Jeklo po letu 2000 Steel after the year 2000 F. Vodopivec, Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana Na osnovi podatkov objavljenih v strokovni literaturi je podan pregled stanja in razvoja tehnologije izdelave jekla z vidikov porabe energije, ekologije, razvoja talilnih, livnih in predelovalnih naprav, lastnosti jekla pri uporabi in porabe v različno razvitih državah. Intenzivna rast količine proizvedenega jekla po letu 1960, razvoj tehnologije, ki omogoča izdelavo proizvodov na cenejših napravah, ekološka prijaznost, fleksibilnost lastnosti in njihovo neprestano izboljševanje zagota-vljajo, da bo jeklo tudi po letu 2000 ostalo osnovno gradivo tehnične civilizacije. Ključne besede: jeklo, razvoj, ulivanje, lastnosti, ekologija, energija A short survey is given over published references and data on questions the state of the ar t and the development of the technology for the manufacturing of steels from the stand points ofenergy consumption, ecology, development of melting, casting and hot working equipment, properties at use and consumption in different countries. The significant growth of the production, after the year J960, the development of technology, whtch allows the manufacture of better products at lower cost, the ecological acceptability as well as the flexibility of properties and their constant improvement show that after the year 2000 steel will remain the basic material of the technical civilization. Key words: steel, development, casting, properties, ecology, energy 1 Uvod Ob prelomnih letih pogosto razmišljamo o tem, kaj obeta razvoj v bodočnosti. Tudi o jeklu, ki je bilo nesporno osnovno gradivo tehnične civilizacije v 19 in v 20. stoletju, cesto ugibamo, ali bo to vlogo ohranilo še naprej in koliko ga lahko izpodrinejo gradiva, ki se danes relativno hitreje razvijajo tudi zato, ker izhajajo iz količinsko manjše proizvodnje, npr. aluminij, polimeri in inženirska keramika. Koristno je, da o perspektivah jekla kot gradiva razmišljamo tudi pri nas, ker imamo lastno proizvodnjo in porabo jekla in oboje ima industrijsko tradicijo. Če gradiva razvrstimo po tem, koliko energije je potrebno za enoto statične ali dinamične trdnosti, oz. žilavosti loma, razpoznamo iz tabele 1, da jeklo presega vsa gradiva razen lesa in kamna. Druge kovine, še bolj pa polimeri, zaostajajo, imajo pa seveda druge prednosti. Zato se ponuja sklep, čim dražja bo energija, tem bolj bo rastel pomen jekla, ker ga v strojih in napravah les in kamen ne moreta nadomestiti, čeprav se jeklo z njima ne more kosati na številnih področjih uporabe. Dokazni razlogi, da bo jeklo ohranilo svoj položaj med sodobnimi gradivi so: - je energetsko m ekološko racionalno gradivo za strojno in elektroindustrijo ter gradbeništvo; - ima širok razpon lastnosti: trdnost in trdoto v razmerju 1:10, duktilnost in žilavost pa v razponu 1:20; zato se jeklo lahko obdeluje z jeklenimi orodji; - ima največje trajno dinamično trdnost, elastični modul in žilavost loma; - se da oblikovati z litjem in kovanjem v toplem in v hladnem; - je korozijsko obstojno v številnih medijih, izjema so le maloštevilni najbolj agresivni; - že danes približno polovico jekla izdelamo z reciklažo odpadkov, pri čemer prihranimo tudi polovico energije v primerjavi s proizvodnjo jekla iz rude; - sodobna proizvodnja je ekološko prijazna, iz železarn in jeklarn pa zaradi notranje reciklaže ni odpadkov, ali pa ekološko niso sporni razen v tem, da jemljejo prostor za odlaganje. 2 Proizvodnja jekla Zadnjih 15 let proizvodnja jekla količinsko zastaja v primerjavi z rastjo med leti 1950 in 1980, ko seje proizvodnja dvignila od nekaj nad 200 mio ton na okoli 750 mio ton, torej skoraj za več kot 3,5-krat. Na sliki 1 vidimo, daje rast kratkoročno neenakomerna in občutljiva za gospodarske krize3. Predvideva se, da bo do leta 2000 in še naprej proizvodnja rastla po 1% letni stopnji4. Naprej se bo zmanjševala v razvitih državah,v nerazvitih pa bo rastla.Količinska stagnacija proizvodnje v zadnjih 15 letih pa ne pomeni tudi enake stagnacije v uporabi. Tabela 1: Lastnosti nekaterih gradiv. Po viru 1, dopolnjena s podatki vira 2. Gradivo Raztržna trdnost MN/m2 Elastični modul MN/m2 Trajna utrpna' trdnost MN/m2 Žilavost loma (KiC) MNm Specifična teža kg/m3 Specifična energija kWh/kg Spec. en. (kWh) na MN trdnosti Sp.ener-gija na MNm"3/2 žilavosti loma Rastržna trdnost Elastični modul Trajna utrpna trdnost Kovinska Siva litina 400 45000 150 2-8 7300 4-16 73-292 3.6-2.8 194-776 2 Jeklo za pob. 1000 77000 500 150-180 7830 16 349 1.63 253 0,1 Nerjavno 18/8 500 86000 250 80 7900 32 230 2.94 490 0.4 Med 60Cu/40Zn 400 37300 140 30-90* 8360 27 565 6,05 1612 0,45 Aluminij 300 26000 90 15-60* 2700 81 729 8.4 2430 2,2 Dur aluminij 500 26000 180 2700 81 438 8,4 1215 Magnez. zlitine 190 17500 95 10-20* 1700 115 1029 11.2 2058 7,7 Titanove zlitine 960 45000 450 70-100* 4420 200 920 19,6 1964 2,7 Polimeri Propalen GVVM22 35 1500 7,5 906 22 575 13,4 2660 Politen LDxRM 12 84 3,2 920 22 1555 24,1 6225 Rigidax 2000 HDPE 30 1380 4 950 28 932 4,5 7000 Nylon 66A100 86 2350 20 5-7 1140 45 595 18 1560 7.5 PVC 50 1680 12,5 3 1400 27,5 796 23 3080 9,0 Druga Zelezobeton 38 10000 23 0,2 2400 2,3-4 145-253 0.55-0.96 240-417 15,5 Les - trdi 14 4500 6 2-10 720 0,5 26 0,08 60 0,08 Les - mehek 5 2000 3 0,1-1 550 0.5 55 0,14 92 1,0 Steklo 100 30000 - 1 2500 3,3 83 0.28 - 3,3 * - podatek velja za različne zlitine: - inženirska keramika 2-10 - kompoziti 15-80 Po letu 1970 se je začela hitro razvijati tehnologija kon-tinuirnega litja. Zaradi tega litja seje izplen proizvodnje, torej razmerje med količino jekla, ki se iz jeklarne proda in količino jekla, ki se stali v pečeh,povečalo za ca. 15%. Pri enaki proizvodnji talilnih agregatov je torej na voljo za prodajo in uporabo ca. 100 mio ton jekla več. V Nemčiji so izračunali, da so z uvedbo konti litja pridobili toliko jekla, kolikor bi ga dala jeklarna s letno proizvodnjo 5.5 mio ton4. Drugi pomemben razlog stagnacije so izboljšane lastnosti jekla kot gradiva in sodobne metode za izračun konstrukcij. Meja plastičnosti in trdnost konstrukcijskih jekel sta se pri enakih, ali povečanih duktilnosti žilavosti loma po letu 1960 povečali na dvojno vrednost (slika 2), zato so tudi sodobne jeklene konstrukcije precej lažje. Zasledil sem podatek, da so na Nizozemskem zgradili nov jekleni cestni most, ki je še enkrat lažji od mosta za enako obremenitev zgrajenega pred 25 leti. So še dmgi argumenti, ki dokazujejo, da je stagnacija porabe mnogo manjša od stagnacije proizvodnje. Seveda pa ni mogoče upoštevati razmer v obdobjih gospodarske krize in velikih političnih sprememb, kakršnim smo danes priča, za izhodišče razmišljanja o realnih možnostih razvoja. Slika 1 prepričljivo dokazuje, da je proizvodnja jekla konstantno rastla kljub pomembnim znižanjem v obdobjih gospodarskih kriz, seveda pa mnogo počasneje v letih po 1980 kot v letih 1960 do 1980. Poglejmo, kaj se dogaja na področju razvoja tehnologije jekla in mu omogoča, da se ohranja v konkurenci z drugimi gradivi. 3 Tehnologija izdelave in predelave V Sloveniji nt plavžev, zato o razvoju tehnologije plavžarstva samo dva podatka. Narašča proizvodnja v plavžih s premerom Razvoj je zelo intenziven v vseh treh segmentih: proizvodnja talilnika nad 10 m in proizvodnjo nad 7000 ton grodlja surovega železa iz rude, taljenje in vlivanje ter vroča in hladna dnevno4, predelava jekla. 21000 1900 1920 1940 1960 Leto 19&0 2000 Slika 1. Količinska rast proizvodnje jekla od leta 1940 do danes.Označena so obdobja močnejših gospodarskih kriz. Figure 1. Grovvth of steel production since 1940. Marked are periods of stronger economical erisis. Š 1000 0 C 1 800 O o 600 C = 400 o C | 200 č š n Termo mehansko valjano StE 890 StE960 StE 690 St 52. StE 355 St 37 StE 530 StE 460 Poboljšano s kaljen jem v vodi Normalizirano in popuščeno Normalizirano I— Vroče valjano 1900 1920 1940 1960 Leto 1980 2000 1000 1950 Elementi: C.S.P.O.N,H 1960 1970 1980 Leto 1990 2000 Slika 2. Naraščanje meje plastičnosti jekel za konstrukcije. Figure 2. Increase ofthe yield strength of structural steels. Slika 3. Dosežena najmanjša vsebnost nekaterih elementov v mehkih jeklih. Figure 3. Minimal content of some elements in soft steels. Konvencionalno kontinuirno litje Litje tankih slabov Litje predtraka Flemanje 2 50 mm Pred-, ogrodje Potisna peč Pec za kontinuirno žarjenje 50 mm Končna ogrodja Izravnalna peč 15-20mm Litje tankega traku Slika 4. Shematičen prikaz 4 razvojnih stopenj razvoja tehnologije kontinuirnega vlivanja in pripadajoče opreme. Figure 4. Sheme of 4 development levels of continous casting and the corresponding equipment. 400 Standardni ingot 600-900 mm Slika 5. Stopnja predelave pri različnih debelinah litega polizdelka, od diskontinuirno ulitega ingota do kontinuimo ulitega traka. Figure 5. Deformation by different thickness of the čast product from diseontinous čast ingot to continous čast strip. Slika 6. Shematičen prikaz različnih tehnologij vročega valjanja pločevine. Figure 6. Sheme of the hot rolling of thick plates. Preračunana v koks, se je poraba vse energije z. izdelavo tone grodlja v času od 1960 do 1990 zmanjšala od ca.887 na 472 kg5. Pri proizvodnji jekla imata bodočnost samo dva proizvodna agregata: kisikovi konvertorji, v katerih se predeluje tekoči grodelj in do 10% starega železa in elektroobločne peči s starim železom kot osnovnim vložkom. Siemens-Martinove peči so energetsko in ekološko nesprejemljive in obratujejo samo še v tehnološko nerazvitih državah. Gonilo razvoja tehnologije so: večanje sprejemljivosti za naravno in delovno okolje, zmanjšanje porabe energije, živega dela in vseh vrst repromaterialov ter zmanjšanje stroškov kapitala, torej investicij za nove proizvodne naprave. V razvitih državah in tudi v Sloveniji se večina jekla izdela po dvostopenjskem postopku: v talilni peči se vložek stali in doseže osnovna sestava, v ponovčni peči, ki je cenejši agregat, pa se talma dokončno rafintra in doseže končna sestava. Postopek ima dve prednosti, zagotavlja večjo produktivnost in sestavo, ki v večji meri ustreza želj eni, zato se dosegajo boljše lastnosti. Verjetno je najbolj objektiven kazalec razvoja tehnologije taljenja in rafi- nacije trend zmanjševanja količine nekatenh elementov, ki močno vplivajo predvsem na duktilnost in magnetne lastnosti jekel (slika 3). Od 900 ppm v letu 1960, seje skupna količina zmanjšala na okoli 80 ppm v letu 19906. V slovenskih jeklar-nah dosežemo danes okoli 100 ppm. To je dokaz, da naš tehnološki zaostanek za razvitimi ni neobvladljiv. Predstavo o trendu zmanjšanja porabe energije kaže podatek, da smo pred desetimi leti smatrali za tehnološko napredno proizvodnjo jekla v elektroobločni peči s porabo 550 KWh/tono jekla; danes je ta številka že pod 400 KWh/t7. Slovenske jeklarne temu trendu sledijo s prevelikim zaostajanjem, preveliko pa je tudi zaostajanje pri drugih proizvodnih stroških, na primer pri porabi elektrod in ognjevarnega materiala. Mogoče je bil dosežen največji napredek na področju tehnologije vlivanja, kjer je kontinuimo litje gredic in slabov popolnoma zamenjalo litje v blok za vse proizvode, razen za težke odkovke. Namesto 600 do 900 mm debelih bram se danes izdelujejo pločevine in trakovi iz 150 do 250 mm debelih slabov. Vse bolj se uveljavlja tudi vlivanje slabov z debelino do 50 mm. V gradnji sta tudi že dve jeklarni, kjer se bo vlival predtrak z debelino 15 do 20 mm, po letu 2000 pa bo že primerna za proizvodnjo tudi tehnologija vlivanja traku z debelino 1 do 5 mm. Na sliki 4 so shematično predstavljene vse 4 tehnologije s pripadajočo proizvodno opremo. Konkurenca drugih materialov sili v hitro uresničenje pravila, vliti polproizvode s takšno debelino, da bo mogoče izdelati končne proizvode z zahtevanimi lastnostmi in kakovostjo površine z najmanjšo vročo in hladno predelavo. Napredek tehnologije neprekinjenega litja omogoča zmanjšanje stroškov za predelavo na minimum, vse od investicij, (glej: slika 5, ki shematično prikazuje razvoj livno-predelavne tehnologije), do energije za ogrevanje in deformacijo, in doseganje novih lastnosti (omogočajo jih večja kemijska homogenost in manjša zrna, oboje je naravna posledica hitrega strjevanja jekla). Slika 6 kaže, kako se zmanjšuje stopnja predelave pri proizvodnji tankih hladno valjanih trakov v odvisnosti od debeline začetnega polproizvoda. Razvija se tudi tehnologija vroče in hladne predelave. Na sliki 5 so shematično prikazane sorodne tehnologije vročega valjanja, ki omogočajo, da na cenen način izdelujemo pločevino z zelo različnimi lastnostmi 8 z majhnimi spremembami v kemijski sestavi jekla. To dokazuje slika 7, ki prikazuje lastnosti jekla s praktično enako osnovno sestavo. Dodatek aluminija zagotavlja nek nivo trdnosti in plastičnosti, z dodatkom vanadija ali niobija se lastnosti močno spremenijo9. 4 Ekologija Proizvodnja jekla danes ni in nikdar ne bo okolju popolnoma prijazna, vendar pa je že danes v razvitih okoljih za okolje popolnoma sprejemljiva tehnologija.Če ne bi bilo tako, bi se ne ohranjala v državah, ki uveljavljajo najostrejše zahteve glede okolja npr. v Švici. Prizadevanja, da postane proizvodnja jekla okolju še bolj prijazna, gredo v naslednjih smereh: zmanjšanje količine vseh vrst emisij in odpadkov vključno s hrupom, reciklaža starega železa in odpadkov iz proizvodnje, popolnoma zaprti tokokrogi hladilne in procesne vode, izboljšanje delovnega okolja ter razvoj in proizvodnja jekel s povečano korozijsko obstojnostjo, ki so potrebna za gradnjo naprav za procesiranje odpadkov iz drugih industrij. Dobro sliko o odpadkih si lahko ustvarimo na osnovi podatkov za nemško jeklarsko firmo Thyssen Stahl, ki proizvaja okoli 10 mio t jekla letno in stoji v gosto poseljenem Porurju4. Od leta 1960 do leta 1990 se je skupna količina odpadkov iz proizvodnje zmanjšala od 1200 na 500 kg/t jekla. Kot kaže slika 8, se reciklira okoli 90%. Preostanek ca. 10% se odlaga v inertni obliki in ne vpliva na zrak in na vodo. Pomemben faktor izboljšanja okolja je tudi zmanjšanje porabe vseh vrst ener-gentov in pomožnih materialov. V letu 1990 seje za izdelavo jekla uporabilo ca. 425 mio ton jeklenih odpadkov, kar je zamenjalo ca. 700 mio ton železne rude in prihranilo ca. 230 mio ton koksa oziroma dobro polovico energije potrebne za proizvodnjo enake količine jekla iz nide.V Nemčiji znašajo pri sedanji proizvodnji stroški varovanja okolja okoli 50 DEM/t jekla. Celotna količino odpadkov: 6,25 mio. t Skupna stopnja reciKlaže : 91 %> Delež recikliranja n I 41,6 7. ; Plavzna žlindra 17,5 7. lastni odpadek 4,7 7. škaja 3,2 7. drugi odpadki 4,2 7. mineralne snovi 7,6 7. prahovi in usedlina 6,1 7. druge žlindre 15,1 7. jeklarska žlindra Slika 8 Delež različnih odpadkov pri proizvodnji jekla v firmi Thyssen Stahl in stopnja njihove reciklaže. Figure 8. Share of different vvastes in the manufacturing of steel by Thyssen Stahl and their recycling share Delo v proizvodnji in v predelavi jekla je fizično naporno zaradi vročine, hrupa in specifične atmosfere na delovnem mestu. Delovno okolje torej ni posebno prijazno. Izboljšanje prinašajo razvoj tehnologije, avtomatizacija proizvodnje in računalniško krmiljenje procesov. Danes smatramo za gospodarsko sprejemljivo, če jeklarna proizvaja in vroče izvalja okoli 300 t masovnega jekla letno na zaposlenega. Računa se, da bo po letu 2000 za proizvodnjo okoli 600.000 t vroče valjanih trakov nova jeklarna potrebovala okoli 350 zaposlenih5. Približno šestkrat večja pro*duktivnost je merilo napredka v vodenju procesa, njegove tehnološke posodobitve ter odgovor jeklarjev na izziv drugih gradiv. 5 Lastnosti Za konstrukcijska jekla, ki se uporabljajo v gradbeništvu in v strojni industriji je mogoče mejo plastičnosti izračunati s pomočjo naslednjega izraza: R = R„ + R,r. + Rv.z. + RfS + Rizl + Rdef. + Rto V njem so: - R0-naravna trdnost čistega železa, ki se izračuna iz sile potrebne za premik dislokacij 2 G 2 p a R0 = K- exp- 1-v (l-v)b 900 800 700 Temperatura na koncu valjanja, °C G-strižni elastični modul; v-Poissonovo število; a-razdalja med atomskimi ravninami in b-razdalja med atomi v smeri drsenja dislokacije; - R, r -utrditev s trdno raztopino Rt.r =ZKnCn Slika 7. Vpliv temperature valjanja na jeklo z osnovno sestavo 0,11% C, 1,2% Mn in 0,4% Si in z dodatkom aluminija, vanadija ali niobija. Figure 7. Influence of rolling temperature on the properties of steels with basic composition 0.11 % C, 1.2 % Mn and 0.4 % Si and additions of aluminium as vvell as vanadium or niobium. Kn -faktor utrditve za element, katerega vsebnost je Cn - Rvz -utrditev zaradi zmanjšanja velikosti zrn Rv z — K Z ' ~ z K-konstanta in Z velikost zrn - Rf s -utrditev zaradi fazne sestave Rf.S.=Z fnRn z fn kot volumskim deležem faze s trdnostjo Rn - R,Z| -izločilna utrditev zaradi ovir za premikanje dislokacij, predvsem različnih izločkov Rizl =- K G B f popuščanju spremenijo, največkrat se zmanjšajo, pojavi pa se lahko izločilna utrditev. Upravičena je torej trditev,da ima jeklo sicer enostavno kristalno mrežo, prostorsko ali ploskovno centrirano kocko, vendar so v vseh primerih lastnosti odvisne od števila napak v tej urejenosti.Zato je mikrosvet jekla mikrokozmos presenetljive kompleksnosti, neke vrste subtilna mešanica urejenosti in namernega mikrokaosa, ki ga tehnološko še ne obvladamo popolnoma, zato so možnosti za nadaljnje izboljšanje lastnosti jekla. z B-Burgersov vektor dislokacij, f-volumski delež in d-premer izločkov ~ Rdef -utrditev zaradi hladne deformacije Teoretično je Rdef = Rc + K G Bl/2 z kot gostoto dislokacij Empirično se utrditev zaradi hladne deformacije izračuna iz izraza Rder = K Sn z Z kot stopnjo hladne deformacije in n -koeficientom deformacij ske utrditve. - Rto -utrditev zaradi toplotne obdelave 200 <0.005 V. S | <0.008 S <0.012 % S <0.020'/o S 0,025 7.S J_L 1960 1965 1 970 1980 1985 1990 500 400 300 200 100 20 mm pločevine iz jekla 0,18C; 0.4Si; 1,4Mn, 0.02P; Q025At; 0,0042Nb 0,06V; 0,12Cr;0,21 Cu; 0,10Ni, normalizirano meja plastičnosti 488N/mm2, vel. zrn razred 11 ASTM ._ m in tv o- z « (N4 3 o" v vc NbC Al N Mn Cu ♦ Cr «■ • Ni .P Si Izločilna utrditev Zmanjšanje zrn Substitucijska [> trdna raztopina C kot perlit Interstidjska utrditev C in N Naravna MP 10 % 14 12 24 9 6 11.5 7 6.5 Slika 9. Deleži različnih mehanizmov utrditve v meji plastičnosti mikrolegiranega konstrukcijskega jekla vrste Nioval 47. Figure 9. Share of different strengthening mechanisms in the yield strentgh of the normalised microalloyed steel Nioval 47. Pri toplotni obdelavi se trdnost poveča zaradi notranjih napetosti,ki so posledica zadržanja elementov v prisiljeni trdni raztopini, zaradi neravnotežne premene, pri kateri nastane nova faza z večjo specifično prostornino ter zaradi spremembe v velikosti zrn. Odvisno od pogojev, se notranje napetosti pri Slika 10 Rast prečne žilavosti debeline pločevine z zmanjšanjem vsebnosti žvepla v jeklu. Figure. 10. Influence of the content of sulphur on the transverse noteh toughness. Na sliki 9 so prikazani deleži različnih mehanizmov utrditve pri konstrukcijskem jeklu mikrolegiranem z aluminijem, niobijem in vanadijem10, kije bilo pred desetletjem še moderno gradivo. Naravna trdnost kristala železa predstavlja zelo majhen delež v meji plastičnosti te vrste jekla. Popolnoma logično je zato, da omogoča večje tehnološko obvladovanje faktorjev, ki vplivajo na trdnost jekla, da se njegove lastnosti neprestano izboljšujejo, kar za primer konstrukcijskih jekel kaže slika 2. Kako pomembna je čistost jekla za specifične lastnosti, žilavost v primeru žvepla kot neželene nečistoče v konstrukcijskih jeklih, kaže slika 10. Od leta 1960 seje v teh jeklih zmanjšala vsebnost žvepla od 0,025% na 0,002%, žilavost pa je zrastla od 24 J na preko 150 J5, kar zagotavlja večjo varnost konstrukcijam, olajša njihovo izdelavo z valjenjem in omogoča varjenje jekla z visoko mejo plastičnosti. Bolj še tehnološko obvladanje mehanizmov zagotavljanja duktilnosti in trdnosti omogoča razvoj novih vrst jekel in razumljivo povzroča upadanje porabe starih vrst. Na sliki 11 so prikazani življenjski ciklusi jekla za debele cevi. Življenjska doba vsake vrste jekla je razmeroma kratka, zato se ni čuditi podatku, da od ca. 2500 vrst jekel, ki so danes v uporabi v Nemčiji, polovica ni starejša od 5 let"-|}. Zanimivo in poučno je dejstvo, da se boljše lastnosti dosegajo s sestavo, ki ima po količini manj, ali enako, po številu pa več legtrnih elementov (slika 12). Velja, da sodobnega jekla z visoko mejo plastičnosti in žilavostjo ni mogoče izdelati brez mikrolegiran-ja z aluminijem, niobijem in pogosto tudi titanom m vanadijem 20.Čedalje hitreje narašča proizvodnja nerjavmh jekel in hladno valjanih trakov, ki so pred korozijo zaščiteni z kovinskimi ali/in polimermmi prevlekami. Podoben napredek, čeprav ne tako izrazit, je opazen tudi pri drugih vrstah jekel: pri orodnih, ki se danes v vse večji meri izdelujejo s konsolidacijo prahov, kar jim daje večjo žilavost loma in odpornost proti drobljenju reznega roba, pri neijavnih, kjer nova jekla v naraščujoči meri izpodrivajo dražja krom-nikljeva jekla, pri mehkomagnetnih jeklih za neorientirane in orientirane pločevine, kjer se dosegajo čedalje manjše vatne izgube, pri jeklih za avtomobilske motoije, pri katerih kontrolirano kovanje in uravnotežena sestava omogočata nadomeščanje toplotne obdelave 12 in zmanjšanje stroškov za najmanj 20% pri ohranjeni trajni dinamični trdnosti (slika 13) in zadostni žilavosti. Slika 11. Ciklusi razvoja in uporabe jekla z naraščujočo trdnostjo za velike cevi. Figure 11. Lifetime of use of different grades of steel vvith increasing strength for large tubes. kg, v Nemčiji 540 kg, v EGS 350 kg, v Švici 380 kg, na Finskem 650 kg, na Švedskem 540 kg, v Avstriji 530 kg, na Danskem 122 kg, na Nizozemskem 400 kg, v Afriki pa samo 20 kg. Poučen podatek je, da se je v letu 1992 uvozilo v Sin-gapur ca. 1000 kg jekla na prebivalca, na Dansko 220, veliki uvozniki jekla pa so na primer Malezija, Grčija in Portugalska. Ti podatki kažejo, da se v razvitih in razvijajočih se državah uspešno razvija del industrije, ki jeklo porablja. V Sloveniji je poraba okoli 300 kg/prebivalca od česar je ca. polovica iz uvoza. Količinska poraba ustreza zadovoljivo razvojni stopnji naše industrije, vendar je ta industrija preveč usmerjena v porabo jekel nižjega razreda kakovosti. Velja pravilo, da se jeklo večinoma porabi v državah, ki ga izdelujejo 13, kar pomeni, da jeklo izvažajo v proizvodih, npr. vozilih, orodnih strojih in industrijski opremi. Zato je v mednarodno trgovino vključeno neposredno največ 25% vse proizvodnje jekla. Direkten izvoz jekla iz Japonske, ki je drugi proizvajalec po količini, znaša okoli 10%. Izjema so nekatere države, v katerih je predelovalna industrija premalo razvita, (npr. Finska), imajo nesorazmerno veliko proizvodnjo jekla, (npr. Luksemburg), ali pa je v njih predelovalna industrija v hudi krizi, (npr.Češka in Slovaška) in jeklo izvažajo po dumpinskih cenah14. Tudi Slovenija je izjema, ker izvaža okoli 50% svoje proizvodnje, ki bo po sanaciji v najboljšem primeru dosegla ca. 0,08% svetovne proizvodnje. Zato slovenska proizvodnja ne more vplivati na mednarodni trg in pri zadostnem tehnološkem znanju, delovni disciplini ter fleksibilnem trženju, ne bi smelo biti dolgoročno problemov za plasman slovenskih jeklenih proizvodov.Narodno gospodarsko bi bilo seveda zelo koristno, da bi se v industriji povečala poraba boljših vrst jekel, ki se gospodarno lahko proizvajajo v slovenskih jeklarnah. 0.3 ;o,2 o 0.1 IMn E23Nb ^Ti -3 380 N/mm 250 N/mm2 2 > 380 N/mm 550N/mnrr C 2 J mt ~ 1 o Gradbena Termomehansko Mehka Normalizacijsko nelegirana valjana jekla jekla Slika 12. Različni koncepti legiranja konstrukcijskih jekel. Figure 12. Different concepts of alloying of structural steels. 6 Poraba Proizvodnja in poraba jekla sta po svetu zelo neenakomerni. Največ jekla se izdela v razvitih državah, mnogo tudi v bivših socialističnih državah in v nekaterih državah v razvoju. Povprečna letna vidna poraba jekla je ca. 150 kg/na prebivalca, vendar pa nekatere države oz. asociacije držav močno odstopajo, npr.: v ZDA je proizvodnja 450 kg, na Japonskem 800 E < 10 10 Število obremenitev Slika 13. Primerjava trajne dinamične trdnosti enake ojnice avtomobilskega motoija, ene iz klasičnega CMnCr jekla in druge iz jekla s povečanim dušikom ter dodatkom vanadija in titana. Figure 13. Comparison ofthe fatique strength of automotive connecting rods from conventinal and heat treated steel and from a microalloyed steel. 7 Zaključek Hiter tehnološki razvoj proizvodnje in jekla kot gradiva vzpodbujajo po letu 1960 poostrene ekološke zahteve, zmanjšanje vseh proizvodnih stroškov, še posebej stroškov za energijo in kapital in uvajanje informacijske tehnologije. Zato ni bojazni, da jeklo ne bi ohranilo svojega položaja med gradivi, ki jih proizvaja in porablja tehnična civilizacija. Jeklo se bo lahko uspešno kosalo z drugijni gradivi, če se bo razvijalo tudi kot material in zagotavljalo za sprejemljivo ceno lastnosti, ki ga bodo napravile čim bolj primernega in kompetitivnega za specifične namene uporabe. Proizvodnja jekla v Sloveniji tehnološko ni na enakem nivoju kot v razvitih državah. Predvsem je odstopanje veliko pri stroških, vendar je tehnološki zaostanek obvladljiv, če bodo na voljo sredstva za dopolnitev opreme in bo v zadostni meri uporabljeno obstoječe znanje. Bodočnosti proizvodnje jekla v Sloveniji ni mogoče iskati v rasti, ki bi bila količinsko kompetitivna z bolj razvitimi okolji. Gospodarsko upravičeno proizvodnjo bo zagotavljal le cenovno kompetitiven program, za kar bo potrebno mnogo znanja o tehnologiji, o materialu, o organizaciji del in o trženju, ki bo omogočil fleksibilno pokrivanje tržnih niš s cenovno sprejemljivimi proizvodi. Hitra rast se obeta v razvitih državah predvsem za nerjavna jekla16'17. To bi bilo v bodoče potrebno čim bolj upoštevati. Za tak razvoj bo potrebno mnogo znanja. Ocenjujoč trend razvoja razmer na področju raziskovanja in razvoja v zadnjih letih, obeti v tej smeri niso prav vzpodbudni. Posebno niso vzpodbudni, če vlaganja v raziskovanje v naši industriji primerjamo npr. z Japonsko, kjer je vlaganje jeklarske industrije v to dejavnost doseglo v letu 1990 2.3% vrednosti vse prodaje18. Točnih podatkov o vlaganjih v raziskave za evropske proizvajalce jekla nismo našli, ne morejo pa biti mnogo nižji od Japonskih vlaganj, sicer se ne bi obdržali na trgu. Dntga pot, ki pelje iz razvojnega zaostanka je vključitev več sekundarne predelave v sklop jeklam. O tem mnogo razmišljajo v razvitih državah. Gospodarsko bi bilo gotovo upravičeno, da se del sekundarne predelave, predvsem postopki, ki povzročajo mnogo odpadkov, na primer krojenje, kovanje in štancanje, prenesejo v jeklarnc. S tem bi prihranili vsaj stroške, ki so potrebni za prevoz materiala do porabnika ter za zbiranje m prevoz odpadkov nazaj v jeklamo. V lit. vira 19 je navedena kot realna celo možnost, da bi v jeklarne prenesli izdelavo posamičnih delov karoserije in šasije za avtomobil. Poudarja pa se tudi, da se bo zaradi "minimill" koncepta proizvodnja jekla širila tudi v majhne države brez tradicije v tej proizvodnji. Lep primer zato sta Islandija in Hong Kong, ki sta se tudi v zadnjih letih uvrstila med proizvajalce jekla. 8 Literatura 1 W.O. Aleksander: Some aspects of metallurgy; past, present and future; Metals and Materials b. 11, 57-63, 1981. 2 B. Ule: privatna informacija. 1 H.A. Faure: Development, state of the art and future as-j)ects of steel-making: Metallurgieal Plant and Technologv International, 1993, št. 3, 32-41. 4 L.J Holschuch: Stagnation in the world's steel markets; Metallurgieal Plant and Technology International, 1992, št. 6, 32-38. 5 A. Altgeld m C. Schneider: Stahl 2000: Thyssen Technische Bericli te 24, 1992, št. 1, 1-21. 6 L. Meyer: Aspekte kunftiger Stahlentvvicklungen: Thyssen Technische Berichte 23, 1992, št. 1, 35-42. 7 W. Ballandino, F.G. Hauck in K. Klintvvorth: Steelmaktng at Acciaerie Venete - Improved performances by the K-ES process; Metallurgieal Plant and Technology International, 1992, št.5, 42-51. 8 C. Strassburger: Entvvicklungen zur Verbesserung des Ver-arbeintungs- und Gebrauchverhalntens warmgewalzter Stahl-bleche (Warmaband); Thyssen Technische Berichte 24, 1992, št. 1, 23- 34. 9 F. Vodopivec, M. Gabrovšek, J.Žvokelj, D.Kmetič: A laboratory Simulation of the rolling of thin plates on a Steckel hot rolling mili: Metallurgieal Science and Tech-nology, 1990, 102-116. 10 F. Vodopivec in M. Gabrovšek: Meja plastičnosti konstrukcijskih jekel, fizikalno metalurške osnove: Železarski zbornik 21, 1987, 19-28. 11 G. Kading, H. Bleilebens, W. Fix, D.Wolfhard in K. Wun-neberg: Innovations processe m der Stahlindustrie; Stahl u. Eisen 113, 1993, št. 3, 39-47. 12 F. Vodopivec, S. Jurca, J. Žvokelj, F. Filipov and K. Kuz-man: Influence of austenite grain size on mechanical properties and fraeture of forged 0,48 C and 1,2 Mn steel; Hot VVorking and Forming processes, The Metals Society, London 1980, 222-227. F. Vodopivec, J. Žvokelj, S. Jurca, F. Filipov in K. Kuz-man: Ojnice s perlitno mikrostrukturo za avtomobilski motor: Železarski Zbornik 15, 1981, 247-256. 13 E. Schulz: Die Zukunft des Stahls lm Spannungsfeld zvvischen Okonomie und Okologie: Stahl u. Eisen 113, 1993, št.2, 25-33. 14 R. Vondran: Auf der Suche nach neuen Strukturen-Die Osteuropaische Stahlindustrie aus vvestlicher Sicht: Stahl u. Eisen 113, 1993, št. 4, 39-45. 15 E.D.Schulz: Image Forderung fur den Werkstoff Stahl: Stahl u. Eisen 109, 1989, št. 10, 236-237. 16 N.N.: Dinamismo degli acciai speciali: La Metallurgia Itali-ana, 1991, št. 3,286-287. 17 N.N.: Metals Outlook: Advanced Materials & Processes, 1989, št. 1, 11-18. 18 S. Hasoki: Production and Technology of Iron and Steel in Japan during 1992; ISIJ International 33, 1993, št.4, 427-445 19 R. Vondran: Chancen der deutschen Stahlindustrie in Europa und der Welt: Stahl u. Eisen 113, 1993, 27-30. 20 F. Vodopivec: Microalloving of steel: Kovine, zlitine, tehnologije 26, 1992,319-328.