v razvoju z zavirajočo vlogo zoper-stavlja predvsem konservativnost jeklarske industrije, zaradi česar je v celoti širjenje tega postopka precej počasnejše kakor bi bilo mogoče in upravičeno. Največja pomanjkljivost je pri tem nepoznavanje gospodarnih možnosti in realnih ocen za konsekventno uporabljane EPŽ naprave. Pri odločanju o uporabi EPŽ postopka se največkrat enostransko upoštevajo povečani stroški, ki odločajo o ceni EPŽ ingotov kot dražjega vložka za nadaljnjo predelavo. Te povečane stroške se skuša opravičiti z boljšo kakovostjo in daljšo življenjsko dobo konstrukcijskih delov ali orodij, pozablja pa se na možnosti kompenziranja stroškov z vsemi ostalimi vplivnimi faktorji od spremenjene materialne bilance do številnih ugodnih sprememb v posameznih fazah tehnološkega postopka. Literatura 1. M. Wahlster und H. Spitzer: Stahl und Eisen 92 (1972) S. 961/972 2. M. VVahlster: Neue Hutte 16 (1971) S. 611/614 3. M. Wahlster: Rheinstahl Technik 9 (1971) S. 83—90 4. H. Lowenkamp, A. Choudhury, R. Jauch, F. Regnitter: Stahl und Eisen 93 (1973) S. 625—635 5. H. Lovvenkamp: Sixth International Forgemasters Meet-ing 1—6. Oct. 1972, Cherry Hill, N. J. USA 6. A. Randak, A. Stauz, W. Verderber: Stahl und Eisen 92 (1972) S. 981/993 7. H. J. Klingelhofer, A. Choudhurv: Rheinstahl Technik 1 (1970) S. 20/24 E. Koniger: Revue de metallurgie 6 (1970) S. 515/522 8. E. Zimmermann, E. Koniger, W. Poettering: Radex-Rundschau 5 (1971) S. 563/576 9. M. Kroneis, E. Krainer, H. Hojas, Th. Kamletz: 5. Internationale Schmiedetagung 6.-9. 5. 1970, Terni/Italien 10. W. Schwermann: Unveroffentl. Forschungsbericht der Rheinstahl Hiittenwerke AG., Hattingen 11. H. Spitzer: Stahl und Eisen 92 (1972) S. 994/1002 12. M. "VVahlster und E. Zimmermann: Sixth International Forgemasters Meeting 1,—6. Oct. 1972, Cherry Hill, N. J. USA 13. R. Irving: Iron Age 12 (1972) S. 50/52 14. E. Plockinger: Stahl und Eisen 92 (1972) S. 972/981 ZUSAMMENFASSUNG Dieser Artikel ist ein Einfiihrungsvortrag auf der ersten jugoslavvischen Beratung iiber das Elektroschlacke-umschmelzverfahren, welche von dem Hiittenwerk Ravne im September 1973 veranstaltet wurde. Deshalb ist in der Einleitung eine kurze "Obersieht iiber die Entvvicklung des ESU Verfahrens mit den Grunddaten iiber die Eigenheiten und Anwendungszweck desselben gegeben. Es sind be-sonders die Anderungen der Qualitatseigenschaften dieser Stahle und eine Vergleichung des ESU Verfahrens mit den konventionellen und Vakuumverfahren ftir die Stahler-zeugung behandelt. Besonders bedeutend sind die Anderungen der chemischen Zusammensetzung, des Reinheits-grades des Makro- und Mikrogefiiges. Einige Beispiele der typischen Werkzeugstahlsorten ftir die Warm- und Kalt-bearbeitung sind angegeben. In Form kurzer Informationen sind die Ergebnisse der Vergleichsuntersuchungen zwischen dem ESU Stahl und dem konventionellen Stahl, besonders fiir einige Fertigerzeugnisse angegeben: Kaltvvalzen, Kalander Wal-zen, Rotoren, Induktorachsen, Turbinenscheiben, Teile der Generatoren und Gasturbinen, Gesenke, VVeichmagneten, Werkzeugstahle, Kugel und Walzlagerstahle, Warmarbeits-stahle, Schnelldrehstahle. An einigen praktischen Beispielen wird vom ekono-mischen Gesichtspunkt die Bewertungsweise fiir die An-vvendbarkeit des ESU Verfahrens vom Standpunkt des Erzeugers und des Verbrauchers anschaulich behandelt. SUMMARY The paper represents the plenary paper to the Yugoslav Conference on »Electric Slag Remelting of Steel« which was organized by Ravne Ironworks in September 1973. Therefore a short revievv on development of ESR process with basic informations on main characteristics and applicability was given. A special emphasis was given to change of quality properties of steel and to comparison of ESR process with the other common processes of steelmaking using vacuum or not. Especially important are changes of chemical composition, purity, macro-, and micro-structure. Some examples of typical tool steels for hot and cold vvorking vvere used as an illustration. Results of comparative investigations betvveen ESR steel and normally made steel, especially for some final products (rolls for cold rolling, calander rolls, rotors, inductor axes, turbine blades, parts of generators and gas turbines, dies, soft magnets, tool steels, steels for bali bearings and roll bearings, tool steels for hot working, high speed steels, heat resistant austenitic steels, sheet) vvere presented as short informations. Some practičal examples give a very evident picture on economic aspects and the way hov to estimate the applicability of ESR process with the respect to profi-tableness from the vievvpoint of the manufacturer and the consumer. 3AKAK)qEHHE CTaTbJi AaeT HTor BCTynHoii ackliiih nepBora lorocAaBcivora co-BemaHHH o: »SAeKTpimecKaa nepenAaBKa craAH noA uiAaKOM«, koto-poe oprann3npoBaA MeTaAAypnmecKHH 3aBOA, PaBHe, b ceHTJiSpe 1973 r. PaccMOTpeHO pa3BHTne EFI^K-cnocoSa, BKAiowaa ocnoBHbui xapaKTepiicTHKH h Ha3HaMeHHH cnocoSa. PaccMOTpenbi KaHecTBeHHbie H3MeHeHiiH CTaAH h cpaBHeHHe En^K-cnoco6a c o6bmHbiMH cnoco-6aMH np0H3B0ACTBa CTaAH, a TaK>Ke c xapaKTepncTHKaMH CTaAH npo-H3BeAeiiHoii BaKYYMnpoBaHiieM. OcoSeHHoe 3HaweHiie HMeeT H3.\ie-HeHHe xiiMimecKora cocTaBa, CTeneHH ^HCTOTbi h .\iaKpo- h mhkpo-CTpyKTypbI CTaAH. IIpiIBCACHO HeCKOAbKO iipn\iepoB npHMeHejIIIH 3Tora cnocoGa npn np0H3B0ACTBe HeK0T0pbix TiinoBbix MapoK hhctpy-MeHTaAbHoj CTaAH aas ropaneft h xoaoahoh nepepaOoTKH. B 4>opMe KOpOTKHX HH4)opMamiH AaHbi pe3yAbTaTbi cpaBHeiiHH En>K-CTaAn c CTaAflMH noAyHeHHbiMH 06biKH0BeHHbiMH cnocoOaMH, b ocosehhoeth kotaa 3ta ctaab npeaha3hahena aaji hek0t0pbix ko-HeMHbIX H3ACAHH 60AbmiIX Ka^CCTBeHHbIX TpeSOBaHHH, H. np.: B3AKH aah XOAOAHOH npOKaTKH, KaAaHAp-BaAKH, pOTOpbl, OCH aaa hhaykto-Pob, nAacTHHbi aah typ6hh, cocTaBHbie *iacTH aah renepaTopoB h ra30Bbix typ6hh, CTaAb aah uiTaMnoBKH, aah poahko- h HiapHKonoA-uihnhhkob, HHCTpYMeHTaAbHaa CTaAb aah ropn^eft paSoTbi, aycTe-hhthaa >KapocTOHKaH ctaab, ctaab aah ahctobora npoKaTa. Ha HecKOAbKO npHMepoB 113 npoMbiniAeHHOH npaKTHKH BecbMa HarA^AHo paccMOTpeHbi 3KOHOMiiqecKHe acneKTbi h cnoco6 ouchkh npHMeHenHJi EI"I>K-cnoco6a, mto KacaeTcn penTaGiiAbHocTH c tomkw 3peniiH npoAYHeHTa 11 noTpeGiiTeAH.