YU ISSN 0372-8633 ZELEZARSKI ZBORNIK VSEBINA Vehovar Leopold — Metalurški inštitut Ljubljana MEHANIZMI DELOVANJA VODIKA V KOVINAH IN VODIKOVA KRHKOST Vodopivec Franc — Metalurški inštitut Ljubljana TOPOLOGIJA RASTI REKRISTALIZACIJSKIH ZRN V JEKLU Z 1,8 % Si, 0,3 % Al in 0,02 % C V RAZPONU TEMPERATURE/00 do 800 "C Bolčina Marjan — Železarna Štore REŠEVANJE STACIONARNEGA IN NESTACIONARNE-GA TEMPERATURNEGA POUA PO METODI KONČNIH ELEMENTOV NA PC RAČUNALNIKIH Risteski Ice B. — Železarna Smederevo PRIMENA ERROR FUNKCIJE U DIFUZIONOM HROMI-RANJU TEHNIČNE NOVICE Vehovar Leopold — Metalurški inštitut Ljubljana LABORATORIJ ZA KOROZIJSKE RAZISKAVE V SLOVENSKIH ŽELEZARNAH - METALURŠKEM INŠTITUTU XLI. POSVET O METALURGIJI IN KOVINSKIH GRADIVIH OSEBNE VESTI Stran 13 21 25 29 35 45 LETO 25 ŠT. 1-1991 ŽEZB BQ 25 (1) 1-48 (1991) IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT ŽELEZARSKI ZBORNIK Izdajajo skupno Železarne Jesenice, Ravne, Štore in Metalurški inštitut Ljubljana UREDNIŠTVO Glavni in odgovorni urednik: J Arh Uredniški odbor: A. Kveder, J. Rodič, A. Paulin, F. Grešovnik, F. Mlakar, K. Kuzman, J. Jamar Tehnični urednik: J. Jamar Lektor: R. Razinger Prevodi: A. Paulin, N. Smajič (angleški jezik), J. Arh (nemški jezik), L. Puš (ruski jezik) NASLOV UREDNIŠTVA: Železarski zbornik, SŽ-Železarna Jesenice, 64270 Jesenice, Yugoslavia TISK: TK Gorenjski tisk, Kranj IZDAJATELJSKI SVET: prof. dr. M. Gabrovšek (predsednik), Železarna Jesenice dr. B. Brudar, Iskra, Kranj prof. dr. V. Čižman, Univerza v Ljubljani prof. dr. D. Drobnjak, Univerza v Beogradu prof. dr. B. Koroušič, Metalurški inštitut Ljubljana prof. dr. L. Kosec, Univerza v Ljubljani prof. dr. J. Krajcar, Metalurški inštitut Sisak prof. dr. A. Križman, Univerza v Mariboru dr. K. Kuzman, Univerza v Ljubljani dr. A. Kveder, Metalurški inštitut v Ljubljani prof. dr. A. Paulin, Univerza v Ljubljani prof. dr. Z. Pašalič, Železarna Zenica prof. dr. C. Pelhan, Univerza v Ljubljani prof. dr. V. Prosenc, Univerza v Ljubljani prof. dr. B. Sicherl, Univerza v Ljubljani dr. N. Smajič, Metalurški inštitut v Ljubljani prof. dr. J. Sušnik, Zdravstveni dom Ravne dr. L. Vehovar, Metalurški inštitut Ljubljana prof. dr. F. Vodopivec, Metalurški inštitut Ljubljana Published jointly by the Jesenice, Ravne and Štore Steelvvorks, and The Institute of Metallurgy Ljubljana EDITORIAL STAFF Editor: J. Arh Associate Editors: A. Kveder, J. Rodič, A. Paulin, F. Grešovnik, F. Mlakar, K. Kuzman, J. Jamar Production editor: J. Jamar Lector: R. Razinger Translations: A. Paulin, N. Smajič (English), J. Arh (German), L. Puš (Russian) EDITORIAL ADDRESS: Železarski zbornik, SŽ-Železarna Jesenice, 64270 Jesenice, Yugoslavia PRINT: TK Gorenjski tisk, Kranj EDITORIAL ADVISORY BOARD: prof. dr. M. Gabrovšek (Chairman), Iron and Steel VVorks, Jesenice Dr. B. Brudar, Iskra, Kranj Prof. Dr. V. Čižman, University of Ljubljana Prof. Dr. D. Drobnjak, University of Belgrade Prof. Dr. B. Koroušič, Institute of Metallurgy, Ljubljana Prof. Dr. L. Kosec, University of Ljubljana Prof. Dr. J. Krajcar, Institute of Metallurgy, Sisak Prof. Dr. A. Križman, University of Maribor Dr. K. Kuzman, University of Ljubljana Dr. A. Kveder, Institute of Metallurgy, Ljubljana Prof. Dr. A. Paulin, University of Ljubljana Prof. Dr. Z. Pašalič, Iron and Steel VVorks, Zenica Prof. Dr. C. Pelhan, University of Ljubljana Prof. Dr. V. Prosenc, University of Ljubljana Prof. Dr. B. Sicherl, University of Ljubljana Dr. N. Smajič, Institute of Metallurgy, Ljubljana Prof. Dr. J. Sušnik, Health Centre, Ravne Dr. L. Vehovar, Institute of Metallurgy, Ljubljana Prof. Dr. F. Vodopivec, Institute of Metallurgy, Ljubljana Oproščeno plačila prometnega davka na podlagi mnenja Izvršnega sveta SRS — sekretariat za informacije št. 421-1/172 do 23. 1. 1974 ŽELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LETO 25 LJUBLJANA MAREC 1991 Vsebina Stran L. Vehovar Mehanizmi delovanja vodika v kovinah In vodikova krhkost 1 UDK: 620.193.55:539.56:669.788 ASM/SLA: R2, Q26s, EGm F. Vodopivec Topologija rasti rekristali-zacijskih zrn v jeklu z 1,8 % SI, 0,3% Al In 0,02% C v razponu temperature 700 do 800 "C 13 UDK: 621.785.374:620.186.82:669. 15-194.57 ASM/SLA: J23c, N5f, N3, M21c, AY, Si, 4-53 M. Bolčina Re&evanje stacionarnega In nestacionarnega temperaturnega polja po metodi končnih elementov na PC računalnikih 21 UDK: 536.241:669.046:621.78.012. 5:681.3.06 ASM/SLA: P11k, J2ig, D6, U4g, U4k Ice B. Risteski Prlmena ERROR funkcije u difuzionom hromlranju 25 UDK: 519.21:539.219.3:669.268 ASM/SLA: N1b, U4j, L15, Cr Tehnične novice L. Vehovar Laboratorij za korozijske raziskave v Slovenskih železarnah — Metalurškem Institutu 29 XLI. Posvet o metalurgiji in kovinskih gradivih 35 Osebne vesti 45 Inhalt Seite L. Vehovar Mehanismus der VVasser-stofhvirkung Mettalen und die Wasserstoffsprodigkeit 1 UDK: 620.193.55:539.56:669.788 ASM/SLA: R2, Q26s, EGm F. Vodopivec Wachstumstopologie der rekristallisierten Korner Im Stahl mit 1,8% Si, 0,3% Al und 0,02 % C im Tempera-turbereich zvvischen 700 und 800 "C 13 UDK: 621.785.374:620.186.82:669. 15-194.57 ASM/SLA: J23č, N5f, N3, M21c, AY, Si, 4—53 M. Bolčina Ldssung von stationarem und nichtstationarem Tem-peraturfeld nach der Met-hode der Endelemente am PC Rechner 21 UDK: 536.241:669.046:621.78.012. 5:681.3.06 ASM/SLA: P11k, J2g, D6, U4g, U4k Ice B. Risteski Anwendung der Error Funktion beim Diffusionsc-hromieren 25 UDK: 519.21:539.219.3:669.268 ASM/SLA: N1b, U4j, L15, Cr Technische Nachrichten L. Vehovar Vorstellung des Laborato-riums fur Korrosionsunter-suchungen im Metallur-gischen Institut der Slowe-nlschen Huttenwerke in Ljubljana 29 XLI. Metallurgie Symposi-um in Portorož 35 Personliche Nachrichten 45 Contents Page L. Vehovar Mechanisms of hydrogen action and hydrogen embrittlement 1 UDK: 620.193.55:539.56:669.788 ASM/SLA: R2, Q26s, EGm F. Vodopivec Topology of recrystallized grain growth in steel vvith 1.8% Si, 0.3% Al and 0.02 % C in the temperature range 700 do 8000 C 13 UDK: 621.785.374:620.186.82:669. 15-194.57 ASM/SLA: J23c, N5f, N3, M21c, AY, Si, 4-53 M. Bolčina Solving steady and unstea-dy temperature field by the method of definite ele-ments on the PCs 21 UDK: 536.241:669.046:621.78.012. 5:681.3.06 ASM/SLA: P11k, J2g, D6, U4g, U4k Ice B. Risteski Application of error functi-on in diffusion chrome-pla-ting 25 UDK: 519.21:539.219.3:669.268 ASM/SLA: N1b, U4j, L15, Cr Technlcal News L. Vehovar The laboratory for corrosion testing at the institute of metalurgy is presented 29 XLi. Symposium on Metal-lurgy in Portorož 35 Personal News 45 CoflepmaHHe CrpaHMua L. Vehovar MeXaHH3MH B03fleHCTBHfl Boflopofla b MeTannax h BOflOpOflHafl IlOMKOCTb UDK: 620.193,55:539.56:669.788 ASM/SLA: R2, Q26s, EGm F. Vodopivec TonoiiorHH pocTa neKpn-CTai1/1H3MpOBaHHblX 3epH B CTajiH C 1,8 % Si, 0,3 % Al n 0,02 % C b TeMnepaTypHOM MHTepBa/ie ot 700° no 800°C 13 UDK: 621.785.374:620.186.82:669. 15-194.57 ASM/SLA: J23c, N5f, N3, M21c, AY, Si, 4-53 M. Bolčina PeuieHHe CTauHOHapHoro h HecTauHOHapHoro TeM-nepaTypHoro nonn no Me-TOfly KOHiteBbix sneMeHTOB Ha „nU" BMMHCiiMTejiax 21 UDK: 536.241:669.046:621.78.012. 5:681.3.06 ASM/SLA: P11k, J2g, D6, U4g, U4k Ice B. Risteski llpHMeHeHMe ' „appop" yHKUHK B AH4>y3HOM XpOMMpOB8HMM 25 UDK: 519.21:539.219.3:669.268 ASM/SLA: N1b, U4j, L15, Cr TexHHMecKne hobocth L. Vehovar npeACTaB/ineM eaM na6o-paTOpHK) no KOpp03HHHblM HCnbITaHMHM B „CflOBeHCKe N0,5 od tališča) V, Nb, Ta, Ti, Zr, U Vodičenje iz taline z atomskim vodikom, korozija, ekektroliza, varjenje Aktivnost plinastega H2 izražena s tlakom v območju med 105 do 10® N/m2 mora presegati mejo topnosti pri ca. 20° C Iniciacija poškodbe Mehanizmi Na površini (razogljičenje), vmesne površine karbid-osnova (tvorba metana) Difuzija ogljika (razogljičenje), difuzija vodika (nastajanje mehurčkov) Notranje napake Difuzija vodika; nastajanje in rast mehurčkov, nastajanje pare Notranje napake Difuzija vodika do praznin, vključkov itd. Neznano Neznano Adsorbcija na dislokacije, vipliv trdne raztopine Notranje napake Izločanje hidridov temperaturi. Zaradi reakcije po enačbi 2 poteka tudi razogljičenje jekla. Površinsko razogljičenje se pojavlja pri temperaturah nad 540° C. Mehurjavost Mehurjavost je značilna predvsem za zlitine z majhno trdnostjo, v katerih se atomski vodik na nekovinskih vključkih in drugih napakah v materialu spaja v plinastega. Visoki tlaki, ki nastajajo pri tvorbi molekulskega vodika povzročajo v mehki kovini mehurje. V običajnem ma-loogljičnem konstrukcijskem jeklu, ki je bilo izpostavljeno vlažnemu H2S ali luženju, pogosto prihaja do takšnih poškodb. Mikroperforacija Nastanek mikroperforacije je pogojen z velikim tlakom molekulskega vodika pri razmeroma nizkih temperaturah (sobne temperature). S procesi kemisorbcije se tvori atomski vodik, ki prodira v kristalno mrežo. Mikroperforacija se pojavlja predvsem v jeklih. Poškodbe se manifestirajo v obliki mreže drobnih razpok, ki povečujejo propustnost za pline in različne tekočine korodirnih medijev v kovino. Raztrganine, kosmičaste razpoke, ribja očesa Raztrganine, kosmičaste razpoke in ribja očesa so značilnosti, ki se pojavljajo v izkovkih in ulitkih zaradi atomskega vodika, ki vstopa v talino med procesom pre-taljevanja, ko je njegova topnost večja kot v strjeni kovini. Med ohlajanjem taline se topnost atomskega vodika v kovini drastično zniža; izloča se v prazninah in drugih napakah v kristalni mreži, kjer se spaja v plinasti vodik (tako nastajajo ribja očesa v ulitkih). Del tega notranjega atomskega vodika pa ostaja nevezan in lahko vpliva pri kovanju. Tako so številne kratke in nepovezane notranje razpoke v izkovkih posledica velikih notranjih lokalnih napetosti, ki so nastale z lokalnim zmanjšanjem topnosti vodika in pri njegovem spajanju v molekulski med ohlajanjem izkovka po vroči predelavi. Na prelomni ploskvi se pojavljajo svetle srebrne površine, ki so videti kot kosmiči oziroma raztrganine, ki se enostavno odkrijejo z jedkanjem. Številne razpoke in ribja očesa v zvarih so lahko posledica absorbiranega atomskega vodika med procesom varjenja (vlažne elektrode itd.). Tvorba hidridov Tvorba hidridov povzroča krhkost v Mg, Ta, Nb, V, U, Th, Zr in Ti ter v njihovih zlitinah, pa tudi v nekaterih manj znanih zlitinskih sistemih. Železo, pa tudi jekla, ne tvorijo hidridov. 3. TEORIJE VODIKOVE KRHKOSTI IN DRUGIH POŠKODB ZARADI DELOVANJA VODIKA Opisane različne oblike poškodb zaradi delovanja vodika kažejo, da ni enovite teorije, s katero bi bilo možno razložiti vsa dogajanja v materialu. Vodikova krhkost in ostale poškodbe so povezane z vrsto različnih teorij oz. mehanizmov, ki vsaka po svoje poskuša interpretirati vsa ta dogajanja po vstopu (absorbciji) atomskega vodika v kristalno mrežo kovine. Danes sprejete teorije o mehanizmih poškodb zaradi vodika temeljijo na spremembi tlaka v kovini, površinski adsorbciji, dekoheziji, povečanju ali zmanjšanju plastičnosti, vodikovem napadu in tvorbi hibridov. Čeprav so bile predložene tudi številne druge teorije, pa vendar predstavljajo te le različne izpeljanke iz naslednjih temeljnih teorij: Teorija tlaka To je ena od starejših teorij, ki jo je razvil Zappfe. Ta trdi, da so vodikove poškodbe posledica difuzije atomskega vodika v kovino. Na ugodnih lokacijah, kot so praznine, številne nečistoče, in na drugih notranjih površinah pa se atomski vodik veže v plinasti vodik (H2). Pri tem se sproščajo visoki notranji tlak (ca. 105 bara), ki zadoščajo, da se tvorijo mikrorazpoke, z njihovo koales-cenco pa tudi makrorazpoke. Čeprav je ta mehanizem, ki ga je razložil Zappfe dovolj prepričljiv za nastajanje me-hurjavosti (npr. v jeklih in Ni zlitinah pri veliki fugacitivno-sti vodika, povzročeni z elektrokemičnim navodičenjem) in upadanja duktilnosti pri raztezanju, pa vendar ne nudi nobene razlage za krhko pokanje v primerih, ko je parcialni tlak vodika v kovini manjši od 1 bara ali ko so poškodbe posledica vodikovega napetostnega pokanja. Adsorbcijska teorija Ta teorija predlaga t. i. adsorbcijski — Petchev mehanizem, po katerem adsorbirani atomski vodik znižuje površinsko energijo kovine in s tem olajšuje oblikovanje razpoke. Zmanjšanje površinske energije kovine z ad-sorbcijo vodika na površini v neposredni bližini razpoke pa omogoča lažje napredovanje razpoke, saj je tudi delo, potrebno za zlom, manjše. Vendar pa obstaja precej dokazov proti tej teoriji; bistvena pomanjkljivost je zelo slabo vrednotenje dela, ki je kljub zmanjšanju površinske energije potrebno za zlom. Če je vpliv površinske energije nad delom tako prevladujoč, čemu potem nastajanje nezveznosti razpok, ki so tipične za pokanje v prisotnosti vodika? Dekohezijska teorija Troianijev dekohezijski mehanizem, ki ga je prevzel in še izpopolnil Oriani, temelji na dejstvu, da atomski vodik slabi vezalno silo med atomi kovine. To je možno na tistih lokacijah, kjer je vodik skoncentriran, to se pravi v področjih triosnega napetostnega stanja po Troianiju oziroma v konici razpoke po Orianiju, kjer je prisotna napetost in številne mikrostrukturne sestavine, ki poleg di-slokacij in drugih napak v kristalni mreži tudi omogočajo kopičenje vodika v tem področju (slika 1). Tako je nastanek razpoke, hitrost njenega napredovanja in morfologija prelomne površine razpoke v tesni povezavi s stanjem površine kovine, velikostjo kristalnega zrna, zasedenostjo kristalnih mej z nečistočami, razporeditvijo nekovinskih vključkov in različnih drugih sestavin v matrici. Teorija plastične deformacije Osnova te teorije je vzajemno delovanje atomskega vodika z dislokacijami v konici razpoke. Vodik dejansko omogoča večjo gibljivost dislokacij s tem, da lokalno zmanjša silo, ki je sicer potrebna za njihovo gibanje. Večja gibljivost dislokacij povzroča lokalno zmehčanje materiala v konici razpoke oziroma zmanjšanje napetosti tečenja, kar omogoča lažje napredovanje razpoke. Takšen učinek so ugotovili pri nekaterih jeklih, pa tudi v Ni-zlitinah. V nasprotju s tem pa vzajemno delovanje vodika z dislokacijami v konici razpoke lahko povečuje trdoto in s tem tudi napetost tečenja. Posledica tega so krhki transkristalni ali interkristalni zlomi. Ker napredovanje razpoke omogoča nastajanje novih dislokacij v korenu razpoke, je gonilna sila stalno prisotna. Teorija tvorbe hidridov Po tej teoriji povzroča krhke zlome Nb, V, Ta, Zr, Ti, U in Mg ter njihovih zlitin nastajanje krhke hidridne faze, Q) krif b) martenzit karbidi, sutfidi itd -L dislokacije Slika 1 Delovanje notranjega vodika v konici razpoke. Interakcija vodika z različnimi sestavinami mikrostrukture je v področju največjih napetosti, ki nastopajo na razdalji Xkritijna. Fig. 1 Action of internal hydrogen on the crack point. Interaction of hydrogen vvith various constituents of microstructure in the region of maximal strains vvhich occur at the distance Xkrilična. ki je izredno občutljiva na napetosti v materialu. Posledica povečanega volumna hidridne faze so visoki pritiski in deformacija kristalne mreže, kar še dodatno povečuje krhkost. Teorija pasti Eden od temeljnih dejavnikov, ki določa občutljivost Fe-zlitin do poškodb zaradi vodika, se nanaša na fenomen pasti. Pasti, na katere se lahko ujame atomski vodik v kovini, predstavljajo napake v kristalni mreži, številne nečistoče ali določene mikrostrukturne sestavine (slika 2). Na teh pasteh se lahko atomski vodik združuje v molekule (Zappfe mehanizem), večja lokalna koncentracija atomskega vodika pa zmanjšuje vezalno silo med atomi železa (mehanizem Troiano-Oriani) itd. Študije difuzije atomskega vodika v železu in različnih jeklih so pokazale, da obstaja neka začetna časovna zakasnitev pri merjenju t. i. navideznega poteka difuzije atomskega vodika skozi Fe oz. jekleno membrano, še preden je doseženo stacionarno stanje difuzije. Ta časovna zakasnitev je posledica zasedbe pasti z atomi • • • • • • • • • • •• • • • »O« a (t>) o o ° 5*5 o C °0 °0° O o 0 0 U 0 0 (c) (f) Slika 2 Shematski prikaz mest v mikrostrukturi, ki jih lahko zasedejo atomi vodika: a) trdna raztopina, b) v paru s tujim substitucijsko raztopljenim atomom, c) na dislokacijah, d) po mejah kristalnih zrn, e) na vmesni površini vključek — osnova, f) v praznini, kjer se je že spojil v H2. Fig. 2 Schematic presentation of areas in the microstructure vvhich can be occupied by hydrogen atoms: a) solid solution, b) in pair vvith alien substitutionally dissolved atom, c) on dislocations, d) on grain boundaries, e) on the inclusion/matrix interface, f) in vacancy where it is already recombined into H2. vodika. Dejstvo je, da navidezna difuzija vodika v jeklu strmo pada (časovna zakasnitev se povečuje) z naraščanjem koncentracije in značajem pasti (slika 3). Lahko trdimo: hitrost difuzije vodika v kovini, v kateri so prisotne pasti, je funkcija aktivacijske energije pasti, vezalne Pravi difuzijski koeficient za Fe Coe in Moreton Evans in Rollason - Kortovich _ (a) Fe-5.6%Cr (b) Fe-1,5% (c) Fe - 0,73 %> C (di Fe -1,1% Mn 0,26% S (e) Fe- 1,1 % Mn 0,26% S (f) Ni-Cr-Mo jeklo Kim in Loginow (g) 4340 jeklo 1 (h) HP-9Ni-4Co ) D6aC jeklo H-11 jeklo icr o.i i.o Atomski delež delcev (pasti) Slika 3 Zmanjševanje navidezne difuzije vodika z naraščanjem deleža pasti Fig. 3 Reduction of apparent hiydrogen diffusion vvith the increased portion of traps. energije pasti in gostote pasti. Čeprav sposobnost difuzije vodika pada z naraščanjem števila različnih pasti, pa je količina ulovljenega vodika večja, kar povečuje občutljivost kovine za vodikovo krhkost. Ujetje vodika v pasti razumemo kot vezavo atomov vodika na že omenjene nečistoče, defekte itd. To vezavo atomov vodika na različne pasti bi lahko pripisali lokalnemu električnemu polju, temperaturnemu gradientu, kemičnemu potencialnemu gradientu ali preprosto fizikalnemu ujetju. Te pasti so lahko gibljive (dislokacije, napake zloga) ali stabilne (kristalne meje, karbidni delci, posamezni raztopljeni atomi v kristalni mreži). Pasti so bodisi rever-zibilne bodisi irreverzibilne. Če pasti zadržujejo atome vodika le kratek — omejen čas, govorimo o reverzibilnih, če pa je zasedba pasti z vodikom dolgotrajna, kar je posledica velike vezalne energije, pravimo, da so to irreverzibilne pasti. V tabeli 3 je prikazana klasifikacija različnih pasti v jeklu. Energija interakcije med pastjo in vodikom predstavlja merilo za vezalno silo. Iz velikosti energije lahko sodimo o tem, ali je past reverzibilna ali irreverzi-bilna. Ti podatki so izjemno pomembni za razvoj jekel, odpornejših proti poškodbam zaradi delovanja vodika. V železu bo celotna vezalna energija (B) med nečistočo (pastjo) in vodikom izražena z W,, ki predstavlja Tabela 3: Klasifikacija pasti (za vodik) v jeklu i ip pasti Naziv pasti Elementi Elementi z levo od Fe ne9f*'v' eH (b) (a) Energija interakcije eV Značaj pasti Ni (0,083) Najboj Mn Mn (0,09) verjetno Cr Cr (0,10) reverzibilne v V (0,16) Ce (0,16) Točkovni Nb (0,16) Reverzibilne Ti Ti 0,27 Sc O (0,71) Precej Ca Ta (0,98) irreverzibilne K la (0,98) Nd (1.34) Linijski Dislokacije 0,31 0,25 (povprečne vrednosti) Reverzibilne Reverzibilne Ploščat ali dvodimen-zijski Vmesna površina delec/osnova TiC (nekoherentne) Fe3C MnS 0,98 0,8-0,98 Irreverzibilne, postajajo vse bolj reverzibilne, kolikor bolj so delci povezani Meje zrn 0,27 Reverzibilne (povprečna vrednost) 0,55-0,61 Reverzibilne (veliko- ali kotne) irreverzibilne Dvojčki Reverzibilne Prostorski Praznine >0,22 (a) Vrednosti energije interakcije so bodisi eksperimentalne, bodisi računske (b)eH je koeficient interakcije. Njegova negativna vrednost pomeni, da past privlači vodik k sebi. neko energijo pri elastičnem vzajemnem delovanju med pastjo in vodikom ter energijo U,, ki pa upošteva še število valenčnih elektronov nečistoče. Vezna energija B, ki predstavlja tudi sposobnost ujetja vodika v past, je: B = U1 + W1 (3) Če pasti širijo kristalno mrežo, ima W, negativen predznak. Ujetje v past se lahko pričakuje, ko je vrednost B negativna. Za nekatere pare kovina-vodik so te vrednosti podane v tabeli 4. Tabela 4 Ulovljeni H v paru B (eV) W, (eV) U, (eV) Co-H >0 -0,007 + 0,08 Ni - H >0 -0.038 + 0,16 Pd-H >0 -0,153 + 0,16 Ti -H -0,27 do -0,45 -0,096 -0,32 Zr - H <0 -0,321 -0,32 Cr-H <0 -0,113 -0,16 Mn-H <0 -0,028 -0,08 Mo—H <0 -0,117 -0,16 V -H <0 -0,038 -0,24 C -H -0,034 -0,107,-0,171 — N -H -0,138 -0,110,-0,174 — Nečistoče levo od železa v periodnem sistemu imajo negativno U,, kot tudi W,, kar omogoča učinkovito ad-sorbcijo vodika na te pasti. Na desni strani od železa imajo sicer ugodno W,, toda prispevek U, je tako velik in nasproten, da te vrste nečistoč ne predstavljajo pasti za vodik. Elementi Ti, Cr, Mn, Mo, V, C in N v jeklu torej niso zaželeni v obliki nečistoč, ko se postavlja v ospredje vprašanje dobre odpornosti proti vodikovi krhkosti. 4. IZVORI ATOMSKEGA VODIKA Atomski vodik je lahko prisoten v materialu, še preden je bil ta izpostavljen različnim delovnim medijem. Tako ostaja vodik v materialu pri procesu strjevanja taline (v zvarih ali ingotih) ali kot posledica toplotnih obdelav v atmosferi vodika. Toda ker vodičenje preko teh postopkov po obsegu poškodb ni primerljivo s korozijskimi in drugimi elektrokemičnimi procesi (proizvod pa je v vseh primerih atomski vodik), se omejimo le na naslednje procese: Vpliv korozije in drugih elektrokemičnih procesov na nastajanje atomskega vodika in vodikove krhkosti Kinetika elektrokemičnega izločanja vodika iz koro-dirnega medija je važen dejavnik pri reševanju vodikove krhkosti. Korozijski proces je sestavljen iz parcialnega anodnega procesa (raztapljanje, t. j. oksidacija kovine M na anodi s produkcijo kovinskega iona Mn+ in osvobajanje n valenčnih elektronov): M-* Mn+ + ne (4) in parcialnega katodnega procesa (redukcija oksidacij-skega sredstva iz korodirnega medija; v kislem mediju so to H+ ioni, ki na katodi reagirajo z elektroni, sproščenimi pri anodni reakciji, ob tvorbi plinastega vodika H2): 2H+ + 2e-» H2 (5) Enačba 5 predstavlja le sumaren proces katodnega izločanja plinastega vodika, vendar pa je ta proces dejansko sestavljen iz vrste različnih vmesnih stadijev. Prvi stadij je transport H+ iona h katodnim elektrodnim povr- šinam, za tem pa sledi razelektrenje teh ionov s tvorbo atomskega vodika, ki se adsorbira na katodni površini (Had) • H++e-Had (6) Za nadaljni stacionarni potek korozijskega procesa je potrebno, da so katodne površine zasedene s Had in da je tudi omogočeno stalno odvajanje teh s te površine. Adsorbirani atomi vodika pa se lahko odstranijo s: — katalitičnim spajanjem (mehanizem Volmer-Tafel) Had + Had-H2 (7) — elektrokemično desorbcijo (mehanizem Volmer-Hey-rowsky) H+ + Had + e-*H2 (8) Toda reakcije 6, 7 in 8 zaradi specifičnosti elektrokemičnih procesov niso vedno povsem izvedljive. Po teoriji »zadrževanja razelektrenja H+ iona« domnevamo, da je najpočasnejša stopnja pri katodnem izločanju plinastega vodika reakcija 6 in od tod tudi trditev ruske šole, da je vodikova krhkost v vodnih raztopinah dejansko posledica vstopa H+ ionov v kovino. Po teoriji zadrževanja spajanja dveh Had v molekulo vodika pa se predpostavlja, da je najpočasnejša reakcija 7. Ne glede na napovedi teh dveh in še številnih drugih teorij, je rezultat takšnega poteka elektrokemičnih reakcij zaostajanje atomskega vodika (Had) na katodnih površinah, kar povzroča t. i. »prenapetost izločanja vodika«. S pojavom prenapetosti pa se poraja večja možnost migracije atomskega vodika z elektrodne površine v notranjost kristalne mreže. Čim večja je prenapetost, tem večja je lahko stopnja navodi-čenja kovine pri korozijskem procesu. Prenapetost izločanja vodika pa ni odvisna le od zunanjih dejavnikov (vrsta korodirnega medija, t.j. elektrolita in dogajanja v njem), temveč predvsem od notranjih — metalurških dejavnikov v materialu, ki korodira (kemična sestava, mikrostruktura, nečistoče, stopnja hladne predelave itd.). Zaradi večje koncentracije H+ ionov so kisli mediji večji povzročitelji navodičenja kot bazični. Možnost pojava navodičenja raste z znižanjem pH vrednosti. Pri bazičnih je možno navodičenje z zunanjo polarizacijo pri potencialih, ki so v katodnem področju. Različni anioni v disociiranih kislinah pa lahko bistveno spremenijo reakcijo absorbcije vodika. Raziskave, opravljene na maloogljičnem jeklu v različnih raztopinah kislin, kažejo znatno razliko v količini absorbiranega vodika — slika 4. V HN03 raztopinah je vodikova krhkost slabo izražena ali pa sploh ne nastopa zaradi redukcije nitratnega iona (N03~~) z atomskim vodikom oz. H+ ionov v N02, NO, N2 ali celo NH3. V nekaterih primerih lahko HN03 izzove krhkost pri koncentracijah od 0,3 do 0,8 N. Pri večjih koncentracijah pa nitratni ioni pomikajo potencial kovine v žlahtnejše področje (k pozitivnejšim potencialom). Ta pomik pa je povezan z velikim zmanjšanjem hitrosti nastajanja atomskega vodika in njegove absorbcije. Številni elementi, raztopljeni v korodirnih medijih, imajo vpliv na kinetiko razvoja vodika in na njegov vstop v kristalno mrežo železa in železovih zlitin. Dejstvo je, da že zelo majhne količine teh pospeševal znatno povečujejo adsorbcijske oz. absorbcijske procese. Za te snovi se je udomačil izraz »katodni strupi« ali »katodna pospeševala«. Znane strupe predstavljajo elementi V-A in Vl-A skupine periodnega sistema (slika 5), pa tudi jod v raztopini kislin, cianidni ion v alkalnih raztopinah, ali pa soli težkih kovin, kot so Hg, Sn in Pb. Strupi delujejo različno. Ioni joda, sulfidni in cianidni so poznani po tem, da imajo izredno veliko adsorbcijsko C O o Se > Te > S > Si Mnogi dokazi kažejo pomemben vpliv strupov na zmanjšanje vezalne sile med kovino in vodikom, kar pospešuje absorbcijo vodika v kristalno mrežo. Prisotnost takšnih molekul z veliko adsorbcijsko sposobnostjo na površini kovine lahko poruši zvezo med atomi kovine, s tem da znižuje kohezijsko silo. Zaradi tega nastala pre-grupacija atomov pa omogoča vdor vodika v notranjost materiala. Takšni akceleratorji navodičenja torej odstranijo različne površinske pregrade in s tem zmanjšujejo aktivacijsko energijo, potrebno za različno stopnjo migracije vodika v notranjost materiala. Adsorbirane snovi povzročajo na površini kovine različne poškodbe. Ker imajo vodikovi atomi izrazito tendenco migracije k dislo-kacijam, ki so se tako porajale v površinskem pasu, je povsem jasno, da takšne snovi predstavljajo katalizatorje vodikove krhkosti. Enako kot pri koroziji, tudi drugi elektrokemični procesi (galvaniziranje, luženje, elektroliza itd.) omogočajo As Se Sb Te Cl Br Bi Po At Slika 5 Del periodičnega sistema z elementi (občrtano), ki pospešujejo vodičenje Fig. 5 Part of periodic system vvith elements (encircled) vvhich accel-erate the hydrogen pick-up. pojav vodikove krhkosti. Znani so primeri krhkosti po lu-ženju ali številne poškodbe srednje in zelo trdnih jekel v galvanski tehniki (npr. vijaki). Izjemno nevarna je katodna zaščita zelo trdnih jekel (npr. prednapete armiranobetonske konstrukcije), ker se v potencialnem območju katodne zaščite odvijajo le katodne reakcije elektroke-mičnega procesa, ki producirajo Had. Vodičenje iz plinaste faze Vodičenje iz plinaste faze poteka preko mnogih stadijev, katerih vrstni red je naslednji: — fizikalna adsorbcija H2 na površino kovine, — kemisorbcija molekule H2, — disociacija molekule H2 v atomski vodik, ki je povzročitelj vodikove krhkosti. Mnogi od teh procesov vodičenja iz plinaste faze niso najbolj razumljivi, ni pa še tudi jasno, katera od teh stopenj je odločilna za hitrost difuzije atomskega vodika v notranjost kovine. Za napredovanje vodika v notranjost pa je potrebna določena aktivacijska energija, saj je atomski vodik čvrsto vezan na površino (ta vez je močnejša kot v primeru vezave molekulskega vodika). Ker je aktivacija nekaterih od navedenih procesov odvisna od temperature, je povsem jasno, da je le-ta eden od dominantnih dejavnikov. Večina, če ne celo vse od navedenih stopenj, so specifične za določene materiale in tesno povezane z njihovo mikrostrukturo ter stanjem površine. Čisti, nekorodirani deli površin, nastali s plastično deformacijo ali kot posledica delovanja kemičnih oziroma elektrokemičnih reakcij, so prednostna mesta za ad-sorbcijo, pri čemer znaša velikost Van der VVaalsove vezne energije na površini manj kot 0,1 eV/mol. Tudi proces kemisorbcije in tvorba atomskega vodika se bosta prvenstveno odvijala na teh delih površine. Vendar pa se mnoge nečistoče v jeklu (C, P, S, O) in tudi legirni elementi (Cr, Ni, Mo) izločajo na površini jekla ali na površini že izoblikovane razpoke. Za C, S in O je bilo dokazano, da zmanjšujejo energijo, potrebno za vezavo vodika. 5. KINETIKA TRANSPORTA ATOMSKEGA VODIKA V KOVINO Posamezni mehanizmi transporta atomskega vodika v kristalno mrežo so razmeroma komplicirani in povezani z mnogimi dejavniki, ki so si v medsebojni odvisnosti. Tako je transport vodika odvisen že od mikrostrukturnih napetostnih gradientov, od njegove interakcije z disloka-cijami, možnostjo, da se ujame v »pasti« kristalne mreže itd. V primerih, ko je izvor atomskega vodika plinasti vodik ali neka elektrokemična reakcija, stanje površine kovine pomembno vpliva na kinetiko transporta. Običajno lahko trdimo, da je gibljivost vodika v večini kovin razmeroma velika. Sposobnost difuzije je torej velika, zato pa je potrebna nizka aktivacijska energija. V temperaturnih območjih, v katerih se običajno pojavlja vodikova krhkost, je vrednost difuzijske konstante približno 10~6cm2s~1. Na mestih, kjer nastajajo prelomi, je torej možno pričakovati znatne količine vodika. Prostorsko centrirana kubična kristalna mreža omogoča največjo hitrost difuzije. Kovine Nb, Ti, V, Ta, Fe in njihove zlitine s to kristalno zgradbo pa kažejo tudi največjo občutljivost do vodika, celo pri nizkih temperaturah. W in Mo, ki imata majhno difuzijsko sposobnost za vodik, sta razmeroma neobčutljiva za raztopljeni vodik. Podobno manjšo občutljivost kažejo tudi sistemi s ploskovno centirano kubično in gosto zloženo heksagonal-no mrežo, kar je razumljivo, saj je gostota atomov tu večja, mobilnost vodika pa zaradi tega precej manjša. Aktivacijska energija, potrebna za difuzijo vodika, znaša v teh primerih od 21 do 63 kJ/mol. Material postane občutljiv za vodik takrat, ko difundi-ra na določena potencialna področja kritična količina vodika, pod katero se razpoka ne bo niti inicirala niti napredovala, kar izključuje nastajanje vodikove krhkosti. Takšna potencialna področja so že omenjene raznolike pasti. Tako moderna teorija vodikove krhkosti sloni na pojavu ujetja vodika na pasti (angl. trapped hydrogen). Po tej teoriji se bo torej pojavila razpoka takrat, ko količina ulovljenega vodika na mestu razpoke preseže kritično vrednost. Potrebno je torej operirati z izrazom »ulovljeni vodik«, kajti v mnogih kovinah, npr. paladiju ali monokri-stalih, je difuzija atomskega vodika zelo velika, nagnjenost k vodikovi krhkosti pa zelo majhna, saj ni možno spajanje v H2 na lokacijah, kjer naj bi bile prisotne pasti. Očitno pa je, da takšni kovinski sistemi niso podvrženi vodičenju niti na osnovi dekohezije med atomi kovine zaradi delovanja intersticijsko raztopljenega vodika, kar propagira mehanizem Troiano-Oriani. Takšne kovine so torej odporne proti vodikovi krhkosti (razen, če ni izvedena intenzivna in dolgotrajna katodna polarizacija). Transport atomskega vodika v kovino temelji na dveh difuzijskih mehanizmih: — intersticijski difuziji, — difuziji s pomočjo dislokacij. Intersticijska difuzija je možna takrat, kadar atomi vodika v kristalni mreži zasedejo vmesne prostore, ne pa ogljišča elementarne celice. Takšen proces je možen v trdnih raztopinah, v katerih so intersticijsko raztopljeni atomi majhni glede na atome osnovne kovine. Takšna difuzija je značilna za ogljik, dušik in vodik v železu. Njeno delovanje ni pogojeno z obstojem napak v kristalni mreži, difuzijski procesi pa so razmeroma hitri. Difuzija atomskega vodika v kovino je povezana z nizko aktivacij-sko energijo, ki znaša v kovinah s kubično prostorsko centrirano kristalno zgradbo le od 4 do 21 kJ/mol. S tem je omogočena difuzija pri razmeroma nizkih temperaturah. Vendar pa se difuzija lahko močno zmanjša, aktivacijska energija pa naraste, če se vodik ujame v pasti. Transport vodika skozi kovino omogoča tudi gibanje dislokacij, kar je še posebej evidentno pri nizkih temperaturah, kjer je intersticijska difuzija znatno manjša. Ta prenos atomskega vodika je torej hitrejši kot z intersticijsko difuzijo, prenesene količine na daljše razdalje pa so znatne. V tem primeru se vodik nahaja v obliki Cot-trellove atmosfere, njegova izjemna gibljivost pa je pove- zana z veliko vezalno energijo, ki obstaja med njim in di-slokacijami, katere jasno predstavljajo učinkovite pasti. Interakcijska energija med vodikom in dislokacijami znaša približno 0,3 eV. Eksperimenti in teoretični izračuni kažejo, da hitrost difuzije vodika s pomočjo dislokacij v primerjavi z intersticijsko difuzijo presega faktor 104. Hladna plastična deformacija kovin vedno vodi do povečanja dislokacij. V resnici je dislokacija izražena z nekim elastičnim napetostnim poljem, ki vzajemno deluje z raztopljenimi H atomi. To pa je tudi vzrok za povečanje nagnjenosti materiala do vodičenja. Dodatno pa lahko plastična deformacija povzroči znatne spremembe v mehanizmu površinske adsorbcije. Številne površinske mikro-razpoke in praznine, nastale pri hladni predelavi, predstavljajo učinkovite pasti. Vpliv hladne predelave ogljikovega jekla na količino absorbiranega vodika je prikazan na sliki 6. 75.9% redukcija I / O J % redukcija / / 7" 60.S / / / / / 46.2% redukcija 0,—-- / / /30.6% redukcija o / 16.5% redukcija -—j Ni redukcije — , y t ° I I 0 100 200 300 400 500 600 700 Včas Slika 6 Vpliv hladne redukcije ogljikovega jekla na količino absorbiranega vodika. Test je bil opravljen na žici s premerom 13 mm v 1 N H2S04 pri 35° C Fig. 6 Influence of cold reduction of carbon steel on the amount of absorbed hydrogen. Test was made on the wire of 13 mm di-ameter in 1 N H2S04 at 35° C. Vodik bo difundiral v kovino na mestih, kjer je potrebna najmanjša aktivacijska energija (različne napake na površini, določene nečistoče in faze v materialu, izvori dislokacij, ugodno orientirane kristalne meje itd.). V kovini pa se lahko vodik nahaja kot: — intersticijsko raztopljeni atomski vodik v obliki atomskega oblaka (po drugih navedbah je to oblak protonov H + ), ki ima težnjo po zasedbi pasti ali njegovi migraciji navzven, — atomski, ki je priklenjen na pasti, — molekulski, ki je nastal s spajanjem atomskega na pasteh — vezan kot hidrid. Povsem jasno je, da molekulski vodik ni več gibljiv. Svoje delo je opravil pri pretvorbi v plin, in sicer s tem, da je molekula plina izvršila pritisk na soseščino (Zapp-fov mehanizem), v kateri lahko tvori mikrorazpoke, z združevanjem teh makrorazpok, pa tudi druge vrste poškodb. Atomski vodik, ujet v past, pa se pri dovolj visoki aktivacijski energiji (npr. z dovajanjem toplote ali z deformacijo kristalne rešetke) odtrga in ponovno postane gibljiv. Ravno ta gibljivi pa je nevaren, ker na ugodnih lokacijah, t. j. na pasteh, ki so sposobne akumulirati največ vodika, zmanjšuje vezalno silo med atomi kovine, lahko se spaja v molekulskega ali pa v določenih kovinskih sistemih tvori nevarne hidride. Na osnovi delovanja gibljivega vodika pa se lahko porajajo zapozneli lomi, ki so ena najbolj značilnih oblik časovnega delovanja vodika. Železo in mehko maloogljično jeklo ni občutljivo za zapoznele lome. Pri zelo trdnih jeklih (npr. Rm>500 N/ mm2) pa se po določenem času lahko porajajo zapozneli lomi, ki so značilni za večino poškodb v praksi, nastalih zaradi delovanja vodika. Takšno zapoznelo delovanje se prvenstveno negativno manifestira na žilavost oz. duktilnost pri natezanju, in sicer na mestih, kjer je možno lokalno preseganje meje tečenja in kjer so prisotne pasti z nizko aktivacijsko ter veliko interakcijsko energijo. Posledica tega so krhki cepilni prelomi, ki pa so lahko tudi interkristalne narave. Nastajanje zapoznelih lomov je razdeljeno v tri obdobja: 1. inkubacijsko obdobje 2. propagacija razpoke 3. končni zlom V fazi inkubacije atomski vodik migrira na ugodna mesta (pasti) oz. v predele, kjer je prisotno povečanje napetosti, npr. triosno napetostno stanje na čelu razpoke. Ko je na takšnem mestu dosežena kritična količina ulovljenega vodika, nastane prva razpoka, ki pa z nadalj-nim delovanjem vodika raste. Končni prelom nastopi, ko material ne vzdrži aplicirane napetosti. Veliko je bilo izdelanih raziskav na področju vodikove krhkosti v plinski atmosferi vodika, ki lahko predstavlja sredstvo za nastajanje atomskega vodika (s procesi ke-misorbcije). Če izhajamo iz zakonitosti, ki jih nudi ta zunanji plinasti vodik in notranji atomski, lahko zapišemo: (9) CH = n (T) P"? Pri tem je r| (T) konstanta, odvisna od temperature, Ph2 pa parcialni tlak plina. Enačba 9 torej predstavlja topnost atomskega vodika v kovini, ki je nastal z disociacijo molekulskega (H2) iz plinske faze. Ravnotežna koncentracija vodika (CH), ki se nahaja v mnogih intersticijskih mestih kristalne mreže železa, narašča s temperaturo T in z zunanjim tlakom Pe vodikove atmosfere: CH = 42,7 Pfexp - 6500\ RT I (ppm) (10) Povsem jasno je, da je koncentracija notranjega vodika (intersticijsko raztopljenega in vezanega na pasti) večja v jeklih kot železu. Njegova večja absorbcija v jeklih je posledica večjega števila pasti, kar lahko povežemo z različnimi stanji predelave, mikrostrukturo oz. trdnostjo (z naraščanjem trdnosti raste količina absorbiranega vodika v jeklu). Nad 150° C (T >423 K) difuzijska konstanta DH za vodik ravno tako narašča s temperaturo, in sicer ekspo-nencialno: DH = 1,4x 10-3exp (>423 K) (11) Z naraščanjem temperature pa postajajo tudi pasti aktivnejše (potrebna je manjša energija aktivacije), kar se manifestira z večjo akumulacijo vodika v njihovi okolici. Povsem jasno je, da količina ulovljenega vodika ne raste linearno z naraščanjem temperature, saj obstaja nad nekim temperturnim nivojem težnja po večji difuziji raztopljenega in ulovljenega atomskega vodika navzven. Na ta način se z dovajanjem energije atomski vodik odtrga iz objema pasti (postane intersticijsko raztopljen v obliki oblaka atomskega vodika) in pri dovolj visokih temperaturah celo difundira na površino kovine. Poenostavljeno lahko to reakcijo zapišemo takole: H segrevanje ohlajanje □ + H raztop. v kristal, mreži (12) H| = H ulovljen v past □ =past Reakcija 12 je torej reverzibilna, kajti pri določenih nižjih temperaturah (odvisno od tipa zlitine) bo obstajala tendenca vezave H na past. Difuzivnost, določena z merjenjem količine plinastega vodika (atomski, ki izstopa na površino se spaja v molekulskega), potrjuje zgornje navedbe. Pri temperaturah, nižjih od 150°C (T<423K), se difuzija vodika navzven hitro zmanjšuje. To je izraženo z naslednjo enačbo: DH = 0,12 exp (T<423 K) (13) Po luženju jeklenih izdelkov ali pa po galvanskem nanašanju različnih kovinskih prevlek je torej potrebno čim preje izgnati v kovini absorbirani vodik, ker lahko le-ta tvori zapoznele lome. Izganjanje mobilnega ali na pasteh ujetega atomskega vodika pa je dovolj učinkovito le pri temperaturah, ki so višje od 150° C (običajno žarimo pri 200 do 250° C). Vendar je izločanje notranjega vodika nemogoče iz naprav v procesni tehniki in iz številnih drugih konstrukcij (npr. prednapete armiranobetonske konstrukcije, jeklene morske ploščadi za črpanje nafte, naftni cevovodi, rezervoarji itd.), kjer je bilo vodičenje možno pri delovanju korozije. V takšnih primerih je torej potrebna vgradnja takšnih materialov, ki imajo povečano ali visoko odpornost proti vodikovi krhkosti. 6. POGOJI ZA NASTANEK IN RAZVOJ RAZPOKE Čas, potreben za zlom vodičenega materiala, je precej odvisen od njegove trdnosti in žilavosti. Material z večjo trdnostjo lahko sprejme manjšo količino vodika kot mehkejši pri še isti kontrakciji, ki je na sliki 7 prikazana kot funkcija koncentracije absorbiranega vodika. Pri zelo trdnih jeklih ob prisotnosti vodika povsem izgine vpliv napetosti tečenja in žilavosti. Isti problem pa srečamo tudi pri običajnih maloogljičnih konstrukcijskih jeklih, ki so bila izpostavljena agresivnim korodirnim medijem (npr. korozija v H2S raztopinah — petrokemija, kemična industrija itd.). Po mehanizmu tlaka (Zappfe) je navodičenje posledica delovanja plinastega vodika, nastalega s spajanjem absorbiranega atomskega. V tem primeru razpoka na- 60 50 40 30 20 o 10 0 0 0 (900) 0 (1075) •u \ > v \ \ \ \ \ \ D \ (1350) (1860) \ \ \ (165 5) 'V 0 0.5 1.0 1.5 2.0 Delež vodika (cm3/ 100g) Slika 7 Vpliv trdnosti materiala in delež vodika na kontrakcijo Fig. 7 Influence of material strength and the hydrogen content on the contraction (toughness). preduje na osnovi združevanja mikrorazpok oz. praznin, nastalih pri ekspanziji molekul H2, ki povzročajo tlak (P). Za napredovanje nestabilne razpoke je torej potreben naslednji notranji tlak plinastega vodika: -Tlkrit.F h2- = 1015 exp 2 RT (14) rikrit = kritična prenapetost izločanja vodika F = Faradayeva konstanta R = plinska konstanta T = temperatura Pri tej prenapetosti se pod površino kovine ujame kritična količina vodika (Ckrit). Ta količina je dovolj velika, saj se spreminja narava kristalne mreže (njena deformacija). Kritično koncentracijo lahko izračunamo iz kritičnega tlaka Pkrlt in iz difuzijske konstante D, ki se določi z metodo prepustnosti vodika skozi membrano debeline L: : (DF/L) Ck (15) Difuzijo vodika skozi kovino lahko opišemo z drugim Fickovim zakonom: 8C=D 8JC 8t "dX2 (16) Ko koncentracija (C) preseže kritično vrednost (Ckrit ), to je tisto največjo količino vodika, ki se npr. v železu intersticijsko raztaplja (enačba 10), se preostali atomski vodik začne vezati na pasti. Šele pri Ckrit pa se začnejo razvijati efektne razpoke. Reakcija vezave vodika na pasti gre v tem primeru od desne na levo v enačbi 12. V primeru delovanja dekohezijskega mehanizma, ki je najbolj pogosto prisoten, pa zakonitosti, povezane z enačbama 14 in 15, ne veljajo. V tem primeru je potrebna neka druga kritična količina atomskega vodika, pri kateri je zmanjšanje vezalne sile med atomi železa dovolj učinkovito. 7. MEHANIZMI NAPREDOVANJA RAZPOKE ZARADI DELOVANJA VODIKA IN MORFOLOGIJA PRELOMNIH POVRŠIN Proces krhkega pokanja lahko razdelimo v tri stadije: — nastanek razpoke, — počasna rast razpoke, — hitro nestabilno napredovanje razpoke. Nastanek razpoke je povezan z zaostalimi notranjimi napetostmi ali tistimi, ki so posledica mehanske obremenitve in pri tem nastalimi dislokacijami, z delovanjem na površini adsorbiranega vodika ali na osnovi absorbiranega vodika tik pod površino. Začetna mikrorazpoka se lahko tvori z zagozdenjem nakopičenih dislokacij (npr. ob kristalni meji) ter kasnejšo koalescenco takšnih gru-pacij, pa tudi ob vključkih, različnih fazah itd. Takšno začetno jedro pa se lahko poraja tudi z delovanjem ene molekule vodika (v odvisnosti pač od trdnostnih lastnosti in žilavosti materiala), nastale po absorbciji atomskega. Če napetost v materialu narašča, narašča tudi število napak na površini kovine in v njeni notranjosti. To pa omogoča nastajanje novih jeder in povečanje koncentracije nadaljnjih količin absorbiranega vodika ter njegovo hitrejše delovanje. Po vzpostavi začetnih mikrorazpok oz. praznin, ki so lahko le z vodikom zasedeni medprostori v kristalni mreži, ter z združevanjem teh napak se prične rast mikroraz-poke. Hitrost napredovanja te, pa tudi topologija prelomne površine, je odvisna od vrste materiala, temperature preizkušanja ali obratovanja in od trdnostnih lastnosti predvsem od napetosti tečenja. V kovinah s prostorsko centrirano kubično mrežo (jeklo) je pri nizkih temperaturah prisoten hiter nastanek in napredovanje razpoke, oziroma hiter nastanek združevanje in napredovanje razpoke. Za zelo trdne zlitine, ki so bolj ali manj toge, je značilno, da se v materialu pred razpoko tvori večje število manjših praznin oz. z vodikom zasedenih medprostorov, kot pri zlitinah z znižano oz. majhno trdnostjo, kjer so te praznine redkejše. Posledica tega so krhki zlomi z majhnim razmikom ustja razpoke pri zelo trdnih materialih, pri materialih z majhno trdnostjo pa žilavi, z večjim razmikom ustja. Nastajanje krhkih zlomov v določenih materialih, kjer je prisotna vodikova krhkost, je možno razložiti s pospeševanjem procesov drsenja v konici razpoke z dislokacijami, ki postanejo v prisotnosti atomskega vodika v področju triosnosti (na čelu konice razpoke), bolj gibljive. To lahko izrazimo z enačbo: C2 —H = exp r° /vH CTs \ RT (17) pri čemer sta in koncentraciji atomskega vodika v kristalni mreži proč od konice razpoke ter v napetostnem polju pred konico razpoke. VH je parcialni molarni volumen raztopljenega vodika v kristalni mreži, as je sfe-rična komponenta napetostnega polja, R je plinska konstanta in T temperatura. Koncentracija vodika pa lahko na čelu razpoke še narašča z interakcijo med tistim raztopljenim vodikom v glavnini kristalne mreže in napetostnim poljem, ki ga povzročajo dislokacije v področju triosnosti. Pretok vodika je torej v tesni povezavi z napetostnim gradientom med področjem na čelu razpoke in ostalim nedeformira-nim. Posledica napetostnega gradienta je tudi gradient kemičnega potenciala vidika vodika med obema področjema. Takšna razlika v kemičnem potencialu pa povzroča stalno migracijo vodika iz nedeformirane okolice v napetostno polje zaradi težnje po izenačitvi njegove končen- HX+M:MX+H transport z dislokaci-v jami nekoh? -rentni precipitati disloka cijski vozli praznine koherentni in pore precipitati IN TERKRI STALNI kris tajna mreža meje zrn tracije. Večja prisotnost vodika povečuje gibljivost dislokacij (te delujejo kot transportno sredstvo za vodik), s tem pa je omogočeno lokalno drsenje vzdolž aktivnih drsnih ravnin v področju triosnosti oziroma lokalno krhko transkristalno cepljenje. Iz takšne začetne razpoke se razvije enovita transkristalna razpoka s cepilnim morfološkim izgledom lomnine. Opisani način napredovanja razpoke je tipičen za nikelj in njegove zlitine. Delovanje vodika v jeklih z majhno trdnostjo pretežno povzroča žilave prelome, čeprav najdemo pogoste primere krhkih, ki so nastali z izrazitim prenasičenjem materiala z atomskim vodikom (katodna zaščita, laboratorijski preizkusi s poudarjeno katodno polarizacijo, delovanje H2S itd.). Takšno delovanje je lahko podprto še z delovanjem korozijskih strupov in drugih pospeševalcev anodnih in katodnih procesov. Na sliki 8 je prikazan videz prelomne površine po vodičenju jekla Č.1204. Prisotni so krhki transkristalni cepilni prelomi; v določenih conah, kjer je bil vpliv vodika manjši, pa zasledimo mešano naravo prelomne površine — slika 9. Na sliki 10 je prikazana shema, s pomočjo katere je možno prikazati vrsto preloma, katerega morfologija prelomne površine je odvisna od številnih dejavnikov: načina transporta vodika, smeri njegovega širjenja oz. delovanja, vpliva različnih izločkov napak v kristalni mreži itd. Vodik torej povzroča krhke transkristalne cepilne prelome, krhke interkristalne in duktilne. Slika 8 Cepilni prelom v vodičeni coni jekla Č.1204 Fig. 8 Slitting fracture in the hydrogen-pick up zone of Č.1204 steel. Slika 9 Mešan prelom po vodičenju Č.1204 jekla Fig. 9 Mixed fracture after hydrogen pick up in Č.1204 steel. Slika 10 Shematski prkaz različnih izvorov vodika, transportnih poti in mikrostrukturnih značilnosti, ki vplivajo na vrsto preloma. Prekinjena črta predstavlja nastajanje cepilnih zlomov hidridne faze. Fig. 10 Schematic presentation of various origins of hydrogen, of transport paths, and of microstructural characteristics vvhich influence the type of fracture. Interrupted line represents the forma-tion of slitting fractures of hydride phase. LITERATURA 1. Metals Handbook, Ninth Edition, Volume 13 — Corrosion st. 163-173, 283-302, 329-332, 1255-1259 2. M. O. Speidel, P. M. Fourt: Stress Corrosion Cracking nad Hydrogen Embrittlement in Industrial Circumstances, SCC and HE of Iron Base Alloys, June 12—16, 1973, Unieux-Fir-miny, France, 57—60. 3. H. Spahn, G. H. VVagner, U. Steinhoff: Stress Corrosion Cracking and Cathodic Hydrogen Embrittlement in the Chemical lndustry, SCC and HE, Unieux-Firminy, France 1973, 81-109. 4. E. N. Pugh: A Post Conference Evaluation of our Under-standing of the Failure Mechanisms, SCC and HE, Unieux-Firminy, France 1973, 37—49 5. M. G. Fontana, R.W. Staehle: Advances in Corrosion Science and Technology, Volume 7, Plenum Press — Nevv York, London, 53—162 6. L. L. Shreir: Corrosion, Volume 1, 8:5 7. R. N. Parkins: Environmental Aspects of Stress Corrosion Cracking in Lovv Strength Ferritic Steels, st. 601—618, Uni-eux-Firminy, France 1973, SCC and HE of Iron Base Alloys 8. R. M. Latanision: Stress Corrosion Cracking and Hydrogen Embrittiement: Differences and Similarities, Chicago Sym-posium-Environment-Sensitive Fracture of Engineering Materials, 1977, 61-64 9. R. Gibala: Hydrogen Defect Interactions in Iron Base Allo-ys, SCC and HE of Iron Base Alloys, Unieux-Firminy, France 1973, 244—270 10. H. K. Birnbaum: Hydrogen Related Failure Mechanisms in Metals, st. 331. Environment-Sensitive Fracture of Engineering Materials, Symposium Chicago, 1977 11. A. Kavvashima: Corrosion V. 32, No. 8, 1976, 321-331 12. A. S. Tetelman: The Mechanism of Hydrogen Embrittiement in Steel, st. 446 —461, Fundamental Aspects of Stress Corrosion Cracking, Symposium-Ohio State University 1967 13. R. D. Mc Cright: Effects of Environmental Species and Metallurgical Structure on the Hydrogen Entry into Steel, st. 306—325, Stress Corrosion Cracking and HE of Iron Base Alloys, Unieux-Firminy. France 1973 14. J. F. Newman, L. L. Shreir: Corrosion Science, 9, 1969, 631, 1969 15. J. O. M. Bockris: On Hydrogen Damage and the Electrical Properties of Interfaces, st. 286 — 305, SCC and HE of Iron Base Alloys, Unieux-Firminy, France 1973 16. A. W. Thompson: Effect of Hydrogen on Behaviour of Materials, A. I. M. E., Nevv York, 1976, 467 17. G. Philipponeau, J. Gallard: Third International Congres on Hydrogen and Materials, 1982, 761—766 18. M. Smailovvski: Congres International L'hydrogen dans les mataux, Pariš 1972, 300 19. G. E. Kerns, M. T. Wang, R. W. Staehle: SCC and HE in High Strength Steels st. 701, Unieux-Firminy, France 1973 20. L. Vehovar, M. Gabrovšek, J. Kotnik: Korozijska odpornost visokotrdnostnih mikrolegiranih jekel v medijih petrokemije, Poročilo Metalurškega inštituta, 1989 21. Perspectives in Hydrogen in Metals, Edited by M. F. Ashby. J. P. Hirth, Pergomon Press, 1986, 145-162, 259—267, 341-342, 381-385, 421-435, 573-579, 581-687, 693-700, 717-728 ZUSAMMENFASSUNG Zahlreiche Beschadigungen in der Prozesstechnik und an-deren lndustriezweigen verursacht durch VVirkung von atoma-ren Wasserstoff im Kristallgiter haben Sprode Bruche vitaler Teile der Ausrustungen und dadurch einen grossen Wirt-schaftsschaden zur Folge. Im Interesse der Materialerzeuger, der Hersteller der Einrichtungen und der Verbraucher ist es, dass die Probleme der VVasserstoffsprodigkeit erlautert vver- den. Die Erkentnis diesartiger Problematik ermoglicht die Ent-vvicklung un Produktion besserer Materialen mit Langerer Le-bensdauer und grosserer Sicherheit. Aus dieser Sicht gesehen werden im Artikel verschiedene Beschadigungen wegen der destruktiven Wasserstoffwirkung, gelosst im Kristallgitter von Metallen und dieser Verbindung bedeutsame Mechanismuse bzw. Teorien bearbeitet. SUMMARY Numerous damages in chemical process technology and in other industrial branches have the origin in the action of atomic hydrogen in lattice, and they are exhibited in brittie fractures of vital equipment parts, and thus a great economic damages is made. The manufacturers of materiais and equipment, and their users are interested to elucidate the problems connected to the hydrogen embrittiement. This knovvledge enables to design and manufacture better materiais vvith longer life and greater safety. From this vievvpoint the paper analyzes various damages due to destructive action of dissolved hydrogen in the lattice of metals, the connected mechanisms and theories. 3AKJTKDHEHME MexaHM3eM B03fleKcTBMfl Boaopoaa b MeTan/iax m boao-pO^HaH /lOMkOCTb M3-3a B03^etiCTBMfl aTOMapHOrO BOflOpO^a b KpucTanbHoPi ceTH HMcneHHbie nobpe>KfleHMfl b npoueccHOM Tex-HHKe M HHbiX BMflaX npOMbllilJieHHOCTH RBfiHlOTCH npMMMHOpi IlOM-kMX M3J10M0B OCHOBHblX y3/10B 060pyfl0BaHMH, a TeM CaMbIM n6o^bi±ioro xo3HPicTBeHHoro ymep6a. klHTepec M3r0T0BHTe/ieki MaiepnanoB m 060pyfl0BaHMFi, a Tak>Ke ynoTpe6nTe;ietf ecTb mc-nbuatb npo6^emmy boflopoflhofi nomkoctm. co3hahmfl 06 stom npo6^eMaTMkn HaM no3BormK>T npoeKTnpoBaHne n npoflykunHD /iyHLunx MaTepna/ioB, nMeK>mnx 6o/ibiiiyK) flonroBe^HocTb m ka-HeCTBO. C 3T0M TOHkM 3peHHfl B CTaTbe paCCMaTpMBakDTCH pa3-/lHHHbie noBpe>KfleHnfl, HB^fnomHecn BcneacTBMM aecTpykTMB-HOTO B03flePiCTBMH BOflOpOfla, paCTBOpeHHOrO B kpUCTa/lbHOM ceTH MeTannoB, a Tak>ne Bce 6onee Ba>KHbie MexaHM3Mn T.e. TeOpMH B CBR3M C 3TMM. Topologija rasti rekristaliziranih zrn v jeklu z 1,8% Si, 0,3% Al in 0,02% C v razponu temperature 700 do 800° c Franc Vodopivec*1 Izotermna ki ne tika rasti zrn pri 700 "C. porazdelitev zrn po številu stranic in številom stranic sosedov, ki obkrožajo neko zrno, število stičišč zrn, razmerje med številom stranic in povprečno velikostjo zrn. 1. UVOD IN CILJ DELA Več razlogov je, zakaj kristalna zrna, ki sestavljajo mikrostrukturo kovin, niso stabilna pri segrevanju pri visokih temperaturah, razen v primerih, ko kovina vsebuje močne inhibitorje, ki v nekem razponu temperature ustavijo ali pa vsaj pomembno zavrejo proces migracije kristalnih mej. Ti razlogi so različna velikost zrn, različno število sosedov in stranic v ravnini opazovanja oz. sosedov v prostoru, sekundarna rekristalizacija s tvorbo tek-sture, in končno, sprememba sestave kovine med žarjenjem, na primer razogljičenje jekla. V že objavljenih delih sta bila opisana mikromorfologija rekristalizacije z 1,8 % Si, 0,3 % Al in 0,02 % C jekla in tudi kinetika rasti z rekristaliziranih zrn (1, 2). Kinetika rasti je parabolična s eksponentom e = 1/2, razogljičenje jekla med žarjenjem pa skokoma pospeši rast zrn, ki pa je tudi sicer hitrejša v jeklu z manj ogljika v trdni raztopini v feritu. To delo je usmerjeno v pojasnitev topologije procesa rasti, torej v spremembo oblike zrn, ki jo opisujeta števili stranic in stičišč ter korelacija teh pojavov s topološkimi značilnostmi prve lupine sosedov, vse v odvisnosti od spremembe velikosti zrn. Pri nizkih temperaturah rast vseh zrn ni enakomerna, ker je odstopanje od ravnotežja različno na različnih mestih. Rast in sprememba oblike zrn sta pri srednjih temperaturah hitrejši tam, kjer je odstopanje od ravnotežja največje; pri visokih temperaturah, ko je mobilnost atomov večja, pa je rast vsesplošna, zato so lahko tudi kinetične zakonitosti drugačne kot pri srednjih temperaturah (Atkinson 3). 2. METODIKA DELA Za laboratorijsko delo smo izbrali jeklo, ki ima mikrostrukturo iz ferita in majhne količine karbidov v temperaturnem razponu med 700 in 800 °C. Količina in velikost karbidnih zrn nista tolikšni, da bi lahko inhibirali proces rasti zrn v uporabljenem razponu temperature. Jeklo vsebuje tudi toliko aluminija in mangana, da nitridni in sulfidni izločki nastanejo že pri strjenju, zato so premalo številni za zaznavno inhibicijo procesa rasti zrn. To temperaturno območje je bilo izbrano iz dveh razlogov. Pri nižjih temperaturah se s procesom primarne rekristalizacije lahko razvijejo velika prizmatična zrna, na obrusku jih vidimo kot do mm dolge enakomerne pasove (slika 1). Ta zrna so relativno stabilna, opazili smo jih deset in "'dr. Franc Vodopivec, dipl. ing. met. — SŽ — Metalurški inštitut Ljubljana, Lepi pot 11, 61000 Ljubljana Rokopis prejet- nov. 1990 "" Originalno publicirano: ŽZB 25 (1991) 1 UDK: 621.785.374:620.186.82:669.15-194.57 ASM/SLA: J23c Slika 1. Nepopolno rekristalizirana mikrostruktura po 10-min. zadržanju jekla pri temperaturi 650 "C Fig. 1 Uncompletely recrystallized microstructure after 10 minute keeping steel at 650 "C več minut po tem, ko je bila njihova okolica popolnoma rekristalizirana. Trdota jekla v njih je bila podobna, kot trdota rekristalizirane okolice s poligonalnimi zrni. To je dokaz, da je poprava v silicijevem feritu praktično enako učinkovita kot rekristalizacija pri izločanju deformacijske utrditve. Prizmatično obliko zrn razlagamo namreč z »in situ« rekristalizacijo z rastjo poligonizacijskih zrn, ki je omejena s plastasto porazdelitvijo karbidne faze, nastalo zaradi nizke temperature vročega valjanja. Te oblike odprave deformacijske utrditve pri temperaturi 700 °C nismo več opazili. Razlog zato so hitrejša rekristalizacija ter večja topnost in večji izločki karbidne faze v feritu, zaradi česar plastasta porazdelitev praktično ne omejuje procesa rekristalizacije. Temperaturni razpon preizkusov je bil navzgor omejen pri 800 °C, ker se pri tej temperaturi že pojavlja anormalna rast zrn (slika 2) zaradi anizotro-pije v energiji kristalnih mej (Rollett, Srolovitz in Ander-son, 4), med tem ko anormalne rasti zaradi anizotropije v mobilnosti kristalnih mej nismo opazili. Tudi čas zadržanja pri temperaturi 700 °C je bil omejen na 10 minut, na višjih temperaturah pa na 5 minut, zato da ni bilo pomembne anormalne rasti zrn. Vse preizkuse smo napravili na pločevini z debelino 0,35 mm, ki je bila hladno izvaljana s stopnjo deformacije okoli 80 %. Zarjenje se je izvršilo v svinčeni kopeli z mešanjem, zato da je bilo segrevanje na delovno temperaturo čim krajše. Vse meritve velikosti in oblike zrn smo napravili ročno na posnetkih mikrostrukture dvojne standardne velikosti pri povečani 200 do 1000 x. Na vsakem vzorcu je bilo posneto po več slik, toliko, da je bilo 1500 do 2000 zrn upoštevano pri meritvah linearne velikosti (premera) Slika 3. Posnetki mikrostrukture po različno dolgem žarjenju pri 700 "C Fig. 3 Photographs of microstructure after varied duration of annealing at 700 "C 0,5 min zrn po metodi linearne intercepcije in po metodi površine ter 500 do 600 zrn pri štetju števila s stranic zrn, torej števila sosedov, stičišč več zrn, stranic sosedov in meritev velikosti posamičnih zrn. Pri stičiščih nismo razločevali med takimi s tremi ali več zrni. V izračunih nismo upoštevali deleža zrn z dvema stranicama, ker je bilo njihovo šlevilo pod 0,2 %. Opazili pa smo jih v vseh primerih. Rezultate smo obdelali z upoštevanjem sodobnih teorij o kinetiki izotermne rasti rekristaliziranih zrn in teorij o njihovi topologiji. 3. KINETIKA IZOTERMNE RASTI ZRN Slika 2. Mikrostruktura z anormalno rastjo posamičnih zrn po žarjenju 10 min. pri 800 "C Fig. 2 Microstructure vvith abnormal grovvth of single grains after 10 minute annealing at 800 "C Na sliki 3 je prikazana mikrostruktura po 30 sek., 1 min., 2 min., 3 min., 5 min. in 10 min. zadržanja v svinčeni kopeli pri temperaturi 700 °C. Na slikah se hitro razločijo nekatere mikromorfološke značilnosti rasti zrn, na primer: zrna so vse večja in bolj poligonalna (torej poliedrična v prostoru), čim daljše je žarjenje; pazljivo opazovanje pa pokaže po 30 sek. žarjenja še precej ne-rekristalizirane kovine, pa tudi pri eni minuti zadržanja rekristalizacija še ni popolnoma končana. Na sliki 4 je prikazana kinetika izotermne rasti za linearno velikost, intercepcijsko dolžino R, v grafikonu je zapisana kot povprečna velikost zrn v |im in za povprečno površino zrn v um2 (A). Kinetika v obeh primerih sledi isti parabolični zakonitosti R = R0 + M12 oziroma A = A0 + k2t1/2, I -11 i £ -10 ^ c n - 9 „ trt o 2 / (jm / ~ 8 "a> — o -7 >g a> a. .— - r o — ^^ bo. pm Čas, sek1/2 Slika 4. Kinetika izotermne rasti zrn pri 700 "C. Velikost zrn je izražena s povprečno površino in z intercepcijsko dolžino, ki je sorazmerna premeru zrn Fig. 4 Kinetics of isothermal grain grovvth at 700 °C. The grain size is expressed by the average surface area and vvith the intercept length being proportional to the grain diameter v katerih sta k, in k2 različni parabolični konstanti rasti, t pa je trajanje žarjenja. V obeh prikazih, linearnem in v površinskem je na odvisnosti prelom pri ca. 2 min. izo-termnega zadržanja. Pod to časovno mejo je rast počasnejša, nad njo pa hitrejša. Počasnejša rast pri nižji temperaturi je najverjetneje dokaz nedokončane rekristalizacije. Zaradi nastanka novih majhnih zrn je rast prej nastalih zrn navidezno počasnejša. Po teoriji, ki sta jo postavila Burke in Tumbull (5), je parabolična kinetika dokaz, da je gonilna sila za rast zrn razlika v ukrivljenosti meje zrna. Po tej teoriji transport atomov preko meje poteka v smeri središča ukrivljenosti, torej konkavna meja napreduje na račun konveksne. V obsežnem pregledu o procesih rasti zrn navaja At-kinson (3) številne primere odstopanja od parabolične kinetike z eksponentom e = 1/2. Večino teh odstopanj pripisujejo parcialni inhibiciji migracije, najbolj pogosto vplivu nečistoč, ki so na mejah obogatene v trdni raztopini (solute drag). Raziskave serije jekel s podobno sestavo so tudi v preteklosti pokazale parabolično kinetiko rasti zrn z eksponentom e = 1/2 (1, 2) ter skokovito povečanje rasti zaradi razogljičenja pri časih, daljših od 10 min. ali pri temperaturah nad 800 °C. Na sliki 5 je prikazana mikrostruktura po 5 min. zadržanju pri temperaturah 700, 730, 760 in 800 °C, na sliki 6 pa je prikazana odvisnost med premerom zrn in povprečno površino zrn ter absolutno temperaturo. Odvisnost je eksponencialna Arheniusova s prelomom pri okoli 760 °C. Nad to mejo so zrna večja. To ne pomeni, da je pri višji temperaturi rast rekristaliziranih zrn hitrejša, nasprotno zaradi povečanja količine ogljika v trdni raztopini v feritu je celo počasnejša, kot bi pričakovali na osnovi Slika 5. Posnetki mikrostrukture po petminutnem žarjenju pri označenih temperaturah Fig. 5 Photographs of the microstructure after 5 minute annealing at mentioned temperatures 200 100 o. £ i,! / s i E c -10 * In o JC y / »i/ v' / > / -8 g ^^ i— CL £ "6 700 i Temperatura , °C ■30 760 i i 800 t 10,5 10 { 9,5 «10 Slika 6. Vpliv temperature na povprečno velikost zrn po petminutnem žarjenju Fig. 6 Influence of temperature on the average grain size after 5 minute annealing 4. ŠTEVILO STRANIC KRISTALNIH ZRN V procesu normalne rasti zrn ostaja porazdelitev zrn po številu stranic (sosednih zrn) konstantna (3). Razlog je, da se proces rasti zrn odvija brez prekinitve in bi se ustavil le, če bi imela vsa zrna šesterokotno obliko in enako velikost s kotom 120° v stičišču. Tega pa v realnih mikrostrukturah ni, zato zrna z manj kot 6 stranicami neprestano nastajajo, ker se z zmanjševanjem velikosti zmanjšuje tudi število stranic (Hillert 7), čeprav pri tem raste povprečna velikost vseh zrn. V vseh primerih porazdelitev ni log normalna, torej ne dobimo premice, če narišemo kumulativno pogostost v odvisnosti od števila stranic. Po najkrajšem, 30 sek. segrevanju, ima največ zrn 4 stranice, po 1 do 10 minut zadržanja pri temperaturi pa je porazdelitev zrn po številu stranic identična v razponu standardne deviacije (slika 8). Največje je število zrn s 5 stranicami, v vseh časovnem razponu segrevanja pa je delež zrn s 4 stranicami večji od deleža zrn s šestimi stranicami. Na sliki 9 vidimo, da ostaja pri enakem času zadrževanja pri temperaturah 700 in 730 °C porazdelitev enaka, pri temperaturah 760 in 800 °C pa naraste delež zrn s 6 stranicami, ki jih je največ po žarjenju pri 800 °C. Na sliki 10 sta prikazana vpliv trajanja zadržanja pri 700 °C in 5 min. zadržanja v razponu temperature 700 do ekstrapolacije z nižjih temperatur. Večja zrna pri 800° so rezultat večje začetne velikosti rekristaliziranih zrn. Dokaz za to trditev je slika 7 (6), ki kaže velikost rekristaliziranih zrn v jeklih iste vrste, vendar z različno vsebnostjo ogljika po 1 min. zadržanja pri različnih temperaturah. Očitno je, da ogljik vpliva na proces rasti zrn in da so pri enakih pogojih zrna tem večja oziroma rast je tem hitrejša, čim manj je ogljika v trdni raztopini v ogljiku. To kaže na možnost, da ogljik zavira proces migracije zaradi se-gregacije po mejah, ki je tem manjša, čim manj ima jeklo ogljika. Mobilnost atomov ogljika pa je tolikšna, da se zavorna sila segregacije ne odraža na eksponentu kineti-ke rasti, ki ostaja parabolična z eksponentom 1/2. 700° C 30 sek 1 min 2 min 3 min 5 min 10min o c >N A 6 Število stranic Slika 8. Delež zrn z naraščajočim številom stranic po različno dolgem žarjenju pri 700 °C Fig. 8 Part of grains vvith the increasing number of sides after varied durations of annealing at 700 "C o CL v Slika 7. Vpliv količine ogljika na velikost zrn po 1-min. žarjenju pri različnih temperaturah Fig. 7 Influence of carbon content on the grain size after 1 minute annealing at various temperatures 40 30 20 10 l c . 5 min 700.730 °C 760 °C |-800°C 4 » 6 8 Število stranic 10 12 Slika 9. Delež zrn z različnim številom stranic po 5-min. žarjenju med 700 in 800 °C Fig. 9 . Part of grains vvith varied number of sides after 5 minute annealing betvveen 700 and 800 °C 1 min rekristalizacije °Q01 0,015 0,02 Vsebnost ogljika, 7« 860°C 830°C 800°C 760°C ■o 730°C - 700°C o o i— _o > 0> O C >o a) i— o. o CL 5min J . ! 700°C 1 10 Min o i-iz c In fg 7 ž-5 i; a> >o 1_ CL £ 1min 7C °—o 5min 0°C 4 6 8 Število stranic 10 700 750 800 Slika 11. Razmerje med številom stranic nekega zrna in povprečnim številom stranic sosedov, ki ga obkrožajo, za tri čase žarjenja pri 700 "C Fig. 11 Ratio between the number of sides of a grain and the average number of sides of the neighbouring grains, for three various times of annealing at 700 "C Slika 10. Povprečno število stranic sosedov v odvisnosti od trajanja izo-termnega žarjenja pri 700°C in po 5-min. žarjenju v razponu med 700 in 800 "C Fig. 10 Average number of sides of neighbouring grains depending on the duration of isothermal annealing at 700 °C, and after 5 minute annealing betvveen 700 and 800 "C 800 °C na povprečno število stranic zrn. To število s časom raste, vendar se že po 5 min. zadržanju asimptoti-čno približa vrednosti 5,55. Iz tega sklepamo, da idealne in ravnotežne šesterokotne oblike zrn v tem materialu ni mogoče doseči pri tehničnih časih zadržanja pri temperaturah razogljičenja in rekristalizaciji neorientirane elek-tropločevine. Povprečno število stranic se nekoliko zmanjšuje z naraščanjem temperature, vendar so razlike znotraj standardne deviacije štetja, ki je pri zrnih z največ stranicami sicer pod 5 %, pri zrnih z mnogo stranicami pa dosega do 10 %, če se med seboj primerjajo rezultati štetja na več mikroposnetkih istega vzorca. 5. ŠTEVILO STRANIC SOSEDNIH ZRN Proces migracije kristalnih mej, torej proces rasti zrn, se odvija z napredovanjem in nazadovanjem meje dveh zrn. Zato nam podatek o tem, kolikšnq je število stranic sosednega zrna da tudi predstavo o povprečni stabilnosti vsakega zrna. Rezultate za tri čase zadržanja pri 700 °C prikazuje slika 11. Število stranic sosednih zrn se zmanjšuje, ko raste število stranic zrna, ki leži med njimi. Odvisnost bi lahko približali dvema premicama z različnim naklonom, ki se sekata približno pri povprečnem številu stranic 5,55. Torej, čim več stranic ima neko zrno, tem manj stranic imajo povprečno njegovi sosedi. To je logično. Kasneje bomo namreč videli, da so zrna z več stranicami večja, zato bolj stabilna in požirajo svoje sosede, ki se zmanjšujejo in se jim zmanjšuje tudi število stranic. Temperatura zadržanja vpliva na število stranic pri sosedih, močneje pri zrnih z malo stranicami, ki se zmanjšuje, ko temperatura raste do 760 °C, nato pa je znova večje po žarjenju pri 800°C (slika 12). Sprememba je verjetno v zvezi s količino ogljika v raztopini v feri-tu, ki pa je v tem trenutku ne znamo razložiti, lahko pa kaže tudi na vpliv kakega drugega dejavnika. o I- £ C <" N .2 7 >o cu l— CL £ U) x 700°C 5min a 730°C 760°C 800°C 4 6 Število stranic 10 Slika 12. Razmerje med številom stranic nekega zrna in povprečnim številom zrn sosedov, ki ga obkrožajo po 5-minutnem žarjenju v razponu 700 do 800 °C Fig. 12 Ratio betvveen the number of sides of a grain and the average number of sides of neighbouring grains after 5 minute annealing betvveen 700 and 800 "C Povprečno število stranic sosednih zrn je pri 700 °C odvisno od trajanja žarjenja v temperaturnem razponu 700 do 800 °C. spreminja pa se tudi pri izohromem žarjenju (slika 13). Po Weaireu (8) je število stranic nekega zrna (n) povezano s številom stranic njegovih sosedov z izrazom . = 5 + 6 + ^ n mn V izrazu je n varianca števila stranic, ki se izračuna iz izraza 8 CL_C CZ y h C C "O a> »(/> in '700°C 5min 2 4 6 Min 0— 10 700 750 800 Slika 13. Povprečno število stranic sosednih zrn v odvisnosti od časa žarjenja pri 700°C in temperature v razponu med 700 in 800"C Fig. 13 Average number of sides of neighbouring grains depending on the annealing tirne at 700 "C and on the temperature in the range betvveen 700 and 800 °C H = I(n-1 -6)2fn CM co >8 >o o 1 a> E N £ v 4 6 Čas v min °— 10 700 750 Temperatura v °C 800 s fn deležem zrn z n stranicami. Poglejmo, kako se empirični rezultati ujemajo s to odvisnostjo. Za 5 min. zadržanje pri temperaturi 700 °C je p. = 3,27. Če upoštevamo, da je povprečno število stranic 5,50, izračunamo, da je teoretično povprečno število stranic sosedov mn = 6,68. Empirično je za iste pogoje žarjenja določeno mn = 6,54, kar je zadovoljivo ujemanje. Ujemanje je še boljše v primeru 5 min. žarjenja pri 800 °C, kjer je izračunano mn = 6,69, empirično pa določeno mn = 6,62. V drugih primerih so razlike večje. Odstopanja niso velika, pa tudi ne sistematična in njihovo poreklo je verjetno tudi statistično odstopanje meritev. Varianca p je namreč v razponu od 3,23 do 2,83. Če upoštevamo povprečno varianco vseh meritev, razen za 1 min. zadržanje pri 700 °C, izračunamo po VVeairu, da je povprečno mn = 6,64, povprečno empirično pa je določeno mn = 6,55, kar je zadovoljivo ujemanje in potrjuje teoretično predvidevanje. Odstopanje je večje v primeru, ko zrna rastejo v nepopolnoma rekristaliziranem okolju, ali pa, če kak nov efekt vpliva na mobilnost kristalnih mej, na primer že omenjene segregacija ogljika po mejah zrn. 6. STIČIŠČA TREH ALI VEČ ZRN Vsako zrno ima toliko stranic, kolikor ima v dvodimenzionalni ravnini mest, kjer se dotika svojih sosedov, ponavadi treh, redko štirih. Vendar pa v realni mikrostrukturi število stranic ni enako številom stičišč, ker stranice (n) pripadajo samo dvema zrnoma, stičišča (s) pa trem ali več zrnom. Na sliki 14 je prikazano razmerje 3s/2n v odvisnosti od izotermnega zadržanja pri 700 in od izohronega zdržanja v razponu temperature 700 do 800 °C. Razmerje je konstantno pri 700 °C in rahlo raste, ko raste temperatura, vendar ostaja vedno pod 1. Torej je stičišč 4 zrn tem manj, čim višja je temperatura žarjenja, vendar pa je razlika majhna in neodvisna od časa zadržanja 1 do 10 minut pri 700 °C, pri katerem zrna zrastejo več kot dvakrat. Pri 700 °C je ca. 5 % stičišč s 4 zrni, pri 800 pa okoli 1 %. V obeh primerih je to število majhno Slika 14. Vpliv trajanja žarjenja pri 700 °C in med 700 do 800 °C na razmerje števila stičišč in števila stranic Fig. 14 Influence of annealing tirne at 700 "C, and in the range 700 to 800 °C on the number of contact points/number of sides ratio in je zato vprašljivo, koliko stičišča s 4 zrni v 2-dimenzio-nalni ravnini, ki so manj stabilna od stičišč s tremi zrni (9), pomembno vplivajo na kinetiko rasti zrn. 7. VELIKOST ZRN Z RAZLIČNIM ŠTEVILOM STRANIC Teorija predvideva, da so zrna z več stranicami večja iz dveh razlogov. Eden je, da je pri njih zaradi poliedrične oblike z več ploskvami, ki se bolj približujejo krogli, delež površinske energije proti celotni energiji manjši, zato je tudi manjša skupna energija zrna, drugi pa je, da se zrna z več kot 6 stranicami lahko uredijo v prostorski sklad le, če so njihove meje konkavne, med tem imajo zrna z manj kot 6 stranicami konveksne meje (3). Opazovanje realnih mikrostruktur na obrusku včasih pokaže, da raste zrno z manj stranicami v 2-dimenzionalni ravnini na račun zrna z več stranicami. Razlaga za tak primer je v preseku poliedrov, ki imata v prostoru različno število ploskev, pri čemer je lahko presek čez tistega, ki ima več ploskev prostoru, v 2-dimenzionalni ravnini poligon z manj stranicami. V povprečju pa zrna z več stranicami rastejo na račun zrn z manj stranicami. Na sliki 15 je prikazana odvisnost med številom stranic in linearno velikostjo zrn za tri čase žarjenja pri 700 "C. V vseh primerih povprečna velikost zrn (R) raste proporcionalno s številom stranic. Odvisnost opisuje enačba: R = k3 (n - n0) z n0=1. To odvisnost je empirično ugotovilo že več avtorjev (8,9, 10), z računalniško simulacijo so jo potrdili Rollovitz in sodelavci (11), ki so tudi našli, da je n0 = 2, teoretično pa jo je utemeljil Rivier (12). Je logična, zato ker proces rasti poteka na mejah. Izohromno zadržanje v temperaturnem razponu 700 do 800 °C (slika 16) kaže tudi enako odvisnost med številom stranic in povprečno velikostjo, z n0 nekoliko pod 1. Velja ponovno opozoriti, da sta odvisnosti za temperaturi 700 in 730 °C zelo blizu in znatno nižji kot odvisnosti za 760 in 800 "C. 40 e n. a 30 C I— N V, 20 o 10 700 °C - 10 min 5 min L- 1 min 5 7 9 11 Število stranic (n) Slika 15. Odvisnost med številom stranic in povprečno velikostjo zrn, ki je izražena s povprečnim premerom D za tri različne čase žarjenja pri 700 "C Fig. 15 Relationship betvveen the number of sides and the average grain size, expressed by the average diameter D for three va-rious times of annealing at 700 °C 40 o 30 C L_ N ti 20 o 10 800°C / // /s* 760°C > 730°C '700°C /ž* A* 3 5 7 9 11 Število stranic (n) Slika 16. Odvisnost med številom stranic zrn in povprečno velikostjo zrn, ki je izražena s povprečnim premerom D za 5-minutno žarjenje v razponu temperature 700 do 800 °C Fig. 16 Relationship betvveen the number of grain sides and the average grain size, expressed by the average diameter D for 5 minute annealing between 700 and 800 "C SKLEPI Izvršena je topološka analiza procesa rasti feritnih zrn v jeklu z 1,8 % Si, 0,3 % Al in 0,02 % C v temperaturnem intervalu 700 do 800 °C in v trajanju do 10 min. žarjenja. Za poskuse je bila uporabljena 0,35 mm debela pločevina, hladno deformirana nad 80 %. Žarjenje se je izvršilo v svinčeni kopeli. Velikost zrn in podatki za ovrednotenje njihove oblike so dobljeni z ročnim merjenjem in štetjem na posnetkih s povečavo 200 in 1000 x z dvojno standardno velikostjo. Raziskava je pokazala naslednje: — kinetika izotermne rasti rekristaliziranih zrn pri 700 °C sledi parabolični odvisnosti z koeficientom e = 1/2, ne glede na to, ali se meri površina zrna ali pa njihov premer; — v procesu rasti zrn ostaja porazdelitev zrn po številu stranic konstantna in anormalna. Največ zrn ima 5 stranic, povprečje pa pri trajanju žarjenja nad 5 min. pri 700 °C limitira k 5,55 stranicam. S povišanjem temperature se porazdelitev pomika k večjemu deležu zrn s 6 stranicami; — število stranic sosedov (ns) nekega zrna se zmanjšuje, ko raste število stranic zrna med njimi (np). V grobem približku velja, da je povprečno število stranic sosednih zrn ns«np+1. Sicer pa ns rahlo pada pri žarje-nju 1 do 10 min. pri 700 "C, po pet minutnem žarjenju pa je nižje pri 730 in 760"C, kot pri 700 in 800°C; — število stičišč štirih zrn dosega največ 4 % celotnega števila stičišč zrn. Iz tega sklepamo, da stičišča ne vplivajo pomembno na kinetiko rasti zrn; — linearna velikost zrn je sorazmerna številu njihovih stranic v vsem časovnem in temperaturnem razponu žarjenja jekla. LITERATURA 1. F. Vodopivec, F. Marinšek: Steel Research 57, 1986, 10, 531 2. F. Vodopivec, F. Marinšek, F. Grešovnik, O. Kurner: Železarski Zbornik 21, 1987, 1,29 3. H. V. Atkinson: Acta Metallurgica 36, 1988, št. 3469 4. A. D. Rollett, D. J. Srolovitz, M. P. Anderson: Acta Metallurgica 37, 1989, 4, 1227 5. J. E. Burke, D. Tumbull: Progr. Met. Phys. 1952, 220 6. F. Vodopivec, F. Marinšek: Poročilo Ml Ljubljana, 88.034,1988 7. M. Hillert: Acta Metallurgica 13, 1965, 227 8. C. H. Desch: J. Inst. Metals 22, 1919, 241, Loc. cit. ref. 12 9. P. A. Beck: Adv. Phys. 3, 1954, 245. Loc. cit. ref. 12 10. D. A. Aboav, T. G. Langdon: Metali. 1, 1969, 333 in 2, 1969, 171. Loc. cit. ref. 12 11. D. J. Srollovitz, M. P. Anderson, P. S. Dahni in G. S. Grest: Acta Metallurgica 32, 1984, 793 12. N. Rivier: Philosophical Magazine B, 52, No. 3, 1985, 795 ZUSAMMENFASSUNG Topologische Analyse des Feritkornvvachstumprozesses im Stahl mit 1.8 % Si, 0,3 % Al und 0,02 % C im Temperaturinterval 700 bis 800°C und einer Gluhzeit bis 10 Min. ist duchgefuhrt vvorden. Fur die Untersuchungen ist 0,35 mm starkes kaltgevval-tes Blech mit einem Verformungsgrad uber 80 % angevvendet vvorden. Das Gluhen ist im Bleibad durchgefuhrt vvorden. Korn-grosse und Angaben tur die Bevvertung deren Form sind durch Handmessungen und Zahlung auf Autnahmen 200 x und 1000 x mit zvveifacher Standardgrosse, erreicht worden. Untersuchungen haben folgendes gezeigt. — Die Kinetik von isothermen VVachstum der rekristallisier-ten Korner bei 700 °C folgt der parabolischen Abhangigkeit mit dem Koefizienten e = 1/2 unabhangig davon ob die Kornflahe oder deren Durchmesser gemessen wird; — Im Kornvvachstumsprozess bleibt die Kornverteilung nach der Seitenzahl konstant und abnormal. Die grdsste Zahl der Korner hat 5 Seiten. Der Durchschnitt limitiert bei einer Gluhzeit uber 5 Min bei 700 "C zu 5,55 Seiten. Mit der Tempera-turerhohung verschiebt sich die Verteilung zu groserem Anteil der Korner mit 6 Seiten. — Die Seitenzahl von benachbarten Kdrnern(ns) eines Korns vvird kleiner von der Zahl der Seiten des Korns zvvischen denen(np) er vvachst. In grober Annaherung gilt, dass die durch-schnittliche Zahl der Seiten von Nachbarkornern ns = np+1 ist. Anderfalls fallt ns nur sanft beim Gluhen von 1 bis 10 Min. bei 700°C. Nach funfminutiger Gluhung ist es niedriger bei 730 und 760 °C als bei 700 und 800 °C; — Die Zahl der Kontaktpunkte von vier Kornern erreicht hochstens 4 % von der Gesamtzahl der Kornkontaktpunkte. Daraus kann entnommen vverden, dass die Kontaktpunkte die Kornvvachstumskinetik nicht bemerkenswert beeinflussen; — Die lineare Korngrosse ist verhaltnissmassig gleich der Seitenzahl im gesamten Zeit und Temperaturinterval der Gluhung von Stahl. SUMMARV The topology analysis of the ferrite grain grovvth process in steel with 1.8 % Si, 0.3 % Al, and 0.02 % C vvas made in the temperature range 700 to 800 "C, and for up to 10 minutes anneal-ing. Tests were made vvith a 0.35 mm thick sheet, being cold deformed for over 80 %. The annealing vvas done in the lead bath. The grain sizes and the data for the evaluation of their shapes were determined by manual measuring and counting on photographs at magnifications of 200 and 1000 times vvith double standard size. The investigation gave the follovving conclusions: — kinetics of isothermal recrystallized grain grovvth at 700 °C follovvs the parabolic law with the coeficient e = 1/2 re-gardless to the measured surface area or diameter of grains; — in the grain grovvth process the distribution of grains ac-cording to the number of their sides remains constant and abnormal. The majority of grains has 5 sides vvhile the average number for a 5 minute annealing at 700 "C approaches to the value of 5.5 sides. The increased temperature shifts the grain distribution tovvards those vvith 6 sides. — the number of sides of neighbouring grains (ns) is re-duced vvith the increased number of sides of a central grain (np). In rough approximation the average number of sides of neighbouring grains is ns = np+1. Further, a slight reduction of ns vvas observed in progressive annealing from 1 to 10 minutes at 700°C, after 5 minute annealing it was lower at 730 and 760°C than at 700 and 800"C; — number of four-grain contact points does not exceed 4 % of total number of grain contact points. Thus the conclu-sion can be made that contact points do not essentially influ-ence the kinetics of grain grovvth; — linear grain size is proportional to the number of the grain sides in the overall tirne and temperature intervals of annealing steel. 3AKnfOHEHME npoM3Be/ieH 6bm Tono;iom4ecKM(i aHanua npouecca pocTa 4>eppmHbix 3epH b CTa/in c 1,8 %Si, 0,3 % Al m 0,02 % C b TeM-nepaTypHOM mhtepbane 700 ao 800 °C m c np0,Q0;i>KMTe/ibH0-CTbKD 10 mmh. OTMMraHMfl. fi/lfl HCnblTaHMB MCn0rib30Ba/lM X0/10a~ HOflecfcOpMMpOBaHHblii (CBbILUe 80 %) J1MCT TO/ilumhom 0,35 mm. ot>KMr npomsbeaeh b cbhhlioboa saHHe. Be/iMHMHa 3epn m flaH-Hbie, heo6xoflhmbie fl/in ouehkm nx 0opMbi, nony4ehbi pynhbim n3mepehnem w bbimmc/lehhem Ha cbemkah, ybe^mmehhbix ha 200 M 1000 pa3 C flBOMHbIM CTaHflapTHbIM pa3MepoM. McnbiTaHkie noka3a^o c^e/iyiOLuee: — KMHeTMKa M30TepMMMeCK0r0 poda peKpHCTaflM3MppO-BaHHblX 3epH c^eflmt 3a n0pa60^m4eck0m 3aBHCMMOCTM c ko30-t()MuneHTOM e = 1/2, he3abmcmmo ot Toro M3MepfleM /im noBepx-hoctb 3epha m/im nx fluaMeTp; — b npouecce pocia 3epH ocTaeicfi pa3fleneHne 3epH no hmc/iy CTOpOH KOHCTaHTHO M ahopmanbho. BonbLLIMHCTBO 3epH mmeet 5 ctopoh, npn omkire npoao^mute^bhoctbk) CBbnue 5 mhh npn 700 °C Mučno ctopoh b cpeflHeM nnMHTnpyeT k 5,55 ctopoh. noBbiLueHkieM TeMnepaTypbi pa3aeneHne 3epH no Mncny ctopoh MMeeT TeH^eHunK) noBbiiueHHFi ao /in 3epH c 6 CTopoHaMu; — HMC/IO CTOpOH COCeflOB Kfly mmhm (Hn). B OCHOB-hom MO>KeM CKa3aTb, hto cpeflHee mmc^o CTOpOH COCeaHblX 3epH cocTaBnfieT hc»hn+1. Hy, hc HecK0/ibK0 yMeHbtuMBaeTCfl npw OT>Knre 1 ao 10 mmh m npn 700 °C, a noc/ie 5 mhh OTMkira SB^aeTCfl MehbLunM npki 730° n 760 "C HeM npn 700° n 800 °C; — MMC/IO TOHK COnpMKOCHOBeHUfl 4 3epH floCTuraeT MaKC. 4 % očuiero MMC/ia T04K COnpMKOCHOBeHUfl 3epH, H3 nero mo>k-HO 3aK/llOMMTb, HTO tomkm COnpHKOCHOBeHMH He MMeKDT 6o^btiie-ro SHaneHun 3a KMHeTMKy pocTa 3epH; — /iHHeapHan BenunuHa 3epH HBnneTCfl copa3MepHoPi 4ncjiy nx ctopoh bo BceM BpeMeHHOM m TeMnepaTypHOM HHTepBane ot>Knra CTa/iM. Reševanje stacionarnega in nestacionarnega temperaturnega polja po metodi končnih elementov na PC računalnikih Marjan Bolčina*1 UDK: 536.241:669.046:621.78.012.5:681.3.06 ASM/SLA: J2g, D6, U4g, U4k S hitrim razvojem računalniške tehnologije se v inženirski praksi vse pogosteje uporabljajo numerične metode reševanja konkretnih problemov reševanja polj, opisanih z diferencialnimi enačbami. Danes je takšen način projektiranja ekonomsko in kakovostno upravičen in postaja nujen. Naša naloga je reševanje nestacionarnih temperaturnih polj poljubnih objektov in izdelava ustreznega računalniškega programa. Pri tem imamo lahko definirane kot robne pogoje vsiljene temperature ali toplotne tokove ali notranje izvore toplotnega toka, ki jih povzroča električni tok. Tako lahko projektiramo (glede na temperaturno polje) objekte, kot na primer: hladilna telesa, segrevanje kovinskih in izolacijskih delov, temperaturno obremenljivost el. zbiralk, indukcijsko kaljenje in indukcijsko taljenje kovin. UVOD V nadaljevanju torej iščemo rešitev dvodimenzionalnega ali aksisimetričnega trodimenzionalnega, časovno odvisnega temperaturnega polja, ki ga na objektu poljubne geometrije poleg materiala in okolice povzročajo vsiljene temperature, toplotni tokovi in toplotni izvori (električni tokovi). Ker ne obstaja splošna analitična metoda za reševanje problemov takšne vrste, moramo iskati rešitve z nu-meričnimi metodami ali s simulacijo konkretnega primera na analognem računalniku. Ker so ustrezni analogni računalniki zelo dragi, praktično vedno uporabljamo numerične metode, prirejene za digitalne računalnike. Numerične metode v splošnem ločimo na metodo končnih diferenc in metodo končnih elementov. Izbira metode se vse močneje nagiba v korist metode končnih elementov. Pri uporabi metode končnih elementov objekt poljubne oblike razdelimo na poljubne končne elemente znane geometrije. Na splošno velja, da večje število končnih elementov (manjši, kot so), poveča natančnost iskane rešitve sistema. Natančnost rešitve pa je odvisna tudi od predvidene funkcije polja znotraj elementa. Izbrali smo trikotno obliko končnega elementa, ker z njo najlažje opišemo poljubno obliko obravnavanega objekta. Zaradi znanih prednosti naravnih (area) koordinat pred Katezijevimi (lažje integriranje, singularnost matrik) smo izvedli ustrezne transformacije. STACIONARNO STANJE S stališča stacionarnega prenosa toplote nas je zanimala temperaturna porazdelitev po posameznih elemen- " Marjan Bolčina, dipl. ing. — Slovenske železarne — Železarna Štore Rokopis prejet november 1990 Originalno publicirano: žzb 25 (1991) 1 tih indukcijske lončne peči, še posebej pa temperaturni gradient v ovoju induktorja. Induktor se namreč greje zaradi prevajanja izmeničnega električnega toka, ki zaradi skin efekta ni enakomerno porazdeljen po bakrenem profilu, pa tudi zaradi prevajanja toplote taline skozi ognjeodporno obzidavo. NESTACIONARNO STANJE Število sarž, ki jih lahko stopimo z enkrat pripravljeno ognjeodporno obzidavo, je odvisno tudi od temperature, ki jo doseže talina na meji z obzidavo. To področje prenosa toplote je v časovnem prostoru relativno neraziskano, zato smo si zadali nalogo, da to problematiko natančneje obdelamo. Ker se indukcijska lončna peč v prvi aproksimaciji obnaša kot integrator vhodne moči, moramo omenjeno problematiko reševati v nestacionarnem časovnem področju. Kot bomo videli kasneje, se največ električne energije v vložku pretvori v toploto prav ob obzidavi. Ta je direktno odvisna od moči peči in frekvence napajalne električne napetosti. Zato lahko prihaja na teh mestih do neželjenih nadtemperatur, ki presegajo dovoljeno temperaturo neke ognjeodporne obzidave, medtem ko vložek na sredini še ni dosegel niti temperature taljenja. (Dobljene rezultate pa bi lahko uporabili tudi na področju kaljenja ali toplotnega čiščenja). Pri reševanju električnega dela indukcijske lončne peči smo pristopili k izvornemu načinu. Rezultat analitične analize teoretičnega izhodišča, podanega s Fredhol-movo integralsko enačbo II. vrste Es (Je, Jm) - 1/Je = E0 (J0) Hs (Je, JJ-1/Jm = H0 (J0) je specialni programski paket IMF-CAD, ki iz geometrijskih in snovnih parametrov konstruirane peči izračuna električne veličine (el. impedanco, el. napetosti, el. tokove itd) v posameznih točkah indukcijske lončne peči (7). Pri tem je za numerični izračun uporabljena metoda končnih elementov. Rezultati so podani numerično (tabelarično) in grafično. Izhodni podatki iz tega programa za dano peč (el. tokovi) so tudi vhodni podatki za analizo prenosa toplote, kar je cilj naše naloge. Podrobnejši opis tega programa presega namen tega dela. REŠEVANJE DIFERENCIALNE ENAČBE PRENOSA TOPLOTE PO METODI KONČNIH ELEMENTOV Računalniški program je napisan na osnovi naslednjih matematičnih izhodišč: Fourierjeva diferencialna enačba širjenja toplote (1), vsiljene z induciranim električnim tokom (npr.: v indukcijski lončni peči) je: div (k gradT) + pc 5T/St = aJ2 = 8q/8V T = T (x, y, z, t) Za prakso so pomembni tudi naslednji robni pogoji, ki jih opišemo z obrazcem: k 8T/8n = h (T-TJ — predpisana temperatura ali toplotni fluks na delu površine — predpisana konvekcija (radiacija) GALERKINOV POSTOPEK Predvidimo, da so dane diferencialne enačbe L (t) =f in R (t) = g, pri čemer sta L (t) in R (t) diferencialna operatorja, tako da je enačba polja temperature zadovoljena po površini in na robovih objekta. L (t) = 8/8x| (k 8T/8X|) + Q = pc (8T/8t) = f R (T)--k (8T/5n) = h (T-T0) = g Integracijska enačba Galerkinovega postopka (2, 3) se tako glasi: J (L (t) — f}■ u■ dA + j(R (t) — g}-u-dS = 0 a s Funkcijo T izrazimo s polinomom, ki v polju zadošča diferencialni enačbi, na robovih pa zavzame predpisane robne vrednosti, in izenačimo njeno variacijo 81 s funkcijo u: T=blT1 + b2T2+b3T3 + . . , + bnTn u = 3T {{L(r)-f)-3Tk.dA+/{R (t) - g) • 8Tk ■ dS = 0 A s (k= 1, 2, 3 ... n) Zgornjo enačbo lahko direktno uporabimo v metodi končnih elementov tako, da jo formiramo za vsak končni element. Polinom zapišemo zato v matrični obliki T = f b] {T}e. Pri tem je [bj interpolacijska matrika, |T)e pa vektor vozliščnih temperatur končnega elementa. Da si olajšamo diferenciranje v zgornji enačbi in da se izognemo polinomom višjega reda, operator L (t) transformiramo: L (t) = [8/8x| mi (t)] + L' (t) oziroma L (T) 3T = 8/8X, [M, (t) 8t\--m, (t) [8/8X; (3t)] + L'(t)dT Po urejevanju in združevanju dobimo naslednjo va-riacijsko integralno enačbo: f {(Q - pc 8T/8t) 3T + k 8T/8xj [8/8x; (ST)]} A dA+fh (T-To)3TdS = 0 s Ko vpeljemo diskretizacijo za končni element temperature in njene variacije v obliki: T = b. T, oziroma 8J = bjdT,; lahko dobi prejšnja enačba obliko: Hi( T + Lij (8T/8t) + F, = 0 H;, = H, + H2 = Jk (Sbi/SK^ (5bj/5xi) dA + jh b^ dS = a s Fj = F, + F2= JQ bj dA + Jh b,Tc dS a s LN = Jpc b,bj dA _ a Da bi lahko rešili enačbo končnega elementa in pripadajoče integrale, moramo določiti matriko [b], kot interpolacijsko funkcijo polja v elementu. Nato lahko zapišemo: Te= [b] (T) Te = T (x, y, z) (t} = T, T2 t3 (vektor vozličnih temperatur) Kot smo že omenili, smo vzeli trikotno obliko končnega elementa, z vozličnimi točkami 1, 2, 3 (i, j, k). Prav tako smo predvideli, da se temperatura znotraj končnega elementa širi linearno, torej: Te = c, + c2x + c3y = [a] (c) [a] = [1, x, yj {c) = [c1, c2, c3]T Konstante v (c) določimo iz robnih pogojev, saj poznamo vrednosti temperatur jT) = [T,, T2, T3j v vozličnih točkah xn, yn {T} = [akj {c} [b] = [a] [ak]~1 = [a] [B] če [Bj izrazimo s katezijevimi koordinatami: [B] = 1/2A x2y3-x3y2, x3y, — x1y3, x,y2-x2y1 y2-y3, y3-yi, yi—y2 X2 — X2, Xt — x3, x2 — xf = 1/2A[[B1], [B2], [B3]], pri čemer je A površina trikotnika končnega elementa. Nato računamo integrale matrik [Hj, [L], [F]. Kot smo že omenili, bomo postopek izvedli v brezdimenzijskih (area) koordinatah (I,, l2, l3). Velja zakonitost I,+ l2 + |3= 1. Kate-zijeve in area koordinate so v linearni odvisnosti. Pri računanju integralov si pomagamo z obrazcem: [F]: f I?112 l3 dA = 2A (m! n! p!) (m + n + p + 2)!"1 a Sledi konkretno določanje integralov matrik [Hj, [L], [H,] = k|j[[B]T (8 [a]V8x) (8 [a]/8x) [B]] + + [[B]T([5a]V8y)([8a]/8y)[B])) dA Po urejanju sledi končni izraz za H,: [HJ = k/4 A y23 +x yi; + x?3 y23y3i + x32xi3, y23yi2 + x32x21 y3iyi2 + xi3x21 SIMETRIČNO [H2] = h j'[b]T [b] dS = h f s s In Yl2 + X2 [l„ dS = Ker gre za konvekcijo, ki je le na robovih, je l3 = 0. Po integraciji po dolžini dobimo: [H2] = hls/6 2, 1, 0 1, 2, 0 0, 0, 0 Pri tem sta vozlišči 1 in 2 na začetku in koncu ls (na robu objekta), vozlišče 3 pa je v notranjosti objekta. [L] = pc J[b]T[b] dA = pcA/12 a 2, 1, 1 1, 2, 1 1, 1, 2 [F,] = Q [ [b]T dA = QA/3 A [FJ = h f [b]T dS = hls/2 s dS Po sumiranju enačbe H^-l-L,, (5T/5t) + F, = 0 po vseh končnih elementih dobimo matrično enačbo celotnega sistema: [H] (O) + [L] {5},-(Oj,.-,) po ureditvi zadnjih treh enačb lahko zapišemo: |[H]+2/At [L]){0}, = [L] (80/ 8t),_1+2/At [L] {©},_,-[F] Postopek računanja je naslednji: najprej izračunamo vektor JO}, za prvi časovni interval. Temu sledi določevanje odvoda temperature (8®/St}t na koncu prvega časovnega intervala. Postopek ponavljamo za drugi, tretji in n-ti časovni interval. Seveda moramo podati (pri raču- nanju prvega intervala) začetne pogoje, in sicer za (O|0 in {SO/8t}0. Začetna temperatura je običajno temperatura okolice, (80/8t)o pa za sisteme višjega reda lahko predvidimo, da je O ali pa ga določimo iz enačb pc (SO/St)e = aJ2=Q za posamezni element. RAČUNALNIŠKI PROGRAM ZA REŠEVANJE TEMPERATURNEGA POLJA Računalniški program smo napisali po prej navedenem Galerkinomev postopku v matrični obliki. __ Težili smo k temu, da bi bili vhodni podatki sistema in rešitve sistema čimbolj grafično podprti, pri tem pa naj grafika ne bi po nepotrebnem zmanjševala razpoložljivega računalniškega spomina in hitrosti izvajanja programa. Zato smo napisali ustrezen CAD program. Več kot ima računalnik linearnega RAM pomnilnika na razpolago, več elementov lahko vsebuje obravnavani objekt. Tako lahko na Mega2 ATARI ST računalniku (2Mb RAM linearno) rešujemo probleme z več kot 600 elementov v relativno izredno kratkem času (nekaj minut). Celoten program je zbir procedur (podprogramo-mov), zato je fleksibilen, odprt, objektno orientiran in ga je relativno lahko modificirati. Z pomočjo CAD (GEM) vmesnika pa smo program podprli s prijaznim okoljem za interaktivno delo na PC računalniku, saj vsebuje avtomatski generator topologije sistema in robnih pogojev. Namenjen je predvsem za reševanje Fouriejeve enačbe, kjer je temperatura posledica izvorov toplote, povzročene z električnim tokom. Takšni primeri so el. vodniki, el. zbiralke, uporovni grelci, indukcijsko kaljenje, taljenje in kuhanje. eneu <*>run edit »oue load,saue <=KO*FICIEHTI SISTEM*: TX= SS M= 17.5 _____________Tir>*= am 28 &S. 84 112 14« 168 t* £24 ( »0= 1-2 1.9« 2-87 4.S3 V dt9- C* 27 5S 83 111 139 167 I »t «3 mSV= 7M* ZC Tre T3S T54 c= 7* 2.1 2.74 4.47 TKttW M 25 53 8 1 137 16S 193 22 1 «• .oTKVl * J - 834 Rešitev sistema prikazana na grafičnem monitorju Rešitve obravnavanega sistema po metodi končnih elementov dobimo v tabelarični in grafični obliki. Geometrija objekta se avtomatsko skalira na velikost zaslona, v vozlišča elementov se izpišejo iskane rešitve temperature oz barvna lestvica, v elemente pa povprečne temperature elementov oziroma vrednosti električnih tokovnih gostot in pripadajočih toplotnih tokov. Prav tako dobimo izpis koeficientov sistema, pri katerih smo dobili dano rešitev. Po potrebi lahko spreminjamo samo določene koeficiente in opazujemo tendenco novih rešitev. Na ta način smo dobili dobro orodje za inženirsko projektiranje. LITERATURA 1. Holman J. P.: HEAT TRANSFER, McGravv-Hill, New York, 1986 2. Prelog E.: METODA KONČNIH ELEMENTOV, Fakulteta za arhitekturo, gradbeništvo in geodezijo, Ljubljana, 1975 3. Zienkiewics O. C.: FINITE ELEMENT METHOD, McGravv-Hill, London, 1975. 4. Kenneth H. H.: FINITE ELEMENT METHOD FOR ENGINE-ERS, John Wiley & Sons, New York, 1975 5. DRUGI JUGOSLOVANSKI SIMPOZIJ O METODI KONČNIH ELEMENTOV IN RAČUNALNIŠKEM PROJEKTIRANJU, VTŠ Maribor, Maribor. 1979, 186—210 6. Baker A. J.: FINITE ELEMENT COMPUTATIONAL FLUID MECHANICS, McGraw-Hill, Washington, 1985 7. Željeznov M,, Popovič M., ValenčičV., Sinigoj A KorezA.: RAČUNALNIŠKI PROGRAM »IMF-CAD« ZA PROJEKTIRANJE ELEKTRIČNEGA DELA INDUKCIJSKIH LONČNIH PEČI Z RAČUNALNIŠKIM SISTEMOM »ATARI ST«, Fakulteta za elektrotehniko, Ljubljana, 1987. 8. Okorokovv N. W.: ELEKTRISCHE SCHMELZOFEN FUR DIE EISENMETALLURGIE, VEB Verlag Technik, Berlin, 1953, 9. Benkowsky G.: INDUKTIONSERVVARMUNG, VEB Verlag Technik, Berlin, 1965. 10. Hinton E. Owen D. R. J.: FINITE ELEMENT COMPUTATI-ONS, Pineridge Press Limited, Svvansea, 1979 ZUSAMMENFASSUNG Mit der sehnellen Entvvicklung der Rechentechnologie, vor allem auf dem Gebiet der Personenrechner vverden in der Inge-nieurpraxis immer ofter numerisehe Methoden bei der Losung konkreter Probleme der Feldlosungen angevvendet, vvelehe durch Differentialgleihungen besehrieben sind. Heutzutage ist solehe Art der Projektierung aus okonomisehen und Oualitats-grunden gerechtfertig und vvird notig. Unsere Aufgabe vvar Losung nichtstationarer Temperaturfel-der beliebiger Objekte und die Herstellung von entsprechen-dem Rechnerprogramm. Dabei konnen als Randbedingungen eindrangende Temperaturen oder VVarmestrome oder innere Ursprunge des VVarmestromes definiert vverden, die durch elek-trisehen Strom verursacht vverden. So konnen (hinsiechtlich auf das Temperaturfeld) Objekte wie z.B. Kuhlkorper, erwarmen von Metali und Isolationsteilen Temperaturbeanspruchung elek- triseher Sammelleitungen Induktionshartung und Induktions-schmelzung von Metallen projektiert vverden. Die Lossungen dieser Objekte nach der Methode der Ende-lemente vverden in tabelariseher und graphischer Form erhal-ten. Die Geometrie des Objektes vvird automatiseh auf die Grosse des Monitors skaliert, in den Knotenpunkten der Elemente vverden die gesuehten Temperaturlosungen bzw. Far-benskala und in die Elemente die durchschnittlichen Temperaturen der Elemente, bzvv. die Werte elektriseher Stromdichte und der zugehorigen VVarmestrome ausgeschrieben. Ebenso erhalten vvir einem Auszug der Koeffiziente des Sistemes bei vvelehen die gegebene Losung erhalten vvorden ist. Nach Be-darf konnen nur bestimmte Koeffiziente geandert und die Ten-denz neuer Losungen beodachtet vverden. Alles das stellt ein gutes Mittel fur das Ingenieurprojektieren dar. SUMMARY The fast development of computer technology, especially vvith PCs, numerical methods of solving concrete problems connected to fields deseribed by differential equations are more and more used in engineering. Today sueh a way of de-signing is economically and qualitatively justified and it is be-coming a necessity. Our task vvas to solve unsteady temperature fields of op-tional objeets and to prepare a suitable computer program. As boundary conditions there can be defined the imposed temperatures or heat flovvs or internal sources of heat flovvs vvhich are caused by electric current. Thus the objeets like cooling bod-ies, heating of metallic and insulator parts, temperature loada- bility of electric buses, induetion hardening and induetion meiting of metals can be designed (according to temperature field). Solutions for these objeets by the method of definite ele-ments can be obtained in tables or graphically. The geometry of object is automatically scaled on the size of sereen, the nodes of elements are marked vvith sought solutions of temperature or by colour scale vvhile in elements the average temperatures of elements or values of electric current densities and corre-sponding heat flovvs appear. Also coefficients of the system are vvritten out for the given solution. If necessary only single coefficients can be varied, and the trand of nevv solutions can be observed. Thus a good tool is obtained for engineering designing. 3AKflblOHEHPlE BcneacTBne čbicrporo pa3BMTMR BbmMC/iMTe/ibHOM TexH0/i0rMM, npe>Kfle Bcero b 06/iacTM nepcoHanbHbix BbmncnuTe/iax, b mh-MeHepHOii npaKTHKe Bce 6o;iee ncno/ib3yiOT HyMepnHecKne MeTOflbi peujeHMfl KOHKpeTHbix npoč/ieMM peujeHMfl no/iePi, onn-caHHbix c flmtepeHunanbHbiMM ypaBHeHHflMM. TaKOH cnocoč npoeKTnpoBaHMF b HacTonmeM BpeMeHM bb/meTca SKOHOMM-4ecrto m KanecBeHHO ue;iecoo6pa3HbiM. a TaKMe Hy>KHbiM. HaiiiMM 3aaaHneM HBM/iocb peaiMTb HecTaunoHapHbie TeM-neparypHbie no/ifiKaKMX-/in6o o6"beKTOB m noaroTOBKa coot-BeTCTByKDU4ePi BbNMC/lHTe/lbHOii npOrpaMMbl. ripu 3T0M KaK npeae/ibHbie ycnoBna MoryT 6biTb onpeaeneHbi ycTaHOB/ieHHbie TeMnepaiypbi h;im TennoBbie tokm m/im BHyTpeHHbie mcto^hhkm TennoBoro TOKa, npMMHHOPi K0T0pbix RB/ifieTCfl sneKTpkmecKMfi TOK. 3tMM CnOCOČOM MO>KeM npoeKTMpOBaTb (CMOTpfl Ha TeMnepaTypHoe no/ie) o6"beKTbi, KaK Hanp: ox/iaflMTe/ibHbie Te- na, HarpeBaHne MeTa/i/iMHecKnx m n3onnunoHHbix HacTeii, TeMnepaTypHyio Harpy3Ky en. HaKonMTenePi, MHflyKLiMOHHyio 3a-Ka/iKy m nH/iyKunoHHyio n/iaBKy MeTan/ioB. PeUjeHUH 3TMX 06"beKT0B no MeTOfly KOHUeBblX 3/ieMeHTOB no/iyMaeM b cJjopMe TaČJinubi m rpat})HKa. reoMeTpnfl očteKTa aBTOMaTMMecKO npHcnocoč/ifleTcn Be/iMMMHe SKpaHa, b y3Jiax 3/ieMeHT0B noflB/iflkdtcfl Tpe6oBaHMe peaieHMH TeMnepaTypbi, T. e. UBeTHan LUKana, a b 3neMeHTax cpeflHbix TeMnepaTypw 3/ieMeHT0B, t. e. pa3Mepw nnoTHoeTM 3/ieKTpnMecKnx tokob h pa3Mepbi cooTBeTCTBytomnx tokob Ten/ioTbi. Ha 3KpaHe takwe nonB^RioTCfl K03c|)ct>MuneHTbi cMCTeMbi npM KOTopofi Mbi nony4n-nn aaHHoe peujeHMe. Ilo noTpeČHoeTM MOMeM M3MeHfiTb TozibKo onpeaeneHHbie KO30nuneHTbi n CMOTpeTb TeHfleHumo hobwx peujeHMPi. Otum cnocočoM Mbi no/iy4nnn xopownii HHCTpyMeHT A/ih MH>KeHepHoro npoeKTMpoBaHun. Primena error funkcije u difuzionom hromiranju Risteski Ice B.*1 UDK: 519.21:539.219.3:669.269 ASM/SLA: N1b, U4j, L15, Cr U radu su dokazane anatitičke jednačine za odredivanje površinske koncentracije, pri difuzionom hromiranju kao funkcija vremena. Isto tako odredeni su i parcijalni difu-zioni koeficijenti. Proračun je izveden pomoču error funkcije. UVOD U prethodnom istraživanju1, autor je dokazao kvadra-turne formule za odredivanje parcijalnih koeficijenata difuzije u binarnom sistemu sa n-faza i (n-l)-faznih grani-ca. Taj proračun može biti iskoriščen pri reakcionoj difuziji. Raspodela koncentracije, elementa po preseku difu-zione zone, karakteriše se sa prisutnosti povečane koncentracije2, koja se posmatra na mestima prelaza iz jed-ne faze u drugu i odgovara granicama dvofaznih oblasti tih faza, pri datoj temperaturi na odgovarajučem dijagra-mu stanja uzajamno delujučih elemenata. U radu3 predložen je proračun koeficijenata difuzije za više faznih difuzionih slojeva, pri pretpostavci da koeficijenti difuzije u različitim slojevima ne zavise od koncentracije i koncentracija na spoljnoj površini ne zavisi od vremena, a granice faza menjaju se po paraboličnom zakonu. U formulama rada3, za odredivanje koeficijenata difuzije u više faznih sistema nisu proučeni neki postoječi praktični uslovi, što i onako dovodi do bitnih grešaka. Za bolji konkretni proračun neophodno je, da se uzi-ma u obzir vremenska zavisnost površinskih koncentracija, kao što je to učinjeno u ovom radu, pri rešavanju problema difuzionog hromiranja pomoču parabolične parcijalne diferencijalne jednačine drugog reda. FORMULACIJA PROBLEMA Neka koncentracija na spoljnoj površini uzorka linearno zavisi od vremena, t. j. C (0, t) = at, a koncentracije na granicama faza su zadate i ne zavise od vremena, sem toga granice faza menjaju se po paraboličnom zakonu. Zadatak se svodi na rešavanje difuzione jednačine: DkC^(x,t)=Ctk(x,t), (1) pri usiovima: Yk-i (t) (t) (4) je jednačina: C(x',)=f 1*0" 4ih)<5> a za O (t) = at, 2/Dt C (x, t)=at [-— —7—e~4D L VtT2VDF (6) Tada kao rešenje jednačine (1) pri usiovima (2) jednačina: Ck(x,t)=(1-Sk)[A + 8kat -- k l . _2__x_e-40i e + (7) 1, za k=1 0, za k*1 gde je: 5k — simbol Kroneckera-VVeierstrassa. Ak i Bk odreduju se iz formule: 5k erf (8) Cu erf Bk =- erf (v^)-erf (A) (9) 8k = Zk_, -Ck, za k =2, 3,..., n+1. U više opštijim slučajevima zadatak se svodi na rešavanje jednačine: DkCkx(x, t) = Ctk (x, t), pri uslovima: yk_, (t) < x < yk (t), (at, za tt,, C'[y, (t), t] = At+Bt„ ck [yk-, (t),t] = Zk„1, (k = 2, 3.....n+1) ck [yk t,. Za tet, otsutno je at, u (17). Iz izraza (17) za k#1 dobije se: n & at - - ~ L . _ X2 "lR-1 2vy [1, za k=1 8k = ' [O, za k*1 gde je: 8k, — simbol Kroneckera-VVeierstrassa, A-i - ck m k ok 2Vt l+ Ck bk (18) (13) gde je: Dk = - bg-bt, 1n mk-i + A+t 2bk_, mk+Ck2bkVl 2 2 yk-yk-1 1 Ak =- (14) 41 . mk_, + Zk_,yk_, In-^- mk + Ckyk (19) Za k = 1 dobija se • bk-i m„ 2 + Ck6rf erf (vd:) (15; m, + C,y, ^ b2 b? nr— b <—■ (k = 2, 3.....n+1) A, <°° i B,<~ . Količine mase mk, koje se nalaze u momentu vremena t na granicama raspodele faze k i k-l-1, može se nači :a3: t mk = -Dk J Cxk[yk(t),t]dt-Ckyk(t); o mk = -Dk+1 } Cxk+1 [yk (t), t] dt-Zkyk (t). / b2\ t (20) D/ " ' t Izraz (20) važi za t>t,. Za tet, otsutno je t,/t u (20). b. v, Za malo q = -~ = —^ = (do 0,1) dobija se: 2A/D^ (16) D, 41 [(m, + Ciy,) (2 + j-) +2m0]' {- m0 ± m20- [(m, + C, —> <— <— , zat>t„(21) .t. D,= t 2m0][(Cm1 + Ciy,)-m0(2 + ^)]} (mi + ciyi + m0)2 { - m0±Vmš-4[(m1 + C1y,)2-m*]}* Koncentracija pri difuziji u a— Fe (k=1) iz (4) i (5) je: C1 4D,t . (X, t) = at f- prr L C1 (x, t) = at [- (24) je: Koncentracija pri difuziji u y — Fe (k = 2) iz (11) i (12) x C2 (x, t) = A 2 erf gde je: Z,-C2 (25) Odredimo koeficijente difuzije. Iz (19) za difuziju u y — Fe (k = 2) dobija se: (26) D? = 2 2 1 4t |n m1 + Ziyi (27) m2 + C2y2 Za difuziju u a — Fe (k=1) iz (20) dobija se: mn -'f , zat>t, (28) b, / h2\ b> t b> mn mi + C,yi h2 bi D/ eD,_4-e-D,_2bA/^erfc(^)- -, za tt„ (30) 2 D, y? (mi + C,y,+ mj {- m0±Vm2-4[(m1 + C,y1)2-m0]}2 zatKP 1473 3,6 10"13 162153 4,50 10"13 266065 (po 1523 2,7 10-12 1,90 10-'2 GOST-u) 1573 6,1 10"12 4,30 10-12 Č 1331 1373 6,6 10-14 167600 3,70 10-14 276540 1423 1,3 10"13 2,30 10"13 1523 3,8 10"13 1,00 10-12 1573 5,2 10"13 2,00 10-12 DISKUSIJA O REZULTATIMA Rezultati dobijeni u ovom radu, po redu veličina koe-ficijenata difuzije hroma u železa, dobro se slažu sa iz-merenim rezultatima izvršenim u drugim radovima4. Ipak veličina aktivacione energije dobijena u našem radu je veča nego u literaturi3. Utvrdena je podudarnost dobije-nih podataka sa podacima istraživanja difuzije hroma u a — železo pomoču izvanredno egzaktnih metoda (metod radioaktivnih indikatora). Vrednosti D0, dobijeni u ovom radu takode se nalaze u boljoj podudarnosti sa podacima takvih ispitivanja4, nego D0 iz rada3. Pri promeni površinske koncentracije u vremenu, koeficijenti difuzije izračunati u našem radu, pokazuju bitno veče povečanje sa povečanjem temperature, nego što je dobijeno u radu3. ZAKLJUČAK U radu su dokazane egzaktne analitičke formule za odredivanje koncentracije pri difuziji hroma u a — Fe (k = 1) i y — Fe (k = 2) kao funkcija vremena. Odrede-ni su isto tako i parcijalni difuzioni koeficijenti. Uopšte rečeno, rešen je problem difuzionog hromiranja pomoču parabolične parcijalne diferencijalne jednačine drugog reda. U proračunu je koriščena error funkcija, t. j. Gaus-sova funkcija greške. LITERATURA 1. I. B. Risteski: Metalurgija, 25(1986)4, 163—168. 2. I. B. Risteski: Metali, 43(1989)7, 627-631. 3. G. N. Dubinin: Diffuzionnoe hromirovanie splavov, Mašinos-troenie, Moskva 1964. 4. M. A. Kristal: Mehanizm diffuzii v železnih splavah, Metallur-gija, Moskva 1972. ZUSAMMENFASSUNG In der Arbeit vverden genaue analitische Formeln fur die Be-stimmung der Konzentration bei der Diffusion von Chrom in a — Fe (k= 1) und y — Fe (k = 2) als Funktion der Zeit gegeben. Ebenso sind auch die partiellen Diffusionskoeffiziente bestimmt worden. Allgemein gesagt, das Problem der Diffusionschromie- rung ist mit Hilfe der parabolischen partial-differential Gleichung zweiter Reihe gelosst vvorden. In der Berechnung ist die Error Funktion d. h. die Gauss-Funktion der Fehler angewendet vvorden. SUMMARY Paper proves the exact analytical equations for determining concentrations in chromium diffusion into a — Fe (k = 1) and y — Fe (k = 2) as tirne functions. Also partial diffusion coeffi-cients vvere determined. In general, the problem of diffusion chromeplating is solved by parabolic partial differential equation of second order. In calculation the error function, i. e. Gauss error function, vvas applied. 3AKJ1KDHEHHE B xoae pa6oTbi flOKa3aHbi ar3aKTHbie aHajiMTHMecKHe $op-My/ibi jjnp onpeae^eHMR KornjempaLiHM npM flH())ct)y3MM xpoivia b a — Fe (k = 1) n y — Fe (k = 2) KaK yHKi4MH BpeMeHM. Taione onpeae/ieHbi n napuMa/ibHbie flM00y3MOHHbie KoattictjmjMeHTbi. B o6meM peujeHa npoS^eMMa flH(J)(t)y3Horo xpoMMpoBaHHH c no-MOMbHD napa6o/iHHecKoro napuHa^bHoro fln0epeHuna^bHoro ypaBHeHMH BToporo Knacca. PacneT npoM3BeaeH c noMonbio appop yHKunM. t. e. l~aycc0B0M 0 TAFLOV ZAPIS Ni - RESIST V KOR. MEDIJU j PAPIRNE INDUSTRIJE (H20+Cr+H2S) Ekor -€40 10 10 10° * lljJA CM2) 10 10 Slika 3: Taflov zapis pri koroziji legirane litine namenjene za valje v korozijskem mediju (H20 -I- Cl" 4- H2S) Ijen s spodnjo katodno krivuljo, ki ponazarja parcialno katodno reakcijo redukcije različnih oksidacijskih sredstev iz elektrolita (npr. H + , 02 itd.) in zgornjo anodno, s katero je podano odtapljanje kovine (oksidacija kovine z njenim prehodom v kovinske ione, t.j. katione Mn + ). Ker je korozijski proces sestavljen iz anodne in katodne reakcije, lahko zapišemo npr. korozijo železa v kislem ali nevtralnem oz. bazičnem mediju takole: Anodna reakcija Fe— Fe2+ 4-2e Katodna reakcija v kislem mediju 2H+ 4-2e— H2 Katodna reakcija v nevtralnem ali bazičnem mediju 024-2H20 + 4e- 40H- Zaradi različne hitrosti izločanja kovinskih ionov iz anode v elektrolit in različne stopnje redukcije oksidacijskih sredstev iz korozijskega medija pri reakciji z valen-čnimi elektroni, sproščenimi pri anodni reakciji, je nagnjenost anodne ali katodne krivulje različna. Ravni del ene ali druge krivulje predstavlja t. i. Taflovo premico, nagnjenost pa je izražena s Taflovo konstanto, ali tudi faktorjem naklona ([3a je anodna Taflova konstanta, (3C pa katodna Taflova konstanta). V presečišču anodnega in katodnega dela premice dobimo na abscisi gostoto korozijskega toka (ikor), iz katerega računalnik računa korozijsko hitrost, na ordinati pa korozijski potencial (Ekor). Polarizacijska upornost Tehnika ugotavljanja polarizacijske upornosti omogoča zelo hitro določanje korozijske hitrosti. V ozkem potencialnem območju +25 mV glede na Ekor se meri re-zultirajoči tok, ki je pri takšni odvisnosti predstavljen s premico — slika 4. Nagnjenost takšne premice kot funkcije potencial-tok ustreza polarizacijski upornosti, ki v kombinaciji s Taflovima konstantama omogoča določanje korozijskega toka, ki je osnova za izračun korozijske hitrosti. 1. Polarizacijska upornost (Rp): AEfmv) RP (kO) = Al (hA) -450 -470 - -490- -510 - -530 - Polarizacljska upornost Nerjavno jeklo tip 430 v raztopini H2SO4 -550 _L J_ -5000 -3000 -1000 1000 I (tJA/cm2) 3000 Slika 4: Tipičen zapis za polarizacijsko upornost 2. Korozijski tok (ikor); ikor (p,A/cm! (Pa) (Pc) 2.3 (Pa + Pc) (A) (Rp) A = površina vzorca v cm! 3. Korozijska hitrost (mm/leto): (ikor) (EW) run ^ p = gostota materiala v g/cm3 Korozijska hitrost =-EW = ekvivalentna teža v gramih 8 o Q. M H oj OJ stel oy C -271 ..... r I rkj / s* / 4 / ) // // *- j Tjn\ no leklo tip 304 Ker je tudi določanje polarizacijske upornosti računalniško podprto, je povsem jasno, da izračune od točke 1 do 3 opravi računalnik sam. Ciklična potenciodinamična polarizacija Ciklična potenciodinamična polarizacija nudi kvalitativne poglede na mehanizme nastajanja pittinga (korozijskih izjed) v pasivnih filmih (slika 5). Pri študiju pasivnosti in na tej osnovi določanja odpornosti različnih zlitin (nerjavna jekla, nikljeve zlitine itd.), je torej potrebno izkoristiti prednosti te metode, ki dovolj prepričljivo napoveduje možnost rušenja pasivnosti. Bistvo metode je tvorba pasivnega filma, ki nastaja pri anodni potenciodinamični polarizaciji (posname se anodni del krivulje), temu sledi z nadaljnim dvigom potenciala preko točke Epit (pitting potencial) rušenje pasivnosti, kar povzroči izrazito naraščanje korozijskega toka, v končni fazi pa se s polarizacijo v nasprotni smeri izvede bolj ali manj učinkovita ponovna pasivacija (repasiva-cija) prej nastalih pitov. Sposobnost repasivacije se manifestira s postopnim upadanjem korozijskega toka. Material ima majhno tendenco za nastajanje pittinga, če je tako tvorjena zanka ozka, oziroma pri čim višjem potencialu se zaključi zanka, tem večja je odpornost pasivnega filma. Podobno lahko trdimo: višja ko je lega zanke v sistemu potencial-tok, kvalitetnejši je film (na sliki 5 ima Hastelloy C-276 večjo odpornost kot nerjavno jeklo 304). u 1 1 iu tuu iir >u Gostota toka , pA /cm Slika 5: Ciklična potenciodinamična polarizacija za Hastelloy C-276 in nerjavno jeklo 304 v 3,5 % raztopini NaCI Potenciokinetična reaktivacija Potenciokinetična reaktivacija ali tudi anodna reakti-vacijska polarizacija predstavlja metodo, ki omogoča študij občutljivosti nerjavnih jekel do interkristalne korozije zaradi izločanja Cr karbidov ali Cr nitridov po mejah zrn. Z merjenjem količine elektrine (Q), nastale v času obratne potenciodinamične polarizacije, iz pasivnega področja skozi področje aktivne korozije do korozijskega potenciala (slika 6), je omogočena zaznava interkristalne korozije. Večja ko je senzibilnost materiala, večja je integrirana površina, ki ustreza količini elektrine. Modifikacija prejšnje tehnike predstavlja Akashijev postopek; z anodno polarizacijo preko aktivnega področja v pasivno, ki ji sledi polarizacija v obratni smeri, se določi razmerje med lr/la, ki predstavlja merilo za senzibilnost do interkristalne korozije (lr je maks. tok, ki je prisoten pri povratni polarizaciji, la pa maks. tok, ki se pojavlja pri začetni anodni polarizaciji). Čim večja je prisotnost Cr karbidov oz. Cr nitridov, tem večje je osiro-mašenje matrice s kromom in tem manjša je možnost repasivacije teh področij. Ker je ponovna pasivacija poškodovanih mest nepopolna, se pojavlja tok lr, ki narašča z naraščanjem osiromašenja s kromom oz. z upadanjem repasivacije tako osiromašenih mest. Pri nerjavnih jeklih, ki niso občutljiva na interkristalno korozijo, ostaja pasivni film pri povratni polarizaciji intakten, značilna konica (peak) pa manjka. Potenciostatska metoda Potenciostatski eksperiment je omejen na določevanje toka v nekem časovnem obdobju, pri konstantnem potencialu. Takšen način dela omogoča študij vodikove krhkosti (katodna polarizacija, pri kateri polariziramo preizkušanec z urivanjem toka pri konstantnem potencialu, katerega vrednost je v katodnem področju), ali napetostne korozije (anodna palarizacija, pri kateri vrivamo tok pri konstantnem potencialu, ki se nahaja v anodnem področju). Galvanostatska metoda Pri konstantnem toku opazujemo potencial v nekem časovnem obdobju. Ta tehnika je uporabna za rušenje pasivnega filma pri konstantnem toku, medtem ko opa- + 300 mV Začetno / anodno VvT snemanje Povratno snemanje Ls/ \ I i i ----- i I i i | _ i. , log toka r lQ Slika 6: Shema dveh postopkov potenciokinetične reaktivacije. a) Novak-Clark metoda, b) Akashi metoda zujemo spremembo potenciala. Na tej osnovi je tudi zasnovano merjenje debeline filma. Galvanska korozija V tem primeru se določuje korozijski tok, ki nastaja v nekem časovnem obdobju pri koroziji dveh kovin z različnima potencialoma. Metoda je torej primerna za ugotavljanje možnosti kombinacije različnih materialov, kar pogosto iščejo v procesni tehniki, gradbeništvu itd. Korozijski potencial Ta tehnika je primerna za spremljanje korozijskega potenciala kovine, izpostavljene delovanju korozijskega medija v določenem časovnem obdobju. Pri takšnem eksperimentiranju dejansko ugotavljamo čas, ki je potreben, da se doseže ravnotežno stanje (posredno tudi hitrost za doseganje tega stanja), ki vodi do zamiranja korozijskega procesa. Med vsemi navedenimi elektrokemičnimi metodami je vsekakor v praksi najbolj rabljenih prvih pet. 2.2. Raziskave napetostne korozije in povezava te s poškodbami zaradi istočasnega delovanja vodika Za takšno raziskovalno delo smo s pomočjo vseh treh slovenskih železarn in drugih podjetij v Sloveniji — predvsem Hidromontaže, Belta, Mostovne, Aluminija Komen in še nekaterih drugih, usposobili center za napeto- stno korozijo in vodikovo krhkost. To je pomemben dosežek, saj je tovrstna problematika v središču pozornosti vseh korozijskih kongresov zadnjih 15 let. Napetostno pokanje zaradi napetostne korozije ali kombinacije te z vodikom, je zelo pogost pojav zaradi naraščanja novih tehnologij, kjer se pojavljajo vedno bolj agresivni mediji in zahteve po materialih z višjimi dopustnimi napetostmi, ob istočasno večji zahtevi po daljši življenjski dobi in varnem obratovanju. Posledica neznanja so številni katastrofalni lomi vitalnih delov opreme v kemični in pe-trokemični industriji, rudarstvu, transportu, termo elektrarnah in še v mnogi drugi procesni tehniki. Krhkost kovin zaradi napetostne korozije in vodikove krhkosti je zelo kompleksen pojem, povezan z različnimi teorijami in mehanizmi. Ti mehanizmi so v tesni povezavi z mikrostrukturo kovine, njeno kristalno zgradbo in napakami v kristalni mreži, kemično sestavo, elektronsko zgradbo, napetostmi v materialu, vrsto korozijskega medija itd. Študij obeh fenomenov je torej zelo kompleksen, določeni mehanizmi pa nedorečeni in težko razumljivi. Na slikah 7 in 8 je predstavljen del opreme iz tega laboratorija, ki z anodno polarizacijo preko časovno zelo stabilnega potenciostata omogoča študij napetostne korozije v kombinaciji z vodikovo krhkostjo, s katodno polarizacijo pa čisto vodikovo krhkost. Slednje smo izpopolnili še z meritvami permeabilnosti jekel za vodik, s čimer je omogočen študij vpliva različnih pasti (nečistoč, dislokacij in drugih mikrostrukturnih konstituentov) na pojav krhkosti v korozijskih medijih. Slika 7: Naprava za obremenjevanje preizkušancev in sklop preostalih aparatur za raziskavo napetostne korozije in vodikove krhkosti Z dodatno raziskovalno opremo kemičnega laboratorija (številne analize korozijskih produktov, medijev in vsebnosti absorbiranega vodika z visokotemperaturno ekstrakcijo v vakuumu), s pomočjo klasične mikroskopije, fraktografske analize prelomnih površin na Scanning elektronskem mikroskopu, mikroanalize na elektronskem mikroanalizatorju in mehanskega laboratorija, smo uspeli zaokrožiti tovrstne raziskave, ki že uspešno preusmerjajo domačo metalurško dejavnost iz kvantitete v kvaliteto. 2.3. Atmosferske korozijske raziskave in drugi standardni ter nestandardni testi Študij vpliva atmosferilij na korozijske procese proti-korozijsko zaščitenih in nezaščitenih kovinskih materialov, omogočata slana in vlažna korozijska komora, ki sta bralcu tega članka gotovo že poznani in ju posebej ne predstavljamo. Laboratorij je usposobljen tudi za številne standardne ali nestandardne preiskave, npr. nerjavnih jekel, su-perzlitin in različnih barvnih kovin. V fazi vpeljave je korozijsko utrujanje, pa tudi lomna mehanika, ki z določanjem faktorja intenzitete napetosti (KISCC, K,he) omogoča boljše vrednotenje materialov in njihovo selekcijo. Slika 8: Opazovanje življenjske dobe pri napetostno korozijskem testu v korozijskem mediju, nasičenem s H2S. Električno pretaljevanje pod žlindro SLOVENSKE ŽELEZARNE METALURŠKI INŠTITUT V LJUBLJANA, LEPI POT 6 Stroj Instron za mehansko preizkušanje kovin Vakuumska talilna peč Povzetki predavanj XLI. Posveta o metalurgiji in kovinskih gradivih XLI. Posvet o metalurgiji in kovinskih gradivih je bil organiziran v Portorožu, 3.-5. oktobra 1990. V Železarskem zborniku 25/1991/1 so objavljeni povzetki raziskovalnih del po izboru in priporočilu Organizacijskega odbora XLI. Posvetovanja o metalurgiji in kovinskih gradivih. Program XL/. Posveta o metalurgiji in kovinskih gradivih (oktober, 1990) * Četrtek, 4. oktober 1990: 8.30 Otvoritev in pozdrav udeležencem 9.00—11.00 Obravnava splošne tematike 1. D. Vodeb, Železarna Ravne ALI LAHKO POSTANEMO USPEŠNI? 2. S. Ažman, SŽ-Železarna Jesenice KVALITETA NI VSE, VSE PA JE NIČ BREZ KVALITETE 3. Z. Erjavec, D. Vodeb, M. Švajger, Železarna Ravne VARČEVALNI UKREPI IN SPREMEMBA TEHNOLOGIJE V PROIZVODNJI JEKLA 4. B. Marolt, SŽ-Železarna Štore PROFILNI PROIZVODNI PROGRAM 5. M. švajger, E. Pandev, Železarna Ravne VPLIV DELEŽA ENERGIJE NA KONKURENČNOST METALURŠKIH IZDELKOV 6. J. Lamut, FNT-VTOZD Montanistika Ljubljana, ENERGIJA V ŽELEZARNAH V SLOVENIJI 7. C. Pohar, S. Dežman, S. Mihelčič, R. Pavlin, M. Pribošič, SŽ-Železarna Jesenice IZRAČUN LASTNIH CEN PO DIREKTNIH STROŠKIH V ŽJ RAZPRAVO VODI J. RODIČ 11.15—13.00 Predstavitev del novih raziskovalcev 8. M. Švajger1, B. Koroušič2, Železarna Ravne, 2SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana TERMODINAMIČNI IN KINETIČNI MODEL EPŽ PROCESA 9. J. Triplat, SŽ-Železarna Jesenice IZDELAVA NERJAVNIH JEKEL PO VOD POSTOPKU Z UPORABO KOMBINACIJE TRDNIH IN PLINASTIH OKSIDANTOV V J2 10. T. Drglin, T. Lavrič, SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana DOLOČANJE SLEDOV ANTIMONA V JEKLIH IN NIKLJEVIH ZLITINAH S HIDRIDNO TEHNIKO-AAS 11. D. Oblak1, F. Vodopivec2, 'Železarna Ravne, 2SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana KONTROLA VELIKOSTI AVSTENITNIH ZRN V CEMENTA-CIJSKIH JEKLIH LEGIRANIH Z NIKLJEM 12. T. Rodič1, J. Rodič2, S. Baksa3, A. Rodič2, 1FNT-VTOZD Montanistika Ljubljana, 2SŽ-Metalurški inštitut Lj., 3Unior Zreče MODELIRANJE PREOBLIKOVALNIH PROCESOV PRI KOVANJU V UTOPIH 13. H. Kaker, Železarna Ravne IDENTIFIKACIJA IN MERITEV FAZ V JEKLIH S SIGNALOM POVRATNO SIPANIH ELEKTRONOV V RASTER ELEKTRONSKEM MIKROSKOPU 14. V. Perovnik, Železarna Ravne DIMENZIJSKE SPREMEMBE PRI TOPLOTNI OBDELAVI V VAKUUMSKI PEČI 15. D. Mikec1, A. Mandeljc1, T. Kolenko2, B. Glogovac3, 'SŽ-Železarna Jesenice, 2FNT-VTOZD Montanistika, 3SŽ-Metalur-ški inštitut Ljubljana REKONSTRUKCIJA POTISNE PEČI V VALJARNI BLU-MING-ŠTEKEL ŽELEZARNE JESENICE RAZPRAVO VODI A. KRIŽMAN 15.00—16.30 Ekologija 16. J. Lamut, FNT, VTOZD Montanistika EKOLOŠKI INŽENIRING 17 F. Pavlin, FNT, VTOZD Montanistika VPLIV ENERGETIKE V METALURGIJI NA EKOLOGIJO 18. J. Kert, Železarna Ravne VZGOJA ZA OSVEŠČANJE EKOLOŠKEGA NIVOJA 19. J. Kunstelj, SŽ-Železarna Jesenice VARSTVO OKOLJA V ŽELEZARNI JESENICE 20. M. Podgornik, SŽ-Železarna Štore EKOLOGIJA V ŽELEZARNI ŠTORE 21. J. Kert, Železarna Ravne EKOLOGIJA V ŽELEZARNI RAVNE 22. A. Osojnik1, F. Pavlin2, I. Kranjc1, D. Bezlaj3, M. Zalokar4, 'SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana, 2FNT, VTOZD Montanistika, 3lzolirka Radovljica, "SŽ-Zelezarna Jesenice VPLIV MODERNIZACIJE JEKLARNE NA EKOLOŠKE RAZMERE V JESENIŠKI DOLINI 23. A. Ravnik, SŽ-Železarna Jesenice SEŽIG OLJNIH GOŠČ V ŽELEZARNI JESENICE RAZPRAVO VODI L. PUKLAVEC 16.45—18.30 Novi materiali 24. B. Breže, A. Križman, Tehniška fakulteta Univerze v Mariboru MARTENZIJ V POLIKRISTALNIH Cu-Zn-AI ZLITINAH 25. F. Legat, SŽ-Veriga Lesce OBNAŠANJE_ Cu ZLITIN ZA ELEKTRODE 26. M. Kunšič, SŽ-Železarna Jesenice NOVO KONSTRUKCIJSKO JEKLO TIVANIT 500 S POVIŠANO VSEBNOSTJO DUŠIKA 27. D. Gregorič, SŽ-Železarna Jesenice NOVA SPOZNANJA NA PODROČJU SUPERFERITNIH NERJAVNIH JEKEL IZDELANIH V ŽELEZARNI JESENICE 28. G._ Manojlovič1, F. Vodopivec2, 1SŽ-Železarna Štore, 2SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana OSVAJANJE JEKLA ZA PERLITNO KOVANJE V UTOPIH (jeklo za ojnice) 29. J. Žvokelj, SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana VPLIV MALIH SPREMEMB V SESTAVI NA STRUKTURNE IN MEHANSKE LASTNOSTI JEKLA ZA PERLITNO KOVANJE 30. R. Kejžar, ZRMK, IM Ljubljana SINTETIČNI MINERALI - IDEALNE SESTAVINE AGLOME-RIRANIH VARILNIH PRAŠKOV RAZPRAVO VODI M. ŠVAJGER 18.30—19.30 Novi postopki in tehnologije 31. D. Križman, A. Križman, L. Škerget, Tehniška fakulteta Univerze v Mariboru TEMPERATURNO POLJE PRI KONTINUIRNEM LITJU Z IZOTERMNIM STRJEVANJEM 32. B. Jelen, V. Mirkac, Železarna Ravne MODELIRANJE STRJEVANJA PILGER VALJEV 33. V. Leskovšek1, V. Hrnčič2, A. Pavlin3, T. Kolenko3, 1SŽ-Meta-lurški inštitut Ljubljana, 2Železarna Ravne, 3FNT, VTOZD Montanistika RAZVOJ INDUKCIJSKO SEGREVANJE LABORATORIJSKE PEČI ZA TOPLOTNO OBDELAVO V ZVRTINČENI PLASTI 34. F. Grobelšek', M. Torkar2, 'ZRMK Ljubljana, 2SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana SODOBNI POSTOPKI PLEMENITENJA POVRŠIN RAZPRAVO VODI S. AŽMAN Petek, 5. oktober 1990 8.00—9.30 Pregled dosežkov v posterjih Poročajo: F. Vodopivec, V. Prešeren, M. Torkar, R. Kejžar, V. Uršič, F. Pavlin, L. Vehovar, B. Breskvar, R. Turk in R. Ilič RAZPRAVO VODI M. GABROVŠEK 9.45—12.00 Obravnava programa raziskav za leto 1991 12.00—13.00 Razprava in sklepi o aktualnih problemih stroke in zaključek posveta * — Organiziran 3.—5. oktobra, 1990 v Portorožu — Povzetki Posvetovanja objavljeni v Železarskem zborniku 25, 1991, 1 — Raziskovalna dela so v celotni ali skrajšani obliki objavljena v Zborniku o XLI. Posvetu o metalurgiji in kovinskih gradivih, Ljubljana, Slovenske Železarne; Metalurški inštitut v Ljubljani, 1991 Povzetki: 1. AH lahko postanemo uspešni? D.Vodeb Železarna Ravne V življenju se stalno soočamo pri delu, prostem času, osebnih problemih z dilemami, kako reagirati, da bom uspešen? Podobne dileme se kažejo tudi v podjetjih, kjer imamo sedaj fazo intenzivnega preobračanja kriterijev uspeha in postavljanje novih. Za nekatere se začenja vse znova, v metalurgiji pa smo vendar že naredili toliko škarta, da nam ni potrebno ponavljati osnov našega dela. Pa vendar dogajanja nam kažejo obratno sliko, nekaj teh nesmislov bom poizkusil ustrezno komentirati in usmeriti v konstruktiven tok uspeha panoge, ki je še kako potrebna naši družbi in predelovalni industriji. Meja realne kritike naj bo postavljena korektno in strokovno, primerno času, ki smo si ga vsi želeli in čakali. 2. Kvaliteta ni vse, vse pa je nič brez kvalitete S. Ažman SŽ-Železarna Jesenice Kakovost in njene komponente predstavljajo še posebno ob našem vključevanju v EVROPO izredno in vse pomembnejšo dimenzijo, ki pogojuje uspešnost gospodarjenja. Zahteve, ki jih ob naglem razvoju proizvodnje in potrošnje ter konkurence postavlja v pogledu kakovosti tržišče, eksponencialno naraščajo. Prav zaradi tega moramo s poboljšanjem kakovosti zamenjati tisto, kar smo v preteklosti načrtovali predvsem z ekstenzivnim razvijanjem količine in neracionalnim investiranjem in razvijati kakovost v najširšem pomenu »kakovosti dela«. Sodobna filozofija in politika kakovosti (način razmišljanja, zakaj kakovost, razvoj kakovosti — perspektiva, politika kakovosti, vloga kakovosti v sodobni družbi, ekonomika kakovosti). Sistem kakovosti (organizacija spremljanja kakovosti, integralno upravljanje kakovosti kot sistem jamstva — zavarovanja kakovosti, principi organiziranja). 3. Varčevalni ukrepi in sprememba tehnologije v proizvodnji jekla Z. Erjavec, D. Vodeb, M. Švajger Železarna Ravne Osnovni namen prispevka je ovrednotiti znižanje porabljene energije in deleža stroškov v zvezi z njo v strukturi metalurškega proizvoda Železarne Ravne na osnovi predpostavljenega scenarija. Ta scenarij predvideva znižanje obsega proizvodnje nizko kvalitetnih jekel, zamenjavo dveh 40 t EOP z eno pečjo visoke produktivnosti UHP, uvedbo kontinuirnega litja gredic in rekonstrukcijo nekaterih obstoječih metalurških peči. Izhodišča za taka razmišljanja so visok delež (skoraj 12%) energije v strukturi odhodkov metalurških izdelkov in visoka specifična ter absolutna poraba energije. Po zaključenih investicijah, v ocenjeni višini 370 milijard din, bi se delež energije v odhodkih znižal na 9,7 %, metalurgija bi prihranila letno 875 TO energije in 77 milijonov din (glede na cene maj 1990). Ob teh efektih predvidenih naložb sta ekvivalentna efekta še boljši izplen v reproverigi in sanacija nekaterih ekoloških problemov. Naložbe se, gledano samo z naslova prihrankov energije, povrnejo v petih letih. 4. Profilni proizvodni program B. Marolt SŽ-Železarna Štore Program proizvodnje in predelave jekla je v Železarni Štore doslej baziral na klasičnih tehnologijah za asortiman ogljikovih in nizko legiranih jekel. Tržišče in razvoj sta narekovala potrebne spremembe, pri katerih pa smo v veliki časovni zamudi zaradi preteklih razmer. Te in pa trenutno stanje črne metalurgije nasploh so povzročile tudi izrazito odklonilno stališče do naše panoge. Za lastne usmeritve in razvojne programe smo v zadnjem času priskrbeli tudi mnenja tujih institucij in potrebno podporo širše skupnosti. Usmeritev je jasna: v Železarni Štore bomo proizvajali vedno več legiranih jekel in še jekla za kovanje s poudarkom na jeklih za poboljšanje. Nove valjarske kapacitete nam omogočajo širjenje dimenzijskega asortimana navzgor tako za ploščate, kvadratne in okrogle profile ter za profile posebnih oblik, ki jih je možno naprej tudi hladno predelovati. Končni cilj je postati mala in elastična železarna, prilagodljiva tržnim razmeram in biti sposobna hitrega prilagajanja tehnoloških postopkov novim zahtevam. Pogoj je uresničitev nekaterih nujnih modernizacij in strukturne spremembe v sami proizvodnji ob nujni organizacijski preobrazbi samega sistema Slovenskih železarn. 5. Vpliv deleža energije na konkurenčnost metalurških izdelkov M. Švajger, E. Pandev Železarna Ravne V prispevku so prikazani deleži posameznih stroškov, ki vplivajo na oblikovanje lastne cene metalurških izdelkov s težiščem na stroških energije. Analiza stroškov je narejena za serijo metalurških izdelkov, ki se med seboj razlikujejo po tehnološki zahtevnosti, deležu vloženega znanja, dela, materiala in energije ter vrednosti, ki jo trg prizna. Obdelana so medsebojna razmerja stroškov izdelave v odvisnosti od tržne vrednosti. Nenazadnje je na osnovi tržno priznanih stroškovnih postavk v lastni ceni nakazana ena izmed možnih smeri prestrukturiranja metalurgije v Železarni Ravne. 6. Energija v železarnah v Sloveniji J. Lamut FNT-VTOZD Montanistika Jeklo kot najpomembnejše in nenadomestljivo gradivo proizvajamo pod specifičnimi pogoji, saj ga večino pridobimo po tehnološki poti — ruda, grodelj, jeklo in pri tem uporabljamo različna gradiva oz;iroma vrste energij. Za jeklo, pridobljeno po tej tehnologiji, porabimo v povprečju okrog 20 GJ/t. V Železarnah Slovenije so bile v zadnjih letih izvedene velike tehnološke spremembe, predvsem v izdelavi jekla. Od SM postopka so vse tri železarne prešle na izdelavo vsega jekla v EOP pečeh, vključno s ponovčno metalurgijo. Z ukinitvijo proizvodnje grodlja v plavžih in elektroplavžih se je specifična poraba primarne energije v Železarni Jesenice znižala iz 21 GJ/t na 13,5 GJ/t surovega jekla, v Železarni Štore pa iz 15 na 8,5 GJ/t. Skupna poraba primarne energije je tudi močno odvisna od asortimana in toplotne obdelave jekla v nadaljni finalizaciji. To je posebej značilno za Železarno Ravne, ki ima relativno nizko specifično porabo v proizvodnji jekla, ki pa narašča z vse večjo finalizacijo v toku tehnološkega postopka. V predavanju bo prikazana tudi primerjava porabe energije med različnimi postopki izdelave jekla doma in v svetu. 7. Izračun lastnih cen po direktnih stroških v Železarni Jesenice C. Pohar, S. Dežman, S. Mihelčič, R. Pavlin, M. Pribošič SŽ-Železarna Jesenice Osnovni namen kalkulacije lastnih cen po direktnih stroških je, da tekoče vrednostno kontroliramo proizvodnjo in se na osnovi teh rezultatov odločamo, kdaj se dani izdelek izplača izdelovati in kdaj ne. Za kalkulacije uporabljamo 4 velike razrede podatkov in sicer: o izdelkih in njihovem vložku, tehnologiji, potroških pri izdelavi ter cene inputa. Pri izračunu lastne cene (pol)izdelkov upoštevamo le direktne stroške, to je stroške porabljenih materialov in vložka ter stroškov predelave na posameznih strojih, ki prehajajo na izdelke na njihovi tehnološki poti. Rezultati o potroških in stroških na enoto izdelka na danem stroju v različnih časovnih obdobjih naj bi si bili podobni, zato določimo najbolj ustreznega ter ga standardiziramo. Taki nam rabijo kot normativ za kontrolo doseženih stroškov proizvodnje. Zaradi obilice podatkov, ki jih rabimo pri kalkulaciji moramo uvesti kontrole posameznih razredov podatkov kot so: izkoristki, tehnologija, kumulativa in lastnih cen iz podatkov o asortimanu končnih izdelkov in skupno časovno obremenitev agregatov pri taki proizvodnji. 8. Termodinamični in kinetični model EPŽ procesa M. Švajger1, B. Koroušič2 1Železarna Ravne, 2SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana Z aplikacijo statistične termodinamike, metode interakcij-skih parametrov in termodinamičnega ravnotežja nekaterih enačb smo želeli pojasniti kinetiko oksidacije in redukcije elementov v jeklu in izdelati dinamični model porazdelitve kisika med pretaljevanjem EPŽ ingotov do dolžine 6 m. Končni cilj naloge je bil napovedovanje sestave nekaterih ključnih elementov v EPZ ingotu v odvisnosti od sestave elektrode in pogojev pre-taljevanja. Razviti model je verificiran v industrijskih pogojih v EPŽ obratu Železarne Ravne in je upravičil pričakovanja. 9. Izdelava nerjavnih jekel po VOD postopku z uporabo kombinacije trdnih in plinastih oksidantov v J2 J. Triplat SŽ-Žeiezarna Jesenice Železarna Jesenice ima že dolgoletno tradicijo v proizvodnji nerjavnih jekel, posebno po VOD postopku. Z izgradnjo jeklar-ne smo prenesli proizvodnjo navedenih kvalitet jekel v nove agregate. Pri tem smo se pojavile določene specifičnosti, kot so: — povečana produktivnost elektro obločne peči v primerjavi s starimi agregati in s tem povezana koherentnost dela EOP in VOD — bistveno spremenjeni toplotno tehnični pogoji v ponovci — vodenje oksidacijske stopnje taline v peči in VOD s ciljem doseči boljši izkoristek Cr in porabo dragih surovin zmanjšati na minimalno možno mero. S ciljem doseči navedene cilje smo v ŽJ razvili tehnologijo izdelave nerjavnih jekel z uporabo kombinacije trdnih in plinastih oksidantov v fazi oksidacije nerjavnega jekla v VOD. Rezultati in dosežki v prvem obdobju uporabe te tehnologije bodo tema našega prispevka. 10. Določanje sledov antimona v jeklih in nikljevih zlitinah s hidridno tehniko AAS T. Drglin, T. Lavrič SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana Cilj predstavljenega dela je določanje nizkih koncentracij Sb v jeklih in zlitinah na osnovi Ni. Sposobnost Sb, da tvori z »nas-centnim« vodikom hidrid, nam omogoča uporabo hidridne tehnike v kombinaciji z atomsko absorpcijsko spektrometrijo. Prednost te metode je v skoncentriranju in loči Sb od osnove. Raziskovali smo vplive elementov, ki so prisotni v Ni zlitinah na višino signala. Nekateri preodni elementi (Ni, Co . . .) in nekateri metaloidi (Se, Sn, As .. .) močno zmanjšajo signal za anti-mon že v relativno nizkih koncentracijah. Interference, ki jih povzročajo ti elementi smo delno zmanjšali z uporabo EDTA, nismo jih pa popolnoma eliminirali. Zato je za vrednotenje rezultatov potrebno uporabljati umeritveno krivuljo, izdelano z metodo standardnega dodatka. Študirali smo tudi vpliv koncentracije uporabljenih kislin in vpliv oksidacijskega stanja Sb na višino signala. Občutljivost metode smo povečali z redukcijo Sb(V) v Sb(lll), kot reducent smo uporabili raztopino kalijevega jodida. Izdelano metodo smo preizkusili na certificiranih referenčnih materialih nikljevih zlitin, ki so vsebovali od 0,5 do 200 ngg~1 Sb. Relativni standardni odmik v tem območju ±20% do ±8%. Metoda je enostavna, hitra in občutljiva ter uporabna za vse vrste jekel in nikljevih zlitin, ki so topne v zlatotopki in ne vsebujejo večjih vsebnosti W in Nb. 11. Kontrola velikosti avstenitnih zrn v cementacijskih jeklih legiranih z nikljem D. Oblak1, F. Vodopivec2 1Železarna Ravne, 2SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana Velikost avstenitnih zrn je eden izmed osnovnih pokazateljev kakovosti jekel za cementacijo. V Železarni Ravne imamo precej problemov, ker pogosto ne dosegamo finega avstenitne-ga zrna pri krom-nikljevih cementacijskih jeklih, pri vsebnostih aluminija in dušika, ki drugim cementacijskim jeklom zagotavljajo fino avstenitno zrno. Zato smo s pričujočo raziskavo ugotavljali vpliv aluminija na rast zrna, v eno izmed poskusnih talin pa smo kot afinator zrna dodali tudi niob. Raziskovali smo vpliv temperature in časa žarjenja na velikost avstenitnega zrna in vpliv predhodne termične in deformacijske zgodovine. 12. Modeliranje preoblikovalnih procesov pri kovanju v u topih T. Rodič1, J. Rodič2, S. Baksa3, A. Rodič2 1FNT, VTOZD Montanistika, 2SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana, 3UNIOR Zreče Cilj tematskega sklopa Modeliranje preoblikovalnih procesov pri kovanju v utopih je razvoj numeričnega modela za računalniško simulacijo plastičnega toka materiala in porazdelitve temperature med preoblikovanjem v utopih. V okviru tega tematskega sklopa je bil v letu 1989 opravljen prvi del raziskav z naslovom »Osnovni koncept matematične simulacije preoblikovalnega procesa pri utopnem kovanju tipičnega osno simetričnega odkovka«. Teoretične raziskave so potekale na laslednjih področjih: teorija elastoviskoplastičnosti, teorija nestacionarne-ga prenosa toplote, napovedovanje mikrostrukturnih sprememb in kriteriji preoblikovalne sposobnosti. Na osnovi izdelanega koncepta se je pričel razvoj računalniškega programa in opravljene so bile prve preizkusne simulacije toka materiala med kovanjem avtomobilske polosi iz proizvodnega programa Kovaške Industrije UNIOR Zreče. Med računanjem lahko ob koncu vsakega časovnega koraka (inkremen-ta) na ustrezno spominsko enoto računalnika zapišemo vozlišče vrednosti sil in pomikov ter drugih termomehanskih parametrov. Dobljeno množico numeričnih rezultatov, lahko kasneje predstavimo v grafični obliki s pomočjo 3-D barvnih postproce-sorjev, ki nam omogočajo nazoren vpogled v časovno in prostorsko porazdelitev napetosti, deformacij, hitrosti deformacij in temperature v preoblikovalni coni. S spreminjanjem robnih pogojev lahko opazujemo vpliv tehnoloških parametrov, kot so na primer oblika in gibanje orodja, začetna temperatura preoblikovana ter trenjske razmere, na dogajanje v preoblikovalni coni. Prednosti pri uporabi numeričnih modelov za računalniško simulacijo preoblikovalnih postopkov se kažejo predvsem pri načrtovanju novih procesov, kjer simulacije lahko opravimo že v fazi snovanja, ter tako proces »optimiramo že na risalni deski«. S tem se lahko izognemo mnogim napakam in slabostim katerih odpravljanje v proizvodnji je izredno drago. Kljub intenzivnemu razvoju numeričnih modelov in računalniške opreme v zadnjih desetih letih, pa je obseg uporabe numeričnih modelov v praksi še vedno relativno skromen tudi v razvitem svetu. 13. Identifikacija in meritev faz v jeklih s signalom povratno sipanih elektronov v raster elektronskem mikroskopu H. Kaker Železarna Ravne Poznavanje srednjega koeficienta povratnega sipanja elektronov od večkomponentnih vzorcev in njihov izračun iz koeficientov povratnega sipanja elektronov čistih elementov je interes kvantitativne raster elektronske mikroskopije. Interpretacija materialnega kontrasta zahteva točno meritev in izračun koeficien- tov povratnega sipanja elektronov. Meritve v raster elektronskem mikroskopu smo opravili z detektorjem odbitih elektronov (solidstate detector), teoretične izračune pa z Monte Carlo simulacijo. Metoda je primerna za hitro identifikacijo predvsem binarnih faz v jeklih in kot dopolnilna metoda h klasični energijsko disperzijski rentgenski mikroanalizi. 14. Dimenzijske spremembe pri toplotni obdelavi v vakuumski peči V. Perovnik Železarna Ravne Med težko tešljive probleme toplotne obdelave spadajo dimenzijske spremembe. Različne strukture, ki se tvorijo med toplotno obdelavo, imajo različne specifične volumne. Posledica tega so makro dimenzijske spremembe. Predvideti, kako veliek bodo te spremembe, kjer se bodo pojavili skrčki in kje raztezki je zelo težko in nezanesljivo. V našem delu želimo prikazati nekaj praktičnih izkušenj pri toplotni obdelavi orodij iz različnih jekel v vakuumski peči. Dimenzijske spremembe smo določali na koordinatnem merilnem stroju, ki ima natančnost 1 (im. Rezultati kažejo, da vplivajo na dimenzijske spremembe predhodno mehanska obdelava, plastična predelava, ter temperaturni režimi toplotne obdelave, predvsem popuščanje. 15. Rekonstrukcija potisne peči v valjarni Bluming-Štekel Železarne Jesenice D. Mikec1, A. Mandeljc1, T. Kolenko2, B. Glogovac3 1SŽ-Železarna Jesenice, 2FNT, VTOZD Montanistika Ljubljana, 3SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana Celotna proizvodnja jekla za ploščati program se je vlivala pred izgradnjo nove jeklarne klasično v kokile. Bloki so se v vroči valjarni ogrevali v treh globinskih pečeh. Potisna peč je služila le za ogrevanje zahtevnejših kvalitet jekel, katere ni bilo možno direktno valjati iz blokov v trakove. Z izgradnjo nove jeklarne se je v valjarni Blunming-Štekel spremenil pretok materiala. Z ukinitvijo SM jeklarne se je zmanjšala proizvodnja klasično vlitih blokov in pričela proizvodnja kontinuirno litih slabov, ki se direktno zalagajo v potisno peč. Po spremembi tehnološke poti je postala potisna peč ključni ogrevni agregat vroče valjarne. Zaradi pomembnosti potisne peči v tehnološkem procesu po izgradnji nove jeklarne je bila v letu 1986 dogovorjena rekonstrukcija peči. Rekonstrukcijo potisne peči je izvedla RO »Va-trostalna« — OOUR Inženiring Zenica v sodelovanju s strokovnjaki oddelka regulacijske tehnike in avtomatike Železarne Jesenice. Tudi po rekonstrukciji peči se je v začetni fazi pojavljalo veliko problemov glede kvalitete ogrevanja. Zaradi tega smo v sodelovanju z Ml in VTOZD Montanistika pristopili k obsežnim meritvam, s katerimi smo ugotovili dejanske pogoje ogrevanja. Na podlagi toplotno tehničnih meritev in računalniške simulacije ogrevanja smo optimizirali ritem valjanja in temperaturni režim ogrevanja. V drugi polovici leta 1987 se je pretok materiala v vroči valjarni pričel postopoma preusmerjati iz direktnega valjanja blok-trak, na valjanje slab-trak iz nove jeklarne preko potisne peči. Ustrezno z naraščanjem količine kontilitih slabov in povečanim deležem vroče založenih slabov se je zmanjšala tudi specifična poraba energije. 16. Ekološki inženiring J. Lamut F NT, VTOZD Montanistika V skrbi za čisto delovno in širše okolje so v slovenskih železarnah sami, ali s skupno pomočjo razvili in postavili številne postopke, s katerimi čistijo dimne pline, vodo, oljne emulzije, iz žlindre pridobivajo granalije kovine itd. V predavanju bodo na kratko predstavljeni posamezni postopki, ki so narejeni z lastnim znanjem. Predstavljene bodo možnosti skupnega nastopa pri nudenju tehnoloških rešitev in opreme za zaščito okolja. 17. Vpliv energetike v metalurigji na ekologijo F. Pavlin1, A. Osojnik2 1FNT, VTOZD Montanistika, 2SŽ-Metalurški inštitut Okolje se v splošnem onesnažuje z dimnimi plini, odplakami in trdnimi odpadki. V prispevku je podan pregled onesnaževanja z dimnimi plini, ki onesnažujejo okolje predvsem zaradi uporabe različnih vrst energije. V dimnih plinih, ki izhajajo iz kurišč so poleg trdnih delcev še plini, kot so S02, NOx in C02. V preteklosti je bil poudarek predvsem na porabi premoga in kasneje mazuta, ki sta se do današnjih dni zmanjšali na najmanjšo možno mero. Premog je ostal pri nekaterih proizvodnih procesih le še kot tehnološka surovina — reducent. Po prenehanju izdelave surovega železa v Sloveniji pa se je zmanjšala tudi poraba koksa na veličino, ki je še potrebna za izdelavo sive litine. Ne glede na uporabo čistilnih naprav, ki izločijo pretežni delež trdnih delcev iz dimnih plinov so se spremenile tudi razmere zaradi količine nezaželjenih plinskih komponent v dimnih plinih, saj bo v devedesetih letih prevladovala uporaba zemeljskega plina in električne energije. V osemdesetih letih je bilo pridobljeno 54 % energije iz goriv, ki so vsebovala žveplo, v prihodnosti pa je pričakovati le še okoli 20 % porabe energije iz takšnih goriv. 18. Vzgoja in os vešča nje ekološkega nivoja J. Kert, A. Pavše Železarna Ravne 1. IZHODIŠČNA TEZA Sistematičen spopad z neznanjem in ignoriranjem znanja o varstvu okolja je pogoj za doseganje višje stopnje zaščite človekovega okolja v ŽR. 2. CILJI EKOLOŠKE VZGOJE IN IZOBRAŽEVANJA V ŽELEZARNI RAVNE — ekološko osveščanje in dviganje ekološke zavesti zaposlenih ter poučitev o »ekoloških predpisih za delo«, — razvijanje iniciativnosti in sposobnosti odgovornega odločanja v odnosu do okolja, — posredovanje oziroma omogočanje pridobivanja najnovejših znanj o dosežkih in pristopih varstva okolja razvojnim inženirjem. 3. NEKAJ USMERITEV ZA PROGRAMIRANJE IN IZVEDBO NAČRTA — varstvo okolja obravnava na podoben način kot varstvo pri delu (izdelava ekoloških predpisov, začetno in periodično posredovanje in preverjanje znanja teh predpisov) s poudarjanjem kratkoročnih in dolgoročnih posledic kršenja predpisov in s spodbujanjem iniciative za varstvo okolja, — razvojnim inženirjem omogočiti redno in sprotno seznanjanje z dosežki in pristopi reševanja ekoloških problemov v svetu (ekološko varna tehnologija, ekološko varna predelava in uporaba industrijskih odpadkov itd.), — vsebino varstva okolja vnesti v pripravniške programe ŽR in si prizadevati za uvedbo teh vsebin v redne šolske programe, — učinkovitost programov, pristopov in sredstev sproti ugotavljati, da ne postanejo dolgočasne rutine itd. 4. PRISTOPI IN SREDSTVA 4.1. Ob sprejemu delavca 4.1.1. Seznanitev z »ZELENO KNJIŽICO« podjetja 4.1.2. Poučitev o ekoloških predpisih v konkretnem delovnem okolju 4.2. Tekom zaposlitev v Železarni Ravne 4.2.1. Splošne oblike in pristopi (za vse zaposlene) — »zelena stran« v tovarniškem glasilu, na kateri obravnavamo ekol. problematiko, — zbori delavcev vsaj 2-krat letno obravnavajo delovanje na področju varstva okolja, — ekološki tirni v OE, — »zeleni telefon«, na katerem se dobe ekološki nasveti in oddajajo opozorila, zapažanja, iniciative . .. — uvedba različnih tekmovanj v zvezi z varstvom okolja, uvedba ekološkega tedna, — itd. 4.2.2. Posebne oblike pristopov (predavanja, okrogle mize, posveti), namenjeni: a) načrtovalcem razvoja, investicij in modernizacij, poslovodni strukturi, b) zaposlenim, ki upravljajo z napravami oziroma uporabljajo okolju škodljive snovi, — c) vodjem poslovnih proizvodnih procesov. 19. Varstvo okolja v Železarni Jesenice J. Kunstelj SŽ-Železarna Jesenice Pred štirimi leti smo v Portorožu o ekoloških dosežkih in načrtih že govorili. Zagnanost pri izvajanju varovanja okolja iz sredine osemdesetih let se je umirila, vse bolj pa se krepi zavest o potrebnosti zdravega delovnega in bivalnega okolja. Kot pri vseh projektih, torej tudi pri ekoloških je trenutno osnovni problem financiranje. Pogoj je seveda vsem železarjem dobro znan — tekoče pozitivno poslovanje podjetja. V Železarni je ostalo neizvršenih še nekaj že pripravljenih projektov, nekaterim problemom pa šele iščemo ustrezno praktično rešitev. Projekta »Dograditev nevtralizacije v Hladni valjarni Bela« in »Sanacija Regeneracije HCI« sta nujno potrebni izvedbe zaradi prekomerne emisije prahu in prekoračitve MDK v vodah. Projekt »Sežig oljnih gošč« bo predstavljen na tem posvetu. Projekt »Cepitev oljnih emulzij« pa je pripravljen že tako daleč, da čaka samo še zeleno luč za pričetek izgradnje. Vsi štirje projekti konkurirajo za sredstva iz posojila mednarodne banke za obnovo in razvoj (ekološki program). Vrednost vseh štirih projektov je okrog 10 (deset) milijonov dinarjev. Nerešen pa ostaja zelo aktualen problem na Jesenicah — to je sekundarna bela jeklarnska žlindra. Projektna skupina pripravlja predlog tehnološke rešitve. Težave povzroča tudi sanacija hrupa stiskalnice DEE 1250 na Javorniku. Nadaljujemo tudi začeto delo pri saniranju pogojev luženja nerjavne žice in hladno valjanih trakov, da bomo dokončno lahko ustavili stare bobnaste lužilne naprave. Po vseh dosedanjih izkušnjah in pripravljenih projektih lahko trdimo, da so ekološki problemi v Železarni obvladljivi — znane so tehnične rešitve: učinkovito odpraševanje, protihrupna zaščita, nevtralizacijske in filtrirne naprave, regeneriranja odpadkov itd. Vsi ekološki ukrepi in objekti pa zahtevajo določena sredstva, ki jih moramo enakovredno vgrajevati v letne, srednjeročne in dolgoročne plane. Resnični uspeh pa bomo dosegli šele z doslednejšo realizacijo, rednim vzdrževanjem in zavestjo, da so ČISTILNE NAPRAVE DEL PROIZVODNIH NAPRAV in jih tako tudi obravnavali. 20. Ekologija v Železarni Štore M. Podgornik SŽ-Železarna Štore Železarna štore je že razmeroma zgodaj pričela v razvojne in investicijske načrte vnašati tudi rešitve ekoloških vprašanj. Začetki organiziranega razreševanja vprašanj negativnih vplivov na okolje segajo v leto 1963, ko je bil narejen program za čiščenje odpadnih vod. Vzporedno z investicijsko izgradnjo na lokaciji Štore II je bila postavljena čistilna naprava za vodo. Pozneje, leta 1981, je bila podobna naprava zgrajena tudi za industrijsko vodo za obrate na lokaciji Štore I. Povsod po železarni so se zgradili ločilniki — seperatorji, da se prepreči event. izpust olj, masti in mazuta v javne vodotoke oz. v Voglajno. Prve meritve emisij na izvorih dimnih plinov v ozračje smo izvršili leta 1971. Te so se nanašale na izvore S02 in prahu, dušikove okside (NOJ na saje in ostale sestavne elemente plinov po zgorevalnih procesih. V novi elektrojeklarni je že leta 1974 pričela delovati čistilna naprava za dimne pline. Ob zagonu druge el. obločne peči smo takoj aktivirali tudi drugo polovico čistilne naprave. Leta 1977 smo v livarni namestili lovilne prhe na kupolkah. Različne tipe filtrov smo aktivirali tudi na ostale izvore emisij: peskalni stroji v livarnah, stroji za čiščenje gredic v valjarni, čiščenje profilov v jeklovleku itd. Dodatno se je stanje stalno izboljševalo z uporabo ustreznejših energetskih medijev, ki so postopoma zamenjevali premog in mazut in reševali energetske primanjkljaje. Zaradi uvedbe propan-butana smo že leta 1974 ukinili kotlarno na premog, leta 1979 smo zaprli staro jeklarno s Siemens Martinovo pečjo, izločili smo parno vleko na tirih in konec leta 1987 prenehali s proizvodnjo na elektroplavžu, kar je bistveno prispevalo k zmanjšanju emisij v ozračje. Tudi ostala področja, kjer se je vključevalo predvsem varstvo pri delu, smo postopno razreševali; lokalizirani so bili izvori hrupa, narejene meritve. Z različnimi ukrepi smo vrsto izvorov sanirali: protizvočne zaščite, drugačne tehnične rešitve itd. 21. Ekologija v Železarni Ravne J. Kert Železarna Ravne Več kot trideset let se v ŽR že zavedamo odgovornosti do varstva okolja, zavedamo se, da nismo le proizvajalci kvalitetnih jekel, temveč tudi onesnaževalci okolja. S svojimi prizadevanji in uspehi zagotovo sodimo v vrsto tistih, ki se povsem resno lotevamo vseh problemov varstva okolja na podlagi lastnega aktivnega odnosa do tovrstnih vprašanj, ne le zgolj na pritisk vsiljenih ukrepov in zakonodaje upravnih organov. Sadove dosedanjih prizadevanj lahko strnemo v naslednjem: — Varstvo zraka: emisijo S02 smo zmanjšali od 7000 na 500 kg/dan, emisijo prahu smo zmanjšali za 50 % (dnevno ulovimo 2,5—3 tone ok-sidnega prahu iz EOP) emisijo plinastih fluoridov smo zmanjšali za 75 % — saj smo v zadnjih petih letih zmanjšali porabo jedav-ca CaF2 od 2000 ton na 500 ton letno. V ŽR trenutno obratuje okrog 50 večjih čistilnih naprav za čiščenje zraka (prahu). V letošnjem letu smo bogatejši za dve napravi: pri plamenskem čiščenju ingotov v kovačnici in pri brušenju odkovkov. Trenutno pa je v fazi izgradnje velika ČN Flakt II v jeklarni II. Uradna potrditev naših prizadevanj pa je razvrstitev mesta RAVNE na 39. mesto po onesnaženosti z S02 in na 31. mesto po onesnaženosti z dimom med 44 kraji v Sloveniji. — Varstvo voda: problem zaoljenosti naših odpadnih voda smo pričeli reševati z rekonstrukcijskimi izboljšavami škajne jame valjarne, z doslednejšim vzdrževanjem vseh potencialnih onesnaževalcev (agregatov), predvsem pa s postavitvijo obrata za cepljenje odpadnih oljnih emulzij, ki smo ga postavili v tem letu. Od maja do konca avgusta smo že očistili nad 300 m3 odpadnih oljnih emulzij, tovrstne usluge pa ponudili tudi zunanjim podjetjem. Uspešno obvladujemo tudi problematiko odpadnih voda drugih obratov, problem odpadnih kislin iz lužilnice pa rešujemo s projektom nadomestitve luženja žice s peskanjem, ki je v teku. Z urejanjem skladišč in poslovanja z materiali so bili dani tudi pogoji za doslednejše vodenje evidenc nad vsemi materiali, ki v Železarno Štore vstopajo in na koncu procesov izstopajo. Vzporedno s tem se je urejala tudi problematika odlagališč odpadkov. Železarna Štore se vse bolj zaveda, da so za nadaljno perspektivo našega podjetja vse bolj pomembni: ekonomika, ekologija in energetika. Tem smo v zadnjih dveh letih posvetili še dodatne napore tudi zaradi težav, ki smo jih v Štorah v tem obdobju imeli poleg ostalih, ki tudi sicer tarejo gospodarstvo in črno metalurgijo. To nas je vodilo tudi v novo organiziranost, uvedbo drugačnih metod dela in predvsem v vse večjo javnost dela. 22. Vpliv modernizacije jeklarne na ekološke razmere v jeseniški dolini A. Osojnik1, F. Pavlin2,1. Kranjc1, D. Bezlaj3, M. Zalokar4 1SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana, 2FNT, VTOZD Montanistika, 3lzolirka, Požarni inženiring, Radovljica, 4SŽ-Železarna Jesenice Namen raziskave je bil kvantitativno ovrednotiti vpliv ekoloških sprememb v Železarni na bližnje in širše okolje v primerjavi s predhodnim obdobjem glede na spremenjeno tehnologijo, energetske medije, surovine in nove naložbe. V ta namen je bila izdelana sistematična ekološka študija, ki obsega meritve emisije prahu in plinov na karakterističnih mestih ter onesnaženosti zraka in prašnih usedlin v bližnji in daljni okolici železarne. Izbrana in preverjena je uporabljena metodologija in merilna oprema, prikazani so rezultati meritev, podane ocene obstoječih izvorov onesnaževanja zraka ter nakazana prioriteta nadalj-ne sanacije v Železarni Jesenice. — Problematika odpadkov: I pripravljen projekt izgradnje nove deponije se zaradi težkih firjančnih razmer žal ne bo mogel realizirati, smo pa pristopili k izdelavi projekta predelave in uporabe vseh odpadkov, ki je s stališča ekologije in ekonomije zagotovo interesantnejši. Drobljenje in magnetna separacija vseh vrst trdnih odpadkov (teh je letno v ŽR nad 100.000 ton) bo nudila metalurgom del vložka, ekološko neoporečen odpadni material pa bodo uporabili gradbinci, cestarji idr. Odpadne peske, ki vsebujejo ostanke fenolnih ali furanskih smol, bomo sežigali, preostali pesek pa koristno uporabili. Pod drobnogled smo postavili vse nevarne snovi, ki jih v ŽR uporabljamo (teh je okrog 50). — Ostale aktivnosti: Letos smo v ŽR imenovali strokovni team za ekologijo, člani tega teama strokovno pokrivajo vsa področja, načrt oziroma program dela obeta aktivno reševanje preostalih problemov. Izdelali smo tudi načrt ekološke vzgoje in izobraževanja za delavce v ŽR — tudi od tega si obetamo vsebinski premik, posebej v odnosu delavcev do ekoloških vprašanj, saj dobro vemo, da za uspešno obvladovanje teh vprašanj niso dovolj le drage čistilne naprave — potrebujemo tudi ekološko osveščene delavce. — Številne raziskovalne naloge iz preteklosti, razpoložljivi kadri in njih znanje ter delovne izkušnje nakazujejo tudi možnost nove dejavnosti-ekološkega inženiringa. 23. Sežig oljnih gošč v Železarni Jesenice A. Ravnik SŽ-Železarna Jesenice V Železarni Jesenice se nabere letno 150 do 200 ton oljnih gošč, ki jih je potrebno odstraniti. Odstranjevanje teh gošč je v preteklosti potekalo s sežigom gošč pomešanih z žagovino v SM pečeh. S prenehanjem delovanja teh peči se je Železarna prizadevala, da bi gošče sežigali v INI Reka, kar pa zaradi bojazni, da bi trdni delci iz gošč poškodovali sežigno (LURGI) napravo ni bilo realizirano. Trenutno v Železarni Jesenice sežigamo gošče v globinskih pečeh z uporabo gravitacijskega gorilnika. V pripravi pa je projekt za napravo, ki bo omogočila popolnejši sežig gošč v globinskih pečeh, s čimer po eni strani reši ekološki problem, po drugi strani pa bo kalorična vrednost gošč koristno izrabljena, saj se bo po predvidevanjih zmanjšala poraba energije v odvisnosti od pogojev delovanja peči od 40 do 70 %. 24. Martenzit v polikristainih Cu-Zn-AI zlitinah B. Breže, A. Križman Tehniška fakulteta Univerze v Mariboru Sposobnost pomnenja oblike kovinskih gradiv je pogojena z deležem termoelastičnega martenzita v strukturi, kar zagotavlja visoko stopnjo elastične deformacijske energije. Pri zlitinah Cu-Zn-AI dosegamo povratno deformacijo do 4 %, ki izgine pri segrevanju nad temperaturo Af, ko se povrne prvotna orientacija izhodne faze. Imamo torej izrazit primer enosmernega oblikovnega spomina. Martenzit nastaja v sistemu Cu-Zn-AI le iz beta izhodne faze. Med ohlajevanjem prehaja izhodna faza iz konfiguracije B2 v D03 in nadalje predvsem v martenzita 9R in 18R. Z deformacijo v hladnem nastaja z dvojčenjem martenzit 2H. Za martenzite v tem sistemu je značilna V-oblika skupkov s po štirimi lamelami, ki se razraščajo v šestih smereh (110). Tako dobimo 24 orientacijskih možnosti. Pri zlitini z 21 % Zn in 6 % Al smo z dilatometričnimi raziskavami ugotovili dokajšnje odstopanje temperature Ms v primerjavi z literaturnimi viri. Znatno nižje vrednosti Ms od pričakovanih, so bile potrjene tudi z uporabo empiričnega izraza: Ms = a-b-% Zn-c-% Al. Martenzit v strukturi lahko nastaja tudi že z hladno deformacijo, kar smo opazili pri merjenju trdote in poliranju vzorcev. Ta martenzit sicer ima določeno oblikovno podobnost s kalilnim martenzitom, vendar je ločljivost možna že z optično mikroskopijo. 25. Obnašanje Cu zlitin za elektrode F. Legat SŽ-Veriga Lesce Postopek elektroporovnega varjenja je po svetu precej razširjen. Uporablja se predvsem v kovinsko predelovalni industriji pri varjenju pločevine, žic in raznih profilov. Naš namen pa ni obravnavati točkasto, bradavičasto, šivno ali kolutno varjenje pločevine, pač pa obnašanje bakrovih zlitin kot elektrod pri elektrouporovnem varjenju ali varjenju z obžiganjem pri verigah. V praksi uporabljamo oba načina varjenja: a) Klasični elektrouporovni način, kjer se jeklo na spoju koncev upogibanega člena zaradi povečane upornosti segreje in nato s stiskanjem spoji. Nastali deformirani greben pa se auto-matsko obreže s posebnimi noži. Na ta način lahko varimo navadna, nizkoogljična in nepomir-jena jekla. Pri tem procesu nastajajo v zvaru oksidi. Ti se sicer pri stiskanju iztisnejo iz samega zvara in nato obrežejo. Če je člen na spoju že pri upogibanju pravilno oblikovan, dobimo po varjenju čisti zvar. Na ta način se uporaba jekel razširi na celo mikrolegirano vrsto jekel, ki jih obravnava DIN 17115. Sam sistem stiskanja in sile, ki so za to potrebne pa omejujejo ta način varjenja do 026 mm premera verige. b) Drugi način pa ustvarja pri prvem stiku obeh koncev člena tokovni lok. Zaradi visoke temperature C izgoreva tako burno, da meče kapljice jekla v curku iz zvara. Ko je določena dolžina koncev odgorela, stroj avtomatsko zvar stisne in nato obreže zvarni venec. Zvar je 100 % in sistem varjenja uporaben za vse vrste jekel. Za oba sistema varjenja pa rabimo za dovod električne energije ustrezne bakrene elektrode. Te elektrode so montirane v posebnih podlogah ali glavah, ki so izdelane iz medenine in imajo tudi svoj vodni hladilni sistem. Pri teh elektrodah pa rabimo naslednje lastnosti: — Dobro električno in toplotno prevodnost — Solidno trdoto pri povišanih temperaturah — Višjo temperaturo padanja trdote, mehčanja — Čim manjšo možnost difuzije v osnovni material, verigo — Dobro možnost oblikovanja in obdelave. Pri sami uporabi pa moramo upoštevati še nekaj zahtev in sicer- — oblika elektrod, — velikost, volumen elektrode, — način in učinkovitost hlajenja, — pritiske, sile stiskanja na elektrodah, — varilne pogoje in še — material, ki ga varimo, njegove lastnosti v hladnem in vročem stanju. Pri nas imamo v uporabi domače elektrode iz Mariborske livarne in sicer: Varmat 3 — Cu Cr Zr ter Varmat 5 — Cu Co Be. Poleg mariborskih pa stalno uporabljamo tudi elektrode iz uvoza in sicer največ »Le Bronze Industriel« v istih analiznih sestavah. Poleg zgoraj omenjenih dveh Varmat-ov pa smo preizkusili veliko količino elektrod Varmat 4. Ta legura — Cu Ni 2 ima pa precej višje trdote in precej slabše prevodnosti. Celoletne primerjave in analize domačih, tujih in nove Varmat 4, smo spremljali, merili potrošnjo, prevodnost, trdote in opazovali mikrostrukture. 26. Novo konstrukcijsko jeklo Tivanit 500 s povišano vsebnostjo dušika M. Kunšič SŽ-Železarna Jesenice Železarna Jesenice je v letu 1990 v svoj proizvodni program uvrstila novo konstrukcijsko jeklo Tivanit 500. Jeklo se uvršča v skupino V-Ti-N jekel s povišano mejo plastičnosti in dobro sposobnostjo varjenja. Prednost Tivanita 500 pred ostalimi jeklrenakega trdnostnega razreda je v tem, da z ustrezno tehnologijo izdelave jekla, kontinuirnim litjem in rekristalizacijskim kontroliranim valjanjem dosežemo na pločevini ustrezne mehanske lastnosti brez naknadne toplotne obdelave. Žilavost preko 34 J pri temp. -40° C, meja plastičnosti min. 500 MPa, odlične upogibne lastnosti jekla so posledica finozrnate strukture in izločevalnega utrjanja jekla. Jeklo je namenjeno za srednjo in debelo pločevino, posebno primerno pa je za izdelavo hladnooblikovanih profilov. 27. Nova spoznanja na področju superferitnih nerjavnih jekel izdelanih v Železarni Jesenice D. Gregorič SŽ-Železarna Jesenice Pred približno dvemi leti je bila v Železarni Jesenice izdelana prva šarža superferitnega jekla. V tem obdobju smo na tem področju naredili precejšen korak in osovjili izdelavo superferitnih jekel, predvsem tipa X 1 CrTi 15 in 18 Cr 2 Mo. V svojem delu bom prikazal dosedanja spoznanja na tem področju. Izdelana je primerjava v mehanskih lastnostih z navadnim feritnim nerjavnim jeklom tipa Č 4174 in avstenitnim jeklom Č 4580. V delu bodo obravnavana tudi spoznanja s področja korozije, ki se raziskujejo v sodelovanju z Metalurškim inštitutom. 28. Osvajanje jekla za periitno kovanje v utopi h (jeklo za ojnice) G. Manojlovič1, F. Vodopivec2 1SŽ-Železarna Štore, 2SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana Na podlagi rezultatov preiskav materiala, proizvedenega v industrijskih pogojih, smo izvršili korekcije prvotne tehnologije za izdelavo omenjene vrste jekla. Po dopolnjeni tehnologiji smo izdelali drugo 50-tonsko talino in jeklo raziskali v odlitem in v valjanem stanju v Železarni štore ter odkovane ojnice v Uniorju v Zrečah. Poročilo obravnava rezultate teh preiskav in jih primerja z rezultati prve industrijske probe in zahtevam kupca. Ojnice so na preiskavah pri firmi VW v Zahodni Nemčiji. Namen testiranja je ugotoviti uporabno vrednost jekla in potrditev Železarne Štore kot možnega proizvajalca in dobavitelja. Tudi rezultati teh preiskav bodo vključeni v poročilo, če jih bomo prejeli pravočasno. Vse dosedanje preiskave v Železarni Štore, na Metalurškem inštitutu in v Uniorju so potrdile, da smo pravilno zastavili tehnologijo izdelave in valjanja jekla. Da bi se pričela redna proizvodnja, bi morali nabaviti in vgraditi pod kokile elektromagnetne mešalce tudi na ostali dve liniji naprave za kontinuirano odlivanje jekla. 29. Vpliv malih sprememb v sestavi na strukturne in mehanske lastnosti jekla za periitno kovanje J. Žvokelj1, F. Vodopivec1, N. Žvokelj2 1SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana, 2Litostroj Ljubljana Poskusi izdelave ojnic za avtomobilske motorje po postopku perlitnega kovanja iz jekla 27 MnSiVS 6, izdelanega v Železarni Štore, so dali zelo ugodne rezultate. Za nadaljnji razvoj te vrste jekla smo na Metalurškem inštitutu izdelali eksperimentalne taline, da bi ugotovili, v koliki meri lahko vplivajo mali dodatki še nekaterih drugih legirnih in mikrolegirnih elementov na kalji-vost in s tem na uporabne lastnosti jekla vrste 27 MnSiVS 6. Na trdoto in trdnostne lastnosti ima največji vpliv ogljik, drugi elementi (Ni, Cr in Cu v količinah do 0,4 %) pa že vplivajo na kaljivost s tem, da zmanjšujejo kritično hitrost za pojavljanje bainita. Po predpisih za periitno kovanje ojnic pa je prisotnost bainita v mikrostrukturi nezaželena. 30. Sintetični minerali — idealne sestavine agiomeriranih varilnih praškov R. Kejžar ZRMK, Inštitut za materiale Ljubljana Sintetični minerali so idealne surovine za izdelavo dodajnih materialov. Ne vsebujejo komponent, ki bi pri segrevanju do taljenja razvijale pline ter so nehigroskopični. S sestavo sintetičnih materialov se lahko skoraj poljubno prilagodimo zahtevam dodajnih materialov glede varilno tehničnih lastnosti, ki jih v veliki meri določa sestava varilne žlindre. Z razvojem novih sintetičnih mineralov: Na-volastonita, Na-monticelita, Na-melilita in Na-enstatita smo uporabnost teh re-promaterialov pri proizvodnji dodajnih materialov še povečali. V okviru dosedanjih raziskav smo razvili kombinacijo praškov za enostavno enostransko visokoproduktivno zvarjanje pločevin. Praška sta razvita na osnovi sintetičnega volastonita ter sta v Ladjedelnici Split že pripravljenja za atestiranje. Z razvojem legiranih agiomeriranih praškov, ki omogočajo enoslojno navarjanje obrabo odpornih jekel in litin najrazličnejših sestav na konstrukcijsko jeklo, pa je postalo navarjenje pod praškom zanimiva in perspektivna tehnologija tudi za orodjar-stvo. Razredčenje navara, ki ga povzroči taljenje osnovnega materiala, ter odgorevanje legiranih elementov, nadomestimo z legiranjem navara preko legiranega aglomeriranega praška. 31. Temperaturno polje pri kontinuirnem litju z izotermnim strjevanjem D. Križman, A. Križman, L. Škerget Tehniška fakulteta Univerze v Mariboru Prikazan je postopek izračuna temperaturnega polja pri kontinuirnem litju z izotermno strjujočimi snovmi z metodo robnih elementov — od izhodiščnih enačb, testiranja metode, vpeljanih poenostavitev do izračuna praktičnih primerov. Zanj so uporabljeni podatki, ki so najbolj podobni dejanskim na pilotni napravi TF Maribor. Izhajajoč iz Fourier-Kirchoffove diferencialne enačbe in Štefanovega robnega pogoja na medfaznem robu, pridemo s transformacijo iz problema gibajočega v problem prostega roba do enostavneje rešljivega problema. Z metodo robnih elementov in posebno osnovno rešitvijo je bilo potrebno izvesti diskretizacijo le na robu računskega območja. Le-to je razdeljeno na dva dela — tekočega in trdnega s praviloma različnimi snovnimi lastnostmi. Za povezavo obeh je uporabljen postopek priključenih območij. To je omogočilo izdelavo računalniškega programa v relativno kratkem času. Testiranje rezultatov na konvektivno-difuzijskih analitičnih rezultatih je pokazalo za različni števili Pe (10 in 99) izrecno na-tačnost za temperaturo in toplotne tokove. Primerjava s programskim paketom ANSYS (metoda končnih elementov) je potrdila znane prednosti uporabljene metode pred metodo končnih elementov za tovrstne analize. Zaradi načina priključitve lahko enako natančnost rezultatov predvidevamo tudi za probleme s strjevanjem. Kontrolo spojitve izvajamo enostavno s kontrolo konvergenčnega kriterija, saj je Štefanov robni pogoj na medfaznem robu določen. Prikazani so rezultati izračunov za ravninske primere, za katere so bili uporabljeni podatki, ki so najbolj podobni tistim v pilotni napravi TF Maribor. 32. Razvoj indukcijsko segrevane laboratorijske peči za toplotno obdelavo v zvrtinčeni plasti V. Leskovšek1, V. Hrnčič2, A. Paulin3, T. Kolenko3 1SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana, 2Železarna Ravne, 3FNT, VTOZD Montanistika V zadnjem desetletju močno narašča tudi pri nas zanimanje za različne postopke toplotne obdelave kovin, med katerimi zavzema vidno vlogo toplotna obdelava v zvrtinčeni plasti in sicer zato: — ker proces ne onesnažuje okolja, — ker je proces ekonomičen in varčen v energijskem smislu, kot tudi v smislu porabe materialov, — ker je proces mogoče mikroprocesorsko krmiliti, kar povečuje njegovo fleksibilnost in omogoča visoko stopnjo ponovljivosti rezultatov. Na Ml smo razvili indukcijsko segrevano laboratorijsko peč za toplotno obdelavo v zvrtinčeni plasti z delovno prostornino 1247 cm3. Delovna temperatura je 1000° C, vrtinčenje pa je izvedeno z N2, ki deluje do 800° C kot varovalna atmosfera. Osnovna lastnost zvrtinčene plasti je, da se plast zvrtinče-nih trdnih delcev obnaša tako kot tekočina, pri čemer sistem lahko obravnavamo kot kvazitekočinsko stanje. Plinsko zvrtinčene plasti smatramo kot homogene zvrtinčene plasti, dokler izstopajoči delci jasno definirajo zgornjo mejo ali površinsko plast. Izstopajoča lastnost zvrtinčene plasti je možnost doseganja enakomernih temperatur (±1°C), kar je izrednega pomena za sodobno toplotno obdelavo jekel. Izkušnje, ki smo jih dobili med funkcionalnim preiskusom kažejo, da je indukcijsko segrevanje zvrtinčene plasti možno, predvsem pa je važna ugotovitev, da izmenično magnetno polje ne sega v samo plast, kar pomeni, da ne vpliva na segrevanje delov v plasti, prav tako pa tudi nismo zaznali njegovega vpliva na termoelemente s katerimi smo merili temperaturo zvrtinčene plasti. Vse to pa pomeni, da je pri konstantni anodni napetosti in anodnem toku možno natančno krmiliti temperaturo zvrtinčene plasti. Velike hitrosti segrevanja zvrtinčene plasti 25° C/min. in več, pa omogočajo zelo prožno delovanje naprave, saj je možno hitro segreti zvrtinčeno plast na delovno temperaturo v primerjavi z ostalimi načini segrevanja. Dosedaj zbrani rezultati kažejo, da se izračunane vrednosti in eksperimentalno dobljene vrednosti zadovoljivo ujemajo, zato smatramo, da lahko naše ugotovitve prenesemo tudi na razvoj avtomatizirane celice za toplotno obdelavo in termokemij-sko obdelavo v zvrtinčeni plasti. 33. Sodobni postopki piemenitenja površin F. Grobelšek1, M. Torkar2 1ZRMK Ljubljana, 2SŽ-Metalurški inštitut Ljubljana V predavanju bomo skušali prikazati pregled sodobnih postopkov piemenitenja površin ter pregled njihove možnosti uporabe v kovinsko predelovalni industriji. Glede na to, da imamo sedaj na Ml realne možnosti za proizvodnjo najrazličnejših kovinskih prahov, bo poudarek predvsem na postopku plazemskega nanašanja kovin in keramike. Predavanje bomo skušali popestriti tudi z ustrezno videoka-seto, ki jo bomo skušali dobiti od proizvajalca opreme za varjenje, plamensko in plazemsko nanašanje. SLOVENSKE ŽELEZARNE METALURŠKI INŠTITUT LJUBLJANA, LEPI POT 6 KAJ JE METALURŠKI INŠTITUT Metalurški inštitut je delovna organizacija v okviru SOZD Slovenske Železarne, po statutu pa je osrednja raziskovalna organizacija vse slovenske metalurgije in livarstva. Inštitut razvija vse aktivnosti, ki so potrebne za raziskovalno delo, torej raziskave osnovnega, razvojnega in uporabnega značaja, pilotno proizvodnjo posebnih materialov, je soizdajatelj strokovnega časopisa, prireja strokovna srečanja in seminarje, dela različne strokovne ad hoc usluge za industrijo s področja kakovosti in uporabe kovinskih materialov, goji stike z raziskovalnimi organizacijami pri nas in v inozemstvu, sodeluje v programih in projektih Raziskovalne skupnosti Slovenije, v projektih usmerjenih v tehnološki razvoj Jugoslavije ter v projektih mednarodnega sodelovanja z zapadno in vzhodno Evropo in ZDA. PROGRAM DELA IN OPREMA Program raziskovalnega dela posega v naslednja področja: razvoj sodobnih masovnih kovinskih materialov in tehnologije njihove izdelave in predelave, razvoj in pilotna proizvodnja posebnih materialov za elektroniko, fizikalno-metalurško in kemijsko-analitsko karakterizacijo materialov, matematično modeliranje in računalniško krmiljenje procesov ter racionalna uporaba energije in surovin v metalurški industriji. Skladno s programom dela ima laboratorije za mikrostrukturne, fizikalne, mehanske preiskave in za analitiko kovinskih materialov ter za pilotno proizvodnjo. Med raziskovalnimi aparaturami najdemo peči za taljenje vseh vrst kovin na zraku in v vakuumu, naprave za predelavo teh kovin v trak, palice in žico. napravo za atomizacijo kovin, optične mikroskope in vrstični (scanning) elektronski mikroskop za mikrostrukturne raziskave, elektronski mikroanalizator. dila-tometer, naprave za preizkušanje kovin s statično in dinamično obremenitvijo pri visokih temperaturah, naprave za termično obdelavo, med njimi najsodobnejšo vakuumsko visokotempera-turno kalilno žarilno peč ter različne sodobne analitske naprave, na primer aparature za atomsko absorbcijsko spektrometrijo in emisijski spektrometer. V teku je dobava naprave za vlivanje amorfnih trakov, ki bo skupaj z napravo za atomizacijo in izostatsko stiskanje, ki jo je inštitut nabavil skupno z inštitutom J. Štefan omogočila laboratorijsko sintezo najsodobnejših kovinskih materialov. Prav v tem letu se bo začel tudi uresničevati projekt pilotne proizvodnje usmerjen v izdelavo palic in žic iz posebnih materialov po tehnologiji računalniško vakuumskega taljenja in kontinuirnega litja. Pogled na vrstični elektronski mikroskop z napravo za elektronsko mikroanaiizo in analizo slike Pogled na računalniško krmiljeno vakuumsko žarilno kalilno peč OSEBNE VEST! Zamenjava v vodstvu Metalurškega inštituta v Ljubljani V začetku leta 1991 je postal direktor Metalurškega inštituta v Ljubljani dr. Franc Vodopivec, diplomirani inženir metalurgije in habilitirani izredni profesor na Fakulteti za naravoslovje in tehnologijo v Ljubljani. Dr. Franc Vodopivec je bil rojen 8. 10. 1931 v Rakitni-ku pri Postojni. Leta 1950 je vpisal študij metalurgije v Ljubljani in leta 1956 diplomiral kot inženir metalurgije. Zaposlil se je na Metalurškem inštitutu in mu ostal zvest do danes. V letih 1960 do 1962 je bil na strokovnem izpopolnjevanju na IRSID-u v Franciji in pripravil doktorsko disertacijo, ki jo je leta 1962 uspešno zagovarjal na Univerzi v Parizu. Svoje delo na Metalurškem inštitutu je začel kot asistent v mehanskem laboratoriju in nato v metalografiji. Po vrnitvi iz Francije je postal vodja metalografskega laboratorija, ki ga je uspešno razvijal, tako, da je sčasoma postal jedro raziskovalnega oddelka s področja fizikalne metalurgije, ki je obsegala še toplotno obdelavo, hladno in vročo predelavo, metodologijo preiskav in razvoj posebnih zlitin. Z uvedbo elektronskega mikroskopa, mi-kroanalizatorja in elektronskega rastrskega mikroskopa je uspešno razvijal mikrostrukturne in mikroanalizne raziskave ter fraktografijo in postal vodilni strokovnjak na teh področjih. V zadnjem desetletju in pol je bil namestnik oziroma pomočnik prejšnjih direktorjev A. Prešerna in J. Rodiča, odgovoren za celotno raziskovalno področje Ml, zveze z RSS in mednarodne povezave. Skladno z njegovo strokovno prizadevnostjo in sposobnostjo je prejel številna družbena priznanja. Leta 1977 je skupaj z dr. M. Gabrovškom prejel nagrado Kidričevega sklada. Leta 1984 je prejel najvišje slovensko priznanje za znanstveno delo, Kidričevo nagrado. Prejel je še Zoissovo plaketo (1979) in častno plaketo Društva inženirjev in tehnikov Jugoslavije (1975). Predolgo bi bilo naštevanje vseh znanstvenih in strokovnih področij metalurgije, na katerih je dr. Franc Vodopivec pustil jasne sledi svojega uspešnega delovanja. To je skoraj celotna fizikalna metalurgija — od nauka o kovinah, metalografije, toplotne obdelave in preiskovalnih metodologij, do tehnoloških raziskav ulivanj tekočih kovin, predelav in lastnosti kovin in zlitin. Pomembno je njegovo delovanje na področju raziskav in osvajanja mehkomagnetnih in trdomagnetnih materialov ter posebnih ekspertnih področjih, kot na primer termoener-getika. V letih 1980 in 1985 je bil glavni pobudnik in organizator mednarodnih konferenc o oligoelementih, ki jih je pripravil Metalniški inštitut v sodelovanju z IRSID-om iz Francije in Max Planck inštitutom iz Nemčije. Bibliografija dr. F. Vodopivca obsega preko 100 objav, od tega skoraj polovica v tujih periodičnih publikacijah. Dr. Franc Vodopivec prevzema vajeti Metalurškega inštituta v najtežjih časih za slovensko metalurgijo. Zaradi prepočasnega prestrukturiranja v preteklosti in psihoze negativnega odzivanja družbe in države — čeprav ima metalurgija na Slovenskem večstoletno tradicijo — je slovenska metalurgija in še posebej železarstvo danes v težki strukturni, tehnološki in socialni krizi. Usodo svoje stroke deli tudi Metalurški inštitut. Prepričani smo, da je dr. Franc Vodopivec pravi človek za te težke čase, zato mu k imenovanju za direktorja Metalurškega inštituta iskreno čestitamo. Čestitki se pridružuje tudi uredništvo Železarskega zbornika, saj je med avtorji člankov njegovo ime najpogostejše. Dr. Aleksander Kveder Dušan Gnidovec, dipl. ing. metalurgije, upokojenec Nič v pojavi in v obnašanju Dušana Gnidovca ne kaže, da je zrel za upokojitev, pa je vendar ta status dosegel po dolgih letih službe, ki ni bila vedno prijetna. Drža je pokončna, govor duhovit in odrezav, zanimanje za dogajanja v okolici je živo in kritično, duh pa vedno iščoč in ustvarjalen. Dušan je bil rojen v decembru 1926 v Ljubljani, matu-riral je na realni gimnaziji v Ljubljani* bil je partizan od leta 1944 in diplomiral je na univerzi v Ljubljani kot inženir metalurgije leta 1953. Nekaj časa je bil na podiplomskem študiju na Queens University v Kingstonu v Kanadi in raziskovalni svetnik je od leta 1986. Prva služba ga je pripeljala v Železarno Skopje, ki so jo prav tedaj načrtovali in začeli graditi. Vendar ga že le- ta 1956 srečamo na IEV v oddelku za ferite, kjer napreduje do položaja vodje. Po ustanovitvi ga srečamo v novem oddelku magnetni materiali z zelo zahtevno nalogo, razvojem domače teksturirane transformatorske pločevine. Ta razvoj je uspešno končal, vendar pa je projekt ostal na nivoju laboratorija, ker se je prav tedaj začela v Železarni Jesenice preorientacija iz vroče valjanih tankih pločevin na hladno valjanje trakov. To je zahtevalo popolnoma drugačen projektni pristop, za katerega pa tedaj ni bilo zanimanja. Naslednja naloga je bil razvoj tanke pločevine in masivnih delov iz zlitine Permalloy C. V letu 1961 so razvoj mehkomagnetnih materialov sporazumno prenesli iz Iskre na Metalurški inštitut, z njim pa se je preselil tudi Dušan. Razvoj Permaloy-a in še drugih mehkomagnetnih zlitin je bil končan na Inštitutu, kjer se še danes proizvajajo v različnih oblikah, palicah, trakovih in žicah. Tudi na Inštitutu je ostalo njegovo zanimanje naprej na materialih za elektroniko in elektrotehniko. Razvito je bilo precej novih zlitin, na primer Permalloy D za namensko proizvodnjo, Kovar za vtaljevanje v mehko steklo, Permil 50 za jedra in magnetne oklope, Perme-norm za magnetna jedra, Termil za temperaturno kompenzacijo magnetenja, predelovalna trdomagnetna zlitina za vtaljevanje v steklo Remil 3, posebne elektrode za anodno zaščito podzemnih konstrukcij in drugo. Posegel pa je tudi na področje materialov za druge namene. Posebej velja izpostaviti različne stellitne zlitine, odporne proti obrabi in koroziji in biokompatibilne zlitine za zobno protetiko in inplantate. Vse razvite zlitine se proiz- vajajo na Metalurškem inštitutu v pilotnem obsegu. Dušan je proizvodnjo uspešno vodil do upokojitve. To ni bila lahka naloga, saj Inštitut dolgo časa ni imel tehnoloških naprav, ki so za proizvodnjo potrebne. Dogajalo se je, da se je neka zlitina izdelala v enem podjetju, v drugem se je skovala, v tretjem se je izvaljala v trak oziroma izvlekla v žico, v četrtem je bila odžarjena, v petem pa so bile kontrolirane lastnosti. Za uspehe pri razvoju posebnih zlitih je leta 1988 dobil nagrado Kidričevega sklada za iznajdbe in inovacije. Vsem problemom organizacije dela je bil Dušan vedno uspešno kos, včasih z nekoliko nervoze, večinoma pa nonšalantno in navidez brez napora. Bila bi zelo velika škoda, če bi tako veliko znanje in izkušnje ostale neizkoriščene. Zato se bo še naprej v zmanjšanem obsegu angažiral za pomoč mlajšim kolegom, ki so prevzeli njegovo mesto na Inštitutu. Njegovo zanimanje bodo še vedno posebni materiali, posebno pa tisti materiali, ki jih je mogoče neposredno uliti v žico. Ob odhodu v pokoj mu vsi sodelavci, prijatelji in znanci čestitamo za uspehe pri delu in se mu zahvaljujemo za prijetne trenutke, ki smo jih z njim preživeli v službi in privatnem življenju. Želimo, da bi še naprej ostal zdrav, aktiven in uspešen pri delu in v privatnem življenju, da bi še vedno ohranil do sodelavcev odkrit, malce odrezav odnos ter pripravljenost za pomoč z delom in z nasvetom. dr. Franc Vodopivec ltatove ^ Vten O i^e O o veV^ p\o ee^ 64270 Jesenice, Cesta 2elezarjev 8 telefon: (064) 81-231, 81-341, 81-441 telex. 34526 ZELJSN, Jugoslavija telefax: 83 395 Železarna Ravne kot proizvajalec kvalitetnih in plemenitih jekel nenehno razvija in izpopolnjuje tehnološke postopke s ciljem povečevanja finalizacije, kvalitete, avtomatizacije in humanizacije dela. Izgradnjo novih tehnoloških naprav v je-klarni, kovačnici. termični obdelavi in širjenje proizvodnje finalnih izdelkov je spremljal intenziven tehnološki razvoj podprt z uvedbo procesnih računalnikov, numerično krmilnih enot ter avtomatizacije. SLOVENSKE ZELEZARNE ŽELEZARNA RAVFNJE n.sol.o RAVNE NA KOROŠKEM SLOVENIA - YUGOSLAVIA Računalniško vodenje procesa Jekleni valji za valjanje kovin Različna industrijska rezila iz plemenitega jekla VSEBINA UDK 620.193 55:539.56:669.788 ASM/SLA. R2, Q26S. EGm Korozija — metalurgija — fizika kovin L. Vehovar Mehanizmi delovanja vodika v kovinah in vodikova krhkost Železarski zbornik 25(1991)1, s 1-12 To delo obravnava različne poškodbe, ki so posledica delovanja absorbi-ranega (notranjega) atomarnega vodika. Obdelane so različne teorije, ki razčlenjujejo bistvene mehanizme delovanja vodika v kristalni mreži, še posebej je poudarjena teorija pasti in vpliv številnih metalurških faktorjev na pojav vodikove krhkosti, obdelani so transportni mehanizmi, s pomočjo katerih je omogočeno gibanje vodika v kovini, način formiranja razpok ter njihova propagaci-ja in fraktografske značilnosti prelomnih površin. Avtorski izvleček UDK: 536.241 669 046:621.78.012 5:681.3.06 ASM/SLA: P11k, J2g, D6, U4g, U4k Toplotna tehnika — Prenos toplote — Metoda končnih elementov —Aplikacija na osebnih računalnikih M. Bolčina Reševanje stacionarnega In nestacionarnega temperaturnega polja po metodi končnih elementov na PC računalnikih Železarski zbornik 25(1991)1, s 21-24 Obdelali smo problem prenosa toplote, ki ga povzroča električni tok. Pri tem so koeficienti sistema lahko v funkciji kraja, časa. temperature itd. Uporabljena je bila metoda končnih elementov — Galerkinov postopek Omenjeno problematiko smo realizirali na PC računalniku z interaktivnim grafičnim vmesnikom. Poseben povdarek je bil dan za aplikacije prenosa toplote v indukcijski peči. Avtorski izvleček UDK 621.785.374 620 186 82 669.15-194 57 ASM/SLA J23c, N5f, N3, M21c, AV, Si, 4-53 Metalurgija — jeklo za neorientirano elektropločevino — rekristalizacija in rast zrn — topologija rekristaliziranih zrn F. Vodopivec Topologija rasti rekristaliziranih zrn v jeklu z 1,8 % Si, 0,3 % Al in 0,02 C v razponu temperature 700 do 800° C Železarski zbornik 25(1991)1, s 13—20 Topologija rasti rekristaliziranih zrn v jeklu z 1,8 % Si, 0,3 % Al in 0,02 C v razponu temperature med 700 in 800 °C. Določeni so bili izotermna kinetika rasti zrn, vpliv trajanj žarjenja in temperature na število stranic zrn, na število stičišč 3 ali 4 zrn, na povprečno število stranic sosednih zrn in razmerje med številom stranic zrna in njegovo povprečno velikostjo. Avtorski izvleček UDK: 519.21:539.219.3:669.268 ASM/SLA: N1b, U4j, L15, Cr Kromiranje — difuzija — matematične rešitve I B Risteski Primena error funkcije u dltuznom hromlranju Železarski zbornik 25(1991)1, s 25—28 U radu su dokazane analitičke jednačine za odredivanje površinske koncentracije, pri difuzionom hromiranju kao funkcija vremena. Isto tako odredeni su i parcijalni difuzioni koeficijenti. Proračun je izveden pomoču error funkcije Avtorski izvleček ✓ INHALT UDK: 536.241:669.046:621 78.012.5:681.3.06 ASM/SLA: P11k. J2g, D6, U4g, U4k Warmetechnik- Warmeubertragung — Methode der Endelemente — Applika-tion an Personenrechnern M. Bolčina Ltisung von statlonarem und nichtstatloniirem Temperaturfeld nach der Methode der Endelemente am PC Rechner Železarski zbornik 25 (1991) 1, S 21-24 Das Problem der VVarmeubertragung verursacht durch elektrischen Strom ist bearbeitet vvorden. Dabei konnen die Koeffiziente des Sistemes als Funktion des Ortes, der Zeit, der Temperatur u.s.vv. sein. Die Methode der Endelemente ist angevvendet worden — das Verfahren von Galerkin. Die er-wahnte Problematik ist am PC Rechner mit interaktiven graphischen Zvvi-schenstuck realisiert vvorden Besonders betont ist die Applikation der War-meubertragung im Induktionsofen. Auszug des Autors UDK: 620 193.55:539.56 669 788 ASM/SLA: R2, Q26S. EGm Korrosion — Metallurgie — Physik der Metalle L. Vehovar Mechanlsmus der Wasserstoffwirkung in Metallen und die Wasserstoffsprč>-dlgkelt Železarski zbornik 25 (1991) 1, S 1 — 12 Im Artikel vverden verschiedene Schaden behandelt. die eine Folge der VVirkung vom absorbierten atomaren VVasserstoff sind. Bearbeitet vverden verschiedene Teorien, die die vvesentlichen Mechanismusse der Wasserstoffwir-kung im Kristallgitter zergliedern. Besonders ist die Teorie der Falle betont und der Einfluss der Zahlreichen metallurgischen Faktoren auf die Erschei-dung der Wasserstoffsprodigkeit vvird behandelt. Transportmehanismusse mit deren Hilfe die Bevvegung von Wasserstoff im Metali moglich ist vverden behandelt, so auch die Art der Rissbildung und deren Ausbreitung, vvie auch die fraktographischen Eigenheiten der Bruchflachen Auszug des Autors UDK: 519.21:539.219.3:669.268 ASM/SLA: N1b, U4j, L15, Cr Chromieren — Diffusion — mathematische Losungen I. B Risteski Anwendung der Error Funktion belm Dlffuslonschromleren Železarski zbornik 25 (1991) 1, S 25-28 in der Arbeit vverden anaiitische Formeln fur die Bestimmung der Oberfla-chenkonzentration beim Diffusionschromieren als Funktion der Zeit gegeben Ebenso sind auch die partiellen Diffusionskoefiziente bestimmt vvorden Die Berechnung ist mit Hilfe der Error Funktion durchgefuhrt vvorden Auszug des Autors UDK. 621.785.374:620.186 82 669 15-194 57 ASM/SLA: J23C. N5f, N3, M21c, AY, Si, 4-53 Metallurgie — Stahl fur nichtorientierte Elektrobleche — Rekristallisation und Kornvvachstumstopologie der rekristallisierten Korner F. Vodopivec Wachstumstopologie der rekristallisierten Kdrner Im Stahl mit 1,8 % SI, 0,3 % Al und 0,02 % C Im Temperaturberelch zvvischen 700 und 800 °C. Železarski zbornik 25 (1991) 1, S 13—20 VVachstumstopologie der rekristallisierten Korner im Stahl mit 1,78 Si, 0.3 % Al und 0,02 % C im Temperaturbereich zvvischen 700 und 800 °C Isotherme Kornvvachstumkinetik, Einfluss der Gluhzeit und der Temperatur auf die Zahl der Kornseiten, auf die Zahl der Kontaktpunkte von 3 oder 4 Kdrnern, auf die durchschnittliche Zahl der Seiten der Nachbarkorner und das Verhaltniss zvvischen der Kornseitenzahl und dessen durchschnittlicher Korn-grosse sind bestimmt vvorden Auszug des Autors CONTENTS UDK: 620 193.55 539 56:669.788 ASM/SLA: R2, Q26s, EGm Corrosion — Metallurgy — Materials science L Vehovar Mechanlsms of hydrogen actlon and hydrogen embrittlement Železarski zbornik 25 (1991) 1, P 1-12 The paper analyzes various damages as the consequence of absorbed (in-ternally) atomic hydrogen Various theories are presented vvhich analyze es-sential mechanisms of hydrogen action in lattice. Especially emphasized is the theory of traps and the influence of numerous metallurgical parameters on the phenomenon of hydrogen embrittlement; transport mechanismus enabling hy-drogen movements in metal, crack formation and their propagation, and frac-tographic characteristics of fracture areas are also treated. Author's Abstract UDK: 536.241:669.046:621.78.012.5 681.3.06 ASM/SLA: P11k. J2g, D6, U4g, U4k Heat transfer — Method of definite elements — Application on PC M. Bolčina Solving steady and unsteady temperature fleld by the method of definite elements on the PCs Železarski zbornik 25 (1991) 1, P 21—24 The problem of heat transfer caused by electric current vvas treated. The coefficients in the system can be functions of plače, time, temperature, etc. Method of definite elements — Galerkin s method — vvas applied. The men-tioned problem vvas solved by PC vvith interactive graphics interface. Especial emphasis vvas given to the application of heat transfer in induction furnace. Author's Abstract UDK: 621.785.374:620 186.82 669.15-194.57 ASM/SLA J23c. N5f, N3. M21c. AY. Si, 4—53 Metallurgy — Steel for not oriented electrical sheet — Recrystallization — Grain growth — Topology of recrystallized grains F. Vodopivec Topology of recrystalllzed grain growth in steel wlth 1.8% Si, 0.3% Al, and 0.02 % C in the temperature range 700 to 800 °C Železarski zbornik 25 (1991) 1, P 13—20 Topology of recrystallized grain grovvth in steel vvith 1.8 % Si, 0.3 % Al, and 0 02% C betvveen 700 and 800°C. Isothermal kinetics of grain grovvth, influence of annealing times and temperatures on the number ot grain sides, on the number of three- or four-grain contact points, on the average number of neighbouring grains sides. and on the ratio betvveen the number of grain sides and the average grain size vvere determined. Author's Abstract UDK: 519.21:539.219.3:669.268 ASM/SLA: N1b. U4j, L15, Cr Chrome-plating — Diffusion — Mathematical solutions B Risteski Application of error functlon in diffusion chrome-plating Železarski zbornik 25 (1991) 1, P 25-28 The paper proves the analytical equations for determining the surface concentrations in diffusion chrome-plating as functions of time. Also partial diffusion coefficients vvere determined Calculation vvas done by using error function Author's Abstract / UDK: 536 241 669 046:621.78 012.5:681 3.06 ASM/SLA P11k, J2g, D6, U4g, U4k Ten/ioBan TexHMKa — IlepeHoc TennoTbi — MeToa KOHueebix 3/ieMeHT0B — Ann/iMKauMfl Ha nepcoHa/ibHbix BbiMMC/iMTe/iax M Bolčina PeujeHHe CTauMOHapHoro h HecTaunoHapHoro T6MnepaTypHoro norm no »ie-TOfly KOHueabix ajieaieHTOB Ha nnLC BWMMC/iHTejiax Železarski zbornik 25 (1991) 1. C 21-24 06pa6oTaHa hbmm 6bi/ia npo6/ieMMa nepeHoca Ten/ioTbi, HB/iHK)iuerocfl BC/ieflCTBMM aneKTpMMecKoro Tona. I~lpn stom K03(J>4>MuneHTw CMCTeMbi Moryr 6biTb b 4>yHKi4MM MecTa, BpeMeHM, TeMnepaTypbi n t. a. ripMMeHeH 6bi/i MeToa KOHLieBux sneMeHTOB — ranepKMHOB MeTOfl. yKa3aHHyto npo6/ieMaTMKy mw pe-ann30Ba^M Ha „riL|" BbNnc/inTe/ie c MHTepaKTHBHbiM rpa(J)HMecKHM npoMe>nyT-kom, a 0C06eHH0 paccMaipuBa/iM npo6/ieMMy ann/iMKauMM nepeHoca Ten/ioTbi b MHflyKUMOHHwx neMex. ABTope0. UDK: 620 193.55:539.56:669 788 ASM/SLA: R2, Q26s, EGm Koppo3MH — MeTa/uiyprnR — 0M3HKa Meia/i/iOB L. Vehovar MexaHH3MH b03a6hctbhr BOflOpOfla B M6TaJ1/iaX H BOflOpOflHafl JlOMKOCTb Železarski zbornik 25 (1991) 1, C 1—12 B cTaTbe paccMOTpeHbi pa3nnMHbie noBpeM/jeHMR, flB/iRK)innecfl Bc/ieacr-bmh B03flefiCTBMR a6cop6npaHHoro (bh/rpeHHoro) aioMapHoro Boaopofla 06pa6oTaHw pa3/iM4Hbie Teopnn, aHa/iM3MpyioLUMe 0CH0BHbie MexaHH3MM B03-/jeMCTBMR Boflopoaa B KpMCTa/lbHOM CeTM. Oco6eHHafl BaMHOCTb npnflaHa Teo-pMM „3ana^HM" n b/imrhmhd MH0neHHbix MeTa/i/iyprnMecKnx 4>aKTopoB Ha nonB/ie-HHe /iomkoctm Boaopozia, o6pa6oTaHt>i TpaHcnopTHbie MexaHM3Mn, n03B0/iH-Kjuane ABHMeHMe Bo/jopoaa b MeTa/ine. Tatone o6pa6oTaHbi cnoco6 opmobkm TpeujMH, mx nponarauMR m MHecKMe xapaKTepMCTHKM n0BepxH0CTeii M3/ioMa. ABTope<|). UDK 519.21 539.219.3:669.268 ASM/SLA: N1b, U4j, L15, Cr XpoMnpoBaHne — flM(t>0y3MH — MaieMaTMHecKHe peiueHMn I. B Risteski ripHM0HOHHO „»ppOp" 4>yHKUMH B flH4>y3HOM XpOMHpOB8HHH Železarski zbornik 25 (1991) 1, C 25—28 b xoae pa6oTu zioKa3aHbi 6wjim aHa/iMTMMecKMe ypaBHeHMR a/in onpe/je/ie-HMR KOHUeHTpaiJMM nOBepXHOCTM npH ,QH00nuneHTbJ. PaCMeT npOM3BeaeH C ROMOHbK) „3ppOp" 0yHKI4MM. ABTope0. UDK: 621.785.374 620 186.82 669.15-194 57 ASM/SLA: J23c, N5f, N3. M21c, AY, Si, 4-53 MeTa/i/iyprMR — cia/ib a/ia HeopMeHTMpoBaHHoro 3/ieKTpoTexHMMecKoro /lMCTa peKpncTannn3aunfl n pod 3epH, Tono/iornn peKpMCTa/inM3HpoBaHHt>ix 3epH f Vodopivec Tono/iorHR pocTa p6KpHCT8JinM3MpOB8HHbix aepH b CTariH c 1,8 % si, 0,3 % Al h 0.02 % c b T6MnepaTypHOM HHTepBa/ie ot 700° no 800 °c Železarski zbornik 25 (1991) 1, C 13—20 Tono/iornfl pocia peKpncTannn3npoBaHHwx 3epH b CTanM c 1,8 % Si, 0,3 % Al m 0,02 % C b TeMnepaTypHOM MHTepBane ot 700° ao 800 °C OnpeaeneHbi 6w/im M30TepMHMecKaR KMHeTMKa pocia 3epH. b/iMRHne npo-flo/iMme/ibHOCTM ot>KMra h TeMnepaTypbi Ha mhc/io ctopoh 3epH, Ha mmc/io tomk conpMKOCHOBeHMH 3 m/im 4 3epH, Ha cpeflHee mmcjio ctopoh coce/iHbix 3epH n Ha oTHoiiieHMe Me>nay hmc/iom ctopoh 3epHa m ero cpe^Hen BennMMHOM. ABTopeO. TEHNIČNA NAVODILA AVTORJEM Rokopis Rokopis dostavite v originalu odgovornemu uredniku ali enemu od članov uredništva. Pisan mora biti z dvojnim presledkom. Na levi strani je rob širine 4 cm. Na tem robu označite mesta, kjer naj bodo slike ali tabele. Članki naj bodo kratki in jedrnati in ne prenatrpani z nepotrebnimi podatki. Izogibajte se tabel z veliko številkami, ki bralca ne zanimajo, posebno če so isti podatki prikazani kot odvisnosti v diagramih. Razlage naj bodo jasne, kratke in v neposredni zvezi z doseženimi rezultati, brez širših hipotetičnih dodatkov. V primeru, da prvič objavljate v Železarskem zborniku, dostavite uredništvu naslednje podatke: ime in priimek z akademskim nazivom spredaj in poklicnim nazivom zadaj, katero delo opravljate, delovna organizacija, žiro račun in naslov stanovanja. Uredništvo si pridržuje pravico jezikovne korekcije, strokovne recenzije in presoje o ustreznosti objave. Prosimo, da glede rokopisa upoštevate še naslednja navodila: 1) Izvleček pod naslovom naj obsega 4 do 10 tipkanih vrst. Vsebina naj pove, kateri problem obravnava članek. 2) Povzetek za prevode v angleški, nemški in ruski jezik pošljite v 4 izvodih. Obsega naj pol do največ dve tipkani strani. Glede vsebine naj pove tujemu bralcu, kakšen je bil problem in kateri so glavni rezultati vašega dela. Specifične strokovne izraze, ki jih prevajalci morda ne poznajo, navedite spodaj v angleškem, nemškem in ruskem jeziku. Vsebuje naj tudi naslov članka. 3) Avtorski izvleček za kartice (4 izvodi) naj obsega: glavno geslo in eno ali več stranskih gesel (npr. Metalurgija — Orodna jekla — Preizkušanje materiala), avtorja in soavtorje, naslov članka in kratko vsebino članka (največ 15 tipkanih vrst) s poudarkom na rezultatih raziskave. 4) Podpisi k slikam v 2 izvodih na posebnih listih. Podpis naj bo formuliran tako, da bo v angleškem prevodu tudi tuj bralec razumel vsebino slike. 5) Literaturo, ki jo citirate v tekstu, označite z zaporednimi številkami, zgoraj za besedo, kjer označbo želite, npr.. . Smith3... Na koncu članka navedite nato vse bibliografske podatke: — Za knjige: začetnice imen in priimki avtorjev, naslov knjige, številka izdaje, založba, leto izdaje. — Za članke: začetnice imen in priimki avtorjev, naslov članka, neskrajšani naslov revije, letnik, številka, leto, strani (prva in zadnja). 6) Poglavlja in razne vrste tiska: Članek naj bo, kolikor je mogoče, razdeljen po naslednji shemi: uvod (nakazati problem, izhodišče in cilj raziskave in pregled literature), načini raziskovanja in materiali, rezultati raziskav, razlaga rezultatov in sklepi. Glavna poglavja in podpoglavja pišite po primeru: REZULTATI RAZISKAV 1. Preizkušanje jekla Ž 0147 (mastni tisk, tekst se prične v naslednji vrsti) a) Količina vključkov (mastni tisk, tekst se nadaljuje v isti vrsti). Zvezano podčrtane besede pomenijo mastni tisk, lahko pa uporabite še kurzivni tisk (prekinjeno podčrtane besede) in razprti tisk (tipkajte razprto). 7) Tabele pišite med tekstom ali jih priložite na koncu teksta. V drugem primeru napišite na levi rob, kjer je treba tabelo vstaviti. 8) Enote: Uporabljajte izključno enote po SI (System International d'Unites). 9) Enačbe in simbole napišite jasno in čitljivo, najbolje s prosto roko. V enačbah ne uporabljajte znakov za množenje ( x ali .). Izogibajte se zamotanih indeksov. Če ne morete jasno napisati grških črk, napišite pojasnilo na levi rob, npr. mala grška črka gama. Simbole v enačbah sproti tolmačite. Uporabljajte simbole, ki so v JUS standardih, če teh ni pa najbolj uveljavljene. Fotografije Metalografski in drugi posnetki morajo biti izdelani na belem papirju z visokim leskom in naj bodo jasni in kontrastni. Preslikane fotografije ali iz tiska preslikane fotografije niso dovoljene, razen v izjemnih primerih. Računajte, da bo širina fotografije v tisku največ 80 mm. Več fotografij, ki spadajo skupaj, nalepite na papir in jih označite kot eno sliko. V tem primeru je lahko širina slike tudi 165 mm. Izjemno imajo fotografije lahko tudi nestandardno širino. V tem primeru priložite fotografiji pojasnilo, kakšno velikost želite v tisku. Mikroskopska in makroskopska povečanja in pomanjšanja označite v podpisu k sliki (povečanje 100-krat), (pomanjšanja 1,5-krat), še bolje pa z vrisanjem ustrezne skale s črnim ali belim tušem na fotografiji. Diagrami in risane slike Diagrami in risane slike morajo biti narisane s tušem na paus papirju. Ne pošiljajte prefotografiranih ali kopiranih risb. Diagrami morajo imeti popoln okvir in mrežo (raster) v notranjosti okvira. Zaporedno številko slike napišite s svinčnikom na vogalu formata. Prosimo avtorje, da dosledno upoštevajo še naslendia navodila: 1. Širina: Diagrami morajo biti narisani na formatu A4. Širina diagrama naj bo 150 mm, plus ali minus 10 mm. Širina ni le okvir diagrama, temveč tudi številke in napis na ordinatni osi. V tisku so ti diagrami pomanjšani približno 2-krat, na širino enega stolpca. Odstopanja od teh širin narisanih in tiskanih diagramov bodo upoštevana le v primerih, ko morajo biti zaradi gostote podatkov, krivulj ali preglednosti tiskani v širini obeh stolpcev, to je okoli 160 mm. V teh primerih naj bo širina narisanega diagrama 300 mm, plus ali minus 20 mm. Pri drugih risanih slikah (izdelki, preseki, naprave, sheme, načrti in podobno) je lahko skupna narisana širina manjša od 150 mm. Pri tem upoštevajte estetski videz pomanjšane tiskane slike med tekstom in tudi, da bo slika v vsakem primeru v tisku pomanjšana 2-krat; uporabljajte torej enake velikosti črk in debeline črt kot pri diagramih. 2. Črte: V vseh diagramih in drugih risanih slikah uporabite izključno naslednje debeline črt: — Okviri diagramov (koordinatne osi) 0,4 mm — Mreža v diagramih 0,2 mm — Krivulje v diagramih 0,6 mm — Osnovne črte v risbah 0,2 mm — Prerezi (obrisi) v risbah 0,4 mm — Šrafure 0,2 mm V tisku bodo te črte polovico tanjše. 3. Črke in številke: Uporabljajte pokončne črke in številke velikosti 4 mm, risane s šablono in peresom, ki ustreza tej velikosti. Izjema so le indeksi, ki naj bodo veliki 3 mm. V tisku bo velikost črk in številk okoli 2 mm, indeksov pa 1,5 mm. 4. Opis koordinat: Na abscisi in ordinati mora biti neskraj-šan opis s simbolom in enoto, npr.: Natezna trdnost aM v N/ mm2; Stopnja deformacije e v %; Količina mase Mn v %; ne pa le aM N/mm2; e %; % Mn. 5. Oznake točk in krivulj: Legende za različne vrste točk in krivulj morajo biti v sliki. Legende za simbole in druge črkovne oznake so lahko tudi v podpisih k slikam. Izvleček Za hitro orientacijo po dokončanju članka navajamo na kratko, kaj je potrebno poslati uredništvu Železarskega zbornika: 1. Rokopis v enem izvodu (drugega hranite za pregled krta-čnega odtisa) z izvlečkom pod naslovom, oznakami za slike na levem robu in podatki o avtorjih. 2. Povzetek za prevode v 4 izvodih. 3. Avtorski izvleček za kartice v 4 izvodih. 4. Podpisi k slikam v 2 izvodih. 5. Oštevilčene fotografije, diagrami in druge slike.