UDK 669-147:620.18 ISSN 1580-2949 Strokovni članek MTAEC9, 37(3-4)177(2003) B. ARH, F. TEHOVNIK: MAKROIZCEJANJE ULITIH GREDIC MAKROIZCEJANJE ULITIH GREDIC MACROSEGREGATIONS IN AS-CAST BILLETS Boštjan Arh, Franc Tehovnik Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Lepi pot 11, Ljubljana, Slovenija bostjan.arhŽimt.si Prejem rokopisa - received: 2003-06-03; sprejem za objavo - accepted for publication: 2003-03-05 Nehomogenost je značilnazakontinuirno lito jeklo in je posledicavelikegatemperaturnegagradientaob mejni ploskvi likvidus–solidus v vodno hlajeni kokili. Strjevalno strukturo sestavlja veliko področje stebričastih zrn, ki zajema od 50 do 90 % prečnega prereza ulitka, ostanek je področje enakoosnih zrn (globulitov). Stebričasta zrna so povezana z napakami ulitkov, kot so sredinsko krčenje (nastanek lunkerjev), makroizcejanje (pozitivno in negativno), notranje razpoke (trakaste izceje). Z uporabo elektromagnetnega mešanja (EMM) pri kontinuirnem ulivanju taline lahko izboljšamo kvaliteto ulitka z izboljšanjem homogenosti notranje makrostrukture, zmanjšanjem notranjih razpok, poroznosti in izcejanja ter tako dosežemo enakomernejšo kemijsko sestavo litega jekla. Predstavljeni so rezultati o vplivu mešanja taline tik pod kokilo na makroizcejanje kontinuirno ulitih gredic s kvadratnim prerezom 180 mm × 180 mm, ulitih v železarni Inexa, Štore. Ključne besede: kontinuirno litje, elektromagnetno mešanje, lite gredice, prečno/osno makroizcejanje Inhomogenity is for continuous cast steel a consequence of the high temperature gradient at the liquid-solid interface in contact to the water-cooled mould. The as-cast microstructure consists of a wide region of columnar grains covering 50 to 90 % of the billet cross section and a region of equiaxed globular grains. In the region of columnar grains defect like porosity, macrosegregations and internal cracks are located. Electomagnetic stirring (EMS) of the melt during the solidification improves the quality of the as-cast billets, increases the homogenity of the macrostructure, decreases the formation of internal cracks, the porosity and the segregations. The effect of EMS on 180 × 180 mm continuous cast billets in steelwork Inexa Štore, are presented. Key words: continuous casting, electromagnetic stirring, as-cast billets, cross and longitudinal macrosegregations 1 UVOD Izceje so posledicazmanjšanjatopnosti nafronti strjevanja in nastanejo zaradi gibanja obogatene taline zunaj fronte strjevanja zaradi: – konvekcijskih sil, ki so posledica razlike v sestavi in temperaturi taline, – gibanjatekočegajeklapri ulivanju v kokilo in – gravitacijskih sil v tekočem jeklu. Pri močni stebričasti rasti fronta strjevanja potiska talino pred seboj. Zato nastanejo osne makroizceje. Pri rasti velikegasredinskegaglobulitnegapodročjaz bolj enakomerno porazdeljenimi mikroizcejami so osne makroizceje manj intenzivne1. Usmerjena rast in ampli-tudaizcej statoliko večja, kolikor je večji interval strjevanja jekla razlika med temperaturo taline in trdnega jekla(?T med L in S). Natainterval vplivajo poleg vsebnosti ogljikaše legirni elementi. Vsi elementi vplivajo tudi napremenske točke jeklatako, dazožujejo področje avstenita (npr. alfageni elementi: Cr, Si, P, Al, Mo, W, V) ali tudi razširjajo to področje (npr. gamageni elementi: Mn, Ni, Co, N). Interval ?T med L in S je pri nizkolegiranih jeklih največji in pri vsebnostih ogljika od 0,5 % do 1,2 % C presega120 K 2. Mori s sodelavci je ugotovil3, dase širinapodročja stebričastih zrn in sredinske izceje povečuje v zaporedju 0,3 % C, 0,1 % C, 0,6 % C v jeklu pri enakih razmerah kontinuirnega ulivanja. Velikost globulitov v sredini gredice je manjša pri maloogljičnem jeklu kot pri visokoogljičnem, čeprav obe jekli kažeta razširjeno področje rasti stebričastih zrn. To je razložil z ožjim območjem strjevanja pri maloogljičnem jeklu, kjer je na razpolago krajši čas za rast enakoosnih zrn. Kljub temu pa so izceje ogljika, mangana, fosforja in žvepla pri maloogljičnem jeklu (0,1 %-0,2 % C) večje v primerjavi s srednje- ogljičnim jeklom (0,3 %-0,6 % C). To razlaga z drugačnim zaporedjem strjevanja, ki je tekoče -> S -> y zamaloogljično jeklo in tekoče -> y zavisokoogljično jeklo. Povečane makroizceje so posledica manjše topnosti mangana in ogljika v feritu v primerjavi z avstenitom, zato ostaja talina bogatejša s temi elementi. V maloogrjičnih jeklih z višjo vsebnostjo aluminija ter v srednje- in visokoogljičnih jeklih navadno srečujemo izceje tipaV. Visokoogljičnajeklaz več kot 1 % C, legirana z majhnimi količinami kroma, niklja, volframa, kažejo izrazite osne izceje. Pri nerjavnih jeklih izcejajo poleg ogljika, mangana, žvepla, fosforja še nikelj, titan in molibden4. Slika 1 prikazuje razmerje izcej za žveplo, mangan in fosfor v odvisnosti od vsebnosti ogljika v jeklu. Čeprav je velik raztros v analizah, pa velja za vsak element očitno neko določeno razmerje izcejanja5. Elektromagnetno mešanje taline v kokili (M-EMM) ali pod njo in v sekundarni coni strjevanja (S-EMM) znatno poveča področje sredinskih enakoosnih zrn in zmanjša makroizcejanje. MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 37 (2003) 3-4 177 B. ARH, F. TEHOVNIK: MAKROIZCEJANJE ULITIH GREDIC Namesto razpok in lunkerjev v osi nemešane gredice nastane pri mešani gredici razpršena sredinska poroznost, periodično osno locirane V- izceje pa se pri mešani gredici združijo v sredinski pas V izcej. Z globulitnim strjevanjem sredine žile ne odpravimo popolnoma sredinskega izcejanja. Z elektromagnetnim mešanjem taline jekla v območju končnega strjevanja tekočegakorena(F-EMM) lahko zagotovimo tudi minimalne pasove V-izcej6. Izboljšanje kakovosti ulitka se torej lahko doseže z mešanjem taline na več mestih vzdolž žile kontinuirne naprave, skladno z vrsto jekla in želeno kakovostjo ulitka. Iz slike 2 je razvidno, da se pri srednjeogljičnih jeklih povprečnastopnjaizcejanjain standardn deviacija zmanjšata pri uporabi M-EMM, še veliko bolj pase stopnjaizcejanjazmanjšapri kombinaciji mešanja z M+F EMM ali M+S+F EMM. Pri visokoogljičnih jeklih (slika 2) se standardna deviacija sredinskih izcej zmanjša pri mešanju taline v kokili (M), medtem ko se povprečnastopnjaizcejanjane zmanjša. Pri M+F EMM ali M+S+F EMM so sredinske izceje manjše, torej so manjše stopnje izcejanja in manjši odmiki izcejanja od povprečja7. Pri krožno-ločnih kontinuirnih livnih napravah prihaja do usedanja zrn globulitov v žili na zunanjo stran loka naprave. Tako pride do strjevanja, kjer je področje globulitnih zrn v žili premaknjeno k zunanjemu radiju loka kontinuirne naprave, od notranjega loka naprave proti sredini žile paje makrostrukturastrjevanj stebričasta. Lahko se zgodi, da področje končnega strjevanjaoziromageometrijskasredinaodlitkanima globulitne makrostrukture, še vedno pa se lahko pojavi linijsko izcejanje. Temperature pregretja morajo biti nizke, dadosežemo zelo široko globulitno strjevalno strukturo, ki morabiti razširjenapreko geometrijske sredine. Z elektromagnetnim mešanjem taline jekla (EMM) v območju sekundarnega hlajenja žile pri krožno-ločnih kontinuirnih napravah ustvarimo dodatno možnost za omejitev sredinskih izcej v gredicah. Vpliv uporabe EMM na sredinsko izcejanje lahko prikažemo s primerom ulite gredice iz visokoogljičnega jekla (0,73 % C) z oceno izcejanja ogljika, mangana, žveplain fosforjazanemešano in mešano gredico (slika 3). Vzdolž osi mešane gredice je povprečna stopnja izcejanja manjša. Standardni odmik od srednje vrednosti izcejanjaje zavse elemente bistveno nižji8. Cilj te raziskave je bil preveriti učinek elektromagnetnega mešanja taline tik pod kokilo na makroizceje v kontinuirno ulitih gredicah iz različnih konstrukcijskih jekel in jekel zatoplotno obdelavo. 2 EKSPERIMENTALNO DELO Vpliv elektromagnetnega mešanja smo preiskovali v gredicah prerezom 180 mm × 180 mm iz trožilne naprave za kontinuirno litje v železarni Inexa, Štore. 178 Slika 1: Razmerje med izcejanjem C in izcejanjem Mn, P ter S5 (C/Co = vsebnost v osi strjevanja / vsebnost C v jeklu; Mn/Mno = vsebnost Mn v osi strjevanja / vsebnost Mn v jeklu; S/So = vsebnost S v osi strjevanja / vsebnost S v jeklu; P/Po = vsebnost P v osi strjevanja / vsebnost P v jeklu) Figure 1: Relation between the segregation of C and the segregation of Mn, P and S5 (C/Co = composition of C along the central axis / composition of C in steel; Mn/Mno = composition of Mn along the central axis / composition of Mn in steel; S/So = composition of S along the central axis / composition of S in steel; P/Po = composition of P along the central axis / composition of P in steel) Kemijske analize izdelanih talin in parametri ulivanja so v tabelah 1 in 2. Pri ulivanju se je uporabljal zaprt sistem. Elektromagnetni mešalniki so vgrajeni tik pod Slika 2: Učinek elektromagnetnega mešanja na zmanjšanje sredinskih izcej kontinuirno ulitih gredic7 Figure 2: Influence of electromagnetic stirring on central segregation in the as-cast billets7 MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 37 (2003) 3-4 B. ARH, F. TEHOVNIK: MAKROIZCEJANJE ULITIH GREDIC Tabela 1: Kemijske analize izdelanih talin Table 1: Chemical composition of the melts Jeklo %C % Si %Mn %P % S %Cr %Ni %Mo % Al 16MnCr5 0,17 0,24 1,18 0,016 0,024 0,92 0,10 0,03 0,028 ST52-3/1 0,20 0,38 1,51 0,009 0,011 0,11 0,12 0,004 0,026 ST52-3/2 0,18 0,39 1,27 0,008 0,009 0,09 0,11 0,03 0,041 31CrV4 0,37 0,22 0,65 0,029 0,006 0,67 0,12 0,03 0,027 CK45 0,46 0,30 0,66 0,010 0,008 0,10 0,08 0,02 0,032 50CrV4 0,48 0,27 1,13 0,025 0,005 1,14 0,16 0,04 0,026 CK60 0,58 0,27 0,64 0,013 0,009 0,17 0,13 0,02 0,023 280 560 84) 0 280 560 Razdalja vzdolž osi ulitka (mm) Slika 3: Potek vzdolžnih osnih izcej nemešane in mešane gredice8 Figure 3: Longitudinal segregations in stirred and in a non-stirred billets8 kokilo kontinuirne naprave in povzročajo horizontalno vrtenje taline okrog osi žile. Induktivni elektromagnetni mešalniki so štiripolni, dvofaznega tipa in delujejo z omrežno frekvenco. Preiskave smo izvršili na prečnih prerezih nemešanih in mešanih gredic, kjer smo s kemijsko analizo na kvantometru ugotavljali koncentracije ogljika, silicija, mangana, fosforja, žvepla, kroma in vanadija po prerezu gredice od notranjega radija proti zunanjemu. Nekaj analiz ogljika in žvepla smo za primerjavo naredili tudi po klasični kemijski analizi. Na sliki 4 je prikazan prečni prerez gredice, mesta meritve koncentracije elementov vzdolž prečnega prerezagredice in položaj zgornjegain spodnjegadela odrezanegaprerezagredice v žili kontinuirne livne naprave. Mesto zgornjegarobaprečnegaprerezagredice (Zg) je notranji radij (r) ločne livne naprave. Zunanji radij (R) ločne kontinuirne livne naprave pa je mesto spodnjegaprečnegaprerezagredice. 3 REZULTATI Preiskovali smo izcejanje gredic ulitih brez in z uporabo elektromagnetnega mešanja taline tik pod kokilo. Izcejanje posameznih elementov smo izrazili s stopnjo izcejanja, to je z razmerjem med vsebnostjo elementanarazličnih mestih po prečnem prerezu gredice in končno sestavo taline jekla. Pri vrednosti koeficienta izcejanja 1 ni izcejanja. Pri vrednostih koeficientov izce-janja pod 1 ali nad 1 govorimo o negativnem oziroma pozitivnem izcejanju. Zniževanje vrednosti koeficienta Slika 4: Mestadoločitve koncentracije elementov naprerezu presekagredice. Položaj glede naradij žile (gredice) Figure 4: Positions of the analysis points on the billet cross section with reference to the strand MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 37 (2003) 3-4 179 B. ARH, F. TEHOVNIK: MAKROIZCEJANJE ULITIH GREDIC Tabela 2: Stopnje izcejanjaC, Mn, P in S naprečnem prerezu gredice Table 2: Segregations index of C, Mn, P and S on the billet cross section Jeklo ST52-3 ST52-3 CK45 CK60 Talina 28364/1 /2 28365/1 /2 28366/1 /2 28374/1 /2 C/Co p 0,98 1,00 1,06 1,02 1,03 1,02 1,03 1,03 st. dev. 0,03 0,05 0,03 0,09 0,01 0,05 0,01 0,05 Mn/Mno p 1,00 0,99 1,00 0,99 0,99 0,99 0,99 0,98 st. dev. 0,00 0,01 0,00 0,02 0,00 0,01 0,02 0,02 P/Pop 0,92 0,93 1,04 1,0 1,0 0,95 0,85 0,85 st. dev. 0,07 0,09 0,06 0,09 0,07 0,12 0,13 0,09 S/So p 0,85 0,87 1,0 0,93 0,96 0,84 0,95 0,93 st. dev. 0,09 0,08 0,12 0,17 0,12 0,1 0,17 0,22 1 - nemešano, 2 - mešano, C/Co p - povprečni delež izcejanja C (Mn, P in S), st. dev. - standardna deviacija Tabela 3: Stopnje izcejanjaC, Mn, P, S, Cr in V naprečnem prerezu gredice Table 3: Segregation index of C, Mn, P, S, Cr and V on the billet cross section Jeklo 50CrV4 31CrV3 16MnCr5 Talina 29503/1 /2 29504/1 /2 29168/1 /2 C/Cop 1,07 1,06 0,94 0,98 1,00 1,02 st. dev. 0,06 0,03 0,05 0,04 0,10 0,08 Mn/Mno p 1,04 1,02 0,97 0,97 1,05 1,04 st. dev. 0,03 0,01 0,01 0,02 0,01 0,02 P/Pop 0,89 0,81 0,89 0,89 0,95 0,95 st. dev. 0,15 0,06 0,05 0,08 0,07 0,10 S/So p 1,24 1,15 0,85 0,94 1,08 1,1 st. dev. 0,24 0,16 0,09 0,06 0,16 0,09 Cr/Cro p 1,03 1,02 1,03 1,03 1,06 1,06 st. dev. 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 V/Vop 0,84 0,84 0,76 0,76 - - st. dev. 0,02 0,05 0,01 0,02 - - 1 - nemešano, 2 - mešano, C/Co p - povprečni delež izcejanja C (Mn, P, S, Cr in V), st. dev. - standardna deviacija Tabela 4: Stopnje izcejanja C, Mn, P, S, Cr in V v osi strjevanja gredice Table 4: Segregation index of C, Mn, P, S, Cr and V along the longitudinal axis of a billet Jeklo Talina C/Co Mn/ Mno P/Po S/So Cr/ Cro V/Vo ST52-3 28364/1 /2 0,95 0,93 0,99 0,99 0,89 1,00 0,90 0,90 0,98 0,99 - ST52-3 28365/1 /2 1,03 1,00 1,00 0,98 1,12 1,00 1,22 0,89 1,00 0,97 - CK45 28366/1 /2 1,03 1,01 0,99 1,00 0,9 1,1 0,75 0,87 0,99 1,00 - CK60 28374/1 /2 1,02 1,02 0,95 0,97 0,69 0,92 0,78 0,88 0,95 0,97 - 16MnCr5 29168/1 /2 0,76 1,13 1,00 1,03 0,81 0,81 0,79 1,25 1,04 1,01 - 50CrV4 29503/1 /2 1,26 1,14 1,15 1,03 1,4 0,84 2,0 1,4 1,11 1,03 0,84 1,02 31CrV3 29504/1 /2 0,83 0,97 0,96 0,98 0,89 0,96 0,71 0,96 1,03 1,04 0,76 0,78 1 - nemešano, 2 - mešano, C/Co - povprečni delež izcejanja C (Mn, P, S, Cr in V, (C/Co = vsebnost C v osi strjevanja/ končnavsebnost C v jeklu) 180 pri pozitivnem izcejanju in zviševanje vrednosti koeficienta pri negativnem izcejanju proti vrednosti 1, pomeni v obeh primerih zmanjšanje izceje. Na to je potrebno biti pozoren pri ocenjevanju izcejanja, ki je opisano v nadaljevanju. Izcejanje ogljika, mangana, fosforja, žveplater kromain vanadijanaprečnem prerezu nemešane in mešane gredice je prikazano v tabelah 2 in 3; vrednost stopnje izcejanje v osi strje-vanjaprečnegaprerezagredic pav tabeli 4. Izcejanje ogljika po prerezu gredice z elektromagnetnim mešanjem taline se zmanjša pri talini 28364 (jeklo ST52-3) s temperaturo litja1540 °C z 0,98 na1,00 in pri talini 28365 iste vrste jekla s temperaturo litja 1553 °C, z 1,06 na1,02. Povprečno izcejanje žveplapri mešani gredici je manjše samo pri talini 28364 in se zmanjšaz 0,85 na0,87. Izcejanje fosforjapri tej šarži pa se zmanjša z 0,92 na 0,93 pri mešani gredici, pri talini 28365 paz 1,04 pri nemešani gredici na1,00 pri mešani gredici. Pri talini 28366 (CK45) se zmanjša samo povprečno izcejanje ogljika z 1,03 na 1,02 pri mešanju. Pri talini 28374 (CK60) izcejanje ogljika ostane enako tudi pri mešani gredici. Pri talini 29503 (50CrV4) se povprečno izcejanje pri mešani gredici zmanjša z 1,07 na 1,06. Izcejanje žvepla se zmanjša zaradi mešanja z 1,24 na 1.15, manganapaz 1,04 na1,02. Pri talini 29504 (31CrV3) se zmanjša izcejanje ogljika pri mešani gredici z 0,94 na0,98, izcejanje žveplapaz 0,85 na0,94. Razlik v izcejanju kroma in vanadija med nemešano in mešano gredico pri zadnjih dveh jeklih ni opaziti. Pri talini 29168 (16MnCr5) je povprečnastopnjaizcejanjaogljika po prečnem prerezu nemešane gredice 1,00, pri mešani gredici pa1,02, izcejanjažveplapri nemešani gredici je 1.16, pri mešani gredici pa 1,26. Makroizceje v osi strjevanja gredice so manjše pri mešanih gredicah. Stopnja izcejanja ogljika pri mešani gredici taline 28365 se zmanjša z 1,03 na 1,00, pri talini 28366 pa se pri negativnem izcejanju stopnja izcejanja povečaz 0,99 na1,00, in izcejanjani. Prav tako se zmanjšaizcejanje žveplas tem ko se stopnjaizcejanja povečaz 0,75 na0,87. Izcejanje ogljikav osi gredice taline 28374 je enako pri nemešani in mešani gredici. Pri talini 29503 se zmanjšastopnjaizcejanjaogljikaz 1,26 na 1,14 pri mešani gredici, stopnja izcejanja mangana z 1,15 na1,03, žveplaz 2,0 na1,4, kromaz 1,11 na1,03, vanadija pa se zmanjša z 0,84 na 1,02. Pri gredicah šarže 29504 se z elektromagnetnim mešanjem taline pri ulivnju zmanjšastopnjaizcejanjaogljikav osi strjevanja z 0,83 na 0,97, pri manganu z 0,96 na 0,98, pri fosforju z 0,89 na0,96 ter koeficient izcejanjažveplaz 0,71 na 0,96 in s tem zmanjša izcejanje. Na izcejanje kroma in vanadija mešanje ne vpliva. 4 DISKUSIJA Izcejanje je manjše, če so stopnje izcejanja bližje vrednosti 1. Rezultati v tabeli 2 večinomane kažejo MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 37 (2003) 3-4 Slika 5: StopnjaizcejanjaC naprečnem prerezu gredice, talina29168 - jeklo 16MnCr5 Figure 5: Segregation index for C on the billet cross section, cast nr. 29168 - steel 16MnCr5 Slika 6: StopnjaizcejanjaMn naprečnem prerezu gredice, talina 29168 - jeklo 16MnCr5 Figure 6: Segregation index for Mn on the billet cross section, cast nr. 29168 - steel 16MnCr5 Slika 7: StopnjaizcejanjaP po prečnem prerezu gredice, talina29168 - jeklo 16MnCr5 Figure 7: Segregation index for P on the billet cross section, cast nr. 29168 - steel 16MnCr5 MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 37 (2003) 3-4 B. ARH, F. TEHOVNIK: MAKROIZCEJANJE ULITIH GREDIC Slika 8: StopnjaizcejanjaS naprečnem prerezu gredice, talina29168 - jeklo 16MnCr5 Figure 8: Segregation index for S on the billet cross section, cast nr. 29168-steel 16MnCr5 zmanjšanja izcejanja na prerezu pri gredicah, ki so bile ulite z mešanjem taline pod kokilo. V tabeli 3 pase kaže pozitiven vpliv mešanja predvsem pri talinah 29503 in 29504 iz jekel 50CrV4 in 31CrV3, kjer so stopnje izcejanja v tabeli 3 pri mešanih talinah bližje vrednosti 1. Standardni odmik in stopnja variacije izcejanja preko prerezastamanjšapri gredicah ulitih z elektromagnetnim mešanjem taline. Vzrok, da pri nekaterih talinah ni opaziti znatnega učinka mešanja, je lahko v premajhnem številu izmerjenih mest po prerezu gredice ali napačno izbrana analizna mesta. Lahko je tudi stopnja izcejanja manjša od relativne napake pri določevanju koncentracije elementov na kvantometru, ki smo ga uporabili, ker je bilo število meritev veliko. Problem je tudi v tem, da analiza zajame relativno veliko površino (d = 7 mm), zato meritev ni dovolj selektivna, ker so lahko manjše komponente makrostrukture gredice. Zato je rezultat povprečnakoncentracijarelativno velike površine, v kateri so različne komponente makro-strukture. V osi gredice pričakujemo največje makroizcejanje in pozitiven vpliv mešanja na zmanjšanje izcej elementov, ki najbolj izcejajo: žveplo, fosfor in ogljik, kot prikazuje tabela 4. Mangan, krom in vanadij izcejajo manj. Pri gredicah ulitih z elektromagnetnim mešanjem taline tik pod kokilo je osno izcejanje manjše. Slike 5, 6, 7 in 8 prikazujejo izcejanje ogljika, mangana, fosforja, žvepla preko prereza gredice za talino 29168 (jeklo 16MnCr5). Na sliki 5, ki prikazuje izcejanje ogljika na prečnem prerezu nemešane in mešane gredice, vidimo v sredini nemešane gredice močno negativno izcejanje. Pri mešani gredici je viden 10 mm od vsake strani roba gredice pas negativnih izcej, v osi strjevanja oziroma v sredini gredice pa je pozitivno izcejanje. Negativno izcejanje ogljika v sredini nemešane gredice je znak V-izceje na mestu meritve. Negativno izcejanje ogljika okrog 10 mm od vsake strani roba mešane gredice pa je posledica 181 B. ARH, F. TEHOVNIK: MAKROIZCEJANJE ULITIH GREDIC Slika 9: StopnjaizcejanjaC naprečnem prerezu gredice, talina29503 - jeklo 50CrV4 Figure 9: Segregation index for C on the billet cross section, cast nr. 29503-steel 50CrV4 Slika 10: StopnjaizcejanjaMn naprečnem prerezu gredice, talina 29503 - jeklo 50CrV4 Figure 10: Segregation index for Mn on the billet cross section, cast nr. 29503 - steel 50CrV4 Slika 11: StopnjaizcejanjaP naprečnem prerezu gredice, talina 29503 - jeklo 50CrV4 Figure 11: Segregation index for P on the billet cross section, cast nr. 29503 - steel 50CrV4 182 Slika 12: StopnjaizcejanjaS naprečnem prerezu gredice, talina 29503 - jeklo 50CrV4 Figure 12: Segregation index for S on the billet cross section, cast nr. 29503-steel 50CrV4 nastanka belega pasu na mestu mešanja taline v območju sekundarnega hlajenja žile. To je v tem primeru tik pod kokilo, kjer imastrjenasrajčkaže debelino okrog 10 mm. Vsekakor je pozitivno izcejanje v sredini mešane gredice manjše kot sredinsko negativno izcejanje ogljika pri nemešani gredici. Potek izcejanja mangana in fosforjanaslikah 6 in 7 je podoben, le izceje fosforjaso večje. Izcejanje žvepla je prikazano na sliki 8 in je podobno izcejanju ogljika, le da je izcejanje žvepla v sredini gredice nekoliko večje. Pri mešani gredici je osno pozitivno izcejanje manjše kot negativno izcejanje v osi strjevanja nemešane gredice. Stopnja izcejanja nad nivojem vrednosti 1 ali pod njim so posledice različne vsebnosti elementapo prerezu gredice. Izcejanje ogljika, mangana, fosforja in žvepla po prečnem prerezu gredice taline jekla 29503 (50CrV4) je prikazano na slikah 9, 10, 11 in 12. Razporeditev ogljika po prerezu mešane gredice kaže enakomerno od obeh strani roba negativno izcejanje v območju belega pasu, oz. na mestu mešanja elektromagnetnega mešala. V sredini nemešane gredice je veliko pozitivno izcejanje, pri mešani gredici paje stopnjaizcejanjav sredini gredice precej manjša. Podobne razlike med izcejanjem v sredini nemešane in mešane gredice opazimo tudi pri manganu, fosforju in žveplu. Mangan in fosfor v sredini nemešane gredice pozitivno izcejata, pri gredici, uliti z elektromagnetnim mešanjem taline, pa izcejanja v sredini ni več. Žveplo najmočneje izceja v sredini nemešane gredice. Stopnjaizcejanjažveplanatem mestu je znatno manjša pri mešani gredici. Intenzivnost izce-janja se zmanjšuje od žvepla in fosforja, preko ogljika do mangana. Krom in vanadij ne kažeta izrazitega izcejanja. Kot pri talini 29168 je tudi tu opaziti podobno izcejanje C in S. Pri mešanih gredicah pride do negativnega izcejanjaelementov namestu mešanjataline. MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 37 (2003) 3-4 B. ARH, F. TEHOVNIK: MAKROIZCEJANJE ULITIH GREDIC 5 SKLEPI Analizirali smo vpliv elektromagnetnega mešanja taline na izcejanje ogljika, mangana, fosforja, žvepla, kroma in vanadija v kvadratni gredici 180 mm × 180 mm. Mešalo je bilo nameščeno tik pod kokilo. Največje makroizceje nastanejo ob koncu strjevanja taline v sredini gredice zaradi razlike v topnosti sestavnih elementov v talini in v strjenem jeklu. Stopnje izcejanjanaprečnem prerezu gredic so pokazale, da se pri gredicah ulitih z elektromagnetnim mešanjem taline, povprečno izcejanje pri večini mešanih gredic ne zmanjša. Standardni odmik izcejanja preko prereza gredice je sicer manjši pri mešanih gredicah, kar kaže na večjo homogenost v kemijski sestavi jekla na prečnem preseku gredice, vendar so dejanske razlike v sestavi znotraj intervala sestave, ki ga predpisuje standard za preiskovano jeklo. Strjevalnastrukturaje bolj homogenapri gredicah, ki so bile kontinuirno ulite z elektromagnetnim mešanjem taline. Delež globulitne sredinske cone je večji, vendar so stebričastain globulitnazrnaše vedno velika. Stebričasta zrna kljub mešanju rastejo še od mesta mešanja proti sredini gredice, dokler se talina toliko ne podhladi, da se začno tvoriti enakoosna zrna. Makroizcejanje je največje v osi strjevanja lite gredice. Mešanje taline pri kontinuirnem ulivanju zmanjša osno izcejanje. V svetlejšem pasu je izcejanje negativno. Izcejanje ogljika in žvepla je podobno, izcejanje žveplapaje največje. Pri merjenju vsebnosti elementov z kvantometrom je zaradi velikega vzbujevanega merilnega področja kvantometra težje registrirati lokalne spremembe koncentracije, ki so posledica dendritskih izcej. Intenzivnost in stopnjaizcejanjastaodvisnatudi od vsebnosti elementav jeklu. Končni sklep je, dapri kontinuirnem ulivanju gredic 180 mm × 180 mm elektromagnetno mešanje taline tik pod kokilo povečuje homogenost jekla, predvsem pa se zmanjšajo izceje v osi strjevanja gredice. 6 LITERATURA 1 L. Huang, K. Schwerdtfeger: Laborverzuche zur Entstehung der Makrosegregation beim Knüppelstangguss, Stahl und Eisen, 101 (1981), 47-51 2 R. Aberny, J. P. Birat, J.Chone: Interet metallurgique du brassage electromagnetique en coulee continue de produits longs, Revue de Metallurgie-CIT, (1982) 11, 901-916 3 H. Mori et al.: Macrostructure and segregation in continuously cast carbon steel billets, Trans. ISIJ, 12 (1972) 2, 102-111 4 J. J. Moore: Review of axial segregation in continuously cast steel, Iron and Steelmaker, 10 (1980), 11-20 5 H. Iwata et al.: Electromagnetic stirring of molten core in continuous casting of high carbon steel, Trans. ISIJ, 16 (1976) 7, 374-381 6 M. Dubke: Electromagnetisches Rühren beim Stranggiessen, Metallurgie des Stranggiessens- Giesen und Erstarren von Stahl, Stahl Eisen, Düsseldorf, 1992, 449-531 7 K. Ayata et al.: Improvement of macrosegregation in continuously cast bloom and billet by electromagnetic stirring, Trans. ISIJ, 24 (1984), 931-939 8 R. Jauch et al.: Electromagnetisches Rühren in sekundärkühlbereich von Vorblock and Knüppelstranggiessanlagen, Stahl und Eisen 104 (1984), 9, 429-434 MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 37 (2003) 3-4 183 B. ARH, F. TEHOVNIK: MAKROIZCEJANJE ULITIH GREDIC 184 MATERIALI IN TEHNOLOGIJE 37 (2003) 3-4