11 i . . . i. . UDK: 669.14.018.23 Nekateri problemi ASM/SLA: SQA_k izdelave avtomatnih jekel v električnih obločnih in Siemens-Martinovih pečeh J. Arh, T. Razinger, B. Koroušič, K. Hribar, F. Pukl 1. UVOD Železarna Jesenice je največji proizvajalec avtomatnih jekel in edini proizvajalec s svincem legiranih avtomatnih jekel v Jugoslaviji. Največji del teh jekel zavzemajo polpomirjena avtomatna jekla z visokim indeksom obdelovalnosti z dodatkom svinca ali brez njega. Osnovno jeklo ima sestavo: 0,1 % C, 1,0 % Mn in 0,30 % S. Znano je, da je obdelovalnost odvisna od kemične sestave jekla in od vrste, količine, porazdelitve in oblike nekovinskih vključkov. Najbolj ugodna za dobro obdelovalnost je globulitična oblika sulfidnih in oksisulfidnih vključkov. Na mehanizem tvorbe oksisulfidnih vključkov vpliva cela vrsta parametrov, med katerimi je vsebnost kisika najpomembnejša. Regulacija vsebnosti kisika je zato najbolj pomembna faza proizvodnje avtomatnega jekla. Pri regulaciji vsebnosti kisika v jeklu so nam lahko v veliko pomoč najnovejše metode direktnega določanja kisika v tekočem jeklu s kisikovo sondo. Pomembna faza proizvodnje avtomatnih jekel je kontrola obdelovalnosti in kontrola oblike sulfidnih nekovinskih vključkov. Polpomirjena avtomatna jekla, ki jih obravnava ta članek, izdelujemo v električnih obločnih kakor tudi Siemens-Martinovih pečeh. 2. IZDELAVA POLPOMIRJENIH AVTOMATNIH JEKEL V ELEKTRIČNIH OBLOČNIH PEČEH Električne obločne peči so zelo dober talilni agregat za proizvodnjo avtomatnih jekel, saj je v njih možna izdelava najboljših avtomatnih jekel po hitrem in enostavnem tehnološkem postopku. Shemo postopka izdelave kaže slika 1. 2.1 Glavni problemi izdelave jekla 2.1.1 Regulacija vsebnosti kisika v jeklu Osnovni problem izdelave polpomirjenih avtomatnih jekel je, kako regulirati vsebnost kisika v izdelanem jeklu v takih mejah, da bo obdeloval- 4 Predavanje na posvetovanju jeklarjev držav SEV ob stoti obletnici obratovanja konverterjev v železarni VEB MAXHOTTE Untervvellenborn v NDR 5. in 6. 4. 1979 nost izdelanega jekla dobra, oziroma da bo indeks sulfidnih vključkov v izdelanem jeklu čim višji. Vsebnost kisika v izdelanem jeklu je odvisna: 1. od vsebnosti kisika po oksidaciji, oz. pred prehodom 2. od načina preddezoksidacije jekla 3. od reakcij jekla s kisikom iz zraka, ko jeklo teče iz peči v ponev, in pri vlivanju. Regulacija vsebnosti kisika v izdelanem jeklu ni niti malo enostavna, če vsebnosti kisika ne moremo izmeriti in ker na reakcije jekla s kisikom iz zraka med izlitjem jekla iz peči v ponev nimamo zadostnega vpliva. Obseg te reakcije je močno odvisen od oblike curka in trajanja preboda. Pogoji oksidacije curka jekla pri vlivanju so v glavnem konstantni. Le pri jeklih, legiranih s svincem, je curek jekla izpostavljen močnejši oksidaciji, ker pač svinec dodajamo s pomočjo zraka. Ugotavljamo, da ima največji vpliv na morfologijo vključkov v izdelanem jeklu vsebnost kisika v jeklu po oksidaciji, oziroma posredno vsebnost ogljika v tej fazi izdelave jekla. Stroga kontrola vsebnosti ogljika po oksidaciji je za enakomerno in stabilno kvaliteto polpomirjenih avtomatnih jekel nujno potrebna.1 Praksa kaže, da je najbolj ugodna vsebnost ogljika od 0,05—0,07 % C. Nižja vsebnost ogljika lahko povzroči napake zaradi preoksidacije jekla. Izkoristek pri čiščenju gredic je potem slabši. Shema izdelave avtomatnega jekla C 3990 Slika 1 Shema postopka izdelave jekla v električni obločni peči Fig. 1 Flowsheet for steel production in electric are furnace 2.2 Vsebnost kisika v jeklu pri oksidaciji pred prebodom in v ponvi 2.2.1 Kisikove sonde Ko smo izbirali primerno kisikovo sondo, smo se med različnimi tipi odločili za sondo tipa Fox (licenca Ferrotrom ZRN), ki uporablja kot referenčno elektrodo mešanico Cr-Cr203, predvsem zaradi tega, ker se od do sedaj znanih komercialnih sond razlikuje po tem, da merne vrednosti elektronsko obdela (EMNinT). Končni rezultat meritev so digitalne vrednosti za temperaturo (°C), elektro motorsko napetost EMN (mV) in aktivnost kisika (ppm). 2.2.2 Rezultati meritev vsebnosti kisika v jeklu Pri polpomirjenih avtomatnih jeklih smo dovolj časa opravljali obsežne preiskave gibanja kisika v jeklu v času izdelave.2 Določali smo aktivni in celokupni kisik. Meritve s kisikovo sondo dajo kot rezultat aktivni kisik, ki edini vpliva na morfologijo vključkov. 40 30 20 10 l 99 99 999 99 98 95 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 2 1 0.5 0.2 0.1 0.05 0.01 | {A /i, /4 Q9s --mm c\\ 100 200 300 400 500 600 700 800 900(0), ppm U1633+2TC ,f / A J ?■ r 0] sr /V r V v 4 y /j ; < I 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 ( 0), ppm Slika 2 Porazdelitev kisika v talini po končani oksidaciji a(O) aktivnost kisika, merjena s sondo (O) S celokupni kisik Fig. 2 Oxygen distribution in the melt after the completed refining a(O) oxygen activity measured vvith the probe (O)Z total oxygen 400 fOJ, ppm 99.99 999 99 98 95 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 2 1 0.5 0.2 0.1 0.05 0.01 626i 14 C / M V / / $ / lZ/oj f 1 £ r --- y rf i v / / 100 200 [ 0], ppm 300 400 Slika 3 Porazdelitev kisika v talini tik pred prebodom a(O) aktivnost kisika, merjena s sondo (0)1 celokupni kisik Fig. 3 Oxygen distribution in the melt just before tapping a(O) oxygen activity measured with the probe (0)X total oxygen Vsebnost kisika po oksidaciji ogljika Na sliki 2 je prikazana porazdelitev kisika v talini po končani oksidaciji. Kakor je razvidno s slike 2, po končani oksidaciji ni bistvene razlike med aktivnim in celokupnim kisikom. Vsebnost oksidnih vključkov po končanem pihanju kisika je dokaj nizka. Koeficient aktivnosti kisika se približuje vrednosti 1. Vsebnost kisika pred prebodom Na sliki 3 je prikazana porazdelitev kisika v talini tik pred prebodom iz peči, ki nazorno pokaže tvorbo oksidnih vključkov po dodatku FeMn in Al v peč. Vsebnost kisika v talini pred prebodom je kritični parameter za kontrolo narave in količine oksisulfidov pri izdelavi avtomatnega jekla. Zato je poznavanje te veličine pomembno. 50 r 40 - 1 30 - 20 - Hi- 10 - 400 (O),ppm 99 98 95 90 80 70 60 50 40 30 20 10 S 2 1 0.5 0.2 0.1 0.05 0.01 I T= 159C i 28°C r Orn / y jS V J / t r L UJ£ ----- / / J / O 100 200 300 400 (0)tppm Slika 4 Porazdelitev kisika v jeklu v ponvi a(O) aktivnost kisika, merjena s sondo (O) I celokupni kisik Fig. 4 Oxygen distribution in steel in the Iaddle a(O) oxygen activity measured with the probe (O) I total oxygen Omaka jeklo Zeiet Jesence Smemo ouhn m ObOrkMfhas indeks (V,) Primerjava x JUS r Kijm stonctrc* jLSCflOX»a^ DIN 1651 | ISO-DR \a/S/-US \ Alpine Jeklo z visokim indeksom obdelotalnosti ATJ VCFt »m-m 170 — 9SMnR> 28 2Pb 12 L 14 Z S Pb č 3990 WC.10Mn.030S 135 Č 3990 9SMn 26 2 12 13 ZS ATJ 70 JKC.UMn.030S 140 - 9S Mn 36 3 - - Jeklo to eementocijo ATJ SO C ti.1 s' S.spb 110 - — - 12L17 - Č 3190 J5C.MAtj.05S 100 C 3190 — — V 16 MZ ZE 10 C 1190 0DC.0£mn,02S 100 Č 1190 10 S20 4 1111 Jeklo zo poboljionje ATJ 40 Q ris 'o.ispb 60 - - - 11 L 37 LZ6 0 (C 1490) 735C.0.7Mn.0.15S 70 C 1490 35 S 20 7 11 38 Z V 35 (C 1590) 745C.0.7Mn,0.15S 65 Č 1590 45 S 20 » 1146 ZV45 Nerjomo jeklo Č 4590 aEc.j^m 70 v priprmi *12CrNi 18/ 8 S - 303 As 2 Z (Č 4190) J.SC. 12Cr, Msj232 90 v pnprovi - "IT ~~ 416 KW15Z Č 4790 lVC,17Cr.Mo.030S 95 v pripravi 112CrMo S 17 430F KWZA Slika 6 Skala za oceno indeksa sulfidov Fig. 6 Scale for estimating sulphide index Slika 5 Kvalitetni asortiment avtomatnih jekel železarne Jesenice Fig. 5 Quality assortment of free-cutting steel in Jesenice Iron-vvorks 8 10 12 Is Slika 7 Odvisnost indeksa abdelovalnosti I od indeksa sulfidnih vključkov Is Fig. 7 Relationship betvveen the machinability index, I, and the sulphide inclusions index, Is. c) d) Slika 8 Oblika sulfidnih vključkov pri različnem indeksu sulfidnih vključkov a,b Is = 1 do 3 a,c = kovano stanje c,d Is = 4 do 12 b,d = hladno vlečeno stanje Fig. 8 Shape of sulphide inclusions vvith various sulphide inclusions indices a,b Is = 1 to 3 a,c — cold forged c,d Is = 4 to 12 b,d — cold dravvn Vsebnost kisika v jeklu v ponvi Na sliki 4 je prikazana porazdelitev kisika v jeklu v ponvi. Pri prebodu jekla iz peči se talina legira z žveplom in po potrebi, če je bila vsebnost kisika pred prebodom previsoka, tudi korigira vsebnost kisika z dodatkom aluminija. Če smo uspeli obdržati ogljik po oksidaciji v predpisanih mejah, potem to navadno ni potrebno. Iz primerjave slik 3 in 4 vidimo, da je prišlo do delnega znižanja vsebnosti aktivnega in skupnega kisika v jeklu. Pri tem so vzorci za določevanje celokupnega kisika vzeti iz curka jekla pri vlivanju. Povedati je treba, da smo žlindro pred dodatkom FeMn in Al v peč odstranili iz jekla, tako da ta med prebodom ne vpliva na preoksidacijo taline. Vsebnost aktivnega kisika od 100 do 150 ppm, merjeno v ponvi, daje najboljši rezultat v pogledu obdelovalnosti. Indeks sulfidnih vključkov se giblje pri tem kisiku od 4 do 7. 3. IZDELAVA POLPOMIRJENIH AVTOMATNIH JEKEL V SM PEČEH Polpomirjena avtomatna jekla izdelujemo tudi v SM pečeh. Proizvodnja teh jekel v SM pečeh je bila dolgo zvezana s precejšnjimi težavami, zato smo vedno dajali prednost električni obločni peči. Pokazalo se je, da je regulacija vsebnosti kisika v izdelanem jeklu, predvsem pa regulacija pravilne globulitične oblike oksisulfidnih vključkov težja kakor v električni obločni peči. Zaradi načina preddezoksidacije, ki jo v SM pečeh opravljamo s silikomanganom, nismo mogli doseči pravilne kemične sestave. Zaradi debelega sloja žlindre tudi meritve vsebnosti kisika s sondo niso bile možne. Raziskave so pokazale, da je predvsem škodljiva vsebnost majhnih količin silicija v končni sestavi. Vse fero zlitine, ki imajo v svoji sestavi silicij, za proizvodnjo teh jekel niso uporabne. Silikomangan smo nadomestili z majhno količino feroaluminija, ki ga dajemo v peč skupaj s potrebno količino feromangana. V ponvco dodajamo ferofosfor, žveplo in preostali feromangan. 4. KONTROLA KVALITETE AVTOMATNIH JEKEL Raziskovalno delo razvijanja kvalitete in proizvodnje avtomatnih jekel je trajalo s presledki 10 let. V tem času smo razvili tak kvalitetni asor-timent, ki popolnoma zadovoljuje potrebe naše predelovalne industrije. Odločilno vlogo pri razvoju avtomatnih jekel je imela konstrukcija lastne naprave za ocenjevanje obdelovalnosti. Naprava dela na principu konstantnega podajnega pritiska. Vzporedno z ob-delovalnostjo smo določali tudi celokupni kisik v jeklu. Kmalu smo ugotovili, da med celokupnim kisikom in obdelovalnostjo ni zanesljive medsebojne zveze. Z razvojem metod direktnega določevanja aktivnega kisika so bile dane široke možnosti za intenzivno raziskovalno delo, predvsem na področju polpomirjenih avstenitnih jekel. Danes kontroliramo pri avtomantih jeklih ob-delovalnost, ki jo izražamo z indeksom obdelovalnosti, in obliko oksisulfidnih vključkov, ki jo izražamo z indeksom sulfidnih vključkov. 1.1 Ocenjevanje obdelovalnosti z metodo stru ženja s konstantnim pritiskom Ta metoda ocenjevanja obdelovalnosti je primerjalna. Dobljene rezultate primerjamo s podatki standardnega vzorca s sestavo 0,2 % C, 1,3 % Mn, 0,20 % S in jih izrazimo v % kot indeks obdelovalnosti (I). Vzorce dobimo s kovanjem iz gredic 135 mm kv. ali 120 mm k v. in imajo premer 0 40 mm. Spodnja meja obdelovalnosti, določena na kovanih vzorcih, je 170 "/o, na vlečenem avtomatnem jeklu pa se mora gibati od 135 % navzgor. 4.2 Klasifikacija oksisulfidnih vključkov s pomočjo indeksa sulfidov Indeks sulfidov (Is) določamo s primerjalno metodo po posebej za avtomatna jekla izdelani skali, ki jo kaže slika 6. Vključki so razvrščeni v dvanajst razredov od 1 do 12. Ker je bila skala izdelana namensko za oceno indeksa sulfidov, ne upošteva gostote vključkov, pač pa samo njihovo obliko. Tako so s številko 12 ocenjeni sulfidi globularne oblike, z 1 pa sulfidi razpotegnjene oblike. 4.3 Medsebojna odvisnost indeksa obdelovalnosti I in indeksa sulfidov Is Med indeksom obdelovalnosti in indeksom sulfidov obstoji očitna medsebojna zveza. To se lepo vidi s slike 7. Koeficient korelacije je 0,67. Na osnovi celotnega zasledovanja rezultatov smo prišli do podatka, da jeklo z vključki, ocenjenimi z indeksom sulfidov 1 do 3 (glej sliko 7), ne doseže predpisane spodnje meje obdelovalnosti 170 % na kovanih vzorcih. Pri nadaljnji hladni predelavi se ti vključki še dalje razpotegnjeno in minimalno sodelujejo pri obdelovalnosti jekla (glej sliko 8 b). Nasprotno pa vključki, ocenjeni z indeksom sulfidov od 4 do 12, ohranijo ovalno obliko tudi po hladni predelavi, kar je pogoj za dobro obde-lovalnost (sliki 8 c in d). Zanesljiva odvisnost med indeksom obdelovalnosti in indeksom sulfidnih vključkov, določenim z metalografsko analizo, nam daje možnost, da ugotavljamo obdelovalnost polpomirjenih avtomatnih jekel z visokim indeksom obdelovalnosti samo z metalografsko metodo. Literatura 1. Nippon steel Technical Report overseas N°3 June 1973 2. Koroušič, Arh, Zakrajšek: Poročilo metalurškega inštituta v Ljubljani, Nal. 566/1978 3. E. Di Gianfrancesco, P. Filippi: La Metallurgia Italiana, 1976/9, str. 434 ZUSAMMENFASSUNG Im Hiittenvverk Jesenice werden die halbberuhigten Automatenstahle mit hohem Zerspanbarkeitsindex mit oder ohne Bleizusatz in grossen Mengen erzeugt. Es ist bekannt, dass die gute Zerspanbarkeit von Automatenstahlen durch die globulitische Form oxysulfi-discher Einschliisse bedingt ist. Der Sauerstoff im Stahl ist einer der wichtigsten Einflussparameter die die Form der sulfidischen Einschliisse beeinflussen. Die Regulierung des Sauerstoffgehaltes im fertigen Stahl ist demnach die vvichtigste Aufgabe der Stahlherstellung. Hier kann die Sauerstoffaktivitatsmessung sehr behilflich sein. Mit Hilfe der Sauerstoffaktivitatsmessung ist festgestellt worden, dass die beste Zerspanbarkeit bei einem Sauerstoffgehalt von 100 bis 150 ppm im Stahl vor dem Abstich erzielt vvird. Es hat sich gezeigt, dass der Lichtbogenofen ein guter Schmelzagregat fiir die Erzeugung von besten Automatenstahlen ist. Die Einfuhrung der Erzeugung von Automatenstahlen in Siemens-Martin Ofen war schweriger als in Lichtbogenofen. Vor allem die Einstellung des richtigen Sauerstoffgehaltes im Stahl hat uns anfangs viel Muhe gekostet. Das Problem war gelosst nach dem wir SiMn durch andere Desoxydationsmittel ersetzt haben. Bei der Qualitatsiiberwachung der Automatenstahle ist eine standige Kontrolle der Bearbeitbarkeit notig. Die Untersuchungen iiber die Beziehungen zvvischen dem SulfideinschIussformindex und dem Zerspanbarkeitsindex ergaben eine sehr iibereinstimmende Korrelation. Die Qualitatskontrolle der halbberuhigten Automatenstahle umfasst zur Zeit nur die Kontrolle des Sulfideinschluss-formindex. SUMMARY Jesenice Ironworks produce great quantitites of semi--killed free-cutting steel having good machinability. They are with or without lead. As it is known, good machinability requires spheroidal shape of oxysulphide inclusions. The oxygen content in steel is the most important parameter which influences the shape of the non-metallic sulphide inclusions. The control of the oxygen content in the manufactured steel is thus the most important task in the production pro-cess. Measurements of the active oxygen are very helpful. These measurements in single production stages shovved that the best results are obtained if steel before tapping contains 100 to 150 ppm of active oxygen. Production results indicate that electric are furnace is a very good melting set-up for the production of the best free-cutting steel. Advantageous is a higher oxygen content than obtained in the electric furnace steel. Production of free-cutting steel in the open-hearth furnace is difficulter task than production in electric are furnaces. The control of the correct oxygen content and thus of the spheroidal shape of sulphide inclusions in steel is much more difficult. The problem was solved by replacing the conventional SiMn predeoxidizing agent with ferroaluminium. Production of free-cutting steel demands a constant control of machinability. Investigations on the mutual relationship betvveen the machinabilitv index and the sulphide inclusions index confirmed a high degree of correlation vvhich is 67 %. Thus the machinability can be estimated only by the shape or by the index of sulphide inclusions. 3AKAI04EHHE MeTaAAyprH6irOCTH K o6pa5oTKH 5e3 H.VII C AOGaUKOH CBHHUa b 6oAbuiHX KOAHHA-HbIX BKAIOHeHHH. CaMbitt beukhmh 4>aKTop, Korapbifi OKa3biBaeT BAHanne Ha o6pa3oaaHHe (J)opMW HCMeiaAiFieCKHK cyAbHAHbix bkatohchhh npeA-CTaBAaeT coAepacaHHe KHCAopoAa. ri03T0My, caMoe SoAbinoe 3Ha Hne npii K3rOTOBAeHHH no,vyycnoiKa:ine KHCAopoAa b pacnAaBe stoh CTaAH npii cpaBHeHHH c SAeKTpociaAbio. VCBOeHIie npOH3BOACTBa aBTOMaTHOii CTaAH b MapTeHOBCKHX neyax Sbiao 5oAee 3aTpyAHHTeAbHO bcacactbhh 3aTpyAHeHHil npn peryAnpoBaHHH coAep>KaHHa KHCAopoAa h noAyieHHa rAo6yAapHofi CTpyKTypbi cyAbHAHbix BKAKKjeHHH b CTaAH. Bonpoc SblA peineH TeM, hto cnAaB SiMn, CAy>KamHH 3a npeABapiiTeABHoe pacKiicAeHHe pacnAaBa CTaAH 3aMeHHAH c FeAI. npH npOH3BOACTBe aBTOMaTHMX CTaAeft Heo6xOAHM nOCTOaHHbIH KOHTpoAb HaA 06pa6aTbiBaeM0CTM0 no\vc|"jaopnicara. HccAeAOBaHHa B3aHMOOTHouieHHa Me®Ay noKa3aTeAeM o6pa6aTbiBaeMocTH h noKa-3aTeAeM CyA4>HAHbIX BKAIOMeHHH nOATBepAHAH BbICOKVIO CTeneb KoppeAauHH, KOTOpaa cocTaBAaeT 67 %. Ha ocHOBaHHH stoto oueHKy cnocofiHoCTH CTaAH Ha o6pa6oTKy MoatHO HaAe>KHO onpeAeAHTb Ha OCHOBaHHH OpMbI, COOTB. nOKa3aTeAH CyAt(J)HAHHX BKAIOieHHH.