Milan Pavič Železarna Ravne
DK: 669.14.018.29 ASM/SLA: CNg, CNp, Ayb, F 25
Vpliv mikrostrukture na sposobnost jekla za hladno preoblikovanje
Članek obravnava vpliv strukture jekla na sposobnost za hladno preoblikovanje. Preiskovali smo vpliv trakaste strukture in deleža krogličnega per-lita na hladno preoblikovalnost jekel Č. 1331, Č. 1531 in Č. 4131 in ugotovili, da je preoblikovalnost jekla v hladnem stanju v veliki meri odvisna od teh dveh faktorjev. V kolikor hočemo dobiti dobro preoblikovalnost v hladnem stanju, moramo s pravilno toplotno obdelavo jekla odpraviti trakasto strukturo in pretvoriti večino perlita v kroglično obliko.
Ugotoviti smo hoteli tudi vpliv trakaste strukture in oblike oziroma deleža krogličnega perlita na kontrakcijo.
UVOD
Jekla za hladno preoblikovanje običajno izdelujemo v Siemens-Martinovih in elektro obločnih pečeh. Poleg omenjenih dveh postopkov se v novejšem času vedno več uporabljajo specialni kon-vertorski postopki.
Sposobnost jekla za hladno preoblikovanje zelo težko ocenjujemo. Slabo preoblikovalnost jekla dostikrat ugotovimo šele pri končni predelavi, ko na končnih produktih nastanejo razpoke. Sposobnost jekla za hladno preoblikovanje ni določena samo s kemijsko sestavo, ampak nanjo vpliva še vrsta drugih faktorjev, kot so: vsebnost oligoele-mentov v jeklu, pogoji dezoksidacije jekla, pogoji litja ingotov, površina ingotov in gredic, ogrevanje ingotov pred valjanjem, struktura jekla in drugi.
Pri določanju sposobnosti jekla za hladno preoblikovanje si v praksi običajno pomagamo s preizkusom krčenja v hladnem. Za ta preizkus uporabljamo probe višine L = 1,5 d, ki jih nato stiskamo na 1/3 višine. Pri preizkusu krčenja na stiskalnici nato z lupo opazujemo pojav razpok. Ko se pojavi prva razpoka, krčenje prekinemo. Iz tega lahko izračunamo stopnjo krčenja
. L.	... L-h
<p = ln — in samo krčenje z =- . 100 %,
h	L
kjer je L — prvotna višina krčilne probe in h — višina probe po krčenju.
Pri raztržnem preizkusu je kontrakcija najbolj objektivni pokazatelj sposobnosti jekla za hladno preoblikovanje. Preoblikovalnost je običajno dobra pri veliki in slaba pri majhni kontrakciji. Predelovalna industrija zahteva kontrakcije 55—60 %, kar pa se v praksi težko z gotovostjo enakomerno dosega.
Odvisnost sposobnosti jekla za hladno preoblikovanje od kontrakcije pa ni popolnoma gotova. Dokazano je namreč, da trakasta struktura v jeklu zelo škodljivo vpliva na sposobnost jekla za hladno preoblikovanje. Lahko imamo torej slabo preoblikovalnost kljub temu, da ima jeklo zadovoljivo kontrakcijo1.
Med različnimi načini preiskav v praksi nudi preiskava strukture veliko pomoč pri ocenjevanju sposobnosti jekla za hladno oblikovanje2.
Pri jeklih, ki so namenjena za hladno preoblikovanje, je zelo važna oblika in razporeditev perlita. Lamelami perlit in trakasta struktura zelo poslabšata sposobnost jekla za hladno preoblikovanje.
Med deležem krogličnega perlita v jeklu in kontrakcijo obstaja medsebojna odvisnost. V primeru, ko je perlit pretežno v kroglični obliki, dobimo tudi zadovoljivo kontrakcijo.
Pri jeklih, ki so namenjena za hladno preoblikovanje moramo s pravilno normalizacijo odpraviti trakasto strukturo in s pravilno izbiro žarjenja pretvoriti večino lamelarnega perlita v kroglični perlit.
PREISKAVA VPLIVA MIKROSTRUKTURE
NA SPOSOBNOST JEKLA ZA HLADNO
PREOBLIKOVANJE
V ta namen je bilo izdelanih na elektro obločni peči 9 talin in sicer po tri taline jekla Č.1331 (1, 2, 3), tri taline jekla Č.1531 (4, 5, 6) in tri taline jekla C.4131 (7, 8, 9). Jekla so tako izbrana, da smo lahko preizkusili jekla z nizkim in srednjim ogljikom ter nizkolegirana jekla.
Kemijska sestava preizkušanih talin je podana v tabeli 1.
Ingote smo prevaljali na palice 0 30 mm in 0 18 mm ter iz teh palic izdelali vzorce za preiskavo.
Tabela 1
Talina	Vrsta			K e m	i j s k a	sestava v %			
	jekla	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu
1		0,20	0,15	0,50	0,015	0,018	0,016	0,05	0,16
2	Č.1331	0,21	0,26	0,44	0,019	0,015	0,7	0,08	0,25
3		0,17	0,13	0,44	0,016	0,023	0,10	0,04	0,15
4		0,47	0,25	0,68	0,017	0,031	0,17	0,07	0,19
5	Č.1531	0,42	0,22	0,64	0,016	0,028	0,025	0,05	0,18
6		0,43	0,23	0,64	0,019	0,029	0,19	0,04	0,20
7		0,38	0,28	0,70	0,026	0,027	1,11	0,11	0,19
8	Č.4131	0,38	0,29	0,77	0,016	0,024	1,18	0,15	0,20
9		0,40	0,27	0,76	0,022	0,016	1,01	0,07	0,24
a) talina 1 X 100	a) talina 4 X 100	a) talina 7 X 100
c) talina 3 X 100	c) talina 6 X 100	c) talina 9 X 100
Slika 1	Slika 2	Slika 3
Trakasta struktura v jeklu č.1331	Trakasta struktura v jeklu č.1531	Trakasta struktura v jeklu C.4131
Pri metalografskem pregledu palic v valjanem stanju smo ugotovili pri vseh talinah trakasto strukturo. Ta je bila izražena v najmilejši obliki pri jeklih č.1331, zelo močno pa pri jeklih C.4131. Primeri trakaste strukture so podani na slikah 1—3. Pri metalografskem pregledu teh palic smo tudi ugotovili, da je v vseh talinah perlit pretežno v lamelami obliki.
Vzorce, izrezane iz palic jekla Č.1531 (talina 4 in 6), smo žarili v temperaturnem območju 630 do 850° C, da bi ugotovili, pri katerih temperaturah dobimo največ krogličnega perlita. Žarili smo 3 ure na temperaturi, nato ohladili v peči do 500° C in nato nadalje na zraku. Največ krogličnega perlita smo dobili pri temperaturah žarjenja 680 in 700° C. Vsebnost krogličnega perlita je bila pri vzorcih, žarjenih na 680 in 700° C, ca. 50 %. Kot vidimo, to žarjenje ni dalo željenega učinka.
Iz vseh vzorcev, ki so bili žar j eni v območju temperatur 630—850° C, smo izdelali krčilne probe, ki smo jih nato krčili v hladnem stanju. Preizkus krčenja (na 1/3 višine) je izdržalo samo 39 % prob in še to večinoma tiste, ki so bile žarjene pri temperaturah 680 in 700° C.
Da bi ugotovili vpliv trakaste strukture na sposobnost jekla za hladno preoblikovanje smo primerjali med seboj rezultate krčenja vzorcev, ki so bili samo žarjeni, in vzorcev, ki so bili pred žarje-njem še normalizirani.
Primerjava strukture vzorcev, ki so samo žarjeni, in tistih, ki so bili pred žarjenjem normalizi-
rani, nam kaže koristen vpliv normalizacije na odpravo trakaste strukture, posebno pri jeklih C.1331 in C.1531.
Primerjava deleža krogličnega perlita, trakaste strukture in krčenja je podana v tabeli 2.
Iz tabele 2 vidimo, da so krčilne probe dobre v primeru, ko odpravimo trakasto strukturo in ko dobimo perlit pretežno v kroglični obliki.
Metalografski pregledi so pokazali, da je temperatura normalizacije prenizka in čas držanja na tej temperaturi nekoliko prekratek. To velja tudi za temperaturo in čas žarjenja.
Vzorce smo normalizirali pri različnih temperaturah in različnih časih, da bi odpravili trakasto strukturo. V tabeli 3 so podani rezultati te preiskave.
Kot je razvidno iz tabele 3, smo trakasto strukturo popolnoma odpravili pri jeklih C.1331 in č.1531, medtem ko je pri jeklu Č.4131 ostala samo še rahlo izražena trakasta struktura.
Vzorce jekla č.1331 normalizirane (900° C — 4 ure — zrak) in vzorce jekel Č.1531 in č.4131 normalizirane (870° C — 5 ur — zrak) smo žarili v območju temperatur 600 — 760° C. Vzorci so bili 5 ur na temperaturi žarjenja in nato ohlajani v peči.
Preizkusili smo tudi vpliv hitrosti ohlajevanja s temperature normalizacije na ta način, da smo vzorce jekel Č.1531 in č.4131 s temperature 870° C (5 ur) ohladili v vodi. Tako ohlajene vzorce smo tudi žarili z ostalimi vzorci v območju temperatur 600 — 760° C.
Tabela 2
Talina Vrsta jekla Toplotna obdelava	Trakasta struktura	Oblika perlita
1	Ostanki trakavosti	Pretežno kroglični	Slabe
2	žarjenje 680° C (4 ure) Ostanki trakavosti	Pretežno kroglični	Slabe
3	Ostanki trakavosti	Pretežno kroglični	Slabe - Č.1331	---
1	Ni trakavosti	Pretežno kroglični	Dobre
2	Normalizacija 880° C (3 ure) M trakavosti	Pretežno kroglični	Dobre
3	Žarjenje 680° C (4 ure) Ni trakavost;i	Pretežno kroglični	Dobre
4	Trakasta struktura	Pretežno lamelami	Slabe
5	Žarjenje 680° C (4 ure)	Trakasta struktura	Pretežno lamelami	Slabe
6	Trakasta struktura	Pretežno lamelami	Slabe - Č.1531--
4	.. . ,	Rahla trakavost	Pretežno lamelami	Slabe
5	Normalizacija 865° C (3 ure)	Rahia trakavost	Pretežno lamelami	Slabe
6	Žarjenje 680° C (4 ure)	RaMa trakavost	Pretežno lamelami	Slabe
7
8 9
- — Č.4131
7
8 9
Žarjenje 680° C (4 ure)
Trakasta struktura Trakasta struktura Trakasta struktura
Lamelami -f kroglični Slabe Lamelami + kroglični Slabe Lamelami + kroglični Slabe
Normalizacija 865° C (3 ure) žarjenje 680° C (4 ure)
Trakasta struktura Trakasta struktura Trakasta struktura
Lamelami + kroglični Slabe Lamelami + kroglični Slabe Lamelami + kroglični Slabe
Tab.ela 3
Vrsta jekla	Normalizacija Temperatura ogrevanja ogrevanja „re		Trakasta struktura
C.1331	900	4 6	Ni trakavosti Ni trakavosti
	870	5	Ni trakavosti
C.1531	880	4	Ni trakavosti
	880	6	Ni trakavosti
	870	5	Rahla trakavost
C.4131	870	7	Zelo rahla trakavost
	880	4	Zelo rahla trakavost
	880	6	Zelo rahla trakavost
Najbolj ugodno razporeditev krogličnega perli-ta smo dobili v območju temperatur 680 — 720° C, kjer je pretežni del perlita v kroglični obliki. Največji del krogličnega perlita smo dobili pri vzorcih, ki so bili ohlajeni v vodi. Nekatere strukture, ki smo jih dobili v območju temperatur žarjenja 680 —720° C so podane na slikah 4 —8 za jeklo C.1531 in na slikah 9 — 10 za jeklo Č.4131.
Slika 4 850-krat, C.1531
Normalizacija 870° C (5 ur) — zrak Žarjenje 680° C (5 ur)
Na diagramu slike 11 je podana odvisnost deleža krogličnega perlita od temperature žarjenja pri različno toplotno obdelanih vzorcih (za C.1531). Primerjali smo vzorce, ki pred žarjenjem niso bili toplotno obdelani, z vzorci, ki so bili normalizirani na zraku in vzorci, ki so bili ohlajeni v vodi. Iz diagrama (slika 11) vidimo, da je pri vzorcih, ki so bili ohlajeni v vodi skoraj ves perlit v kroglični obliki.
Na diagramu slike 12 je prikazan vpliv temperature žarjenja ter toplotne obdelave pred žarje-
Slika 5 850-krat, C.1531
Normalizacija 870° C (5 ur) — zrak Žarjenje 700° C (5 ur)
Slika 6 850-krat, C.1531
Normalizacija 870° C (5 ur) — zrak Žarjenje 710° C (5 ur)
Slika 7 850-krat, C.1531
Normalizacija 870° C (5 ur) — zrak Žarjenje 720° C (5 ur)
Slika 8 850-krat, C.1531
Kaljenje 870° C (5 ur) — voda Visoko popuščanje 720" C (5 ur)
njem in s tem posredno vpliv deleža krogličnega perlita na kontrakcijo pri jeklu C.1531. Tudi kon-trakcije so največje pri vzorcih, ki so bili s temperature normalizacije ohlajeni v vodi. Iz diagrama (slika 12) tudi vidimo, da v območju temperatur žarjenja 680 — 720° C, v katerem dobimo največji delež krogličnega perlita, ni bistvene razlike med kontrakcijami vzorcev, ki so bili samo žarjeni in tistimi, ki so bili pred žarjenjem še normalizirani. Vidimo torej, da trakasta struktura ne kaže bistvenega vpliva na kontrakcijo. Isto smo opazili tudi pri jeklu C.4131, kjer so bile kontrakcije samo žarjenih vzorcev višje od tistih, ki smo jih dosegli pri vzorcih, ki so bili normalizirani in žarjeni.
Primerjava rezultatov krčenja in struktur, dobljenih pri temperaturah žarjenja 680°C in 700° C, je podana v tabeli 4.
Slika 9 850-krat, C.4131
Normalizacija 870° C (5 ur) — zrak Žarjenje 700° C (5 ur)
Slika 10 850-krat, C.4131
Kaljenje 870° C (5 ur) — voda Visoko popuščanje 680° C
Kot vidimo iz tabele 4, so bile krčilne probe vse dobre (slika 13), razen pri talini 6, kjer je bilo pri krčenju nekaj vzorcev slabih, vendar ne zaradi strukture, ampak zaradi napak na površini, nastalih pri valjanju (zavaljanje). Primer teh krčilnih prob je podan na sliki 14. Krčilne probe, izdelane iz vzorcev, ki so bili s temperature normalizacije ohlajeni v vodi in nato žarjeni, so bile dobre pri jeklu C.1531, medtem ko so pri jeklu C.4131 nekatere popokale in to v glavnem zaradi površinskih napak, ki so se pri ohlajevanju v vodi zaradi napetosti še povečale.
Primerjava rezultatov preizkusa krčenja v hladnem stanju in strukture kaže, da je sposobnost jekla za hladno preoblikovanje precej odvisna od strukture jekla in seveda tudi od površine valjanih palic.
600 640 680 720 760 Temperatura žarjenja v °C
Slika 11
Vpliv temperature žarjenja na delež krogličnega perlita v jeklu C.1531
45-1-1-1-
600 640 680 720 760 Temperatura larjenja v °c Slika 12
Vpliv različne toplotne obdelave na kontrakcljo pri jeklu C.1531
pred zarjenjem_
o stanje normalizacija 870°C (5^) zrak ----870 °C ( 5h) voda
• valjano stanje _^__
---normalizacija 870°C (5h)zra
----870 °C (5h) voda_
Tabela 4
Talina	Trakasta struktura
1	ni
2	ni
3	ni
4	ni
5	ni
6	ni
7	Zelo rahla trakavost
8	Zelo rahla trakavost
9	Zelo rahla trakavost
Oblika perlita	Krčilne probe
Pretežno kroglični	Dobre
Pretežno kroglični	Dobre
Pretežno kroglični	Dobre
Pretežno kroglični	Dobre
Pretežno kroglični	Dobre
Pretežno kroglični	Slabe
Pretežno kroglični	Dobre
Pretežno kroglični	Dobre
Pretežno kroglični	Dobre
dobre
Slika 14
Porušitev krčilnih prob zaradi napak na površini
ZAKLJUČEK
Preiskava kaže, da ima struktura jekla velik vpliv na sposobnost jekla za hladno preoblikovanje. Jeklo, pri katerem s pravilnim režimom toplotne obdelave odpravimo trakasto strukturo in dobimo perlit pretežno v kroglični obliki, ne povzroča težav pri hladnem preoblikovanju, seveda v kolikor je površina vzorcev brez napak.
Ugodno strukturo dosežemo s pravilno toplotno obdelavo, ki obsega normalizacijo, s katero odpravimo trakasto strukturo in žarjenje, s katerim dosežemo ugodno količino in razporeditev krogličnega perlita.
Pri normalizaciji je potrebno, da so vzorci dovolj dolgo na temperaturi, ker je normalizacija le v tem primeru učinkovita.
Najbolj ugodno razporeditev krogličnega perlita smo dosegli v območju temperatur žarjenja 680 do
720° C s pripombo, da je nad temperaturo 720° C perlit zopet pretežno v lamelami obliki.
Kontrakcija je visoka tudi v primeru, ko je v jeklu prisotna trakasta struktura. Zato kontrakcija ne more biti popolnoma objektivni, predvsem pa ne edini kriterij za ocenjevanje sposobnosti jekla za hladno preoblikovanje.
Literatura
1.	Peltzer O., Stahl und Eisen 1944, str. 442/45
2.	Billigmann J., Untersuchungen iiber die Kennzeichnung des Formanderungsvermogens von Kaltstauchstahlen, Stahl und Eisen 16 1951, str. 826
3.	Billigmann J., Draht 1 1950, str. 29/34
4.	Diergarten H., Gefiigerichtreihen im Dienste der Werk-stoffpriifung, Berlin 1940
ZUSAMMENFASSUNG
Bei den Stahlen vvelche ftir die Kaltverformung be-stimmt sind tretten vielmals grosse Schwierigkeiten auf.
Die Kaltverformung der Stahle vvird von verschiede-nen Faktoren beeinflusst. Wir versuchten bei diesen Untersuchungen den Einfluss von einem dieser Faktoren des Gefiiges, festzustellen.
Das Bericht behandelt den Einfluss des Zeilensgefuges und des Anteils an kugelformigen Perlit auf die Fahigkeit der Stahle, fiir die Kaltverformung. Die Untersuchungen zeigten, dass der Einfluss des Zeilengefiiges und der Anteil des Kugeligensperlits auf die Kaltverformbarkeit ganz gross ist. Der Stahl wird kaltverformbar, vvenn das Zeilen-gefiige abgeschaft ist und vvenn der Perlit iiberwiegend in
kugelliger Form auftritt. Wenn auch der Perlit ubervvie-gend in eine kugelige Form iibergeht, das Zeilengefuge aber noch bestehen bleibt, so ist der Stahl noch nicht kaltverformbar. Das Zeilengefuge und der Anteil an kuge-ligen Perlit sind eng miteinander verbunden und gemein-sam beeinflussen die Kaltverformbarkeit.
Die Einschniirrung ist stark abhangig von dem Anteil des kugeligen Perlits im Stahl.
Das Zeilengefuge zeigt keinen wesentlichen Einfluss auf die Einschniirung. Die Einschniirung ist demnach kein objektives Kriterium fiir die Beurteilung der Kaltverformbarkeit eines Stahles.
SUMMARY
Great troubles often appear with steels for cold vvork-ing. Many factors influence steel cold workability. In our investigations influence of one of those factors — of the structure was analyzed. The paper deals with the influence of banded structure and of spherical pearlite portion on the steel cold workability. Investigations show that banded structure and spherical pearlite portion have great influence on the steel cold workability. Steel is coldly vvorkable vvhen banded structure is eliminated and when majority of pearlite is in spherical form, at the same time. When majority of pearlite is already in spherical
form, but banded structure is stili present, the steel cold workability is stili bad. The banded structure and spherical pearlite content are closely related and they influence in common the steel cold workability.
Reduction depends upon the spherical pearlite portion in steel, banded structure does not show any essential influence on reduction.
Reduction, therefore, is not completely impartial criterion for estimation of the steel cold workability.
3AKAKREHHE
npn CTaAH Ha3HaqeHoii aah xoaoahoh Ae<i>opMauHH noHBAHioTbcsi nacTO 6oAbinLia 3aTpyAHeHtu. Ha cnococnoctb jcoaoahoh Ae<i>opMa-UHH HMeeT BAHHHHe UCAbIH HH3 <j>aKTOB. IJeAb OlIHCaHOra HCCAeAO-BaiiHH GhiAa onpeAeAHTb baiiahiic oAHoro H3 4>aKTOB t. e. cTpyKTypbi. Il03T0My paCCMOTpeHO bahhhiie nOAOCOBOii CTpyKTypbI H npHCyTCTBHC uiapoBHAHora nepAHTa Ha cn0C06H0CTb xoaoahoh Ae^op.MamiH. CTaAb cnocočHa aas xoaoahoh ae^opMauHH AHuib lorAa, KorAa OTCTpaHeHa noAocosaa crpyKTypa h oahobpemehho noAy<ieH nepAHT npeHMyme-ctbchho b mapoBHAHoft <j>opMe. Ecah ace VA^dca noAyHHTb toabko
mapoBHAHbiii nepAHT a CTaAb Bce eme coAepjKHT noAocoByio CTpyKTy-py, to 3ta ctaab He roahtbca aa» xoaoahoh Ae<{iopMauHH.
CAeAyeT, m noAocoBaa CTpyKTypa h mapoBHAHbiii nepAHT mokav cogoh b y3K0M OTHOUieHHH H COBMeCTHO BAHIIOT Ha cnocoO-HOCTb xoaoahoh ae^opMaijHH. Ot coAepacaHHa mapoBHAHora nepAHTa 3aBHCHT KOHTpaKUHa; noAocoBaa ace CTpyKTypa He noKa3biBaeT cymecTBeHHora bahhhh3, Ha KOHTpaKHHio.
CAeAYeT, MTO KOHTPcIKUHU He AOCTaTOIHO oCbeKTHBHblH KptiTepuH
3a oueHKy cnocoCHOcni xoaoahoh AecjjopMaHHH CTaAH.