Vpliv titana na plastičnost ognjeod-por nega feritnega jekla Z 22-24% Cr DK: 669.018.45 ASM/SLA: SS, Q23p Bogdan Stocca V članku so opisane preiskave, ki smo jih izvedli z namenom, da bi izboljšali plastičnost ognjeodpornega jekla z 22—24 % Cr. Jeklu smo dodajali titan v različnih količinah. Vplive tega elementa na sposobnost preoblikovanja v vročem smo ugotavljali s pomočjo tor-zijskih preiskav in trgalnih preizkusov. Prikazani so doseženi rezultati vpliva titana na dendritsko strukturo. KARAKTERISTIKE OGNJEOBPORNEGA FERIT NEGA JEKLA Uporabniki imajo danes na razpolago večje število ognjeodpornih jekel feritnega tipa. Glavni legirni element, ki daje tem jeklom karakteristično odpornost proti oksidaciji, je krom. Poleg kroma vsebujejo ta jekla še druge elemente, ki jih dodajamo z namenom, da bi se izboljšale nekatere karakteristike. Tako tem jeklom dodajamo večje količine silicija, oziroma aluminija, da bi se izboljšala njihova ognjeodpornost, ali večje količine titana, oziroma dušika, da bi preprečili nastanek grobega zrna pri vlivanju in da bi se zmanjšala hitrost naraščanja zrna pri dolgotrajnem ogrevanju na visokih temperaturah. Nekatera jekla vsebujejo še nikelj. Ta zadnji element izboljšuje nekatere lastnosti, kot so va-rivost, žilavost pri sobni temperaturi itd. Vse ostale elemente razen mangana in ogljika, ki se nahajajo v jeklih, smatramo kot nezaželene primesi. Ognjeodporno jeklo z oznako C 4970 izdelujemo tudi v železarni Jesenice v obliki vseh vrst pločevine nad 3 mm in paličastega železa nad 8 mm. Jekla C 4970 z 22—24 % Cr je ognjeodporno vse do 1000° C, in to tudi v atmosferah, ki vsebujejo žveplove komponente. Uporablja se zelo uspešno za izdelavo delov peči, za dele rekuperatorjev in regeneratorjev, za gorilce itd. Jeklo pa ni prikladno za izdelavo nosilnih elementov zaradi njegove nizke mehanske odpornosti pri visokih temperaturah. Posebno nizke so njegove vrednosti trajnega raztezka (cr 1/1000). Slika 1. To ognjeodporno feritno jeklo se lahko vari, vendar so potrebni pri varjenju posebni ukrepi. Pregreto in preko 475° C počasi ohlajeno jeklo postane zelo krhko. Ce je pravilno toplotno obde- Bogdan Stocca je diplomirani inženir metalurgije in višji strokovni sodelavec v raziskovalnem oddelku Železarne Jesenice lano, se da prav lepo upogibati za 180°, vendar ima istočasno izredno nizko zarezno udarno žilavost. Izdelava in predelava Jeklo č 4970, ki smo ga prej vlivali v 600 do 1000 kg bloke se je dalo z lahkoto preoblikovati v vročem. S prehodom na večje bloke pa so se začele težave, ki so se kazale v slabi plastičnosti valjancev pri valjanju, kar je bila posledica neugodne lite strukture. Jeklo smo tedaj izdelovali v 60-tonski elektro-obločni peči in vlivali sifonsko v 8-tonske bloke. Te smo po preteku 3—4 ur založili v komore globinskih peči, ki so bile kurjene z mazutom. Po kratki homogenizaciji na temperaturi zakladanja i! £ Ž- 01 •2 / / X / / 800 900 1000 1100 -— Temperatura (°C) 1200 Slika 14 Torzija jekla A. Vpliv temperature in časa ogrevanja. ■8 o 800 900 1000 1100 -—Temperatura (°C) 1200 Slika 15 Torzija jekla C. Vpliv temperature in časa ogrevanja. 140 120 100 o P ■8 80 o g) 60 l/) 40 20 o, Jeklo D - 30m n i ■----- lurc -----2un ............. 5 ur / // / S .* \ /// // /s . S/ \\ Y \\ i ------ 1 fs / ' --- 1 900 1000 —— Temperatura (°C) 1100 1200 Slika 16 Torzija jekla D. Vpliv temperature in časa ogrevanja. o -fe 1200°C 1050°C 100CPC 1100°C 900°C ■ VoTl smo preizkušance trgali. Hitrost naraščanja obre menitve je znašala 0,5 kp/mm2 sek. Preiskave mehanskih lastnosti smo izvedli tako kot pri torzij-skih preiskavah na jeklih A, C in D. Rezultati, ki smo jih pri tem dosegli, so podani v spodaj navedenih diagramih. Kakor je iz slike 18 razvidno, trdnost konstantno pada s padajočo temperaturo in doseže nad 1000° C izredno nizke vrednosti. Slika 17 Vpliv titana na število obratov pri določenih temperaturah. — Jeklo, pri katerem je znašalo razmerje Ti: C = 5 : 1 (Ti = 0,45 %), je imelo najvišje število obratov do porušitve. — Jeklo, ki je vsebovalo večje količine titana, kot je znašalo razmerje 5:1, je imelo manjše število obratov do porušitve od jekla z navedenim razmerjem. — Pri vseh treh jeklih ni imel čas ogrevanja (od 30 min do 5 ur) nobenega vpliva na doseženo število obratov. — Potek krivulj vseh treh jekel kaže, da število obratov z naraščanjem temperature počasi narašča vse do 1050° C, ko se dosežejo najvišje vrednosti. Po tej temperaturi beležimo do 1100° C močan padec števila obratov, posebno pri jeklu, legiranem s titanom. Nad to temperaturo pa število obratov začenja hitro naraščati. Iz navedenega sledi, da imajo jekla, ne glede na vsebnost titana, najboljšo plastičnost pri 1050° C. Pripomniti moramo, da se rezultati, ki smo jih pri naših raziskavah torzije dosegli, precej razlikujejo od rezultatov, ki so jih na jeklih z enako ali zelo podobno vsebnostjo elementov dosegli Elfmark (1), Zuev (5) in drugi. Rezultati se razhajajo predvsem v številu obratov pri določenih temperaturah in v temperaturi maksimalne plastičnosti. 21 3 s - Jeklo A ----Jeklo C -----Jeklo D V N V s \W \\N \ 1 s 0L 800 900 1C00 1100 1200 -— Temperatura (°C) Slika 18 Vrednost trdnosti v odvisnosti od temperature preiskav. Slika 19 prikazuje vrednost raztezkov v odvisnosti od temperatur, čeprav ni bilo bistvenih razlik v doseženih vrednostih med posameznimi jekli, moramo omeniti konstantno naraščanje vrednosti raztezkov jekel, legiranih s titanom, obenem pa padanje vrednosti raztezkov nad 1000° C pri jeklu, ki ni vsebovalo titana. To padanje vrednosti raztezkov se ujema s prisotnostjo gama faze. Mehanske lastnosti: Mehanske lastnosti smo ugotavljali na kovanih in mehansko obdelanih palicah, premera 10 mm. Preiskave smo izvedli v temperaturnem območju 1200—800° C. Palice smo ogrevali v vertikalni elektro uporovni pečici, ki je bila vgrajena na ogrodju trgalnega aparata. Ogrevali smo brez zaščitne atmosfere. Da bi bili pogoji ogrevanja čim bolj enakomerni, smo preizkušance, ki so bili izpostavljeni višjim temperaturam, držali ustrezno krajši čas v peči. Po preteku predpisanega časa Potek kontrakcije v odvisnosti od temperatur preiskav nam prikazujejo krivulje na sliki 20. Tudi pri teh preiskavah nismo ugotovili bistvenih razlik -Jeklo A ----Jeklo C -----Jeklo D 800 900 1000 1100 1200 -— Temperatura (V ) Slika 19 Vrednosti raztezov v odvisnosti od temperatur preiskav. -— Temperatura (°C ) Slika 20 Vrednost kontrakcije v odvisnosti od temperatur preiskav. v vrednosti kontrakcije med posameznimi kvalitetami. Pri jeklu, ki ni legirano s titanom, pa smo zaznamovali rahlo padanje kontrakcije pri temperaturah nad 1000° C. ZAKLJUČEK Izdelali smo preiskave torzije in mehanskih lastnosti v temperaturnem območju 1200—800° C ter preiskave vpliva titana na velikost zrn lite strukture z namenom, da bi ugotovili temperaturno območje največje plastičnosti jekla. Rezultati, ki smo jih dosegli, so bili naslednji: 1. Z vezanjem dušika in ogljika v titanov kar-bonitrid smo odpravili avstenitno območje pri temperaturah nad 1050° C. 2. Karbonitridi delujejo v talini kot kali, zaradi katerih nastane pri strjevanju finejše zrno. 3. Jekla brez titana so v litem stanju zelo grobo zrnata. 4. Drobno zrnata struktura se doseže že pri dodatku cca 0,2 % Ti. Večje vsebnosti titana nimajo na zrnatost bistvenega vpliva. 5. Ne glede na kvaliteto jekla smo pri torzij-skih preiskavah dosegli največje število obratov do porušitve pri 1050° C, najnižje pa pri 1100° C. 6. Mehanske vrednosti trdnosti se pri vseh jeklih, ne glede na temperature preiskav bistveno ne razlikujejo med seboj. 8. Vrednosti kontrakcije in posebno vrednost raztezkov imajo pri jeklih brez titana tendenco padati pri temperaturah nad 1000° C. Literatura 1. J. Eifmark: Vpliv prisadu titanu na zlepšeni tvaritel-nosti oceli s 24 °/o Cr. Hutnioke listy 1964, štev. 1, str. 22. 2. K. Bungardt: Untersuohungen iiber den Aufbau des Systems Eisen-Chrom-Kohlenstoff. Archiv fiir da Eisen-huttenwesen. 1958, štev. 3, str. 195. 3. E. Mohir: Sulfidi titana v neržavejuščej titan sadrža-ščej stali. Stal. 1964, štev. 8, str. 736 4. Van Horn: Aluminium in Iron and Steel. Chepiman and Hali — Ltd. London, str. 309. 5. M. Zuev: Plastičnost čelika na visokim temperaturama. Udruženje Jugosl. železara — prevod iz ruščine, Beograd 1973. 6. I. Kornilov — Alloys of Iron — Chronium — Aluminium PaMhrafkniga — Moskva 1945. ZUSAMMENFASSUNG Das Walzen der Blocke des ferritischen Hitzebestandi-gen Stahles mit 22 bis 24 °/o Cr war immer mit grossen Schwierigkeiten Verbunden, hauptsachlich als Folge der schlechten plastischen Eigenschaften, weshalb beim Warm-walzen an Walzblocken mehr oder weniger tiefe Risse entstanden. Wegen diesen Schwierigkeiten war der Abfall zu gross. Nach der Form der Risse und auf Grund der metallo-graphischen Untersuohungen konnte der Schluss gefasst werden, dass die Ursache fiir diese Schvvierigkeiten das ungiinstige Gefiige sein kann. Wir versuchten dieses Gefiige mit Titanzusatz von 0 bis 1 % zu beseitigen. Wir haben festgestellt, dass ein feinkorniges Gefiige schon bei 0.2 % Ti auftritt. Der Einfluss von Ti auf das Gefiige konnte mit Warmtorsions und Zerreisproben im Temperaturbereich von 800 bis 1200° C, dass heisst im Bereich des VVarm-vvalzens bestatigt werden. Die gesamten Untersuchungen sind an geschmiedeten Proben aus 5 kg Blocken ausgeftihrt vvorden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Plastizitat des ferritischen hitzbestandigen Stahles schon mit geringen Titan-zusatzen verbessert werden kann. Dabei haben wir die beste Plastizitat, unabhangig von der Titankonzentration im Stahl, bei 1050° C und die schlechteste bei 1100° C er-reicht. SUMMARY Rolling of ingots of ferritic refractory steel with 22 to 24 % Cr caused always difficulties due to bad plasti-city of the steel. More or less deep cracks in rollings appe-ared during the hot rolling. Thus too high cobble was obtained. The crack shape and the metallographic analysis indicated that the troubles could be caused ty the čast structure. The structure vvas modified by adding up to 1 % titanium. The fine grained structure was obtained already with 0.2 % Ti. Influence of this element on the grain size and thus on the plasticity of the steel was con-firmed by torsion and tensile tests betvveen 800 and 1200° C, i. e. in the range of hot rolling. Ali the tests were made with forged test pieces which were made of 5 kg labora-tory ingots. The obtained results shovv that plasticity can be improved with small additions of titanium. Regardless to the amount of this element in steel the best plasticity was obtained at 1050° C, and the Iowest at 1100° C. 3AKAIOHEHHE npOKaT CAHTKOB OrHeCTOHKOH (jjeppHTHOH CTaAH c coAep»aHiieM 22—24 % Cr 6ma BcerAa CBH3aH c Soabuihmh 3aTpyAHeHHaMii, ko-Toptie npOflBAflAHCb b nAOXOH nAaCTHHHOCTH CTaAH. BCAeACTBHH 3Tora Ha npoKaTHOM H3A6AHH npH ropa^eM npoKaTe noflBAaAHCb 6oAee hah MeHee rAy6oKHe TpemnHbi. H33a ynoMHHyTbix 3aTpyAHe-hhh b uexe HMeAH Ke npn 0.2 % Ti. BAHJiHHe 3Tora 3Ae.weHTa Ha BeAHHHHy 3epeH, a c sthm H Ha nAaCTIHIHOCTb CTaAH AOKa3aAH HCCAeAOBaHHeM TOp3HH H HCnbl-TaHiieM Ha pa3pbiB b TeMn-OM HHTepBaAe 800—1200°, hto cootbct-CTByeT Tenin-HOH oČAacra ropaMera npoKaTa. 3th HCCAeAOBaHHH BbinoAHeHbi Ha npo6nbix O0pa3uax npHroTOBAeHHbix H3 5 kt-hx Aa6o-paTopnbix cahtkob. noAyHeHbie pe3yAbTaTU noKa3aAH, hto nAa-CTHHHOCTb CTaAH M05KH0 nOAyWTb \'>KC C He6oAbIHOH AOSaBKOH THTaHa. HecMOTpa na coAepacaHHe 3T0ra SAeMeHTa b CTaAH, caMyio AyHHiyio nAaeTHMHoeTb noAy^«iAH npn TeMn-pe 1.050°, a caMyio nAoxyio npn 1.100° U.