YU ISSN 0372-8633 ZELEZARSKI ZBORNI K VSEBINA Todorovic Gojko, J. Lamut, B. Do- Stran b o v i š e k — Metalurški inštitut Ljubljana J. Zapušek. B. Sedlar — Železarna Štore NAOGLJlCENJE ŽELEZA MED REDUKCIJO IN TALJENJEM PLAVŽNEGA VSIPA 1 Arh Jože — Železarna Jesenice Vasilij Prešern — Metalurški inštitut Ljubljana DOSEŽKI ŽELEZARNE JESENICE NA PODROČJU SEKUNDARNE OBDELAVE JEKLA 7 Vodopivec Franc — Metalurški inštitut Ljubljana M. Gabrovšek — Železarna Jesenice MEJA PLASTIČNOSTI KONSTRUKCIJSKIH JEKEL, FIZIKALNO METALURŠKE OSNOVE 19 Vodopivec Franc — Metalurški inštitut Ljubljana F. Marinšek, Železarna Jesenice F. Grešovnik, Železarna Ravne REKRISTALIZACIJA IN RAST ZRN PRI ŽAR-JENJU HLADNO VALJANEGA JEKLA Z 0,03 % C, 1,8 % Si, 0,3 % Mn in 0,3 % Al 29 Kaker Henrik — Železarna Ravne MIKROANALIZA FAZ V ZLITINI NIMONIC 80 A S KOMBINACIJO REM-EDS 39 Tehnične novice Ažman Alojz, D. Si koše k, A. Stebla j, J. Triplat, J. Arh — Železarna Jesenice NOVI KONSTRUKCIJSKI MIKROLEGIRANI JEKLI NIOMOL 390 IN NIOMOL 490 45 Leskovšek Vojteh — Metalurški inštitut Ljubljana PREDSTAVITEV ENOKOMORNE VAKUUMSKE PECI IPSEN VTC 324-R S HOMOGENIM PLINSKIM HLAJENJEM POD VISOKIM TLAKOM 53 Arh Jože — Železarna Jesenice DRUGA EVROPSKA KONFERENCA O ELEK- TRO JEKLARSTVU 59 LETO 21 ŠT. 1 - 1987 ŽEZB BQ 21 (1) 1—64 (1987) IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT 11229280 ŽELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LETO 21 LJUBLJANA MAREC 1987 Vsebina Stran G. Todorovič, J. Lamut, B. Dobovišek, J. Zapušek, B. Sedlar Naogličenje železa med redukcijo in taljenjem plavžne-ga vsipa l UDK: 669.162.25:669.046.562.2 ASM/SLA: Dlb, Dlln, C, 10-52 J. Arh. V. Prešern Dosežki Železarne Jesenice na področju sekundarne obdelave jekla 7 UDK: 669.187.26 ASM/SLA: D8n, D8p, D7a, D9s, 10-52 F. Vodopivec, M. Gabrov-šek Meja plastičnosti konstrukcijskih jekel, fizikalno metalurške osnove 19 UDK: 669.14.018.292:539.4.011. 23:539.4.015.1:621.785.85 ASM/SLA: Q23b, Q21b, AYb, 10-51 F. Vodopivec, F. Marinšek, F. Grešovnik Rekristalizacija in rast zrn pri žarjenju hladno valjanega jekla z 0,03 % C, 1,8 % Si, 0,3 % Mu in 0,3 % Al 29 UDK: 669.0185:621.785.374:621. 785.375 ASM/SLA: J230, N2, N5h, N3m, AYb, 4-53 H. Kaker Mikroanalize faz v zlitini Nimonic 80A s kombinacijo REM-EDS 39 UDK: 620.187:621.385.833.28 ASM/SLA: M21c, Nib Tehnične novice 45 Inhalt Seite G. Todorovič, J. Lamut, B. Dobovišek, J. Zapušek, B. Sedlar Aufkohlung von Eisen wa-hrend der Reduktion und dem Schmelzen von Hoch-ofenmoller UDK: 669.162.25:669.046.562.2 ASM/SLA: Dlb, Dlln, C, 10-52 J. Arh, V. Prešern Errungenschaften des Hiit-tenwerkes Jesenice auf dem Gebiet der Sekundabehand-lung von Stahl 7 UDK: 669.187.26 ASM/SLA: D8n, D8p, D7a, D9s, 10-52 F. Vodopivec, M. Gabrov-šek Streckgrenze bei den Kon-struktionsstahlen, phvsika-lisch metalurgische Grund-lagen 19 UDK: 669.14.018.292:539.4.011. 23:539.4.015.1:621.785.85 ASM/SLA: Q23b, Q21b, AYb, 10-51 F. Vodopivec, F. Marinšek, F. Grešovnik Rekristallisation und Korn-vvachstum beim Gliihen von kaltgevvalztem Stahl mit 0,03% C, 1,8 % Si, 0,3% Mn und 0,3 % Al 29 UDK: 669.0185:621.785.374:621. 785.375 ASM/SLA: J230, N2, N5h, N3m, AYb, 4-53 H. Kaker Phasenmikroanalyse der Le-gierung Nimonic 80 A durch die Kombination REM-EDS 39 UDK: 620.187:621.385.833.28 ASM/SLA: M21c, Nib Technische Nachrichten 45 Contents Page G. Todorovič, J. Lamut, B. Dobovišek, J. Zapušek, B. Sedlar Carburization of iron during the reduction and smelting of the blast-furnace burden 1 UDK: 669.162.25:669.046.562.2 ASM/SLA: Dlb, Dlln, C, 10-52 J. Arh, V. Prešern Achievements of Jesenice iromvorks in the secondary treatment of steel 7 UDK: 669.187.26 ASM/SLA: D8n, D8p, D7a, D9s, 10-52 F. Vodopivec, M. Gabrov-šek Yield strength of structural steel — physico-metalIurgi-cal fundamentals 19 UDK: 669.14.018.292:539.4.011. 23:539.4.015.1:621.785.85 ASM/SLA: Q23b, Q21b, AYb, 10-51 F. Vodopivec, F. Marinšek, F. Grešovnik Recrystalization and grain grovvth in annealing cold rol-led steel with 0.03% C, 1.8% Si, 0.3% Mn., and 0.3 % Al 29 UDK: 669.0185:621.785.374:621. 785.375 ASM/SLA: J230, N2, N5h, N3m, AYb, 4-53 H. Kaker Phase microanalysis of the Nimonic 80 A alloys by the REM-EDS combination 39 UDK: 620.187:621.385.833.28 AS M/SLA: M21c, Nib Technical News 45 Co;iep-/KaHMe CTpaHHua G. Todorovič, J. Lamut, B. Dobovišek, J. Zapušek, B. Sedlar HayrjiepowiiBaHHe >Kejie:ia bo Bpevm BoccraiioBjieiiiiu n pacniiaB.ieHHH iimxra io-MeiiHon neni. 1 UDK: 669.162.25:669.046.562.2 ASM/SLA: Dlb, Dlln, C, 10-52 J. Arh, V. Prešern /loCTIliKeHllfl MCia.l.lVpiM-MecKoro laBo ja vKe.iciap-Ha Ecemmc b oo.iaern bto-piiHHoii o6pa6oTKH CTa.ni. 7 UDK: 669.187.26 ASM/SLA: D8n, D8p, D7a, D9s, 10-52 F. Vodopivec, M. Gabro-všek Ilpeae-i njiactiihhocth koh-CTpyKiiiioHHbix CTa.ieii, u-3iiKo-MeTajiJiypriiHecKne ocHOBamin. 19 UDK: 669.14.018.292:539. 4.011.23:539.4.015.1: 621.785.85 ASM/SLA: Q23b, Q21b, AYb, 10—51 F. Vodopivec, F. Marinšek, F. Grešovnik PeKpitcTajijimamifl h pocr 3epeH npii oi>Kiiie xo.io.i-Hoii npoKaTKii cTa.m c 0,03% C, 1,8% Si, 0,3% Mn h 0,3 % Al. 29 UDK :669.0185:621.785. 374:621.785.375 ASM/SLA: J230, N2, N5h, N3m, AYb, 4-53 H. Kaker MuKpoaHajiH3 (|ia i b cnjia-be Nimonic 80 A b kom6h-Haumi c REM-EDS. 39 UDK: 620.187:621.385,833.28 ASM/SLA: M21c, Nib TexHimecKiie hoboctii 45 fmojo ObSPiSii j" I" . ■:■ j. ^L K r v ŽELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LET0 21 LJUBLJANA MAREC 1987 Naogljičenje železa med redukcijo in taljenjem piavžnega vsipa UDK: 669.162.263.25:669.046.562.2 ASM/SLA: Dlb, Dlln, C, 10-52 G. Todorovič, J. Lamut, B. Dobovišek, J. Kramer, J. Zapušek, B. Sedlar Naogljičenje železa med redukcijo postaja za plavžarje vse bolj pomembno, ker predelovalci grodlja, posebej pa sivega specialnega, zahtevajo čim večjo vsebnost ogljika v njem. Vsebnosti ogljika in silicija v grodlju lahko kažeta toplotno stanje talilnika plavža. V tem članku bomo obdelali potek naogljičenja grodlja v plavžih in v elektroreduk-cijskih pečeh ter vpliv posameznih dejavnikov na vsebnost ogljika v grodlju. 1.0 UVOD V štorskem elektroplavžu se proizvaja sivi grodelj s kislo žlindro, bazičnosti Ca0/Si02 = 0,8 — 0,9, zato ga je potrebno razžveplati po prebodu. Razžveplanje grodlja z različnimi razžveplevalci različno vpliva na končno vsebnost teh elementov v grodlju. Zato smo pri industrijskih poskusih zasledovali vsebnosti posameznih elementov v grodlju pred razžveplanjem in po njem. Na naogljičenje železa med redukcijo vplivajo v glavnem silicij, žveplo, mangan in fosfor ter drugi dejavniki, kot so: bazičnost žlindre, temperatura v plavžu, sestava vsipa in plinske zmesi. Pri redukciji železovih oksidov s CO nastaja poleg železovega oksida nižje oksidacijske stopnje ali železa plina CO: še razkrojni ogljik. Razkrojni ogljik in ogljik iz koksa opravljata redukcijo železovih in drugih oksidov ter naogljičujeta že reducirano železo. Naogljičenje poteka zaradi intersticijskega raztapljanja ogljika v železu. Ko se kovinska faza nasiti z ogljikom, se ogljik pojavi v obliki nove faze Fe3C ali pa se pojavi kot grafit. Zaradi tega nastajata v sistemu Fe — C dva tipa ravnotežja, in sicer metastabilni in stabilni sistem. V prisotnosti grafita se železo naogljiči in končno nasiti z ogljikom. Pri tem nastane trdna raztopina ogljika v y — Fe. Koncentracija ogljika v železo narašča z naraščajočo koncentracijo CO v plinski fazi. Podobni pogoji kot za Y — Fe veljajo tudi za a — Fe, vendar s to razliko, da topi y — Fe veliko več ogljika kakor a — Fe. 2.0 NAOGLJIČENJE GRODLJA V SODOBNIH POGOJIH OBRATOVANJA PLAVŽEV V zadnjih letih seje na velikih plavžih, ki obratujejo z dobro pripravljenim vsipom, visokim pritiskom na žrelu plavža, visoko predgretim kombiniranim vpihova-njem zraka, kisika in ogljikovodikov, občutno povečala vsebnost ogljika v grodlju. Potrebno je bilo ugotoviti, če je vsebnost ogljika v grodlju odvisna samo od temperature in vsebnosti nekaterih elementov, ali pa še od drugih dejavnikov, kot so: pritisk plina, vsebnosti ogljikovodikov v plinu in drugih. Za izračun vsebnosti ogljika v grodlju se je uporabljala enačba A. D. Gotliba, ki je dobljena s statistično metodo: ICI =4,60-0,271 Si I —0,321 Pl + + 0,03 I Mnl - 0,0321 SI, (1) kjer pomenijo: (C), (Si), (P), (Mn), (S) vsebnosti teh elementov v grodlju v ut. %. Literatura navaja tudi formulo I. S. Kulikova, ki upošteva poleg vsebnosti silicija, fosforja, mangana in žvepla še temperaturo grodlja: ICI =1,31 +0,0026-Tg-0,341 Si I -— 0,33 I PI + 0,0031 Mn I — 0,381SI, (2) kjer je Tg — temperatura grodlja v °C. Vsebnosti ogljika v grodlju, ki so izračunane po formulah A. D. Gotliba in I. S. Kulikova, se razlikujejo od vsebnosti ogljika v grodlju, dobljenih iz kemičnih analiz. Razlike obstajajo zaradi tega, ker avtorja' nista upoštevala v svojih formulah sodobnih pogojev obratovanja plavžev. Naogljičenje grodlja poteka v treh stadijih, in sicer po celotni višini plavža. V prvem stadiju prehaja ogljik v železo v področju indirektne redukcije. Reducirano železo reagira s koksom in plinsko fazo. Na površini reduciranih kosov rude se odlaga ogljik, ki nastane po reakciji: 2C0 = C02 + C (3) Ogljik reagira z železom po naslednji enačbi: C + 3Fe= Fe3C (4) V odvisnosti od časa in hitrosti poteka reakcije (3) se povečuje količina razkrojnega ogljika, ki se odlaga na površini reduciranega železa. S pogrezanjem vsipa se zmanjšuje njegova količina v coni visokih temperatur. Ogljik hitro difundira v železo, tvori raztopine in cementit, pri čemer hitrost difuzije močno narašča s temperaturo. V. L. Pokviškin je ugotovil, da povečanje pritiska na žrelu peči povečuje količino razkrojnega ogljika in pomaga, da reakcija (3) poteka v desno. To vpliva na razo-gljičenje kovinskega železa v vsipu plavža. S. J. Jarošev-ski pa je ugotovil, da se povečuje količina ogljika v grodlju pri vpihovanju naravnega plina v plavž. Čeprav vpihovanje naravnega plina in drugih ogljikovodikov v zraku, obogatenem s kisikom, zmanjšuje hitrost redukcije železa v zgornjem delu plavža. G. I. Čufarov in A. N. Kulikov ugotavljata, da reducirano železo deluje kot katalizator reakcije (3), zato kombinirajo vpihovanje naravnega plina in kisika v zrak, da bi upočasnili začetek te reakcije po višini plavža, kar povečuje absolutni čas njenega delovanja. L. I. Slepušava pa ugotavlja, da obstaja povezava med vsebnostjo ogljika v grodlju in reduktivnostjo vsipa. Pri taljenju lahko redu-ktivnih sintrov je vsebnost ogljika v grodlju bistveno večja v primerjavi s težko reduktivnim. Analiza materiala iz vsipa »zamrznjenih« japonskih peči je pokazala, da je vsebnost ogljika v železu v spodnjem delu vsipa plavža znašala 2 %. V drugem stadiju poteka naogljičenje železa v coni kapljanja. Grodelj prihaja v to cono naogljičen do 2 %. Kaplje grodlja tečejo po žareči koksni plasti, tako da prihaja do reakcije med ogljikom iz koksa in plinske faze, ki je verjetno še sposobna, da naogljiči železo. V nivoju pihalic se ogljik delno raztaplja v kapljicah grodlja, delno pa zgori. V tem stadiju je malo raziskanega, kar je povezano s tehnološkimi težavami modeliranja in eksperimentalnega raziskovanja nižjih con plavža. Po japonskih podatkih, ki so dobljeni iz »zamrznjenih« obratovalnih peči, prehaja polovica ogljika v grodelj v drugem stadiju. Gordelj vsebuje od 4,0 do 4,3 % C, kar je nekoliko manj od vsebnosti, ki jo ima grodelj pri izpustu. Tretji stadij naogljičenja poteka v talilniku plavža, tako da se kaplje grodlja premešavajo z že zbranim grodljem, ki je v kontaktu s potopljenim koksom. Kontakt s plinsko fazo preneha takrat, ko je talina prekrita z žlindro. Temperatura grodlja znaša približno 1550°C. V času od enega do drugega preboda se poveča vsebnost ogljika v grodlju od 0,1 do 0,5 % C. Pri sodobnih plavžih poteka naogljičenje grodlja po celotni višini plavža. Pri plavžih, ki delajo s slabo pripravljenim vsipom, brez vpihovanja ogljikovodikov, z nizkim pritiskom plina na žrelu plavža in majhnim številom prebodov na 24 ur, naogljičenje grodlja v glavnem poteka v talilniku plavža. Pri raziskovanju vpliva bazičnosti vsipa na vsebnost ogljika v grodlju je ugotovljeno, da se pojavljata kot katalizatorja reakcije (3) reducirano železo in CaO, pri čemer aktivnost enega spodbuja aktivnost drugega. Pri tem se izloča razkrojni ogljik blizu delcev reduciranega železa v prvem stadiju naogljičenja, ki kasneje prehaja v grodelj. Razkrojni ogljik se izloča tudi na površini CaO, ne prehaja v grodelj, vendar sodeluje pri nastai. ku žlindre in opravlja direktno redukcijo njenih komponent. Obstaja realna možnost, da kosovnost in poroznost vsipnih komponent vplivata na naogljičenje grodlja. Na osnovi eksperimentalnih rezultatov je J. S. Insfin s sodelavci postavil formulo za določevanje vsebnosti ogljika v grodlju in temperature grodlja: ICI =8,73 + 0,288 —^-- CO + Hi cn - 0,00182(——-—)2 - 0,244I Si I + CO + H2 - 0,00143 Tg +0,278 Pco (5) % CO — preračunan na zmes (CO + H2) v žrelnem plinu % Si — vsebnost silicija v grodlju Pco — parcialni pritisk CO v žrelnem plinu Tg — temperatura grodlja v °C Tg= 1210 + 23,371 Si I + 16,99 C + + 28,74 Bž +212,1-Pco (6) Bž — bazičnost žlindre Ca0/Si02 Rezultati raziskav so pokazali, da vsebnost ogljika in silicija v grodlju lahko uporabljamo kot merilo za toplotno stanje plavža2. Pri obratovanju sodobnih plavžev je vsebnost ogljika v grodlju odvisna ne samo od temperature in vsebnosti nekaterih elementov v njem, temveč precej tudi od sestave vsipa ter pritiska in kemične sestave plina. 3.0 EKSPERIMENTALNI REZULTATI Naogljičenje smo zasledovali na štorskem elektro-plavžu pri proizvodnji sivega specialnega grodlja za no-dularno litino. Sestava vsipa je prikazana v tabeli I. O vplivu žvepla na naogljičenje železa med redukcijo so bili izvršeni poskusi' na plavžu v Sisku leta 1954. Uporabljali so metalurški koks s povečano vsebnostjo žvepla, kar je vplivalo na povečanje njegove vsebnosti v grodlju in zmanjšanje vsebnosti ogljika. Karakteristično je za te poskuse, da je dobljen sorazmerno nizek odstotek ogljika v grodlju pri sicer normalnih količinah silicija, mangana in žvepla. Če naraste vsebnost žvepla bolj, kot so njegove normalne vrednosti v grodlju, potem pade vsebnost ogljika še močneje. To pomeni, da med žveplom in ogljikom obstaja medsebojen fizikalno-kemični odnos v tem smislu, da žveplo znižuje topnost ogljika v železu in povečuje topnost žvepla v grodlju ter s tem pospešuje proces razžveplanja. S tem se potrjuje že znano dejstvo, da je razžveplanje grodlja bistveno boljše v reduktivni kot v oksidativni atmosferi. Železo, ki je vezano na žveplo, se ne more naogljičiti. Zato začne potekati naogljičenje za del železa, ki je vezano na žveplo, šele ko železo razžveplamo. Tabela 1: Sestava vsipa za proizvodnjo grodlja za nodu-larno litino v elektroplavžu Komponente vsipa v kg štev. Sinter Hema-tit Žlindra Koks 10—20 Koks 20-40 Boksit Apnenec 1 1250 1150 190 450 270 30 240 2 1300 1100 190 450 250 30 240 3 1300 1100 190 450 250 30 240 4 1300 1100 190 460 250 30 240 5 1300 1100 190 470 250 30 240 6 1300 1100 190 470 250 30 240 7 1300 1100 190 470 250 30 240 8 1300 1100 190 470 250 30 240 9 1300 1100 190 470 250 30 240 10 1300 1100 190 470 250 30 240 Pri poskusih4 na štorskem elektroplavžu smo dobili podobne odvisnosti med ogljikom in žveplom pred razžveplanjem in po njem (si. 1 in 2). Krivulji na slikah kažeta, da topnost ogljika v grodlju z naraščajočo vsebnostjo žvepla močno pada. To pomeni, če uporabljamo metalurški koks s povečano vsebnostjo žvepla, ga bomo dobili več v grodlju oziroma manj se bo železo naogljičilo. Zato je predvsem važno, da določimo zgornjo mejo vsebnosti žvepla v grodlju, da bi dobili ustrezni odstotek ogljika v njem. To lahko dosežemo z ustrezno bazičnostjo žlindre in temperaturo v talilniku plav- ža. 4,20r 4,10 > ^ o L_ O) > 3.90 CT> O 3.80 O c t 3.70 > Pred razzve planjem 0 \ 0 O > 0 o 1 0.050 0.080 0.110 0,140 0,170 0,200 0,230 Vsebnost žvepla v grodlju v 7. SI. 1 Vpliv žvepla na vsebnost ogljika v grodlju pred razžveplanjem Fig. I Influence of sulphur on the carbon content in pig iron before the desulphurization 4.20 4.10 4.00 3.90 3.80 3.70 3.60 o Po rc zžveplc inju \ o \ \ C C o 0 o o 0,005 0,009 0.013 0.017 Vsebnost žvepla SI. 2 0,021 0,025 i grodlju v %> 0.029 0,033 Vpliv žvepla na vsebnost ogljika v grodlju po razžveplanju grodlja z Na2CC>3 Fig. 2 Influence of sulphur on the carbon content in pig iron after the desulphurization of pig iron vvith NajCOj Tabela 2: Kemična analiza grodlja, izdelanega v elektroplavžu pred razžveplanjem Poraba štev. Kemična analiza v ut. % C Si Mn P S 1 4,04 1,21 0,072 0,038 0,119 2 4,15 1,68 0,08 0,040 0,077 3 4,15 1,17 0,07 0,038 0,088 4 3,83 0,61 0,04 0,037 0,181 5 3,74 0,59 0,038 0,037 0,213 6 3,79 0,73 0,05 0,041 0,230 1 3,93 1,06 0,05 0,039 0,179 8 3,98 0,92 0,045 0,040 0,171 9 4,03 0,86 0,04 0,042 0,175 10 3,80 0,61 0,055 0,038 0,200 Tabela 3: Kemična analiza grodlja po razžveplanju z Na.COj Proba Kemijska analiza v ut. % Teža v t Teža v kg stev. C Si Mn S P Ti Grodelj Žlindra Soda 1 3,76 0,78 0,07 0,007 0,032 0,012 14,0 5,0 150 2 4,19 1,25 0,07 0,009 0,036 0,035 15,0 7,0 150 3 4,19 0,96 0,07 0,014 0,036 0,021 16,0 6,0 150 4 4,07 0,14 0,07 0,014 0,038 0,001 16,0 7,0 150 5 3,65 0,18 0,07 0,031 0,032 0,001 15,0 6,0 150 6 3,99 0,34 0,07 0,021 0,038 0,001 16,0 7,0 150 7 3,99 0,40 0,07 0,008 0,038 0,004 14,0 4,0 150 8 3,66 0,62 0,07 0,022 0,036 0,009 15,0 6,0 150 9 3,91 0,52 0,07 0,017 0,038 0,003 17,0 7,0 150 10 3,74 0,21 0,07 0,016 0,037 0,001 14,0 7,0 150 Nekateri avtorji5-6 trdijo, da žveplo zniža tudi vsebnost silicija v grodlju. Zato žveplo močneje vpliva na naogljičenje železa kot silicij. Po dosedanjih znanih podatkih je ugotovljeno, da aktivnost silicija in ogljika z naraščajočo vsebnostjo žvepla raste, kar pomeni, da višja vsebnost žvepla vpliva tako, da vsebnost ogljika in silicija v grodlju pada. Kemični analizi grodlja pred razžveplanjem in po njem sta prikazani v tabelah 2 in 3. Na sliki 3 je prikazana odvisnost med silicijem in ogljikom, ki smo jo izračunali po formulah (1) in (2) za različne temperature grodlja. V diagram so vnesene tudi vsebnosti ogljika v grodlju, ki ga proizvajajo v novoli-pičkih plavžih. Zaradi primerjave rezultatov smo vrisali tudi vsebnosti ogljika, ki smo jih dobili pri proizvodnji sivega specialnega grodlja pred razžveplanjem in po njem. Sivi grodelj vsebuje več silicija in žvepla (pred razžveplanjem) kot jeklarski, tako je tudi pričakovati nižje vsebnosti ogljika v njem. Vsebnost ogljika v grodlju je odvisna tudi od re-duktivnosti sintra in rude ter temperature v plavžu. To pomeni, čim lažje reduktivni sta ruda in sinter, tem prej se pojavlja kovinsko železo v plavžu, tako da ostane več časa za njegovo naogljičenje. Visoka temperatura v talilniku plavža pospešuje naogljičenje grodlja. 4.0 SKLEPI Naogljičenje železa poteka že v jašku plavža pri pojavu kovinskega železa. Proces se nadaljuje v spodnjem delu plavža, ko kaplje grodlja tečejo po žareči plasti koksa in na ta način opravljajo naogljičenje. Naogljičenje se končuje v talilniku plavža, tako da se kaplje grodlja premešavajo z že zbranim grodljem, ki je v kontaktu 1 izračun po formuli 3 2,2,h izračun po formuli U o-7.C in Si pred razžvepl. . in Si po razžveplanju in Si podatki J.S Jusufin 0,5 1,0 1.5 2,0 2,5 3,0 Vsebnost Si v grodjju v */. SI. 3 Vpliv silicija in temperature na vsebnost ogljika v grodlju. Fig. 3 Influence of silicon, and of temperature on the carbon content in pig iron s potopljenim koksom. Pri taljenju lahko reduktivnih sintrov in rud je vsebnost ogljika v grodlju bistveno več- ja v primerjavi s težko reduktivnim. Vsebnost ogljika v grodlju zvišujejo mangan, krom, titan, vanadij, znižujejo pa žveplo, silicij in fosfor. Zaradi tega je livarski gro-delj manj naogljičen kot jeklarski, ker vsebuje večji odstotek silicija in manjši odstotek mangana. Posebno je važno poudariti, da grodelj, ki ga proizvajajo s kislo plavžno žlindro, vsebuje večji odstotek žvepla, zato je tudi njegova vsebnost v grodlju manjša. Če se poveča vsebnost žvepla bolj, kot so njegove normalne vsebnosti v grodlju, pade vsebnost ogljika še močneje. Žveplo znižuje topnost ogljika v železu, ogljik povečuje aktivnost žvepla ter s tem pospešuje proces razžveplanja. Zato je predvsem važno, da se določi zgornja meja vsebnosti žvepla v grodlju, da bi dobili ustrezni odstotek ogljika v njem. To lahko dosežemo z ustrezno bazičnostjo žlindre in temperaturo v talilniku plavža. Literatura 1. J. S. Jusfin, M. A. Alter, P. P. Mišin, G. I. Urbanovič, T. V. Miškina, V. A. Šatlov: Metalurg, 1982, No. 11, str. 10-12 2. J. S. Jusfin, V. R. Grebenikov, V. V. Danšin, N. N. Martinov: Stal, 1983, No. 4, str. 10-12 3. B. Dobovišek: Študij naogljičenja in nažveplanja med redukcijo železovih rud. Poročilo Katedre za železarstvo, oddelka za Montanistiko FNT Ljubljana, 1963 4. Gl. Todorovič, J. Lamut, B. Dobovišek, J. Kramer, J. Zapu-šek, B. Sedlar, A. Valant: Naogljičenje grodlja med redukcijo, Poročilo Metalurškega inštituta Ljubljana, 1985 5. J. V. Fedulov, L. A. Avdenko, L. M. Moiseeva: Metalurgija čuguna, 1979, No. 9, str. 28-31 6. V. B. Saškov, I. A. Pikulev, V. N. Kiselev: Metali, 1979, No. 2, str. 79-102 ZUSAMMENFASSUNG Die Aufkohlung von Roheisen ist sehr wichtig fiir die Hochofenleute und die Verbraucher, von denen ein bestimm-ter Kohlenstoffgehalt verlangt wird. Deshalb ist es notig alle Faktoren die die Aufkohlung von Roheisen, beeinflussen fest-zustellen. Das reduzierte Eisen wird von Kohlenstoff aus Koks und dem Zerfallkohlenstoff aufgekohlt. Die Aufkohlung er-folgt durch die interstitische Auflosung von Kohlenstoff im Eisen. Es besteht eine Verbindung zvvischen dem Kohlenstoffgehalt im Roheisen und der Reduktionsfahigkeit von Moller. Beim Schmelzen von leicht reduzierbaren Eisenerzen und Sin-tern ist der Kohlenstoffgehalt im Roheisen wesentlich hoher als bei den schvver reduzierbaren Eržen. Die Aufkohlung von Eisen erfolgt schon im Hochofenschacht bei der Erschei-nung von metallischem Eisen und endet im Nest wobei sich das Roheisen und die Schlacke mit dem getauchten Koks eng vermischen. Beim betreiben der modernen Hochofen ist der Kohlenstoffgehalt im Roheisen nicht nur von der Temperatur und dem Gehalt anderer Elemente abhangig sondern im gros-sen Ausmass auch von der Zusammensetzung der Gassphase, der Zusammensetzung und der Reduktionsfahigkeit von Mol- ler und der Porositat von Eržen. Den Kohlenstoffgehalt im Roheisen erhohen Mangan, Chrom, Titan und Vanadin; Schvvefel, Silizium und Phosfor erniedrigen den Kohlenstoffgehalt. Deshalb ist die Aufkohlung von grauem Roheisen fiir den Kugelgraphitgusseisen schlechter als beim Stahlroheisen. Die Untersuchungen zeigten, dass die Aufkohlung von Roheisen beim vvachsendem Schwefelgehalt stark reduziert wird. Deshalb ist es vor allem wichtig die obere Grenze vom Schwe-felgehalt zu bestimmen um einen entsprechenden Kohlenstoffgehalt zu gewahrleisten. Das kann durch die entsprechende Schlackenbasizitat und die Temperatur im Hochofen erreicht werden. Nach den bis jetzt bekannten Daten wachst die Akti-vitat von Silizium und Kohlenstoff mit dem wachsenden Schvvefelgehalt, das bedeutet, dass beim hohen Schvvefelgehalt der Silizium und Kohlenstoffgehalt im Roheisen fallen. Silizium und Kohlenstoffgehalt im Roheisen konnen als ein Maas fiir den Warmezustand im Hochofen dienen. Eine hohe Temperatur im Hochofen beschleunigt die Aufkohlung von Roheisen. SUMMARY Carburization of pig iron is very important for smelters, and for the working characteristics of steel in which certain carbon contents are demanded. Therefore it is necessary to find ali the parameters influencing the carburization of pig iron. Coke carbon and gas carbon carburize the already reduced iron. Carburization is the consequence of the intersti-tial solution of carbon in iron. There is a relationship between the carbon content in pig iron and the reducibility of the burden. In smelting easily reducible ores and sinters the carbon content in the pig iron is essentially greater than that with heavily reducible burdens. Carburization of iron takes plače already in the furnace stack when metallic iron appears, and it is completed in the hearth where pig iron and slag are mixed with plunged coke. In operation of modern blast furnaces, the carbon content in pig iron depends not only on the temperature and the content of other elements in the iron but to a great extent also on the composition of the gas phase, the composition and the reducibility of burden, and the porosity of ore constituents. Carbon content in pig iron is increased by manganese, chromium, titanium, vanadium, and it is reduced by sulphur, silicon, and phosphorus. Therefore the carburization of special grey pig iron for the spheroidal čast iron is lower than that of steel-making pig iron. The inves-tigations showed that the carburization of pig iron is highly reduced by the increased sulphur content in it. Thus it is very important to fix the upper limit of the sulphur content in the pig iron to achieve a suitable carbon amount. This can be done by a choosing a suitable basicity of slag, and the temperature in the hearth. According to the known data it was found that activities of silicon and carbon increase with the increased carbon content. This means that higher sulphur content causes the reduction of carbon and silicon contents. Silicon and carbon contents in pig iron can be the measure for the thermal state of the blast furnace. High temperature in the hearth accelerates the carburization of pig iron. 3AKHIOHEHHE Haymepo>KHBaHHe nyryHa HMeeT 6ojibmoe 3HaneHHe aiia flOMemiiHKOB h mi« jtjiu, K0T0pbie 3ahhmaiotch nepepa6oT-koh iyryHa h Tpe6yioT onpejteJieHHoe coxtep>KaHne yr.nepo.aa. n03T0.\iy neo6xo;ui\io onpeuejiHTb Bce očcrOHieJibCTBa, ko-Topbie BJiHsitoT Ha Hayrjiepo>KHBaHHe nyryHa. yrjiepoa H3 ko-Kca h ymepoa pa3Ji03KeHiia BbinojiHHioT Hayrjiepo>KHBaHHe y»e BoccTaHOBJieHHoro >Kejie3a. Haymepo>KHBaHHe BbinojiHs-eTCH BCJieiiCTBHH BHeupeHHH TBepaoro pacTBopa yrjiepo.ua b »e;ie3e. CymecTByeT CBH3b Me»ny coflepacaHHeM yrjiepo.na b iyryHe h BOCCTOHOBHTejibHOH cnoco6HOCTbK) iiiHXTbi. Ilpu nnaBKe pya h arjiOMepaTOB bmcokoh yccTaHaBJiHBaeMOCTH cojiepjKaHne yrjiepoaa cymecTBeHHO Bbiuie, neM npn T«>Kejio BoccTaHOBHre^bHOH uin\Te. Hayrjiepo>KHBaHHe /Ke.ieia bw-nojiHaeTca b iuaxTe aoMHbi npii noaBJieHHH MeTanjiHHecKoro >Kejie3a h okahmhbaetc« b rHe3fle, npH He\i nponcxonHT nepe-MeiiJHBaHHe MyryHa h mjiaica c noTonneHHbiM kokcom. ripn pa6oTe coBpeMeHHbix ^omh coztep)KaHHe yrjiepoaa b nyryHe 33BHCHT He TOJlbKO OT TeMnepaTypbI H OT COXtep>KamHX B HČM npyrHX 3Jie\ieHTOB, a b 6ojibtiio{i Mepe ot cocTaBa ra30Bofi (j)a3bl, COCTaBa ll BOCCTaHOBHTeJIbHOH Cn0C06H0CTH LUHXTbI H nopHCTOCTH pyaoo6pa3yK>mHX KOMnoHeHT. Conep>KaHHe yrjiepona b tyryHe yBejiHHHBaK)T MapraHeu, xpoM, THTaH h BaHaziHH, a yMeHbtuaK)T cepa, KpeMHHH h (J>oc-op. H3-3a 3Toro Hayrnepo>KHBaHHe ceporo cneuHajtbHoro nyryHa c uiapoBHjiHbiM rpa(J)HTOM cjia6ee, HeM nepeaejibHoro nyryHa. HccjteaoBaHna noKa3ajiH, hto Hayrjiepo>KHBaHHe ny-ryHa CHUbHO nanaeT c yBejiHHeHHeM b HeeM cepbi. ri03T0My rjiaBHbiM 06pa30M Hazto onpeuejiHTb BepxHHio rpaHHity co-aepacaHHH cepbi b Hyryne, HTo6bi no:iyMHTb cooTBeTCTBy-hdiiihh npoueHT ymepoaa. 3to mo»ho ,nocTHrHyTb c coot-BeTCTByK>ineft 0CH0BH0CTbK) uiJiaKa h TeMnepaTypbi b uiaxTe aoMHbi. Ha 0CH0BaHHH Tenepb H3BecTHbix aaHHbix onpenene-ho, HTO aKTHBHOCTb KpeMHHH H ymepO.Ha C nOBblllieHHeM co-nep»taHHH cepbi B03pacraeT. 3to 3HaHHT, hto yBejjHHeHHoe coiiep>KaHHe cepbi ;jefiCTByeT TaK, hto coaeprfcaHHe yrnepojta h KpeMHHH b HyryHe yMeHbuiaioTC«. CoaepjKaHHH kpemhhh h yrjrepona b nyryHe mojkho chh-tatb KaK MepHJio TenjioBoro coctohhhh flomhbi. BbicoKa« TeMnepaTypa b maxTe uomhh ycKopaeT Hayrjiepo>KHBaHHe nyryHa. Dosežki Železarne Jesenice na področju sekundarne obdelave jekla UDK: 669.187.26 ASM/SLA: D8n, D8p, D9s, 10-52 Joža Arh, V. Prešern Posodabljanje obstoječih postopkov za pridobivanje kvalitetnega jekla je postalo nujno. Zaostanek za razvitim svetom v jeklarski tgehnologiji je bil že prevelik, tako nismo več mogli zadostiti zahtevam nekaterih kupcev po boljšem jeklu. Danes na Jesenicah v že preko 20 let stari elektrojeklarni lahko izdelamo kakovostno jeklo, ki po lastnostih ne zaostaja več za tujimi jekli. Kako to dosegamo, je v kratkem opisano v pričujočem članku. UVOD Klasične izdelave jekla v eni sami stopnji, npr. v ki-sikovem konvertorju ali električni obločni peči, kjer je bil za izdelavo kvalitetnih jekel skoraj 80 let v rabi dvo-žlindrni postopek, v razvitem zahodnem svetu skoraj ne poznajo več. Vse neproduktivne postopke so zamenjali s hitrejšimi in boljšimi postopki, SM jeklarne s po nekaj pečmi so nadomestile elektrojeklarne z eno samo UHP ali super UHP pečjo. Električne obločne peči, pa tudi kisikovi konvertorji delajo, če gre za izdelavo kvalitetnih jekel, le še po dupleks postopku. Prva stopnja je le še taljenje, oksidacija in odfosfo-renje. V drugi stopnji pa jeklo rafinirajo, odžveplajo, le-girajo, degazirajo in nastavijo natančno livno temperaturo. Hiter razvoj kontinuirnega vlivanja v svetu, kar velja za gredice, blume in slabe, in pa vedno širša uporaba teh polproduktov za izdelke z najstrožjimi zahtevami v pogledu raztezka, kontrakcije žilavosti pri nizkih temperaturah, izotropije mehanskih lastnosti, sposobnosti robljenja in podobno so terjali od jeklarjev vedno bolj zanesljivo proizvodnjo, kar je mogoče dosegati le s postopki jjonovčne oziroma sekundarne metalurgije. V Železarni Jesenice smo se zavedali, da je pri preusmeritvi Železarne v proizvodnjo vse bolj kvalitetnih jekel nujno potrebno uvesti tudi nekatere postopke po-novčne metalurgije. Tako je konec leta 1982 začela obratovati naprava za vpihovanje CaSi in prašnatih materialov v jekleno talino v ponovci, leto dni kasneje pa VOD naprava za proizvodnjo nerjavnih jekel in drugih legiranih jekel. Ponovčna metalurgija je že danes integralni sestavni del proizvodnih stopenj v elektrojeklarni. NAČIN PROIZVODNJE JEKLA V ELEKTROJEKLARNI Vsa sekundarna metalurgija, ki jo obravnavamo v tem članku, se izvaja le v elektrojeklarni. Jekla, ki so narejena v SM pečeh, ne moremo ločiti od žlindre, zato prava sekundarna metalurgija pri SM jeklu ni mogoča. Delno lahko vplivamo samo na odžveplanje, če pred prebodom damo na dno ponovce sintetično sestavljeno žlindrno mešanico, ki se v stiku z jeklom raztali in učin- kuje na jeklo, dokler ne priteče lastna žlindra iz peči. Jeklo iz SM jeklarne bo ostalo v glavnem takšno, kakor je, do ukinitve te stare jeklarne. V elektrojeklarni imamo dve enako veliki električni obločni peči, od katerih dela ena v sklopu z vakuumsko napravo VOD/VD in odliva 65 t jekla, druga pa v sklopu z napravo za vpihovanje CaSi ali sintetičnih žlinder v talino jekla v ponovci in odliva 75 t jekla. Shemo proizvodnih postopkov kaže slika 1. Na peči 1, ki dela v sklopu z vakuumsko napravo, izdelujemo tiste vrste jekel, pri katerih je v drugi stopnji nujno potrebna VOD ali VD obdelava jekla. Sem spadajo nerjavna jekla vseh vrst, ki jih izdelujemo po VOD postopku, jekla za elektro pločevino (dinamo), ki jih izdelujemo po VOD/VD postopku zaradi razogljičenja, in na pline občutljiva legirana jekla, ki jih izdelujemo po VD postopku, da zmanjšamo količino vodika v jeklu. Preko 80 % vseh šarž iz peči 1 naredimo po dupleks postopku EO peči — VOD oziroma VD postopku. NERJAVNA JEKLA Za izdelavo nerjavnih jekel sta v razvitem zahodnem svetu in na Japonskem v rabi dve glavni poti, in sicer: I. EO peč — AOD konvertor — kontinuirno vlivanje II. EO peč — VOD postopek — vlivanje v kokile ali kontinuirno. Uporaba AOD konvertorja je za proizvodnjo nerjavnih jekel upravičena le, kadar je nerjavno jeklo masovni proizvod, ki ga proizvajamo dan na dan. Pri manjši količinski proizvodnji in zelo različnih kvalitetah, ki jo lahko proizvedemo v nekaj serijah na mesec, kar velja tudi za Železarno Jesenice, je primeren le VOD postopek, ker je ta univerzalen in uporaben pri izdelavi vseh drugih vrst jekel. VOD postopek je znan od leta 1965. Razvili so ga prav za izdelavo nerjavnih jekel. V železarni Jesenice izdelujemo nerjavna jekla po tem postopku od julija 1984 dalje. Prednosti, ki so znane o tem postopku iz tuje literature, smo lahko takoj potrdili z lastnimi izkušnjami. Te so tolikšne, da si danes drugačnega načina proizvodnje ni mogoče predstavljati. Naj jih nekaj navedemo: 1. uporaba cenejšega vložka — lastni legirani odpadki+FeCr carbure +staro železo; 2. enostavna in hitra izdelava v peči s prehodnimi temperaturami od 1640 do 1700 °C; 3. enostavna izdelava v ponovci v VOD komori z najvišjimi temperaturami po oksidaciji do 1700 °C; 4. visok izkoristek kroma pri VOD postopku, ki znaša okrog 97 %; 5. zelo majhna potreba po FeCr suraffine za korekturo analize; I. stopnja Peč 1 Livanje Slika 1 Shema proizvodnje jekla v elektro jeklarni S Fig. 1. Sheme of the production of steel in the electric steel plant 6. visok izkoristek titana pri jeklih, legiranih s titanom (70-80%); 7. možnost izdelave jekel z majhno vsebnostjo C pod 0,03%; 8. doseganje majhnih vsebnosti žvepla, saj dosegamo do 0,001 % S; 9. boljše delovne razmere — lažje, fizično manj naporno delo. Postopek sam je podrobno opisan v 2. številki Železarskega zbornika 1986 1. Naj navedem le, da smo nominalno proizvodnjo, to je planirano mesečno količino dosegli že po šestih me- secih od začetka izdelave nerjavnih jekel. V prvi polovici leta 1985 je mesečna proizvodnja sicer še močno nihala, vendar le zaradi pomanjkanja FeCr carbure na našem tržišču. Od septembra 1985 dalje pa se giblje okrog povprečja, ki je blizu 1800 t surovega jekla na mesec, feritnih, avstenitnih, martenzitnih in v ognju odpornih vrst jekel. Večjih kvalitetnih problemov ni. Če ocenjujemo kvaliteto jekla skozi vsebnost žvepla v končni analizi, potem je ta v povprečju zelo dobra. Iz porazdelitve žvepla za 354 izdelanih šarž vidimo, da odstopa le manjše število šarž, kjer je za višjo vsebnost žvepla kriva neustrezna sestava žlindre kot posledica previsoke vsebnosti Si na začetku oksidacije ali prevelik odgor Si v času redukcije; glej si. 2! Kemično sestavo najbolj tipičnih vrst nerjavnih jekel, ki jih izdelujemo, prikazujemo v tabeli 1. Železarna Jesenice izdeluje celotno paleto vseh vrst nerjavnih jekel — feritnih, avstenitnih, martenzitnih v ognju odpornih ventilskih, nerjavnih jekel za elektrodno žico do nerjavnih avtomatnih jekel po JUS in DIN standardih. DINAMO JEKLO Dinamo jeklo izdelujemo v jeklarni 1 še na oba načina, to je po novem dupleks postopku EO peč — VOD in starem klasičnem načinu z oksidacijo v peči in rafi-nacijo v ponovci, ker je pač kapaciteta VOD naprave premajhna, da bi prevzela celotno proizvodnjo dinamo jekla. Klasični način izdelave dinamo jekla je prvi pri nas uvedeni dupleks postopek, kjer celotno legiranje in odžveplanje izvršimo v ponovci. Žlindro pa odstranimo s tem, da jeklo prelijemo tako, kot kaže si. 1 za peč 2. Prednost tega postopka je odlično razžveplanje v ponovci, tudi preko 90 %, ker nastaja žlindra z ugodno kemično sestavo, tipa 60%, CaO, 30% A1:0„ 10% CaF2, in visoko sulfidno kapaciteto (S v žlindri je nad 1 %). Slaba stran pa je visoka vsebnost ogljika, ker pač raz-ogljičenje brez zniževanja pct) ni mogoče. Izdelava dinamo jekla po VOD postopku je podrobno opisana v Železarskem zborniku štev. 2 1985 in štev. 3 1 9 862>. Glavne značilnosti VOD postopka so: — enostavna izdelava v peči, — doseganje majhnih vsebnosti ogljika pod 0,015% C in s tem povečanje kapacitete linije za raz-ogljičenje hladno valjanih trakov, 7. 18 - 16 - 14 - 12 -T Hi 352 X = 0 0061 7. s = 0 00«, 7. 10 " "I 8 - 6 - A - 2 - 0QOS5ooooogooRoSgRoggoo gg g «—«—,— t— «— «— «— «— r— »— fSJCMcNi r-J CNI OJ S ( ppm ) Slika 2 Porazdelitev žvepla v končni analizi pri nerjavnih jeklih Fig. 2. Distribution of sulphur in the final analysis in stainless steel — boljša livnost jekla in z njo povezani boljši izkoristek pri valjanju, — visoka stopnja odžveplanja. Ta je sicer zelo dobra, vendar ne dosega tiste pri klasični izdelavi, predvsem iz razloga, ker je mešanje pri prelivanju jekla mnogo bolj intenzivno, kot pa je lahko v VOD komori. VOD postopek omogoča tudi izdelavo nesilicirane-ga jekla ali jekla brez aluminija za elektro pločevino z majhno vsebnostjo ogljika, kot sta Remag in Elmag, pri katerih je vsebnost ogljika pod 0,010%. Tabela 1: Kemična sestava nekaterih tipičnih vrst nerjavnih jekel C Si Mn P S Cr Ni Ti Nb ACROM 10 extra 0,08 0,12 0,40 0,60 0,40 0,035 0,025 22,0 24,0 — 0,30 0,50 Acroni 11 extra 0,05 0,07 0,40 0,75 1,30 1,50 0,035 0,020 17,5 19,0 8,5 9,5 — Acroni 11 NC < 0,03 0,40 0,75 1,30 1,50 0,035 0,020 17,5 19,0 10,0 11,5 Acroni 11 Ti/Nb 0,05 0,08 0,50 0,75 1,25 1,75 0,035 0,020 17,5 19,0 9,5 10,5 5 x C 10 x C Acron 19 Acrom 2 Acrom 4 Acroni 19/9 NC 0,10 0,15 < 0,02 0,50 0,75 0,80 1,00 0,035 0,020 24,0 26,0 19,0 21,0 ŽEZB (1987) štev. 1 — Dosežki Železarne Jesenice na področju sekundarne obdelave jekla Tabela 2: Kemična sestava jekel za elektro pločevino v % C Si Mn P S Al Si — jeklo <0,015 0,90 0,20 0,040 0,010 0,250 - 1,70 -0,30 -0,080 -0,350 Si — jeklo <0,015 1,50 0,20 0,030 0,010 0,250 -2,80 -0,30 -0,350 Remag <0,010 0,05 0,20 0,010 0,020 0,020 -0,25 -0,050 Elmag <0,010 0,25 0,25 0,090 0,020 0 -0,35 -0,40 -0,120 Tabela 3: Vsebnost C in S v končni analizi „ , . C v % S v % Delo v ponovci --- n X S X S Klasično legir. odžveplanje 216 0,037 0,005 0,0058 0,0036 VOD razogl., + legir. + odžvepl. 115 0,011 0,003 0,008 0,003 Tipično kemično sestavo jekel za elektro pločevino iz programa železarne Jesenice kaže tabela 2. V tabeli 3 prikazujemo vsebnost C in S v končni analizi za šarže, izdelane v prvem polletju 1986. Rezultati proizvodnje dinamo jekla Odžveplanje jekla Klasična izdelava v EO peči z legiranjem in rafinacijo v ponovci Kakor smo že navedli, je stopnja odžveplanja pri tem postopku z rafinacijo oziroma odžveplanjem v ponovci zelo visoka in končno žveplo, kakor kaže tabela 3, nizko. Razlog za visoke stopnje odžveplanja je ugodna sestava žlindre, ki nastane iz dodanega apna in je-davca v ponovco, in glinice (A1203), ki nastane pri od-goru aluminija. Značilno za tako nastalo žlindro je visoka sulfidna kapaciteta, kar kaže slika 32). Pomembno pa je intenzivno mešanje jekla in žlindre pri prelivanju ob vpihovanju argona skozi dno s ca. 200—300 l/min. Primer: Šarža št. 143624 Vsebnost S v peči pred prebodom 0,032 % Vsebnost S v končni analizi 0,006 % Stopnja odžveplanja 81% (S-) Porazdelitev žvepla ■x-J-= 206 /S/ Analiza žlindre: Si02 Al,O, FeO Fe,0, MnO CaO MgO Cr-O, CaF, S 2,14 32,40 0,20 0,08 0,15 39,4 9,98 0,07 11,32 1,24% Izdelava dinamo jekla po dupleks postopku EO peč - VOD Podobno kakor pri klasični zdelavi, tudi v VOD komori pri legiranju v ponovci nastaja zaradi odgora aluminija določena količina A1203. Z dodatki apna in je-davca (CaF2) ali apna in kremena (Si02) želimo vplivati na kemično sestavo žlindre tako, da bo sulfidna kapaciteta največja. Pri tem nastajata dva tipa žlinder, in sicer: 1. tip Cao — A1203 — CaF2 2. tip CaO - A1203 - SiO, SI. 4 kaže porazdelitev žvepla med žlindro in jeklom za žlindre, tipa CaO - A1203 - Si02.2) Težave, ki nastopajo pri nastajanju optimalne sestave žlindre, so: 1. Količina A1203, ki nastaja pri legiranju, ni vedno enaka, odvisna je od preostalega kisika v jeklu po raz-ogljičenju in količine oksidov FeO in MnO v žlindri. Navadno je premajhna za nastajanje optimalne sestave žlindre z visoko sulfidno kapaciteto. 2. Zadostne količine SiO: pri drugem tipu žlindre ni mogoče dosegati, ker se SiO: ob prisotnosti Al v vakuumu reducira na Si in A1203. Da bi zmanjšali porabo deficitarnega jedavca, se je dobro obnesel tak način dela, pri katerem 1/2 dodatka jedavca nadomestimo z enakim utežnim delom kremenčevega peska. Primer: Tip žlindre CaO — A1203 — CaF2 Nepravilna sestava žlindre CoO Weight %AI;03— AI2O3 Slika 3 Sulfidna kapaciteta žlinder sestave CaO — AI2O3 — CaF2 Fig. 3. Sulfide capacity of slag of the CaO — AI2O3 — CaF2 type (S) porazdelitev žvepla = Zaradi dezoksidacijskih in redukcijskih procesov pri legiranju uporaba vnaprej sestavljenih žlindrnih mešanic ne daje najboljših rezultatov. Ker pa žlindra nima vedno optimalne kemične sestave, je raztros stopnje odžveplanja precejšen. Šarža št. 11 6394 SiO, A1,0, FeO Fe,0, MnO CaO MgO Cr-O, CaF- S 0,74 17,9 0,82 0,08 0,10 69,4 2,15 0,09 7,03 0,283% stopnja odžveplanja 100 = 70 % (S) porazdelitev žvepla Žlindra vsebuje premalo A1203 in CaF:, sprejemljivost žlindre za žveplo ni dovolj velika. Pravilna sestava žlindre: Šarža št. 15 3192 SiO, A1,0, FeO Fe-O, Mno CaO MgO Cr-O, CaF, S 1,60 1 7,1 1,70 0,26 0,33 47,5 7,36 0,22 12,65 -0,463 stopnja odžveplanja 100 = 92 % S porazdelitev žvepla i§I= /S/ 463 Tip žlindre CaO - A1203 - CaF2/Si02 šarža št. 11 7209 SiO, Al,O, FeO Fe,0, MnO CaO MgO Cr,03 CaF, S 3,68 29,6 0,86 0 0 51,57 6,92 0,20 4,82 1,40» stopnja odžveplanja AS 100 = 83 % (S) porazdelitev žvepla -j^j = 233 šarža št. 11 7559 SiO, ANO, FeO Fe,0, MnO CaO MgO Cr-O, CaF, S 3,90 3,43 0,20 0,07 0,01 46,7 6,46 0,19 5,66 0,470% stopnja odžveplanja 100 = 81 % SEKUNDARNA METALURGIJA Pod tem pojmom razumemo vso obdelavo jekla v ponovci, ki poteka pri normalnem zračnem tlaku, in ne v vakuumski komori, in katere glavni namen je odžve-planje jekla. Pretežno gre za obdelavo jekla s CaSi in raznimi sintetičnimi žlindrnimi mešanicami, katerih osnova je CaO, in so bodisi taljene ali aglomerirane, ali mešanice prašnice prašnatih osnovnih materialov, kakor CaO, Al,O,, CaF,, SiO:. Osnovni pogoj za učinkovito sekundarno obdelavo je, da iz jekla odstranimo črno oksidno žlindro, oziroma da je talina prekrita s močno bazično rafinacijsko žlindro z majhno količino kovinskih oksidov, kot so FeO, Fe:0,, MnO in P,05. Le-ti se namreč v času obdelave reducirajo in negativno vplivajo na proces odžveplanja in modifikacije nekovinskih vključkov, če jih je v žlindri preveč, ker porabljajo aluminij in kalcij. Ta pogoj je pri nas izpolnjen pri jeklu, ki ga naredimo v električni peči. Drugi pomemben pogoj pa je bazična obzidava po-novc. Ker uporabljamo le še bazično obzidane ponov-ce, tudi s te strani ni omejitev za učinkovito obdelavo jekla v ponovci. Naprava za vpihovanje CaSi in sintetičnih žlinder Konec leta 1982 je začela poskusno obratovati doma zgrajena naprava, tipa Polysis (ZRN). Napravo je projektiral konstrukcijski biro »Inženiring Bled«. Ta tip naprav, za katere je značilna zelo kratka pot iz tlačne in mešalne posode skozi kopje v talino, deluje zelo zanesljivo, z zelo majhno porabo transportnega plina, s čimer je zagotovljeno zelo mirno mešanje, kar pomeni, da je možna obdelava jekla pri skoraj polnih po-novcah. Glavne karakteristike: Volumen tlačne posode hitrost pihanja količina nosilnega plina tlak v posodi notranji premer kopja 500 1 15-30 kg/min. ca. 20 l/kg 5 bar 10 mm 0 Cilji obdelave jekla z vpihavanjem CaSi in sintetičnih žlinder in uporabljeni materiali Napravo smo postavili predvsem z namenom izboljšati livnost jekel za kontinuirno livanje, za kar smo izključno uporabljali CaSi. Z razvojem te veje metalurgije pa so se spremenili cilji obdelave jekla s CaSi. Danes je glavni namen obdelave jekla s kalcijem doseči visoko stopnjo odžveplanja in modifikacijo nekovinskih vključkov, da zagotovimo sposobnost robljenja pri jeklih za trakove in izotropne lastnosti pri jeklih za debelo pločevino. Visoke stopnje odžveplanja je pri bazično obzidanih ponovcah mogoče dosegati že s samim mešanjem jekla s sintetičnimi žlindrami v ponovci, bodisi med prehodom, pri prelivanju jekla iz ponovce v ponovco ali z intenzivnim mešanjem z argonom po prebodu v zaprti ponovci. V tem primeru so za samo modifikacijo nekovinskih vključkov potrebne le še manjše količine mnogo dražjega CaSi. CaO Mole Iroclion - A!203 Slika 4 Porazdelitev žvepla med žlindro in jeklom za žlindre sestave CaO - Al203 - Si02 Fig. 4. Distribution of sulphur between slag and steel melt for slags of the CaO — A1203 — Si02 type Za vpihovanje uporabljamo poleg CaSi kot osnovnega materiala še sintetično sestavljene žlindrne mešanice, taljene ali aglomerirane. Preproste mešanice posameznih prašnatih kompenent, kot CaO, A1:03, CaF: oziroma Si02 rabimo za odžveplanje v ponovci med prehodom. Pregled uporabljenih materialov kaže tabela 4. Naziv Sestava CaSi Ca = 30 %, Si = 60 %, zrno 0-0,5 bm Wacker S 3002 taljena, CaO + MgO = 50 %, Al,03 = 50 %, zrno 0—0,9 mm Flomac 147 aglomerat, MgO = 50 %, CaO = 20 %, Al = 14 %, F = 5 %, zrno do 1,7 mm Desulfin mešanica CaO/Al,0,/CaF, = 60:30:10, odnosno CaO/CaF, = 60/20 Tehnologija vpihovanja se v principu razlikuje po tem, kakšen je njen namen. Če želimo izboljšati livnost jekla za kontinuirno livanje, potem rabimo le CaSi v količini 1 kg/t. Večje količine vpihanega CaSi imajo lahko za posledico preveč topnega kalcija v jeklu, ki povzroča premočno erozijo drsnih plošč zapirala in prodor jekla na takem mestu. Kadar je naš namen odžveplati jeklo in modificirati nekovinske vključke, potem uporabljamo, odvisno od kemične sestave jekla in končnega cilja, bodisi CaSi ali sintetične žlindre ali mešanice sintetične žlindre s CaSi. Vsebnost Si v jeklu je omejitveni faktor za uporabo CaSi, zato s CaSi obdelujemo le tiste vrste jekel, kjer je količina Si v takih analiznih mejah, da lahko vpihamo 1,5 do 2 kg CaSi/t, kar je po naših izkušnjah potrebno za doseganje žvepla pod 0,006 %. Pri jeklih z omenjeno vsebnostjo Si do 0,10 oziroma do 0,20 % samo Časi ni mogoče več uporabiti. Za obdelavo takih jekel (npr. jekla za masivno preoblikovanje v hladnem ali jekla za nekatere posebne namene) lahko uporabimo le materiale, ki ne vsebujejo Si, kot je taljena sintetična žlindra VVacker S 3002 ali Flomac firme Foseco. Prednost teh materialov je v tem, da jih rabimo v količini 2 do 3 kg/t, pri čemer so časi obdelave daljši kot pri samem CaSi, kar je za končni rezultat ugodno. Kalcij aluminatno žlindro Wacker S 3002 rabimo predvsem za odžveplanje, za modifikacijo pa dodajamo CaSi v količini 0,7 kg/t. Najnižje vsebnosti žvepla v končni analizi je mogoče dosegati le s postopnim odžveplanjem, to je v peči, med prebodom in nato še z vpihovanjem v ponovci. Za učinkovitost obdelave sta poleg uporabljenega materiala in časa obdelave pomembna zlasti sestava žlindre na talini, ki naj sprejema produkte obdelave in pomaga pri odžveplanju, stopnja dezoksidacije taline, ter preprečitev reoksidacije med vpihavanjem. Če žlindre ne posnamemo, je treba skrbeti za dobro redukcijo žlindre v peči. Z dodatkom apna in jedavca v ponovco poskrbimo za večjo bazičnost žlindre, večji del žlindre pa skušamo zadržati v peči. Pri maloogljičnih jeklih — visok FeO v žlindri — posnamemo žlindro v peči pred prebodom. Prikaz rezultatov Sekundarna obdelava jekla z namenom odžveplati in dezoksidirati jeklo v ponovci se vse bolj širi, in sicer na račun skrajševanja rafinacije jekla v peči. Po tem postopku dela peč 2, kot je razvidno s slike 1. Pri nekate- rih maloogljičnih vrstah jekla smo rafinacijo v peči popolnoma opustili in jo prenesli v ponovco. Pri višje-ogljičnih jeklih pa traja rafinacija le toliko časa, da za-denemo ogljik z ogljičenjem na golo, če je ogljik ob raztalitvi prenizek, da bi ga lahko ulovili med oksidaci-jo. Naš cilj je skrajšati delo v peči, kolikor je le mogoče. Da bi to dosegli, mora biti vsebnost C ob raztalitvi dovolj visoka, da ogljičenje na golo ne bo potrebno. V tem primeru bo pri ogljičnih jeklih proces lahko zelo kratek. Le pri legiranih jeklih (Si, Mn, Cr, Ni in drugih) je zaradi natančnega zadetka kemične sestave dvožlindrni postopek še potreben. Obseg sekundarne obdelave je odvisen od zahtev glede dovoljene največje vsebnosti žvepla, modifikacije, nekovinskih vključkov, vsebnosti aluminija, livnosti in čistoče jekla, in seveda od začetne vsebnosti žvepla ob raztalitvi. Gibanje žvepla Končno žveplo je vedno rezultat posameznih stopenj odžveplanja, to je odžveplanja v peči, med prebo-dorn in z vpihovanjem sredstev za odžveplanje. Če naj bo v končni analizi pod 0,005 % S, potem je to mogoče dosegati le s postopnim odžveplanjem, tako da so posamezne stopnje odžveplanja dovolj velike. Odžveplanja v peči na tem mestu ne bomo posebej obravnavali, odvisno pa je v glavnem od količine in bazičnosti žlindre ter reaktivnosti apna. Odžveplanje v ponovci med prebodom Razen pri avtomatnih jeklih, ki jih med prebodom legiramo z žveplom pri vseh drugih vrstah jekla, dodajamo na dno ponovce mešanico apna in jedavca v količini 8 kg/t jekla. Stopnja odžveplanja se giblje od 50 do 70%. Zelo dobre rezultate se da dosegati z rabo taljene sintetične žlindre tipa CaO/ALO, (Wacker Chemie S 3002), ki skupaj z dodatkom apna in jedavca daje žlindro z visoko sulfidno kapaciteto. Primer: Šarža št. 143550, kvalitete NB 43 Sintetična žlindra-t-apno+jedavec = 550 kg (7kg/t) Stopnja odžveplanja -^100 = 72% (brez mešanja taline) S Sestava žlindre: SiO. Al,O, FeO Fe-O, MnO CaO MgO Cr,0, CaF S 19,3 14,5 1,16 0,30 1,30 45,3 13,0 0,05 4,34 0,370% Končna analiza jekla: C Si Mn P S Al 0,16 0,54 1,59 0,017 0,007 0,031% Odžveplanje v ponovci z vpihovanjem prašnatih materialov v talino Ta način odžveplanja uporabimo: — pri vseh šaržah, ki jih vlivamo na kontilivu, pri čemer je glavni namen zagotovitev dobre livnosti in dodatno odžveplanje. V ta namen uporabljamo v glavnem CaSi, od 0,9 do 1,2 kg/t. Stopnja odžveplanja se giblje do 50 %. Pri jeklih z omejeno vsebnostjo Si, kot je jeklo za patentirano žico s Si maks. = 0,25 %, uporabljamo mešanice sintetične žlindre in CaSi. Primer: šarža št. 14 4537 kvaliteta PZ 45 S pred pihanjem = 0,020 % S po pihanju = 0,005 % Sredstvo za odžveplanje 150 kg sint. žel. S 3002 50 kg CaSi čas pihanja 6 min., teža šarže 75 t, stopnja odžveplanja AS 100 = 75 % Končna analiza: Mn 0,69 C Si Mn P S Al 0,48 0,26 0,69 0,015 0,005 0,035 % Pri jeklih, ki ne vsebujejo Si, kot so jekla za masivno preoblikovanje v hladnem, JMP 5/10/15 ali EO (žica za elektrode), uporabljamo le sintetično žlindro S 3002 ali Flomag 147. Primer: šarža št. 14 4564 kvaliteta JMP 5 S pred pihanjem = 0,022 % S po pihanju = 0,006 % Sredstvo za odžveplanje S 3002 Čas pihanja 10 minut. Teža šarže 78 t. Stopnja odžveplanja 100 = 72 % Meritev aktivnosti kisika v vmesni ponovci pri kon-tinuirnem livanju: 1563°+ 168 mV, 1,54 ppm a0. Končna analiza: 200 kg sintetične žlindre C 0,05 Si 0,06 Mn 0,37 P 0,012 S 0,006 Al 0,033 % Jekla za trakove z garantirano sposobnostjo robljenja Pri teh jeklih je poleg majhne vsebnosti S potrebna še modifikacija nekovinskih vključkov. Pretežno so to konstrukcijska jekla vrste Č 0562 S, mikrolegirana finozrnata jekla in tudi ogljikova jekla Č 1731 za posebne namene. Tehnologija sekundarne obdelave je utečena. Kakovost jekla, merjena z različnimi merili, kot je vsebnost žvepla, čistoča in mehanske lastnosti, je zelo dobra. Povprečno vsebnost žvepla s stopnjo odžveplanja med prebodom in med sekundarno obdelavo kaže za vsa tri uporabljena sredstva; CaSi sintetična žlindra S 3002 in Flomac 147 tabela 5. Tabela 5: Rezultati odžveplanja med prebodom in med sekundarno obdelavo S, % S, % S| S:-100 S, sk % S: Sk 1Q0 S: n 1 2 3 4 5 56 0,0215 0,012 44% 0,0047 60,8 % 1 — vsebnost S pred prebodom 2 — vsebnost S po prebodu 3 — stopnja odžveplanja med prebodom 4 — vsebnost S v končni analizi 5 — povprečna stopnja odžveplanja med sekund. obdelavo n = število šarž Za končno žveplo velja pri srednji vrednosti X = 0,0047 %, standardni odklon cj = 0,0017%. Najmanjša vrednost za Sk = 0,002 % in največja je 0,007 %. Stopnja odžvepjanja se giblje od 40 do 75 % in se v povprečju sklada s podatki iz literature 1) za 0,50 kg Ca/t, glej si. 5. Raztros je sicer prevelik, vzrok pa je v glavnem neustrezna sestava pokrivne žlindre, ker žlindre iz ponovce ne posnemamo. ^ 10 ~ 30 50 60 70 80 85 90 92 94 o c o o. (b > > N O C a o a5 S— X ■v V •o - / ' / f/JC/ / \ 0 0.2 0.4 0.6 0.8 10 .2 14 16 Količina kalcija (kg/t) Slika 5 Stopnja odžveplanja v odvisnosti od količine vpihanega Ca Fig. 5. Degre of desulphurasition on dependance of the amount of in-jected Ca Še večjo vrednost dobi ta podatek, če končno žveplo primerjamo s končnim žveplom vseh šarž, narejenih v prvem polletju na peči 1 in 2 (izvzeta so avtomatna jekla, pri katerih je žveplo dodano). Ta pregled, ki je prikazan v tabeli 6, kaže, kako visoka je kakovost dela na peči 1 in 2. Tabela 6: Primerjava vsebnosti žvepla vseh šarž, narejenih v prvem polletju 1986 peč n Sk v % X a 1. peč 1 620 0,008 0,005 2. peč 2 633 0,007 0,005 3. sek. obd. 56 0,0047 0,0017 1 — končno žveplo na peči 1 2 — končno žveplo na peči 2 3 — končno žveplo po sekundarni obdelavi Čistoča jekla Čistoča jekla je pomemben kazalnik kvalitete jekla. Odvisna je od kemične sestave (vsebnosti žvepla in mangana), načina izdelave, sekundarne obdelave s kalcijem in stopnje predelave. Jekla, ki niso legirana z manganom, imajo ob enaki vsebnosti žvepla manj sul-fidnih vključkov kot z Mn legirana jekla. Oglejmo si to na dveh primerih: Primer: jeklo za debelo pločevino šarža št. 14 4596 kvaliteta R St 37.2 m; lllllitSiS fmMmmmm- ■v v./;:- ' . .-,. ' .t ' ' i '' p.>. Sarža: 14 4596 Kvaliteta-. RSt 37-2 (153) C - 0.09 7. Si - 0.26 7. Mn - 0.38 7o P - 0.008 7o 5 -0.003 7. Al - 0.034 7. ES (600 x) Fe Ca Al S Si Slika 6 Tipičen modificiran vključek po vpihovanju CaSi Fig. 6. Typical modificated inclusion after the injection of CaSi končna analiza: C Si Mn P S Al 0,09 0,26 0,38 0,008 0,003 0,034% obdelano v ponovci z 1,5 kg CaSi/t Stopnja odžveplanja 57 % Posebne zahteve: zagotoviti izotropne lastnosti jekla Čistoča po JK: Tabela 7: A B C D Skupno 0,20 0,12 _ 1,92 2,94 0,24 0,12 0,08 1,78 2,32 Sulfidni vključki modificirani, dolžina do 0,5 mm. Ker so zahtevane izotropne lastnosti jekla, navajamo podatke za mehanske lastnosti 20 mm debele pločevine. Tabela 8: Prikaz raztezka, kontrakcije in žilavosli za šar-žo 14 4596 — srednje vrednosti debelina smer - merska enota 20 mm X Y Z raztezek 33 _ — % kontrakcija 66 — 55,4 % žilavost — V noch G 217 163 - N/mm, pri - 20 °C N 186 188 — N/mm2 Značilna je visoka kontrakcija v smeri debeline (Z) in visoka žilavost v vzdolžni (X) in prečni smeri (Y). Primer: jeklo za trakove kvaliteta Č 0562 S Predpisana kemična analiza: C SI Mn P S Al 0,12 0,16 0,25 0,40 1,10 1,30 < 0,020 < 0,010 0,025 0,050 Obdelano z 1,5 kg CaSi/t. Posebna zahteva: zagotoviti sposobnost robljenja. Pregled štirih šarž je v tabeli 9. Tabela 9: Pregled čistoče za štiri šarže Št. šarže sk Deb. (mm) A B D Dolžina Skupno sulf. vklj. (mm) 14 2686 0,004 4 0,80 0,20 2,00 3,00 <0,50 0,50 do 14 3600 0,006 6 2,10 0,70 1,82 4,62 0,90 143811 0,002 4 0,88 0,30 2,20 3,38 <0,50 14 4572 0,005 3,5 1,38 0,30 1,30 2,98 <0,50 Iz tabele vidimo, da s količino žvepla (Sk) končni analizi raste količina sulfidnih nekovinskih vključkov (A). Od količine žvepla in količine vpihanega Ca je odvisna tudi dolžina sulfidov. Tuja literatura navaja in naše izkušnje potrjujejo, da mora biti manj kot 0,06 % S v jeklu, da pride do modifikacije sulfidnih nekovinskih vključkov. Primer šarže 14 3600 z 0,006 % S kaže, da ni prišlo do modifikacije nekovinskih vključkov. Na rezultate obdelave ima pomemben vpliv reoksidacija jekla med procesom. Ta pa je pri naši napravi precejšnja, ker so ponovce preslabo pokrite in ker žlindre ne posnemamo. Raztros stopnje odžveplanja je zato zelo velik. Tipičen modificiran vključek po vpihovanju 1,5 kg Ca Si/t kaže slika 6. Na sliki 7 pa je metalografski posnetek čistoče jekla iste šarže kot na sliki 6, v vzdolžni smeri. Vidni so le drobni modificirani nekovinski vključki pri povečavi 50 X in 200 X. Odžveplanje jekla, izdelanega v SM peči Čeprav je SM jeklo v železarni Jesenice v zatonu, pa se zaradi zahtev kupcev trudimo izboljšati čistočo jekla, predvsem pri nekaterih zahtevnih vrstah jekel za po-boljšanje in konstrukcijskih jeklih, tipa Č 0562. Ker sekundarna obdelava jekla v ponovci zaradi prisotne oksidne žlindre ni mogoča, pride v poštev le odžveplanje jekla v času preboda. Poskuse smo opravljali z različno sestavljenimi mešanicami na osnovi CaO — A1203 — CaF2 in CaO — A1:03 — Si02, v količini 10 in 15 kg mešanice na tono jekla. Najboljše rezultate smo dosegli z mešanico tipa 60% CaO, 30% A120„ 10 % CaF2 in količini 15 kg/t. Stopnja odžveplanja je znašala v povprečju 50 %. Danes delamo z 10 kg/t, stopnja odžveplanja je nekoliko slabša 30—40 %. Končno žveplo pa je še vedno dovolj nizko za doseganje potrebne čistoče. V prvi polovici leta 1986 je znašala srednja vrednost za žveplo pri 39 šaržah kvalitete Č 1731 — 0,014%. Vsebnost žvepla pa je v mejah od 0,008 do 0,018 %. Če to vrednost primerjamo s srednjo vrednostjo za žveplo, ki znaša pri SM jeklu za leto 1985 0,026%, potem je to zelo dober rezultat. ZAKLJUČKI Pričujoče poročilo podaja pregled in rezultate celotne izvenpečne obdelave jekla v železarni Jesenice. Železarna Jesenice je s postavitvijo naprave za sekundarno obdelavo jekla v ponovci v letu 1982 in po začetku obratovanja VOD naprave v letu 1984 dobila možnost, da izdeluje jekla iz svojega širokega programa v najvišji možni kvaliteti. Poleg znatnega izboljšanja kvalitete pa so se povečale količine tistih vrst jekel, ki jih zaradi preskromne opremljenosti nismo mogli izdelovati. Sem predvsem spadajo nerjavna jekla, jekla za elektro pločevino, legirana s Si in Al ali nelegirana, jekla za posebne namene, konstrukcijska, finozrnata in mikrolegirana jekla z garantirano sposobnostjo robljenja in izotropnimi mehanskimi lastnostmi. pov 50 x pov 200x Slika 7 Nekovinski vključki v jeklu pri šarži 14 4596 RSt 37-2 pri 50 x in 200 x povečavi Fig. 7. Non-metallic inclusion in steel at the melt 14 4596 RSt 37-2 (enlarged 50 x and 200 x) Možnosti, ki nam jih nudi moderna jeklarska tehnologija, so tako velike in vsestranske, da jih naš trg še ne izkorišča v zadostnem obsegu, kar predvsem velja za sekundarno obdelavo jekla v ponovci. Iz tabel 5 in 6 vidimo, da je kvaliteta jekla, izdelana v elektropečeh, če jo merimo z vsebnostjo žvepla, čistočo ali mehanskimi lastnostmi, na visoki ravni, saj je vsebnost žvepla tudi v povprečju izredno nizka, najnižje vrednosti pa so pri 0,001 % S. Moderna oprema, ki jo imamo v jeklarni, nam torej omogoča izdelavo jekel s postopki vakuumske metalurgije, VOD ali samo VD in s sekundarno obdelavo s CaSi ali drugimi sintetičnimi prašnatimi materiali za odžveplanja jekla in modifikacijo nekovinskih vključ-kov. Pri najbolj strogih kvalitetnih zahtevah pa lahko obdelamo jeklo po obeh postopkih (VD + CaSi), kar pride v poštev pri konstrukcijskih jeklih in nekaterih jeklih za poboljšanje s posebnimi zahtevami. Z novimi materiali, ki jih ponuja trg, kot sta taljena sintetična žlindra na osnovi Ca0/Al203 (Wacker S 3002) ali Flomac 147, ki ne vsebujejo silicija, je mogoče dosegati nizke vsebnosti žvepla tudi pri jeklih, ki so pomirjena le z aluminijem, kot so jekla za globoko vlečenje in jekla za masivno preoblikovanje v hladnem. Nova spoznanja o lastnostih žlinder izkoriščamo pri doseganju takšne sestave žlinder, ki ima veliko sulfidno kapaciteto. Z enostavnimi žlindrnimi mešanicami si pomagamo, zlasti pri odžveplanju nekaterih vrst SM jekla v ponovci v času preboda, s čimer smo znatno izboljšali čistočo takih jekel. Železarna Jesenice je na področju jeklarske tehnologije dosegla v zadnjih letih velik napredek. Trgu lahko ponudimo vedno bolj kvalitetna jekla. Literatura 1. Rihter at al. Radex Rundschau 1981 1/2 str. 482 2. Schlackenatlas, Verlag Stahleisen MBH Dusseldorf 1981. ZUSAMMENFASSUNG Das vorliegende Bericht gibt eine Ubersicht iiber die ge-samte Pfannenbehandlung von Stahl im Hiittenwerk Jesenices dar. Im Hiittenwerk Jesenice sind mit der Inbetriebnahme der Anlage fiir die Sekundarbehandlung von Stahl in der Pfanne durch das Einblasen von Pulverstoffen im Jahre 1982 und der VOD Anlage im Jahre 1984 die Moglichkeiten gegeben, aus dem breiten Qualitatsprogramm Stahle hochster Giite zu er-zeugen. Neben der vvesentlichen Verbesserung der Stahlquali-tat haben sich vor allem die Mengen dieser Stahlsorten ver-grossert, die wir friiher wegen der nicht ausreichenden Ausrii-stung nicht erzeugen konnten. Hier zahlen vor allem nichtro-stende Stahle, Stahle fiir elektrotechnische Zwecke, legiert mit Si und Al oder nichtlegierte Stahle fiir Sonderzvvecke, Kon-struktionsstahle, feinkornige und mikrolegierte Stahle mit ga-rantierter Abkantbarkeit und isotropischen mechanischen Ei-genschaften. Moglichkeiten, die uns durch die moderne Stahltechnolo-gie geboten werden, sind so gross und vielseitig, dass sie von unserem Markt noch nicht im vollem Maase genutz vverden konnen. Aus den Tafeln 5 und 6 ist zu ersehen, dass die Quali-tat von Stahl erzeugt in Lichtbogenofen gemessen mit dem Schwefelgehalt, Reinkeitsgrand oder mechanischen Eigen-schaften ein hohes Niveau hat, den der Schwefelgehalt ist auch im Durchschnitt sehr niedrig, die tiefsten Werte liegen bei 0,001 % S. Die moderne Ausriistung im Stahlwerk macht die Erzeu-gung von Stahlen nach den Verfahren der Vakuummetallurgie, VOD oder nur VD, und durch die Sekundarbehandlung mit CaSi oder anderen sintetischen Schlacken fiir die Entschvvefe-lung von Stahl und Modifizierung der nichtmetallischen Ein-schliisse moglich. Bei den strengsten Giitevorschriften konnen Stahle nach beiden Verfahren (VD + CaSi) behandelt werden, was vor allem bei einigen Einsatz und Vergutungsstahlen der Fall ist. Mit den neuen auf den Markt erhaltlichen Pulverstoffen auf Basis Ca0/AI:03 (Wacker S 3002 oder Flomac 147) die kein Silizium enthalten ist es moglich sehr tiefe Schwefelwerte auch bei den nur mit Aluminium beruhigten Stahlen wie Tief-ziehstahle oder Stahle fiir Kaltmassivumformung zu erreichen. Neue Erkentnisse iiber Schlackeneigenschaften helfen uns Schlacken mit hoher Sulfidkapazitat herzustellen. Einfache Schlackenmischungen werden vor allem fiir die Entschwefe-lung einiger SM Stahlsorten vvahrend das Abstiches in der Pfanne eingesetzt, wobei die Reinheit so behandelter Stahle wesentlich verbessert wird. Das Hiittenwerk Jesenice hat auf dem Gebiet der Stahl-vverkstechnologie in den letzten Jahren einen Grossen Vort-schritt gemacht. Dem Markt konnen Stahle immer besserer Giite angeboten vverden. SUMMARY The present paper gives a review and the results of com-plete out-of-furnace treatment of steel in the Jesenice Iron-works. Instalment of the equipment for the secondary treatment of steel in ladle in 1982, and after the beginning of opera-tion of VOD set-up in 1984 the possibility was created in the Jesenice Ironvvorks to manufacture a wide assortment of steels with the highest possible quality. Beside the essential improve-ment in the steel quality, also the amount of those steel grades wihich production was limited with the poor equipment was increased. They are meant mainly: stainless steel, electric sheet steel alloyed with Si and Al, or unalloyed special steel, structu-ral, fine-grain and microalloyed steel with a guaranteed bor-dering ability and isotropic mechanical properties. The possibilities which are offered by the modern steel-making technology are so big and manysided, that our market does not take the advantage of it in a sufficient extent. It is mainly meant for the secondary treatment of steel in the ladle. Tables 5 and 6 show that the quality of steel made in electric furnace is high when sulphur content, purity or mechanical properties are taken in account, since the sulphur content is in average very low, the lowest values are even around 0.001 % S. Modern equipment being in the steel plant thus enables the manufacturing of steel by the methods of vacuum metallurgy, VOD, or only VD and subsequent secondary treatment with CaSi or other synthetic powdery materials for desulphurisa-tion and modification of non-metallic inclusions. For the most strict quality demands the steel can be treated by the both methods (VD + CaSi) which is important in structural steel and some other steel grades for hardening and tempering with special demands. With the new materials offered by the market, like melted synthetic slag based on Ca0/Al,0., (Wacker S 3002 or Flomac 147) which do not contain silicon, also Iow sulphur contants can be achieved with the steel being killed with aluminium, with deep-drawing steel, and with mass cold-forming steel. The new knowledge on slag properties is applied to achieve the compositions of slags with high sulphide capaci-ties. Simple slag mixtures are used particularly in desulphuri-sation of some open-hearth steel grades in ladle during the tapping, thus the purity of steel is considerably improved. In the field of steelmaking tehnology a great progress in the recent years was achieved in the Jesenice Ironworks. Steel of constantly higher quality can thus be offered on the market. 3AKJ1KDMEHHE fipmbeaehhbih flOKjiaa aaeT o63op h pe3yjibTaTbi o6meB o6pa6oTKH ctajim BHe nenu b MeTajijiyprHHecKovi 3aBoae >Ke-jie3apHa EceHHue. 3tot 3aboa, c yctahobkoh ycrpohctba ajia btophhhoh o6paooTKH cTajiH b KOBiue 1982 roaa h HananoM pa6oTW VOD ycTpoRcTBa 1984 roaa noJiyHHJi B03MO)KHOCTb H3r0T0BJiaTb CTajiH H3 CBoero o6uiHpHoro nporpaMMa ca\io-ro BbicoKoro KanecTBa. KpoMe cymecTBeHHoro yjiyHiueHHH KaiecTBa, ybe.ihheho np0h3b0actb0 Tex coptob ctaj7h, koto-pbix, BCJieaCTBHH CJIHUIKOM CKpOMHOrO OOOpvaOBaHHfl, Mbl He 6bIJIH b COCTOflHHH H3rOTOBJlHTb. ClOfla othochtch TJiaBHblM 06pa30M HepjKaBeiomHe CTajiH, jiHCTOBaa 3jieKTpocTajib, jie-rHpoBaHHaa c Si h Al h jih »e HejiernpoBaHHbie ctajih juia 0C06bIX Haa06H0CTeH, KOHCTpyKTHBHbie CTajiH, MejTK03epHH-CTbie h MajiojrerHpoBaHHbie CTajiH c rapaHTnpoBaHHbiM cboh-ctbom nojipy6aHHfl n H30T0nnefi mexahhneckhx cbohctb. Bo3mo»hocth, KOTOpbie Ha.M naeT coBpeMeHHaa TexHouo-ths CTajiH Taxne o6mnpHbie n BcecTopoHHbie, TaK hto Harn pbiHOK hx eme BnojiHe He ncnojib3yeT. 3to rjiaBHbiM 06pa30M KacaeTca btophhhoh o6pa6oTKH CTajiH b KOBiue. h3 Ta6jiHu 5 h 6 bhuho, hto CTajib H3r0T0BjreHHa5i b 3JieKTponeMax, ecjiH ee KanecTBO b OTHOiueHHH HHCTOTbi ot cepbi uajKe b cpeuHevt co-nep)KaHHH oieHb HH3Ka$i; caMbie HH3KHe 3HaieHHa Haxofl$iTca 0K0J10 0,001 %. CoBpe\ieHHoe o6opyaoBaHHe, KOTopoe mm HMeeM b Ha-uieM CTajieJiHTeHHOM uexe, 3HanHT HaM naeT B03Mo>KHocTb H3r0T0BJiHTb CTajin cnoco6aMH BaKyyMHOH MeTaiijiyprHH, VOD h ji h toubko VD h c btophhhoh 06pa60tk0h c CaSi h jih npOHHMH CHHTeTHHHCKHMH nOpOUJKOBbIMH MaTepHHJiaMH flJl« ožeccepHBaHHH CTajiH h MojjHcjjHKauHH hemetajuihheckhx BKJiK>hehhh. Ilpu caMbix bwcokhx Tpe6oBaHHHX Ha Kane-ctbo Mbi Mo>kem h3r0t0bjthtb CTajib o6ohmh cnoco6aMH (VD + CaSi), hto yhhtbibaetch npn KOHCTpyKTHBHbix CTaJiax h HeK0T0pbix y.iywi.ueHHbix cjannx c cneuHajjbHbiMH Tpe6oBa- hhh. C HOBbiM MaTepnajioM, KOToporo npejuiaraeT pbiHor, KaK Hnp. CHHTeTHHecKHH uiJiaK Ha 6a3e Ca0/Ali03 (Wacker S 30024 h jih Flomac 147) K0T0pbiii He coaepjKHT KpeMHHH eCTb B03M0*H0CTb nojiyHHTb CTajiH C HH3KHM COflepjKaHHeM cepbi, KOTOpbie ycnoKoeHbi TOJibKo c ajiioMHHHeM, Kan Hnp. CTajiH /ura rjiy6oKofi BbiTH»cKH h CTajiH ajia nepe<}>opMopKH b XOJ!OflHOM COCTOHHHH. Hosbie no3HaHHs h cBoficTBax iujiaKOB H3nojib3yeM, hto-6bi noJiyHHTb iujraKH cocTaBa, KOTopbiii HMeeT 6oJTbuiyio Cyjlb(J)HflHyK) eMKOCTb. C npOCTbIMH CMeCbMH UIJiaKOB Mbl HMeeM B03M0)KH0CTb BeCTH 06eCCepHBaHHe HeKOTOpbIX BHaOB MapTeHOBCKOH CTajiH b KOBUie BO BpeMH BbinyCKaHHH, npH ne\t cymecTBeHHO yjiyHiuaeM HHCTOTy cTajiefi. MeTajrjiyprH-necKHH 3aBOj ^Cejie3apHa EceHHue aocTHrjia b nocjieflHHX ro-aax b o6jracTH TexH0Ji0rHH CTajiH 6ojibmoH ycnex. Mbi mo-«eM npenJio»CHTb Ha kmhok 6ojiee KanecTBeHHbie CTajiH. Meja plastičnosti konstrukcijskih jekel, fizikalno-metalurške osnove1 UDK: 669.14.018.292:539.4.011.23:539.4.015.1:621.785.85 ASM/SLA: Q23b, X21b, AYb, 10-51 F. Vodopivec in M. Gabrovšek Opisani so elementarni mehanizmi utrditve ferita in iz njih izhajajoče povečanje meje plastičnosti konstrukcijskih jekel. Predstavljeni so deleži teh utrdilnih mehanizmov v meji plastičnosti normaliziranega mikrolegiranega jekla za debelo pločevino. 1. IZHODIŠČE Izhodišče te razprave je konstrukcijsko jeklo, torej jeklo, ki se uporablja za konstrukcije, ki se izdelujejo z oblikovanjem in varjenjem plošč. Razvoj tega jekla in izboljšanje njegovih lastnosti, ki temeljijo na napredku metalurške vede, je dobra slika za napredek pri drugih kovinskih gradivih. Za osnovo te razprave je izbrano konstrukcijsko jeklo prav zato, da bi se pokazalo, kakšna raziskovalna spoznanja so vgrajena v napredek masovnega gradiva in koliko so metalurgi uspeli z vztrajnim delom razvozljati zakonitosti, od katerih so odvisne lastnosti, jih uporabili za spremembe v tehnologiji izdelave in predelave jekla in tako dosegli današnjo kakovost konstrukcijskih jekel. 2. UTRDITEV S TRDNO RAZTOPINO IN PRELOM FERITA Izhodiščna sestava konstrukcijskih jekel je jeklo z okoli 0,15% ogljika, 0,5% mangana in 0,3% silicija, 0,03 % Al in čim manjšimi količinami nečistoč, predvsem žvepla. Osnova mikrostrukture je ferit, ki je trdna raztopina ogljika v alfa železu. Meja plastičnosti ferita s 0,004% C je 36 N/mm2 (1). Čim bolj je ferit čist, torej čim bolj se po sestavi približuje alfa železu, pri tem manjši napetosti se deformira in tem nižja je meja plastičnosti. Ogljik in dušik, ki ju najdemo v intersticijski trdni raztopini v feritu, močno povečujeta mejo plastičnosti. Za vsak 0,01 % C oz. N zraste meja plastičnosti (MP) ferita za 49 oz. 42 N/mm2 (2,3). To pove, kako je važno, da je v jeklu, ki je namenjeno za hladno kovanje, čim manj ogljika in dušika v trdni raztopini. Manjša je utrditev zaradi fosforja, narastek M P je 5 N/mm2 za 0,01 % P, torej 10 krat manjši kot pri ogljiku (4). Raztopljeni ogljik pa ne vpliva samo na mejo plastičnosti; na sliki 1 vidimo, da prehodna temperatura žilavosti močno zraste, ko se zniža količina ogljika, raztopljenega v feritu, pod približno 40 ppm (5). Sodeč po tej sliki, ni pričakovati koristi od tega, da se količina ogljika v raztopini v konstrukcijskem jeklu zniža mejo, ki je danes tehnološko že dosegljiva. Nasprotno pa količina kisika ne vpliva na prehodno temperaturo žilavosti (si. 2). Ferit se lahko prelomi na dva načina, krhko in duktilno. Prelom in prehodna temperatura žilavosti sta zelo važni lastnosti konstrukcijskega jekla, zato je koristno, da jima posvetimo nekaj pozornosti. ' predelani tekst predavanja na 33. metalurškem posvetu v marcu 1985 + S.0 5 +20 -C? & o s o -20 % o | -LO 0- -60 Vsebnost ogljika, ppm Slika 1 Vpliv vsebnosti ogljika v feritu z različnim kisikom na prehodno temperaturo žilavosti; po viru 5 Fig. 1 Influence of carbon content in ferrite by different levels of oxy-gen on transition temperature ductile-brittle fracture of steel (5). Kot vse kovine, se tudi ferit preoblikuje z drsenjem, ki je rezultat gibanja diskolacij v kristalni mreži. Napetost, pri kateri se deformacija sproži, imenujemo mejo plastičnosti; analogno nastane krhek prelom tedaj, ko je dosežena meja cepljenja. V zelo poenostavljeni obliki lahko predpostavimo, da se meja plastičnosti povečuje hitreje, meja cepljenja pa počasneje, ko se znižuje temperatura preizkušanja (slika 3). Če so razmere take, da je dosežena meja cepljenja, preden se je sprožil mehanizem plastične deformacije, pride do krhkega zloma ferita. Za prelom se porabi malo energije, kar je slabo. Mnogi posegi v ferit povečujejo mejo plastičnosti, le malo pa je mogoče vplivati na mejo cepljenja. Izjema je zmanjšanje zrn ferita, ki je koristno za obe lastnosti in ga bomo obravnavali kasneje. Nastanek krhkega preloma pospešuje povečanje hitrosti obremenitve. Razlaga je enostavna: meja cepljenja je dosežena, preden se sproži mehanizem plastične deformacije. Nasprotno pa povišanje temperature zmanjšuje nagnjenje h krhkemu lomu. Tudi tuje razlaga enostavna: pri višji temperaturi je povečana gibljivost dislokacij in lažje se sproži mehanizem plastične deformacije. Nagnjenje jekla h krhkemu lomu se najbolj pogosto opredeljuje na osnovi odvisnosti temperatura preisku- Vsebnost kisika. • 2000 ppm ▲ UOO ppm x 200 ppm □ 125 ppm a 30 ppm \ o 1 ppm \ v . 1 1 1 1 1 1 10 30 50 70 90 250 o o s 3 g 200 . ■•■^r * /. . •• i ; . ^v •* • \ i >> r" \ Z^Jte/ \ \ 'Ji m ivc 1 i.: K . ^ " K J -t-f.f , S» Slika 10 Pov. 100 x. Hitro rastoča zrna avstenita v matriksu enakomernih zrn Fig. 10 Rapidly growing austenite grains in a matrix of uniform and fine grains. nostjo v velikosti zrn Z, povprečno velikostjo zrn d, in volumskim deležem izločkov (v) je potrebno število izločkov: (1 _ J_ (4n.: j 2 Z 8d7 3 v (4) Na sliki 11 vidimo, kako količina aluminijevega ni-trida vpliva na mejo plastičnosti (14). Dosegljivo povečanje meje plastičnosti z zmanjšanjem feritnih zrn zaradi AIN je okoli 60 N/mm:. Koristnost aluminijevega nitrida je bila odkrita, ko so iskali način, kako jekla, bogata z dušikom, napraviti odporna proti deformacijskemu staranju. S pomirje-njem jekla z aluminijem so dosegli več stvari: zmanjšala 320 C p 300 \ s 280 £ V) jj 260 p ar 5 2L0 220 0 o 0 / / 0 , /o o > 0 00 / 0,01 002 0,03 0.0L Vsebnost AIN, % Slika 11 Odvisnost med količino AIN v jeklu in mejo plastičnosti konstrukcijskih jekel; po viru 13 Fig. 11 Effect of AIN content on yield point stress of structural steels (13). se je količina vključkov in spremenila njihova sestava in oblika, odpravila se je občutljivost za deformacijsko staranje zaradi dušika in zmanjšala so se zrna ferita. Zadnje je omogočilo, da se je povečala utrditev s povečanjem mangana. Tako so nastala jekla s povišano mejo plastičnosti 350 N/mm2, ki se dobavljajo v normalizi-ranem stanju, ker pride koristni vpliv AIN do veljave le s procesom normalizacije. Kljub povečani meji plastičnosti imajo ta jekla zaradi drobnozrnate mikrostruktu-re zadovoljivo prehodno temperaturo in duktilni krhki lom. Učinkovitost AIN je sprožila iskanje drugih di-sperzoidov. Najbolj učinkovit se je pokazal niobijev karbonitrid (oz. karbid, ker v spojini prevladuje ogljik nad dušikom), za nekatere namene pa se uporabljata tudi vanadijev nitrid in titanov karbid, ki pa ju v tem sestavku ne bomo obravnavali. Zanju velja veliko tega, kar bo povedano o niobijevem karbonitridu. NbC je topen v avstenitu v podobni količini kot AIN (14) in se izloča v podobnem intervalu temperature. Izločki so v enakih pogojih nekoliko bolj stabilni kot izločki AIN, njihov koristni vpliv pa se prišteva k učinku izločkov AIN. Zato ima jeklo z niobijem in aluminijem po enaki predelavi in toplotni obdelavi za 2 do 3 razrede drobnejša zrna avstenita kot jeklo z aluminijem (15). Trdnost jekla nekoliko zraste zaradi izločkov NbC, ki nastanejo pri ohlajanju s temperature normalizacije. Zaradi zmanjšanja zrn se lahko poveča substitu-cijska utrditev in količina perlita in tako pridemo v nov kvalitetni razred jekla z mejo plastičnosti 430 N/mm2, kar je za 80 N/mm2 več kot v manganskem jeklu legira-nem z AIN. Pri tem je zagotovljena zadovoljiva prehodna temperatura duktilni — krhki lom in varivost. Legi-ranje z niobijem ima še en koristen učinek na lastnosti jekla, ki ga bomo obravnavali pri analizi kontroliranega valjanja. Omenili smo, da so jekla mikrolegirana z aluminijem, odporna proti deformacijskemu staranju. Vedeti pa je potrebno, da se med vročim valjanjem veže v AIN le okoli 25 % dušika (28). Zato je lahko jeklo v valjanem stanju kljub aluminiju občutljivo za staranje. Odpornost proti staranju se doseže šele po normalizaciji, ko je vezano v AIN več od 90 % dušika. 4. PERLIT Omejili se bomo na lamelami perlit, ker v konstrukcijskih jeklih, ki se uporabljajo v normaliziranem ali v valjanem stanju, najdemo samo to obliko perlita. Mi-krostruktura jekla po kontroliranem valjanju pa je često večkomponentna, zato bomo omenili tudi bajnit in mar-tenzit. Trdnost jekla raste, ko v njem raste količina ogljika. Na sliki 8 vidimo, da meja plastičnosti raste linearno do 0,2 % ogljika, torej linearno s količino perlita v jeklu do zgornje meje ogljika v konstrukcijskih jeklih. Tega najbolj omejujeta varivost in prehodna temperatura žilavo-sti. Pri večjem ogljiku toliko zraste kaljivost, da ni mogoče preprečiti, da bi pri varjenju velikih konstrukcij ne nastala trda in krhka mikrostruktura v prehodni zoni zvarov, zaradi česar je seveda žilavost zvarov premajhna. Lamelami perlit nastane z evtektoidno transformacijo avstenita, ponavadi pri kontinuirnem ohlajanju jekla po normalizaciji ali po valjanju. Sestavlja ga osnova iz ferita in cementitne lamele. Lamelami perlit močno povišuje prehodno temperaturo žilavosti (slika 12). Povišanje prehodne temperature je podobno kot pri legi-ranju s silicijem in z manganom. Ker pa je ogljika v jeklu manj, prav ogljik s tvorbo perlita od vseh elementov v jeklu najbolj poviša prehodno temperaturo žilavosti. Količina perlita, % Slika 12 Vpliv količine perlita na prehodno temperaturo žilavosti; po viru 16 Fig. 12 Influence of the quantity of pearlite in steel on transition temperature (16). Na sliki 9 vidimo, da je znižanje prehodne temperature žilavosti zaradi zmanjšanja zrn tem hitrejše, čim manj je v jeklu perlita. So torej tehtni razlogi za to, da se v konstrukcijskih jeklih omeji količina ogljika; razvila se je posebna vrsta konstrukcijskih jekel, ki so poznana pod nazivom maloperlitna jekla. Ta jekla imajo pod 0,1 % C, odlično varivost in nizko prehodno temperaturo žilavosti pri visoki M P. Vzrok za neugoden vpliv perlita je v preoblikoval-nosti. Perlit z debelimi cementitnimi lamelami je slabo preoblikovalen in se krhko lomi; če pa so lamele drob- Slika 13 Prelom jekla z mikrostrukturo iz lamelarnega perlita Fig. 13 Fracture of steel with a microstructure of lamellar pearlite. ne, se pri deformaciji ne lomijo, temveč se preusmerjajo, kot zahteva tok kovine pri deformaciji. Dokaz za to je dobra deformacijska sposobnost patentiranega jekla, ki ima mikrostrukturo izključno iz finolamelarnega perlita. S hladnim vlečenjem dosežemo v patentiranem jeklu trdnost do 4000 N/mm2. Utrditev je deformacijske-ga značaja in gostota dislokacij dosega red velikosti 1012/cm2 (38). Finolamelaren perlit ima podoben jami-čast prelom kot ferit, na prelomni površini pa često vidimo lamelarno mikrotopologijo (slika 13), kar je dokaz, da je prelom na stopnji lamel nekoliko drugačen, kot prelom ferita (17). Poglejmo na kratko, kako legirni elementi vplivajo na izoblikovanje lamelarnega perlita pri kontinuimem ohlajanju jekla. Večina legirnih elementov znižuje temperaturo, pri kateri nastaja perlit. Pri povečanju vsebnosti mangana za 1 % se zniža temperatura nastanka perlita za 60 °C (8). To je seveda zelo koristno, nižja temperatura pomeni hitrejšo premeno avstenita, manjša zrna in drobnejše cementitne lamele, torej bolj preoblikovalen perlit, posredno pa tudi nižjo prehodno temperaturo. Podoben vpliv imajo še drugi elementi, na primer nikelj, krom, molibden in drugi. Tudi pri povečanju količine ogljika v jeklu se nekoliko zniža perlitna premenska temperatura, približno 10°C pri 0,15% C. Nasproten je vpliv silicija; povečanje količine silicija poviša premensko temperaturo (8), za vsak % Si perlitna točka zraste za ca. 60°C. Silicij torej sproži nastanek perlita pri višji temperaturi, to pomeni počasno perlitno reakcijo, večja zrna, debele cementitne lamele, slabo preoblikovalnost perlita in posredno povišano prehodno temperaturo. Pri siliciju se torej seštevata vpliv utrditve s trdno raztopino in vpliv na premeno avstenita; oba povišujeta prehodno temperaturo žilavosti, pri drugih važnih legirnih elementih, pa neposrednega seštevanja ni. Nekateri legirni elementi že v relativno majhni količini toliko zavrejo perlitno premeno, da se pri ohlajanju po valjanju ali po normalizaciji izvrši le deloma ali je sploh ni, in v mikrostrukturi najdemo bajnit in celo martenzit. Če je mikrostruktura zelo drobnozrnata, bajnit in martenzit pa enakomerno porazdeljena in obkrožena s feritom, dobimo jeklo s povišano mejo plastičnosti in zadovoljivo prehodno temperaturo. Razvili sta se dve posebni vrsti jekel, feritno martenzitna (18) in baj-nitna jekla (19). Feritno martenzitna jekla, često jih imenujemo tudi dual jekla, imajo mikrostrukturo, kot poimenovanje pove, iz ferita in martenzita. Odlikujejo se po visoki meji plastičnosti in deformabilnosti, ki je nad tisto, ki jo dosegajo mikrolegirana jekla z enako mejo plastičnosti. Uporabljajo se za dele, ki se izdelujejo s hladnim oblikovanjem, za kar mikrolegirana jekla niso primerna. V bajnitnih jeklih je povečana količina legirnih elementov, ponavadi mangana in kroma, in močno znižana količina ogljika (4 % Mn, 2 % Cr in 0,05 % C). Mikrostruktura teh jekel je v glavnem iz lata-stega probajnitnega ferita, mejo plastičnosti pa dajejo drobna zrna in izločilna utrditev. V celoti velja poudariti, da se varivost jekla izboljša, ko se znižuje količina ogljika v jeklih. Zato je tendenca razvoja sodobnih konstrukcijskih jekel zniževanje ogljika in izkoriščanje drugih načinov za povečanje meje plastičnosti. 5 DISPERZNA UTRDITEV Disperzna utrditev nastane zato, ker dislokacijske pentlje ovijejo izločke, ki so pretrdi, da bi jih lahko gibajoče se dislokacije presekale. Ashby (21) je razvil analitičen izraz A ap = 0,85 3Gb . di ln — (5) 2 L x ki povezuje mikrostrukturne parametre: b — Burgersov rektor za ferit, L — razdalja med izločki, di — velikost izločkov, x — premer jedra dislokacije in G — strižni modul z narastkom meje plastičnosti Acrp. V izrazu najdemo tudi člen Gb/L, ki je napetost, ki sproži Frank-Readov izvir dislokacij. Če se izvrši izračun za normalizirano jeklo z izločki z di = 25 nm in L = 100 nm, dobimo Aop«32 N/mm2. To pove, da imajo izločki, ki nastanejo pri temperaturi normalizacije, majhen, vendar ne zanemarljiv vpliv na mejo plastičnosti. Utrditev je mnogo večja, če izločki nastanejo pri ohladitvi jekla s temperature normalizacije ali pri neki temperaturi, ko je izpolnjen pogoj, da so koherentni s feritnim matriksom (2). Ker nimajo enake medmrežne razdalje kot ferit (si. 14), ima njihov nastanek za posledico nastanek elastičnih prilagoditvenih napetosti, ki ferit močno utrdijo, utrditev pa često poimenujemo kot koherentno. Koherenca se obdrži le do določene velikosti izločkov, utrditev pa je mogoča le pod temperaturo, pri kateri se elastične napetosti sprostijo z deformacijo ferita. Pri kratkotrajnem žarjenju je maksimum utrditve zaradi NbC in VC pri okoli 600 °C (22). Pri podaljšanju žarjenja se maksimum utrditve pomika k nižji temperaturi, ker izločki rastejo in izgubljajo koherenco, kar sprošča polje elastičnih napetosti okoli njih. Na sliki 15 je prikazan teoretični vpliv velikosti izločkov NbC na rast meje plastičnosti (23). Pomembno Slika 14 Popolnoma koherenten (a), deloma koherenten (b, c) in nekohe-renten izloček Fig. 14 Coherent (a), partially coherent (b, c) and uncoherent (d) precip-itate. 4 6 Velikost izločkov NbC, Slika 15 Odvisnost med velikostjo izločkov in mejo plastičnosti v mikro-legiranem jeklu z 0,027 % Nb; izračunano po viru 21 Fig. 15 Effect of precipitates size on yield point stress in HSLA steel with 0.027 % Nb (21). 250 Izločilna utrditev, N/mm' Slika 16 Vpliv izločilne utrditve mikrolegiranega jekla na prehodno temperaturo žilavosti; po viru 11 Fig. 16 Influence of precipitation hardening on transition temperature (11). koherentno utrditev dajejo le kubični izločki, na primer karbidi niobija, vanadija in titana, ne pa heksagonalni A1N. Popolna obravnava izločilne utrditve zahteva več prostora, kot ga je na voljo za ta pregled. Zaradi popolnejše, čeprav le okvirne slike velja omeniti, daje izločilna utrditev mogoča le, če gibajoče dislokacije izločkov ne prestrižejo. Trdnost na prestriženje je odvisna od velikosti izločkov in od elastičnega modula snovi, iz katere so. Na primer: dislokacije ne prestrižejo več izločkov TiC v feritu pri velikosti 3 nm, kritična velikost za izločke iz bakra pa je 14 nm (38, 39). Razliko razlaga elastični modul, ta je 220000 N/mm2 pri TiC in 46000 N/mm2 pri bakru. V praksi je sedaj mogoče izkoristiti le del izločilne utrditve, ki jo napoveduje teorija. Sicer pa je popolno izkoriščanje celo neželeno, utrditev namreč spremlja povečanje prehodne temperature, duktilni — krhki lom (slika 16). Za povečanje mej plastičnosti je mogoče izkoristiti pri jeklu z 0,15% C in 1,4% Mn okoli 50 N/mm2. To je dovolj, da je dosežen nov kvalitetni razred normaliziranih konstrukcijskih jekel z mejo plastičnosti nad 470 N/mm2. V mikrolegiranih jeklih, ki izkoriščajo zmanjšanje zrn zaradi A1N in NbC in izločilno utrditev zaradi VC, je v primerjavi s klasičnim mangan-skim jeklom meja plastičnosti povečana za 120 N/mm2, torej za približno tretjino. To pomeni za tretjino lažje konstrukcije, zato se ta jekla v sodobni strojegradnji s pridom izkoriščajo. 6. KONTROLIRANO VALJANJE Kontrolirano valjanje je bilo v začetku namenjeno samo izdelavi konstrukcijskih jekel z visoko mejo plastičnosti brez normalizacije, sedaj pa se je ta proces razširil še na druge namene, ki pa jih v tem prispevku ne bomo obravnavali. Premena avstenita, iz katerega de-formacijska energija ni popolnoma izločena, je hitrejša kot premena nedeformiranega ali rekristaliziranega avstenita. Pri premeni deformiranega avstenita nastajajo drobnejša zrna (24, 25). Problem, kako zadržati med valjanjem in po njem avstenit v nerekristaliziranem stanju, je bil rešen, ko so spoznali, da niobij v trdni raztopini v avstenitu že pri mikrokoličinah, ki so potrebne za zmanjšanje zrn in za izločilno utrjenje, zavira statično rekristalizacijo in rast zrn avstenita med vtiki (26, 27). Tvorba izločkov je v re-kristaliziranem avstenitu zaradi počasne nukleacije 800 c ti -c 5 O c\j | g O _ 600 iOO c 0 5 c S ■§ g 1 m 200 0. CrMn y eklo z Nb/ / * / / / / ----- -MO -•— fcrMn jek / / *-- do z A1 '200 1100 1000 900 800 Začetna temperatura valjanja , °C Slika 17 Vpliv temperature valjanja jekla na število zrn avstenita, ki med valjanjem v več vtikih niso rekristalizirala. Krom manganovi jekli za cementacijo; po viru 28 Fig. 17 Influence of initial rolling temperature on the number of austen-ite grains which remained unrecrvstallised during the rolling in several passes in two CrMn čase hardening steels (28). kljub prenasičenju zelo počasna (28). Mnogo hitrejša je tvorba izločkov med vročo deformacijo ali v deformiranem avstenitu (29, 30). Pri neki začetni temperaturi valjanja rekristalizacija avstenita med vtiki ni več popolna (slika 17). Ko se temperatura začetka valjanja dalje zniža, delež nerekristaliziranega avstenita najprej hitro zraste, doseže maksimum, nato pa se postopoma zmanjšuje, ko temperatura valjanja dalje pada, kljub kopičenju deformacije. Razlaga je, da pri višjih temperaturah hitra statična poprava izloči dovolj deformacijske energije, da v velikih zrnih avstenita ni statične rekristalizacije v presledku časa med vtiki. Pri nižjih temperaturah valjanja je tudi statična poprava počasnejša in v nerekri-staliziranih zrnih se kopiči pri nadaljevanju valjanja de-formacijska energija dotlej, da del avstenita, ki je ostal nerekristaliziran po prvem vtiku, lahko rekristalizira (28, 31). Niobij v raztopini močno poviša temperaturo, pri kateri rekristalizacija avstenita med vtiki ni več popolna. To je temelj ene od tehnik kontroliranega valjanja. Ta zelo zgoščeni pregled pove, da med valjanjem jekla poteka več procesov, ki vplivajo na mikrostrukturo avstenita med valjanjem, na mikrostrukturo po valjanju ter na lastnosti jekla. Pri kontroliranem valjanju se skuša doseči optimalna kombinacija vseh procesov. Jeklo se pred valjanjem segreje na temperaturo, pri kateri so A1N, NbC in VC raztopljeni v avstenitu. Nato se izvrši začetna faza valjanja in doseže največje zmanjšanje začetne debeline va-ljanca. Srednja faza valjanja se izvrši tako, da ostane avstenit nerekristaliziran. Tej fazi sledi zadržanje, da lahko nastane primerna količina izločkov NbC in A1N. Ko se trdna raztopina avstenita osiromaši z niobijem, se izvrši rekristalizacija. Temperatura je nizka, zato nastanejo drobna zrna avstenita, katerih rast onemogoča velika količina izločkov. Sledi zaključna faza valjanja, pri kateri se vnese v drobnozrnat rekristaliziran avstenit toliko deformacijske energije, da je pospešena premena. Nastane zelo finozrnata mikrostruktura iz ferita in per-lita z visoko mejo plastičnosti, veliko žilavostjo in nizko prehodno temperaturo. Tehnologija valjanja seveda ni enostavna, ker je potrebno proces valjanja točno prilagoditi sestavi jekla. Plošče z debelino do 20 mm se teko- če valjajo v valjarnah, ki so zadosti močne in primerno preurejene, da čakanje ne zadržuje ritma valjanja, ponekod pa se uspešno valjajo tudi debelejše plošče (32). Izredno finozrnata mikrostruktura po kontroliranem valjanju omogoča, da se poveča delež izločilne utrditve brez škode za žilavost, in dosežemo tudi povečano mejo plastičnosti za okoli 80 N/mnv v primeri s podobnim normaliziranim jeklom (33). Še boljši uspehi so pri trakovih iz maloperlitnih jekel. V kontrolirano valjanem stanju je pri isti meji plastičnosti žilavost boljša za 20 J, pri enaki žilavosti pa je meja plastičnosti večja za do 150 N/mnr (11, 34). Tako izboljšanje pa je dosegljivo le pri maloperlitnih jeklih, ki so bolj primerna za kontrolirano valjanje od jekel z normalnim ogljikom. Dodatno utrditev dosežemo pri še nižji temperaturi valjanja v primeru, daje med valjanjem avstenit že spremenil v fe-rit, v jeklu se na tak način ohrani deformacijska utrditev, ki seveda poveča mejo plastičnosti, vendar zmanjša prehodno temperaturo žilavosti in jeklu da anizotropijo v lastnostih (35). Ta sicer spremlja proces valjanja jekla, če je med vtiki le delna rekristalizacija avstenita (28). 7. ANIZOTROPIJA Razprava o anizotropiji zaradi nekovinskih vključ-kov sicer ne spada v okvir tega sestavka, vendar je izo-tropnost tako pomembna lastnost sodobnih konstrukcijskih jekel, da ne moremo molče mimo nje. Od jekla, ki je namenjeno za varjene konstrukcije, zahtevamo, da ima enake lastnosti v vseh smereh. Razlike med smerjo valjanja in prečno smerjo so ponavadi sprejemljive, sicer pa se jeklu tako in tako določajo lastnosti na preizkušancih z osjo prečno na smer valjanja. Slabše so lastnosti debelih plošč iz konstrukcijskih jekel v smeri debeline, predvsem kontrakcija. Vzrok so nekovinski vključki, ki so plastični in se med valjanjem razpotegnejo v ravnini valjanja. Taki vključki v sodobnih jeklih, predvsem vključki MnS, olajšajo začetek preloma (slika 7) in povzročajo tako imenovano lamelarno trganje. Nekatere varjene konstrukcije imajo zvare, ki jeklo obremenjujejo v smeri debeline plošč. Za take konstrukcije je potrebno jeklo, ki ima dobro deforma-bilnost tudi v smeri debeline plošč. To dosegamo na dva načina: z zmanjšanjem količine žvepla v jeklu, kajti . mm . (l-mm? > Slika 18 Vpliv količine vključkov manganovega sulfida na kontrakcijo preizkušancev z osjo v smeri debeline pločevine. Količina vključkov je izražena z dolžino vključkov na cm2 površine vzdolžnega preseka. Jeklo z 0,18 C, 1,4 Mn, 0,007-0,02 S, 0,04 Nb, 0,06 V in 0,03 Al; po viru 36 Fig. 18 Influence of the quantity of MnS inclusions on reduction of area of specimens with axis in through thickness direction of thick plates. The quantity of inclusions is given as length per cm2 of longitudinal section. Steel with 0.18C, 1.4Mn, 0.007-0.02S, 0.04Nb, 0.06V and 0.03A1 (36). prav vključki manganovega sulfida so glavni vzrok za slabo deformabilnost pri obremenjevanju v smeri debeline plošč (slika 18); druga pot pa je vezava žvepla v vključke, ki so neplastični pri temperaturi valjanja. Tudi pri nas smo razvili izdelavo jekla z dobro deformabil-nostjo pri obremenitvi v smeri debeline plošč s kombinacijo obeh osnovnih postopkov. 8. KVANTITATIVNA OCENA DELEŽA UTRDILNIH MEHANIZMOV V MIKROLEGIRANEM JEKLU Z VISOKO MEJO PLASTIČNOSTI Podatki, ki so na voljo o konstrukcijskih jeklih, so premalo natančni, da bi mogli popolnoma verno kvan-tificirati deleže utrdilnih mehanizmov v meji plastičnosti. Nekatere deleže, na primer ogljik kot perlit, substi-tucijsko raztopljene elemente in izločilno utrditev je mogoče oceniti z zadovoljivo natančnostjo. Težje je z deleži, ki jih prinašajo drugi utrdilni mehanizmi, na primer elementi v intersticijski raztopini, nečistoče, ki jih standardna analiza ne pokaže (na primer Sn, Sb, As), pa predpostavljamo, da utrjujejo ferit podobno kot fosfor. Na sliki 19 so grafično in v odstotkih predstavljeni deleži posamičnih utrdilnih mehanizmov za mikrolegi-rano jeklo z dano sestavo in zagotovljeno mejo plastičnosti 470 N/mm:. Kemična sestava in meja plastičnosti sta povzeti po atestu Železarne Jesenice za 20 mm normalizirane plošče kot povprečje dveh podobnih šarž. Cenimo, da je napaka manjša od 10 % pri deležih perli-ta, substitucijsko raztopljenih elementov (Mn, Si in drugi) in pri izločilni utrditvi. Nekoliko večja je netočnost pri oceni deleža zmanjšanja zrn, največja pa je nejasnost pri deležu nekontroliranih nečistoč. Za oceno vpliva intersticije v C in N je sprejeto, da ima ferit v raztopini 0,01 % C, kar ustreza ravnotežni topnosti pri povprečni temperaturi perlitne premene tega jekla, dušik 20 mm pločevine iz jekla 0,18C, 0,4 Si, l,iMn , 0,02P, 0.025Al, 0,0042Nb 0,06 V, 0,12 Cr, 0,21 Cu, 0,10Ni. normalizirano meja plastičnosti 488N/mm2, vel. zrn razred 11ASTM 500 400 J £ 300 200 100 tO «! fc S* s! -o 1 I vc NbC AIN Mn Cu* Cr * *Ni*P Si Izločilna utrditev Zmanjšanje zrn Substitucijska trdna raztopina C kot perlit Intersticijska utrditev C in N Naravna MP 10% 14 12 24 9 6 11,5 7 6.5 Slika 19 Delež različnih utrditvenih mehanizmov ferita pri dosegi meje plastičnosti v normaliziranem mikrolegiranem jeklu Fig. 19 Fraction of different hardening mechanisms in the yield point stress of a normalised HSLA steel. pa je popolnoma vezan v AIN. Nižji stolpec predstavlja mejo plastičnosti izhodiščne sestave jekla, v kateri pa so upoštevane tudi nekontrolirane primesi. Kljub netočnostim je vrednost predstavitve na sliki 19 koristna; vidimo namreč, da je meja plastičnosti vsota mnogih utrdilnih mehanizmov, od katerih nobeden ni zanemarljivo majhen. Kritična ocena kaže, da bi bilo mogoče pri meji plastičnosti še nekoliko pridobiti s termičnim režimom valjanja in normalizacije, pri čemer bi dosegli še manjša zrna. Danes poročajo o konstrukcijskih jeklih z velikostjo zrn v razponu razredov 13 do 15 po ASTM, kar pomeni linearno velikost 3 do 5 |j.m. 9. ZAKLJUČEK Veliko dosežkov raziskovalnega dela, teoretičnega in razvojnega, je vloženo v kvaliteto današnjih konstrukcijskih jekel. Z relativno majhnimi spremembami v sestavi, predvsem pa s sestavo bolj prilagojenim procesiranjem, se dosegajo mnogo boljše lastnosti, tudi meja plastičnosti. Ce je od začetka razvoja kvaliteta konstrukcijskih jekel napredovala predvsem na osnovi em-pirizma, lahko za zadnjega četrt stoletja razvoja rečemo, daje gonilna sila napredka boljše teoretično znanje in tehnološko obvladovanje mehanizmov utrditve ferita. Teorija zadovoljivo razlaga posamične mehanizme utrditve in lastnosti, ki jih opredelimo na osnovi posamičnih teoretičnih modelov, se zadovoljivo ujemajo s tem, kar je mogoče izmeriti na jeklih. Zadovoljivo je mogoče oceniti tudi kombinirani vpliv dveh mehanizmov utrditve, na primer trdna raztopina + velikost zrn. Modeli pa še niso dovolj popolni za razlago v primerih, ko se kombinira več mehanizmov utrditve in večkompo-nentna mikrostruktura z izločki v širokem razponu velikosti. Vzrok, da takih primerov še ne znamo kvantitativno opisati, niso nejasnosti na nivoju posamičnih mehanizmov, temveč v tem, da ne znamo opisati gibanja dislokacije skozi mikrostrukturo, ki temu gibanju postavlja ovire različne vrste. Ni pričakovati, da se je razvoj konstrukcijskih jekel zaustavil, posebno ne sedaj, ko mikroprocesorji obetajo, da bo mogoče natančneje vodenje procesov izdelave in predelave. Seveda pa je potrebno procesorje napajati z dobrimi podatki. Na obzorju ni take revolucije, kot so jo prinesla mikrolegirana jekla, zato bo več pozornosti pri raziskavah potrebno posvetiti optimizaciji procesov izdelave in predelave z racionalizacijo porabe energije in dosegu zastavljenih lastnosti na najbolj gospodaren način oz. proizvodnjo jekel, ki jih uporabnik želi za določen namen uporabe. To seveda pomeni, da bo tudi pri proizvajalcih jekel potrebno več pozornosti nameniti raziskavam lastnosti, ki jeklo delajo najprimernejše za določen namen uporabe. Viri 1. D. Drobnjak: Fizička Metalurgija, Universitet u Beogradu, 1981. 2. E. T. Stephenson: Trans. Amer. Soc. Metals 55, 1962, 624. 3. M. Nacken in J. Jargon: Archiv Eisenhutt. 37, 1966, 989. 4. W. Heller: Stahl und Eisen 86, 1966, 42. 5. C. Pichard, J. Rien in C. Gonx: Metallurgical Trans. 7A, 1976, 1811. 6. W. Dani: Stahl und Eisen 101, 1981, 967. 7. G. Henry in J. Platean: La Microfractographie, Zal. Me-taux, St. Germain-en-Laye. 8. A. Kveder: Poročilo Metalurškega inštituta v Ljubljani, št. 507, 1967. 9. Y. Ohmori, Y. Kawaguchi in Y. Yamaguchi: Transactions ISIJ 20, 1980, 392. 10. E. O. Hali: Proc. of the Physical Soc. B64, 1951, 747. 11. N. J. Petch: Journal of 1SI 174, 1955, 25. 12. C. Strassturger, L. Meyer in F. Heisterkamp: Bander, Bleche Rohre 12, 1971, 153. 13. T. Gladman in F. B. Pickering: Journal of ISI 205, 1967, 653. 14. K. J. Irvine: Journal of ISI 200, 1962, 820. 15. F. Vodopivec in M. Gabrovšek: Poročilo Metalurškega inštituta, št. 746, 1979. 16. W. E. Duckworth, R. Philips in J. A. Chapman: Journal of ISI 203, 1965, 1108. 17. G. E. Miller in G. C. Smith: Journal of ISI 208, 1970,998. 18. B. Pretnar: Železarski zbornik 17, 1983, 111. 19. Y. Desalos in R. Laurent: Memoires Scient. Metallurgie, 1979,73. 20. E. Orowan: Sym. on Internal Stresses in Metals and Al-loys, Inst. Metals, London, 1948, 451. 21. M. F. Ashby: 2"d Bolton Landing Conf. on Oxide Dispersi-on, Gordon and Breach, New York, 1968. Po viru 1. 22. L. Meyer, H. E. Buhler in F. Heisteekamp: Thyssenfor-schung 3, 1971,8. 23. R. B. G. Yeo, A. C. Melville, P. E. Repas in J. M. Gray: Journal of Metals 20, 1968, 33. 24. W. Roberts: Scand. Journal of Metallurgy 9, 1980, 13. 25. M. Kmetič, F. Vodopivec in M. Gabrovšek: Železarski zbornik 14, 1980, 39. 26. A. le Bon, J. Rofes-Vernis in C. Rossard: Metal Science 9, 1975, 36. 27. F. Vodopivec, M. Gabrovšek in M. Kmetič: Železarski zbornik II, 1977, 13. 28. F. Vodopivec, M. Gabrovšek, M. Kmetič in A. Rodič: Metals Technology 11, 1984, 481. 29. J. J. Jonas in I. Weiss: Metals Science 13, 1979, 231. 30. I. VVeiss in J. J. Jonas: Metallurgical Trans. 11A, 1980, 387. 31. F. Vodopivec, M. Kmetič in A. Rodič: Železarski zbornik 18, 1984,9. 32. E. Rasanen, P. Alasaarela in K. Kielityinen: Metals Tech-nology 3, 1977, 509. 33. E. W. Giinther, W. Lehnert in D. Peisker: Neue Hutte 18, 1973, 27. 34. L. Meyer, F. Schmidt in C. Strassburger: Stahl und Eisen 89, 1969, 1235. 35. D. N. Hawkins: Metals Technology 4, 1978, 37. 36. F. Vodopivec, M. Gabrovšek, I. Rak, B. Ralič in J. Žvo-kelj: Železarski zbornik 12, 1978, 1. 37. T. Gladman, D. Dulien in I. D. Mclvor: Microalloying 75, UCC New York, 1975, 32. 38. E. Hornbogen: Festigkeitssteigerung durch Ausscheidung; Grundlagen des Festigkeits- und Bruchverhaltens, Verlag Stahleisen, Dusseldorf, 1974, 86. 39. E. Hornbogen: Kombination der verschiedenen Mechani-smen zur Festigkeitssteigerung; Ibidem, 11.2 Der Einfluss der Perlitmenge, der Verfestigung durch die feste Losung, der Verringerung der Korngrosse und der Ausscheidung auf die Streckgrenze und die Ubergangstemperatur sproder — zaher Bruch in Konstruktionsstahlen vvird beschrie-ben. Die fenomenologischen und morphologischen Eigenhei-ten von duktilem und sprodem Bruch von Stahl werden defi- niert. Die Anisotropie von Stahl verursacht durch die bei der Walztemperatur plastischen nichtmetallischen Einschlusse wird beschreiben. Die Strekgrenze von 470 N/mm2, eines nor-malgegliihten, mikrolegierten Stahles fiir dicke Bleche, wird auf die einzelnen Verfestigungsmechanismusse von Ferrit zer-teil. SUMMARY Influences of the pearlite amount, of the solid-solution hardening together with the reduction of grain size and the precipitation phenomena on the yield strength and on the transition temperature of the brittle — tough fracture in struc-tural steels are described. The phenomenological and morpho-logical characteristics of the ductile and brittle fracture in steel are analyzed, and the steel anisotropy due to inclusions which are plastic at the rolling temperatures is described. Yield strength of 470 N/mm2 of normalized microalloyed steel for plates is split according to single mechanisms of ferrite hardening. 3AKJIIOHEHME OnHcaHO BJiHHHHe coaep»aHHe nepjiHTa, yTBep)K,neHHH c TBepubiM pacTBopoM, c yMeHbmeHHeM BejiHHHHbi 3epeH h c BbmeneHHeM Ha npeaene nnacTHHHOCTH, TaKMce Te\inepaTypbi nepexoaa h xpynKHH H3JTOM b KOHCTpyKmiOHHbix CTajiax. Pac-HJieHeHbi 4>eH0MeH0Ji0rHMecKHe h Mop4>ojiorHHecicne xapaKTe-Phcthkh KOBKoro h xpynKoro H3H0Ma ctajih. Taioice ormcaHa aHH30Tp0nH» CTajiH BCJieaCTBHH BKJIlOHeHHH, KOTOpbie HaXO-nsitcfl b coctohhhh nnacthhhocth npH TeMnepaType npoicaT-kh. npenejl njiaCTHHHOCTH BejiHHHHbi 470 H/mm2 H0pMajlH30-BaHHOH MHKpOCnjiaBHOH CTajiH flJIH TOJICTOJTHCTOBOH CTajiH pa3neneH, b othoujchhh Ha TBepaocTb (j)eppHTa, Ha OTflejrb-Hbie MeXaHH3MbI. Rekristalizacija in rast zrn pri žar jen ju hladno valjanega jekla z 0.03C, 1.8Si, 0.3Mn, in 0.3AI UDK: 669.018.5:621.785.374:621.785.375 ASM/SLA: J23c, N2, M5h, N3m, AYb, 4-53 F. Vodopivec, F. Marinšek, F. Grešovnik in O. Kiirner 1. CILJ IN NAČIN DELA V sklopu raziskovalnega dela, namenjenega zmanjšanju anizotropije v vatnih izgubah med vzdolžno in prečno smerjo dinamo trakov, smo raziskali tudi mehanizem in kinetiko rekristalizacije. Vzorce iz industrijskih trakov z debelino 0,5 mm, izvaljanih iz vroče valjanih trakov z debelino 2,3 mm, smo zarili v svinčevi kopeli v temperaturnem intervalu 500 do 900 "C v presledkih po 50 "C. Iz dveh šarž so bili preizkušanci vzeti z glave in noge, iz ene pa le z glave. Na žarjenih trakovih smo izvršili standardne preiskave: trdota, velikost zrn in mikrostruktura. Velikost zrn smo opredelili po metodi linearne intercepcije. Pri enakomernih zrnih daje ta metoda zelo dobro sliko velikosti; če pa so zrna neenakomerna, je nezanesljiva brez zelo velikega števila merjenj. Zato smo na nekaterih preizkušancih povprečno velikost zrn, ki je bila izmerjena v področjih z enakomernimi zrni, dopolnili tudi s štetjem zrn, ki so po velikosti in obliki močno odstopala od okolice in je bilo očitno, da so rastla nadpovprečno hitro. Za kontrolo hitrosti procesa, predvsem za kontrolo zmanjšanja deformacijske utrditve s popravo smo izmerili tudi trdoto po Vickersu. 2. REKRISTALIZACIJA 2.1 Nukleacija in rast rekristaliziranih zrn v deformiranem okolju Po hladnem valjanju je mikrostruktura iz podolgovatih zrn ferita; med njimi so plasti drobnih perlitnih zrn, ki jih na vzdolžnem preseku vidimo kot vzporedne nize drobnih zrn. Redkeje najdemo tudi drobne nize Slika 1 Pov. 200 x . Hladno valjan trak 4503 N Fig. 1 Magn. 200 x . Cold rolled strip 4503 N Slika 2 Pov. 200 x . Hladno valjan trak 9134 N Fig. 2 Magn. 200 x . Cold rolled strip 9134 N sulfidnih vključkov, bolj so pogosta poliedrična oksid-na zrna. V hladno deformiranem jeklu ni mogoče realno opredeliti velikosti zrn, pač pa se dobro razločijo njihove meje (si. 1). Pri močnejšem jedkanju se v nekaterih podolgovatih zrnih pokaže rebrasta podstruktura (si. 2). Paketi drsnih lamel-rebra ležijo pod naklonom, ki je simetričen glede na ravnino valjanja. Periodična sub-struktura kaže, da se pri hladnem valjanju s kombinacijo translacije in rotacije razvije taka deformacijska tek-stura, da je v ravnini valjanja povečana gostota ploskev (100) in (111) ter zmanjšana gostota ploskev (110) (1). Prva rekristalizirana zrna najdemo v deformiranih zrnih, ki se močneje jedkajo kot okolica. Nastajajo v predelu kristalnih mej. Ni videti, da bi se rekristalizacija pogosteje začenjala ob perlitnih zrnih, četudi so ta zrna tolika, da bi lahko olajšala kalitev (2), pač pa se pogo-stoma kali rekristalizacije najdejo ob sulfidnih vključ-kih v nizih. Ni videti, da bi v enakih drugih pogojih kalitev bila hitrejša v zrnih, kjer poševni paketi drsnih lamel kažejo na valjalniško teksturo. Tudi ni videti, da bi do kalitve prišlo hitreje ob razogljičeni površini kot v notranjosti traka. Vse te značilnosti procesa kalitve rekristaliziranih zrn v deformiranem okolju vidimo pri pazljivem opazovanju na slikah 3 in 4. V nadaljevanju žarjenja rekristalizacija napreduje predvsem v nizih zgodnje nukleacije, medtem ko v sosednjih zrnih ni videti sprememb v optičnem mikroskopu. Delno rekristalizirana mikrostruktura je zato iz podolgovatih polj drobnih rekristaliziranih zrn in polj ne-rekristalizirane kovine (si. 5). Deformirana zrna v rekristaliziranem okolju najdemo v enakih drugih pogojih v notranjosti in ob površini Slika 3 Pov. 200 x . Trak 4495 N, žarjen 5 min. pri 650 °C Fig. 3 Magn. 200 x . Strip 4495 N, annealed 5 min. at 650 °C Slika 4 Pov. 500 x . Trak 4495 G, žarjen 2 min. pri 650 "C Fig. 4 Magn. 500 x . Strip 4495 G, annealed 2 min. at 650 "C Slika 5 Pov. 500 x . Trak 4495 N, žarjen 3 min. pri 650 "C Fig. 5 Magn. 500 x . Strip 4495 N, annealed 3 min. at 650 "C traka (si. 6). Včasih se meja rekristaliziranega zrna naslanja na niz cementitnih zrn, drugod na meji ni v optičnem mikroskopu opaziti ničesar, nizi cementitnih zrn pa so celo v notranjosti rekristaliziranih zrn (si. 7). Posamična nerekristalizirana zrna, ki so ohranila od hladnega valjanja podolgovato obliko, najdemo v jeklu še precej po tem, ko je okolica popolnoma rekristalizira-na, na primer še po 10 min. žarjenja pri 600 in 650° C. To je močan dokaz stabilnosti teh zrn. Zanimivo je, da imajo vsa rekristalizirana zrna, ki se naslanjajo na posamična mnogo večja nerekristalizirana zrna, konveksno površino (si. 8). Iz teorije o rasti zrn vemo, da se premika kristalna meja iz zrna s konkavno v zrno s konveksno mejo (3). Zato je ukrivljenost meje znak stabilnosti podolgovatih nerekristaliziranih zrn. O tej stabilnosti bomo razpravljali nekoliko kasneje. Po končani rekristalizaciji je oblika zrn podolgovata in neravnotežna ter močno odstopa od idealne šestero-kotne. V nekaterih primerih so bila po končani rekristalizaciji večja rekristalizirana zrna ob površini, v drugih pa v notranjosti traku. Razlika pa je bila majhna, zato nismo iskali njenega vzroka. Osnovne značilnosti procesa rekristalizacije je mogoče razpoznati pri žarjenju pri temperaturah 600 in 650"C. Pri 550 °C ni nobene rekristalizacije tudi še po 60-min. žarjenju. Pri 700 °C je proces rekristalizacije mnogo hitrejši, že po 2 min. je re-kristalizacija dosegla 99%. Tudi pri tej temperaturi smo Slika 6 Pov. 200 x. Trak 4503 N, žarjen 5 min. pri 650 °C Fig. 6 Magn. 200 x . Strip 4503 N, annealed 5 min. at 650 "C Slika 7 Pov. 500 x . Trak 4495 N, žarjen 10 min. pri 650 °C Fig. 7 Magn. 500 x . Strip 4495 N, annealed 10 min. at 650'C Slika 8 Pov. 500 x . Trak 4495 N, žarjen 5 min. pri 700 "C Fig. 8 Magn. 500 x . Strip 4495 N, annealed 5 min. at 700 °C Slika 9 Pov. 200 x . Trak 4503 G, žarjen 2 min. pri 700'C Fig. 9 Magn. 200 x. Strip 4503 G, annealed 2 min. at 700 "C našli posamična nerekristalizirana zrna ob razogljičeni površini in v notranjosti traka (si. 9). Po rekristalizaciji pri 700 "C so bila zrna bolj poligo-nalne oblike, kot pri nižjih temperaturah in podobnih časih. To kaže, da z rekristalizacijo nastajajo zrna s popolnejšo poligonalno obliko ali da se prvotna oblika re-kristaliziranih zrn spremeni in bolj približa poligonalni. Zadnje se nam zdi bolj verjetno. Kot posebno zanimivost velja omeniti, da so se najbolj pogosto prav pri 700°C posamična podolgovata zrna porazdelila v manjša zrna z izrazito podolgovato, na vzdolžnem preseku traka valjasto obliko (si. 10). Dve meji sta v ravnini valjanja omejeni z nizi cementitnih zrn, dve meji pa sta pravokotni nanjo, torej pokončni na daljšo os prvotnih zrn. Natančno opazovanje pokaže, da se nekatere vodoravne meje naslanjajo na cementitne nize, drugod pa zrna nemoteno rastejo preko njih. Kristalna meja lahko prekorači pregrado, ki jo predstavlja niz karbidnih ali drugih zrn, pri neki oddaljenosti zrn v pregradi in razliki v notranji energiji med zrnoma, ki sta udeležena v procesu premika (3). Da ne bi razpravo o tem širili, velja omeniti, da najdemo v dinamo jeklu pogoje za oboje, za stabilne in nestabilne pregrade, in je učinek pregrade odvisen od temperature in od trajanja žarjenja. Nismo našli neposrednega dokaza za razlago, kako nastane kristalna meja valjastega zrna, ki je pravokotna na podolžno os prvotnih zrn. Za primer, ko take meje nastanejo med valjanjem jekla v dvofaznem področju avstenita in ferita, je razlaga poznana (4), vendar je za proces rekristalizacije ni mogoče uporabiti, ker temelji na prisotnosti obeh faz. Pokončna meja valjastih zrn skoraj gotovo ni produkt klasične rekristalizacije, verjetno se izoblikuje v procesu rasti valjastega zrna v pogojih, ko lateralno rast omejujeta cementitni pregradi in rekristalizirani matriks. Oblika kaže, da je proces rekristalizacije ali drugega načina odprave deformacijske utrditve omejen na notranjost posameznih zrn. Pri temperaturah nad 700 "C je bila rekristalizacija končana hitreje, kot je trajalo najkrajše žarjenje (30 sek. v svinčeni kopeli), zato iz mikrostrukture ni mogoče razpoznati značilnosti procesa začetka rekristalizacije. Oblika zrn po najkrajšem žarjenju je zelo poligonalna (si. 11), šesterokotnost pa tem popolnejša, čim višja je bila temperatura žarjenja. Poskusimo najti razlago za stabilnost posamičnih zrn, ki po končani rekristalizaciji okolice ohranijo podolgovato obliko, dobljeno pri valjanju. Pred rekristalizacijo in med njo poteka tudi poprava. Meritve trdote, Slika 10 Pov. 500 x . Trak 4495 N, žarjen 30 min. pri 700 "C Fig. 10 Magn. 500 x . Strip 4495 N, annealed 30 min. at 700 °C Slika 11 Pov. 200 x . Trak 4482 G, žarjen 1 min. pri 750 °C Fig. 11 Magn. 200 x. Strip 4482 G, annealed 1 min. at 750 °C o katerih bomo razpravljali kasneje, kažejo, da poprava, torej izločanje deformacijske utrditve brez spremembe oblike kristalnih zrn, lahko zmanjša trdoto skoraj toliko kot rekristalizacija. To pove, da je poprava v ugodnih pogojih proces mehčanja, ki je skoraj tako učinkovit kot rekristalizacija, le da poteka že pri nižji temperaturi, ko rekristalizacije ni ali je zanemarljiva. Logična je zato predpostavka, da je stabilnost podolgovatih zrn v rekristaliziranem matriksu rezultat poprave. Ta toliko zmanjša deformacijsko utrditev, da se v času, ki je bil na voljo pri določeni temperaturi, rekristalizacija še ni mogla začeti. Ko poprava zmanjša deformacijsko utrditev na približno isti nivo kot v rekristalizirani okolici, ni več močne gonilne sile za rekristalizacijo. V podolgovatih zrnih se s popravo izoblikuje poligonizi-rana substruktura. Mogoče se dislokacije uredijo v pregrade, ki so pokončne na dolgo os nerekristaliziranih zrn, iz njih se v kasnejši fazi razvijejo že omenjene pokončne meje valjastih zrn. Sčasoma postanejo podolgovata zrna nestabilna zato, ker je pri njih preveliko razmerje med površinsko in celotno energijo, kar po teoriji pomeni tudi manjšo stabilnost v primerjavi z okolišnimi rekristaliziranimi zrni, ko ta dosežejo določeno velikost (3). Zato pri neki velikosti rekristalizirani matriks požre podolgovata zrna. Zadnjo fazo rekristalizacije lahko nekoliko zadržijo pregrade iz cementitnih zrn. Nismo uspeli opredeliti, ali je stabilnost podolgovatih zrn povezana s prostorsko orientacijo, ki mogoče olajša proces poprave, ali je samo posledica statističnega začetka procesa rekristalizacije, ki se nekje začne takoj, drugod pa se malo zamudi in da popravi priliko, da zmanjša utrditev kovine v posamičnih zrnih, kar seveda nazaj zadrži rekristalizacijo. Omenili smo že, da je proces rekristalizacije zelo hiter pri temperaturi 750°C in višje. Dokaz, daje tudi pri visoki temperaturi enak ali podoben kot pri nizki, je v dejstvu, da najdemo tudi pri 850°C posamična valjasta zrna, ki so produkt rekristalizacije, omejene na notranjost deformiranega zrna. 2.1 Kinetika rekristalizacije Kinetiko rekristalizacije smo opredelili z meritvami trdote. Na slikah 12, 13 in 14 je prikazana evolucija trdote pri žarjenju jekel pri temperaturah 600, 650 in 700 °C. Pri 750 °C in višje so jekla dosegla naravno trdoto (ta je odvisna od sestave, velikosti kristalnih zrn in 300 rr. 100 □D •V m \ S* \ \ ■ 650 °C Vzorec «450 O 450 ■ 449 □ 449 t 448 —t-- 3 G 3 N 5 G 5 N 2 G £--n_ a • a -1 r—< M ti1 It Trajanje žarjenja v min Slika 13 Zmanjšanje trdote jekel pri žarjenju pri 650 "C Fig. 13 Reduction of steel hardness in annealing at 650 "C 300 o > 200 •t -- 700 Vzorec °c 4503 C 4503 4495 4495 4482 g v 3 Ki! i—__ ! li n ji o "v i i i i 1 —//— ——u—- Trajanje žarjenja v min Slika 14 Zmanjšanje trdote jekel pri žarjenju pri 700 °C Fig. 14 Reduction of steel hardness in annealmg at 700 "C količine ogljika) že po 30 sek. žarjenja, zato diagrami ne povedo ničesar. Pri najnižji temperaturi žarjenja 550°C praktično ni zmanjšanja trdote, kar seveda pomeni, da ni ne poprave in ne rekristalizacije. Pri temperaturi 600 °C se v vseh jeklih trdota približno linearno zmanjšuje s trajanjem žarjenja. Mikrostruktura kaže, da tudi po 60 min. žarjenja rekristalizacija pri tej temperaturi ni dosegla 50 %, zato gre del izločanja deformacijske energije na račun izločanja utrditve s popravo. Da je to res, se vidi tudi po tem, da je kinetika izločanja deformacijske energije enaka tudi pri kratkih žarjenjih, ko rekristalizacije praktično ni. Po 60 min. žarjenja dosega trdota v povprečju okoli 200 H V. Pri 650 in 700 °C, ko je rekristalizacija praktično popolna in sta še zanemarljiva rast zrn in razogljičenje, dosega trdota okoli 180 H V in je nekoliko manjša tudi zaradi sferoidizacije cementita. Majhna razlika v trdoti po 60 min. žarjenja pri 600, 650 in 700 °C je potrdilo za predpostavko, da je prav učinkovita poprava vzrok za stabilnost posamičnih nerekristaliziranih zrn pri žarjenju jekla pri temperaturah počasne rekristalizacije. Odvisnost med trdoto in trajanjem žarjenja je podobna pri 650 in 700 °C, vendar se, razumljivo, končna trdota hitreje doseže pri višji temperaturi. Sodeč po trdoti je hitrost rekristalizacije v vseh o 200 600 °C Vzorec • 4503 N o 4503 G □ 4495 N . 4495 G a 4482 G 0.30-2' 4' 6' 8' 10' __ 20' 40' Trajanje žarjenja v min Slika 12 Zmanjšanje trdote jekel pri žarjenju pri 600 "C Fig. 12 Reduction of steel hardness in annealing at 600 "C jeklih praktično enaka, različne trdote v začetku ali po žarjenju so posledica različne deformacijske utrditve zaradi razlik v sestavi, enaka je tudi razlaga za razlike v končni trdoti. Verjetno precej prispevajo k razlikam v trdoti tudi količina in porazdelitev cementita v trakovih. Na to možnost kažejo relativno velika odstopanja med meritvami na trakovih, posebno na tistih, ki so bili rekristalizirani pri višjih temperaturah. 3, RAST REKRISTALIZIRANIH ZRN 3.1 Morfologija rasti Rekristalizirana zrna niso vsa enako stabilna. Stabilnost je povezana z velikostjo, obliko (poliedrična, podolgovata) in s številom kristalnih mej. Zrna z več stranicami rastejo, zrna z manj stranicami pa izginjajo (3). Zrna, ki imajo konkavno mejo, rastejo v zrna, ki imajo konveksno mejo, če ni kake pregrade, ki bi ustavila migracijo kristalne meje. Pri žarjenju dinamo traka za rekristalizacijo opazimo štiri oblike rasti kristalnih zrn. Eno je rast v deformiranem matriksu, ki je nismo merili in o njej ne bomo razpravljali. Drugo je vsesplošna in zvezna rast zrn, pri kateri izginjajo prvotna rekristalizirana zrna zato, ker so imela neravnotežno obliko (so bila preveč sploščena, so imela premalo stranic) ali pa so bila premajhna in so imela zato veliko razmerje površinske energije proti celotni energiji. Tretji proces je zelo pospešena rast posamičnih zrn, poimenovali bi jo lahko kot sekundarno rekristalizacijo posamičnih zrn. Najprej s koalescenco dveh zrn, med katerima je zelo majhna razlika v prostorski orientaciji in sta zato ločena z malokotno kristalno mejo, nastane novo zrno, ki je mnogo večje, kot zrna v okolici. Tako zrno ima zato manjše razmerje med površinsko in celotno energijo, je termodinamično bolj stabilno, zato požira manjša zrna v okolici. Na slikah 15 in 16 je prikazana faza koalescence kristalnih zrn s površino blizu lege (001) in (113). Veliko podobnost v prostorski orientaciji kristalne mreže v obeh zrnih, ki se zlivata, potrjuje enaka oblika jedkalnih figur in naklon njihovih robov, glede na isto referenčno smer. Pospešeno rast posamičnih zrn opazimo v dinamo jeklu pri temperaturi 750 °C, pri 800 °C pa je že zelo intenzivna v vseh trakovih. Hitro rastoča posamična zrna najdemo na površini, tik ob površini in v notranjosti (si. 17), ven- Slika 15 Pov. 500 x . Trak 9134 N, žarjen na industrijski liniji, koalescen-ca dveh zrn z rombastimi jedkalnimi figurami Fig. 15 Magn. 500 x. Strip 9134 N, annealed in industrial line, coales-cence of two grains with rhombic etching pits Slika 16 Pov. 300 x . Trak 9135 N, žarjen na industrijski liniji, koalescen-ca dveh zrn s trikotnimi jedkalnimi figurami Fig. 16 Magn. 300 x . Strip 9135 N, annealed in industrial line, coales-cence of two grains with triangular etching pits Slika 17 Pov. 200 x . Trak 4482 G, žarjen 10 min. pri 800 "C Fig. 17 Magn. 200 x. Strip 4482 G, annealed 10 min. at 800 "C dar bolj pogosto na površini. Značilno zanje je, da imajo številne in konkavne meje z manjšimi sosedi. V notranjosti traka najdemo hitro rastoča zrna na mestih, kjer je manjša gostota cementitnih zrn. Pospešena rast posamičnih zrn je odvisna od dveh pogojev: od slučaja, ki pripelje v kontakt dve zrni s podobno prostorsko orientacijo, in od možnosti za rast zlitega zrna na račun sosedov. Čim daljše je žarjenje, tem večja je možnost, da se bosta v procesu enakomerne rasti vseh zrn srečali dve zrni, ki sta ločeni z malokotno kristalno mejo. Zato število posamičnih hitro rastočih zrn raste s podaljšanjem trajanja žarjenja. Podoben je vpliv povišanja temperature, ki omogoči, da koalescenca premaga večje razlike v prostorski orientaciji kristalnih zrn. Čim več zrn ima prostorsko orientacijo, ki je blizu teksture rekristalizaci-je, tem večja je verjetnost, da bodo sosedna zrna ločena z malokotno mejo, torej več bo koalescence in centrov hitre rasti. Zato lahko pričakujemo več pospešene rasti v traku z rekristalizacijsko teksturo, in to je tudi osnovni vzrok za to, da so v teksturiranih gradivih večja kristalna zrna. Posamična hitro rastoča kristalna zrna so zrna z največjo bodočnostjo, saj bodo končno požrla vse sosede. Zato je zelo važno, da se opredeli, kakšna je njihova prostorska orientacija. Jedkalne figure so imele v 90% primerov v velikih zrnih trikotno obliko, le posamična zrna so imela lego blizu kockaste ali rebraste. Polarna figura za ploskev (001), določena iz jedkalnih figur, v hitro rastočih zrnih v industrijsko izdelanem traku je pokazala, da je gostota polov v kockasti in rebrasti legi zelo majhna, nasprotno pa je gostota polov velika na področju ploskev, ki so izpeljane iz oktaedrske (1) in so neželene. To se ujema z virom 5, kjer najdemo podatek, da je tekstura rekristalizacije (111) [112]. Četrti proces rasti zrn je hitra vsesplošna rast zrn, lahko bi rekli vsesplošna sekundarna rekristalizacija, ki jo sproži razogljičenje jekla. Razogljičenje je intenzivno od temperature 800 °C naprej, zato to obliko rasti opazimo tudi od te temperature dalje^ko je tudi velika gibljivost atomov v kristalni mreži. Ze pri nižji temperaturi najdemo včasih v razogljičenem sloju skupine večjih zrn, vendar bi težko ta proces okarakterizirali kot hitro rast, saj jih najdemo šele po polurnem žarjenju. Odvisno od lokalnih prilik in od pogojev žarjenja so zrna v razogljičenem sloju samo nekoliko večja kot v notranjosti (si. 18), stebrasta (si. 19) ali pa mešane velikosti in oblike. Razogljičenje pri žarjenju v svinčeni kopeli ni bilo enakomerno. Ponekod je bilo po istem žarjenju jeklo razogljičeno po celi debelini traku, nekaj mm proč pa je bil razogljičen le površinski sloj, zato so bila zrna v notranjosti mnogo manjša kot ob površini. To je razlog, da je bila velikost zrn v vzorcih, žarjenih pri 850 in 900°C, 10 in več minut precej heterogena. Pri temperaturah 850 in 900 °C se cementitna zrna raztopijo in okoli njih nastane majhno polje avstenita, ki je bogato z ogljikom in ga razpoznamo po tem, da premeni pri ohlajanju v perlit ali v martenzit. Avstenit-na zrna so večja od cementitnih, iz katerih so nastala, so nad velikostjo mikrona, pri kateri glede na količino avstenita lahko pričakujemo, da bi lahko zavirala migracijo mej feritnih zrn. Proti pričakovanju je bila v temperaturnem področju obstojnosti avstenita rast zrn podobno inhibirana, kot v področju cementita. (O tem bo več govora nekoliko pozneje.) Velja končno še omeniti, da včasih zavirajo migracijo mej feritnih zrn tudi drobni vključki manganovega sulfida, ki so v jeklu v obliki plasti zaradi nizke temperature valjanja traka. V industrijsko žarjenem traku naj- Slika 18 Pov. 200 x . Trak 4495 N, žarjen 5 min. pri 900 "C Fig. 18 Magn. 200 x. Strip 4495 N, annealed 5 min. at 900'C Slika 19 Pov. 200 x . Trak 4503 G, žarjen 3 min. pri 900 "C Fig. 19 Magn. 200 x . Strip 4503 G, annealed 3 min. at 900"C \ \ \ \ s 'l ■ - ' ' '1 s Področje splošne ' * pospešene rasti zrn : i ' 'J \ _____ : L —r 5 nenormalno razvitih zrn T na vidno polje ^ Začetek pospešene rasti posamičnih zrn -O^l^--- """ ---Začetek rekristalizacije 3UU 10 20 30 M Trojanje žarjenja v min Slika 20 Osnovna področja evolucije mikrostrukture pri žarjenju hladno valjanih trakov Fig. 20 Basic regions of the microstructure evolution in annealing cold rolled strips demo primere, ko feritna meja brez motnje prekorači niz vključkov, drugod pa se ob njem ustavi, kljub temu da je na obeh straneh meje feritno zrno različne velikosti, torej tudi različne stabilnosti. Sulfidov pa je v jeklu relativno malo in njihov vpliv v procesu izoblikovanja mikrostrukture jekla ni pomemben. Zaradi boljše predstave o dogajanjih med žarjenjem hladno deformiranega jekla smo v sliko 20 vrisali meje področij, kjer potekajo posamični procesi. 3.2 Kinetika rasti rekristaliziranih zrn Nad temperaturo 750°C so aktivni trije mehanizmi rasti rekristaliziranih zrn. Njihov proizvod je mikro-struktura z različno velikimi zrni ferita. Rekristalizirana zrna pod temperaturo 750°C niso popolnoma poligo-nalna. Zato daje intercepcijska dolžina le približno predstavo o realni velikosti, nič pa ne pove o intervalu velikosti zrn, razen če se izvrši na istem vzorcu zelo veliko število meritev. Vendar pa je intercepcijska dolžina dovolj zanesljiva, daje mogoče izmeriti hitrost rasti zrn in opredeliti vpliv temperature. Kot smo že omenili, smo nadpovprečno velika zrna ovrednotili s štetjem. To je bilo lahko do trenutka, ko so rastla v okolici drobnih zrn, skoraj nemogoče pa od trenutka naprej, ko so bila velika tudi zrna v matriksu, torej potem, ko je prišel do močnejše veljave vpliv razogljičenja na rast zrn. Na sliki 21 je prikazana odvisnost med trajanjem izotermnega žarjenja (v parabolični abscisi) in linearno intercepcijsko dolžino za 1 trak, podatki o rasti zrn v drugih trakovih so v viru (1). V vseh primerih sledi rast zrn kvadratni parabolični zakonitosti d = k, t,/2 + d0. V izrazu so: d — velikost zrn po času t, k, — parabolična konstanta rasti, d„ — neka konstanta (velikost zrn po re-kristalizaciji). Med jeklom v razogljičenem sloju in jeklom v notranjosti traku ni bilo v tej fazi izmerljive razlike v hitrosti rasti. Ko se temperatura rekristalizacije poveča, se v nekaterih primerih ohranja parabolična ki-netika skozi vse trajanje žarjenja, v drugih primerih pa se krivulja prelomi in zrna so večja od tistih, ki bi jih dobili z ekstrapolacijo parabole. Vzrok je že omenjena vsesplošna hitra rast, ki jo inducira razogljičenje. Naklon premice v grafikonih izraža numerično vrednost parabolične konstante rasti in je značilen za vsako tem- 900°C ^ 850°C •—# ^-c--~0 - ------- ^o 800 °C 750°C _Q--— "S- n 700°C * 650°C 0 10 20 30 40 50 Trajanje žarjenja v sek,/2 Slika 21 Kinetika enakomerne rasti rekristaliziranih zrn v traku 4495 G pri različnih temperaturah Fig. 21 Kinetics of the uniform growth of recrystallized grains in 4495 G strip at various temperatures Slika 22 Kinetika povečanja števila zrn z anormalno hitro rastjo v traku 4495 G pri različnih temperaturah Fig. 22 Kinetics of the increase of grain number with abnormallv fast growth in the 4495 G strip at various temperatures I Splošna rast zrn 650 700 i Naraščanje števila ^-v''velikih zrn I 750 800 i 850 900 (°C) i i (1/Tx 10~4) Slika 23 Vpliv temperature na hitrost splošne rasti rekristaliziranih zrn in na večanje števila zrn z anormalno hitro rastjo Fig. 23 Influence of temperature on the rate og general growth of recrys-talized grains, and on the increase of number of grains with an abnormallv fast growth peraturo. Rast zrn je toplotno aktiviran proces, zato parabolična konstanta raste s temperaturo po Arheniusovi eksponencialni odvisnosti k, =k2eksp( —Q/RT), kjer so: Q — aktivacijska energija procesa rasti, T — temperature v °K, R — univerzalna plinska konstanta in k2 — konstanta. Na sliki 23 je prikazana odvisnost med recipročno vrednostjo temperature in hitrostjo rasti, ki je izražena s parabolično konstanto. Točke v diagramu so določene kot povprečje meritev na treh šaržah in petih trakovih, zato so zanesljive. Kot je bilo pričakovati, je odvisnost značilna za termično aktivirane procese, vendar le do temperature 800 °C; nad to mejo je povprečna hitrost rasti mnogo manjša. Hitrost rasti je določena na osnovi paraboličnega dela kinetične krivulje, je torej zanesljiva za vse temperature, kjer je bilo te dele kinetike mogoče opredeliti, torej za vse temperature od 650 do 900 °C, do časa, ko ni bilo izrazito hitre rasti zaradi razogljičenja. Prelom krivulje na si. 23 zato ni posledica razogljičenja. Mogoči sta dve razlagi zmanjšanja hitrosti parabolične rasti zrn ferita nad temperaturo, ko se v jeklu cementit premeni v avstenit. Po prvi razlagi gre za neposreden vpliv avstenita, ki naj bi po Zenerjevem modelu zaviral migracijo kristalnih mej. Gostota avstenitnih zrn pa je za ta model mnogo premajhna in ni pričakovati, da bi bila lahko učinkovita, razen če avstenit nima tudi drugačnega efekta na rast, kot druge faze z zavornim učinkom. Druga razlaga je, da se zaradi višje temperature raztopi več ogljika v feritu in se zaradi tega sprevrže vpliv tega elementa na rast zrn. Taki primeri so znani iz drugih sistemov (6). Sedaj ni na voljo podatkov, na osnovi katerih bi lahko podprli enega od predlaganih ali kak drug model počasnejše parabolične rasti zrn pri temperaturah od 800 °C naprej. Slika 22 prikazuje, kako trajanje žarjenja in temperatura vplivata na število zrn z nadpovprečno velikostjo v enem od trakov. Število teh zrn raste po podobni parabolični zakonitosti, kot je splošna rast. To je logično, saj oba procesa ureja difuzivnost atomov železa. Parabolična konstanta množenja velikih zrn raste s temperaturo žarjenja tudi po Arheniusovi odvisnosti (si. 23). Za razliko od splošne rasti ni preloma nad 800°C, ko pride jeklo v dvofazno področje. To je bilo pričakovano, saj velika zrna rastejo predvsem tam, kjer ni avstenita. Analizirajmo nekoliko bolj podrobno sliko 23. Logaritem hitrosti vsesplošne rasti zrn in naraščanja števila velikih zrn sta proporcionalna recipročni vrednosti temperature. To je dokaz, da sta oba procesa resnično termično aktivirana in da hitrost odreja najpočasnejši proces, za katerega je značilna aktivacijska energija, ki jo predstavlja naklon premice. Realno vrednost aktiva-cijske energije dobimo le, če kinetiko predstavimo v pravi fizikalni obliki. Intercepcijska dolžina je zelo praktična, vendar ni realna fizikalna predstava velikosti zrn, saj je zrno prostorska tvorba in nepravilne oblike. Pravo merilo njegove rasti je sprememba povprečne prostornine v enoti časa. Ta sprememba je sorazmerna tretji potenci linearne velikosti oz. intercepcijske dolžine, če predpostavimo, da je zrno pravilne poliedrične oblike in raste v vseh smereh enakomerno. To pa se ne dogaja, saj rast ovirajo različne prepreke, na primer ce-mentit in zrna ferita, ki so lahko bolj stabilna in zato rastejo hitreje. Vse to je vzrok, da iz kinetičnih podatkov, ki bazirajo na merjenju intercepcijske dolžine, dobimo le približno aktivacijsko energijo. Kinetiko enakomerne rasti zrn uravnava hitrost prestopa atomov železa iz zrna, ki se zmanjšuje, v zrno, ki raste preko skupne kristalne meje, torej difuzija atomov železa v feritu. Aktivacijska energija zanjo je 2.37.105 J/gram atom (7). Iz naklona premice, ki na si. 24 predstavlja splošno rast, in z upoštevanjem idealne prostorninske rasti zrn izračunamo aktivacijsko energijo 1.71.105 J/gram atom. To je manj od aktivacijske energije za proces difuzije železa v feritu. Tudi za druge kovine se ugotavlja, daje aktivacijska energija za proces rasti rekristaliziranih zrn nižja od aktivacijske energije procesa samodifuzije (8). Poglejmo, kaj pokaže podobna analiza hitrosti naraščanja števila velikih zrn. Premica, ki to kinetiko predstavlja na si. 23, ima manjši naklon, to pomeni manjšo aktivacijsko energijo, 0,26.105 J/mol, ki je prava ali navidezna aktivacijska energija koalescence zrn, ki je začetna faza pospešene rasti posamičnih zrn ferita. Rast posamičnih zrn je mogoča, če so izpolnjeni naslednji pogoji: kal v obliki zrna, ki je večje, torej zrno stabilnejše od zrn v okolici, primerna tekstura in področje kovine z malo ogljika. Ogljika je v trdni raztopini v feritu malo in po podatkih v viru 9 malo vpliva na migracijo mej feritnih zrn, zato sklepamo, da je potreben tretji dejavnik za rast odsotnost cementitnih in av-stenitnih zrn v polju hitro rastočega zrna. V mikrostruk-turi se razloči, da ležijo vsa velika zrna v področjih z malo cementita, da lahko cementit blokira migracijo kristalne meje in da je hitrost rasti zrn mnogo hitrejša v razogljičenih delih trakov. To so tri eksperimentalna dejstva, ki podpirajo utemeljenost sklepa, da je anor-malno hitra rast posamičnih zrn mogoča le v jeklu z malo cementita, lahko pa tudi z malo ogljika v trdni raztopini v ogljiku. SKLEPI 1. Procesa nukleacije in rasti rekristaliziranih zrn v hladno deformiranem jeklu sta zelo selektivna, zato proces rekristalizacije v traku ni enakomeren, temveč poteka ponekod hitreje, drugod počasneje. Nerekrista-lizirani deli kovine se ohranjajo mnogo dlje, kot bi bilo pričakovati iz povprečne kinetike. Vzrok je poprava, ki v nekaterih zrnih toliko zniža gonilno energijo za rekri-stalizacijo, da ta ni več mogoča ali pa se izvrši na specifičen način. Pri višjih temperaturah je proces rekristalizacije zelo hiter in posebnosti ne pridejo do izraza, zato je proizvod rekristalizacije enakomerna in drobnozrna-ta mikrostruktura. 2. Rast rekristaliziranih zrn poteka po 4 mehanizmih. Prvi je rast v deformiranem okolju, drugi je vsesplošna rast, ki jo sproži energetsko manj ugodna oblika in različna velikost po rekristalizaciji, tretji je anor-malno hitra rast posamičnih zrn v rekristaliziranem okolju, zadnji pa je vsesplošna rast zrn, ki jo inducira razogljičenje. Anormalno hitra rast posamičnih zrn se sproži v rekristaliziranih zrnih, ki imajo primerno prostorsko orientacijo in ležijo v okolju z malo cementita. Začetna stopnja tega procesa je koalescenca sosednjih zrn z zelo podobno prostorsko orientacijo. 3. Izotermna kinetika procesov splošne rasti rekristaliziranih zrn in povečanja števila anormalno hitro rastočih zrn je parabolične oblike. Temperaturna odvisnost splošne rasti se pri 800°C prelomi in hitrost je nad to mejo manjša, kot bi bilo mogoče pričakovati iz ekstrapolacije od nižjih temperatur. To kaže, da je zadrževalni učinek cementita na migracijo mej manjši, kot je zadrževalni učinek avstenita, ki iz njega nastane nad premensko temperaturo, ali pa da vpliva na hitrost rasti količina ogljika, ki je raztopljen v feritu. Zmanjšanje količine ogljika oz. cementita z razogljičenjem sproži vsesplošno in zelo hitro rast kristalnih zrn. Viri 1. F. Vodopivec, F. Marinšek in F. Grešovnik: Poročilo MI Ljubljana, št. 034, 1984. 2. T. Gladman, I. D. Mclvor in F. B. Pickering: Journal of ISI 209, 1971,380-390. 3. Dj. Drobnjak: Fizička Metalurgija, TM Fakultet, Beograd, 1981. 4. F. Vodopivec in M. Gabrovšek: Metals Technology 7, 1980, 186. 5. A. C.Fielder: Journal of Mag. and Mag. Materials 26, 1982, 22. 6. O. Dimitrov, R. Fromageau in C. Dimitrov: Effects of trace impurities on recrystallisation phenomena; v F. Haessner: Recrystallisation of Metallic Materials, dr. Riederer Verlag, Stutgart, 1978, st. 137. 7. A. J. Ekstein: Warmebehandlung von Stahl, Metallkundli-che Anlagen, VEB Deutscher Verlag, Leipzig, 1971. 8. F. Haessner in S. Hoffmann: Migration of high angle grain boundaries; v F. Haessner: Recrystallisation of Metallic Materials, dr. Riederer Velag, Stutgart, 1978, str. 63. 9. C. Antonione, G. della Gatta, A. Lucci in G. Venturello: Mem. Scient. Revue de Metallurgie, 65, posebna štev. 15. junij 1965,315. ZUSAMMENFASSUNG Die Proben im Industrieausmass hergestellten Stahles sind auf 0,5 mm Dicke ausgewalzt und im Bleibad von 30 Sek bis 60 Min. im Temperaturintervall zvvischen 500° und 900°C ge-glu^ht vvorden. Bei niedrigen Temperaturen verlaiift der Rekri-stallisationsprozess selektiv. Die einzelnen Korner behalten beim Walzen erhaltene Form noch lange nach dem die Umge-bung vollkommen rekristallisiert ist. Solche Korner sind gros-ser als die Korner aus der Umgebung und haben nach der Re-kristallisation langliche zilindrische Form. Das Wachstum der rekristallisierten Korner folgt der parabolischen isothermen Kinetik. Uber 800"C ist die Geschvvindigkeit des Kornwah-stums kleiner als die durch die Extrapolation von niedrigen TemnpTaturen angezeigt wird. Das allgemeine Wachstum der rekristallisierten Korner wird uber 750°C durch iiberdurch-schnittlich schnelles Wachstum der einzelnen Korner geleitet. Es beginnt durch die Koaleszenz zweier benachbarten Korner mit ahnlicher Raumorientation. Auch die Zahl der iiber-durschschnittlich grossen Korner wachst nach der parabolischen Kinetik. Beide Prozesse des Kornvvahstums sind ther-misch aktiviert, jedoch hat die Vergrosserung der Zahl der grossen Korner kleinere Aktivationsenergie. Bei niedriger Temperatur vvird die Verformungsverfestigung durch die Er-holung wirkungsvoll verringert. Die Wirksamkeit der Erho-lung ist die Ursache fur die Arteigenheiten im Rekristallisa-tionsprozess bei mittleren Gliihtemperaturen. SUMMARY The samples of industrial steel were rolled to 0.5 mm and annealed in a lead bath for periods of 30 sec. to 60 min. and in the temperature interval between 500 and 900° C. At low tem-peratures the recrystallization process is selective. Single grains retain the shape obtained in rolling stili long after the surrounding was completely recrystallized. Such grains are bigger than those in the surroundings, and they have oblong cylindrical shape after the recrystallization. The growth of rec-rystallized grains follows the law of parabolic isothermal kin-etics. Above 800 °C the growth rate is smaller than that when extrapolated from lower temperatures. General growth of rec- rystallized grains is from 750°C on accompanied by an ex-traordinary fast growth of single grains which starts with the coalescence of two neighbouring grains with a similar space orientation. Also the number of extraordinary big grains is in-creasing according to the parabolic kinetics. Both processes of the grain grovvth are thermally activated, but the increase of the number of big grains has smaller activation energy. At low temperatures the deformation hardening is effectively reduced by the recovery. Just the effectiveness of the recovery is the reason for the particularities in the recrystallization process at the medium annealing temperatures. 3AKJ1IOHEHHE 06pa3ttbi npoMbiuiJieHHbix CTajien 6wjih npoKaTaHbi Ha TOJimHHy o,5 mm h no^BeprHyTbi o6>KHry b cbhhuoboh BaHHe ot 30 ceK. ao 60 mhh. b TeMnepaTypHOM HHTepBajte Me»fly 500 h 900 °C. IlpH hh3khx TeMnepaTypax npouecc peKpHCTaji--TH3aUHH CeJieKTHBHblH. otuejlbhbie 3epHa COXpaHSK)t cbok) / NI ■mg lili -i ♦ A W % 25 jum Tu RAUN.E Slika 7 Faza y\ pov. 20.000 x, posneta s sekundarnimi elektroni Fig. 7 Phase y\ magn. 20,000 x, photographed by the secondarj elec-trones Tabela 1: Točkasta mikroanalizo titanovega karbonitrida masni % 1 0,30 — — 91,63 1,62 0,25 6,19 2 0,36 0,22 — 90,96 1,64 0,30 6,51 3 — — 0,13 91,56 1,39 0,31 6,60 4 — — — 90,99 1,78 —. 7,22 5 —. — -— 91,55 1,93 — 6,52 6 0,24 0,24 .— 92,35 1,56 — 5,60 7 0,55 0,45 .— 90,23 1,39 0,37 7,02 8 0,34 — — 91,03 1,54 — 7,08 9 — 0,38 0,19 91,18 1,66 — 6,57 10 — — — 90,38 1,83 0,34 7,44 Slika 5 Titanov karbonitrid in porazdelitvene rentgenske slike za Ni, Ti in Cr, pov. 8600 x C 0,36 0,32 0,16 91,18 1,63 0,31 6,67 a 0,11 0,11 0,05 0,62 0,18 0,04 0,54 * Kjer je C srednja vrednost merjenih koncentracij in a je standardni odklon. Fig. 5 Titanium carbonitride and X-ray pictures of distribution of Ni, Ti, and Cr, magn. 8600 x Slika 6 Kromova karbidna faza in porazdelitvene rentgenske slike za Cr, Ni in Ti, pov. 7200 x Fig. 6 Chromium-carbide phase and X-ray pictures of distribution of Cr, Ni, and Ti, magn. 7200 x no fluorescenco. Problem analize faze y' smo rešili s pripravo ogljikove ekstrakcijske replike faze y' in uporabo^ modela za kvantitativno mikroanalizo tankih filmov2. Ta model se uporablja v mikroanalizi tankih vzorcev v TEM. Pri izračunu koncentracij ne upošteva absorpcije in fluorescence rentgenskega sevanja ter je dober približek za mikroanalizo faze y' v ogljikovi ekstrakcijski repliki. Kvantitativno EDS rentgensko mikroanalizo posameznih mikrostrukturnih komponent smo opravili na jedkanem vzorcu po metodi brez standardov, to je z matematičnim izračunom čistih elementnih intenzitet za standarde. Slika 5 prikazuje tipičen vključek titanovega karbonitrida in posnete porazdelitvene rentgenske slike za Ni, Ti in Cr. Slika 9 prikazuje spekter titanovega karbonitrida in tabela 1 kaže rezultate točkaste kvantitativne mikroanalize. 1231.56789 Energija ( keV) Slika 8 Shematski spekter zlitine Nimonic 80A Fig. 8 Schematic spectrum of the Nimonic 80A alloy 10 Slika 9 Spekter titanovega karbonitrida Fig. 9 Spectrum of titanium carbonitride Vidimo, daje povprečna sestava titanovega karbonitrida 0,36 % Al, 0,32 % Si, 0,16 % S, 91,18 % Ti, 1,63 % Cr, 0,31 % Fe in 6,67% Ni. Velik prispevek Ni v povprečni sestavi faze je zaradi indirektnega vzbujanja matrice z emitiranim rentgenskim sevanjem in verjetno penetracijo elektronskega curka skozi analizirano fazo. Slika 6 prikazuje Cr karbide na mejah zrn in poraz-delitvene rentgenske slike za Cr, Ni in Ti. Slika 10 prikazuje spekter analizirane Cr faze, tabela 2 pa kaže rezultate kvantitativne mikroanalize. Tabela 2: Točkasta mikroanaliza kromovega karbida masni % Al Si Ti Cr Fe Ni 1 2,03 _ 1,57 53,86 1,08 41,45 2 1,48 0,37 1,08 69,27 0,56 27,30 3 1,53 — 1,26 65,93 0,67 30,60 4 1,57 — 1,30 60,62 0,99 35,50 5 2,84 — 1,76 41,87 1,04 52,48 6 2,77 — 1,93 36,78 1,21 57,41 7 1,71 — 1,76 48,56 1,12 46,84 8 1,94 — 1,45 54,89 0,94 40,78 9 1,73 — 1,64 50,80 0,95 44,64 10 1,18 — 1,69 54,10 0,97 42,07 C 1,87 0,37 1,54 53,66 0,94 41,90 CT 0,54 — 0,26 10,01 0,19 9,23 Iz porazdelitvenih rentgenskih slik za posamezne elemente vidimo, da je na meji zrna prisoten Cr, Ni pa je porazdeljen v matrici in ga na mejah zrn skoraj ni, medtem ko je Ti več ali manj enakomerno porazdeljen v mikrostruicturi. Matrico preiskovane zlitine smo analizirali po načinu površinske mikroanalize in z velikostjo rastra 600 ^m x 600 ^im. Povprečna sestava 10 analiz je 2,23 % Al, 0,35% Si, 2,29% Ti, 19,32% Cr, 1,10% Fe in 74,99 % Ni. Rezultati mikroanalize kažejo, da se sestava matrice precej dobro ujema z rezultati kemične analize zlitine. Slika 11 prikazuje spekter matrice. Kvantitativno mikroanalizo faze y' v zlitini Nimonic 80A smo opravili na ogljikovi ekstrakcijski repliki faze y\ ki jo prikazuje slika 7. Slika 10 Spekter kromovega karbida Fig. 10 Spectrum of chromium carbide Slika 11 Spekter matrice Fig. 11 Spectrum of matrix Mikroanalizo smo izvršili na dva načina, in sicer s površinsko mikroanalizo preko celotnega zornega polja in s točkasto mikroanalizo. Tabela 3: Površinska mikroanaliza faze / mas. % Al Ti Ni 1 14,13 13,13 72,46 2 11,67 12,95 75,38 3 33,86 10,05 56,08 4 11,11 11,33 77,56 5 10,58 13,84 75,58 6 9,28 14,12 76,60 7 9,84 14,70 75,45 8 12,25 15,70 72,34 9 10,18 13,71 76,11 10 11,27 14,16 74,57 C 13,42 13,40 73,21 C 7,31 1,59 6,24 Tabela %: Točkasta mikroanaliza faze y masni % Al Ti Ni 1 15,59 12,16 72,25 2 11,42 14,48 74,10 3 14,46 13,13 72,42 4 11,40 13,51 75,08 5 12,04 13,95 74,00 6 10,40 13,71 75,89 7 12,04 13,95 75,88 8 10,40 13,70 75,85 9 12,46 11,39 76,14 10 9,76 13,64 70,60 C 11,99 13,36 74,82 CT 1,82 0,92 1,55 Tabeli 3 in 4 kažeta, da med obema načinoma analize ni bistvene razlike v dobljenih rezultatih, ki se precej dobro ujemajo s stehiometrično sestavo faze Y' - Ni, (Al, Ti) (70,16 mas. % Ni, 19,08 mas. % Ti in 10,75 mas. % Al). 5. SKLEPI Mikroanaliza faz v zlitini Nimonic 80A je pokazala, da so v preiskovanem vzorcu prisotni titanovi karboni-tridi, Cr karbidi, ki so locirani na mejah zrn, in faza y\ ki je enakomerno porazdeljena v matrici zlitine in ima povprečno velikost med 60 do 80 nm. Mikroanaliza faze y" v ogljikovi ekstrakcijski repliki z uporabo modela za zvezne tanke filme je pokazala, da se dobljeni rezultati zelo dobro ujemajo s stehiometrično sestavo faze y\ Literatura 1. W. Betteridge + sod.: The Nimonic Alloys, Edward Arnold, London, str. 36—105. 2. J. C. Russ: Principles of EDAX Analysis on the Electron Microscope, EDAX International Inc., 1978, str. 31—77. 3. H. Kaker: Magistrsko delo, Univerza v Ljubljani, 1986, str. 25-39. ZUSAMMENFASSUNG Im Artikel wird die Phasenmikroanalyse in der Legierung Nimonic 80A mit dem EDS im Rasterelektronenmikroskop behandelt. Die Mikroanalyse der einzelnen Phasen ist an einer geatzten Probe dieser Legierung durchgefiihrt worden und zeigte, dass in der Legierung Titankarbonitride mit einer durchschnittlichen Zusammensetzung 0,36 % Al, 0,32 % Si, 0,16% S, 91,18 % Ti, 1,63 % Cr, 0,31 % Fe und 6,67 % Ni im In-nern und an der Grenze der Korner loziert sind. An den Korn-grenzen dieser Legierung befinden sich Cr Karbide mit einer durchschnittlichen Zusammensetzung 1,87% Al, 0,37% Si, 1,54% Ti, 53,66% Cr, 0,94% Fe und 41,90% Ni. Im Inr.ern der Korner ist die y' Phase — Ni, (Al, Ti) mit einer durchschnittlichen Grosse von 60—80 nm (600—800 A) gleichmas-sig verteilt. Deren Zussammensetzung ist durch die Anvven-dung von Kohlenstoffekstraktionsabdruck und dem Modeli filr die qualitative Analyse von dunen Schichten bestimmt worden. The present paper treats the phase microanalysis of the Nimonic 80 A alloy by the energy-dispersive spectrometer in the scanning electron microscope. Microanalysis of single phases was made on an etched sample of this alloy and it revealed the presence of titanium carbonitrides in the alloy being placed on the grain boundaries and in the interior of grains, and having an average composition of 0.36% Al, 0.32% Si, 0.16% S, 91.18 % Ti, 1.63 % Cr, 0.31 % Fe and 6.67 % Ni. On the grain boundaries of the alloy there vvere found also Cr carbides of the average composition: 1.87% Al, 0.37% Si, 1.54% Ti, 53.66% Cr, 0.94% Fe, and 41,90% Ni. In the grain interior phase — Ni, (Al, Ti) with the average size of 60 to 80 nm (600 to 800 A) was uniformly distributed. Its composition was determined by the carbon extraction replica and by the model for quantitative analysis of thin films. 3AKJ1IOMEHHE ripiiBeaeHHaa craTba pacc\iaTpnBaeT MrncpoaHaJiio (})a3 b cnnaBe Nimonic 80 A c SHepreniHecKHM aucnepciiOHHbiM CneKTpOVieTpOM b paCTpOBOM 3JieKTpOHHOM MMKpOCKOne. MiiKpoaHajiH3 OTjieJibHbix ({)a3 6biJi BbinonHeH Ha TpaBneH-hom o6pa3ue 3Toro cnjiaBa. ilccjieaobahhh noKa3ann, hto b cn.naBe naxoiwrcH KapGoTHTpunbi 3JieNieHTa THTaHa, koto-pwe pacnoJio>KeHbi Ha rpammax h b BHyTpeHHOCTii 3epeH, nx cocTaB b cpenHe\i cjienyK>iunfi: 0,36 % Al, 0,32 % Si, 0,16 % S, 91,18 % Ti, 1,63 % Cr, 0,31 % Fe n 6,67 % Ni. Ha rpaHHuax 3epeH 3Toro cnjiaBa pa3MeiueHbi Cr Kap6n-abi, K0T0pux cpeaHHH cocTaB 1,87 % Al, 0,37 % Si, 1,54 % Ti, 53,66 % Cr, 0,94 % Fe h 41,90 % Ni. BHyTpn 3epeH paBHOMepHO pacnpeaeueHa 4>a3a y2 — Ni, (Al, Ti), BejiHHHHa kotopoh b cpezmeM 60—80 hm (600 — 800 A) n cocTaB KOToporo onpeaejieH npH npHMeHeHHH yrnepoaoBOH pen.iHKH n MoaejiH ana KOJiHHecTBeHHoro aHa-JlH3a TOHKHX njieHOK. Tehnične novice Novi konstrukcijski mikrotegirani jekii Niomol 390 in Niomol 490 ŽELEZARNA JESENICE S. Ažman, D. Sikošek, A. Šteblaj, J. Triplat, J. Arh UVOD Dolga leta je za konstrukcijska jekla veljalo, da je predstavljala meja plastičnosti glavno karakteristiko trdnostnih lastnosti. Za kriterij žilavosti pa je veljala temperatura prehoda iz žilavega v krhki lom. Žahteve v zvezi z obema lastnostma niso bile preveč ostre, zato so jih lahko zadovoljili z C-Mn jekli, ki so bila toplo valjana in normalizirana. V 60. letih pa so se pojavile povečane zahteve po višjih mejah plastičnosti in po dobrih žilavostih pri nizkih temperaturah, obenem pa so morala biti jekla dobro variva. Tega ni bilo mogoče več doseči s poviševanjem C in Mn, ker se je preveč znižala žilavost in zmanjšala varivost, zato so jeklom začeli dodajati manjše količine karbidotvornih elementov (Ti, Nb, V, Mo), pa tudi Al. Ti elementi z izločevalnim utrjevanjem in zmanjševanjem kristalnega zrna zagotovijo višje trdnostne lastnosti jekla brez poslabšanja žilavosti ali vari-vosti. Z vpeljavo termomehanskega valjanja se je zmanjšanje kristalnega zrna, in s tem povezano izboljšanje žilavosti, še stopnjevalo. Pri tem je bilo možno precejšnje znižanje ogljika, kar je pomenilo izboljšanje žilavosti in varivosti pri enakih trdnostnih lastnostih. Tako so nastala mikrolegirana konstrukcijska jekla, ki doživljajo svoj razcvet z razvojem tehnologije izdelave jekla. Z uvedbo ponovčne metalurgije, vakuumiranja in možnosti zelo visoke stopnje odžveplanja in z uvedbo termomehanske obdelave je metalurgija sposobna obvladati nove zahteve potrošnikov. Nekatere posebne lastnosti, ki iz teh novitet izhajajo, npr.: visoke meje plastičnosti, dobre žilavosti, dobra odpornost proti napetostni koroziji, enakomernost lastnosti preko preseka izdelka, in predvsem dobra varivost, uvrščajo mikrolegirana jekla med najprimernejši, množično uporaben konstrukcijski kovinski material. Mikrolegirana jekla uporabljamo predvsem za izdelavo pločevine ter trakov za izgradnjo plinovodov, posod pod tlakom, transportnih sredstev ter raznih drugih varjenih konstrukcij, kjer je važna čimmanjša teža ali pa so ostre zahteve po dobri žilavosti do nizkih temperatur ca. — 60 °C. Po trdnostnih lastnostih (meja plastičnosti) ta jekla pokrivajo območje od 290 do ca. 700 MPa. Vsebnost ogljika pri najnovejših jeklih va-rira od ca. 0,03 % do 0,12 % in je višja pri jeklih, ki so termično obdelana z normalizacijo, kot pri termome-hansko obdelanih jeklih, medtem ko so starejša jekla vsebovala okrog 0,20 % C. Mikrolegirana jekla s približno 0,20% C in 1,5% Mn imajo že precej visok C-ekvivalent, zato zahtevajo predgrevanje pri varjenju in plamenskem rezanju. Pri debelinah nad 15 mm jih lahko preoblikujemo le v vročem, kar predstavlja še dodatne tehnološke težave in zahteva strogo izvajanje posebne tehnologije preoblikovanja in eventualne naknadne toplotne obdelave. Pri varjenju teh jekel je potrebno upoštevati tehnologijo varjenja, sicer lahko pride do hudih napak na objektih, predvsem do razpok v zvarnih spojih ali toplotno vplivani coni. Na podlagi navedenih zahtev in spoznanj za izdelavo modernih mikrolegiranih jekel smo v železarni Jesenice razvili dve vrsti mikrolegiranih konstrukcijskih jekel z mejo plastičnosti Rp = min. 390 MPa in min. 490 MPa. To sta kvaliteti NIOMOL 390 in NIOMOL 490. Z zmožnostjo termomehanske obdelave bomo v bodočnosti lahko izdelali tudi kvalitetna jekla z mejo plastičnosti do 1000 MPa ob istočasni dobri žilavosti in varivosti. IZDELAVA JEKLA VRSTE NIOMOL Ta jekla spadajo med feritno bainitna z Mn in Mo legirana in z Nb mikrolegirana finozrnata jekla z visoko mejo plastičnosti. Zaradi zahtev po visoki žilavosti tudi pri nizkih temperaturah (do — 60°C) in sposobnosti upogibanja uporabljamo pri izdelavi teh in podobnih jekel najsodobnejšo tehnologijo za obdelavo jekla v ponovci. Jeklo izdelamo v električni obločni peči po dvožlin-drnem postopku zato, da dosežemo dovolj nizko vsebnost žvepla pred sekundarno obdelavo v ponovci in da je rafinacijska žlindra bela (z majhno vsebnostjo oksidov FeO in MnO). Sledi sekundarna obdelava jekla v ponovci z vpiho-vanjem CaSi ali kombinacijo taljene sintetične žlindre in CaSi. Rezultat takšne obdelave je nadaljnja dezoksidacija in odžveplanje taline z modifikacijo nekovinskih vključkov, sulfidov in aluminatov v kalcijeve aluminate, v glavnem drobne okrogle vključke, ki med valjanjem ohranijo svojo obliko in s tem vplivajo na mehanske in plastične lastnosti jekla, kot so: raztezek, kontrakcija in žilavost, ki se močno izboljšajo. Osnovne lastnosti novih jekel so naslednje: Kemična sestava — smerne vrednosti Vrsta jekla Si Mn Cr Ni Al NIOMOL 390 NIOMOL 490 maks. 0,10 0,35 1,00 maks. 0,020 maks. 0,020 — — min. 0,020 maks. 0,10 0,35 1,20 maks. 0,020 maks. 0,020 — - min. 0,020 Jekli sta legirani z Nb in Mo posamezno ali v kombinaciji. Mehanske lastnosti Vrsta jekla Meja plastičnosti Rp M Pa pri debelini (mm) Trdnost RM M Pa Raztezek A<% Upogib za 180° preko radiusa D <10 11-15 16-25 >25 min vzdolž. prečno NIOMOL 390 390 390 380 370 460 -640 20 2.5 a 3 a NIOMOL 490 490 490 480 470 560 -740 19 2.5 a 3 a Trdnostne lastnosti veljajo pravokotno na smer valjanja. Žilavost (J) V tabeli so garantirane minimalne vrednosti žilavosti. Dejanske žilavosti, ki so bile dosežene na pločevini, so mnogo višje. Vrsta jekla Smer valjanja Žilavost ISO-V (J) Nestarano stanje Temperatura preiz. (°C) Žilavost DVM (J) Starano stanje Temp. preizkušanja (°C) + 20 0 — 20 -40 -50 -60 63 63 63 55 47 39 55 55 47 39 34 31 63 63 63 55 47 39 55 55 47 39 34 31 + 20 + 5 -20 -40 -60 47 41 41 31 27 35 31 31 27 27 47 41 41 31 27 35 31 31 27 — NIOMOL 390 NIOMOL 490 vzdolž, prečno vzdolž, prečno Preizkus staranja je bil izveden na 10% deformiranih vzorcih, žarjenih pol ure pri temperaturi T = 250°C. Preoblikovalna sposobnost Jekli NIOMOL 390 in NIOMOL 490 lahko preoblikujemo v hladnem do debeline najmanj 25 mm. Vroče preoblikovanje uporabimo le izjemoma za pločevine, ki so debelejše od 25 mm, in za zelo visoke stopnje deformacije. Temperature vročega preoblikovanja so med 900 in 1000°C! Po vročem oblikovanju izdelke poboljšamo. Termična obdelava Jekli NIOMOL 390 in 490 dobavljamo v poboljšanem stanju (kaljeno in popuščeno). 'ITI' diagram: Iz I IT diagrama na sliki št. 1 je razvidno, da v jeklu pri kakršnikoli hitrosti ohlajanja oz. termični obdelavi ne more nastati martenzitna mikrostruktura. To pomeni, da tudi pri varjenju v prehodni coni ni martenzita, zato so tudi izmerjene trdote preko zvarnega spoja enakomernejše in na diagramih trdot ni opaziti izrazitejših konic. Zaradi teh lastnosti jekla pripravo zvarnih robov lahko izvajamo brez predgrevanja. To pomeni, da pločevino lahko obrezujemo plamensko, naknadna mehan-' ska obdelava zvarnih robov ni potrebna. Prav tako tudi pri varjenju predgrevanje ni potrebno. Izračuni C-ekvi-valentov in temperature predgrevanja po različnih avtorjih to tudi potrjujejo. Slika 1 111 diagram V praksi je konstrukcijsko jeklo uporabno toliko, kolikor obvladamo tehnologijo varjenja, kajti končni izdelek je vedno varjena konstrukcija. Ker sta jekli NIOMOL 390 in NIOMOL 490 bistveno drugačni od dosedanjih domačih mikrolegiranih jekel, smo v železarni Jesenice razvili tudi ustrezen dodaj-ni material, in sicer: — za ročno obločno varjenje oplaščeno elektrodo EVB NiMo, — za varjenje v zaščitnih plinih žico MIG 65, — za avtomatsko varjenje pod praškom žico EPP 2 V preiskave je vključena tudi preiskava zvarnih spo- NiMo 2 in aglomerirani varilni prašek OP 40 TT. jev, zavarjenih s polnjeno žico Fluxofil 41. V nadaljevanju so prikazani rezultati preiskav zvarnih spojev, izdelanih z omenjenimi dodajnimi materiali. Oglejmo si primere: VARJENJE SOCELNEGA ZVARNEGA SPOJA NA PLOČEVINI DEBELINE D = 12 mm OSNOVNI MATERIAL: NIOMOL 490 šarža 18 1303 Kemična sestava jekla: C Si Mn P S Cr Ni Cu Al Sn As Mo Nb 0,07 0,33 1,14 0,016 0,005 0,17 0,15 0,30 0,015 0,015 0,017 0,28 0,042 Termična obdelava jekla: Poboljšano (kaljeno in popuščeno) DODAJNI MATERIAL ZA VARJENJE 1. Polnjena žica Fluxofil 41 2. Oplaščena bazična elektroda na bazi Ni in Mo — EVB NiMo 3. Dodajni material za varjenje v mešanici plinov MIG 65 1. Polnjena žica Fluxofil 41 Preiskave čistega vara: Kemična sestava: Slika 2 Mikrostruktura osnovnega materiala (pov. 100 x ) Ferit + bainit Mehanske lastnosti jekla: vfp; R-m As Z a M Pa % % Žilavost ISO-V (J) Temperatura preizkušanja (°C) + 20 0 -20 -40 -60 C Si Mn Ni Mo 0,05 0,35 1,4 1,2 0,40 Mehanske lastnosti čistega vara: MČa rm M Pa a5 % Žilavost ISO-V (J) Temperatura preizkušanja (° C) 0 -20 -40 -60 560 650-750 20 110 80 50 30 510 590 22 70 185 180 190 190 180 Vrednosti veljajo za smer prečno na smer valjanja. 7 Izvedba spoja: Sočelni V — spoj, priprava robov plamensko, ni potrebna naknadna meh. obdelava. Gradnja posameznih varkov je razvidna iz skice na si. 3. Mehanske lastnosti spoja: Natezni preizkus (epruveta s paralelnimi boki) & Slika 3 Položaj varjenja: vodoravno Dimenzija žice: 0 = 1,2 mm Zaščitni plin: CO2, pretok 12 l/min Ohlajanje vmesnih slojev: pod temperaturo T = Varilni parametri: Var 2—7 1= 165A, U = 21 V Hitrost varjenja v = 40 cm/min Q = 5,2 KJ/cm Var 1-8 1= 140A, U = 20 V Hitrost varjenja v = 40 cm/min Q = 4,2 KJ/cm Povprečen vnos energije je 4,7 KJ/cm. MPa Rm MPa a5 % Mesto pretrga 490 582 22,5 v osnovnem materialu Natezni preizkus (epruveta z vdrtimi boki) M^a rm MPa a5 % Mesto pretrga 120 "C — 615 — v zvaru Upogibni preizkus a = 2 d koren zvara = 180° teme zvara = 180° g]jka 5 Osnovni material pov. 100 x Upogibni preizkus Žilavost zvarnega spoja ISO-V (J) T preizk. Mesto zareze Vrednost -20 O 190 S 90 p 136 -40 o 180 s 85 p 115 -60 0 180 O = osnovni material s 47 S = sredina zvara p 84 P = prehodna cona Metalografske preiskave: Makrostruktura in trdote Slika 8 Prehodna in TVC pov. 100 x Slika 9 Sredina zvara pov. 100 x Trdoto HB (merjeno z Rc 60) Oddol|enost od sredine zvara (mm) Slika 6 Diagram trdot preko zvarnega spoja in makrostruktura 2. Oplaščena bazična elektroda na bazi Ni in Mo EVB NiMo Preiskave čistega vara: Kemična sestava: C Si Mn P S Ni Mo Cr Cu 0,05 0,44 0,85 0,010 0,012 1,15 0,33 0,06 0,22 Mehanske lastnosti čistega vara: Rp Rm A^ Z MPa MPa % % Žilavost ISO-V (J) Temperature preizkušanja (°C) 0 -20 -40 -60 548 601 24 73 140 130 100 80 Izvedba spoja: Sočelni V-spoj, priprava robov plamensko, ni potrebna naknadna meh. obdelava. Gradnja posameznbih varkov je razvidna s skice na sliki 10. Upogibni preizkus a = 2 d teme zvara = 180° koren zvara = 180° Slika 11 Natezni preizkus Slika 12 Upogibni preizkus Žilavost zvarnega spoja ISO-V (J) T preizk. Mesto zareze Vrednost — 20°C O 190 s 60 p 160 — 40°C 0 190 s 46 p 62 — 60°C 0 180 s 40 p 47 O = osnovni material S = sredina zvara P = prehodna cona Metalografske preiskave: Makrostruktura in trdote MPa MPa % Mesto pretrga 487 570 19 v osnovnem materialu Natezni preizkus (epruveta z vdrtimi boki) Mh MPa % Mesto pretrga 611 — v zvaru Varilni parametri: Vari 0 3,25 mm I=110AU = 22V v = 14,6 cm/min Q = 9,9 KJ/cm Var 2—6 0 4 mm 1= 160 A U = 22 V v = 22,5 cm/min Q = 9,4 KJ/cm Var 7—10 0 3,25 mm 1= 110 A U =22 V v = 20,0 cm/min Q = 7,2 KJ/cm Povprečni vnos energije 7,85 KJ/cm. Mehanske lastnosti spoja: Natezni preizkus (epruveta s paralelnimi boki) Slika 10 Položaj varjenja: vodoravno Dimenzije elektrode: 0 3,25 mm in 0 4 mm Ohlajanje vmesnih slojev: pod temperaturo T=120"C U 8 12 16 zvar |p.c. | osn mat. osn mater |p.c !zwl p-c.! osn mater Oddaljenost od sredine zvara (mm) Trdota HB (merjeno z Rc60 ) Slika 13 Diagram trdot preko zvarnega spoja in makrostruktura „ p a 7 Žilavost ISO-V (J) »7d 0/ T preizk. (°C) Topi. obdel. MPa MPa % % +2Q Q _20v _6Q 647 732 18 59 128 116 70 35 35 110 86 72 32 45 552 640 23 68,5 125 112 62 35 30 120 100 95 59 51 varjeno stanje napetostno odžarjeno C Si Mn P S Cr Ni Cu Mo Al Mehanske lastnosti čistega vara: ŽILAVOST ISO-V (J) TEMPERATURA PREIZKUŠANJA + 20 0 -20 -40 -60 1 104 108 2 130 130 3 131 132 4 135 145 5 125 140 6 128 150 7 132 142 8 142 142 9 130 136 10 135 146 150 42 46 60 60 32 118 72 24 133 92 40 140 91 38 142 88 45 151 80 42 150 94 42 144 58 51 135 90 61 Mikrostrukture sredine zvara, prehodne cone in toplotno vplivane cone ter osnovnega materiala kažejo slike od 14—16. Slika 14 Osnovni material pov. 100 x 3. Dodajni material za varjenje v mešanici plinov MIG 65 Kvaliteta MIG 65 Štev. chg.: 14 4448 Dimenzija: 0 1.2 mm Zaščitni plin: Ar + C02 (80 : 20) Kemična analiza: Slika 15 Prehodna in TVC pov. 100x Slika 16 Sredina zvara pov. 100 x Zvarni spoj: Osn. material: Niomol 490 d = 12 mm Dodajni material: MIG 65 chg.: 14 4448 Zaščitni plin: Ar + CO, (80 : 20) Oblika spoja: V spoj Mehanske lastnosti zvarnega spoja 250 K. Rm2 As Z M Pa M Pa % % s parelelnimi boki 470 506 18 z vdrtimi boki 644 — Žilavost ISO-V (J) sredine zv. spoja T preizk. (°C) + 20 0 -20 -40 -60 120 85 60 39 30 114 73 74 47 39 98 86 58 58 90 O en i/i o > >M -40 -20 0 Temperatura (°C ) Slika 17 Žilavost sredine zvarnega spoja Upogib (d = 4 a): na teme : ocena 5 a =180" na koren : ocena S a =180° Izdelane so žilavosti pri T = +20° do —60° v prehodnih conah, in sicer tako, da je prvi žil. preizkušanec oddaljen od zvarnega robu 2 mm in prehaja v osnovni material (po skici). o c/l o >M 2 3 4 5 6 7 preh cona^ j ^ osn material_ Zaporedna št. žilavostnega vzorca Slika 18 Žilavost preko prehodne cone ----koen zvara 240 220 200 m i 180 160 140 J_L \ 14 10 6 osn malj Pr | osn mat 2 0 2 zvar 6 10 14 |Pr| osn.mat. jP1*! zvar j Pr ; osn mat 200 240 280 Trdota HB 10 vzorcev čez prehodno cono Oddaljenost od sredine zvara (mm) Slika 19 Diagram trdot preko zvarnega spoja Vse trdote se nahajajo v območju med 146 do 222 HB. Poleg navedenih varilno-tehničnih preiskav so izdelane še številne druge preiskave, tako v laboratorijskem kot v industrijskem merilu. Tako npr. je bila izoblikovana podnica varjene izvedbe v hladnem na preši in na izoblikovalnem stroju Boldrini. ZAKLJUČKI Preiskave na novem mikrolegiranem jeklu z mejo plastičnosti 490 M Pa so pokazale naslednje: — Jeklo ima odlične mehanske lastnosti, predvsem žilavost pri nizkih temperaturah. — Jeklo je sposobno preoblikovanja v hladnem. — Zaradi nizkega C-ekvivalenta ga je mogoče pla-mensko rezati brez predgrevanja. — Jeklo je zelo dobro varivo. Z uporabo omenjenih dodajnih materialov ima zvarni spoj dobro žilavost do — 60°C. — Potrebno je strogo upoštevati prikazano tehnologijo varjenja od parametrov do števila varkov in vnosa energije, če hočemo dobiti dobro žilavost. — Dodajni material mora vsebovati Mo. — Predgrevanje ni potrebno. — Trdote v prehodnih conah ne presegajo 220 HB. — Jeklo ni občutljivo na nastanek razpok v hladnem, ker v nobenem primeru ne pride do nastanka mar-tenzita. — Jeklo je vsesplošno uporabno, predvsem je namenjeno za zahtevnejše konstrukcije. — Vse ugotovitve veljajo tudi za jeklo z mejo plastičnosti 390 M Pa. Literatura : 1. INTERNATIONAL INSTITUTE OF WELDING COM-MISSION IX. Behavion of Metals Subjected to Welding — Recommen-dations for Welding of High strengt Steel. May 1984. 2. SUZUKI HARUYOSHI NEW HT 50 STEEL FOR MARINE AND OFFSHORE CONSTRUCTIONS WITH SUPERIOR WELDABILITY 3. SUMITOMOTEHNICAL BULLETIN NORIHIKO NOZAKY: KIYOSHI BESSEYO, TAMOT-SU HASHIMOTO Julij 1979, Vol. 11, str. 7 4. METALCONSTRUCTION Avgust 1985 High Strenght and tempered Steels — Production, Proper-ties and aplications. B. Musgen 5. STAHL UND EISEN Julij 1985, št. 13 Thermomechanische gewalzte bainitische Stahle mit Streekgrenzen von 500 bis 700 N/mm' fiir Grobblech und Warmbreitband. Heinpich, Baumgardt, Harold de Boer, Bruno Musgen, Udo Schriever. 6. METALS TECHNOLOGY Julij 1979 Effect of Cooling Rate on Mechanical Properties and Mi-crostructure of Controlled — Rolled — C — Mn — Nb Steels. E. A. Almond, D. S. Mitchell, R. S. Irani. 7. JOURNAL OF METALS Januar 1972 Microduplex Processing of Low Aloy Steels. F. Snape, N. L. Church. 8. SCANDINAVIAN JOURNAL OF METALLURGY 1980, št. 9 Controlled Rolling of Mn-Mo HSLA-Steel Plate. Tony Nilsson, M. T. Crooks, J. M. Chilton. 9. H. B. Cary, Troy, Fulldrahtelektroden neue Entvvicklun-gen und Anwendungen in den USA und in Europa, DVS Berichte 7, Essen 1969. 10. A. VVerner, H. Baach, Oerlikon Fluxofil Flux — cored Wiers, Bulletin of the Oerlikon Welding Organisation 1985. 11. B. Bertolaso, Flux Cored Wire, Schweissindustrie Oerli-kon-Buehrle AG, Ziirich 1986. 12. G. Bommel, Fiilldrahte und ihr praktischer Einsatz Zeit-schrift fiir Schvveisstechnik Nr. 9/1972. 13. Metallichtbogenschvveissen mit Fiilldrahtenelektrode Der Praktiker 4/1976. Predstavitev enokomorne vakuumske peči Ipsen VTC 324-R s homogenim plinskim hlajenjem pod visokim tlakom Vojteh Leskovšek* A. UVOD Trend sprememb pri uporabi sodobnih komercialnih postopkov toplotne obdelave po izvedeni anketi (1) v svetu za razdobje 1985 do 1990, je prikazan na sliki 1. Za navedeno obdobje kažejo največjo potencialno rast med komercialnimi postopki toplotne obdelave postopki ionskega nitriranja, vakuumske toplotne obdelave, toplotne obdelave v vrtinčastih slojih, toplotna obdelava z laserjem in ionska inplantacija. Na osnovi usmeritve MI v razvoj novih materialov in trendov v SŽ in domači kovinsko-predelovalni industriji, smo se na MI odločili za nabavo enokomorne vakuumske peči VTC 324-R, proizvajalec Ipsen. Ta bo predstavljala jedro za razvoj sodobnega centra toplotne obdelave s specialnimi postopki, ki bo služil poleg razi-skovalno-razvojne dejavnosti na področju novih materialov tudi izobraževanju in potrebam pilotne proizvodnje ter številnim delovnim organizacijam, ki nimajo svoje toplotne obdelave. Peč, ki predstavlja veliko pridobitev ne samo za MI, temveč tudi za ostale delovne organizacije, je bila nabavljena iz dotacije Raziskovalne skupnosti Slovenije in sofinancirana iz združenih sredstev SOZD-a Slovenske železarne. •/. Upadanja 0 */. 100 10 V. 100 Slika 1 Predvidevanja sprememb pri uporabi postopkov do leta 1990 B. KONSTRUKCIJA IN DELOVANJE PECl Vakuumska peč vrste VTC, slika 2, s sistemom za variabilno plinsko kaljenje (2) pod visokim tlakom, združuje prednosti vakuumske toplotne obdelave z do-sedaj v vakuumskih pečeh še nedosežene intenzitete in enakomernosti hlajenja pri kaljenju. Podobne rezultate lahko dosežemo v solnih kopelih, vendar pa vakuumske peči nimajo njihovih pomanjkljivosti kot so: visoki stroški obdelave, obarvane površine obdelovancev, neob- * Vojteh Leskovšek, dipl. inž, metal., Metalurški inštitut Ljubljana 7. Ni sprememb |5 Slika 2 Vakuumska peč IPSEN VTC 324-R hodnost čiščenja po toplotni obdelavi, obremenitev okolja, itd. 1. Osnovne tehnične karakteristike vakuumske peči VTC 324-R Dimenzije komore ŠxDxV = 610x910x 350 mm Največja dovoljena teža vložka 400 kg Delovna temperatura 500 dol 320 °C Izenačenost temp. v izdelku ±5 "C Način ogrevanja električno z grafitnimi grelci Izolacija grelne komore specialne grafitne plošče Način hlajenja — v vakuumu — v nevtralnem plinu — hitro hlajenje v nevtralnem plinu s pomočjo turbo-ventilatorja Hladilni plin N2, s stopnjo čistosti 99,999 % Inštalirana moč Pmaks = 129 KVA Vodenje in kontrola elektronski komandno-kontrolni in registrirni sistem Kot vsaka tehnologija ima tudi visokotlačno plinsko kaljenje v vakuumskih pečeh svoje prednosti in pomanjkljivosti (3,4). Prednosti: — Optimalno kaljenje, vključno z brzoreznimi jekli večjih dimenzij. — Minimalne deformacije pri kaljenju s homogenim kaljenjem v vodenem, kontroliranem in cirkulirajo-čem plinskem toku skozi vložek. Postopek ionsko nitriranje vakuum vrtinčasti sloji laser ionska inplantacija plazma VF indukcija SF indukcija elektronski žarek plinsko ogrevane električne peči konvenc indukcija solne kopeli ■/. Naraščanja — Nižji proizvodni stroški in popolna ponovljivost toplotne obdelave z mikroprocesorsko-reguliranim avtomatskim ciklusom. — Ni stroškov ogrevanja pri prekinitvah dela. — Ni stroškov, ali so le-ti zmanjšani, za dodatne obdelave z brušenjem. — Odsotnost površinske oksidacije. — Enostavna integracija v proizvodne procese. — Prijetni delovni pogoji zaradi čistega delovanja, ni toplotnega sevanja, ni iztekanja plinov ali nevarnosti eksplozije. — Peč je zelo prilagodljiva, lahko jo uporabimo tudi za svetlo žarjenje brez razogljičenja, spajkanje in sin-tranje. — Ne onesnažuje okolice. — Na splošno so celotni stroški za toplotno obdelavo v vakuumskih pečeh nižji kot v solnih kopelih, v nekaterih primerih lahko dosežemo tudi do 50 % prihrankov. Pomanjkljivosti: — Uparjanje legirnih elementov z visokim parnim tlakom. — Potrebujemo inertni plin za izvedbo kalilnega ciklusa. — Tesnenje peči. — Visokokvalificirana delovna sila. — Visoki kapitalni stroški. 2. Ohišje Dvostensko vodno hlajeno ohišje vakuumske peči je konstruirano in prilagojeno za tlak plina do 5 barov absolutno. Vrata, tesnjena na tlak in vakuum, se zapirajo z varnostnim zatičem. Hladnostenska konstrukcija peči omogoča normalne delovne razmere brez toplotnega žarčenja. 3. Vakuumski črpalni sistem Peč je opremljena z vakuumskim črpalnim sistemom, s katerim dosežemo vakuum 1 x 10~4 mbarov in več ter je sestavljena iz: — pnevmatsko krmiljenega visoko-vakuumskega ventila, — dveh pnevmatsko krmiljenih vakuumskih zasu-nov, — tristopenjske frakcionirne oljne difuzijske črpalke, — lovilca prahu, — Roots-ove črpalke, — rotacijske predvakuumske črpalke, — rotacijske črpalke za vzdrževanje predvakuuma. Za meritve absolutnih tlakov med 100 in 1 x 10~3 mbarov, je vgrajen skupaj z merilnimi glavami TPR 010 in NV 4, Pirani vakuumski merilnik TPG 060, proizvajalca Balzers. 4. Ogrevanje Grelna komora je nameščena v varjenem dvosten-skem ohišju peči. Pri periodičnemu vzdrževanju ali pregledu jo lahko izvlečemo. Notranja obloga grelne komore je izdelana iz specialnih grafitnih plošč, grajena pa je na tak način, da je mogoče vsako sekcijo posebej zamenjati. Grelna komora je opremljena z dvema drsnima lo-putama, ki ju krmilimo pnevmatsko, nameščeni pa sta na vrhu in na dnu. Med grelnim ciklusom ostaneta loputi zaprti; pri plinskem oziroma plinsko-ventilatorskem hlajenju sta odprti, tako da je vložek ohlajen v najkrajšem času. Grafitni grelni elementi so razporejeni na vrhu in na dnu ter zagotavljajo zelo hitro in enakomerno ogrevanje vložka. 5. Kaljenje Kot medij za hlajenje pri kaljenju služi inertni plin, npr. dušik, ki prisilno cirkulira s pomočjo turbo-ventila-torja velikih zmogljivosti. Tok plina prehaja skozi vložek in struji okoli vsakega kosa v vložku. Plin se ohladi, zatem pa se ponovno usmeri v vložek. V nasprotju s konstrukcijami peči, ki imajo sistem hlajenja plina postavljen zunaj, se pri Ipsen-ovi vakuumski peči vrste VTC nahaja sistem za hlajenje plina znotraj ohišja peči. Taka konstrukcija znatno zmanjšuje potrebni prostor in porabo plina. Vertikalni dinamični in oscilirajoči tok plina skozi vložek zagotavlja enakomerno in hitro kaljenje tudi v sredini vložka (glej orientacijski diagram za odvisnost časa in temperature na sliki 3, velja za peč VTC 424-R. Programirana menjava smeri toka plina omogoči minimalne vetikalne temperaturne razlike v vložku med kaljenjem. Slika 3 Orientacijski diagram čas/temperatura za VTC 424-R 6. Dinamični Ipsen-ov kalilni sistem Hladilni plin vpihavamo v pečni prostor takoj po zaključku predhodno programirane ogrevalne faze. Istočasno se na vrhu in dnu grelne komore odprejo lo-pute, vključi se turboventilator, da intenzivira cirkulacijo plina. Stisnjen, hladen plin uvajamo skozi nihajoči razdelilni sistem, tako da plin struji enakomerno in intenzivno preko celotne površine vložka. Dinamični plinski razdelilni sistem v peči tipa VTC je nameščen nad vložkom (slika 4). Smer strujanja se spreminja v intervalih, ki jih regulira mikroprocesor, tako da je strujanje prilagojeno najrazličnejšim izdelkom odnosno razporeditvam v vložku. Takoj ko plin preide skozi vložek, se ohladi na hladnih stenah ohišja peči in v vgrajenem toplotnem izme- Slika 4 Dinamični plinski razdelilni sistem v vakuumski peči VTC njevalcu, turbo-ventilator ga nato vsesa in izstisne. S pomočjo nastavljive vstopne šobe lahko postopoma spreminjamo tok plina, tako da dosežemo željeni profil hlajenja. V odvisnosti od parametrov dobimo sledeče tipične primere ohlajanja: — Maksimalno kaljenje pri tlaku 5 barov absolutno. V teh okoliščinah volumen hladilnega plina reguliramo na tak način, da motor turboventilatorja deluje z maksimalno dovoljeno močjo (slika 5, diagrami). — Programirano ohlajanje s predhodno programiranim gradientom (npr. 3°C/min. med 1200 in 500°C) (slika 5, diagram 2). — Kontrolirano hlajenje pri predhodno določenemu tlaku plina z avtomatsko regulacijo volumna hladilnega plina (slika 5, diagram 3). — Izotermalno kaljenje v dveh stopnjah: Prva stopnja: Kaljenje na temperaturo termalne kopeli Druga stopnja: Izenačevanje temperature med jedrom izdelka in površino, preko regulacije količine plina ali »ponovnega ogrevanja«, kateremu sledi hlajenje (slika 5, diagram 4). 8. Elektronski komandno-kontrolni in registrirni sistem Kombinirana krmilna omara (slika 6) vsebuje poleg močnostnega dela še ostale instrumente, kot sta računalnik, ki preko programatorja omogoča vnašanje in nadzorovanje kompleksnih komandno-kontrolnih funkcij in dvokanalni rekorder za zapisovanje parametrov čas/temperatura in čas/tlak. Pregledna simulacijska shema s svetlostnimi diodami olajša nadzorovanje delovanja peči in ugotavljanje možnih napak med delovanjem! Slika 6 Elektronski komandno-kontrolni in registrirni sistem vakuumske peči VTC Specialni digitalni večprogramski mikro-računalnik DE-PRO 133 (IP) omogoča operaterju programiranje celotnega ciklusa toplotne obdelave, kakor tudi ponovitve z odlično reproduktivnostjo. Celotni potek programa spremljamo tudi grafično na ekranu 30 cm z digitalnim prikazom željenih in dejanskih vrednosti. C. PODROČJA UPORABE V vakuumski peči tipa VTC lahko izvajamo sledeče postopke (2,5): I. Žarjen je Žarjenje izvajamo v vakuumski peči bolj enostavno in kvalitetno kot v konvencionalnih pečeh, brez razo- 7. Hlajenje Hitrost hlajenja zavisi od prilagoditve sledečih parametrov: — tlak hladilnega plina, — volumen hladilnega plina, — hitrost hladilnega plina. Slika 5 Značilni primeri ohlajanja v vakuumski peči VTC gljičenja izdelkov. Ohlajanje po žarjenju lahko programiramo in enostavno reguliramo s pomočjo dušika. 2. Kaljenje Omogočeno je kaljenje različnih vrst jekla, pri čemer ista peč pokriva celotno območje temperatur. Proces ogrevanja do temperature avstenitizacije izvajamo v isti peči, tako da ga lahko za vsak konkretni slučaj optimalno programiramo in reguliramo. Izenačenost temperature v izdelku je ± 5"C! Površine izdelkov so brez oksidov (svetle) in ni razogljičenja. 3. Popuščanje Postopek popuščanja lahko izvedemo po kaljenju v istem ciklusu, brez da bi odpirali vrata peči. Izenačenost temperature v izdelku ± 5°C dosežemo od 480 °C navzgor. 4. Odplinjevanje Odplinjevanje izvajamo na kovinskih, keramičnih in grafitnih delih, ki jih uporabljamo npr. v elektronski industriji, tehniki ultravisokega vakuuma, v nuklearni tehniki. Za poboljšanje fizikalnih lastnosti pred nadaljnjo predelavo redno izvajamo tudi odplinjevanje kovinskih prahov (Nb, Ta, W). 5. Trdo spajkanje Za ta postopek je zelo ugodna nizka točka rosišča atmosfere, ki jo lahko dosežemo v vakuumski peči, kakor tudi natančnost regulacije temperature, kar daje znatno večji učinek spajkanja. Ker se material za spajkanje v raztopljenem stanju odplinjuje, dobimo s spaj-kanjem spoje, ki so za 30 % čvrstejši od tistih, ki so spaj-kani izven vakuumske peči (spajkanje bakra). Razen tega ostanejo izdelki svetli, ne potrebujemo topila, mesto spajkanja ni potrebno naknadno obdelovati. Po spajkanju lahko avtomatsko vključimo hitro hlajenje z dušikom. Ta postopek še posebej uporabljamo pri spajkanju delov za reaktivne motorje, tranzistorjev, spajanju stekla in keramike, pri delih reaktorja. 6. Trdo spajkanje z istočasnim kaljenjem Ta postopek sočasno združuje ob uporabi ustreznega materiala za trdo spajkanje na osnovi NiCr dva postopka, s čimer prihranimo na času, energiji in materialu. Npr. trdo spajkanje nožev iz brzoreznega jekla na držala iz konstrukcijskega jekla. 7. Sintranje Za ta postopek je prav tako pomembno odplinjevanje materiala, rezultat tega je izredna kvaliteta stiskan-cev z veliko gostoto in visoko natezno trdnostjo. Uporablja se pri sintranju trdih kovin, sintranju boridov, karbidov, nitridov in silicidov, sintranju nerjavečega jekla, sintranju kovin z visokim tališčem, sintranju permanentnih magnetov in sintranju tantalovih kondenzatorjev. 8. Značilni primeri toplotne obdelave orodnih jekel v vakuumu a) Brzorezna jekla Posebej uspešno toplotno obdelujemo orodja iz brzoreznega jekla, kot so npr. orodja za valjanje navojev, orodja za profiliranje, orodja za rezanje navoja, matrice, tanki deli igličastih oblik itd. Kot najpomembnejša prednost se kaže, še posebej pri tankih igličastih delih, zmanjšana deformacija. Medtem, ko je pri običajnem načinu kaljenja deformacija od 0,1 do 0,4 mm, dobimo po kaljenju v vakuumski peči in ohlajanju v dušiku deformacije od 0,02 mm do 0,04 mm! To omogoča zmanjšanje ali opustitev naknadne obdelave z brušenjem. Doseganje potrebnih trdot zavisi od dimenzij preseka izdelka, ki ga ohlajamo in od intenzitete hlajenja v vakuumski peči. Značilni diagram kaljenja brzoreznega jekla Č. 6980 v VTC peči je podan na sliki 7. Po kaljenju takoj izvedemo popuščanje. Izdelke kompliciranih oblik, ki so nagnjeni k pokanju, kalimo do največ 80°C v jedru. Takoj zatem sledi žarjenje za odpravo napetosti in zatem popuščanje. Slika 7 Značilni diagram kaljenja brzoreznega jekla Č.6980 v vakuumski peči VTC b) Orodna jekla za delo v vročem V tej skupini jekel, ki se uporabljajo za utope, orodja za tlačno litje, orodja za vlečne matrice itd., se v praksi že uspešno kalijo v vakuumskih pečeh tudi orodja z večjimi masami. Pri zračno kaljivih jeklih npr. X37CrMoV51 in X45NiCrMo4 (DIN) skrajšamo čas ciklusa s kaljenjem pod visokim tlakom plina za 10—20 % v primerjavi s plinskim kaljenjem pod tlakom 1 bara. Končno je potrebno omeniti toplotno obdelavo iztiskovalnih matric iz jekla Č. 5742. Primer: tri orodja velikosti 247 x 268 x 400 mm in teže 225 kg so bila skupaj zložena v 390 kg vložku. Vložek je bil kaljen z 890 °C v dušiku pod tlakom 5 barov absolutno. Po dvojnem popuščanju na temperaturi 530 "C je bila dosežena natezna trdnost 1500 N/mm2 (ustreza 46 do 47 HRC). Analiza strukture jedra z optičnim mikroskopom ni pokazala vidnega bainita. Razen za izdelavo orodij pa se vse pogosteje uporabljajo ta jekla kot konstrukcijska jekla za izdelavo delov plinskih turbin, ki jih praviloma kalimo v vakuumu, ker je to najenostavnejši način, da pri teh zelo zahtev- nih in obremenjenih delih dosežemo vrhunsko kvaliteto površine brez oksidacije in razogljičenja. Značilni diagram kaljenja jekla za delo v vročem Č. 4753 v VTC peči je podan na sliki 8. Vložek po kaljenju takoj popuščamo. Dele kompliciranih oblik, ki so nagnjeni k pokanju, kalimo do največ 80 °C v jedru, takoj zatem sledi žarjenje za odpravo napetosti in nato popuščanje. Slika 8 Značilni diagram kaljenja jekla za delo v vročem Č.4753 v vakuumski peči VTC c) Orodna jekla za delo v hladnem V pečeh vrste VTC lahko uspešno kalimo tudi različna orodja za delo v hladnem, izdelana iz visokooglji-čnega jekla z 12 % Cr. Za primer navajamo toplotno obdelavo v peči VTC 324-R, in sicer 150 ke gravur z merami 135 x 37 x 37 mm, izdelanih iz jekla C. 4850: Pri kaljenju z dušikom pod tlakom 5 barov abs., je bilo jedro orodij ohlajeno od 1020°C do 500 °C v 4 min., zatem pa v 15. min. do 80°C. Dosežena trdota na površini je bila od 63—64 HRC, celoten ciklus toplotne obdelave pa je trajal 4,2 ure. Dimenzijske spremembe dolžine so bile približno 0,01 mm in 0,02 mm v ostalih dveh smereh. Pri rezilih, rezilnih nožih, obrezilnih orodjih in orodjih za stiskanje, izdelanih iz jekla Č. 4150, dosežemo s pomočjo visokotlačnega plinskega kaljenja trdoto na površini med 64 in 65 HRC. Obroča-sta merila z do 30 mm debelo steno, izdelana iz jekla Č. 3840, kalimo na 62—64 HRC ob odlični dimenzijski stabilnosti. Značilni diagram kaljenja orodnega jekla C. 4150 za delo v hladnem v VTC peči je podan na sliki 9. Popuščanje izvedemo takoj po kaljenju. Izdelke kompliciranih oblik, ki so nagnjeni k pokanju, kalimo do največ 80°C v jedru, takoj zatem sledi napetostno popuščanje in nato popuščanje. Slika 9 Značilni diagram kaljenja jekla za delo v hladnem Č.4150 v vakuumski peči VTC D. ZAKLJUČEK Toplotna obdelava v vakuumski peči vrste VTC 324-R, katere poizkusno obratovanje je predvideno v letu 1987, bo zaradi svoje konstrukcije, še posebej pa zaradi učinkovitega in enakomernega plinskega hlajenja pod visokim tlakom, omogočila razširitev uporabe vakuumskih peči na vse postopke toplotne obdelave za širok asortiman orodnih jekel. Postopki toplotne obdelave se v splošnem izvajajo pri temperaturah, na katerih prihaja do reakcije med površino obdelovancev in okoliško atmosfero. Te reakcije povzročajo neželjene spremembe tehnoloških lastnosti izdelkov, znižujejo kvaliteto oziroma povišujejo stroške proizvodnje zaradi dodatne obdelave. Osnovna prednost pri uporabi vakuumskih peči je v tem, da so parcialni tlaki posameznih sestavnih delov atmosfere v peči, kot so to 02, H2, N2, H20, C02, lahko zmanjšani na nekoliko v. p. p. m. V tako razredčeni atmosferi ne pride do reakcij med površino delov in okoliškim medijem. Usmeritev MI na področju toplotne obdelave in storitve, ki jih bomo lahko nudili v obliki raziskav, razvoja, inženiringa, tehnične pomoči in pilotne proizvodnje, predstavljajo med drugim tudi kvalitetnejši in racionalnejši stik z uporabniki jekel, ki bodo po tej poti dobivali najboljše informacije za razvoj novih proizvodov in uporabo jekel na osnovi poznavanja njihovih lastnosti. Literatura 1. Harry E. Chandler: Metal Progres, 1984, September, 59. 2. Instruction Mannual VTC 324-R IPSEN ON. 44.139. 3. ED R. Byrnes: Heat treating in vacuum furnaces and auxi-liary equipment; Metals Handbook, Ninth edition, Volume 4, 307. 4. J. W. Bouwman: Ipsens Technical Reports, Industrial Heat-Treating, No. 59/E. 5. F. Černe, B. Liščič: Metal Biro 1979; Toplinska obrada metala u vakuumu 7.2,43. Druga evropska konferenca o e/ektrojek/arstvu Firence Italija, 29. september—2. oktober 1986 J. Arh Konferenco je organiziralo Associazione Italiana di Metallurgia (AIM) — Milano s podporo še 12 drugih institucij in združenj zahodne Evrope. Zaradi izredno velikega števila prijavljenih predavanj — 104, na 1. konferenci 1. 1983 le 44, so program delili na dva dela. V prvem delu je bilo 45 predavanj s pretežno proizvodno problematiko. Le-to so avtorji predstavili avditoriju ustno v petih sekcijah. Ostalih 59 predavanj se je zvrstilo v treh dneh v poster sekciji. Prvi dan dopoldne so bila na sporedu tri uvodna predavanja, in sicer: — O surovinah za proizvodnjo jekla — Razmere na področju energije — Razvoj tehnologije za proizvodnjo jekla V nadaljevanju bom poskušal podati glavne misli najbolj pomembnih predavanj iz prvega dela in pa splošen zaključek v razvoju elektrojeklarstva v zadnjih treh letih med obema kongresoma. Svetovna gospodarska kriza, ki je najmočneje prizadela jeklarsko industrijo, je prisilila jeklarje k zmanjševanju kapacitet, povzročila pa je tudi pravo revolucijo v tehnološkem razvoju proizvodnje elektrojekla. Druga evropska konferenca je pokazala, da klasične tehnologije z dvožlindrnim procesom ni več. Tudi peči z normalno močjo ne gradi nihče več. Specifična moč današnjih UHP peči znaša od 600 do 1000 kVA/t kapacitete peči. Kontinuirano vlivanje s svojim enournim ritmom in strogimi zahtevami po natančni livni temperaturi je imelo močan vpliv na razvoj tehnologije proizvodnje jekla. Danes prevladujejo različni dupleks postopki. EO peč je le talilni agregat. Potem ko je jeklo raztaljeno, odstranimo le še fosfor in z oksidacijo znižamo ogljik do željene meje ter šaržo ogrejemo. Pravo revolucijo je povzročil razvoj ekscentričnega preboda, ki so ga prvič uvedli v danski železarni DDS v začetku leta 1983. S tem ko je bilo omogočeno enostavno ločenje jekla in žlindre, se tudi začenja hiter razvoj sekundarne metalurgije. Na sekundarni strani so zelo različne naprave oziroma postopki. Najenostavnejša je obdelava z različnimi sintetičnimi žlindrami in CaSi — TN in podobnimi postopki. Vendar ta način stagnira. Močno se uveljavlja ponovčna peč. S tem se razbremenjuje EO peč visokih prebodnih temperatur, prilagajanje kontilivnim napravam je izvrstno, zanesljivost vlivanja velika, kvaliteta jekla je odlična. Potem so še razni vakuumski postopki, odvisno pač od zahtev VD, VOD, VAD in kombinacije le-teh. Ker so za VD postopek (desoksidacija in degasacija v vakuumu) potrebne visoke prebodne temperature, okrog 1750° do 1780°C, VD napravam vse pogosteje prigraju-jejo ponovčne peči. Z vsemi temi postopki se da dosegati zelo majhne vsebnosti žvepla. Za modifikacijo nekovinskih vključkov so potrebne le še majhne količine CaSi, ki ga uvajajo v talino v obliki oplaščene žice. Uveljavlja se koncept jeklarne z eno pečjo. Tam, kjer so imeli dve peči, so eno predelali v ponovčno peč, drugi pa povečali moč v UHP ali super UHP območje. Take jeklarne dosegajo največje storilnosti. K. D Unger in sodelavci: modernizacija in povečanje produktivnosti 80 t EO peči za oskrbo AOD konvertorja pri Thyssen Edelstahlwerke Krefeld Prvotno so imeli 2 EO peči, moči 30—36 MVA. Po predelavi imajo 1 EO peč, kapacitete 85 t tekočega jekla, moči 60 MVA. Stene peči so iz cevnih elementov, hlajenje z vročo vodo 210°C, 16 bar, enako tudi obok. Trajanje šarže 1,95 ure. 20% dovedene električne energije se vrača z izkoriščanjem vroče vode. Porabo elektrod so zmanjšali za 30 %, ognjestalnih materialov pa za 57 %. Peč so ogradili z ohišjem zaradi zmanjšanja ropota in lažjega odsesavanja dima. Kapaciteta odsesavanja znaša 350.000 NmVh. Celotna predelava je trajala 3,75 meseca. S pečjo oskrbujejo AOD konvertor. 80 % jekla vlijejo na kombinirani Slab-blum kontilivni napravi. Mesečna kapaciteta je 30.000 t. M. Beirer: Razvoj 80 t EO peči; v 10 let stari mini železarni (Societe des Acieries de Montereau — Francija) Mini železarna je začela obratovati 1. 1975 s projektirano letno kapaciteto 180.0001 gredic. Premer peči 5,8 m, trafo 35/42 MVA, en štirižilni kontiliv. Jeklarna omogoča danes proizvodnjo 430.000 t gredic. V tem času so uvedli oziroma dogradili: 1977/1979: vodnohlajene stene in obok; 1980/1981: nov pečni transformator 80 MVA, ki pa dela pri 50 MVA; 1983: gorilec pri prednjih vratih — sekvenčno vlivanje; 1984: nov 6-žilni kontiliv. Povečanje proizvodnje in storilnosti pričakujejo še z — dograditvijo ekscentričnega preboda in ponovčne peči, — napravami za predgrevanje starega železa s pe-čnimi plini, — vpihavanje plinov in »fluidov« bo še dalje skrajšalo čas taljenja. A. Al — Sulaim, H. Jung, T. Levring: Jeklarna Sau-di Iron und Steel Company — zagon in obratovanje, Al — Jubail, Saudska Arabia Saudi Iron and Steel Company je prva integrirana železarna, zgrajena v Saudski Arabiji. Sestoji iz 2 x 400 Midrex modulov, ki trenutno proizvajata 1 mi-lij. ton železove gobe. 3x120 t Voest Alpine Krupp EO peči, 3 x 6 žilni kontiliv z ravno kokilo za gredice in valjarne za žico in palice. Začetek obratovanja železarne je decembra 1982. Aprila 1984 so dosegli 850.000 t gredic letno. Leta 1985 so proizvedli 1,1 milij. ton gredic, računajo pa z 1,5 mi-lij. ton v letu 1990. V nadaljnem so v tekstu in v diagramih prikazana zmanjšanja vseh vrst porab v treh letih obratovanja. V letu 1986 so prešli na sistem dvopečnega obratovanja. Glede na najnovejši razvoj v zadnjih treh letih bodo peči opremili z ekscentričnim prehodom in vsaki peči dogradili ponovčno peč. B. Strohmeier, W. Peters: Obratovanje velikih UHP — EO peči na osnovi železove gobe, dobljene po SL/RN procesu (premog kot reducent) v železarni ISCOR, Van-derbijlpark — Južna Afrika ISCOR proizvaja v Vanderbijlparku 5 milij. ton jekla v SM pečeh, LD konvertorjih in EO pečeh. Imajo tri 155 t UHP — EO peči in tri 160 t LD konvertorje. Proizvajajo v glavnem ploščate produkte. Zaradi potrebne majhne vsebnosti oligoelementov potrebujejo čist vložek. Tem zahtevam ustreza železova goba. V obratovanju je največja naprava za redukcijo železove gobe s trdnim reducentom na svetu, s kapaciteto 720.0001 letno. Ena peč že ima ekscentrični prebod, drugi dve bodo predelali v letu 1987. Peči so opremljene z 80/96 MVA transformatorji (maksimalna moč 70 MW), ki omogočajo obratovanje z daljšim obločnim plamenom in manjšim tokom, s ciljem zmanjšati porabo elektrod. Delo z železovo gobo daje velike količine žlindre, ki jo odvažajo tekočo v 30 m3 banjah s cestnimi vozili. Vsi dodatki v ponovco se dozirajo avtomatično. Peči so opremljene z oxy — fuel gorilci, pri čemer je gorivo premogov ter. Posebnost SL/RN procesa je železova goba z majhno vsebnostjo C do 0,1 %. Ogljik je zato treba dodajati med taljenjem. Vložek tvorijo v glavnem težki odpadki valjam in svinje (1 sama košara), 20—35 % pa je železove gobe, ki jo dodajajo kontinuir-no v že vročo talino. Prednost železove gobe je predvsem v tem, da znižuje vsebnost oligoelementov in da v času taljenja povzroča močno kuhanje taline, pri čemer se zaščitijo stene pred električnim oblokom. Vsebnost N pa je nižja (40—60 ppm). Pri peči z ekscentričnim prebodom so vse vrednosti pod 50 ppm. Jekla z majhno vsebnostjo N in C odlijejo polpomirjeno ali nepomirje-no in obdelajo na RH napravi. VAD naprava služi predvsem za ogrevanje jekla v ponovci. Prispevek je zanimiv zlasti za tiste, ki za vložek uporabljajo tudi železovo gobo. R. Lopez Mayorga: Nove izkušnje in obratovalni podatki jeklarne Acindar — Argentina Prikazan je zanimiv primer posodobitve dveh je-klarn, glede na današnje stanje razvoja. Prva jeklarna proizvaja 170.000 t od malo do visokolegiranih jekel, druga pa 1 milij. ton ogljikovih in malolegiranih jekel. Vložek v drugi jeklarni je 65 % železpva goba (Midrex) in 35 % staro železo. Jeklarna 1 Proizvodnjo so od prvotnih 4 peči koncentrirali v eni peči 50 t kapacitete in s 45/65 MVA transformatorjem. Električno opremo te peči pa so porabili za ponovčno peč — trafo 18 MVA. Prebod brez žlindre pa zagotavljajo z nizkoležečim (potopljenim) prebodom. V naslednjih letih bodo postavili tudi VOD/ VD napravo. Jeklarna 2 je nova, zgrajena 1978, imajo tri peči 110 t, 65/73 MVA transformatorji in 65—70 % železove gobe v vložku. Sedaj obratujeta 2 peči, predelani na ekscentrični prebod v sklopu z eno ponovčno pečjo. Čas obdelave v ponovčni peči (28 MVA) je 32 minut, od tega traja ogrevanje 18 minut. L. S. Gonano, Babcock Wilcox ZDA: Nov koncept jeklarne za proizvodnjo visoko kvalitetnih jekel. V letu 1984 je začela obratovati jeklarna za proizvodnjo visoko kvalitetnih jekel z visoko storilnostjo in nizkimi proizvodnimi stroški. Osnova jeklarne je konti-liv za blume za vlivanje ogljikovih in z Al pomirjenih jekel s tako površino blumov, da čiščenje ne bi bilo potrebno. Končni izdelki so hladno vlečene palice, cevi za naftno industrijo, odkovki, toplotno obdelane palice. Zahtevano je sekvenčno vlivanje in tap-tap čas 80 minut. V ta namen so postavili 80 t UHP — OE peč, firme Krupp, s 67 MVA transformatorjem in tremi oxy-gas gorilci. Ponovčna peč firme Stein-Heurtey ima 12 MVA transformator (VAD). Ponovce so do žlindrne cone obzidane z aluminatno opeko, žlindrna cona je 96 % MgO. Ponovčna peč je opremljena tudi z napravo za vpihavanje prašnatih materialov, firme Clesid, in avtomatično pripravo za merjenje temperature in jemanje vzorcev. Tehnologija v peči je enaka za vse vrste jekel, tako tiste z 0,08 % C kot tudi z 1 % C. Zakladajo z dvema košarama. V prvi je 2/3, v drugi 1/3 vložka. Oxy-gas gorilci delajo 12 min pri prvi košari in 8 minut pri drugi košari. Kisik pihajo v času taljenja in pregrevanja taline, da dosežejo 0,06 do 0,08 % C pri prebodu. Apno in ogljik dodajajo skozi peto odprtino na tvorbo peneče žlindre. Prebodna temperatura je enaka za vse vrste jekel (1675°C). Jeklo odlijejo nepomirjeno v ponovco za prelivanje. Al dodajajo le za delno pomirjenje. V drugo ponovco dajo na dno vse legure do spodnje analizne meje, apno in jedavec. Premer izlivka za prelivanje je 100 mm. Ves čas mešajo z argonom skozi porozni kamen v steni. Šaržo nato ogrejejo v ponovčni peči (VAD) pri znižanem tlaku 500 mbar, končno legirajo in nazadnje še vpihajo 0,70 kg CaSi/tono. Normalni čas obdelave v VAD znaša 45 do 80 minut, odvisno od kontiliva. Naprave in tehnologija so enake kot v železarni Ravne (isti dobavitelj). F. D. Winter, Brymbo Steel Works: Vpliv sekundarne rafinacije jekla na proizvodnjo in kvaliteto gredic za odkovke. Brymbo Steel Works je stara železarna s 100-letno tradicijo. Glavni odjemalec je avtomobilska industrija s strogimi zahtevami glede: — čistoče jekla z omejeno velikostjo in številom nekovinskih vključkov (visoka žilavost), — homogenosti taline zaradi zmanjšanja makrose-gregacij, — površinskih napak (majhna vsebnost kisika), — kontrole vodika, notranje homogenosti — optimalne obdelovalnosti tako pri jeklih z višjim S, modificiranih s Ca, in pri jeklih, legiranih s svincem, — natančnega zadevanja analize, mehanskih lastnosti in sposobnosti za toplotno obdelavo. Proizvodnjo prej štirih 70 t EO peči, 12,5 MVA so zreducirali na eno 1001 UHP peč, ki proizvaja 325.000 t gredic, s transformatorjem 53/65 MVA in štirimi oxy-fuel gorilci, od katerih vsak daje 2.8 MW. Najboljši dosežki so: 23 šarž na dan. Tap-tap čas 40 minut, 10.383 t jekla/teden. Na sekundarni strani imajo: — ponovčno peč z napravo za uvajanje Al žice, Ca-Si žice, žice s FeB, — napravo za legiranje Pb med prelivanjem, — Scandinavin Lancers napravo za uvajanje prašnatih materialov, — VAD napravo, — D. C. ponovčno peč z avtomatičnim sistemom za legiranje (prva te vrste na svetu), razvili so jo skupaj z Mannesman Demag Hiittentechnik, Duisburg. Sekundarna obdelava jekla je pogoj za zadovoljevanje potreb kovaške industrije (za proizvodnjo avtomobilov). D. C. ponovčna peč predstavlja novost v svetu, ima le eno grafitno elektrodo in jekleno elektrodo 200 mm kv. Moč 12,5 MVA. Ta čas je v testiranju. A. Trupiago A. F. L Falck Milano: Proizvodnja 70 t EO peči, razvoj in proizvodni rezultati v letih 1982 do 1986. Pri Falck-u so imeli do leta 1981 4 x 65 t EO peči, ki so dajale letno 400.000 t jekla za ploščate proizvode. Te štiri peči so nadomestili z eno 70 t UHP pečjo s 74 MVA transformatorjem, ki ima letno zmogljivost 250.000 ton. Postavili so tudi VAD napravo za 70 in 140 t, ker imajo še 140 t peč. V predavanju je podan zelo širok opis nove 70 t peči s številnimi tabelaričnimi podatki in risbami. M. Ottaiano Dalmine: Elektrojeklarna za proizvodnjo brezšivnih cevi, razvoj in proizvodni rezultati. Od 5 EO peči vi. 1982 obratujeta še dve z 90 t in 40 t kapacitete in skupno letno proizvodnjo 480.000 t. 90 t peč ima 60 MVA transformator, odliva 90 t jekla in proizvaja letno 340.000 t jekla. Peč oskrbuje 4-žilni kontiliv za blume od 220 do 320 mm kv. Vsaka peč dela v sklopu s ponovčno pečjo. Peči delata s penečo žlindro, kar omogoča delovanje z maksimalno močjo. Za končno obdelavo vpihujejo CaSi v količino 0,4 do 0,6 kg/t. P. Masucci in sodelavci Nuova Italsider Genova: Elektrojeklarna, ki proizvaja visoko kvalitetno jeklo za vlivanje posebnih brani pod pritiskom. Posebnost te jeklarne s kvalitetnim programom je vlivanje slabov 150 do 400 mm debeline, 1900 do 2300 mm širine in 800 do 10.000 mm dolžine, od 28 do 73 t teže pod pritiskom. Kokile so obložene z grafitnimi ploščami. Kvalitetni program: — pločevina za off-shore platforme, — pločevina za nuklearke, — pločevina za kriogene namene, — pločevina za balistične namene (vojska), — pločevina odporna proti obrabi. Za ta kvalitetni program imajo naslednjo opremo: — EO peč 1401 UHP, transformator 60 MVA t 20%. Peč ima ekscentrični prebod; — DH naprava za degazacijo jekla; — ponovčna peč z 22 MVA transformatorjem in hitrostjo ogrevanja 3°C/mm. Kvajitetni kazalniki: — Žveplo minimum 10—20 ppm. — Fosfor 0,010% — H: 2 ppm. Ponovčna peč omogoča povečanje storilnosti EO peči, uporablja pa odvečno jeklo od vlivanja (visok izkoristek). G. Garzena in soavtorji Aosta Italija: Mini jeklarna za proizvodnjo specialnih jekel v Aosti. Od septembra 1984 je v obratovanju nova mini jeklarna za proizvodnjo malo in visoko legiranih specialnih jekel (nerjavnih). Predstavljajo jo EO peč 181/ 8,6 MVA in ASEA-SKF naprava za sekundarno obdelavo jekla, vse v eni liniji. Stojišče za degazacijo omogoča VOD obdelavo nerjavnih jekel. Stojišče za ogrevanje ima transformator 4,5 MVA in omogoča ogrevanje 75°C/min (20 t). Tretje stojišče pa je namenjeno za obdelavo jekla z vpihovanjem CaSi ali z uvajanjem CaSi žice s posebno napravo. Proizvajajo: brzorezna in ledeburitna orodna jekla, nerjavna in ventilska jekla, Fe-Ni superzlitine, konstrukcijska in orodna jekla z visoko čistočo. Še nekaj podatkov za nerjavna jekla (žica): zahteva C < 0,020 % poVOD C = 0,013 % v gredicah C = 0,015 % srednja vrednost 43,7 % šarž ima C < 0,010 % najnižji doseženi C = 0,0023 % K. H. Klein in sodelavci: Proizvodnja jekla z visoko storilnostjo v Badische Stahlwerke AG Kehl ZRN Uporabili so izraz: Ultrahigh-Efficiency Steelma-king (UHES), kar pomeni največje možno izkoriščanje najbolj sodobnih naprav in tehnologije za ekonomično proizvodnjo jekla v EO peči. Ta jeklarna spada danes med tiste z največjo storilnostjo na svetu. Jeklo proizvajajo na dveh enakih in neodvisno druga od druge delujočih linijah. Imajo: — dve napravi za predgrevanje starega železa s pe-čnimi plini, — dve 601 UHP električni obločni peči s 40/48 MVA transformatorji, — dve ponovčni peči (10/12 MVA), — dva 4-žilna kontiliva za gredice. Obe peči sta opremljeni z najsodobnejšo opremo, kot so vodnohlajene stene in obok, ekscentrični prebod, manipulatorji za 02 kopja, oxy-fuel gorilci. Oprema in proces so avtomatično kontrolirani z mikroračunalniki. Obstoječe transformatorje bodo zamenjali z novimi, moči 60 MVA. Letna proizvodnja vsake linije znaša 400.000 t pri 6700 proizvodnih ur na leto. Posebno prozornost posvečajo vzgoji kadrov, to je šolanju mladih delavcev in obnavljanju znanja proizvodnih delavcev. Menijo, daje 80% uspeha odvisno od ljudi. Gredice zakladajo v peč še vroče. Skupni čas od začetka nakladanja starega železa do izvaljane žice znaša 230 minut. D. Ameling in sodelavci Thyssen Niederrhein AG Oberhausen: Obratovalni rezultati EO peči z visoko storilnostjo po predelavi na ekscentrični prebod in računalniško kontrolo Jeklarna je začela obratovati 1. 1979 z dvema 120 t UHP pečema in TN napravo za sekundarno obdelavo jekla. Tehnološki razvoj od 1979 do 1986 je privedel do tega, da z enopečnim obratovanjem naredijo sedaj 60.000 t gredic na mesec. Peč je hlajena z vročo vodo 200 °C, tlak 13—21 bar. Z vročo vodo dobijo nazaj 40 kWh/t energije. Ekscentrični prebod omogoča prebod brez žlindre, kar je potrebno za sekundarno obdelavo na TN napravi. S tem so lahko povečali površino hlajene stene od 60 na 80 %. Vzdržnost obzidave nad talino in hlajenim delom so povečali z: — rabo dolomitiziranega apna, — z vpihovanjem drobnozrnatega apna skozi obok na vroča mesta, — s prehodom na delo s penečo žlindro. Za tvorbo peneče žlindre vpihavajo skozi pečna vratica 2,5 kg mletega premoga/t na mejo nad jeklom in žlindro. Peneča žlindra, ki popolnoma pokriva obločni plamen, omogoča zmanjšanje porabe električne energije za 10-30 kwh/t. Konec leta 1986 je začela obratovati tudi ponovčna peč. Ker je tvorba peneče žlindre za optimalno obratovanje UHP peči posebno pomembna, so uvedli poseben mikroračunalniški način za opazovanje takega načina dela s kontrolo električnih veličin. Takashi Itok in sodelavci, AICHI Steel Works Ca. LTD: Novi procesi in nova tehnologija izdelave jekla v EO peči AICHI proizvaja v glavnem malolegirana jekla za cementacijo in poboljšanje za avtomobilsko industrijo. Boljša kvaliteta specialnih jekel je precej prispevala k zmanjšanju teže avtomobilskih delov in k poenostavitvi izdelave le-teh. Na Japonskem izdelujejo specialna jekla v glavnem v EO pečeh, zato si že dolgo prizadevajo razviti procese, kjer s sekundarno rafinacijo lahko zadovoljujejo zahteve kupcev po integralni kvaliteti jekla, po zmanjšanju proizvodnih stroškov s povečano storilnostjo. Od množice sekundarnih procesov jih je večina dobrih, imajo pa tudi pomanjkljivosti. Za svoj program so izbrali tiste, za katere menijo, da najbolje ustrezajo njihovim zahtevam. Po vrstnem redu so v eni liniji: predgrevanje starega železa, 80 t UHP — EO peč, posnemanje žlindre z vakuumsko črpalko, ponovčna peč, RH naprava za degazacijo jekla in kontiliv za blume. Kvaliteta jekla za avtomobilsko industrijo sloni na čistoči in homogenosti. Glavni cilj rafinacije jekla je zmanjšati količino nekovinskih vključkov, natančno zadeti kemično sestavo in temperaturo. Tap-tap čas mora biti zaradi kontinuiranega livanja 70 do 80 minut. Vsebonost kisika v jeklu je odvisna od vsebnosti kisika v žlindri. Ugotovili so, da mora biti vsebnost Fe v žlindri v času rafinacije v ponovčni peči in degazacije v RH napravi pod 0,5 %, če naj dosegajo v tekočem jeklu pod 10 ppm. Za doseganje nizke vsebnosti žvepla je potrebno povečati energijo mešanja. Zaradi tega imajo v ponovčni peči dva argonska kamna. Pri jeklih z izboljšano obdelovalnostjo z vsebnostjo S od 0,020 do 0,090 % dodajajo žveplo med RH obdelavo. Taljenje s plazmo Dve predavanji sta obravnavali taljenje s plazmo, in sicer: K. H. Heinen - Krupp Stahl AG. Siegen H. G. Kunze — Krupp Industrietechnick D. Neuschutz — Krupp Forschungs institut Essen Stanje razvoja trifazne plazme tehnologije in postavitev 20 MVA plazma peči pri Kruppu F. Mtiller — Berlin G. Scharf, L. Stephan — VEB Edelstahlvverk 8 Mai 1945 Freital Obratovalne izkušnje s plazma pečjo pri taljenju posebnih zlitin in možnosti za nadaljnjo uporabo Taljenje z enosmernim tokom. N. Essmann — MAN Gutehofnungshutte, Werk Sterkrade D. Griinberg — Brovvn Boveri CIE, Mannhein, ZRN Električna obločna peč na enosmerni tok, System UNARC — stanje razvoja in obratovalne izkušnje V zadnji peti sekciji so avtorji obravnavali 9 predavanj s področja ponovčnih peči, in sicer obratovalne izkušnje, izboljšanje kvalitete, znižanje stroškov in podobno. J. Driippel — MAN Gutehofnungshutte, Werk Sterkrade — ZRN R. Pelikka — Outokumpu Oy, Tornio — Finska Aplikacija ponovčne peči v elektrojeklarni Električna obločna peč je danes le še talilni agregat. Rafinacija jekla, nastanitev temperature držanja na temperaturi do livanja poteka v ponovčni peči. Do tega je prišlo zaradi iskanja gospodarnih načinov izdelave jekla, potrebe po izboljšanju kvalitete in prilagajanja kontilivnim napravam. Prispevek detajlno obravnava ponovčno peč s konstrukcijskega stališča, električne opreme, problemov regulacije, koncepte postavitve. Nazadnje so navedene še izkušnje iz železarne Outokumpu na Finskem. E. Schunk Mannesmann Demag Huttentechnik J. Otto, H. J. Worsdorfer Thyssen Edelstahlvverk Wit-ten: Znižanje stroškov v elektrojeklarni ob uporabi procesnega računalnika in sekundarne metalurgije Avtomatizacija procesov v elektrojeklarni z uporabo sekundarne metalurgije znatno prispeva k optimizaciji stroškov. Pokazane so prednosti in nekateri primeri. Avtomatizacija procesov, npr. na Japonskem in v ZDA, je v jeklarnah ključnega pomena. Proizvodnja vedno bolj kvalitetnih proizvodov, problemi z naraščanjem cen surovin energije in zaščite okolja se dajo gospodarno reševati le z računalniškimi sistemi. Primer: Regresijska analiza kaže, da vplivata na vsebnost vodika pri VD postopku najmočneje količina argona in čas trajanja v vakuumu pod 2 mbar. L. Tolnay in sodelavci železarna Lenin Miškolc Madžarska: Izboljšanje čistoče elektrojekla s kompleksno ponovčno metalurgijo V železarni Miškolc proizvajajo v glavnem kvalitetna malolegirana jekla za avtomobilsko industrijo (za doma in za izvoz) in kovaške kvalitete. Zato imajo 80 t UHP peč s 36 MVA transformatorjem in Asea — SKF napravo z dvema stojiščema za ogrevanje in enim za de-gasacijo ter Scandinavian Lancers napravo za vpihova-nje prašnatih materialov. S temi napravami lahko zadostijo strogim kvalitetnim zahtevam kupcev (avtomobilski industriji). Vendar pa v članku poudarjajo, daje za doseganje visoke čistoče potrebno začeti z metalurškim delom že na primarni strani (v EO peči — vpihavanje apna pred prebodom) in šele nato v ponovčni peči ali, če je treba, tudi z vpihovanjem CaSi. V članku so podane multiregresijske enačbe za vsebnost P in S v končni analizi v odvisnosti od C, Mn in kemične sestave žlindre. K. Walden Hamburger Stahlwerke GmbH: Uporaba ponovčne peči v jeklarni z visoko produktivnostjo v HSW Hamburg Železarna HSW je začela obratovati 1. 1971 z dvema 85 t EO pečema in dvema 4-žilnima kontilivoma za gredice. Leta 1976 (ko je že prišlo do krize v jeklarstvu) so postavili še 100 t EO peč. Kapaciteta jeklarne je znašala 850.0001 gredic. Z ostrimi omejitvami proizvodnje v okviru EGS so popolnoma spremenili koncept jeklarne. Od 1982 dalje je v obratovanju le 1201 UHP peč s 75 MVA transformatorjem in ponovčna peč (25 MVA) kot vmesni člen med EO pečjo in kontilivom, kar je bil prvi primer takšnega koncepta na svetu. Iz dveh 4-žil-nih KL naprav so napravili eno 6-žilno. Storilnost je- V poster sekciji je imel vsak avtor na voljo 3 m2 panoja, na katerem je s slikami in tekstom predstavil svoje delo. Vsaka poster sekcija, ki jih je bilo 5, je trajala eno dopoldne oziroma eno popoldne. V poster sekciji smo tudi mi predstavili tri predavanja, in sicer: B. Koroušič, A. Rozman: Aplikacija matematičnega modela računalniškega vodenja VOD postopka izdelave nerjavnih jekel in nikljevih zlitin. V. Prešeren, P. Bračun, A. Rozman: Tehnološke možnosti mini železarn pri proizvodnji kvalitetnih in specialnih jekel. J. Arh, B. Koroušič, J. Triplat: Proizvodnja dinamo jekla po VOD postopku v železarni Jesenice. klarne znaša danes s ponovčno pečjo 93 t/h (brez po-novčne peči 67 t/h), kar ustreza letni proizvodnji preko 700.000 t gredic. Vložek je staro železo (1 do 3 košare) in železova goba, odvisno od kvalitetnih zahtev (do 60 %). Taljenje pospešujejo z vpihovanjem kisika skozi kopje v steni in skozi vratica (22 Nm Vt). Z gorilcem plin/On si pomagajo le pri zadnji košari, da očistijo prostor pri vratih. Na osnovi že pred popolno raztalitvijo vzetega vzorca vodijo oksidacijo tako, da sta pri doseženi prebodni temperaturi (1600° do 1630° pri RSt 37) C in P v predpisanih mejah. Vse legure dodajajo v ponovco kontinuirano med prebodom (ekscentrični prebod), ki je brez žlindre. Za pokrivno žlindro dodajajo apno, dolomit in boksit v določenem razmerju, kar je odvisno od kvalitetnih zahtev. Ponovco postavijo v voz in zapeljejo pod ponovčno peč. Obdelava v ponovčni peči traja od 40 do 50 minut, odvisno od vrste jekla in časa livanja na KL. Hitrost ogrevanja znaša od l,3°C/min do 3°C/min pri 10 MW. Večja hitrost niti ni potrebna, ker je za temperaturno homogenizacijo ponovčne obzidave potrebnih 30 minut. Ena sekvenca vlivanja znaša 12 ur. Prednost ponovčne peči je poleg povečane zanesljivosti livanja izboljšanje kvalitete do take stopnje, da je delež neustrezne kvalitete padel pod 0,5 %. Ta dosežek je bil odločilen pri odločitvi, da se gredice zakladajo direktno — vroče v ogrevne peči v valjarni. L. Constanzi, G. Monti Terni Italija: Pregled ukrepov za raconalizacijo proizvodnje v jeklami Terni Opisane so pomembne izboljšave in napredek, ki so ga dosegli v jeklarni. Terni proizvaja nerjavno pločevino, dinamo pločevino, ogljikova jekla za gredice, jekla za kovaške bloke, jeklolitino. Imajo 3 EO peči 65, 100 in 1801, zadnji dve z ekscentričnim prebodom, 140 t AOD konvertor in ASEA-SKF napravo. Proizvodnja nerjavnih jekel poteka v glavnem preko 140 t AOD kon-vertorja. Na ASEA-SKF napravi lahko obdelujejo 65, 100 in 180 t težke šarže. Namenjena je za izdelavo jekel: — za dinamo pločevino orientirano, superorientira-no in neorientirano, — nerjavnih jekel, ELC z nizkim ogljikom, — za kovaške bloke. Za vlivanje velikih kovaških blokov do 100 t so razvili svoj Electro Slag Topping postopek, imenovan TREST. Skupaj z ASEA-SKF ponovčno pečjo in AOD kon-vertorjem lahko vlivajo bloke, težke do 270 t. Za vlivanje nerjavnih in dinamo jekel imajo dva vertikalna kontiliva in kontiliv za gredice 140 mm kv. V poster sekciji je bilo predstavljenih 51 prispevkov od 59 prijavljenih. Vsebina le-teh je bila močno različna, tako da je ni mogoče opisati v nekaj stavkih, vendar pa so vsi povezani posredno ali neposredno z obratovanjem električne obločne peči. Pretežno so imeli vsi prispevki raziskovalni značaj, npr. kako zmanjšati porabo elektrod, ognjestalnih materialov, nasploh, kako delati bolj gospodarno. Potem načrtovanje oziroma koncepti modernih elektrojeklarn, nove tehnologije, problemi merjenja in krmiljenja električnih veličin, razni matematični modeli in podobno. POVZETEK o razvoju elektrojeklarstva po prvem evropskem kongresu o elektrojeklarstvu 1. 1983 Svetovna gospodarska kriza, ki jo je najmočneje občutila železarska industrija, je povzročila nesluten razmah elektrojeklarstva. Vodilno geslo je proizvajati hitro, kvalitetno in gospodarno. Merila so torej storilnost, kvaliteta in stroški. Kontinuirno vlivanje je začetek in osnova vsega zniževanja stroškov. Prilagajanje kontinuirnemu vlivanju je povzročilo hiter razvoj UHP peči. Pri tem so imeli vodilno vlogo Japonci. V ZRN je prvi prevzel japonsko tehnologijo Krupp-Geisweid, pa tudi BSW Kehl z danes največjo storilnostjo na svetu. Vedno strožje kvalitetne zahteve porabnikov, kakor tudi specifičnosti kontinuirnega livanja kot mašenja iz-livkov, nujnost homogene porazdelitve temperature v ponovci in predvsem natančne nastavitve temperature ter potreba po znižanju visokih prebodnih temperatur je privedlo do razvoja ekscentričnega preboda, ki omogoča ločenje žlindre od jekla na najcenejši način ter do uvedbe ponovčnih peči za sekundarno obdelavo jekla pri enostavnih, kot tudi pri kvalitetnih proizvodnih programih. Za proizvodnjo kvalitetnih legiranih in visokolegira-nih jekel se precej na široko uvajajo vakuumski postopki z ogrevanjem in brez njega, od najstarejših DH, RH, VD, do VOD, VAD, ASEA-SKF in še katerimi posebnimi postopki. Vpihovanje CaSi in drugih prašnatih materialov z TN in sorodnimi napravami je v sekundarni metalurgiji staro že dobro desetletje. Najnovejša tehnika so naprave za »streljanje« Al in CaSi žice ter z drugimi prašnatimi materiali polnjenih žic, med temi tudi z žveplom in svincem. Nova pri UHP pečeh je tehnologija taljenja in ogrevanja z visoko napetostjo pri peneči žlindri, tako da je obločni plamen zaščiten z žlindro, obremenitev sten manjša, izkoristek toplote pa večji. Ves ta razvoj, ki ni star niti 10 let, je pripeljal jeklarsko industrijo do tako visoke tehnološke stopnje, da jo upravičeno postavljamo ob bok drugim visokim oziroma modernim tehnologijam. IN MEMORIAM Dipl. inž. Ernest MOČNIK 2. 1. 1917-5. 1. 1987 Ko je ravno dopolnil sedemdeseto leto življenja, ga je premagala kruta in neozdravljiva bolezen. Prenehalo je biti plemenito srce diplomiranega inženirja Ernesta Močnika, učitelja, široko razgledanega strokovnjaka in prijatelja. Rodil se je 2. januarja 1917 v Zenici, kjer je bil oče zaposlen kot rudarski inženir. Gimnazijo je obiskoval v Ptuju in končal v Ljubljani. Metalurgijo je študiral v Pribramu na Češkem. Po okupacijil Češke se je vrnil v Ljubljano in se takoj zaposlil na Plavžu na Jesenicah kot praktikant. Študij metalurgije je končal na novoustanovljenem metalurškem oddelku Tehnične fakultete, univerze v Ljubljani leta 1941 kot njen prvi diplomant. Že od maja 1941 je bil povezan s prvimi organizatorji osvobodilne fronte v Ljubljani, kjer je že na samem začetku sodeloval v propagandnih akcijah in akcijah za zbiranje orožja in opreme. Aretacijam se je izognil tako, da je prišel na Jesenice, kjer je bil od 1. 1942 do 1943 asistent v martinarni. Vrnil se je v Ljubljano in se zaposlil na Železnici. Spet se je vključil v delo OF. Po osvoboditvi I. 1945 je stopil v službo na ministrstvu za industrijo in rudarstvo. Septembra istega leta je bil premeščen v Železarno Jesenice, kjer je delal na oddelku tehnične kontrole do jeseni 1947. leta, ko je bil po službeni dolžnosti postavljen za predstojnika metalurškega oddelka Tehnične srednje šole v Ljubljani. Svoje učiteljsko poslanstvo je z veliko gorečnostjo opravljal do leta 1954. Potem pa se začenja njegova izredno pestra in tudi težavna pot strokovnjaka in človeka. Najprej Litostroj — šef tehnične kontrole, nato Metalurški inštitut pa Zavod za varjenje. Bil je tudi ekspert jugoslovanskega registra brodova v Splitu. Zadnjih dvajset let do upokojitve v l. 1986 pa je bil strokovni sodelavec Zavoda za raziskavo materiala in konstrukcij v Ljubljani. Inž. Ernest Močnik je bil zadnjih dvajset let, ko je živel v KS Ljubo Šercer, ves čas ustvarjalno prisoten občan bežigrajske občine, kjer je kljub krhkemu zdravju nenehno aktivno deloval v krajevni skupnosti, SZDL in samoupravnih interesnih skupnostih vse do svoje smrti. Nam takratnim dijakom metalurškega oddelka tehnične srednje šole inž. Ernest Močnik ni bil le učitelj, bil nam je prijatelj in tovariš. Njegovo toplo in široko srce ni poznalo jeze, nikoli ni vzrojil, zato smo ga imeli radi in ga spoštovali. Med njim in nami je bila neka nevidna vez, kije ostala do konca. Vedno je z velikim veseljem prišel na naše obletnice mature, še v zadnjem letu svojega življenja, ko je bil že zelo bolan. Za to prijateljstvo, za vaš blagi nasmeh, za toplo besedo, smo vam dragi naš profesor globoko hvaležni. Inž. Ernest Močnik je bil velika in humana osebnost, zato ga bomo ohranili v trajnem spo- Odgovorni urednik: Jože Arh, dipl. inž. — Člani: dr. Jože Rodič, dipl. inž., Franc Mlakar, dipl. inž., dr. Aleksander Kveder, dipl. inž., dr. Ferdo Grešovnik, prof. dr. Andrej Paulin, dr. Karel Kuzman, Jana Jamar, Darko Bradaškja, tehnični urednik, prof. Regina Razinger, lektor Oproščeno plačilo prometnega davka na podlagi mnenja Izvršnega sveta SRS — sekretariat za informacije št. 421-1/172 od 23. 1. 1974 Naslov uredništva: SŽ Železarna Jesenice, 64270 Jesenice, C. železarjev 8, tel. št. 064/81-341, int. 2619 — Tisk: TK Gorenjski tisk, Kranj minu. Joža ARH v imenu druge generacije dijakov metalurškega oddelka TSŠ Ljubljana (1948 do 1951) VSEBINA UDK: 669.162.263.25:669.046.562.2 ASM/SLA: Dlb. D1 ln, C, 10-52 Metalurgija — železarstvo G. Todorovic, J. Lamut, B. Dobovišek, J. Kramer, J. Zapušek, B. Sedlar Naogljičenje železa med redukcijo in taljenjem plavžnega vsipa Železarski zbornik 21 (1987) 1 s 1-5 V članku je obdelano naogljičenje grodlja v plavžih in elektro-redukcijskih pečeh ter vpliv posameznih faktorjev na vsebnost ogljika v grodlju. Vsebnost ogljika v grodlju zvišujejo mangan, krom. titan, vanadij in znižujejo žveplo, silicij in fosfor. Zaradi tega, ker vsebuje večji odstotek silicija in manjši odstotek mangana, je livarski grodelj manj naogljičen kot jeklarski. Naši poskusi so pokazali, da naogljičenje grodlja močno pada z naraščajočo vsebnostjo žvepla. Zato je predvsem važno, da se določi zgornja meja vsebnosti žvepla v grodlju, da bi se dobil ustrezni odstotek ogljika v njem. To se lahko doseže z ustrezno bazičnostjo žlindre in temperaturo v talilniku plavža. Pri taljenju lahko reduktivnih sin-trov in rud je vsebnost ogljika v grodlju bistveno večja kot pri težko reduktivnih. Avtorski izvleček UDK: 669.187.26 ASM/SLA: D8n, D8p, D7a. D9S, 10-52 Metalurgija — Jeklarstvo — Ponovčna metalurgija J. Arh. V. Prešeren Dosežki Železarne Jesenice na področju sekundarne obdelave jekla Železarski zbornik 21 (1987) 1 s 7—17 S postavitvijo naprave za sekundarno obdelavo jekla v ponovci z vpihovanjem prašnatih materialov v letu 1982 in VOD naprave v letu 1984 so v Železarni Jesenice dane možnosti za izdelavo jekla v najvišji možni kvaliteti. Predvsem se je povečal izbor tistih vrst jekel, kjer je zahtevana sposobnost robljenja ali izotropne mehanske lastnosti pri pločevini. Močno je narasla proizvodnja nerjavnega jekla raznih kvalitet ob bistveno manjših stroških in lažjem delu. Lahko izdelujemo dinamo jekla z vsebnostjo C pod 0,015 % kakor tudi nesilicirana jekla ali jekla pomirjena le s Si-Remag in Elmag za elektrotehnične namene. Vsebnost žvepla v jeklu se je zaradi teh postopkov bistveno znižala. Najnižje vrednosti, ki jih že dosegamo, so pri 0,001 %S. Avtorski izvleček UDK: 669.14.018.292:539.4.011.23:539.4.015.1:621.785.85 ASM/SLA: Q23b, Q21b. AYb, 10-51 Metalurgija — fizika kovin F. Vodopivec in M. Gabrovšek Meja plastičnosti konstrukcijskih jekel, fizikalno metalurške osnove Železarski zbornik 21 (1987) 1 s 19—28 Opisan je vpliv količine perlita, utrditve s trdno raztopino, z zmanjšanjem velikosti zrn in z izločanjem na mejo plastičnosti in prehodno temperaturo krhki žilavi lom v konstrukcijskih jeklih. Razčlenjene so fenomenološke in morfološke značilnosti duktilnega in krhkega zloma jekla ter opisana anizotropija jekla zaradi vključ-kov, ki so plastični pri temperaturi valjanja. Meja plastičnosti 470 N/mm1 normaliziranega mikrolegiranega jekla za debelo pločevino je razdeljena na posamične mehanizme utrditve ferita. Avtorski izvleček UDK: 669.018.5:621.785.374:621.785.375 ASM/SLA: J23C, N2, N5h, N3m, AYb, 4-53 Metalurgija — silicijevo jeklo — rekristalizacija F. Vodopivec. F. Marinšek, F. Grešovnik Rekristalizacija in rast zrn pri žarjenju hladno valjanega jekla z 0,03 % C, 1,8 % Si, 0,3 % Mn in 0,3 % Al Železarski zbornik 21 (1987) 1 s 29—37 Prispevek obravnava nukleacijo rekristaliziranih zrn v deformiranem matriksu, morfologijo in kinetiko rasti zrn v rekristaliziranem matriksu, nadpovprečno hitro rast posamičnih zrn ter vsesplošno hitro rast zrn v razogljičenih delih jekla. Avtorski izvleček UDK: 620.187:621.385.833.28 ASM/SLA: M21e. Nib Metalografija — raster elektronska mikroskopija H. Kaker Mikroanaliza faz v zlitini Nimonic 80 A s kombinacijo REM-EDS Železarski zbornik 21 (1987) 1 s 39—43 S kombinacijo raster elektronskega mikroskopa in energijsko disperzijskega spektrometra smo izvršili mikroanalizo faz v niklje-vi superzlitini Nimonic 80 A, ki se uporablja pri visokih temperaturah do 815°C. Mikroanaliza posameznih faz v preiskovani zlitini je pokazala, da so na mejah zrn locirani Cr karbidi in deloma Ti kar-bonitridi, ki pa se pretežno nahajajo v notranjosti zrn. V matrici zlitine je enakomerno porazdeljena faza y' — Ni, (Al, Ti). Fazo y' smo mikroanalizirali s pomočjo ogljikove ekstrakcijske replike faze y' in z uporabo modela za kvantitativno mikroanalizo tankih filmov. Avtorski izvleček INHALT UDK: 669.187.26 ASM/SLA: D8n, D8p, D7a, D9s, 10-52 Metallurgie — Stahlerzeugung — Pfannenmetallurgie J. Arh, V. Prešern Errungenschaften des Hiittenvverkes Jesenice auf dem Cebiet der Se-kundarbehandlung von Stahl Železarski zbornik 21 (1987) 1 S 7—17 Mil der inbetriebnahme der Anlage fur die Sekundarbehand-lung von Stahl in der Pfanne durch das Einblasen von Pulverstof-fen im Jahre 1982 und der VOD Anlage im Jahre 1984 sind im Hiit-tenwerk Jesenice die Moglichkeiten ftir die Erzeugung von Stahl hochster Giite gegeben. Die Ausvvahl der Stahle wo Abkantbarkeit oder isotropische mechanische Eigenschaften bei Blechen gevvahr-leistet vverden miissen hat sich vergrossert. Die Erzeugung von nichtrostenden Stahlen verschiedener Qualitiiten bei wesentlich niedrigen Produklionskosten und leichter Arbeil ist stark angestie-gen. Dynamostahle mit einem Kohlenstoffgehalt von unter 0,015%, wie auch Siliziumfreie Stahle und nur mit Silizium beru-higle Stahle vvie Remag und Elmag ftir elektrotechnische Zvvecke konnen erzeugt vverden. Der durchschnitlliche Schwefelgehalt im Stahl ist wegen dieser Verfahren wesentlich niedriger geworden. Die tiefsten VVerte die schon erreicht werden liegen bei 0,001 % S. Auszug des Autors UDK: 669.162.263.25:669.046.562.2 ASM/SLA: Dlb, Dlln, C, 10-52 Metallurgie — Roheisengevvinnung G. Todorovič, J. Lamut. B. Dobovišek, J. Kramer, J. Zapušek. B. Sedlar Aufkohlung von Eisen tvahrend der Reduktion und dem Schmelzen von Hochofenmoller Železarski zbornik 21 (1987) 1 S 1 — 5 Im Artikel vverden die Aufkohlung von Roheisen in Hochofen und Elektroreduktionsofen und der Einfluss einzelner Faktoren auf den Kohlenstoffgehalt im Roheisen behandelt. Den Kohlenstoffgehalt im Roheisen erhohlen Mangan, Chrom. Titan und Va-nadin. Schwefel, Silizium und Phosfor erniedrigen den Kohlenstoffgehalt. Wegen des hoheren Siliziumgehaltes und kleinerem Mangangehalt ist das Gusseisen weniger aufgekohlt als Stahlrohei-sen. Unsere Versuche zeigten. dass die Aufkohlung von Roheisen mit dem vvachsenden Schvvefelgehalt stark abfallt. Deshalb ist es vor allem wichtig die obere Grenze vom Schvvefelgahalt zu bestim-men um einen entsprechenden Kohlenstoffgehalt zu gevvahrleisten. Das kann durch die entsprechende Schlackenbasizitat und die Temperatur im Hochofennest erreicht vverden. Beim Schmelzen von leicht reduzierbaren Sintern und Eržen ist der Kohlenstoffgehalt im Roheisen vvesentlich hoher als bei den schvver reduzierbaren. Auszug des Autors UDK: 669.018.5:621.785.374:621.785.375 ASM/SLA. J23C, N2, N5h. N3m, AYb, 4-53 Metallurgie — Dynamo Stahl — Rekristallisation F. Vodopivec, F. Mar.inšek. F. Grešovnik Rekristallisation und Kornvvaehstum beim Gliihen von kaltgewaltztem Stahl mit 0,03 % C, 1,8 % Si, 0,3 % Mn und 0,3 % Al Železarski zbornik 21 (1987) 1 S 29-37 Im Beitrag wird die Keimbiidun£ der rekristallisierten Korner in der verformten Grundmasse, die Morphologie und die Kinetik von Kornwachstum in der Grundmasse, das uberdurchschnittlich schnelle Wachstum der einzelnen Korner und das allgemein schnelle Wachstum der Korner in den entkohlten Teilen von Stahl behandelt. Auszug des Autors UDK: 669.14.018.292:539.4.011.23:549.4.015.1:621.785.85 ASM/SLA: Q23b, Q21b. AYb. 10-51 Metallurgie — Metallphysik F. Vodopivec, M. Gabrovšek Streckgrenze bei den Konstruktionsstahlen, physikalisch metallurgi-sche Grundlagen Železarski zbornik 21 (1987) 1 S 19-28 Der Einfluss der Perlitmenge, der Verfestigung durch die harle Losung, der Verringerung der Korngrosse und der Ausscheidung auf die Streckgrenze und die Ubergangstemperatur sproder — Za-her Bruch in Konstruktionsstahlen wird beschrieben. Die fenome-nologischen und morphologischen Eigenheiten von duktilem und sprodem Bruch von Stahl, vverden definiert. Die Anisotropie von Stahl verursacht durch die bei der Walztemperatur plastischen nichtmetallischen Einschliisse vvird beschrieben. Die Streckgrenze von 470 N/mm'. eines normalgegliihten. mikrolegierten Stahles f u r dicke Bleche wird auf die einzelnen Verfestigungsmechanismusse von Ferrit zerteilt. Auszug des Autors U DK: 620.187:621.385.833.28 ASM/SLA: M21e, Nib Metallographie — Rasterelektronenmikroskopie H. Kaker Phasenmikroanalyse der Legierung Nimonic 80 A durch die Kombi-nation REM-EDS Železarski zbornik 21 (1987) 1 S 39-43 Durch die Kombination von Rasterelektronenmikroskop (REM) und Energiedispersieven Rontgenanalyse (EDS) ist die Mi-kroanalyse der Phasen in einer Nickel Superlegierung Nimonic 80 A fiir die Anvvendung bei hohen Temperaturen bis 815°C durch-gefiihrt vvorden. Die Mikroanalyse der einzelnem Phasen in der un-tersuchten Legierung zeigte, dass an den Korngrenzen Cr Karbide und zum Teil auch Ti Karbonitride loziert sind. Die Ti Karbonitri-de befinden sich sonst vorvviegend im Innern der Korner. In der Grundmasse der Legierung ist die y' Phase — Ni3 (Al, Ti) gleich-massig verteilt. Die Zusammensetzung der y' Phase ist durch die Anvvendung von Kohlenstoffekstraktionsabdruck und dem Modeli fiir die quantitative, Analyse von diinen Schichten bestimmt vvorden. Auszug des Autors CONTENTS U DK: 669.162.263.25:669.046.562.2 ASM/SLA: Dlb, D1 ln. C, 10-52 Metallurgy — Ironmaking G. Todorovič, J. Lamut. B. Dobovišek, J. Kramer, J. Zapušek, B. Sedlar Carburization of Iran during the Reduction and Smelting of the Blact-Furnace Burden Železarski zbornik 21 (1987) 1 P 1—5 The paper treats the carburization of pig iron in blast furnaces and electric reduction furnaces, and the influence of single parame-ters on the carbon content in the pig iron. Carbon content in pig iron is increased by manganese, chromium, titanium. vanadium, and reduced by sulphur, silicon, and phosphorus. Due to higher amount of silicon and lower content of manganese, the foundry pig iron is less carburized that the steel-making one. Our experiments showed that carburization of pig iron is highly reduced with the increased sulphur content. Thus it is very importantthat the upper limit of sulphur content in pig iron is fixed in order to obtain a suit-able carbon content in it. This can be achieved by a suitable basicity of the slag and by the hearth temperature. In smelting easily redu-cible sinters and ores the carbon content in pig iron is essentially higher than that vvith a heavily reducible burden. Author's Abstract UDK: 669.187.26 ASM/SLA: D8n, D8p. D7a. D9s, 10-52 Metallurgy — Steelmaking — Ladle Metallurgy J. Arh Achievements of Jesenice Ironvvorks in the Secondary Treatment of Steel Železarski zbornik 21 (1987) 1 P 7-17 Instalment of the equipment for the secondary treatment of steel in ladle by injection of powdery materials in 1982, and the VOD set-up in 1984 enabled in the Jesenice Ironworks to manufac-ture steel of the highest possible quality. Above aH. the assortment of those steel was increased where the bordering ability or isotropic mechanical properties of sheet are demanded. Highly increased is the production of stainless steel of various grades at essentially lower costs and easier work. Dinamo sheet steel vvith carbon contents belovv 0.015%, as well as silicon-less steel or steel killed only vvith Si-Remag and Elmag for electrical purposes — can be manufactured. Sulphur content vvas highly reduced by applying these processes. The lovvest obtainable values are around 0.01 % S. Author's Abstract UDK: 669.14.018.292:539.4.011.23:539.4.015.1:621.785.85 ASM/SLA: Q23b, Q2tb, AYb, 10-51 Metalllurgy — Materials Science F. Vodopivec. M. Gabrovšek Yield Strength of Structural Steel — Physico-Metallurgical Funda-mentals Železarski zbornik 21 (1987) 1 P 19-28 Influences of the pearlite amount. of the solid-solution hard-ening together vvith the reduction of grain size and the precipitation phenomena on the yield strength and on the transition temperature of the brittle-tough fracture in structural steels are described. The phenomenological and morphological characteristics of the ductile and brittle fracture in steel are anaylized. and the steel anisotropy due to inclusions which are plastic at the rolling lemperatures is described. Yield strength of 470 N/mm! of normalized microal-loyed steel for plates is split according to single mechanisms of ferrite hardening. Author's Abstract U DK: 669.018.5:621.785.374:621.785.375 ASM/SLA: J23c, N2, N5h, N3m, AYb, 4-53 Metallurgy — Silicon Steel — Recrystalization F. Vodopivec, F. Marinšek, F. Grešovnik Recrvstalization and Grain Growth in Annealing Cold Rolled Steel vvith 0.03 % C, 1.8 % Si, 0.3 % Mn, and 0.3 % Al Železarski zbornik 21 (1987) 1 P 29—37 The paper treats the nucleation of recrystalized grains in a deformed matrix, the morphology and the kinetics of grain grovvth in a recrystalized matrix, the extraordinary fast grovvth of single grains, and the generally fast grain grovvth in the decarburized parts of steel. Author's Abstract UDK: 620.187:621.385.833.28 ASM/SLA: M21e. Nib Metallography — Scanning Electron Microscopy H. Kaker Phase Microanalysis of the Nimonic 80 A Alloy by the REM-EDS Combination Železarski zbornik 21 (1987) 1 P 39-43 The phase microanalysis of the nickel superalloy Nimonic 80 A used at high temperatures up to 815°C was made by the combination of the scanning electron microscope and the energy-dispersion spectrometer. The microanalysis of single phases in the investigated alloy revealed Cr carbides and partially Ti carbonitrides on the grain boundaries while the majority of Ti carbonitrides vvas present in the grain interior. In the alloy matrix the phase y' — Ni3 (Al, Ti) is uniformly distributed. The y' phase was microanalyzed by the carbon extraction replica for the y' phase and by the application of the model for quantitative microanalysis of thin films. Author's Abstract COflEP)KAHHE UDK: 669.187.26 ASM/SLA: D8n. D8p. D7a. D9s, 10—52 MeTaaayprna — np0H3B0aCTB0 ctsjih — MeTaaayprna KOBiua. Jože Arh ^ocTHw;eHMH viera.i.iyprnHecKoi o sasoaa ^Ke-ieiapna EceHHue b o6jiaCTH BTOpilHHOH o6pa6oTKH cra.ni. Železarski zbornik 21 (1987) 1 C 7-17 C MOHT3JKOM yCTpOHCTBa fljlfl BTOpHHHOH 06pa60TKH CTajlH B KOBuie BflyBaHHeM nopouiKOBbix MaTepnajioB 1982 roaa h VOD-ycTpoiicTBa 1984 roaa b MeTaaayprHHecKOM 3aBoaa EceHHue aaHbi B03M0KH0CTH ASIH H3rOTOBJieHHH CTajlH Bbicuiero KaHecTBa. TjiaBHblM 06pa30M VBe.lHMHJlCa Bbl60p Tex COPTOB CTajlH, npH K0T0pbix Tpe6yeTC« cbohctbo noapy6aHHS hjih H30Tp0i7HH \iexa-HH4eCKHX CBOHCTB JIHCTOBOH CTajlH. CymeCTBeHHO yBeJIHHHJ10Cb npoH3BoacTBo HepjKaBeioiueH CTajlH pa3Hbix KanecTB npH 3HaHH-TejibHO yMeHbuieHHbix pacxoaoB h Šoaee aencofl pa6oTbi. Mbi cnoco6Hbi H3r0T0Bji«Tb TaKjice aHHaMHyio CTaJib c coaeputaHHeM yraepoaa noa 0,015%, CTajiH 6e3 coaepacaHHa KpeMHHa hjih we CTajlH ycnoKoeHHbie TOjibKO c KpcMHHevi — Si-Remag H Elmag hjih 3jreKTpoTexHHiecKHX HaaoSHocTeft. CoaepacaHHe cepbi BCjieacTBHH 3thx cnoco6oB cymecTBeHHo yMeHbuiHjiocb. CaMbie HH3KHe 3HaHeHH«, KOTopbie mu yxe nojiynaeM ae>KaT okojio 0,001 % s. ABTopei}). UDK: 669.162.263.25:669.046.562.2 ASM/SLA: Dlb. Dlln. C, 10-52 MeTaajiyprna — HepHaa MeTaaayprna G. Todorovie, J. Lamut, B. Dobovišek, J. Kramer, J. Zapušek, B. Sedlar Hayr.iepo>KiiBaHHe acejieia bo spevin BoccTaHoBJieHHH h pacn.ia-BjieHHH uiHXTa .loMeHnoH nem. Železarski zbornik 21 (1987) 1 C 1-5 B CTaTbe paccMOTpeHO Hayraepo*HBaHHe Myr\'Ha b ;io\tHax h 3jieKTp0B0CCTaH0BHTeJibHbix neiax, a TaiuKe BjinaHHe OTaeJibHbix (jjaKTOB Ha coaepwaHHe yraepoaa b nyryHe. CoaepxaHHe yrjiepo.ua b nyryHe yBejiHHHBaioT MapraHeu, xpoM, THTaH h BaHaanfi, a ymehbmak>T cepa, Kpe.mhhh h 4)oc4)°P- BcjieacTBHii Toro, 4to jiHTeftHbiH MyryH coaepjKHT yBejiHHeHHbiii npoueHT KpeMHHa, a cojiepiKaHHe \iapranna MeHbiue, to jiHTefiHbifl nyryH MeHee Haymepo)KeH ot MapTeHOBCKera MyryHa. BbinoJiHeHHbie onbiTbi noKa3ajiH, mto HaymepoiKHBaHHe syryHa cymecTBeHHO y\ieHbma-eTca c noBbiuieHHeM coaepiicaHHa cepbi. ri03T0My 6ojibiuoe iHaMeune HMeeT onpeaejieHHe BepxHero coaep*aHHa cepbi b Hyryne aaa toto, iToSbi noJiytHTb b ifcvj c00TBeTCTBeHH0e coaep-waHHe yraepoaa. 3to mojkho nojiyMHTb c cootbetctbehhoii ochob-HOCTbro ujjiaKa h TeMnepaTypbi b mejne aoMHM. IlpH njiaBKe jierno BOCCTaHOBHTeJibHbix arji0MepaT0B h pya coaepmaHHe yrjie-poaa b iyryne cymeCTBeHHO 6oJibUie, He\i npH pacnjiaBJieHHio Tfl*eJ10 BOCCTaHOBHTejlbHOH UlHXTbI. ABTOpetj). UDK: 669.018.5:621.785.374:621.785.375 ASM/SLA: J23c, N2, N5h. N3m, AYb, 4-53 MeTaJijiyprH« — KpeMHHCTaa CTajib — peKpHCTaaaH3auH« F. Vodopivec. F. Marinšek. F. Grešovnik PeKpucTa.i.iHiauHH h pocT lepen npn otžkhig xo.io.ihoh nponatkh cram c 0,03 % C, 1,8 % Si, 0,3 % Mn h 0,3 % Al. Železarski zbornik 21 (1987) 1 C 29-37 B CTaTbe paccMOTpeHO 06pa30BaHHe aaep peKpHCTajuiH3o-BaHHbix 3epeH b aeiJiopMHpoBaHHoH viaTpHue, Mop<}>oaorHa h KHHeTHKa pocTa 3epeH b peKpHCTajuiH3HpoBaHHoii MaTpHue, HeflK»KHHHbiH 6biCTpbiH pocT OTaeabHbix 3epeH, a Taiotce Bceo6mHH 6bicTpbiH pocT 3epeH b o6e3orjiepo»aHHbix nacTHX CTajlH. ABTope((). UDK: 669.14.018.229:539.4.011.23:539.4.0151:621.785.85 ASM/SLA: Q23b, Q21b, AYb, 10-51 MeTajuiyprHH — 4)H3MKa MeTaJiJiOB F. Vodopivec, M. Gabrovšek ripeaeji njiaCTHHH0CTH KoHCTpyKUHoHHbix CTajieii, (jniiHho-Meia.i-jiyprHMecKHe ochob3hiih. Železarski zbornik 21 (1987) 1 C 19-28 /Jano onHcaHHe bjihhhhh KOJ7H4ecTBa nepjiHTa, yTBep*aeHHH c TBepflbIM paCTBOpOM, C yMeHbLlieHHeM BeJIHMHHbl 3epeH H C Bbiae-jieHHeM npeaejia njiacTHMHOCTH, TaKwe TeMnepaTypbi nepexoaa h XpynKHH H3JIOM B KOHCTpyKUHOHHbIX CTajiax. PaCHJleHeHbl (JjeHO-MeHOJlOTHHeCKHe H M0p0J10rHHeCKHe XapaKTepHCTHKH KOBKOrO H xpynKoro H3JioMa CTajlH. TaKwe onucaHa aHH30Tp0nna CTajiH BCJieflCTBHH BKJlIOHeHHH, KOTOpbie OBJiaaaaK)T nJiaCTHHHOCTbKJ npH TeMnepaType npoKaricH. ripeaejT njracrHHHOCTH 470 H/mm' H0pMajiH30BaHH0H MHKpocnjiaBHofl CTajlH aJia TOJ1CTOJIHCTOBOH CTajiH pa3aejieH Ha OTjejibHbie MexaHH3Mbi b oTHonieHHH Ha TBepaoCTb ijjeppHTa. AsTopeij). UDK: 620.187:621.385.833.28 ASM/SLA: M21e, Nib Merajuiorpaf^hh — pacrpoBaa 3aeKTpoHHaa MHKpocKonna. M. Kaker MHKpoana.iH3 (tiai b cnjiaBe Nimonic 80 A b KOM6HHauuu c REM-EDS. Železarski zbornik 21 (1987) 1 C 39-43 B kom6hh3uhh pacTpoBoro 3-ieK tpoHHOro MHKpocKona h 3Hep-reTHMeCKOTO aHCnepCHOHHoro cneKTpoMeTpa BbinojiHeH MHKpo-aHajiH3 a3 b HccjieaosaHHOM cnjiaBe noxa3aji, hto onpeaeaeHHbie Ha rpaHHuax 3epeH Cr KapfiHabi h hbcthhho Ti Kap6oHHTpHabi, KOTOpbie HaxoaaTca raaBHbiM 06pa30M b BHyTpeHHOCTH 3epeH. B MaTpHue cnaaBa paBHOMepno pacnpeaeaeHa y' — Ni3 (Al, Ti). Mbi BbinoaHaaH MHKpocKOnHHecKHH aHaara y <))a3bi npH nOMOiUH 3KCTpaKUHOHHOH yraepoaoBoK penaHKH 4>a3bi y'ac npHMeHeHHeM MHKpoaHaaH3a tohkhx naeHOK. ABTopecJ).