O zadrževanju rekristalizacije avstenita pri vročem valjanju cementacijskih jekel v več vtikih pri padajoči temperaturi UDK: 621.771:669.14.298.2 ASM/SLA: F 23, CN, M 5 F. Vodopivec, M. Kmetic in A. Rodič 1. UVOD V normalnem procesu vročega valjanja jekla sledi deformaciji pred naslednjim vtikom rekristalizacija avstenita. Hitrost rekristalizacije jekla po vroči deformaciji je pri določeni temperaturi odvisna od velikosti avste-nitnih zrn in od sestave jekla. Čim večja so avstenitna zrna (AZ), tem počasnejša je rekristalizacija1-2. Od legir-nih elementov najmočneje zadržuje rekristalizacijo avstenita niobij 3-4, podoben, vendar bolj šibek vpliv imata tudi ogljik in mangan5'6-7. Njun vpliv se pokaže pri nekoliko nižji temperaturi in raste počasneje kot vpliv niobija, ko se znižuje temperatura valjanja. Ko se ta temperatura znižuje, razpada tudi trdna raztopina di-sperzoidov v avstenitu in nastajajo drobni izločki, ki blokirajo migracijo mej avstenitnih zrn. Hitrost, mogoče pa tudi morfologija tvorbe izločkov, sta odvisni tudi od procesov izločanja deformacije energije. Ta kratek uvod pove, da prihaja pri vročem valjanju pri znižani temperaturi do spleta pojavov in dogajanj, ki so bolj zapleteni, kot med valjanjem s popolno rekristalizacijo avstenita med vtiki pri visoki temperaturi. V tem sestavku bomo razpravljali o dogajanjih med valjanjem pri temperaturah, ko med vtiki ni popolne rekristalizacije avstenita. Zanimal nas bo predvsem odgovor na vprašanje, zakaj posamična AZ, ki po prvem vtiku niso rekristalizirala, ne rekristalizirajo v nadaljevanju valjanja kljub temu, da raste njihova skupna deformacija, medtem ko po vsakem vtiku rekristalizira njihova okolica, ki je rekristalizirala po prvem vtiku. 2. EKSPERIMENTALNO DELO V raziskavi smo uporabili več jekel s sestavo, kakr- šno vidimo v tabeli 1. Jekla za cementacijo smo izbrali zato, ker se v njih po ohladitvi na zraku s temperature konca valjanja dobro razloči mikrostruktura, ki je na- stala iz avstenita, ki je med vtiki rekristaliziral, od mi- krostrukture, ki je nastala iz avstenita, ki med vtiki ni rekristaliziral. Nekatera dognanja smo preverili tudi na konstrukcijskih jeklih druge vrste7. Eno od jekel je bilo industrijsko zvaljano iz gredic 100x 100 mm v palice z debelino 38 mm in nato v laboratoriju dalje v lamele z debelino 10 mm. Druga jekla smo zvaljali v 5 do 7 vtikih iz gredic 60x60 mm v lamele z debelino 14 mm. Deformacija na vtik je bila vedno nad 15 %, torej zadostna za rekristalizacijo avstenita, če je bilo med vtiki dovolj časa in je bila temperatura zadostna. Presledek med vtiki je bil 8 do 10 sekund. Temperatura valjanja je bila med 1250 in 750 °C. Začetno temperaturo valjanja smo dosegli tako, da smo gredico segreli na 1250 ali I200°C in jo nato zvaljali ali pa smo začeli valjati po ohladitvi na zraku na nižjo temperaturo. S tem smo dosegli, da je bila v istem jeklu vedno enaka začetna velikost AZ. Po valjanju smo jekla ohladili na zraku. Iz plošč smo pripravili obruske za optično mikroskopijo, preizkušance v smeri valjanja za preverjanje mehanskih lastnosti v valjanem in v normaliziranem stanju in ostružke za določitev količine A1N in NbC po mokri kemijski metodi8. 3. REZULTATI, OPIS IN RAZPRAVA 3.1. Mikrostruktura po valjanju Na slikah 1 in 2 je prikazana mikrostruktura dveh jekel, zvaljanih pri različnih temperaturah. Evolucija mikrostrukture v odvisnosti od temperature valjanja je v obeh jeklih podobna, morfologija po ohladitvi na zraku pa je nekoliko drugačna zaradi različne kaljivosti. Pri visoki temperaturi valjanja je mikrostruktura iz enakomernih poligonalnih zrn ferita, perlita (in bainita). Ta mikrostruktura je nastala iz poligonalnih in enakomernih zrn avstenita, torej iz avstenita, ki je med valjanjem rekristaliziral. Pri nizki temperaturi valjanja je mikrostruktura iz matriksa manjših zrn istih komponent. V legiranem jeklu najdemo še podolgovata bajnitna zrna, ki so mnogo večja kot zrna v matriksu, v nelegira-nem jeklu pa lečaste skupke zrn ferita in perlita, ki po obliki in velikosti odstopajo od zrn v matriksu. Lečasti Tabela 1: Sestava jekel Vrsta - Element v % Cr Mo Ni Nb Al N č. 4320 A 0,16 1,1 0,29 0,014 0,03 0,95 0,06 0,18 - 0,011 0,009 C. 4320 B 0,17 1,22 0,36 0,014 0,04 0,96 0,07 0,15 - 0,019 0,0097 C. 4320 C 0,16 1,23 0,26 0,01 0,01 1,01 0,04 0,15 - 0,037 0,01 C. 4320 F 0,16 1,10 0,25 0,018 0,026 0,98 0,06 0,13 - 0,025 0,0095 C. 1221 G 0,14 0,49 0,19 0,019 0,028 0,12 0,03 0,10 - 0,025 0 009 C. 4320 H 0,14 1,0 0,26 0,015 0,019 0,85 nd nd 0,02 0,002 0,0078 Slika 1 pov. 100 x Mikrostruktura jekla F, izvaljanega pri dveh temperaturah. Zgoraj: zač. 1180"C — konec 997"C, spodaj: zač. 820°C — konec 753'C. Jeklo je bilo pred začetkom valjanja se-grevano pri 1200 "C. Fig. 1 Magn. 100 x Microstructure of steel F, rolled at two tempera-tures. Above: start 1180°C — end 997°C, belovv: start 820"C — end 753 "C. Before rolling, steel was heated to 1200 "C. skupki in podolgovata zrna bajnita so nastala iz avste-nitnih zrn, ki med valjanjem niso rekristalizira-ja6,7,9. io,n Poligonalna in enakomerna zrna v matriksu pa so nastala iz med vtiki rekristaliziranega avstenita, enako kot pri visoki temperaturi valjanja. V jeklu, ki je bilo po valjanju ohlajeno na zraku, enakomerno pada velikost zrn v mikrostrukturi, nastali iz rekristaliziranega avstenita, ko se znižuje temperatura valjanja (slika 3). Na podoben način se seveda zmanjšuje tudi velikost rekristaliziranih avstenitnih zrn, ko pada temperatura valjanja. V cementacijskem jeklu je intercepcijska dolžina za avstenitna zrna srednje velikosti približno dvakrat večja kot intercepcijska dolžina za mikrostrukturo iz ferita in perlita, ki iz njih nastane pri ohlajanju, torej so avstenitna zrna ca 4 krat večja kot zrna ferita in perlita. To potrjuje tudi slika 12. Podobno mikrostrukturo dobimo tudi pri industrijskem valjanju pri nižji temperaturi. Na slikah 4 in 5 vidimo mikrostrukturo jekla H, kije bilo industrijsko zva-ljano iz gredice 100 x 100 mm, in mikrostrukturo istega jekla, ki je bilo zvaljano v laboratoriju. Pri visoki temperaturi valjanja je mikrostruktura v obeh primerih iz enakomernih zrn, pri nižji temperaturi valjanja pa se vidijo dokazi za nepopolno rekristalizacijo avstenita med vtiki. V prvem primeru so iz nerekristaliziranih zrn avstenita nastali pri počasnem ohlajanju debelih palic po Slika 2 pov. 100 x Mikrostruktura jekla G, izvaljanega pri istih temperaturah kot na sliki 1. Fig. 2 Magn. 100 x . Microstructure of steel G, rolled at the same tem-peratures as in Fig. 1 1150 1050 Začetna temperatura valjan/a,°C 990 9(0 890 Končna temperatura valjanja, °C Slika 3 Vpliv temperature valjanja na velikost zrn v jeklih A in C. Polna črta velja za jekli, ki sta bili segreti na 1250 "C in izvaljani z začetkom pri tej temperaturi ali po ohladitvi na nižje začetne temperature, prekinjena črta pa za jekli, ki sta bili segreti neposredno na temperaturo valjanja. Fig. 3 Influence of the rolling temperature on the grain size in steel A and C. Full line is valid for steel heated to 1250 "C and rolled from that temperature or cooled to lower starting temperatures, dashed line for steel heated directly to the rolling temperature 0,011 Al 0.037AI Slika 4 pov. 100 x . Mikrostruktura v industrijsko izvaljanem jeklu H. Zgoraj: zač. 1150"C — konec 980"C, spodaj: zač. 800"C — konec 800 "C. Fig. 4 Magn. 100 x . Microstructure in the industrially rolled steel H. Above: start U50"C — end 980°C, below: start 800°C - end 800 "C 0,UC, 1,4 0,16 C, 1,2 Mn, 0,056Al 'n, 0,02Al 0,051 Nb, 0,C 6V Temper Gašeno itura auste v svinčevi litizacije 921 kopeli 1°C 650 625 600 575 550 Temperatura premene, °C Slika 6 Vpliv temperature premene na velikost zrn ferita in perlita v dveh konstrukcijskih jeklih. Fig. 6 Influence of the transformation temperature on the grain size of ferrite and pearlite in two structural steel Slika 5 pov. 100 x . Mikrostruktura jekla H, ki je bilo izvaljano v laboratoriju. Zgoraj: zač. 1144"C — konec 946"C, spodaj: zač. 954'C - konec 823 °C. Fig. 5 Magn. 100 x. Microstructure of steel H, rolled in the laborato-ry. Above: start 1144"C — end 946"C, belovv: start 954°C — end 823"C valjanju skupki zrn ferita in perlita, ki so večja kot v okolici, v drugem primeru pa je pri večji hitrosti ohlajanja po valjanju prišlo do premene nerekristaliziranih zrn avstenita v velika podolgovata bainitna zrna. Nižja temperatura premene ustvari v istem jeklu manjša zrna ferita in perlita (slika 6). Pri hitrejšem ohlajanju po valjanju se premena izvrši pri nižji temperaturi. To je vzrok, da so zrna drobnejša, če je bilo isto jeklo zvalja-no v laboratoriju, kot če je bilo industrijsko zvaljano (slika 7). Enkrat je bil namreč valjanec lamela z debelino 10 mm, drugič pa okrogla palica z debelino 38 mm. V obeh primerih se velikost na enak način zmanjšuje, ko se znižuje temperatura valjanja. S slike 7 lahko sklepamo, da veljajo za laboratorijsko in za industrijsko valjanje enake zakonitosti, zato je realna primerjava nastalih mikrostruktur. Lahko torej ugotovimo, da valjanje pri nizki temperaturi ustvarja zaradi nepopolne rekristalizacije med vtiki dvojno mikrostruktura avstenita. Ta mikrostruktura se v zvaljanem jeklu pokaže v dvojnosti v obliki in v velikosti zrn ferita, perlita in bainita. Na sliki 8 vidimo, da so lastnosti jekla neodvisne od temperature valjanja v normaliziranem in v valjanem stanju. Prelomna površina valjanega jekla je ovalna pri nizki in okrogla pri visoki končni temperaturi valjanja. Dolga os ovala je v ravnini valjanja. Prelomna površina postane ovalna, torej postane razmerje med kratko in dolgo osjo ovala manjše od 1 prav pri temperaturi, ko se v 1200 1100 1000 900 800 Začetna temperatura valjanja , °C Slika 7 Jeklo H. Vpliv začetne temperature valjanja na industrijski va-Ijarni in v laboratoriju na velikost zrn. Jeklo je bilo ohlajeno na zraku po končanem valjanju. Fig. 7 Steel H. Influence of the starting rolling temperature in an in-dustrial mili and in the labortftorv on the grain size. Steel was cooled in air after the completed rolling a-ind. valjanje, <6100mm na 438mm,7vtikov o-lab. valjanje, $38mm na U,7x9,7mm, 6vtikov J g, § 80 60 40 20 0 80 60 iO 20 i b S 60C dmin VALJANO amat S-*— rs. • T ---g«—1 ___a---P K —-g-~S o ° o - f° -D—O R AII1RMM !7!RANn _ M-*- dmin --J-T- H T .. o__L. MP -L 1 - " O o Jt 0,9 0,8 0,7 E "D \ / S e ■O 0,9 0,8 0,7 mikrostrukturi valjanega jekla pokažejo sploščena velika zrna bainita. Deformacijska anizotropija se torej pojavi v jeklu, ohlajenem s temperature valjanja, tedaj, ko rekristaliza-cija avstenita med valjanjem ni popolna, podobno kot v konstrukcijskih jeklih7. 3.2. Nepopolna rekristalizacija avstenita med vtiki Pri temperaturah vročega valjanja se močno zmanjšuje topnost A1N in NbC v avstenitu. Vzporedno z odpravo deformacijske energije se iz avstenita izločata zato tudi obe disperzoidni fazi. Velja, da sta hitrosti izločanja in rasti izločkov mnogo hitrejši med deformacijo in v nerekristaliziranem avstenitu, kot v rekristalizira-nem ali v nedeformiranem avstenitu1314. Na sliki 9 vidimo, da je razmerje debelina proti dolžini za velika podolgovata bainitna zrna v laboratorijsko zvaljanem jeklu neodvisno od temperature valjanja. V mejah natančne določitve v mikroskopu se ujema s celotnim podaljškom jekla pri valjanju. To pomeni, da so bainitna zrna nastala iz zrn avstenita, ki niso rekristalizirala že po prvem vtiku. Ni torej upravičena domneva, da ni rekrista-lizacije v nadaljevanju valjanja, ker so nerekristalizira-na zrna trša in zato sprejemajo manjšo deformacijo kot rekristalizirana okolica1 , kljub temu da sprememba relativne plastičnosti sulfidnih vključkov med valjanjem kaže, da se zaradi nepopolne rekristalizacije poveča trdota avstenita med valjanjem6. Velja torej, da avstenitna zrna, ki ne rekristalizirajo po prvem vtiku, ne rekristalizirajo tudi v nadaljevanju valjanja, kljub temu da sprejemajo več in več deformacijske energije. To se dogaja vsaj nekaj časa, medtem ko v njihovi okolici po vsakem vtiku ponovno rekristalizira avstenit, ki je že rekristaliziral po prvem vtiku. Vzrok, zakaj med prvim in drugim vtikom rekristalizira samo del avstenitnih zrn, je hitrejši proces rekristalizacije manjših zrn12. Ker je med prvim in drugim vtikom na "1200 1100 1000 900 800 Začetna temperatura valjanja, °C 995 946 908893 855 823 813 782 761 Končna temperatura valjanja, "C Slika 8 Jeklo H. Odvisnost med temperaturo valjanja v laboratoriju in lastnostmi jekla v valjanem in v normaliziranem stanju. T — raz-tržna trdnost, MP — meja plastičnosti, R — raztezek, K — kon-trakcija, dmin./dmaks. — razmerje osi eliptičnega preloma. Fig. 8 Steel H. Relationship between the rolling temperature in the la-boratory and the properties of steel, as rolled and as normalized. T — tensile strength, MP — yield point, R — elongation, K — contraction, dmin./dmaks. — axis ratio of elliptical fracture (K) K .1 o - cr • u Jeklo - G / V. / — NAZ J > - j Jeklo 800 1)600 % 400 Ki I 200 v" 900 0 800 °1200 1100 1000 Začetna temperatura valjanja, °C Slika 9 Jekli G in F. Odvisnosti med temperaturo valjanja in razmerjem med dolžino in debelino podolgovatih bainitnih zrn (K) in številom teh zrn na enoto površine vzdolžnega preseka valjanca. Podaljšek jekla F pri valjanju: K = 4, podaljšek jekla G pa K = 3,8. Fig. 9 Steel G and F. Relationships between the rolling temperature and the length/thickness ratio of elongated bainite grains (K), and the number of those grains per unit area of the longitudinal rolling cross section. Elongation of steel F in rolling: K~4, elongation of steel G:K = 3.8 voljo le omejen čas, ostaja nerekristalizirano v nekem jeklu tem več avstenita, čim večja je začetna povprečna velikost zrn in čim nižja je temperatura. Hitrost rekristalizacije namreč pada, ko se znižuje temperatura12-4. Na sliki 9 vidimo, da v dveh jeklih, eno ima kot di-sperzoid A1N, drugo pa NbC, število zrn austenita, ki med valjanjem niso rekristalizirala, hitro zraste pod neko začetno temperaturo do določene velikosti, nato pa celo rahlo pada, ko se dalje znižuje temperatura valjanja. Važna razlika med jekloma na sliki je v tem, da se v jeklu brez niobija nerekristalizirana zrna avstenita pojavijo pri višji začetni temperaturi valjanja. Če hočemo odvisnost na sliki 9 razumeti, si moramo biti najprej na jasnem o tem, kaj se med valjanjem dogaja z obema disperzoidoma, A1N in NbC. Kljub temu da zaradi deformacijsko inducirane precipitacije nastajata oba disperzoida med valjanjem hitreje kot med ohlajanjem brez deformacije, nastane med valjanjem cementacijskega jekla razmeroma malo AIN. Odvisnost med temperaturo valjanja in količino AIN na sliki 10 je zelo podobna kot v konstrukcijskih jeklih brez niobija7. V področju temperature, ko se pojavijo nerekristalizirana zrna avstenita med valjanjem, ni spremembe v količini AIN. Primerjava slik 9 in 10 pove, da izločki AIN, ki nastajajo med valjanjem, ne vplivajo zaznavno na rekristalizacijo avstenita med valjanjem, pač pa ti izločki, sodeč po viru 16, zavirajo rast rekristaliziranih zrn avstenita med valjanjem. Odvisnosti med številom nerekristaliziranih zrn avstenita med valjanjem in temperaturo pri jeklu F ne moremo razlagati, kot da se zaradi tvorbe AIN med valjanjem dogodi nekaj, kar najprej močno, nato pa šibkeje vpliva na rekristalizacijo avstenita. Zaviranje rekristali- i--1_i_i 990 940 890 840 Končna temperatura valjanja , °C Slika 10 Vpliv temperature valjanja na količino AIN v jeklih B in C. I — jekla izvaljana po segrevanju na 1250 "C z začetkom pri tej temperaturi ali z po ohladitvi na nižje označene temperature, II — jekla izvaljana po segrevanju na označene začetne tempera- ture. Fig. 10 Influence of the rolling temperature on the amount of AIN in steel B and C. I — steel rolled after heafing to 1250 "C with start at this temperature or at a lovver marked temperature after cool-ing, II — steel rolled after heating to the marked starting temperature zacije je najučinkovitejše, ko se temperatura začetka valjanja zniža v zelo ozkem intervalu, kjer ni, kot je že omenjeno, nobenega preloma odvisnosti med temperaturo valjanja in količino AIN. Drži torej, da ni povezave med pojavom nepopolne rekristalizacije in tvorbo AIN. Razlaga nepopolne rekristalizacije je torej v soodvisnosti med temperaturo in procesi odprave deformacijske energije iz kovine. Pred rekristalizacijo se vedno izvrši poprava, ki je podobno, kot velja za rekristalizacijo, hitrejša, torej bolj učinkovita pri višji temperaturi. Pri nižji temperaturi je zato kopičenje deformacijske energije v deformiranih zrnih večje. To povzroči po več vtikih tolikšno povečanje gonilne sile za rekristalizacijo, da se po enem od vmesnih vtikov rekristalizirajo tudi nekatera zrna, ki po prvem vtiku niso rekristalizirala. To razlaga, zakaj število nerekristaliziranih zrn ne raste več, ko se zniža temperatura valjanja pod določeni nivo. Dogajanja so podobna v jeklu H, ki je mikrolegira-no z niobijem, vendar se rekristalizacija zavre že pri višji temperaturi začetka valjanja. Vzrok za temperaturni zamik je zadrževalen vpliv niobija v trdni raztopini na rekristalizacijo avstenita. V temperaturnem intervalu, ko se pojavlja med valjanjem nerekristalizirani avstenit, je hitrejša tvorba NbC (slika 11). Niobij se izloča iz trdne raztopine, s tem se zmanjšuje učinkovitost zadrževanja rekristalizacije in razmere za rekristalizacijo se bližajo tistim, ki veljajo za jeklo z enako osnovno sestavo. Ind. valjat ije \ ? / 0 o □ o ---B— o Labor. val anje °1200 W0 1000 900 800 Začetna temperatura valjanja, °C -1_i_i_i_i___j_i_i i 995 946 908893 855 823 813 782 761 Končna temperatura valjanja,°C Slika 11 Odvisnost med temperaturo valjanja in deležem niobija, ki se je vezal v karbonitrid med valjanjem jekla. Spodnje merilo velja za končno temperaturo valjanja v laboratoriju. Fig. 11 Relationship betvveen the rolling temperature and the niobium fraction bound into carbonitrid during rolling. Bottom scale is valid for the final rolling temperature in the laboratory Lahko ugotovimo, da je v jeklu brez niobija odvisnost med temperaturo in številom nerekristaliziranih zrn avstenita med vtiki funkcija odvisnosti temperatura valjanja — procesi izločanja deformacijske energije iz avstenita, v jeklu z niobijem pa se temu pridružuje še vpliv siromašenja avstenita z niobijem v trdni raztopini na račun tvorbe NbC med valjanjem. Sodeč po slikah 9 in 11, se odpornost proti rekristalizaciji avstenita približuje tisti, ki je značilna za osnovno sestavo jekla, ko se količina niobija v trdni raztopini zmanjša na okoli 0,005 %. 3.3. Mehanizem stabilizacije zrn nerekristaliziranega avstenita med valjanjem Pri premeni deformiranih zrn avstenita nastajajo drobnejša zrna ferita in perlita, kot pri premeni enako velikih rekristaliziranih ali nedeformiranih zrn avstenita17. Hitrejšo premeno dobimo zaradi hitrejše nukleaci-je, ki jo pospeši deformacijska energija v kovini". V preiskanih jeklih se to ni pokazalo, ker je bila začetna velikostna razlika prevelika, da bi se lahko kompenzirala s hitrejšim kaljenjem ferita. Na osnovi razprave je mogoče oceniti, da je bila razlika v velikosti po končanem valjanju med rekristaliziranimi in nerekristalizira-nimi zrni avstenita okoli 5 razredov, po premeni pa je razlika le pribl. 1 razred po ASTM. Zaradi hitrejše premene se je razlika torej zmanjšala za okoli 4 razrede ASTM. To sklepanje je seveda čisto kvalitativno, saj je vprašljivo, ali se lahko pripiše določen velikostni razred zrnom, ki so zaradi deformacije močno sploščena. Opazovanje v TE mikroskopu je na ekstrakcijskih replikah pokazalo, da so izločki neenakomerno porazdeljeni; ponekod jih je v feritu več, drugod pa manj. Ker je proces izločanja hitrejši v deformiranem avstenitu, sklepamo, da najdemo izločke predvsem tam, kjer avstenit med valjanjem ni rekristaliziral, zato odvisnost na sliki 10 kaže le neko povprečno sliko procesa izločanja. Prisotnost izločkov ni znak zaviranja rekristalizacije, nastali so prav zato, ker rekristalizacije ni bilo, so torej posledica, ne pa vzrok. Viri10-" navajajo dve razlagi za obstojnost nerekristaliziranega avstenita med valjanjem. Ena je, da rekristalizacije ni zato, ker je že deformirani avstenit trši od rekristalizirane okolice in zato sprejema manjšo defor-macijsko energijo kot okolica, ko se valjanje nadaljuje. To razlago smo že ovrgli. Druga razlaga je, da rekrista-lizacijo zavirajo izločki disperzoidov. Dva razloga kažeta, da tudi ta razlaga ne drži. Omenili smo že, da so izločki posledica, zato ne morejo biti vzrok zadrževanja rekristalizacije. Primerjava slik 9, 10 in 11 pa pokaže, da je nerekristaliziranih zrn avstenita manj pri nižji temperaturi, ko je v jeklu več izločkov A1N in NbC. Zaključke te raziskave in literaturne podatke lahko vskladimo z naslednjo razlago stabilizacije nerekristaliziranega avstenita med valjanjem jekla. Med prvim in drugim vtikom največja zrna ne rekristalizirajo zato, ker je med obema vtikoma prekratek presledek, in zato, ker je rekristalizacija takih zrn počasnejša. Temperatura, pri kateri je rekristalizacija med prvim in drugim vtikom nepopolna, je odvisna od sestave jekla. Manjša zrna avstenita rekristalizirajo med vtikoma v nova zrna, katerih velikost se zmanjšuje, ko se niža temperatura valjanja. Po drugem vtiku avstenit, ki je rekristaliziral po prvem vtiku, znova rekristalizira. Rekristalizacija je lahko zelo hitra, če pospeševalen vpliv zmanjšanje velikosti zrn prevlada nad zadrževalnim vplivom temperature. V zrnih, kjer po prvem vtiku ni bilo rekristalizacije, te ni tudi po drugem vtiku, kljub povečani skupni deformaciji. Logična je predpostavka, da poprava zniža nivo notranje energije kovine pod nivo, ki je potreben, da bi se rekristalizacija lahko izvršila v presledku časa med vtikoma. Popravo spremlja nastanek poligonizira-ne strukture s številnimi podmejami znotraj enega zrna avstenita. Mrežne napake, ki jih je ustvarila deformacija, se hitro potopijo v teh podmejah, saj so difuzijske poti kratke znotraj istega sploščenega zrna avstenita. Ta proces se ponavlja toliko časa, dokler poprava v deformiranih zrnih avstenita drži nivo notranje energije pod nivojem, ki je potreben za rekristalizacijo. Ko pa je pri še nižji temperaturi počasnejša tudi poprava, se po vsa- kem vtiku v sploščenih zrnih deformacijska energija kopiči do meje, da med valjanjem v posamičnih zrnih preseže nivo gonilne sile za rekristalizacijo in taka zrna rekristalizirajo. Proces se ponavlja po vsakem vtiku. Temperatura nepopolne rekristalizacije je odvisna od sestave jekla, ker legirni elementi zavirajo proces izločanja deformacijske energije iz avstenita. Kljub temu, da se proces poprave ponavlja po vsakem vtiku in je zato poligonizacijska substruktura v deformiranih zrnih vse bolj urejena, ostajajo sploščena av-stenitna zrna individualne celote. Zato se lahko pri primerni hitrosti ohlajanja spremenijo kot celota v bainit- 3.4. Mikrostruktura po normalizaciji Ohranjanje deformacijske energije v jeklu zaradi nepopolne rekristalizacije avstenita med valjanjem v več vtikih ustvari neenakomerne pogoje za nastajanje in rast izločkov disperzoidov. Ti so večji v avstenitnih zrnih, ki med valjanjem niso rekristalizirala. To je vzrok, daje v jeklu po avstenitizaciji tem več anormalno zrast-lih avstenitnih zrn, čim nižja je temperatura valjanja (slika 12). Pri tem pa je povprečna velikost zrn v enakomernem matriksu neodvisna od temperature valjanja. Pri ohlajanju s temperature avstenitizacije lahko velika avstenitna zrna premenijo v bainit ali skupine večjih zrn ferita in perlita, zato je mikrostruktura normalizira-nega jekla tem bolj neenakomerna, čim nižja je temperatura valjanja. Neenakomernost te vrste pa se pojavlja le v jeklih z malo disperzoidne faze, v preiskovanih jeklih za cementacijo še pri 0,02 % Al, ni pa je več pri 0,04% Al9. V jeklih, ki so bolj odporna proti rasti avstenitnih zrn kot krom-manganovo jeklo za cementacijo, nenormalne rasti zrn avstenita zaradi nizke temperature valjanja ni tudi pri okoli 0,02% Al"*. Začetna temperatura valjanja, °C Slika 12 Odvisnost med začetno temperaturo valjanja jekla H na industrijski valjarni in v laboratoriju in velikostjo avstenitnih zrn pri ponovni avstenitizaciji pri 920 °C, velikostjo zrn po normalizaciji in deležem abornalno zrastlih avstenitnih zrn na enoto površine (ZAZ). Fig. 12 Relationship between the starting rolling temperature for steel H in an industrial mili and in the laboratorv, and the austenite grain size after the repeated austenitising at 920"C, grain size after normalizing, and the fraction of abnormally grown austenite grains per unit area (ZAZ) 4. POVZETEK IN SKLEPI Krom-manganovo in ogljikovo jeklo za cementacijo smo v več vtikih izvaljali pri temperaturah med 1250 in 750°C, raziskali nastale mikrostrukture ter opredelili tvorbo AIN in NbC med valjanjem. Pri visoki temperaturi valjanja popolna rekristaliza-cija avstenita med vtiki ustvari enakomerno poligonal-no mikrostrukturo jekla v valjanem in v normalizira-nem stanju. Od neke temperature valjanja navzdol hitro zraste število zrn avstenita, ki med vtiki ne rekristalizi-rajo, doseže neko največjo vrednost, nato pa se počasi zmanjšuje, ko se dalje znižuje temperatura valjanja jekla. Nepopolna rekristalizacija avstenita med valjanjem ustvari v valjanem jeklu heterogeno mikrostrukturo, de-formacijsko anizotropijo in je vzrok za neenakomernost v procesu tvorbe izločkov AIN in NbC med valjanjem. Avstenitna zrna, ki po prvem vtiku ne rekristalizirajo, ne rekristalizirajo tudi v nadaljevanju valjanja, razen če temperatura valjanja ne pade tako nizko, da je proces izločanja deformacijske energije s popravo prepočasen, da bi lahko od več vtikov nakopičeno notranjo energijo deformiranih zrn znižal pod prag, ki sproži re-kristalizacijo v presledku časa med dvema vtikoma. Po vsakem vtiku rekristalizirajo avstenitna zrna, ki so rekri-stalizirala po prvem vtiku. Vzrok za različnost v rekri-stalizaciji po prvem vtiku je različna začetna velikost avstenitnih zrn. Poprava namreč ustvarja v deformiranih zrnih avstenita poligonizacijsko substrukturo, ki hitro resorbira mrežne napake, nastale pri preoblikovanju jekla. Viri 1 I. Kozasu, C. Ouchi, T. Sampei in T. Okita: Micro Alloying 75, UCC, New York, 1975, 120. 2 T. Tanaka, N. Tabata, T. Hatomura in C. Chiga: Ibidem, 107. 3 A. le Bon, J. Rofes-Vernis in C. Rossard: Metal Science 9, 1975,36. 4 F. Vodopivec^ F. Vizjak, S. Senčič, G. Manojlovič in D. Gnidovec: Železarski Zbornik 15, 1981, 203. 5 R. A. Petkovič, M. J. Luton in J. J. Jonas: Canadian Metal-lurgical Quarterly 14, 1975, 137. 6 F. Vodopivec in M. Gabrovšek: Metals Technologv 7, 1980, 186. 7 F. Vodopivec, M. Gabrovšek in J. Zvokelj: Železarski Zbornik 17, 1983, 17. 8 A. Osojnik, T. Lavrič in F. Vodopivec: Železarski Zbornik 14, 1980, 87. 9 F. Vodopivec, A. Rodič in J. Rodič: Železarski Zbornik 16, 1982, 111. 10 J. D. Jones in A. B. Rothwell: ISI Publication 108, The Iron and Steel Institute, London, 1968, 78. 11 F. Vodopivec^ F. Vizjak, S. Senčič, G. Manojlovič in D. Gnidovec: Železarski Zbornik 15, 1981, 237. 12 T Gladman, D. Dulieu in J. Mclvor: Micro Alloving 75, UCC, New York, 1977,32. 13 1. Weiss in J. J. Jonas: Metallurgical Transactions 11 A, 1980, 403. 14 J. J. Jonas in I. Weiss: metal Science 3, 1979, 238. 15 T. Gladman in F. B. Pickering: Journal of ISI 205, 1967, 653. 16 W. B. Morrison: Scandinavian Journal of Metallurgv 9, 1980, 83. 17 W. Roberts: Ibidem 9, 1980, 13. 18 F. Vodopivec, J. Žvokelj, A. Rodič in J. Rodič: Posvet »Valcuvanje na čemi i cvetni metalurgiji«, Sofija 1983, bo objavljeno. 19 M. Kmetic, F. Vodopivec in M. Gabrovšek: Železarski Zbornik 14, 1980, 39. ZUSAMMENFASSUNG Chrom Mangan Iegierte und Kohlenstoffeinsatzstahle sind bei der Temperatur zwischen 1250 und 750°C in mehreren Stichen ausgevvalzt worden. Das dabei entstehende Mikrogefiige ist bestimmt vvorden und die vvahrend des Walzvorganges ent-stehenden Mengen von AIN und NbC sind nach dem nassche-mischen Verfahren analisiert vvorden. Durch die vollkommene Rekristallisation von Austenit zvvi-schen den Stichen bei hoher Walztemperatur ensteht ein gleichmassiges polygonales Mikrogefiige im gewalzten und im normalisierten Zustand. Von einer gewissen Temperatur ab-vvarts vvahst die Menge von Austenit die vvahrend des Walz-vonganges nicht rekristalliesiert sehr schnell, erreicht einen hochsten Wert, fallt dan allmahlich Iangsam so wie die Walz-temperatur vveiter fallt. Die Austenitkorner die nach dem ersten Stich nicht rekri-stallisieren, rekristallisieren auch nicht beim vveiteren \Valzvor-gang trotz dem, dass die gesamte Verformang vvahst. Dieser Vorgang verlauft so lange bis die Walztemperatur nicht so weit abfallt, dass, die Ausscheidung der Deformationsenergie mit der Erhohlung zu Iangsam ist um die von mehreren Stichen angehaufte Verformungsenergie unter das Niveau zu senken, wo die Rekristellisation zwischen zwei Stichen ausgelost wird. P'e Stabilitat wird dem Verformten Austenit vvahrend des Walzvorganges durch den schnellen Erholungsvorgang gege- ben, welcher vor der Rekristallisation in verformten Kornern eine polygonisationssche Substruktur bildet in welcher schnell die durch die Verformung verursahten Fehler des Kristallnet-zes versenken. Nach jedem Stich rekristallisieren diese Austenitkorner, die nach dem erstem Stich rekristalliert haben, da die Rekristallisation um so schneller ist je kleiner die Korner sind. Im Temperaturbereich in welchem die Rekristallisation von Austenit unvoll kommen wird, wird die Bildung von AIN nicht grosser, die Bildung von NbC vvird aber schneller. Die Ermittlungen zeigen aber nicht, dass AIN oder NbC die primaren Ursachen fiir die Stabilisierung des nichtrekristallisierten Austenites vvaren. Die unvollkommene Rekristallisation von Austenit ist die Ursache fiir das heterogene Mikrogefiige des Stahles im ge-walzten und normalisierten Zustand, den die Zahl der bei der Austenitsation nichtnormalgevvahsenen Austenitkorner vvird um so grosser je niedriger die Walztemperatur vvar. Im gevvalz-ten Zustand ist die Heterogenitat die eine Folge der unvoll-kommenen Rekristallisation von Austenit vvahrend des Walz-vorganges ist, die Ursache fiir die Vervormungsanisotropie, derentvvegen der Stahl in der Walzebene schvveren verformt vvird als senkrecht an diese. SUMMARY Chromium-manganese and carbon case-hardening steel was rolled in few passes between 1250 and 750°C. The formed microstructures were determined, and the amounts of A1N and NbC formed in rolling were analyzed by the wet chemical an-alysis. At high rolling temperatures the complete recrystallisation of austenite betvveen passes forms an uniform polygonal mic-rostructure in the rolled and in the normalized samples. Below some temperature the amount of austenite not recrystallized during rolling increases fast, it reaches some maximum, then it is slowly reduced with the further decreasing rolling temperature. The austenite grains, not recrystallized after the first pass, do not recrystal!ize in further rolling though the total deforma-tion increases. This takes plače till the rolling temperature is not reduced to such an extent that the liberation of strain ener-gy by the recovery is to slow that in several passes piled strain energy could be reduced under the threshold for triggering the recrystallisation between the passes. The stability of the strained austenite in rolling is achieved by the rapid recovery which stili before the recrystallisation forms a po!ygonal sub- structure in deformed grains, and in that substructure the lattice defects, formed furing the deformation are quicklv dissolved. After each pass, the austenite grains, recrystallized after the first pass, recrystallize again since the recrystallisation is the faSter the smaller are the grains. In the temperature region where the recrvstallisation of austenite is not complete, no increased formation of AIN was observed, but formation of NbC was faster. But the findings do not show that AIN or NbC could be the primary reasons for the stabilisation of the nonrecrystal-lized austenite. The incomplete recrysta!lisation of austenite during rolling causes the heterogeneous microstructure of steel, as rolled and as normalized. In austenitising the number of unnormally grown austenite grains was the greater the lower was the rolling temperature. In the rolled state the heterogeneity as the consequence of incomplete recrystallisation of austenite during rolling causes the strain anisotropy, and thus the steel can be leas easily deformed in the plane of rolling than perpendi-cularly to that plane. 3AKJ1KDMEHHE yctohhhboctb fle noJiHroHajibHyio MHKpocrpyKTypy b KaTaHOM H H0p\iajlH30BaHH0M COCTOHHHH. Hlt)Ke HeKOTO-pofi onpeaejieHHOH Tevin-pu Gbicrpo o6pa3yeTCs roTOBoe kojihhcctbo aycTeHHTa, KOTopoe bo BpeMH npoKaTKH He peKpn-CTajiJiH3HpyeTCH, aocTHraeT HeKOTopoe MaKCHMajibHoe 3Hane-Hne nočne nero MejuieHHO yMeHbiuaeTCH bo Bpe.vta noHiijKe-hhh TeMn-pbi npoKaTKH. AycTeHHTHbie 3epHa, K0T0pbix peKpHCTajuiH3amiH Ha Ha-CTynHJia nocjie nepBoro nponycKa He peKpncTaJiJiH3HpyioTCH TaK)Ke h npn np0fl0Ji>KeHHH npoKaTKH HecMOTpa Ha yBe.iHHe-HHe o6me0 ae^opMaun. 3to nponcxoanT ao Toro npoNte>KyT-Ka BpevieHH Korna TeMnepaTypa npoKaTKH jiocththht tot hh3khh npeneji, npn kotopom BbiiiejieHHe jie(j)opMauHOHHOH SHeprHH, Hec.MOTpsi Ha KoppeKTypy 6yjeT npoMCXoanrb cjihlukom MejuieHHo, tak hto h co6paHHaa ae(})0p\fauH0HHafl SHeprna ot heckojibkhx nponycKOB He b coctohhhh Bbinoji-HHTb cpa6aTbiBaHHe peKpncTajuiH3auHH Nte>Kay nponycKaMii.