YU ISSN 0372-8633 ZELEZARSKI ZBORNIK VSEBINA Blaženko Koroušič — VPLIV SESTAVE ŽLINDRE NA DEZOKSIDACIJO Stran 77 Monika Jenko et al. - ŠTUDIJ SEGREGACIJ Sb NA POVRŠINI JEKEL 83 Boris Arzenšek et al. - HLADNO PREOBLIKOVANJE SUPERFERITNEGA JEKLA 89 Matjaž Torkar, B. Šuštaršič — MIKROSTRUKTURNE ZNAČILNOSTI VODNO ATOMIZIRANE-GA PRAHU 97 Gojko Todorovič et al. — UPORABA ODBRU-SKOV PRI PROIZVODNJI JEKLA 105 LETO 25 ST. 3-1991 ŽEZB BQ 25 (3) 77-116 (1991) ZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT ŽELEZARSKI ZBORNIK Izdajajo skupno Železarne Jesenice, Ravne, Štore in Metalurški inštitut Ljubljana UREDNIŠTVO Glavni in odgovorni urednik: J Arh Uredniški odbor: A. Kveder, J. Rodič, A. Paulin, F. Grešovnik, F. Mlakar, K. Kuzman, J. Jamar Tehnični urednik: J. Jamar Lektor: C. Martinčič Prevodi: A. Paulin, N. Smajič (angleški jezik), J. Arh (nemški jezik) NASLOV UREDNIŠTVA: Železarski zbornik, SŽ-Železarna Jesenice, 64270 Jesenice, Yugoslavia TISK: TK Gorenjski tisk, Kranj IZDAJATELJSKI SVET: prof. dr. M. Gabrovšek (predsednik), Železarna Jesenice dr. B. Brudar, Iskra, Kranj prof. dr. V. Čižman, Univerza v Ljubljani prof. dr. D. Drobnjak, Univerza v Beogradu prof. dr. B. Koroušič, Metalurški inštitut Ljubljana prof. dr. L. Kosec, Univerza v Ljubljani prof. dr. J. Krajcar, Metalurški inštitut Sisak prof. dr. A. Križman, Univerza v Mariboru dr. K. Kuzman, Univerza v Ljubljani dr. A. Kveder, Metalurški inštitut v Ljubljani prof. dr. A. Paulin, Univerza v Ljubljani prof. dr. Z. Pašalič, Železarna Zenica prof. dr. C. Pelhan, Univerza v Ljubljani prof. dr. V. Prosenc, Univerza v Ljubljani prof. dr. B. Sicherl, Univerza v Ljubljani dr. N. Smajič, Metalurški inštitut v Ljubljani prof. dr. J. Sušnik, Zdravstveni dom Ravne dr. L. Vehovar, Metalurški inštitut Ljubljana prof. dr. F. Vodopivec, Metalurški inštitut Ljubljana Published jointly by the Jesenice, Ravne and Štore Steelvvorks, and The Institute of Metallurgy Ljubljana EDITORIAL STA F F Editor: J. Arh Associate Editors: A. Kveder, J. Rodič, A. Paulin, F. Grešovnik, F. Mlakar, K. Kuzman, J. Jamar Production editor: J. Jamar Lector: C. Martinčič Translations: A. Paulin, N. Smajič (English), J. Arh (German) EDITORIAL ADDRESS: Železarski zbornik, SŽ-Železarna Jesenice, 64270 Jesenice, Yugoslavia PRINT: TK Gorenjski tisk, Kranj EDITORIAL ADVISORY BOARD: prof. dr. M. Gabrovšek (Chairman), Iron and Steel VVorks, Jesenice Dr. B. Brudar, Iskra, Kranj Prof. Dr. V. Čižman, University of Ljubljana Prof. Dr. D. Drobnjak, University of Belgrade Prof. Dr. B. Koroušič, Institute of Metallurgy, Ljubljana Prof. Dr. L. Kosec, University of Ljubljana Prof. Dr. J. Krajcar, Institute of Metallurgy, Sisak Prof. Dr. A. Križman, University of Maribor Dr. K. Kuzman, University of Ljubljana Dr. A. Kveder, Institute of Metallurgy, Ljubljana Prof. Dr. A. Paulin, University of Ljubljana Prof. Dr. Z. Pašalič, Iron and Steel VVorks, Zenica Prof. Dr. C. Pelhan, University of Ljubljana Prof. Dr. V. Prosenc, University of Ljubljana Prof. Dr. B. Sicherl, University of Ljubljana Dr. N. Smajič, Institute of Metallurgy, Ljubljana Prof. Dr. J. Sušnik, Health Centre, Ravne Dr. L. Vehovar, Institute of Metallurgy, Ljubljana Prof. Dr. F. Vodopivec, Institute of Metallurgy, Ljubljana Oproščeno plačila prometnega davka na podlagi mnenja Izvršnega sveta SRS — sekretariat za informacije št. 421-1/172 od 23. 1. 1974 11229280 ZELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LETO 25 LJUBLJANA SEPTEMBER 1991 Vsebina Stran B. Koroušič Vpliv sestave žlindre na de-zoksidacijo, razžveplanje in tvorbo vključkov v sodobnih jeklarskih agregatih 77 M. Jenko, F. Vodopivec, B. Praček Študij segregacij Sb na površini jekel za neorientirano elek-tropločevino z metodo AES 83 B. Arzenšek, L. Vehovar, F. Perko, J. Mrak, N. Vojnovič, D. Lazar, F. Legat Hladno preoblikovanje super-feritnega jekla 89 M. Torkar, B. Šuštaršič Mikrostrukturne značilnosti vodno atomiziranega prahu iz Ni-superzlitine 97 G. Todorovič, J. Apat, S. Kova-čič, M. Tolar, J. Lamut, V. Ra-kovec Uporaba odbruskov pri proizvodnji jekla 105 Inhalt Seite B. Koroušič Einfluft der Schlackenzusam-mensetzung auf die Desoxyda-tion, die Entschvvefelung und die EinschluBbildung, in den modernen Stahlerzeugungs-anlagen 77 M. Jenko, F. Vodopivec, B. Praček Studium der Seigerungen von Sb auf der Oberflache der Stahle fiir nichtorientierte Elektrobleche mit der AES Methode 83 B. Arzenšek, L. Vehovar, F. Perko, J. Mrak, N. Vojnovič, D. Lazar, F. Legat Kaltverformung von Superfer-ritischem Stahl 89 M. Torkar, B. Šuštaršič Eigenschaften des Mikrogefu-ges des wasserverdiisten Pul-vers aus einer Ni-Superlegie-rung 97 G. Todorovič, J. Apat, S. Kova-čič, M. Tolar, J. Lamut, V. Ra-kovec Anwendung der Schleifabfalle bei der Stahlerzeugung 105 Contents Page B. Koroušič Influence of slag composition on deoxidation, desulphurisa-tion and formation of inclusions in modern steel set-ups 77 M. Jenko, F. Vodopivec, B. Praček Study of Sb segregations on the surface od steel for not oriented electric sheet by the AES method 83 B. Arzenšek, J. Vehovar, F. Perko, J. Mrak, N. Vojnovič, D. Lazar, F. Legat Cold workability of superferri-tic steel 89 M. Torkar, B. Šuštaršič Microstructural characteris-tics of water atomized powder of Ni-superalloy 97 G. Todorovič, J. Apat, S. Kova-čič, M. Tolar, J. Lamut, V. Ra-kovec Use od grindings in steelmak- ing 105 osem« ■ ■ ■ ■ 1 I .'i ŽELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LETO 25 LJUBLJANA SEPTEMBER 1991 Vpliv sestave žlindre na dezoksidacijo, razžveplanje in tvorbo vključkov v sodobnih jeklarskih agregatih Blaženko Koroušič, Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana V okviru širšega raziskovalnega programa na Inštitutu za kovinske materiale in tehnologije smo razvili kompleksen termodinamični model žlinder, ki omogoča napoved termodinamičnih aktivnosti žlindrinih komponent. Na osnovi teh podatkov smo izpeljali konkretne odvisnosti med sestavo žlindre in parametri procesa dezoksidacije s aluminijem. Poleg splošnih pojavov v procesu razžveplanja smo izpeljali odvisnost med kapaciteto žvepla in sestavo žlindre v sistemu GaO-A^O^-SiO? ter izračunali minimalne vsebnosti žvepla, ki jih je mogoče doseči s uporabo sintetičnih žlinder s primerno dezoksidacijo jekla. 1. UVOD V sodobni literaturi s področja proizvodnje jekla se je udomačil pojem "čisto jeklo" (clean steel), ki opredeljuje današnje težnje v proizvodnji čistih in zelo čistih jekel. Pojem "čisto jeklo" je zelo širok in zajema veliko število nezaželenih elementov, spojin in primesi v jeklu. V tem članku se bomo omejili na kontrolo kisika, žvepla in oksidnih nekovinskih vključkov. Za doseganje zelo nizkih vsebnosti kisika in žvepla v tekočem jeklu je potrebno zagotoviti naslednje pogoje: 1) potek reakcij med žlindro in kovino, kar dosežemo z primerno sestavo žlindre ter z intezivnim mešanjem v ponovci, 2) preprečitev nezaželenih reakcij v fazi transporta taline in litja kot sta reoksidacija in prenos žvepla iz žlindre v talino. Termodinamika procesov dezoksidacije in reakcije razžveplanja so zelo dobro poznane, žal pa je uporaba spoznanj omejena zaradi pomanjkanja zanesljivih podatkov o termodinamiki žlindrinih sistemov pri jeklarskih temperaturah. Namen tega članka je poglobitev znanja o kompleksnih reakcijah dezoksidacije, razžveplanja in mehanizma tvorbe nekovinskih vključkov pri izdelavi čistih jekel (vsebnost žvepla pod 10 ppm in vsebnost celotnega kisika pod 20 ppm). * Rokopis prejet: avgust 1991 " Originalno objavljeno: ŽZB 1991/3 Izhodišče za tovrstni študij je uporaba termodinamičnega modela žlinder, za katerega je prirejen računalniški program GEMM, ki omogoča oceno termodinamičnih aktivnosti žlinder v multikomponenfrnih sistemih1). Na osnovi novejših termodinamičnih podatkov za aktivnosti žlinder so izpeljani novi odnosi pri dezoksidaciji in razžveplanju jekla pri temperaturah 1500-1650°C. 2. Osnovni princip termodinamičnega modela žlinder V zadnjih 20 letih so bili razviti številni termodinamični modeli za študij večfaznih sistemov in za napoved termodinamičnih lastnosti v binarnih in večkomponentnih sistemih1-4'.V zadnjem desetletju so se pojavili tudi številni računalniški programi, ki slonijo na različnih modelih, toda večina izhaja iz principa minimizacije Gibbsove energije. Med njimi je najbolj znan program SOLGASMIX, ki ga je prvotno izdelal Eriksson5). 2.1 Splošna načela Celotno Gibbsovo energijo nekega sistema, za katerega želimo izračunati minimalno energijo za dano temperaturo, pritisk in sestavo, lahko napišemo v obliki: G = ^2mGi (i) i kjer je rii = število molov komponente i in Gi kemični potencial definiran s enačbo: G i — G° + RT\na.i (2) Pri izračunavanju minimalne energije sistema mora biti zadovoljen kriterij masne bilance sodelujočih komponent, t.j. za ^-neodvisnih komponent sistema: m s E +E = b> u=i. 2, •.., o (3) i=l i = l kjer predstavlja: NA1203 NCaO + NAI203 Slika 1 Primerjava modelnih izračunov in praktičnih meritev različnih avtorjev v sistemu CaO-AljOs pri 1600°C Figure 1 Comparison of model calculations and experimental values in various references, for the Ca0-Al203 system at 1600°C a,ij - število atomov j-elementa v molekuli i-kompo-nente, bj - celotno število molov j-elementa, l - celotno število elementov. Za sistem, v katerem nastopajo plinske (g) in kondenzi-rane faze (s), lahko celotno energijo sistema zapišemo v obliki: „ m RT i=i + £>?(Gy (5) 3 kjer je sedaj bj — celotno število molov j-komponente v sistemu. Računalniški program GEMM (Gibbs Energy Minimization Method) omogoča direktno izračunavanje termodinamičnih aktivnosti večkomponentnih sistemov. Več podrobnosti o uporabljeni metodi je mogoče najti v literaturi1). 2.2 Izračunavanje termodinamičnih aktivnosti v sistemu Ca0-Al203 in Ca0-Al203-Si02 Za lažje razumevanje nadaljnjega teksta podajamo nekaj konkretnih rezultatov izračunavanja aktivnosti oksidov v sistemu Ca0-Al203 in Ca0-Al203-Si02. Oba omenjena sistema sta izredno pomembna za študij in razumevanje reakcij, ki potekajo pri obdelavi jekla s sintetičnimi žlindrami in pri obdelavi taline s Ca zlitinami6-7). Rezultati izračunavanj so prikazani na slikah 1 in 2 za temperaturo 1600°C. V diagram so vrisani tudi najnovejši rezultati Nagata8) (za sistem Ca0-Al203) in nekateri rezultati Kay & Taylor9) za del sistema Ca0-Al203-Si02 (sestava 3Ca0.Al203 - Si02). Oba sistema sta izbrana naključno, ker so dosegljivi termodinamični podatki uporabni za testiranje modela in za nadaljnjo analizo reakcij dezoksidacije in razžveplanja jekla. 3. Kontrola dezoksidacije pri uporabi sintetičnih žlinder Ca0-Al203-Si02 Pri sodobnih postopkih za izdelavo "čistih jekel" (AOD, MRP, LF) se za doseg zelo nizkih vsebnosti kisika uporabljajo sintetične žlindre tipa Ca0-Al203 s manjšimi dodatki CaF2. Termodinamika reakcij dezoksidacije z aluminijem in kalcijem je relativno dobro poznana. Določene omejitve pa so še vedno zaradi pomanjkanja termodinamičnih aktivnosti oksidov v delu sistema, ki je praktično nasičen s CaO. 3.1 Dezoksidac\ja z aluminijem Številne tuje in domače raziskave v laboratorijskih in industrijskih pogojih so pokazale, da je za doseganje nizkih vsebnosti celotnega kisika v jeklu (pod 20 ppm) potrebno zagotoviti popolno dezoksidacijo z aluminijem. Pri tem igra pomembno vlogo kisikova sonda, ki omogoča direktno merjenje aktivnosti kisika v talini. Žal algoritmi sodobnih kisikovih sond za izračunavanje aktivnosti kisika in vsebnosti topnega Al v talini slonijo na predpostavki, da je aktivnost A1203 v žlindri oziroma v nekovinskih vključkih enaka 1 (a-A1203 = 1). 0,1 3CaO. Al203 < 0,01 0,001 < 1 . > 0 — Al203(S) 0 Al203 (T) 1 1 1 10 20 30 mol. % Si02 1.0E-01 1.0E-02 1.0E-03 1.0E-04 40 3CaO. AI2O3 1.0E-05 1 1 1 — Si023 ratio on Al content Za razumevanje vpliva sestave žlindre na potek reakcije (6) je zelo pomemben parameter kapacitete žvepla - Cs, ki definira sposobnost žlindre, da sprejema žveplo: Cs = (%S)(^)1/2 (8) Parcialne tlake kisika in žvepla lahko nadomestimo s ustreznimi izrazi za aktivnost kisika in žvepla (P02=af0].K0 in P52=aj2s].Ks): Med Gs in Cs' obstaja funkcionalna povezava, ki jo iz- peljemo iz ustreznih termodinamičnih vrednosti: Na sliki 5 vidimo vpliv razmerja Ca0/Al203 in vsebnosti Si02 na kapaciteto žvepla - Cs' pri temperaturi 1600°C. Čim višje je razmerje med Ca0/Al203 in čim manjša je vsebnost Si02 tem višja je kapaciteta žvepla - Cs'. Za prakso so pomembne ugotovitve: 1. Ca0/Al203 naj bo med 1,5-3,0. 2. Vsebnost Si02 naj bo manjša kot 10 mas. %. Pomembno je tudi poudariti, da je za doseganje nizkih vsebnosti žvepla izredno pomembna intenziteta Slika 5 Vpliv sestave žlindre v sistemu Ca0-Al203-SiC>2 na vrednosti Cs'=(%S).a0/%S pri 1600°C Figure 5 Influence of slag composition in the Ca0-Al203-Si02 system on the vaiues Cs'=(%S).a0/%S pri 1600°C mešanja tekočega jekla in žlindre. Po drugi strani moramo poskrbeti, da je talina dezoksidirana, t.j., da je aktivnost kisika v talini nizka (pod 5 ppm). Kot kažeta sliki 6 in 7 najnižje možne vsebnosti žvepla dosegamo pri žlindrah, praktično nasičenih s CaO in z vsebnostjo Si02 pod 10 mas. %, pri čemer je ključni parameter nizka aktivnost kisika v talini. Te pogoje je mogoče zagotoviti brez večjih težav v sodobnih agregatih sekundarne metalurgije (VAD, ponovčna peč, VOD, AOD, MRP) z bazično oblogo. Kot kažejo praktične izkušnje, lahko danes v omenjenih agregatih dosegamo vsebnosti žvepla pod 20 ppm in pri posebnih kvalitetah (npr. trafo in dinamo jeklo) tudi pod 10 ppm žvepla. 4. ZAKLJUČKI Vedno večje zahteve uporabnikov jekel po uporabi čistih jekel silijo proizvajalce kvalitetnih jekel v optimizacijo proizvodnih procesov. Za doseganje zelo nizkih vsebnosti kisika in žvepla v končnih izdelkih je potrebno zagotoviti popolno kontrolo vseh delovnih faz od procesa rafinacije, kar dosežemo s uspešno kontrolo vsebnosti kisika in primerno izbiro rafinacijske žlindre ter z uporabo bazičnih materialov za ponovce, do transporta in litja jekla po konti ali klasičnem postopku v jeklarni. Z uporabo termodinamičnega modela žlinder smo izračunali aktivnosti oksidov v sistemu Ca0-Al203-Si02 pri jeklarskih temperaturah. Na osnovi teh podatkov smo analizirali pogoje za uspešno dezoksidacijo, pri čemer smo posebej opozorili na pomen uporabe sintetičnih žlinder in pravilno interpretacijo vsebnosti aluminija, kot rezultata meritev aktivnosti kisika s kisikovo sondo. Za doseganje nizkih aktivnosti kisika in v končni etapi tudi celotnega kisika v ulitem jeklu moramo zagotoviti popolno kontrolo vseh vplivnih parametrov od faze rafinacije do litja. Slika 6 Teoretične vsebnosti žvepla pri uporabi sintetičnih žlinder Ca0-Al203 pri različnih aktivnostih kisika v talini in temperaturi 1600° C Figure 6 Theoretical sulphur contents by application of synthetic Ca0-Al203 slags at various oxygen activities in the meit at 1600° C Poseben poudarek je dan poznavanju vplivnih parametrov za odpravo žvepla in doseganja nizkih vsebnosti žvepla. Izpeljali smo nekatere odvisnosti med kapaciteto žvepla in sestavo žlindre ter ocenili napovedi minimalne vsebnosti žvepla v odvisnosti od sestave žlindre in aktivnosti kisika v talini. LITERATURA 1. Koroušič, B.: Some Fundamental Aspect of Ther-modynamic of The System Ca0-Al2-Si02, Steel Research, 62, No. 7, 1991, str. 285-288 2. Smith, W.R., R.VV.Missen: Chemical Reaction Equi-librium Analysis, Wiley-Interscience, Nevv York, NY, 1982 3. Dinsdale, A.T., S.M. Hadson, T.I. Barry, J.R.Taylor: In Computer Software in Chemical and Extractive mas. % SiOz Slika 7 Teoretične vsebnosti žvepla pri uporabi sintetičnih žlinder Ca0-Al203-Si02 pri različnih aktivnostih kisika v talini in temperaturi 1600°C Figure 7 Theoretical sulphur contents by application of synthetic Ca0-Al203-Si02 slags at various oxygen activities in the meit at 1600°C Metallurgy, Pergamon Press, Nevv York, NU, 1989, p. 59-74 4. Pelton, A. D., M. Blander: Metali. Trans. B (1986), vol. 17 B, p. 805-815 5. Eriksson, G.: Chem. Ser., 1975, vol. 8, p. 100-103 6. Turkdogan, E.T.: Arhiv Eisenhuttenwes, vol. 54 (1983) S. 1-10 7. Kay, D.A.R., S.V. Subramanian, R.V. Kumar: 25th Conference of Metallurgist, Toronto (1986) CIM 8. Fujisavva, T., Ch. Yamauchi, H. Sakao: The Sixth Internat. Iron and Steel Congress, Vol. 1, 201-208 (1990) 9. Kay, D. A. R., J. Taylor: Trans. Faraday Soc., 56, 1372 (1960) 10. Loscher, W., W. Pluschkell, R. Scheel: In Schlacken in der Metallurgie, Stahleisen, Dusseldorf, (1984), S. 263-279 ZUSAMMENFASSUNG Im Rahmen eines breiteren Forschungsprogrammes an Institute of Metals and Technology ist ein komplexes ther-modynamisches Schlackenmodell entwickelt vvorden, mit vvelehem die Voraussage thermodynamischer Aktivitaten der Schlacken komponenten moglich ist. Auf Grund dieser Daten sind konkrete Abhangigkei-ten zvvischen der Schlackenzusammensetzung und den Pa-rametern des Desoxydationsprozesses mit Aiuminium aus- gefiihrt vvorden. Neben den allgemeinen Erscheinungen beim Enschvvefelungsprozefi ist die Abhangigkeit zvvischen der Schvvefelkapazitat und der Schlackenzusammensetzung im System Ca0-Al203-Si02 ausgefiihrt vvorden. Mni-male Schvvefelgehalte die bei der Anvvendung sintetiseher Schlacken, bei geeigneter Stahldesoxydation erreicht vver-den konnen, sind ausgerechnet vvorden. In the context of vvider research program at the Institute of Metals and Technology, a complex thermodynamic model for slags vvas developed vvhich enables to forecast the ther-modynamic activities of slag components. Based on data, concrete correlations betvveen the slag composition and parameters of the deoxidation process vvith aiuminium vvere derived. Next to general phenomena on desulphurisation process also the corelation betvveen the sulphur capacity and slag composition in the Ca0-Al203-Si02 system vvas derived, and minimal sulphur contents attainable vvith synthetic slags and suitable deoxidation of steel vvere calculated. 42. POSVETOVANJE O METALURGIJI IN KOVINSKIH GRADIVIH PORTOROŽ 2.-4. OKTOBER 1991 Na posvetovanju je bilo 120 udeležencev iz 38 podjetij, inštitutov in obeh slovenskih univerz, kar je zadovoljiva udeležba glede na veliko krizo v gospodarstvu. Letos je prvič pokroviteljstvo prevzela slovenska vlada in je kot njen zastopnik posvetovanje pozdravil minister za znanost in tehnologijo prof. dr. P. Tancig, pozdravili pa so ga tudi prof. dr. A. Križman - rektor Univerze v Mariboru, prof. dr. M. Kregar - dekan Univerze v Ljubljani in predsednik Skupščine Občine Piran - gospod F. Fičur. Na posvetovanju je bilo v govornem delu predstavljeno 35. predavanj, razdeljenih v sekcije: TALILNA TEHNOLOGIJA, LASTNOSTI KOVIN PRI UPORABI, PREDELAVA KOVIN, NOVE TEHNOLOGIJE, EKOLOGIJA, DELA NOVIH RAZISKOVALCEV IN MLADIH INŽENIRJEV, BARVNE KOVINE IN ZLITINE, MATEMATIČNO MODELIRANJE IN RAČUNALNIŠKA SIMULACIJA PROCESOV. Vabljena predavanja so predstavili S.Ažman - Železarna Jesenice iz področja mikrolegiranih jekel za petrokemično industrijo, J. Vižintin - Fakulteta za strojništvo iz področja tri-bologije, A. Smolej - Oddelek za Montanistiko FNT o sodobnih zlitinah aluminija in J. Šegelj - Železarna Ravne o računalniški podpori krmiljenja proizvodnje. Poleg govornih je bilo na posvetovanju predstavljenih tudi 54. del v posterski obliki. Po tematiki so v program posvetovanja vključena najbolj aktualna področja raziskav in razvoja na področju kovinskih materialov in njihove tehnologije v Sloveniji, posebej pa velja izpostaviti dobro udeležbo predavateljev v sekcijah ekologija, nove tehnologije, računalništvo in dela novih raziskovalcev in mladih inženirjev, ki kažejo, da se raziskave na področju kovinskih materialov uspešno vključujejo tudi v najbolj aktualna področja industrijskih raziskav v razvitih državah. Velika osvežitev za govorni del programa posveta so bili nastopi novih metalurških inženirjev in njihovih nekoliko starejših kolegov, ki so vključeni v program NOVI RAZISKOVALCI, ki ga financira MZT. Vsi so izredno samozavestno in kakovostno predstavili rezultate svojih diplomskih ali magistrskih nalog in za svoj nastop tudi poželi zasluženo priznanje starejših kolegov. Posterska predstavitev del je bila združena z majhnim sprejemom, od katerih je enega priredil predsednik Skupščine Občine Piran. Ob koncu posveta so bili udeležencem predstavljeni usmerjeni raziskovalni programi in raziskovalni projekti,ki jih v letu 1991 financira ali sofinancira MZT. Predstavljeni so bili tudi programi mi in projekti, ki so predlagani na razpis za leto 1992. Udeleženci so bili tudi na kratko seznanjeni z Zakonom o zavodih in z Zakonom o raziskovalni dejavnosti, za katerega so ugotovili, da nalaga MZT tudi naloge, ki jih imajo v razvitih državah drugi vladni resorji. Končna ocena posvetovanja je, da je uspel po strokovni, po organizacijski in po družabni plati. To kaže, da pridobiva na pomenu kot mesto, kjer mnoge stroke lahko predstavljajo v javno oceno svoje delo na področju kovinskih materialov in tehnologij ter keramike. Zato je bil sprejet sklep, da se naslednje posvetovanje organizira v enaki obliki in ob pribižno istem datumu. Prof. dr. F. Vodopivec Študij segregacij Sb na površini jekel za neorientirano elektropločevino z metodo AES Monika Jenko, Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana F. Vodopivec, Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana B. Praček, Inštitut za elektroniko in vakuumsko tehniko, Ljubljana Študij segregacije antimona na površini neorientirane elektropločevine, ki je bila mikrolegirana z anti-monom, z novo raziskovalno metodo, ki omogoča "in situ" AES raziskave v ultravisokem vakuumu v temperaturnem področju od 20P do 850P C. Zasledovanje kinetike segregacije antimona na površinah vzorcev, ki so bile predhodno očiščene z ionskim jedkanjem. Določitev temperature začetka segregacije antimona in debeline segregirane Sb plasti pri temperaturi 10(f C. 1. UVOD Za lastnosti kovin sta pri njihovem procesiranju in uporabi zelo pomembni struktura in sestava površin, mejnih ploskev in faznih mej. V posameznih fazah proizvodnega procesa namreč po le-leh segregirajo različni legirni elementi in nečistoče, ki lahko povzročajo različne transformacije v trdnem. Nekateri elementi lahko selektivno vplivajo na procese, ki se začenjajo na površinah, npr. na: adsorbcijo, oksidacijo, korozijo, katalizo, rekristalizacijo itd., medtem ko so krhkost materiala, lezenje, sintranje itd. v direktni povezavi s sestavo na mejnih površinah. Cilj dela je boljše razumevanje segregacij antimona na površini jekel za neorientirano elektropločevino in njihov vpliv na formiranje tekst ure, ki v končni fazi vodi do optimiziranja strukture in sestave neorientirane elektropločevine z minimalnimi vatnimi izgubami. Literaturni podatki (1-4) in naša eksperimentalna dognanja (7, 8) kažejo, da se z dodatkom majhnih količin Sb v silicijevo jeklo zmanjšajo vatne izgube pri neorientiranih elektropločevinah. Kinetiko segregacije Sb smo zasledovali na površini Fe-Si-Sb-C zlitine, kije bila predhodno očiščena z ionskim jedkanjem. Koncentracija segregiranega Sb na površini je bila določena v odvisnosti od koncentracije v masivnem materialu in od temperature z metodo AES. * Rokopis prejet: avgust 1991 ** Originalno objavljeno: ŽZB 1991/3 Kinetiko rasti tanke segregirane Sb plasti na površini preiskovane zlitine smo študirali v temperaturnem področju od 20° do 850°C v ultravisokem vakuumu (UVV). Določili smo temperaturo, pri kateri začne Sb segregirati na površini z zaznavno hitrostjo, in kinetiko rasti segregirane Sb plasti. 2. Eksperimentalno delo Študij kinetike segregacij je pogojeval razvoj nove, občutljive raziskovalne metode, ki je osnovana na metodi AES in omogoča raziskave v vakuumski posodi spektrometra Augerjevih elektronov, v ultravisokem vakuumu (UVV) pri temperaturah do 850°C. Študij segregacij Sb na površini silicijeve elektropločevine je potekal v dodatno opremljenem spektrometru Augerjevih elektronov, PHI Model 545 A; slika 1. Vzorec hladno valjane silicijeve elektropločevine s sestavo Fe- 1.87% Si; 0.3% Al; 0.24% Mn; 0.015% C, z majhnimi količinami nekontroliranih elementov in nečistoč in dimenzij 30 mm x 1.5 mm x 0.125 mm smo elektrouporovno segrevali. Termočlen Fe-CuNi, premera 0.1 mm, smo točkovno privarili na zadnjo stran vzorca, v neposredno bližino analiznega mesta. Vzorec smo pritrdili na standardni nosilec vzorcev v vakuumski posodi spektrometra Augerjevih elektronov. S posebej oblikovanimi togimi in gibljivimi priključki je bil preko vakuumskih prevodnic povezan z energijskimi izvori in merilniki na atmosferi. Površino vzorca smo očistili z jedkanjem z Ar+ ioni in v UVV 1x10"9 mbar segrevali v temperaturnem področju od 20° do 850°C ter sočasno analizirali površino vzorca. S profilno AES analizo smo določili debelino tanke segregirane Sb plasti na površini vzorca. Po končanem eksperimentu smo površino vzorca očistili z Ar+ ioni in s ponovnim segrevanjem vzorca znova zasledovali nastanek segregacij na površini vzorca. Tako smo lahko brez poseganja v vakuumsko posodo Augerjevega spektrometra en vzorec uporabili za vrsto poskusov. AES analize so bile izpeljane s statičnim elektronskim curkom 3 keV/l/zA, premera 45 /um, pri vpadnem kotu 30°. Ionsko jedkanje je bilo opravljeno z Ar+ ioni energij 1 keV in 3 keV pri gostoti ionskega toka 0.138 Am2, merjeni pri vpadnem kotu 47°. Občutljivost AES metode je 0.1 at.%, relativna natančnost pa 0.5%. o^-ci Slika 1 Spektrometer Augerjevih elektronov, preurejen in dodatno opremljen za študij segregacij na površini kovin in zlitin: 1 - vzorec Fe-Si-Sb-C zlitine je bil uporovno gret 2 - termočlen Fe-CuNi 3 - nosilec vzorcev 4 - gibljivi priključki 5 - togi priključki 6 - standardni nosilec vzorcev v Augerjevem spektrometru 7 - prirobnica 8 - cilindrični zrcalni analizator - CMA 9 - ionska puška 10 - vakuumske prevodnice Figure 1 Scanning Auger Microprobe adapted for segregation investigation on the surface of metals and alloys: 1 - sample, Fe-Si-Sb-C alloy, resistive heated 2 - thermocouple Fe-CuNi 3 - sample holder 4 - flexible connections 5 - rigid connections 6 - standard sample holder in Auger Spectrometer 7 - flange 8 - cylindrical mirror analyzer - CMA 9 - ion gun 10 - lead through 3. Rezultati in diskusija Segregacijo antimona na površini neorientirane silicijeve elektropločevine, mikrolegirane z Sb, smo v prvih 20 ' 30 40 bO Sputter time (min) Čas ionskega jedkanja (min) Slika 2 Profilni AES diagram zlitine Fe-Si-Sb-C, žarjene na razogljičenje in rekristalizacijo dve uri pri temperaturi 850°C v atmosferi vodika. Analizni parametri 3 keV Ar+, 15 mA, R=5. Figure 2 AES depth profile diagram of Fe-Si-Sb-C alloy heated two hours at 850°C in hydrogen atmosphere for decarburisation and recrystallization. Analyzing parameters 3 keV Ar+, 15 mA, R=5. poskusih analizirali na vzorcih,ki so bili žarjeni za razogljičenje in rekristalizacijo pri temperaturi 850°C dve uri v atmosferi vodika. Debelino segregirane Sb plasti smo določili s pro-filno AES analizo. Ta nam omogoča AES analizo tudi v večjih globinah, kot je izstopna globina Augerjevih elektronov. Postopek, ki ga uporabljamo, je destruktiven in je kombinacija ionskega jedkanja in AES analize (5). Debelina analizirane plasti v nasprotju z drugimi analiznimi metodami ni določena z vstopno globino primarnih elektronov, temveč z izstopno globino Augerjevih elektronov in je odvisna od njihove energije. Efektivna izstopna globina je določena s srednjo prosto potjo elektronov in s kotom emisije elektronov, merjenim med smerjo emisije elektronov in normalo na vzorec z enačbo (1): A i = A° cos (1) Tipične vrednosti za A; so od 0.4 nm do 4 nm (6). Izstopno globino Augerjevih elektronov segregirane Sb plasti izračunamo s pomočjo izrazov, ki sta jih podala Seah in Dench (5). Izstopno globino Augerjevih elektronov lahko izračunamo v monoplasteh Am, v nanometrih A„ in v fig cm-2 Aj. Am je podana z izrazom (2): Am = 538 E"2 + 0.41(a£')1/'2, (2) 200°C 400°C 500°C 700°C 800°C j Al(1396) Si (1919) A. (1396) S'(,919) Al (1396) Si (1919) C(272) 0(510) Fe(703) 2-2 xi -O co to o o oo ££ .S, o o P S c c d) a) o o c c o o ^ o 100 80 60 40 20 0 Fr r ° 10 •l-J ,Sb MM 800 1000 Energija elektronov (eV) Electron energy (eV) Slika 3 Spremembe vrhov Augerjevih elektronov med segrevanjem zlitine Fe-Si-Sb-C do temperature 850°C. Antimon prične segregirati z zaznavno hitrostjo pri 500°C. Figure 3 Auger Electron Spectra of Fe-Si-Sb-C alloy, recorded in the heating process in temperature range from 20°C to 850°C. The surface had been previously cleaned by ion sputtering. The process of antimony segregation on the surface of Fe-Si-Sb-C alloy proceeded with perceivable relovity at 500°C. a - debelina monoplasti (nm), E - energija elektronov nad Fermijevim nivojem (eV). Za antimon znaša izstopna globina Augerjevih elektronov Am: Am = 538 (454)-2 + 0,41 (0,3 454)1/2 "^mSb = ® monoplasti Poprečno debelino monoplasti Sb izračunamo iz gostote snovi in atomske oziroma molske mase po obrazcu (3) A 1/3 a = —s?—" 3 p - NA -n A - atomska oziroma molska masa (g/mol) Na - Avogadrovo število (6.022xl023/mol) p - gostota snovi (g/cm3) n - število molov Za antimon znaša poprečna debelina ene monoplasti 200 400 600 Temperature (°C) Temperatura (°C) Slika 4 Segregacija antimona na površini Fe-Si-Sb-C zlitine kot funkcija temperature. Figure 4 Antimony surface segregation of Fe-Si-Sb-C alloy as a funetion of the surface temperature. a = 121,75 1/3 6,62 6,022 1023 = 0, 3 nm Izstopno globino Augerjevih elektronov A„ (nm) dobimo z uporabo enačbe (4): A „ — a\m, (4) za antimon je A„ = 0, 3 4, 8 = 1, 5 nm. Efektivna izstopna globina Ai, ki je dana z enačbo (1), je zmanjšana zaradi smeri izstopa elektronov A,- = A„ cos 4>. Za antimon znaša efektivna izstopna globina Augerjevih elektronov Ajgjj = 1, 5 nm • 0,65 AiSb » l.Onm S profilno AES analizo vzorcev silicijeve elektro-pločevino mikrolegirane z antimonom, žarjenih za ra-zogljičenje in rekristalizacijo v atmosferi vodika, smo na površini vzorcev (slika 2) določili vrhove Augerjevih elektronov, značilnih za železo (703 eV), silicij (1919 eV), aluminij (1396 eV), kisik (510 eV), ogljik (272 eV), žveplo (151 eV) in antimon (454 eV), medtem ko so vrhovi, značilni za kalcij (286 eV),kalij (252 eV) in klor (181 eV), ostanki čistilnih sredstev, s katerimi so bili vzorci očiščeni pred vgradnjo v vakuumsko posodo Augerjevega spektrometra. AES pro- 100 -O-O (/)CO * % to 80 60 c o o le a0 C c O) 700°C moramo upoštevati odparevanje segregi-ranega Sb s površine. Sb se pojavi na površini silicijeve elektropločevine med procesom rekristalizacije, torej lahko vpliva na kristalografsko orientacijo zrn oziroma na formiranje teksture in s tem posredno na zmanjšanje vatnih izgub, kar bomo v prihodnosti sistematično raziskali. LITERATURA 1. G. Lyudkovsky, P. K. Rastogi, M. Bala, Met. Trans. 15A (984) 257 2. H.Shimanaka, Y. Ito, K. Matsumura, B. Fukunda, J. Magnet. Mag. Mat. 26 (1982) 57 3. H.J. Grabke, ISIJ Inter. 29, 7 (1989) 529 4. S. Hofmann, Vacuum 40, 1/2 (1990) 9 5. M.P. Seah, W.A. Dench, Surf. Interface Anal. 1 (1979) str. 2 6. L. E. Daviš, N. C. Mac Donald, P. W. Palmberg, G. E. Riach, R. E. Weber, Handbook of Auger Electron Spectroscopy, Second Edition, Physical Electronics Industries, Eden Prairie 1976 7. F. Vodopivec, F.Marinšek, F. Grešovnik, J. Magnet. Mag. Mat. (v tisku) 8. M. Jenko, F. Vodopivec, F. Grešovnik, B.Praček, M.Kern, Bilten JUVAK 24, (1990) DVT Slovenije, str. 491 ZUSAMMENFASSUNG Fiir die Eigenschaften von Metallen bei deren Verarbeitung und Anvvendung ist das Gefiige, und die Zusammensetzung der Oberflachen, der Grenzflachen, und Phazengrenzen von grofier Bedeutung, denn in den einzelmen Phasen des Erzeugungsprozesses seigern auf diesen verschiedene Elemente, sind aber auch Startpunkte fiir verschiedene Trans-formationen im festen Zustand. Einige Elemente konnen die Prozesse, welche an den Oberflachen anfangen wie z. B. Adsorbtion, Korrosion, Adhesion, Diffusion Rekristalli-sation u.s.w. selektiv beeinfliissen. Die Seigerungen von Antimon haben vvir auf der Oberfla-che eines nichtorientierten Elektrobleches-polykristalline Legierung Fe-Si-Sb-C vvelches in ultrahohem Vakuum er-hitzt vvorden ist, atudiert. Die Seigerungskinetik von Antimon -ist auf der Oberflache verfolgt vvorden, die vorher durch Ionenatzung gereinigt vvorden ist. Es ist festgestellt vvorden, dafi Antimon bei 500°C mit vvahrnehmbarer Geschvvindigkeit zu seigern anfangt und dafi die Dicke ker Antimon Seigerungsschicht mit der vvachsenden Temperatur grofier vvird: vvobei bei Temperaturen T > 700° auch das Prozefl der Abdampfung von Antimon zu beriicksichtigen ist. Die Dicke der Antimon Seigerungsschicht ist bestimmt vvorden,. sie betragt bei der Temperatur von 850°C 0,3 mm. SUMMARY The structure and composition of surfaces and interfaces affect many material properties during the production processes and at their use due to segregation of alloying ele-ments and impurities. Some of these elements have a se-lective effect on the processes vvhich start at the surface. Strongly influenced by surface composition are adsorption, corrosion, adhesion, surface diffusion, recrystallisation etc. The aim of our studies is better understanding of anti-mony surface segregation influence on texture formation of non oriented electrical steel sheet.Antimony segregation has been studied on the surface of non oriented electrical steel sheet: a polycrystalline Fe-Si-Sb-C alloy, heated in UHV. The kinetics of segregation has been measured on surfaces vvhich had been previously cleaned by ion sputter- ing. Surface concentration vvere determined in dependence on bulk concentrations and temperature by AES. With the increasing temperature, C, Si and Sb segregate consistently vvith their diffusivities in Fe. The kinetics of the segregated antimony layer growth on the surface of investigated alloy up to the temperature 850°C has been studied. Segregation of antimony on the surface of Fe-Si-Sb-C al-loy at the temperature of 500°C proceded vvith perceivable velocity and increases vvith increasing temperature. At the temperatures T > 700° C the evaporation of segregated an-timony must be considered. For a defined geometrical sam-ple position at 850°C the thickness of 0,3 nm segregated thin antimony film vvas determined. MIL-PP RAZVOJ IN PROIZVODNJA SPECIALNIH ZLITIN d.0.0. Ljubljana DEVELOPMENT AND PRODUCTION OF SPECIAL ALLOYS 61000 Ljubljana, Slovenija p.p. 431 - Lepi pot 11 Tel. +38 61 151 161, 216 709 HORIZONTALNO KONTINUIRNO LITJE - HKL Fax (061)-213-780 HORIZONTAL CONTINUOUS CASTING - HCC HCC PROGRAM "MILIT" POSEBNE ZLITINE NA OSNOVI Co ZA LESNO INDUSTRIJO SPECIAL Co-BASE ALL0YS FOR WOOD CUTTING MILIT MILIT MILIT MILIT MILI T MILIT 6 H 12H 1 PWH 1H F H 21H C 1 1 ,6 2,5 1 ,8 0,3 Si 1 1 1 ,5 1 1 0,5 lin 0,5 2,5 2,5 O,5 0,5 0,5 Cr 29 30 29 30 25 28 Ni 2 1 ,5 1 ,5 - 23 3 W 4,5 S 10 13 12 - Mo 0,5 - - - - 6 Co 60 5-4 53 50 35 60 HRC *t2 48 54 55 42 30 OBLIKE FOfiHS O DIMENZIJE DIHENSIONS 2.0 *• T 8.0 >i 2.0 ■« t 6.5 u F = 8 «»E t 50 «»E B = 2.7 m t 6.0 «• H = 2.5 ■■ 7 4.0 >■ A = 3.2 •• 7 6.5 u A = 4.0 h 7 7.5 u B = 3.0 ■■ i 5.0 ■■ D = 2.8 h 7 4.5 ■• H = 3.5 ai 7 6.5 H a = 30« D, = 11 •■ Dp = 5 ■• « = 50« A = 4.0 u 7 6.5 n a = 60» DOLŽINE LEN6THS L = 8 •■ 7 16 n 350 M 7 4000 is L ~ 8 ii f 16 if 1000 n L = 8 u t 16 h 1000 u L = 1000 ii L = 1000 •■ L = 1000 ■■ L = 1000 u DOBAVNO STANJE DELIVERV C0NDITI0N lito ali brušeno as čast or qrinded brušeno - prinded brušeno - qnnded brušeno - grinded brušeno - grinded brušeno - grinded brušeno - grinded Hladno preoblikovanje superferitnega jekla Boris Arzenšek, Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana L. Vehovar, Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana F. Perko, Železarna Jesenice J. Mrak, Železarna Jesenice N. Vojnovič, TOVIL Ljubljana D. Lazar, Plamen Kropa F. Legat, Veriga Lesce Superferitna nerjavna jekla lahko po ceni, preoblikovalnih sposobnostih in korozijski odpornosti primerjamo z austenitnimi nerjavnimi jekli. V raziskavi smo ugotavljali preoblikovalne sposobnosti superferitnega jekla z vsebnostjo 16,8% Cr in 0,0807% C+N, izdelanega v Železarni Jesenice. Ugotavljali smo jih z mehanskimi preizkusi, preizkusi vlečenja žice in izdelavo vijakov, matic in verige. 1. UVOD Z uvedbo novih modernih tehnologij izdelave nerjavnih jekel so se tudi v Železarni Jesenice odprle možnosti za izdelavo superferitnih nerjavnih jekel, ki predstavljajo tudi v svetu zahtevnejši jeklarski izdelek.Superferitna jekla ne vsebujejo niklja, zato so precej cenejša od austenitnih, zaradi svojih zelo dobrih preoblikovalnih sposobnosti in korozijske odpornosti pa jih na številnih področjih uporabe tudi uspešno nadomeščajo. Imajo 16 in več odstotkov Cr in nizko vsebnost C+N, ki naj ne bi bila večja od 250 ppm, pri korozijsko bolj obstojnih jeklih pa tudi 2% Mo. Superferitna nerjavna jekla izdeluje le nekaj proizvajalcev v najbolj razvitih državah. Zaradi različnih tehnologij izdelave se razlikujejo predvsem po vsebnosti C+N, zato je bil cilj te raziskave preizkusiti tudi jeklo, izdelano v Železarni Jesenice in ga primerjati z austenitnim nerjavnim jeklom in maloogljičnim jeklom, namenjenim za masivno preoblikovanje. 2. Mehanske in preoblikovalne lastnosti V raziskavi smo preizkušali superferitno jeklo vrste Acrom lex, ki je bilo izdelano, izvaljano in žarjeno v Železarni Jesenice. Kemična sestava jekla v odstotkih je bila naslednja: 0,021 C, 0,59 Si, 0,56 Mn, 16,90 Cr, 0,0097 N (C+N = 0,0307) * Rokopis prejet: avgust 1991 ** Originalno objavljeno: ŽZB 1991/3 i? '--.J >>/r ^ « -r- J < f3 I , . _ V/' • f" ' 1 -A Ž "" A , ■J " meHi ■ (/i SKjHT .'■Jr&J}*"1**'?'- " čf&isS-k d V -J""? fr ' € -a/.- Slika 1 Mikrostruktura žice iz jekla Acrom lex pred vlečenjem s premerom 6 mm (pov. 100x) Figure 1 Microstructure of wire made of Acrom lex steel, before dravving, diameter 6 mm (magn. 100x) Mikrostruktura jekla je bila sestavljena iz feritnih zrn velikosti 6 do 7 po skali ASTM. Prikazali smo jo na sliki 1. Naredili smo tudi trgalne preizkuse žic. Rezultati so bili naslednji: Nap. teč. Trdnost Raztezek Kontrak. Trdota N/mm2 N/mm2 % % HV4 315 476 30 84 167 Če primerjamo rezultate mehanskih preizkusov preizkušanega superferitnega jekla z austenitnim nerjavnim jeklom vrste 18/8 z nizko vsebnostjo ogljika, namenjenim za masivno preoblikovanje, bi ugotovili, da ima superferitno jeklo približno za 70 N/mm2 višjo napetost tečenja in za prav toliko nižjo trdnost ter za 5 do 10% večjo kontrakcijo. Iz omenjenih razlik v kontrakcijah jekel bi lahko zaključili, da ima superferitno jeklo boljše preoblikovalne sposobnosti kot austen-itno, iz razlik za napetosti tečenja in trdnosti pa, da se superferitno jeklo med preoblikovanjem manj utr- 1800 1600 1400 1200 E e 1000 o C "O o > o 800 600 r^ 400 n o oj 200 Tabela 1: Premeri in redukcije vlečenja žice ACROM lex Jeklo C (N/mri^) n Č.4571 ACROM 1e> Č. 1221 1610 876 635 0.4972 0.2425 0.2223 J__I_I_I_L I ' I I I I_I_l_ 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Logaritmična deformacija

,k 6,0 1 5,30 22,0 22,0 0,25 2 4,68 22,0 39,1 0,50 3 4,12 22,5 52,8 0,75 4 3,65 21,5 63,0 0,99 5 3,21 22,6 71,4 1,25 6 2,85 21,1 77,4 1,49 7 2,51 22,4 82,5 1,74 8 2,20 23,2 86,5 2,01 9 2,01 16,5 88,8 2,19 10 1,78 21,6 91,2 2,43 11 1,65 14,1 92,4 2,58 12 1,50 17,3 93,7 2,77 Tabela 2: Premeri in redukcije vlečenih žic iz jekla ACROM lex za izdelavo vijakov, matic in verig Premer Deformacij a-skup na Predelovalec v mm 1000 63 90 ISO 355 710 Velikost delcev - Partide size (urn) Slika 1 Vpliv tlaka razpršilne vode na sejalno analizo prahu Figure 1 Influence of pressure of atomization water on the sieve analysis of powder 5. Metalografske preiskave 5.1 Rasterska mikroskopija Na rastrskem mikroskopu smo pregledali morfologijo površine zrn po atomizaciji. Vodno atomiziran prah zlitine Nimonic 80 A je nepravilne oblike, delež zrn okrogle oblike je minimalen in jih je več le med najdrobnejšo frakcijo. Morfologija zrn z zrnatostjo med 355 in 500 /xm je prikazana na sliki 2a. Vidi se, da so zrna nepravilne oblike z drobnimi okroglimi delci, prilepljenimi na površini. Poleg tega se pri večji povečavi opazi tudi posamezne dendritne veje, ki segajo do površine. Naslednja skupina zrn zrnatosti med 125 in 180 /im je prikazana na sliki 2b. Tudi ta zrna so nepravilne, povečini razpotegnjene oblike, kar je posledica razmer pri atomizaciji, ko vodni curek udarja ob talino pod določenim kotom. Slika 3 Mikrostruktura prahu z zrnatostjo nad 1400 /im (a), med 125 in 180 /im (b) in pod 63 //m (c) Figure 3 Morphology of powder: plus 1400 fim (a), 125-180 /im (b), and minus 63 fim (c) Izgled zrn najdrobnejše zrnatosti pod 63 fim je prikazan na sliki 2c. Večina zrn je nepravilne oblike, vmes pa se opazi več okroglih delcev. Po podatkih iz literature so zrna, ki niso okrogle oblike, bolj primerna za sintranje, ker stisnjen prah v hladnem doseže večjo "zeleno" trdnost, to je trnost kompaktiranega in nesintranega surovca. Za teoretično obdelavo procesa sintranja je gotovo enostavnejše, če je prah pravilne okrogle oblike, kot je na primer prah, dobljen s pomočjo plinske atomizacije. Pri okroglih delcih se lažje matematično formulira dogajanje pri stiskanju in sintranju. Na tem področju obstajajo številne teoretične rešitve, ki skušajo čim bolj nazorno ponazoriti proces sintranja in zgoščevanja8. 5.2 Metalografski pregled prahu Slika o prahu ne bi bila popolna, če ne bi pregledali tudi njegovih mikrostrukturnih značilnosti. Metalografski pregled mikrostrukture prašnih zrn različne zrnatosti je pokazal, da je mikrostruktura pri vseh dendritna. Zrn v amorfnem stanju ni bilo opaziti. Mikrostruktura prahu je prikazana na slikah 3a, b in c. Na vseh treh slikah je lepo vidna dendritna mikrostruktura. Z naraščajočo hitrostjo ohlajanja oziroma z manjšanjem velikosti prašnih zrn se manjšajo tudi dendriti in medendritna razdalja. V literaturi je zaslediti vrsto empiričnih izrazov za odvisnost oddaljenosti sekundarnih dendritnih vej (DAS) od hitrosti ohlajanja. Le te so pri atomizaciji izredno velike, reda velikosti 104 do 106 K/s. Seveda pa je eksperimentalno določanje hitrosti ohlajanja pri tako ekstremnih hitrostih praktično nemogoče izvesti. 6. Linijska mikroanaliza Na podlagi metalografskega pregleda mikrostrukture prahov z različno zrnatostjo smo se odločili, da bomo s linijsko analizo na elektronskem mikroanalizatorju (MPA) izmerili spremembe koncentracije Cr, Ni, Ti in Al v dendritih različne velikosti ter določili koeficiente izcejanja. Meritve so pokazale, da se največje nihanje koncentracije pojavi pri Ti, Si in Mn, pri Al, Cr in Ni pa komaj opazno. Z manjšanjem oddaljenosti sekundarnih dendritnih vej, oziroma z manjšanjem velikosti zrn prahu, se zmanjšujejo tudi spremembe v koncentraciji Ti. Spreminjanje koncentracije, ki jo pokaže linijska analiza, v strjeni kapljici, v zrnu večjem od 1400 /j,m, v zrnu velikosti nad 125 /im in v zrnu pod 63 /zm, je prikazano na slikah 4, 5, 6 in 7. Iz slik je razvidno, da se zmanjšuje razlika v koncentraciji Ti z zmanjševanjem dendritov, obenem pa se zmanjšuje tudi medsebojna oddaljenost izcej. Ni Ti l^/^tp^ Cr A1 Cr A^^/v^vvVvV^^ Al Slika 6 Linijska analiza v zrnu velikosti med 125 in 180 /im Figure 6 Line analysis in the grain of 125-180 /im size JOpm Slika 4 Linijska analiza preko sekundarnih dendritnih vej v strjeni kapljici Figure 4 Line analysis across secondary dendrite branehes in solidified droplet Linijska analiza v zrnu večjem od 1400 //m Figure 5 Line analysis in the grain bigger than 1400 /im 10 jjm Cr Slika 7 Linijska analiza v zrnu velikosti pod 63 /im Figure 7 Line analysis in the grain smaller than 63 /im Tabela ls Izcejanje Ti v odvisnosti od zrnatosti prahu Velikost delcev Koeficient izcejanja Kri (/im) Km = Cmm/Črnin kapljica 3,12 > 1400 2,87 125-180 2,02 < 63 1,31 V tabeli 1 je prikazan koeficient izcejanja, to je razmerje med največjo in najmanjšo koncentracijo Ti. Koeficient se zmanjšuje z manjšanjem velikosti zrn prahu. Sled kontaminacije, ki jo je pri linijski analizi preko dendritnih vej v strjeni kapljici napravil elektronski žarek, je prikazana zana na sliki 8. Razporeditev elementov v dendritu na mestu linijske analize je prikazan na sliki 9. Iz slike je razvidno, da se izceje opazijo le pri Ti, Mn in Si. Slika 8 Sled kontaminacije z elektronskim žarkom pri linijski analizi v strjeni kapljici Figure 8 Trace of contamination by electron beam in line analysis in the solidified droplet Slika 9 Posnetek specifičnih x-žarkov na mestu linijske analize v strjeni kapljici Figure 9 Specific x-ray picture on the line analysis trace in the solidified droplet 7. Preizkus kompaktiranja v hladnem Pri kompaktiranju je glavna naloga čim bolj odpraviti poroznost in dobiti čim bolj kompakten material, primeren za nadaljno vročo predelavo. Kompaktiranje v hladnem je lažje pri prahovih, ki imajo delce nepravilnih oblik. Taka oblika je značilna za delce, dobljene z vodno atomizacijo. Nasprotno pa pri plinski atomizaciji prevladuje sferična oblika delcev, ki težje dosežejo opaznejšo "zeleno" trdnost pri kompaktiranju v hladnem. Prah zrnatosti pod 63 Mm smo kompaktirali v hladnem (CIP) na izostatski stiskalnici pri tlaku 700 MPa in dobili gostoto surovcev med 5,87 in 6,00 g/cm3, kar predstavlja okrog 72% teoretične gostote. Metalografski izgled v hladnem kompaktiranega materiala je prikazan na sliki lOa, kjer se lepo vidi preostalo poroznost med kompaktiranimi delci (slika lOb). Popolnoma se lahko material zgosti le pri vročem izostatskem kompaktiranju, kar bo predmet prihodnjega raziskovanja. Slika 10 Mikrostruktura vzorca po hladnem kompaktiranju (a) in preostala poroznost (b) Figure 10 Microstructure of the sample after cold isostatic pressing (a), and the residual porosity (b) 8. ZAKLJUČKI Glavni namen raziskave je bil predvsem ugotavljanje osnovnih parametrov, ki pri vodni atomizaciji lahko vplivajo na morfologijo ter lastnosti prahu. Ker Ni-superzlitina Nimonic 80 A vsebuje močno reaktivna elementa Ti in Al, je nagnjenost zlitine k kontaminaciji s kisikom velika. Na podlagi opravljene raziskave, ki zaradi odpiranja tega pri nas novega področja (vodna atomizacija) še ne omogoča globljih znanstvenih spoznanj, smo pridobili prve izkušnje, ki bodo dragocene pri nadaljnjem delu in načrtovanju raziskav. Čeprav je vodna atomizacija primerna predvsem za pridobivanje prahov iz brzoreznih in drugih jekel, smo zaradi spoznavanja procesov pri atomizaciji opravili tudi atomizacijo Ni-superzlitine. Raziskava je pokazala, da je velikost delcev pri vodni atomizaciji precej odvisna od tlaka vode pri razprševanju. Z večanjem tlaka vode se povečuje delež drobnozrnate frakcije pod 63 fj,m v prahu. Metalografske preiskave so pokazale, daje strjevanje dendritno tudi pri najdrobnejši frakciji. Amorfnih zrn ni bilo opaziti. Linijska analiza na elektronskem mikroanalizatorju je pokazala, da se oddaljenost sekundarnih dendritnih vej zmanjšuje z manjšanjem velikosti zrn. To je dokaz, da se pri zmanjšanju velikosti zrn ohlajevalna hitrost povečuje. Preizkus kompaktiranja najdrobnejše frakcije v hladnem (CIP) na izostatski stiskalnici je pokazal, da je pri tlaku 700 MPa možno doseči 72% teoretične gostote. O uporabnosti kompaktiranega materiala iz vodno atomiziranega prahu zaenkrat še ni mogoče govoriti, ker bodo v nadaljevanju raziskave opravljeni preizkusi vročega kompaktiranja (HIP) in nadaljnja vroča predelava tako zgoščenega materiala ter določene njegove lastnosti. LITERATURA 1. P. Donner, H.W. Vollmer. Metali 44, Heft 1, 1990, 33-40 2. J. Beuers, E. Lange, M. Poniatowski: Metali 43, Heft 10, 1989, 963-967 3. W.R. Streck: Metali 43, Heft 11, 1989, 1099-1105 4. C.G. Levi: Metailurgical Transactions A, 19 A, 1988, 699-708 5. J. Rosler: Proccedings EUROMAT 89, 22,-24.11.1989, Aachen, 327-332 6. T.B. Gibbons: Proccedings EUROMAT 89, 22.-24.11.1989, Aachen, 315-325 7. G.W. Meetham: Proccedings EUROMAT 89, 22.-24.11.1989, Aachen, 305-314 8. S.V. Nair, J.K. Tien: Metailurgical Transactions A, 18 A, 1987, 97-107 ZUSAMMENFASSUNG Hauptzvveck der Untersuchungen war den Einflufi der Grundparameter festzustellen, welche bei der Wasserver-diisung die Morphologie und die Eigenschaften des Met-allpulvers aus einer Ni-Superlegierung beeinflussen konnen. Die Ni-Superlegierung Nimonic 80A enthalt stark reaktive Elemente Al und Ti, und ist desvvegen fiir die Kon-taminierung durch SauerstofF sehr empfindlich. Die Untersuchungen zeigten, dafi die Teilchnegrofie bei der Wasserverdiisung von dem Wasserdruck bei der Verdiisung abhangig ist. Mit dem vvachsenden Wasser-druck wachst der Anteil der feinen Fraktion unter 63 /im. Die Kontaminierung von Metallpulver durch Sauerstoff vvachst mit dem Verkleinem des Wasserdruckes fiir die Verdiisung. Metallographische Untersuchungen zeigten, dafi die Er-starrung auch bei den feinsten Pulverfraktionen dendri-tisch ist. Linienanalyse am Elektronen mikroanalysator (MPA) zeigte, dafi die Entfernung der Aste der Sekundarden-driten beim Verkleinern von Pulverkorn kleiner wird, dafi beweifit aber, dafi beim Verkleineren der Korngrofle die Kiihlgeschvvindigkeit grofier vvird. Die Messungen zeigten nur Titan Seigerungen die sich verkleinern mit dem Verkleinern von Pulverkorn. Der Kompaktierungsversuch der kleinsten Fraktion im kalten Zustand (CIP) auf der isostatischen Presse zeigte, dafi beim Druck von 700 MPa moglich ist 72% der theo-retischen Dichte zu erreichen. SUMMARY The aim of the project vvas to determine the basic parame-ters vvhich can influence the morphology and properties of the Ni-superalloy povvder in water atomization. Ni-superalloy Nimonic 80 A contains highly reactive elements Al and Ti and thus it is sensitive for the contami-nation by oxygen. The investigation showed that the size of particies in water atomization depends on the pressure of atomization vvater. The increased vvater pressure increases the portion of fine povvder belovv 63 fim. Contamination vvith oxygen is higher vvith the reduced pressure of atomization vvater. Metallographic tests revealed dendritic solidification even in the finest povvder particies. Line analysis by electron micro probe analyzer showed that spacing of secondary dendrite branches is reduced vvith the reduced particle size vvhich proves the increased cooling rates in smaller particies. Compacting test of the finest povvder fraction in the cold isostatic press (CIP) shovved that 72% of theoretical den-sity can be achieved at the pressure of 700 MPa. neti®10® ' v»co . ^o" O O O o H \zX\s \20 \ct O >ob p\otexl 1 64270 Jesenice, Cesta 2elezarjev 8 telefon: (064) 81-231, 81-341, 81-441 telex. 34526 ZELJSN Jugoslavija telefax: 83 395 Uporaba odbruskov pri proizvodnji jekla Gojko Todorovič, Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana J. Apat, Železarna Ravne S. Kovačič, Železarna Ravne M. Tolar, Železarna Jesenice J. Lamut, PNT VTOZD Montanistika, Ljubljana V. Rakovec, Železarna Jesenice Sekundarne železonosne surovine nastajajo pri proizvodnji jekla in vsebujejo poleg železa še vrsto legirnih elementov, če predelujemo legirana jekla. Poudariti moramo da je možno uporabiti tudi legirane odbruske, če jih ločimo na mestu nastanka po kemijski sestavi. Zato bomo v tem članku obdelali uporabo kromovih odbruskov kot vložek pri proizvodnji jekla v elektroobločnih pečeh. 1. UVOD Sekundarne surovine so pomembne tako iz ekonomskih kot ekoloških razlogov, saj se ekologiji v zadnjem času posveča velika pozornost. Da bi lahko surovine ponovno vrnili v proizvodni proces, jih je potrebno organizirano zbirati in ločiti po kvaliteti in kemijski sestavi. Že na mestu izvora je potrebno v ustrezne zabojnike in košare ločiti posamezne odpadke. Potrebno je izkoristiti vse kovinske komponente, ki so v sekundarnih surovinah, predvsem pa legirne elemente. Zato je zelo pomembno vedeti, kolikšna je vsebnost legirnih elementov. Le tako je mogoče natančno določiti sestavo vložka, da ob raztalitvi ni velike razlike med načrtovanimi in dejanskimi analizami. Razdelitev odpadkov po skupinah1 je določena na osnovi vsebnosti legirnih elementov ter združevanja tistih kvalitet, ki omogočajo maksimalno izkoriščanje posameznih elementov pri ponovni predelavi. Izredno pomembno je skladiščenje teh surovin, da ne bi prišlo do mešanja2. Nepravilno izračunana sestava vložka vpliva ne samo na stroške proizvodnje, temveč tudi na zmanjšanje izkoristka, izdelano jeklo pa je slabše kvalitete. Odbruski nastajajo pri brušenju jekel in so po svoji granulometrijski sestavi zelo različni. Prva frakcija je groba in pada v zaboj iz brusilnega stroja. Ti odbruski so zelo čisti. Druga frakcija odbruskov se izloča v ciklonih odpraševalne naprave in so zelo drobni. Kemijska sestava je odvisna od kvalitete jekla, čeprav vsebujejo določen odstotek korunda in brusnih plošč3. * Rokopis prejet: avgust 1991 ** Originalno objavljeno: 2ZB 1991/3 V glavnem smo uporabljali odbruske OCR12 pri izdelavi jekel skupine OCR12. V opazovanih šaržah je bil izplen celotnega vložka 93,2%. Izplen kroma iz odbruskov je približno 60%. Ti podatki veljajo za vložek, v katerem je bilo do 39% odbruskov glede na celotni vložek. Pri uporabi odbruskov je pomembno, da imamo na razpolago ustrezno število košar, ki morajo biti izdelane tako, da omogočajo čimbolj enostavno zalaganje v peč. 2. Opis poskusov Poskuse smo delali z grobimi odbruski granulacije nad 0,5 mm (okrog 90%) in nad 2 mm (približno 15%). Nasipna teža je odvisna od kvalitete jekel in granu-lometrijske sestave odbruskov, tako da je pomemben dejavnik za transport in zakladanje peči. V čistilnici valjarne so jekla kvalitete OCR12 brušena na enem brusilnem stroju, tako da smo sproti ločevali odbruske posameznih kvalitet jekel in jih deponirali v košare. Ko je bila košara polna, smo jo stehtali. Potem smo na vsako košaro napisali datum polnitve, težo in kvaliteto jekla. Poskrbeli smo, da med skladiščenjem košare niso bile izpostavljene dežju. Pomembno je tudi, da se odbruski čim prej uporabijo. Zato je potrebna dobra koordinacija med valjamo in pripravo dela jeklarne. Odbruske smo transportirali do peči in jih zalagali v prazno peč. Šele potem smo dodali preostali del vložka. Na ta način smo se izognili obešanju odbruskov po stenah peči. Količina žlindre, ki nastane pri dodatku odbruskov v vložek, je približno enaka kot pri vložku brez odbruskov. Pri izdelavi jekel kvalitet PROKRON je izplen vložka boljši, če pričnemo z rezanjem vložka šele po raztalitvi odbruskov. Poskusi so narejeni v 10 in 25-tonski elektroobločni peči. Naredili smo 29 poskusov z dodatkom odbruskov v EOP, in sicer od 4,3 do 39,4%. 3. Rezultati poskusov Namen naših raziskav je bil, da naredimo čimveč poskusov, in sicer pri eni kvalitetni grupi jekel, da Tabela 1: Sestava vložka in dodatek ferozlitin ter izračun izplena kroma in vložka Štev. Kvaliteta šarže jekla Teža vložka v kg Kvaliteta vložka Dodatek ferozlitin teža kvaliteta v kg Skupna teža v kg vložek ferozl. Skupno odlito v kg Izplen Delež odbruskov v vložku v % 48159 OCR12VM 8800 OCR12VM 50 FeSi 14100 950 14300 95 4,3 3000 OCR12 65 FeMo 1700 OCR4 120 FeV 600 odbr.OCR6 710 FeCrc 5 C 48416 OCR12VM 6600 OCR12VM 20 FeMn 13550 918 14500 100 7.4 3300 OCR12VM 60 FeSi 650 OCR4 25 FeMo 1G00 izb.Gt.žel. 123 FeV 1000 odbr.OCR12VM 680 FeCrc 50 polimox 350 FeCrc 48567 FK2sp 1700 PK11 155 FeMn 15000 1660 15180 91.1 13,3 4800 PK12sp 265 FeSi 500 EC80R04 1200 FeCra 2000 odbr.PK2sp 40 Ni 1500 FeCrc 28020 OCR12VM 18000 OCR12sp 70 FeSi 3550 745 35100 96,8 15,5 5000 OCR12 125 FeW 4500 OGR4 550 FeCrc 1000 0SIKR04 5500 odbr.OCR12sp 1500 FeCrc 47823 OCR12VM 2900 UTOPMo 10 FeMn 15060 776 14700 92,8 17,9 6900 OCR4 30 FeSi 1200 BLUMCI 21 FeMo 1600 FeCrc 600 FeCrc 60 Polimcoc 150 FeCrc 2700 odbr.OCR12VM 5 C 48075 PK4ex 8000 PK2 10 FeMn 15900 715 15480 93,2 21,4 3500 izb.st.žel. 140 FeSi 3400 odbr.OCR12 550 FeCrc 1000 FeCrc 15 C 48076 PK4ex 7000 PK2 15 FeMn 15800 655 14680 89.2 25,3 3200 izb.st.žel. 140 FeSi 4000 odbr.OCR12 500 FeCrc 1000 FeCrc 48163 OCR12VM 8800 OCR12VM 20 FeMn 14500 1150 14700 93,9 27,6 1650 OCR4 60 FeSi 50 Polimox 35 FeMo 4000 odbr.OCR12 120 FeV 900 FeCrc 15 C 48183 PK2sp 7850 PK2sp 104 FeMn 15000 1029 14880 92,8 30,0 2000 izb.st.žel. 175 FeSi 100 FeNi62 750 FeCrc 650 FeCrc 4500 odbr.PK2sp Tabela 1 (nada^j.): Sestava vložka in dodatek ferozlitin ter izračun izplena kroma in vložka Stev. Kvaliteta Teža Kvaliteta Dodatek ferozlitin Skupna teža v kg Skupno Izplen Delež šarže jekla vložka vložka teža kvaliteta vložek ferozl. odlito v % odbruskov v kg v kg v kg v vložku v % 48391 PK5 5000 PK2 10 FeMn 15000 1175 14680 90,8 33,0 3800 izb.st.Zel. 135 FeSi 5000 odbr.FK3 1000 FeCrc 1000 FeCrc 30 C 48525 OCR12VM 2200 OCR12VM 10 FeMn 13950 422 13500 93.9 39.4 5100 OCR12 60 FeSi 800 izbr.3t.lel. 290 FeCrc 5500 odbr.OCR12VM 35 FeMo 50 Polimox 27 C 300 FeCrc bi ugotovili, kakšen je vpliv dodatkov odbruskov na kvaliteto jekla, ki ga izdelujemo (tabela l). Odločili smo se, da poskuse naredimo s kromovimi odbruski, in sicer pri izdelavi jekel4 kromovih kvalitet. Posebno pozornost smo namenili raztapljanju odbruskov in njihovemu izkoristku. Zato smo pri vsaki šarži jemali probe po raztalitvi vložka za kemijsko analizo in ugotavljali, če ustreza ciljani sestavi jekla. Analize so pokazale, da je vsebnost kroma v talini znašala med 9 in 16%, kar pomeni, da so bile v predvidenih mejah. Zelo pomembno je, koliko kroma gre v žlindro. Analizirali smo žlindre po raztalitvi vložka, in sicer pri višjih odstotkih odbruskov, to je med 23 in 33%. Vsebnost Cr203 v žlindri je bila med 15,5 in 30,8%, kaj seveda ni odvisno samo od vsebnosti odbruskov temveč tudi od pogojev taljenja. Pri poskusih smo v glavnem uporabljali lastni jekleni odpadek, in sicer iz kromovih jekel. Pri določenem številu šarž smo dodajali krom z različnimi legirnimi odpadki in FeCr. Za to število šarž smo izračunali, koliko vsaka komponenta iz vložka prinese kroma v talino. Povprečni deleži kroma so naslednji: OCR4-4%, OCRl2-57% in FeCr-39%. V celoti smo analizirali 29 šarž, vendar smo za izračun vpliva odbruskov na izplen kroma uporabili 11 šarž, pri katerih je bil vložek sestavljen iz OCR4 in OCR12 skupine legirnega odpadka ter z dodatkom odbruskov in FeCrc. Iz teh komponent vložka smo izračunali delež kroma, ki je znašal pri legirnem odpadku 43%, ferolegurah 27% in odbrusku 30%. Izplen kroma iz vložka je zelo pomemben dejavnik pri proizvodnji kromovih jekel. V vložek dodajamo poleg ferolegur še legirni odpadek in odbruske iz kromovih jekel. To pomeni, da je celotna vsebnost kroma v jeklu enaka vsoti deležev kroma iz vseh dodatkov. Vendar je za nas zelo pomembno, kolikšen je izplen kroma iz posameznih komponent vložka. Zato smo obdelali s statistično analizo vse poskusne šarže, ki so narejene iz jeklenih odpadkov OCR4 in OCR12, ferolegur in odbruskov ter diagramsko predstavili posamezne komponente vložka. O O o o_ o n -o o 0 - - y=0.136x< r2 = 0.35 80,155 16 i - 1 i i i nI-1--1--1--1--1-U 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Dodatek ferolegur v 7. Slika 1 Izplen kroma v odvisnosti od dodatka ferozlitin in odbruskov Figure 1 Chromium yield depending on additions of ferroalloys and grindings Na sliki 1 je prikazana odvisnost izplena kroma od dodatka ferolegur pri uporabi odbruskov. S povečanjem vsebnosti ferolegur v vložku narašča tudi izplen kroma, ker se prvi oksidirajo odbruski in se žlindra delno nasiti s Cr203, tako da pri taljenju ferolegur prihaja do manjše oksidacije kroma. Odvisnost je prikazana z enačbo y = 0,136 • x + 80,155 r2 = 0, 3916 pri čemer pomeni: y - izplen kroma v %, x - vsebnost ferolegur v %, r2 - koeficient determinacije. C JJ Cl N 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 •----- -o- o o 0 0 O O O - - - y=-0,17 r2: 5-x + 97/ 0,0982 754 1 1 i i i 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Dodatek ferolegur v % Slika 2 Izplen kroma v odvisnosti od dodatka ferozlitin in legirnega odpadka Figure 2 Chromium yield depending on additions of ferroalloys and alloyed scrap 100 90 . 80 > 70 o E 60 o 5 50 C r2 =C ♦ 89,0180 ,2838 1 1 i i 1 100 90 60 > 70 O e 60 o ^ 50 C N i0 30 20 10 0, "T O O o - « ---- r—4 - 1 y = -0,299 x +92,726 r2 = 0,1444 1 , i , .i 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Dodatek odbruskov v 7„ Slika 4 Izplen kroma pri dodatku odbruskov Figure 4 Chromium yield in adding grindings o -SC > N O C a> Cl N 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0. CD n o 60 >N o 50 > C (U 40 CL N 30 20 10 n 0 o o o2___2— L__ - - i - y=0,152-r2 = x +82,39 0,2556 3 i i i i i 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Dodatek ferolegur v % Slika 6 Izplen vložka pri dodatku ferozlitin in odbruskov Figure 6 Burden yield in adding ferroalloys and grindings približno 60%. Ta odvisnost je predstavljena na sliki 4. S povečanjem vsebnosti odbruskov se zmanjšuje izplen kroma. Zaradi velike reakcijske površine se talijo odbruski hitreje in oksidirajo. Upravičenost dodajanja odbruskov je v tem, ker odgor kroma iz odbruskov preprečuje odgor kroma iz legirnih odpadkov in ferozlitin. Dodatki legirnih odpadkov, ferozlitin in kromovih odbruskov prinašajo v talino poleg kroma še določeno količino železa, kar vpliva tudi na izplen vložka (slika 5). Iz slike je razvidno, da se s povečanjem vsebnosti odbruskov zmanjšuje izplen vložka, ker se poleg kroma oksidira tudi železo v fazi taljenja in oksidacije. Vpliv FeCr na izplen vložka je prikazan na sliki 6. Če je vložek sestavljen iz ferokroma in odbruskov, potem se poveča izplen vložka, ker se železo iz odbruskov oksidira in nasiti žlindro s FeO. Na ta način preprečimo oksidacijo železa iz legirnega odpadka. 4. SKLEPI Pri brušenju slabov in gredic na brusilnih strojih v valjarni nastajata dve vrsti odbruskov, in sicer fini in grobi. Finih odbruskov je znatno manj in predstavljajo v glavnem jekleni prah granulacije pod 200 /zm. Grobi odbruski se že redno uporabljajo kot vložek v elektroobločni peči v štorski jeklarni, in sicer celotna količina, ker ni potrebe po ločevanju po kemijski sestavi. V jeklarnah, kjer izdelujejo visokolegirana jekla, kot je ravenska, je potrebno ločiti kromove odbruske od ostalih, da bi jih lahko uporabili kot vložek v elektroobločni peči. Vložek je bil sestavljen iz legiranega odpadka, starega železa, ferozlitin in kromovih odbruskov. Vsebnost odbruskov je bila zelo različna, in sicer od 4,3 do 39,4%. Dodajali smo jih v prazno peč na dno s košarami, nato še preostali del vložka. Na ta način smo se izognili težavam pri taljenju (obešanje odbruskov ob steno peči). Uporaba odbruskov je z ekonomskega in ekološkega stališča upravičena, kar potrjujejo tudi rezultati naših raziskav. Izplen kroma iz odbruskov je bil približno 60%. Potrebno je poudariti, da je izplen kroma iz ferozlitin pri dodatku odbruskov v vložek večji kot brez odbruskov. Odbruski imajo namreč večjo površino, zato se prej stalijo oziroma oksidirajo in zmanjšujejo odgor kroma iz legirnega odpadka ter ferozlitin. Poskusi z uporabo kromovih odbruskov pri proizvodnji kromovih jekel so pokazali, da je njihova uporaba s tehnološkega stališča popolnoma neoporečna, vendar je izredno pomembna tehnološka disciplina, in sicer pri ločevanju na mestu nastanka, transportu in končno pri uporabi. LITERATURA 1. S. Kovačič: Grupe za zbiranje in sortiranje legirnih odpadkov in ostružkov, Ravne, 1988. 2. G. Todorovič, J.Lamut, L. Šketa, V. Rakovec, G. Manojlovič, S. Kovačič, J. Apat, A. Valant: Uporaba lastnih odpadnih surovin za vložek pri izdelavi jekla, Poročila Metalurškega inštituta Ljubljana, 1988. 3. G. Todorovič, J. Lamut, M. Tolar, L. Šketa, V. Rakovec, G. Manojlovič, S. Kovačič, J. Apat: Železarski zbornik 24, 1990, str. 27. 4. G. Todorovič, J. Apat, S.Kovačič: Uporaba odbruskov pri proizvodnji jekla, Poročila Metalurškega inštituta Ljubljana, 1990. ZUSAMMENFASSUNG Schleifabfalle sind ein eisentragendes Sekund arprodukt das beim Schleifen von Halbzeug entsteht und ist nach der Kornzusammensetzung sehr verechieden. Feiner Schleifan-teil scheidet Bich in Zyklonen der Absauganlagen aus, und ist sehr fein. Wir haben Versuche mit groben Schleif-produkten der Korngrofie etwa 90% uber 5 mm gefahren. Schleifabfalle aus chromlegiertem Stahl sind im Einsatz eines 10 und 25 t Lichtbogenofens angewendet vvorden. Daneben noch Chromlegierte Abfalle, Schrott und Fer-rolegierungen. Der Anteil der Schleifabfalle war ver-schieden und zwar von 4,3 bis 39,4%. Die Vervvendung von Schleifabfallen ist aus okologischem und okonomischem Gesichtspunkt berechtigt, vvas die Ergebnisse der Versuchsschmelzen auch bestatigen. Das Ausbringen von Chrom aus dem Schleifabfall war bei 60%. Es ist zu ervvahnen, dafi das Ausbringen von Chrom auB den Ferrolegierungen und legierten Abfallen grofier ist, wenn dem Einsatz auch Schleifabfalle zugegeben werden. Schleifabfalle haben grofiere Oberflache, Sie schmelzen friiher bzw. Sie oxydieren und dadurch die Oxydation der Legierungen und legierter Abfalle vermindern. Die Untersuchungen zeigten, dafi die Anwendung der Schleifabfalle aus technologischen Griinden nicht begrenzt ist, dafi aber die technologische Disziplin sehr wichtig ist. SUMMARV Grindings are ferruginous scrap which is formed in grinding steel, and their granulometric composition varies a great deal. Swarf is precipitated in dust removing cyclones, and it is very fine. Experiments were made vvith coarse grindings with 90% particles of over 0,5 mm. Chromium grindings as burden for 10 and 25 ton electric are steelmaking furnace in Ravne Steel Plant were used. Burden contained also alloyed scrap of chromium steel, iron scrap, and fer-roalloys, next to grindings. Content of grindings in the burden varied betvveen 4,3 and 39,4%. Use of grindings has economic and ecological justi- fication vvhich vvas confirmed also by our experiments. Chromium yield of grindings was approximately 60%. It is necessary to stress that chromium yield from ferroal-loys and alloyed scrap is higher if grindings are added to the burden. Grindings have great specific surface, they are faster melted or oxidized, and thus the oxidation of ferroal-loys and alloyed scrap is reduced. Investigations showed that their addition does not disturb technological process but it must be stressed that high technological discipline is needed. Blaženko Koroušič VPLIV SESTAVE ŽLINDRE NA DEZOKSIDACIJO, RAZŽVEPLANJE IN TVORBO VKLJUČKOV V SODOBNIH JEKLARSKIH AGREGATIH Železarski zbornik 25 (1991) 3 s 77-81 Metalurgija - sintetične žlindre - dezoksidacija - razžveplanje jekla članek obravnava vpliv sestave sintetične žlindre na procese dezoksidacije in razžveplanja pri obdelavi jekla v sodobnih postopkih ponovčne metalurgije. Na osnovi termodinamičnega modela žlinder so izpeljane številne odvisnosti, ki omogočajo vpogled v pomen sestave žlindre na vsebnost aluminija in doseganje minimalnih vsebnosti žvepla (pod 20 ppm). Avtorski izvleček Blaženko Koroušič EINFLUfl DER SCHLACKENZUSAMMENSETZUNG AUF DIE DESOXYDATION, DIE ENTSCHWEFELUNG UND DIE EINSCHLUfiBILDUNG, IN DEN MODERNEN STAHLERZEUGUNGSANLAGEN Železarski zbornik 25 (1991) 3 s 77-81 Metallurgie - sintetische Schlacken - Desoxydation - Entschvvefelimg Im Artikel wird der EinflufS der Zusammensetzung sintetischer Schlacken, auf die Prozesse der Desoxydation und der Entschvvefelung, bei der Bearbeitung von Stahl, nach den modernen Verfahren der Phannenmetallurgie, behandelt. Auf Grund des Thermodynamischen Schlackenmodelles sind Abhangigkeiten ausgefiihrt, die einen Einblick in die Bedeu-tung der Schlackenzusammensetzung auf den Aluminiumgehalt, und die Erreichung minimaler Schwefelgehalte, (unter 20 ppm) moglich machen. Auszug des Autors Blaženko Koroušič INFLUENCE OF SLAG COMPOSITION ON DEOXIDATION, DESULPHURISATION AND FORMATION OF INCLUSIONS IN MODERN STEEL SET-UPS Železarski zbornik 25 (1991) 3 s 77-81 Metallurgy - Synthetic slags - Deoxidation - Desulphurisation of steel Paper treats the influence of synthetic slag composition on the deoxidation and desulphurisation processes in treating steel by modern methods of ladle metallurgy. Based on thermodynamic model of slags, numerous correlations vvere derived, enabling an insight into the significance of slag composition on the aluminium content and achievement oi minimal sulphur contents (below 20 ppm). Author's Abstract Monika Jenko, F. Vodopivec, B. Praček ŠTUDIJ SEGREGACIJ Sb NA POVRŠINI JEKEL ZA NEORIENTIRANO ELEKTROPLOČEVINO Z METODO AES Železarski zbornik 25 (1991) 3 s 82-86 Silicijeva elektropločevina - površinske segregacUe Sb - spektroskopija Augerjevih elektronov - kinetika segregacije Sb na površini Fe-Si-Sb-C zlitine Študij segregacije antimona na površini neorientirane elektropločevine, ki je bila mikrolegirana z antimonom, z novo raziskovalno metodo, ki omogoča "in situ" AES raziskave v ultravisokem vakuumu v temperaturnem območju od 20°C do 850°C. Zasledovanje kinetike segregacije antimona na površinah vzorcev, ki so bile predhodno očiščene z ionskim jedkanjem. Določitev temperature začetka segregacije antimona in debeline segregirane Sb plasti pri temperaturi 700°C. Avtorski izvleček Monika Jenko, F. Vodopivec, B. Praček STUDIUM DER SEIGERUNGEN VON Sb AUF DER OBERFLACHE DER StAHLE FtJR NICHTORIENTIERTE ELEKTROBLECHE MIT DER AES METHODE Železarski zbornik 25 (1991) 3 s 82-86 Si legierte Elektrobleche - Oberflachliche Seigerung von Antimon - Spektroskopie der Elektronen von Auger - Seigerungskinetik von Antimon auf der Oberflache der Fe-Si-Sb-C Legierung Studium der Seigerungen von Antimon auf der Oberflache der mit Antimon mikrolegiertem Elektroblech, mit einer neuen Forschungsmethode, mit der es moglich ist "in situ" AES Untersuchungen im ultrahohen Vakuum, im Temperaturbereich von 20° bis 850°C durchzufuhren. Verfolgung der Seigerungskinetik von Antimon auf der Oberflache der Proben, die vorher durch Ionenatzung gereinigt vvorden sind. Bestimmung der Seigerungsanfangstemperatur von Antimon, und der Dicke der Seigerungsschicht von Antimon, bei der Temperatur von 850°C. Auszug des Autors Monika Jenko, F. Vodopivec, B. Praček STUDY OF Sb SEGREGATIONS ON THE SURFACE OF STEEL FOR NOT ORIENTED ELECTRIC SHEET BY THE AES METHOD Železarski zbornik 25 (1991) 3 s 82-86 Silicon electric sheet - Surface segregations of Sb - Auger spectroscopy - Kinetics of Sb segregation on the surface of Fe-Si-Sb-C alloy The study of the antimony segregation on the surface of nonoriented electric sheet vvhich vvas microalloyed vvith antimony by the nevv research method enabling in situ AES investigations in ultrahigh vacuum and temperature range 20 to 1000°C. Kinetics of antimony segregations on the surface of samples vvas investigated. The samples vvere previously cleaned by sputtering. Determination of the temperature of the beginning of antimony segregation, and of the thickness of segregated antimony layer at 850°C. Boris Arzenšek, L. Vehovar, F. Perko, J. Mrak, N. Vojnovič, D. Lazar, F. Legat HLADNO PREOBLIKOVANJE SUPERFERITNEGA JEKLA Železarski zbornik 25 (1991) 3 s 87-94 Superferitna nerjavna jekla - hladna preoblikovalnost - korozija Ugotavljali smo preoblikovalne sposobnosti in korozijsko odpornost superferitnega nerjavnega jekla z vsebnostjo 17% Cr in 0,0307% C+N, izdelanega v Železarni Jesenice. Preoblikovalne sposobnosti smo ugotavljali s krivuljami tečenja, preizkusi vlečenja, mehanskimi preizkusi in izdelavo vijakov, matic in verig. Preizkušano jeklo ima odlične preoblikovalne sposobnosti. Pri vlečenju prenese preko 90% stopnje deformacije in izdelavo vijakov, ki jih iz austenitnega nerjavnega jekla vrste 18/8 ne moremo izdelati. V manj agresivnih medijih ima podobno korozijsko odpornost kot austenitno nerjavno jeklo, v bolj agresivnih medijih pa nekoliko slabšo. Avtorski izvleček Boris Arzenšek, L. Vehovar, F. Perko, J. Mrak, N. Vojnovič, D. Lazar, F. Legat KALTVERFORMUNG VON SUPERFERRITISCHEM STAHL Železarski zbornik 25 (1991) 3 s 87-94 Superferitische nichtrostende Stahle - Kaltverformung - Korrosion Die Verformungsfahigkeit und die Korrosionsbestandigkeit eines superferritischen nichtrostenden Stahles mit einem Gehalt von 17% Cr und 0,0307% C+N, erzeugt im Hiittenvverk Jesenice ist bestimmt vvorden. Die Verformungsfahigkeit ist mittels der Fliefikurven, durch Ziehversuche, durch mechanische Untersuchungen und die Herstellung von Schrauben, Muttern und Ketten bestimmt vvorden. Der untersuchte Stahl besitzt ausgezeichnete Verformungseigenschaften. Beim Ziehen ertragt der Stahl einen uber 90%-igen Verformungsgrad. Die Herstellung von Schrauben, die aus einem austenitischen nichtrostenden Stahl des Types 18/8 nicht hergestellt vverden konnen ist oknevveiters moglich. In vveniger aggressiven Medien ist die Korrosionsbestandigkeit ahnlich dem austenitischen nichtrostenden Stahl, in mehr aggressiven Medien ist sie etvvas schlechter. Auszug des Autors Boris Arzenšek, L. Vehovar, F. Perko, J. Mrak, N. Vojnovič, D. Lazar, F. Legat COLD VVORKABILITY OF SUPERFERRITIC STEEL Železarski zbornik 25 (1991) 3 s 87-94 Superferritic Stainless Steel - Cold Workability - Corrosion Workability and corrosion resistance of superferritic stainless steel vvith 17% Cr and 0,0307% C+N, made in Jesenice Steelvvorks, vvere determined. Workability vvas determined by strain-stress curves, dravving tests, mechanical testa, and by manufacturing screvvs, nuts, and chains. Tested steel had excellent workability. In dravving it can stand an over 90% deformation and screvvs can be made of it vvhile austenitic 18/8 steel cannot be applied for screwmaking. In less aggressive media it has similar corrosion resistance to that of austenitic stainless steel vvhile its resistance in more aggressive media is slighly lovver. Matjaž Torkar, B. Šuštaršič MIKROSTRUKTURNE ZNAČILNOSTI VODNO ATOMIZIRANEGA PRAHU IZ Ni-SUPERZLITINE Železarski zbornik 25 (1991) 3 s 95-101 Metalurgija - metalurgija prahov - vodna atomizacija - Ni-superzlitina - mikrostruktura - izceje -hladno kompaktiranje Članek obravnava mikrostrukturne značilnosti vodno atomiziranega prahu iz Ni-superzlitine. Metalografske preiskave so pokazale, da je strjevanje dendritov tudi pri najdrobnejši frakciji prahu. Linijska analiza na elektronskem mikroanal-izatorju je pokazala izceje Ti, rahle izceje Si in Mn, izcej Cr in Ni ni opaziti. Kontaminacija prahu s kisikom narašča z manjšanjem tlaka vode pri razprševanju taline. Preizkus kompaktiranja najdrobnejše frakcije z zrni pod 63 /zrn v hladnem na izostatski stiskalnici je pokazal, da je pri tlaku 700 MPa možno doseči 72% teoretične gostote. Avtorski izvleček Matjaž Torkar, B. Šuštaršič EIGENSCHAFTEN DES M3KROGEFUGES DES WASSERVERDCrSTEN PULVERS AUS EINER Ni-SUPERLEGIERUNG Železarski zbornik 25 (1991) 3 s 95-101 Metallurgie - Pulvermetallurgle - Wasserverdiisung - Ni-Superlegierung - Mikrogef&ge - Seigerungen — Kaltpressdichten Im Artikel werden die Eigenschaften des Mkrogefiiges des vvasserverdiisten Metallpulvers einer Ni-Superlegierung behan-delt. Metallographische Untersuchungen zeigten, dafi die Erstarrung auch bei den feinsten Pulverfraktionen dendritisch ist. Linienanalyse am Elektronenmikroanalysator zeigte die Seigerungen von Ti, schwache Seigerungen von Si und Mn, Seigerungen von Cr und Ni konnten nicht beobachtet werden. Die Kontaminierung von Metallpulver durch Sauerstoff wachst mit dem Verkleinern des Wasserdruckes beim Verdiisen der Schmelze. Der Kompaktierungsversuch der feinsten Fraktion mit den Kornern unter 63 /im im Kalten auf der isostatischen Presse zeigte, dafi beim Druck von 700 MPa moglich ist 72% der theoretiachen Dichte zu erreichen. Auszug des Autors Matjaž Torkar, B. Šuštaršič MICROSTRUCTURAL CHARACTERISTICS OF WATER ATOMIZED POWDER OF Ni-SUPERALLOY Železarski zbornik 25 (1991) 3 s 95-101 Metallurgy - Powder Metallurgy - Water Atomization - Ni-superalloy - Microstructure - Segregations - Cold Isostatic Pressing Microstructural characteristics of water atomized powder of Ni-superalloy are presented. Metallographic investigations showed the dendritic solidification even in the finest powder particles. Line analysis by electron microprobeanalyzer revealed segregations of Ti, slight segregating of Si and Mn, while segregations of Cr and Ni were not observed. Powder contamination by oxygen increases vvith the reduced pressure of the atomization water. Cold pressing test of the finest povvder fraction of -63 /im on cold isostatic press shovved that 72% of theoretical density can be achieved at the pressure of 700 MPa. Gojko Todorovič, J. Apat, S. Kovači«, M. Tolar, J. Lamut, V. Rakovec UPORABA ODBRUSKOV PRI PROIZVODNJI JEKLA Železarski zbornik 25 (1991) 3 s 102-107 Metalurgija — sekundarne surovine Odbruski nastajajo pri brušenju jekel in so po svoji granulometrijski sestavi zelo različni. Fina frakcija odbruskov se izloča v ciklonih odpraševalne naprave in so zelo drobni. Groba frakcija je v glavnem granulacije nad 0,5 mm in smo z njo delali poskuse. Opisana je uporaba kromovih odbruskov kot vložek v elektroobločni peči pri proizvodnji kromovih jekel v ravenski železarni. Vložek je bil sestavljen iz legirnega odpadka, starega železa, ferozlitin in kromovih odbruskov. Vsebnost odbruskov je bila zelo različna in sicer od 4,3 do 39,4%. Poskusi so pokazali, da ni ovir pri njihovi uporabi s tehnološkega stališča. Avtorski izvleček Gojko Todorovič, J. Apat, S. Kovačič, M. Tolar, J. Lamut, V. Rakovec ANWENDUNG DER SCHLEIFABFALLE BEI DER STAHLERZEUGUNG Železarski zbornik 25 (1991) 3 s 102-107 Metallurgie - Sekundarrohstoffe Schleifabfalle entstehen beim Schleifen von Stahlen und sind nach der Kornzusammensetzung sehr verschieden. Feiner Schleifanteil scheidet sich in Zyklonen der Absaug Anlagen aus, und ist sehr fein. Wir haben Versuche mit groben Schleif-produkten der Korngrofie iiber 0,5 mm gefahren. Beschrieben ist die Anwendung von Chromlegierten Schleifabfallen als Einsatz im Lichtbogenofen bei der Erzeugung Chromlegierter Stahle im Stahlvverk Ravne. Der Einsatz war aus legierten Abfallen, Schrott, Ferrolegierungen und Schleifabfallen zusammengesetzt. Der Anteil der Schleifabfalle war sehr verschieden und zvvar von 4,3 bis 39,4%. Die Versuche zeigten, dafi die Anwendung der Schleifabfalle vom technologischen Standpunkt vollig unbegrenzt ist. Auszug des Autors Gojko Todorovič, J. Apat, S. Kovačič, M. Tolar, J. Lamut, V. Rakovec USE OF GRINDINGS IN STEELMAKING Železarski zbornik 25 (1991) 3 s 102-107 Metallurgy - Scrap Grindings are formed in grinding steel and their size vary a great deal. Swarf fraction is captured in dust removing cyclones and particle size is very small. Coarse fraction, generally of over 0,5 mm was used for tests. The use of chromium grindings as burden for electric are furnace in making chromium steel in Ravne Steelvvorks is deseribed. The burden was composed of alloyed scrap, scrap iron, ferroalloys, and chromium grindings. Content of grindings varied betvveen 4,3 and 39,4%. The experiments shovved that their use does not disturb the technological process. Author's Abstract