Vpliv stopnje hladne deformacije na potek rekristalizacije pri jeklu 18/8
Influence of Cold Deformation on Recrystallization of 18/8 Austenitic Stainless Steel
I. Kos1, Metal Ravne
Prejem rokopisa - received: 1996-10-04; sprejem za objavo - accepted for publication: 1997-04-21
l/ članku obravnavamo vpliv hladne deformacije na rekristalizacijo jekla 18/8 (PK11). Potek rekristalizacije pri tem jeklu je značilen in i/ odvisnosti od temperature žarjenja povzroča spremembe mehanskih lastnosti jekla. Jeklo je enofazno in ima visoko temperaturo rekristalizacije okrog 1000°C, poprava pa poteka med 600 in 800°C, odvisno od velikosti hladne deformacije.
Ključne besede: nerjavno avstenitno jeklo, hladna predelava z vlečenjem, rekristaiizacija
The influence of cold deformation on recrystallization temperature of hot rolled and quenched wire of austenitic stainless steel 18/8 is investigated. Ftecrystalization temperature of 18/8 austenitic steels is about 1000°C while recovery occurs in temperature range from 600 to 800°C, depending on the previous cold deformation.
Key words: austenitic stainless steel, cold deformation with dravving, recrystallization, reduction of area
1	Uvod
Rekristaiizacija je toplotna obdelava hladno deformiranega jekla, ki ima razpotegnjeno strukturo v smeri deformacije in povišano trdoto ter natezno trdnost. Nadaljnja hladna predelava je onemogočena, zato je jeklo treba odžariti.
Pri avstenitnih jeklih poteka rekristaiizacija pri sorazmerno visokih temperaturah, okrog 1000°C, odvisno tudi od predhodne stopnje hladne deformacije.
Hkrati z ugotavljanjem vpliva stopnje deformacije na rekristalizacijo smo raziskovali tudi vpliv osnovne toplotne obdelave. Žica, ki smo jo hladno deformirali z vlečenjem, je bila pred preiskusi enkrat v surovo valjanem stanju, drugič pa toplotno obdelana z gašenjem.
2	Izhodišče za raziskavo
Toplotno neobdelana žica iz avstenitnega jekla vrste 18/8 ima sorazmerno dobre plastomehanske lastnosti, ker omogoča tudi v takem stanju hladno plastično predelavo z vlečenjem. Žica premera 8 mm je bila vroče valjana in nato ohlajena na zraku.
Mehanske lastnosti toplotno neobdelane žice:
-	meja plastičnosti Re = 430 N/mm2
-	natezna trdnost Rm = 703 N/mm2
-	raztezek A5 =55,3%
-	skrček Z = 69,9%
-	trdota = 176 HV
-	velikost zrn = 9 po ASTM EI 12
Mehanske lastnosti so se z gašenjem žice, grete na 1050°C, spremenile predvsem seje močno zmanjšala meja plastičnosti, kar je tudi razumljivo, saj se pri teh
1 Ivan KOS. dipl. inž. met. Metal Ravne. Proizvodnja svetlih profilov
Koroška eesta 14. 2390 Ravne na Koroškem
temperaturah raztopijo karbidi, ki blokirajo ravnine drsenja in tako bistveno vplivajo na velikost Re. Odpravi pa se tudi preostanek utrditve zaradi nepopolne rekristalizacije po vročem valjanju. To je tudi vzrok povečanja raztezka in skrčka.
Mehanske lastnosti po gašenju:
-	meja plastičnosti Re = 271 N/mm2,
-	natezna trdnost Rm = 596 N/mm2,
-	raztezek A5 = 69,6%,
-	skrček Z = 74,5%,
-	trdota = 130 HV,
-	velikost zrn = 6 po ASTM EI 12,
Kristalna zrna so močno zrasla, iz velikosti 9 na 6 po ASTM, kar pomeni iz povprečno 252 na povprečno 2060 pm2.
3 Vpliv začetnega stanja na mehanske lastnosti vlečenega jekla
Žico iz jekla 18/8 smo hladno plastično deformirali na žičnem stroju z vlečenjem skozi trdokovinske votlice. Mazivo je bil prah na osnovi Ca stearata. Izhodiščna debelina žice je bila 8,0 mm, njena površina pa pripravljena z luženjem in ustreznim nosilcem maziva.
Za prikaz vlečenja žice, prvič iz surovega stanja, drugič pa toplotno obdelanega, smo izbrali enake stopnje odvzemov, in sicer 25 in 82%. Druga redukcija je dosežena z več parcialnimi odvzemi. Mehanske lastnosti po vlečenju podajamo v tabelah 1 in 2.
Tabela t: Mehanske lastnosti vlečenega surovega jekla 18/8
Redukcija (%)	Trdota (HV)	Natezna trdnost (N/mm2)	Raztezek (%)	Skrček (%)
25	320	1013	21,8	63,5
82	451	1810	8,9	51,4
Tabela 2: Mehanske lastnosti vlečenega gašenega jekla 18/8
Redukcija Trdota (%) (HV)	Natezna trdnost (N/mm2)	Raztezek (%)	Skrček (%)
25 301	856	32,3	67
82 441	1813	7,1	41.5
4 Rekristalizacijsko žarjenje
Hladno deformirano žico smo po vlečenju zarili v temperaturnem območju med 400 in 1 100°C. Čas držanja na temperaturi je bil 30 minut, po žarjenju smo vzorce ohladili v vodi. Rezultate meritev podajamo v diagramih.
Zaradi lažje preglednosti bomo posamezne postopke označili s črkami, in sicer: - postopek A: izhodno stanje jekla je bilo surovo valjano, nato pa vlečeno s 25% redukcijo ter žarjeno pri različnih temperaturah.
-	postopek B: izhodno stanje jekla je bilo surovo valjano, nato pa vlečeno s 82% redukcijo ter žarjeno pri različnih temperaturah.
-	postopek C: izhodno stanje jekla je bilo gašeno, nato pa vlečeno s 25% redukcijo ter žarjeno pri različnih temperaturah.
-	postopek D: izhodno stanje jekla je bilo gašeno, nato vlečeno s 82% redukcijo ter žarjeno pri različnih temperaturah.
Odvisnost med trdoto in temperaturo žarjenja po postopkih A. B, C in D smo prikazali na sliki 1.
Odvisnost med natezno trdnostjo in temperaturo žarjenja po postopkih A, B, C in D smo prikazali na sliki 2.
Odvisnost med raztezkom in temperaturo žarjenja po postopkih A. B, C in D smo prikazali na sliki 3.
Odvisnost med kontrakcijo in temperaturo žarjenja po postopkih A, B, C in D smo prikazali na sliki 4.
- * 25%
-8 82%
- C 25%
D 82%
■ A 255
I 82% C 25%	0 82%
Slika 1: Odvisnost trdote od temperature žarjenja Figure 1: Influence of annealing temperature upon hardness
Slika 3: Odvisnost raztezka A5 od temperature žarjenja Figure 3: Influence of annealing temperature upon elongation A5
0	200	400	500	800 1000
100 300	500	700	900 1100
TEMPERATURA ("C)
200	400	600	SOO	1000
100	300	500	700	300 1 100
TEMPERATURA ("C)
■ A 25%
- B 82%
• C 25%
0 82%
A 25%
- C 25%
0 82%
Slika 2: Odvisnost natezne trdnosti od temperature žarjenja Figure 2: Influence of annealing temperature upon tensile strength
Slika 4: Odvisnost skrčka od temperature žarjenja
Figure 4: Influence of annealing temperature upon contraction
Slika 8: Mikrostruktura rekristalizacijsko žarjenega jekla 18/8 na 1000°C(povečava 100x)
Figure 8: Microstructure of recrystallization annealed steel 18/8 at 1000°C (100x)
5 Razvoj mikrostrukture
Na naslednjih slikah 5, 6, 7, 8 prikazujemo strukturo in njeno spreminjanje v odvisnosti od hladne predelave in temperature rekristalizacije pri 100 kratni povečavi. Izhodno stanje žice je bilo gašeno.
6 Razlaga
Rezultati kažejo, da se jeklo 18/8 dobro plastično preoblikuje v obeh izhodnih stanjih, to je v surovo valjanem in v gašenem stanju.
Najprej primerjajmo vedenje valjanega jekla po različni stopnji deformacije. Pri 25% redukciji dosega jeklo trdnost dobrih 1000 N/mm2, pri 82% pa se močno približa trdnosti 1850 N/mm2. Pri nizkih temperaturah žarjenja, pod 400°C, se jeklo še rahlo utrdi, kar se s pridom izkorišča pri izdelavi vzmeti iz avstenitnega ner-javnega jekla. Izrazito spremembo mehanskih lastnosti doživi jeklo v temperaturnem območju med 600 in 800°C, ko se trdota in natezna trdnost hitro znižata.
Skrček pri nizkih redukcijah ne pade tako izrazito kot raztezek, npr.: pri 25% redukciji seje zmanjšal le za okrog 10%, medtem se je raztezek znižal za dobrih 50% prvotne vrednosti.
82% hladna deformacija ima močne posledice. Pri že omenjeni utrditvi na okrog 1800 N/mm2 je raztezek padel krepko pod 10%, torej na petino svoje prvotne vrednosti. Za skrček pa še naprej velja ugotovitev, da njegova sprememba ni tako velika, saj ima jeklo po vlečenju z 82% redukcijo še vedno 50% skrčka.
Spremembe mehanskih lastnosti kažejo, da so le te po žarjenju izrazitejše pri močneje hladno deformiranem jeklu. Prvi znaki poprave mehanskih lastnosti se pokažejo pri 700°C, rekristalizacija pa poteče v popolnosti šele pri 1000°C, ko se mehanske lastnosti čisto
Slika 5: Mikrostruktura jekla 18/8 pred vlečenjem (povečava 100x) Figure 5: Microstructure of stainless steel 18/8 before dravving (100x)
Slika 6: Mikrostruktura vlečenega stanja jekla 18/8 (povečava 100x) Figure 6: Microstructure of drawn stainless steel 18/8 (100x)
Slika 7: Mikrostruktura rekristalizacijsko žarjenega jekla 18/8 na 950°C (povečava 100x)
Figure 7: Microstructure of recrystallization annealed steel 18/8 at 950°C(100x)
približajo tistim, ki jih je imelo jeklo pred hladno deformacijo.
Podobno kot surovo valjano jeklo se vede tudi gašeno. Razlika je v absolutnih vrednostih mehanskih lastnosti. Pri gašenem jeklu sta pri 25% redukciji trdnost in meja plastičnosti znatno nižja kot pri enako deformiranem surovo valjanem jeklu. Zanimivo je, da se se s stopnjevanjem hladne deformacije mehanske lastnosti v obeh stanjih približujejo, saj je natezna trdnost po 82% redukciji gašenega jekla tudi dosegla 1800 N/mm2.
Žarjenje vlečenega gašenega jekla pri okrog 700°C povzroči popravo mehanskih lastnosti, popolna rekris-talizacija pa poteče pri 1000°C.
Z diagramov je razvidno, da potekajo procesi poprave in rekristalizacije hitreje, če je jeklo pred žarjen-jem močneje deformirano. To si razlagamo tako, da je vnesena energija z večjo redukcijo večja, povečajo se notranje napetosti v jeklu in zato pride do omenjenih procesov znatno prej.
7 Sklepi
Preiskovali smo žico iz nerjavnega jekla 18/8 z mik-rostrukturo avstenitnih zrn z večjim ali manjšim deležem
karbidnih izločkov, kar je odvisno od vsebnosti ogljika in stanja toplotne obdelave.
Žico smo hladno plastično deformirali z vlečenjem. Rezultate smo predstavili za dve stopnji redukcije: 25%
in 82%.
Preverjali smo vpliv dveh različnih začetnih stanj: surovo valjano ter gašeno.
Mehanske lastnosti v začetnem stanju so se močno razlikovale, velika razlika pa je bila tudi v velikosti avstenitnega zrna.
Mehanske lastnosti po vlečenju s 25 - odstotno redukcijo se med obema stanjema še razlikujejo. Po vlečenju z 82% redukcijo pa se lastnosti ene in druge žice močno približajo.
Odločitev o tem, ali vleči žico kvalitete 18/8 v surovo valjanem ali v gašenem stanju, se nagiba na stran gašenega. Osnovna toplotna obdelava je potrebna za raztop karbidov ter s tem za boljšo korozijsko odpornost jekla.
8 Literatura
Interna dokumentacija Metal Ravne, d.o.o.