YU ISSN 0372-8633 ZELEZARSKI ZBORNIK VSEBINA Rodič Jože — Metalurški inštitut Ljubljana SKRAJŠEVANJE TEHNOLOŠKEGA POSTOPKA OD TALINE DO ŽICE Koroušič Blaženko — Metalurški inštitut Ljubljana A. Š t e b I a j — Železarna Jesenice KAJ PRINAŠA NOVA TEHNOLOGIJA STRELJANJA DODAJNIH MATERIALOV V JEKLARSKO PRAKSO Prešerri Vasilij, D. Kmetič — Metalurški inštitut Ljubljana A. Rozman — Železarna Ravne P. Braiun — Železarna Štore OBDELAVA JEKLA S STRELJANJEM OPLA- Stran CONTENTS ŠČENE ŽICE V KLARNI 101 111 ŠTORSKI IN RAVENSKI JE- Kmetič Dimitrij, F. Vodopivec, B. R a I i č — Metalurški inštitut Ljubljana J Gnamuš — Železarna Ravne PLATIRANJE ORODNIH JEKEL NA KONSTRUKCIJSKA JEKLA V o j v o d i i - G v ard j ančič Jelena, š. Strojnik — Inštitut za metalne konstrukcije v Ljubljani B. Ule — Metalurški inštitut Ljubljana S. A ž m a n — Železarna Jesenice J - INTEGRAL IN MORFOLOGIJA PRELOMA MIKROLEGIRANIH DROBNOZRNATIH JEKEL NIONICRAL 70 TER NIOMOL 490 Golubovič Svetozar — Institut za crnu metalurgiju Nikšič L. Kosec — F NT Montanistika Ljubljana LOMNA ŽILAVOST LEDEBURITNEGA KROMO-VEGA JEKLA Osojnik Andreja, T Lavrič — Metalurški inštitut Ljubljana ŠTUDIJ OPTIMALNIH POGOJEV ZA ANALIZO 117 127 KOVINSKIH MATERIALOV Z METODO ATOMSKE EMISIJSKE SPEKTROMETRIJE ICP Lavrič Tea, A, Osojnik, Z. Kristan — Metalurški inštitut Ljubljana DOLOČANJE SLEDOV KOVIN V JEKLIH IN SU-PERZLITINAH PO PREDHODNI LOČBI, S PLA-MENSKO AAS DOKTORSKA IN MAGISTRSKA DELA 137 147 153 159 Rodič Jože — Metalurški inštitut Ljubljana SHORTENINGS OF TECHNOLOGICAL PROCEDUR ES FROM MELT TO WIRE Koroušič Blaženko — Metalurški inštitut Ljubljana A Š t e b I a j — Železarna Jesenice ADVANCED TECHNOLOGY IN STEELMAKING - INJECTION OFADDITIONS Prešern Vasilij, D. Kmetič — Metalurški inštitut Ljubljana A . Rozman — Železarna Ravne P . B r a č u n — Železarna Štore TREATMENT OF STEEL IN ŠTORE AND RAVNE STEEL WORKS BY INJECTION OF CORED WIRE Kmetič Dimitrij, F Vodopivec, B. R a I i č — Metalurški inštitut Ljubljana J. Gnamuš — Železarna Ravne PLATING TOOL STEEL ON STRUCTURAL STEEL Vojvodič-Gvardjanč i č Jelena, Š. Strojnik — Inštitut za metalne konstrukcije v Ljubljani B Ule— Metalurški inštitut Ljubljana S A ž m a n — Železarna Jesenice J - INTEGRAL AND FRACTURE MORPHO-LOGY OF MICRO-ALLOYED FINE-GRAINED STEELS NIONICRAL 70 AND NIOMOL 490 Golubovič Svetozar — Institut za crnu metalurgiju Nikšič L Kosec— FNT Montanistika Ljubljana FRACTURE TOUGHNESS OF LEDEBURITE CHROMIUM STEEL Osojnik Andreja, T. Lavrič — Metalurški inštitut Ljubljana INVESTIGA TION OF OPTIMAL CONDITIONS FOR METAL AN AL YSIS BY ICP ATOMIC EMISSION SPECTROMETR Y Lavrič Tea. A. Osojnik, Z. Kristan — Metalurški inštitut Ljubljana AAS DETERMINATION OF TRACE METALS IN STEELS AND SUPERALLOYS WITH PRELIMI-NARY SE PA RA TION Page 101 111 117 127 167 PH. D. AND M. SC. THESES 137 147 153 159 167 LETO 22 ST. 4- 1988 ŽEZB BQ 22 (4) 101 -172 (1988) IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT ŽELEZARSKI ZBORNIK Izdajajo skupno Železarne Jesenice, Ravne, Štore in Metalurški inštitut Ljubljana UREDNIŠTVO Glavni in odgovorni urednik: J. Arh Uredniški odbor: A. Kveder, J. Rodič, A. Paulin, F. Grešovnik, F. Mlakar, K. Kuzman, J. Jamar Tehnični urednik: J. Jamar Lektor: R. Razinger Prevodi: A. Paulin, N. Smajič (angleški jezik), J. Arh (nemški jezik), P. Berger (ruski jezik) NASLOV UREDNIŠTVA: Železarski zbornik, SŽ-Železarna Jesenice, 64270 Jesenice, Yugoslavia TISK: TK Gorenjski tisk, Kranj IZDAJATELJSKI SVET: prof. dr. M. Gabrovšek (predsednik), Železarna Jesenice dr. B. Brudar, Iskra, Kranj prof. dr. V. Čižman, Univerza v Ljubljani prof. dr. D. Drobnjak, Univerza v Beogradu prof. dr. B. Koroušič, Metalurški inštitut Ljubljana prof. dr. L. Kosec, Univerza v Ljubljani prof. dr. J. Krajcar, Metalurški inštitut Sisak prof. dr. A. Križman, Univerza v Mariboru dr. K. Kuzman, Univerza v Ljubljani dr. A. Kveder, Metalurški inštitut v Ljubljani prof. dr. A. Paulin, Univerza v Ljubljani prof. dr. Z. Pašalič, Železarna Zenica prof. dr. C. Pelhan, Univerza v Ljubljani prof. dr. V. Prosenc, Univerza v Ljubljani prof. dr. B. Sicherl, Univerza v Ljubljani dr. N. Smajič, Metalurški inštitut v Ljubljani prof. dr. J. Sušnik, Zdravstveni dom Ravne dr. L. Vehovar, Metalurški inštitut Ljubljana prof. dr. F. Vodopivec, Metalurški inštitut Ljubljana Published jointly by the Jesenice, Ravne and Štore Steelvvorks, and The Institute of Metallurgy Ljubljana EDITORIAL STAFF Editor: J. Arh Associate Editors: A. Kveder, J. Rodič, A. Paulin, F. Grešovnik, F. Mlakar, K. Kuzman, J. Jamar Production editor: J. Jamar Lector: R. Razinger Translations: A. Paulin, N. Smajič (English), J. Arh (German), P. Berger (Russian) EDITORIAL ADDRESS: Železarski zbornik, SŽ-Železarna Jesenice, 64270 Jesenice, Yugoslavia PRINT: TK Gorenjski tisk, Kranj EDITORIAL ADVISORY BOARD: prof. dr. M. Gabrovšek (Chairman), Iron and Steel VVorks, Jesenice Dr. B. Brudar, Iskra, Kranj Prof. Dr. V. Čižman, University of Ljubljana Prof. Dr. D. Drobnjak, University of Belgrade Prof. Dr. B. Koroušič, Institute of Metallurgy, Ljubljana Prof. Dr. L. Kosec, University of Ljubljana Prof. Dr. J. Krajcar, Institute of Metallurgy, Sisak Prof. Dr. A. Križman, University of Maribor Dr. K. Kuzman, University of Ljubljana Dr. A. Kveder, Institute of Metallurgy, Ljubljana Prof. Dr. A. Paulin, University of Ljubljana Prof. Dr. Z. Pašalič, Iron and Steel VVorks, Zenica Prof. Dr. C. Pelhan, University of Ljubljana Prof. Dr. V. Prosenc, University of Ljubljana Prof. Dr. B. Sicherl, University of Ljubljana Dr. N. Smajič, Institute of Metallurgy, Ljubljana Prof. Dr. J. Sušnik, Health Centre, Ravne Dr. L. Vehovar, Institute of Metallurgy, Ljubljana Prof. Dr. F. Vodopivec, Institute of Metallurgy, Ljubljana Oproščeno plačila prometnega davka na podlagi mnenja Izvršnega sveta SRS — sekretariat za informacije št. 421-1/172 do 23. 1. 1974 11229280 ŽELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT / LETO 22 LJUBLJANA DECEMBER 1988 Vsebina Stran J. Rodič Skrajševanje tehnološkega postopka od taline do žice 101 UDK: 669.181.274: 621.746.047: 621.771.25 ASM/SLA: D7c, D9q, D8m. Alle, 4-61 B. Koroušič, A. Šteblaj Kaj prinaša nova tehnologija streljanja dodajnih materialov v jeklarsko prakso 111 UDK: 669.18: 669.891: 669.046.521 ASM/SLA: D9r, D11r, ADr, EGf41, EGr V. Prešern, D. Kmetic, A. Rozman, P. Bračun Obdelava jekla s streljanjem oplaščene žice v štorski In ravenski jeklarni 117 UDK: 669.18: 669.891 ASM/SLA: D9r, ADr, EGf41, EGr Contents Page J. Rodič Shortenings of Technological from Meit to Wire 101 UDK: 669.181.274: 621.746.047: 621.771.25 ASM/SLA: D7c, D9q, D8m, Alle, 4-61 B. Koroušič, A. Šteblaj Advanced Technology in Steelmaking — injecti-on of Addition 111 UDK: 669.18: 669.891: 669.046.521 ASM/SLA: D9r, D11r, ADr, EGf41, EGr V. Prešern, D. Kmetič, A. Rozman, P. Bračun Treatment of Steel in Štore and Ravne Steei-vvorks by Injection of Cored Wire 117 UDK: 669.18: 669.891 ASM/SLA: D9r, ADr, EGf41, EGr D. Kmetič, J. Gnamuš, F. Vodopivec, B. Ralič Platiranje orodnih jekel na konstrukcijska jekla 127 UDK: 621.771.8: 669.14.018.23/29 ASM/SLA: L22, F23, K5j, TSb, SGBs J. Vojvodič-Gvardjančič, Š. Strojnik, B. Ule, S. Až-man J — integral in morfologija preloma mikrolegira-nih drobnozrnatih jekel Nionicral 70 ter Niomol 490 137 UDK: 620.178.2: 539.211: 669.15 ASM/SLA: Q26r, M23p, AY S. Golubovič, L. Kosec Lomna žilavost ledeburitnega kromovega jekla 147 UDK: 620.178.2: 669.15-196.58 ASM/SLA: 06, Q7, Q26q, TSh, 2-64 A. Osojnik, T. Lavrič Študij optimalnih pogojev za analizo kovinskih materialov z metodo ICP atomske emisijske spektrometrije 153 UDK: 543.423 ASM/SLA: S11k, U2g T. Lavrič, A. Osojnik, Z. Kristan Določanje sledov kovin v jeklih in superzlitinah po predhodni ločbi, s plamensko AAS 159 UDK: 543.064: 669.14 ASM/SLA: S11d, S11g, 1-54 D. Kmetič, J. Gnamuš, F. Vodopivec, B. Ralič Plating Tool Steel on Structural Steel 127 UDK: 621.771.8: 669.14.018.23/29 ASM/SLA: L22, F23, K5j, TSb, SGBs J. Vojvodič-Gvardjančič, Š. Strojnik, B. Ule, S. Až-man J — Integral and Fracture Morphoiogy of Micro Aiioyed Fine-Grained Steeis Nionicral 70 and Niomol 490 137 UDK: 620.178.2: 539.211: 669.15 ASM/SLA: Q26r, M23P, AY S. Golubovič, L. Kosec Fracture Toughness of Ledeburite Chromium Steel 147 UDK: 620.178.2: 669.15-196.58 ASM/SLA: Q6, Q7, Q26q, TSh, 2-64 A. Osojnik, T. Lavrič investigation of Optimai Conditions for Metal Analysis by ICP Atomic Emission Spectrometry 153 UDK: 543.423 ASM/SLA: S11k, U2g T. Lavrič, A. Osojnik, Z. Kristan AAS Determination of Trace Metals in Steeis and Superailoys with Preiiminary Separation 159 UDK: 543.064: 669.14 ASM/SLA: S11d, S11g, 1-54 Doktorska in magistrska dela 167 PH. D and M. SC. Theses 167 ŽELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LETO 22 LJUBLJANA DECEMBER 1988 Skrajševanje tehnološkega postopka od taline do žice Shortenings of Techno/ogica/ Procedures from Melt to Wire J. Rodič* Novi materiali in materiali z izboljšanimi uporabnimi lastnostmi, ki so v ospredju strateških usmeritev razvojnih programov, zahtevajo nove aH pa spremenjene in izboljšane tehnologije z ekstremno racionalizacijo procesov, zmanjševanjem specifične porabe energije in zagotavljanjem maksimalnega materialnega izkoristka. Pojavljajo se pomembne in prav revolucionarne spremembe celo v osnovnih konceptih tehnoloških postopkov s težnjo k skrajševanju tehnoloških poti. Odločilnega pomena je optimalna kombinacija specializacije in hitre prilagodljivosti tržnim in razvojnim potrebam. V članku je podrobneje opisan razvoj pilotne proizvodnje z vakuumsko indukcijsko pečjo ter horizontalno kontilivno napravo za žico in palice v dimenzijskem območju 0 3 do 0 40 mm. 1. UVOD Novi materiali so danes po vsem svetu v središču pozornosti strateških usmeritev razvoja. Za proizvodnjo in zagotavljanje kakovosti teh materialov je potrebna nova ali boljša tehnologija. Spremembe tehnoloških procesov prinašajo izboljšanje materialnega izkoristka, zmanjšanje specifične porabe energije in optimalno ekonomiko proizvodnje. Odločilnega pomena je pri tem optimalni odnos spe-cilizacije in fleksibilnosti zaradi sposobnosti hitrega prilagajanja razmeram na trgu in zahtevam razvoja. Pomembno novost v tehnološkem razvoju predstavlja horizontalno neprekinjeno litje drobnih dimenzij, žic in palic, ki je povezano tudi z novostmi v razvoju novih, tehnološko in energetsko racionalnejših procesov vroče predelave. Razvoj pilotne proizvodnje na Metalurškem inštitutu v Ljubljani (1) je z mednarodnim sodelovanjem prinesel nekaj izvirnih novosti za nadaljnji razvoj tehnologije tega področja in novih materialov, tako da specifičnosti te nove tehnologije niso več zanimive samo za proizvajalce specialnih konstrukcijskih in orodnih jekel ter superzlitin, ampak tudi za proizvajalce manj legiranih jekel. Izkazalo se je, da je danes že možno v proizvodni praksi uresničiti nekdanje futuristične želje po nepreki- * Prof. dr. Jože Rodič, dipl. ing. met. — Slovenske železarne, METALURŠKI INŠTITUT LJUBLJANA ' • Originalno publicirano: ZZB 22 (19881 4 *'' Rokopis prejet avgust 1988 UDK: 669.181.274:621.746.047:621.771.25 ASM/SLA: D7c, D9q, D8m, A11e, 4—61 New materials and materials vvith improved properties vvhich are in the forefront of strategic orientation of development programmes demand new or modified and improved technologies vvith extreme process rationaliza-tion, reduction in specific energy consumption and higher material yield. New important and revolutionary changes have appeared even in basic technological con-cepts vvith the aim of shortening technological procedures. The optimum combination of specialization and quick adaptation to market and development demands are of decisive importance. The development of pilot plant consisting of vacuum induction furnace and horizontal continuous casting ma-chine for wire and rods within 3—40 mm diameter range is described. 1. INTRODUCTION Today new materials are in the focus of strategic orientation of development aH over the worid. The production and quality requirements of these new materials require new or better technologies. Changes in technological procedures result in higher yieid of material, reduction of specific energy consumption and optimal economy of production. The optimal ratio between specialisation and flexibil-ity has a decisive role due to the need for quick adaptation to market conditions and development require-ments. Horizontal continuous casting of small section rods and wires is an important innovation of technological development associated vvith new achievements in the development of new from energetic and technological viewpoint more rational hot vvorking processes. The development of pilot production at Metaliurgical Institute in Ljubljana (1) vvith international cooperation has brought forth some original innovations for further development of this technology and new materials so that this specific technoiogy becomes interesting not only for the producers of special constructional and tool steels, and superalloys but for the producers of iow allo-yed steels as well. It has been shown that today it is possible to realize old wishes for a continuous technological process from melt to the fina/ product — rod or wire in heat treated state. njenem tehnološkem postopku od taline do končnega izdelka — palice ali žice v toplotno obdelanem stanju. Pilotna proizvodnja je tesno povezana z matematičnim simuliranjem procesov in tako v razvoju nove tehnologije ter zagotavljanja »zanesljive ekonomske kakovosti« prevzema pomembo razvojno vlogo. Asortiment izdelkov pilotne proizvodnje omogoča tudi ustrezno uveljavitev na tržišču, nakar ga je v polni meri treba prenesti v industrijsko proizvodnjo — učinkovito in hitro! Prva faza razvoja pilotne proizvodnje slovenskih železarn na Metalurškem inštitutu v Ljubljani obsega vakuumsko indukcijsko peč z napravo za horizontalno neprekinjeno litje, napravo za električno pretaljevanje pod žlindro, naprave za vlečenje v hladnem in toplem stanju ter toplotno obdelavo, klasično, v vakuumu in v lebdečem sloju. Poleg tako imenovane pilotne vloge za uvajanje novih tehnoloških procesov in materialov v industrijsko proizvodnjo, bodo te naprave zadovoljevale tudi potrebe po manjših količinah posebnih materialov, katerih proizvodnja je v industrijskih pogojih ekonomsko nesprejemljiva. 2. HORIZONTALNO NEPREKINJENO LITJE ŽICE, OKROGLIH IN KVADRATNIH PALIC TER DROBNIH PLOŠČATIH PRESEKOV Leta 1972 je firma CSE (Steel Casting Engineering) izdelala prvo napravo (2) za horizontalno neprekinjeno litje žic (Slika 1). Najpomembnejše je, da je na taki napravi možno izdelati tanke palice, premera 3 do 15 mm in dolžine ca. 6 ali tudi več metrov, iz nepredelavnih materialov na bazi kobalta in drugih zlitin za dodajne materiale pri postopkih varjenja oziroma navarjanja, katere je bilo doslej mogoče izdelovati samo z dragimi postopki sesanja v kvarčne cevke, dolžine največ do 600 mm. Z razvojem novega postopka neprekinjenega litja se je odprlo tudi novo področje tehnologije, ki je zaenkrat še omejeno na asortiment avstenitnih nerjavnih jekel in nekaterih supezlitin. Lito žico nekaterih vrst jekel in zlitin je namreč mogoče vleči v hladnem ali toplem, in to neposredno po litju, v nekaterih primerih celo brez kakršne koli predhodne toplotne obdelave. Za razvoj te tehnologije bo potrebno še veliko raziskovalno-razvojnega dela, predvsem na področju orodnih in nekaterih posebnih jekel, za ka- Slika 1 Izhodni del trožilne naprave za horizontalno neprekinjeno litje žice Fig. 1 Outgoing side of a three strand horizontal continuous wire caster Pilot production is closely bound vvith mathematical modelling and computer simu/ation of processes vvhich enables it to undertake an important role in the development of new techno/ogical procedures and obtaining "reliable economic quality". The production program of the pilot production makes it possible to reach corresponding market effect vvhich should be follovved by a quick and efficient trans-fer in industrial production! The first phase of development of the pilot production of Slovenske železarne (Slovenian Ironvvorks) at the Metallurgical Institute in Ljubljana is made up of a vac-uum induction furnace vvith horizontal continuous casting machine, electro-slag remelting unit, hot and cold dravving machines, and the equipment for vacuum heat treatment, classic heat treatment and heat treatment in fluidized bed. The pilot plant composed in this way will besides its development role satisfy also market demands for smaller quantities of special materials vvhich can not be produced economicaly in an industrial plant. 2. HORIZONTAL CONTINUOUS CASTING OF WIRE, ROUNDED AND SOUARE BARS AND SMALL FLATCROSS SECTIONS In 1972 SCE (Steel Casting Engineering) built the world's first (2) horizontal continuous vvire casting machine (fig. 1) The most important is that such a caster can pro-duce 3—15 mm diameter rods of ca 6 m or longer length from practically nonvvorkable materials such as cobalt base d and similar alloys for vvelding rods vvhich up to the present had to be produced by expensive vacuum suck-ing into quartz glass tubes of utmost 600 mm length. The development of the new continuous casting process opened up new field of technology also vvhich is at present limited to austenitic stainless steel and some superaloys. Continuously casted vvire of some steels and alloys can be subjected to hot or cold dravving im-mediately after the casting and in certain cases ei/en vvithout any heat treatment. The development of this technology specially for tool steel and some specialty steel will demand a lot of additional research vvork. How-ever, the obtained experience confirm its feasibility and Slika 2 Površina žice kobaltove zlitine ob frekvenci oscilacij 200, 250, 300 in 800 impulzov na minuto (od zgoraj navzdol) Fig. 2 Surface of cobalt based vvire. Stroking rates from above: 200, 250, 300 and 800 strokes per minute. tera tehnologija še ni osvojena, izkušnje pa kažejo, da je prav gotovo možna in za kakovost zelo perspektivna. Firma SCE je tudi dobavitelj pilotnih naprav Metalurškega inštituta v Ljubljani. Tehnološki parametri litja (1,2) vplivajo na izoblikovanje oziroma odpravo lunkerjev in na kakovost površine (Slika 2). Pri optimalnih pogojih je danes, ne glede na veliko hitrost litja, že mogoče zanesljivo izdelati z neprekinjenim litjem žico brez lunkerjev (Slika 3). Uvedba vmesne ponovce v izvedbi in vlogi dogrevalne ali celo talilne peči (3), ki deluje pod tlakom in ima možnost prepi-hovanja taline z argonom, omogoča vzdrževanje optimalnega in nespremenljivega ferostatičnega pritiska v kristalizatorju (Slika 4). Z razvojem horizontalnega neprekinjenega litja va-Ijavskih gredic in žice je povezan tudi razvoj horizontalnega neprekinjenega litja palic končnih dimenzij za razrez pri postopku utopnega ali prostega kovanja in polizdelkov za nadaljnje valjanje. To so palice v območju premerov 20—50 mm, ki v zadnjem času postajajo vse bolj interesanten vložek za nadaljnjo predelavo. Izdelki iz te naprave za horizontalno neprekinjeno litje so zelo perspektivni v nadaljnjem razvoju predelave z vročim valjanjem specialnih jekel in zlitin, izdelkov in oblik, ki so v določenih primerih tudi vložek za vroče, poltoplo ali hladno kovanje. Kot primer lahko omenimo ventile, obroče krogljičnih ležajev in številne druge izdelke. Neprekinjeno litje palic v območju premerov 20—50 mm za nadaljnjo vročo plastično predelavo se je izkazalo kot zelo pomembno, predvsem pri materialih, ki se težko plastično preoblikujejo. Z manjšim vhodnim presekom je mogoče vhodno hitrost pri valjanju optimalno prilagoditi najprimernejši izhodni hitrosti ter z uravnavanjem stopenj deformacije pri posameznih prehodih zagotavljati izotermalno predelavo v ozkem temperaturnem intervalu. Tako je mogoče valjati z novo kovaško valjavsko linijo (4) tudi jekla in zlitine, ki so doslej veljale skoraj kot nesposobne za vročo plastično predelavo. Posebej je treba poudariti, da je interes za neprekinjeno vlivanje takih polizdelkov v obliki drobnih palic odprl nove probleme in zahteval nove tehnološke rešitve v tehnologiji neprekinjega litja. Matematično modeliranje za optimiranje tehnoloških pogojev (5, 7) daje velik prispevek k pospeševanju napredka na področjih litja in predelave. Slika 3 Vzdolžni prerez neprekinjeno lite žice nerjavnega jekla tipa 18 % Cr-11 % Ni ob izvlačenju žice s frekvenco 800 impulzov na minuto Fig. 3 Longitudinal section of continubusty čast staintess steel (18 % Cr-11 % Ni) vvire. Stroking rate 800 strokes/min. Slika 4 Tlačna vmesna ponovca, ogrevanje z električnim pretaljevanjem pod žlindro ali induktivno ogrevanje ponovce in izlivka, prepiho-vanje z argonom in drsno zapiralo za horizontalno neprekinjeno litje Fig. 4 Scheme of an HCC vvith Electroslag Heating, Ar-purging and constant gas pressure above the bath promissing prospect regarding quaiity improvement. The mentioned equipment of the pilot plant of Metallurgical Institute is to be supplied by SCE. Technological parameters of casting (1, 2) influence the interna! shrinkage and surface quaiity (fig. 2). At opt-imum conditions it is possibie to produce internally sound wire (fig. 3) vvith horizontal continuous casting irrespective of great casting rate. The introduction of heating or even smelting type tundish (3) operating at constant gas pressure above the bath and equipped vvith argon purging helps to main-tain optimal and constant ferrostatic pressure in the mould (fig. 4). The development of horizontal continuous casting of bars of fina! dimensions and cutting for die or free forging and semi products for subsequent rolling is also asociated vvith the development of horizontal continuous casting of billets and vvire. These bars of20—50 mm dia-meter for further subsequent vvorking have recently be-come very interesting. The products of horizontal continuous caster are very interesting for further development of hot roiiing of special steels and alloys as well as profiies and shapes vvhich in certain cases serve as se-miproducts for subsequent hot, semi hot or cold forging. As an exampie valve s and bali bearing rings should be mentioned. Continuous casting of rods of 20—50 mm diameter for further hot vvorking has been found as very important particularly for materials of poor workability. The use of smaller section makes it possibie to select the most ap-propriate input rolling rate to suit the optimal exit rate and to ensure practically isothermal vvorking vvithin a narrovv temperature range by the control of deformation degree in particular rolling passes. The new combined forging-rolling procedure (4) makes it possibie to process the steels and alloys vvhich up to now vvere consid-ered as practically nonvvorkable. Hovvever, it should be underlined that continuous casting of such semi products in the form of small size rods opened up new probiems and started the search for new innovations of the continuous casting technology. Mathematical modelling as a tool for optimization of technological conditions (5, 7) have a significant share in the acceleration of progress in the field of casting and plastic deformation. The productivity of these machines is quite good to-day also, e.g. a three strand horizontal continuous caster of vvire can produce Tudi produktivnost teh naprav je danes že kar pomembna, saj na primer horizontalna kontilivna naprava za žico s tremi žilami omogoča letno proizvodnjo. — pri 0 3 mm . . . ca. 200—250 t/leto — pri 0 5 mm ... ca. 400—500 t/leto — nad 0 8 mm ... nad 850 t/leto, kar je odvisno od deleža sekvenčnega ali individualnega litja. Enožilna naprava za palice, premera 50 mm, pa daje možnost proizvodnje od 10.000 do 20.000 ton letno, kar predstavlja dandanes najekonomičnejši postopek proizvodnje nekaterih izdelkov v določenem dimenzijskem območju. V fazi razvoja je tudi naprava za neprekinjeno litje ploščatih presekov (3) z debelino 10 mm —15 mm in širino 150 mm—350 mm. Ta razvoj je namenjen optimiranju tehnologije za proizvodnjo nerjavnih varjenih cevi. Posebno za te namene prirejena valjavska linija se v kombinaciji z napravo za neprekinjeno litje pojavlja kot zelo resen konkurent konvencionalnemu proizvodnemu postopku za varjenje cevi. 3. NOVE PERSPEKTIVE RAZVOJA NA PODROČJU VALJANJA SPECIJALNIH JEKEL IN ZLITIN Današnjo stopnjo razvoja je mogoče opredeliti z optimalno kombinacijo horizontalnega neprekinjenega litja z neprekinjeno kovaško valjavsko linijo za predelavo v vročem, ki ima prehodni kovaški stroj povezan s kontinuirno valjavsko progo (1). Taka kombinacija z regulir-nim natančnim indukcijskim dogrevanjem pred vstopom v progo zagotavlja proizvodnjo homogenih in po vsem preseku zdravih izdelkov — žic in palic. Pri taki specialni liniji že stopnja predelave neprekinjeno litih polizdelkov z redukcijo 3,5:1 povsem zadošča (4). Sekvenčno litje žice že pri majhni napravi omogoča izdelavo kolobarjev celo do dveh ton. Vroča predelava v eni vročini od dobave vročega vložka iz jekiarne do končnega izdelka predelave, ki predstavlja normalni tehnološki postopek na področju konstrukcijskih jekel, je vsekakor ekonomsko tehnični cilj razvoja tudi na področju specialnih jekel in zlitin, orodnih jekel in superzlitin, kakor tudi visokotrdnih in ognjeodpornih, težko predelavnih materialov, kar pri današnjih standardnih pogojih ni izvedljivo. V središču pozornosti je zato danes nov postopek vroče predelave z napravami, ki omogočajo učinkovitejšo plastično deformacijo in že pri manjši stopnji redukcije zagotavljajo zdrav presek tudi pri uporabi neprekinjeno litih gredic ali palic, zaradi optimirane porazdelitve deformacij, ki omogočajo učinkovito zapiranje lunkerjev in zgoščevanje centralne pozornosti (7). Na osnovi praktičnih izkušenj valjanja je znano, da vhodna hitrost ne sme ali pa ne more biti manjša od 0,1 m/sek. Končna izhodna hitrost pri valjanju pa je omejena z značilnimi lastnostmi valjanega materiala. Danes končna izhodna hitrost 50 m/sek pri premeru 6 mm ni več nikakršna posebnost in ne predstavlja tehničnih problemov valjanja. Seveda pa je ta hitrost dopustna pri običajnih konstrukcijskih jeklih, od nelegiranih do srednjelegiranih in pri malolegiranih orodnih jeklih. Pri brzoreznih jeklih ta hitrost v splošnem ne sme presegati 30 m/sek. Pri kobaltovih brzoreznih jeklih je ta hitrost omejena na maksimum 25 m/sek, a pri nekaterih super-zlitinah celo na maksimum 20 m/sek. Če upoštevamo te omejitve, lahko takoj ugotovimo, da klasično valjanje neprekinjeno litih gredic v eni vročini pri mnogih vrstah specialnih in orodnih jekel ter superzlitin sploh ni izvedljivo. at 3 mm diameter... ca 200—250 t/year at 5 mm diameter... ca 400—500 t/year over 8 mm diameter. . . over 850 t/year. vvhich depends on the share of sequential casting. Single strand caster for rods of 50 mm diameter can produce 10,000 to 20,000 tons per year, vvhich today re-presents the most economic production process for some products of certain dimension range. Research work is continuing on a development programme to čast flats (3) in sizes of 10—15 mm by 150—350 mm. This development programme is aimed at the optimization of the manufacture of vvelded stainiess steel tubes. Spe-cially adapted rolling mili combined vvith continuous caster appears as very serious contester vvith conventionai manufacturing of vveided tubes. 3. NEW OUTLOOK FOR DEVELOPMENT IN ROLLING OF SPECIAL STEELS AND ALLOYS The present stage of development can be defined vvith the optimal combination of horizontal continuous casting vvith a continuous forging-rolling mili for hot vvorking vvith continuous forging machine coupled vvith continuous rolling mili. Such a combination vvith accu-rately controlled induction heating at the start ensures a reliable manufacture of homogeneous and over aH section sound rods and vvires. The degree of deformation for continuously casted semi products of 3.5:1 is already sufficient (4) for such a combined production line. Se-quential continuous casting makes it possible to produce even 2 ton coils aiready vvith a s mali caster. Hot vvorking of hot stock as suppiied by steelworks vvithout any intermediate reheating to the end of processing, vvhich is a normal procedure for constructional steel, is by aH means the economic and technicai aim of development also in the field of special steels and alloys as vveli as for tool steels, superaiioys, hardfacing and refractory materials of poor plasticity vvhich at present standard conditions is stili impossibie. Today the activity is focused in the new hot processing method vvhich makes it possible to perform more ef-fective plastic deformation and ensures sound cross-section of continuousiy čast biilets or rods aiready at io-wer degree of deformation because of the optimum distribution of deformation vvhich heips to eliminate center line porosity (7). Experience obtained in rolling has shown that input speed may not or can not be lovver than 0.1 m/s vvhere-as the finai exit rolling speed is limited by material properties. Today's exit speed of 50 m/s at 6 mm diameter is ai-most routine and does not cause technicai rolling pro-blems. Of course, such final speed is permissible for common construction al steel from unalloyed to medium alloyed grade and for lovv ailoyed tool steel. The speed for high speed tool steel is limited to 30 m/s. For high speed tool steel containing Co the maximum rolling speed is 25 m/s vvhereas it is utmost 20 m/s for some super ailoys. Taking into account these limitations it can easily be concluded that conventionai rolling of continuous čast biilets vvithout intermediate reheating is not possible for numerous special and tool steels and superailoys. The key for the solving of hot vvorking problem vvhen dealing vvith such a production programme lies in the radical changes of first technological phase of plastic vvorking as brought forth by the development of new GFM forging-rolling process vvhich has been described elsevvhere (1, 4, 6). Ključ za rešitev problemov vroče predelave na področju teh asortimentov proizvodnega programa je v zagotavljanju radikalnih sprememb v prvi tehnološki fazi plastične predelave, kakršne je prinesel razvoj novega kovaško-valjavskega postopka GFM, ki je podrobneje opisan v (1, 4, 6), 4. NADALJNJI RAZVOJ Nadaljnji razvoj prinaša bistvene novosti na področju specialnih jekel in zlitin z inovacijo nove moderne visoke tehnologije, ki se razvija z namenom izboljševanja materialnega izkoristka in zmanjševanja specifične porabe energije, V proizvodnji specialnih jekel in superzlitin drobnih dimenzij je zaradi težav pri plastičnem preoblikovanju, ki so povezane z izkoristkom vloženega dela in materiala, a tudi zaradi splošne specifične porabe energije nesmiselno začeti predelavo s preseki vložnih materialov, ki so večji od nujno potrebnih. Dosedanje izkušnje s kovaško-valjavskim postopkom kažejo, da je pri tovrstnem plastičnem preoblikovanju že z zmanjšanjem premera vhodnega materiala na polovico mogoče zagotoviti zdravo strukturo po vsem preseku tudi pri uporabi kontinuirno vlitega vložka. To pomeni, da neprekinjeno litje v območju dimenzij 20—40 mm danes že predstavlja interes v industrijski uporabi in ustreza smernicam razvoja najsodobnejše vrhunske tehnologije v svetu. Spomnimo se, da je dosedanji razvoj neprekinjenega litja gredic potekal v dveh fazah. Najprej je bila izražena težnja k čimvečjim presekom neprekinjeno litih gredic, da bi s klasičnim valjanjem dosegli zdrav presek pri čim-večjih dimenzijah končnih izdelkov. Z novim kombiniranim razvojem tehnologije neprekinjenega vlivanja in intenzivnejše ter optimirane plastične predelave z novimi postopki so težnje razvoja usmerjene k zmanjševanju preseka neprekinjeno ulitih gredic, ki naj bi še zagotavljale ustrezno kakovost končnih izdelkov v čimširšem dimenzijskem območju do največjih potrebnih in tehnično ekonomsko sprejemljivih premerov. Nadaljnji razvoj je vse bolj usmerjen na področje horizontalnega neprekinjenega litja in predelave manjših dimenzij palic in žice. Ta tehnologija daje široke možnosti intenzivni racionalizaciji proizvodnje, predvsem na področju materialov iz asortimenta specialnih visokolegiranih konstrukcijskih jekel, orodnih jekel, jekel s posebnimi lastnostmi, specialnih zlitin in superzlitin — materialov, od katerih se zahtevajo posebne lastnosti na najvišjem nivoju. Znano je, da prinaša že dosedanje klasično in neprekinjeno litje v primerjavi s tradicionalnim litjem ingotov izboljšanje materialnega izkoristka za 10—20%, odvisno od vrste jekla. Zmanjševanje stopnje predelave na minimalno neobhodno potrebno redukcijo omogoča posebno pri težko predelavnih materialih pomembno dodatno povečanje izkoristka, vezanega na tehnološko fazo predelave. Skrajševanje verige celotnega tehnološkega postopka, ki predstavlja prevladujočo idejo v današnjih razvojnih prizadevanjih racionalizacije, prinaša zelo pomembne prihranke v specifični porabi energije (8). Na današnji stopnji tehnološkega razvoja moramo posebej poudariti, da se že zelo približujemo industrijsko sprejemljivi realizaciji ideje neprekinjenega proizvodnega procesa od taline do končnih dimenzij palic ali žice v kolobarjih, kar je dolgo predstavljalo neuresničlji-ve želje (1). Za določeno dimenzijsko območje je mogoče razmeroma veliko hitrost neprekinjenega litja prilagoditi razme- 4. FUTURE DEVELOPMENT Further development vvill result in essential innova-tions and advancements of high technoiogy in the fieid ofspeciaity steei and superalloys vvhich is aimed at high-er material yield and energy saving. In the production of specia/ steel and super alloys of small cross-section the input stock should have as small cross-section as possible because of well-known diffi-cu/ties in p/astic deformation vvhich are joined vvith corresponding poor yield of material and high specific energy consumption. The obtained experience in for-ging-rolling process has shown that 50 % reduction in stock diameter already can ensure soundness over aH cross section of continuous čast stock also. This means that continuous casting of products with-in 20—40 mm section size range is today already inter-esting for industrial use and well compatible vvith development trend of the most advanced technology in the world. The development of continuous casting ofbillets has proceeded in the two stages. The first trend was to de-velop continuous casting of billets of maximum possible section size to produce by conventional rolling com-pletely sound cross-section at highest possible section size of finished products. VVith new combined development of continuous casting technology, vvith more inten-sive and optimum new plastic vvorking processes the trend has changed to the reduction of cross section of continuously čast billets vvhich should yet suffice for the corresponding quality of finished product of the vvidest possible dimension range up to the utmost needed and techno-economically acceptable diameters. Further development is even more oriented to horizontal continuous casting and processing of small sized rod and wire. This technology offers vvide possibilities for intensive rationalization of manufacturing particularly in the field of special high ailoyed construction al steel, tool steel, steel vvith special properties, special alloys and super alloys of top le ve I properties. It is well knovvn that transition from ingot casting to conventional continuous casting resulted in 10—20 % in-crease in material yieid depending on steel grade. The reduction in the degree of deformation to the lowest ne-cessary amount brings forth a significant additionai in-crease in yield particularly of material vvith poor wor-kability. The shortening of over-all technological process vvhich is the predominant idea lying in the background of p rese nt development trend and rationalization efforts re-sults in very important reduction of specific energy consumption (8). It should be emphasized that today's development leve/ is very c/ose to the industr/a/ly acceptable continuous production process from molten steel to the final product i.e., vvire coii or rod of fin i te dimension which has long been unreaiistic vvish only (1). For a definite dimension range comparatively great rate of continuous casting can be adapted to relatively small input rate of the continuous forging-rolling line. For a part of production programme the production line composed in this way can reach optimai techno-economic results vvith the minimum energy consumption, the highest yield of material and generally, the iow-est production cost. This idea of the continuous production line vvhich has not yet been realized has become feasible thanks to the new concept. Of course, it reguires the determina- roma majhni vhodni hitrosti v kovaško-valjavsko preoblikovalno linijo. S proizvodno linijo, ki jo oblikujemo na tak način, je mogoče za določen del programa proizvodnje dejansko doseči optimalne tehničnoekonomske rezultate z minimalno porabo energije in maksimalnim izkoristkom materiala ter v splošnem doseči minimalne možne proizvodne stroške. Ta, doslej še ne izpolnjena ideja tehnološkega postopka, ima z novim konceptom realno možnost uresničenja z zagotavljanjem optimalnih parametrov. Pilotna proizvodnja Metalurškega inštituta v Ljubljani ima pri tem važno vlogo (1). 5. RAZVOJNE RAZISKAVE IN PILOTNA PROIZVODNJA (1, 8) V sodobni visoko produktivni proizvodnji se izvajanje raziskav prenaša iz laboratorijskih na pilotne naprave, ki se po osnovnih karakteristikah približujejo pogojem industrijske proizvodnje. Take pilotne naprave so predrage, da bi jih izkoriščali samo za raziskave, zato morajo dajati tudi določen delež neposredne proizvodnje, s katerim je po možnosti treba pokrivati vsaj lastne stroške delovanja pilotne proizvodnje. Informacije in rezultati raziskav ter meritve na napravah pilotne proizvodnje so velikega pomena za hitrejši nadaljnji razvoj. Na ta način z izkoriščanjem pilotnih naprav ne motimo redne proizvodnje z eksperimentiranjem, ampak v njej samo občasno preverjamo modele. Poleg raziskovalnega pomena ima pilotna proizvodnja tudi velik pomen za razvoj in osvajanje tržišča, saj daje normalne proizvode v manjših količinah za neposredno uporabo. Ko količina proizvodov iz pilotnih naprav ne zadošča več potrebam, se z vsemi izkušnjami ta proizvodnja prenese v industrijske obrate. Take usmeritve razvojnih raziskav so povsem razumljive in pilotna proizvodnja je v današnjih pogojih za učinkovit napredek neobhodno potrebna! Pilotna proizvodnja slovenskih železarn na Metalurškem inštitutu v Ljubljani neposredno povezuje v celovit sistem naprav vakuumsko indukcijsko peč in napravo za horizontalno neprekinjeno litje žice ali palic. To je izredno fleksibilen sistem, ki omogoča najrazličnejše kombinacije tehnoloških postopkov tudi v povezavi z električnim pretaljevanjem pod žlindro, kovanjem, valjanjem, vlečenjem v hladnem ali pri povišanih temperaturah in toplotno obdelavo vseh vrst, od klasične do vakuumske. Ta koncept pilotne proizvodnje odpira široke možnosti neposredne proizvodnje določenih specialnih izdelkov v ustreznih količinah, za katere je zagotovljen plasman na tržišču. Po drugi strani pa tak sistem omogoča v povezavi s posebnimi meritvami in laboratorijskim preizkušnjem ter raziskovanjem lastnosti izvajanje programov vrhunskih aplikativnih in znanstvenih raziskav, katerih rezultati se preko simulacij z matematičnimi metodami modeliranja učinkovito prenašajo v razvoj industrijske proizvodne tehnologije. Če tovrstno pilotno proizvodnjo gledamo kot mini tovarno s potrebami prav vseh normalnih aktivnosti, od raziskav in razvoja do organiziranja proizvodnje in plasmaja na tržišču, je tak celovit sistem odlična priložnost za sistematično vzgojo mladih kadrov in za dopolnilno usposabljanje strokovnjakov — tehnologov, organizatorjev, kontrolorjev, raziskovalcev in ekonomistov. Naprava za horizontalno neprekinjeno litje žice ima tri žile za premer žice v območju od 3—12 mm in na njej se lahko izdelujejo palice dolžine do 6 m ali pa v primeru sekvenčnega litja kolobarji do 1000 kg. Z zamenjavo izhodnega bloka vmesne ponovce je možno napravo prilagoditi za neprekinjeno litje palic, tion ofoptimum technological parameters. The pilot pro-duction of Metallurgical institute has an important role in respect to this task (1). 5. DEVELOPMENT RESEARCH AND PILOT PRODUCTION (1, 8) In modern production with top level productivity re-search and development work is transferred from labor-atory to pilot piant which is by its characteristics very close to industrial works. However, such a pilot piant is expensive therefore it must be partiy market-oriented to cover pilot piant production costs at ieast. The informati-ons measurements and research results obtained in pilot production are very important for the rate of development. In this way research and development work do not distub normai production vvhich is temporarily used only for checking eiaborated modeis. Besides this role the pilot production is very important for market development also sonce it offers smaller quantities of new products directly to the market. When the market demands sur-passes the pilot production capacity the production mo-ves to industrial scaie together with overall experience obtained. Such orientation of development is quite under-standabie. Under today's conditions pilot production is absoiutely necessary for efficient progress! The pilot production of Slovenian lronworks at Metallurgical Institute in Ljubljana is an integral system com-posed of vacuum induction furnace and a horizontal continuous caster for rod and wire. This is a very flexible system which can be combined with electro-slag remelt-ing unit, forging and rolling mills, cold dravving or draw-ing at higher temperatures induding aH sorts of heat treatment from the conventional one to the vacuum treatment. This pilot production concept opens up new possibilities for direct manufacture of certain special products in adequate quantities to satisfy the existing market demands. On the other side pilot piant in con-nection with special measurements and laboratory research makes it possible to carry out the most advanced scientific and appiied research programme the results of which are used for mathematical modelling and compu-ter simulation and finally utilized for development of industrial technology. The pilot piant can be considered as a mini factory induding aH necessary activities from research and development to the production planning and marketing so it is quite clear that such an integrated sys-tem offers excellent opportunities for systematic educa-tion of young workers and supplemental education of professionals like technologists, planners, foremen, su-pervisors, research workers, economists. etc. Horizontal continuous caster is of three strand type for casting wire of 3—12 mm diameter range in coils and can be used for casting rods up to 6 m length also. In the čase of sequential casting it can produce wire coils up to one tone weight. By repiacement of the exit biock of tundish and pul-ler system the caster can be adapted to single strand continuous casting of 20—40 mm diameter rods. Similar repiacement of dravving mechanism can adapt it to čast flat section products. The continuous manufacturing process from meit to wire can be connected with further cold dravving or dravving at higher temperatures. The mentioned flexibility includes also vacuum or open-air casting of 300 kg ingots for subsequent forging on GFM machine in Ironvvorks Ravne. Ofcourse, smaller experimentai ingots can also be čast. Electrodes for premera 20—40 mm, z eno žilo. Če zamenjamo vlečne mehanizme, je s to napravo mogoče vlivati tudi ploščate preseke. Neprekinjen tehnološki postopek od tekoče kovine do žice lahko neposredno povežemo z nadaljnjo predelavo z vlečenjem v hladnem ali pri povišanih temperaturah. K že omenjeni prilagodljivosti tega sistema pilotnih naprav naj omenimo, da je mogoče vlivati ingote, teže 300 kg, prosto na zraku ali v vakuumu za normalno predelavo na kovaškem stroju GFM v Železarni Ravne ali pa manjše eksperimentalne ingote. Prav tako je mogoče vlivati elektrode za električno pretaljevanje pod žlindro in ulitke v kovinske, croning ali precizijske forme, in to en ulitek maksimalne teže 300 kg ali pa več manjših ulitkov ali grozdov pri precizijskem litju. Horizontalna naprava za neprekinjeno litje žice je predvsem pomembna za osvajanje novih vrst dodajnih materialov pri postopkih varjenja in navarjanja. Največkrat je mogoče proizvesti kar celotne potrebne količine nekaterih specialnih materialov. Pomembno je to, da se v določenih primerih lahko uporabi kar kontinuirno ulita žica, kar omogoča tudi izdelavo elektrod iz nepredelav-nih materialov. Na ta način razvoj pilotne proizvodnje lahko ocenjujemo z dveh gledišč, enkrat kot nujno potrebno in racionalno osvajanje novih materialov, drugič pa kot proizvodnjo mini količin, ki v normalnem industrijskem procesu ne morejo biti sprejemljive in ekonomične. Horizontalno neprekinjeno litje predstavlja potencialno zelo velik interes za področje proizvodnje brzoreznih in ledeburitnih orodnih jekel ter specialnih zlitin, za katere pa tehnološki parametri litja še niso osvojeni. Ta interes je vezan predvsem na finozrnato strjevanje in na skrajševanje procesov, ki je danes v splošnem v ospredju tehnološkega razvoja predelave kovin. Na teh področjih pričakujemo od raziskav v naslednjem obdobju velik pomen in številne aktivnosti zaradi široke mednarodne aktualnosti tega razvoja. 6. MOŽNOSTI ZMANJŠANJA SPECIFIČNE PORABE ENERGIJE V okviru investicijskega projekta pilotne proizvodnje na Metalurškem inštitutu v Ljubljani smo podrobno analizirali specifično porabo energije s primerjavo različnih postopkov opisanega tehnološkega razvoja (8). Pri tem smo upoštevali za primerjavo dva značilna tehnološka postopka klasične tehnologije in tri variante nove tehnologije. Naslednja shema na sliki 5 nazorno prikazuje specifičnosti teh petih tehnoloških postopkov. V glavnem nas zanima primerjava specifične porabe energije v procesu vroče predelave, kajti specifična poraba energije za taljenje jekla je pri vseh variantah v bistvu enaka in se ji ne moremo izogniti. 1. varianta tehnološkega postopka se uporablja danes za zahtevnejše vrste orodnih, specialnih in viso-kolegiranih konstrukcijskih jekel. Specifična poraba energije za tehnološko fazo vroče predelave, približno 1500 kWh/tono, predstavlja ... indeks 100. 2. varianta tehnološkega postopka predstavlja klasični standardni tehnološki postopek. Specifična poraba energije, približno 1350 kWh/tono, predstavlja . . . indeks 90. 3. varianta tehnološkega postopka predstavlja tehnologijo za standardni del proizvodnega programa dobro predelavnih jekel. Specifična poraba energije, približno 500 kWh/tono, predstavlja . . . indeks 33. electro-slag remeltirig can also be produced as well as castings made by metali mould, shell mould or precision wax cluster proces. Casting limlted to a 300 kg pleče or severa/ pieces of smaller weight is possible. Horizontal continuous wire caster is particularly si-gnificant for development of new materials for welding electrodes. Frequently it is possible to produce the re-quired quantity of special materials. Sometimes continuous^ čast wire can be directly used for welding electrodes from nonvvorkable materials. Thus the development of pilot production can be es-timated from the two view points. First as absolutely ne-cessary for rational research and development of new materials and second as mini production unit for small iot production vvhich can not be accepted by norma/ in-dustrial works. The horizontal continuous casting is potentially very interesting for high-speed tool steel, ledeburitic tool steels and special alloys. Technological parameters for continuous casting of these materials have not yet been de-veloped. Special interest is devoted to grain refinement and shortening of technological procedures vvhich is ge-nerally in the forefront of development of metal vvorking. Numerous development activities can be expected in these fields because of their's importance and universal actuaiity. 6. POSSIBILITIES FOR ENERGYSA VINGS VVithin the investment project of pilot production piant at Metallurgical Institute an ana/ysis of specific en-ergy consumption has been made involving the compar-ison of different ways of the technological development described (8). Two characteristical procedures of conventional technology and three variants of the new technology vvere taken into account. The sketch on fig. 5 display specific characteristics of the five procedures. Specific energy consumption for meiting is naturally the same for ali the five variants, therefore it is interesting to find out the differences in hot vvorking stage. 1. variant has been used for high quality tool, special and high alloyed constructional steel. Specific energy consumption for hot vvorking phase of technology amo-unts to 1500 kWh/ton and sderves as a basis for compa- rison, i.e. Index....................................... 100 2. variant is the standard technological procedure. Specific energy consumption is 1350 kWh/ton. Index........................................ 90 3. variant represents the technology for standard part of production programme consisting of steel vvith good workabiiity. Specific energy consumption is 500 kWh/ton i.e. index........................................ 33 4. variant covers dimension range under 20 mm and is suited to the stels of poor workability belonging to constructional, special and tool steel group as well as to special alloys and super alloys vvherein it is desired to obviate problematic hot vvorking. Specific energy consumption is approx. 400 kWh/ton. Index........................................27 5. variant represents horizontal continuous casting of 3—12 mm diameter vvire. This technology completely discard hot vvorking stage. index......................................... 0 It is specially interesting for the two fields of production programme: E XI ST IN G TECHNOLOGV DANAŠNJA TEHNOLOGIJA NEW TECHNOLOGICAL PROCEDURES NOVE TEHNOLOŠKE POT FAZA ® ® © ® M A L J E N c l A r f N j G E 300 mm GFM 4 375 kg 220mm 480mm V 20 2t SSOmrn1* HCC $ 130 mm HCC HO mm 9 \ HCC VV 0 R K I N G V R 0 Č A P R E D E L A V A n $ 90mm » ■ I $ 90 mm L $ 8mm u ♦8mm $8mm IZDELEK PRODUCT Slika 5 Primerjava dveh klasičnih in treh novih tehnoloških postopkov za specifično porabo energije v procesu vroče predelave Fig. 5 Comparison of specific energy consumption of hot working for two conventiona/ and three new technological procedures. i 18 mm 4. varianta tehnološkega postopka naj bi pokrivala dimenzijski asortiment pod 20 mm in je posebej primerna za težko predelavna konstrukcijska jekla, specialna in orodna jekla, specialne zlitine in superzlitine, pri katerih se želimo predvsem izogniti nepotrebnemu delu problematične vroče predelave. Specifična poraba energije, približno 400 kVVh/tono, predstavlja .. . indeks 27. 5. varianta tehnološkega postopka predstavlja postopek horizontalnega neprekinjenega litja žice s premerom 3—12 mm. Ta tehnologija, pri kateri vroča predelava sploh odpade (indeks 0) je interesantna predvsem za dve področji proizvodnega programa: — za vse materiale, ki se uporabljajo v tem dimenzijskem območju in so praktično nepredelavni. Razumljivo je, da je ta tehnologija zanimiva predvsem za vse vrste dodajnih materialov za elektrode v postopkih varjenja, ker se s tem postopkom lahko popolnoma izognemo klasični predelavi, četudi bi bila izvedljiva. To prinaša pomembne ekonomske učinke v prihranku materiala, dela in porabe energije, kar končno omogoča maksimalno možno ekonomiko in izkoristek blizu 100%; — za vse materiale, ki so primerni za nadaljnjo predelavo z vlečenjem v hladnem ali vročem stanju. Za nekatere materiale, kot so na primer nerjavna in ognjeod-porna jekla avstenitnega tipa, nekatera ventilska jekla in nekatere specialne zlitine, je postopek že v celoti osvojen in preizkušen, mnogo pa je takih jekel, za katere je — for aH practically nori workabie materials of the mentioned dimension range. Of course this technology is particularly interest/ng for welding electrodes. This brings forth considerable savings in material, work and energy making it possible to minimize the production costs and to reach almost 100 % yield. — for aH materials suitable for cold or hot drawing. For some materials of this group like austenitic stainless steels, heat resisting steels, some valve steels and special alloys the technology has been fully developed. Ho-vvever, the techology for numerous steel grades remain to be developed. The grovving interest for this task is no-ted. 7. CONCL USIONS Technological process of continuous casting of steels and alloys in the shape of wire and rod brings forth signi-ficant quality and economic benefits as compared to conventiona/ technology. Reduction in specific energy consumption is of great importance particularly in the field of heating and intermediate reheating in hot work-ing. The energy saving increases with reducing section size of the finished products. in the field of expensive and hardly vvorkabie materials increase in yield is of particular importance. Con- treba tehnologijč še raziskati in optimirati, interes za take rešitve pa je vse večji. 7. ZAKLJUČKI Tehnološki postopek neprekinjenega litja jekel in zlitin v obliki palic in žice prinaša pomembne kakovostne in ekonomske prednosti v primerjavi s klasičnipii tehnološkimi postopki. Ekonomika specifične porabe energije ima velik pomen, posebno v območju ogrevanja in do-grevanja pri procesih vroče predelave. Ta ekonomika se izboljšuje z zmanjševanjem preseka gotovih izdelkov. Pri asortimentu razmeroma dragih in težko predelav-nih materialov je še posebno pomembna vloga izboljševanja izkoristkov materiala, ki že pri uvedbi klasičnega neprekinjenega litja gredic prinese 10—20 % v primerjavi s klasičnim postopkom litja v ingote, zaradi rezanja glav in nog ingotov. Velik je tudi vpliv, ki ga prinaša zmanjševanje investicijskih stroškov na področjih litja in predelave. V odvisnosti od vrste materialov ocenjujemo z novo tehnologijo možne prihranke materialov z boljšimi izkoristki 5—30 %, odvisno od sposobnosti materiala za plastično preoblikovanje v vročem. Tudi izgube s škajanjem so v primerih nove tehnologije znatno manjše. S fizikalno-metalurškega gledišča ima jeklo, izdelano s postopkom neprekinjenega litja drobnih presekov, bistvene kakovostne prednosti, ki so povezane s hitrejšim strjevanjem. ventionaI continuous casting results in 10—20 % increase in yield in comparison to ingot casting already. High/y important is a reduction in investment costs for casting and vvorking also. Depending on hot workabiiity of the material possible material savings through increased yieid resulting from the new technoiogy can be estimated as 5—30 %. Scale losses are also reduced as compared to the conventionai technology. From physico-metallurgical vievvpoint the steel pro-duced by horizontal continuous casting of small section size has essential quality advantages associated vvith increased rate of solidification. LITERATURA/ REFERENCES 1. Rodič J., M. j-laissig, H. Hojas, W. Holzgruber, B. Glogovac, K. Habijan: Izhodišča in usmeritve za razvoj pilotne proizvodnje Slovenskih železarn na Metalurškem inštitutu v Ljubljani. Poročila Metalurškega inštituta v Ljubljani — projekt MIP 88-001, naloga Ml. 88-059, april 1988. 2. Haissig M.: Horizontal continuous casting — recent devel-opments and future trends. Steel times, 1986, 10, 546—548. 3. Haissig M., W. Holzgruber: Technologie des horizontalen Stranggiessens — Aktueller Stand und Zukunftsperspekti-ven. Noch nicht veroffentlicht. 4. Hojas H.: New bar and rod mili concept for continuous čast biilets. Iron and Steel Engineer, 1985, June, 21 —25. 5. Rodič T., Ph. D. Thesis — University of Svvansea, 1988. 6. Rodič J.: Tehnološki razvoj — SOZD SLOVENSKE ŽELEZARNE. Izdaja oktober 1984, dopolnitve maja 1987. 7. Rodič T., B. Štok, F. Gologranc, D. R. J. Owen: Finite element modelling of a radial forging process, 2nd Int. Confe-rence on technology of , plasticity, Stuttgart, Avg 24.-28. 1987. 8. Rodič J., K. Habijan, B. Glogovac: Energetska študija za talil-no-livni sklop pilotne proizvodnje, IBE — projekt 8177/42-6 junij 1987. SLOVENSKE ŽELEZARNE METALURŠKI INŠTITUT LJUBLJANA, LEPI POT 6 KAJ JE METALURŠKI INŠTITUT Metalurški inštitut je delovna organizacija v okviru SOZD Slovenske Železarne, po statutu pa je osrednja raziskovalna organizacija vse slovenske metalurgije in livarstva. Inštitut razvija vse aktivnosti, ki so potrebne za raziskovalno delo, torej raziskave osnovnega, razvojnega in uporabnega značaja, pilotno proizvodnjo posebnih materialov, je soizdajatelj strokovnega časopisa, prireja strokovna srečanja in seminarje, dela različne strokovne ad hoc usluge za industrijo s področja kakovosti in uporabe kovinskih materialov, goji stike z raziskovalnimi organizacijami pri nas in v inozemstvu, sodeluje v programih in projektih Raziskovalne skupnosti Slovenije, v projektih usmerjenih v tehnološki razvoj Jugoslavije ter v projektih mednarodnega sodelovanja z zapadno in vzhodno Evropo in ZDA. PROGRAM DELA IN OPREMA Program raziskovalnega dela posega v naslednja področja: razvoj sodobnih masovnih kovinskih materialov in tehnologije njihove izdelave in predelave, razvoj in pilotna proizvodnja posebnih materialov za elektroniko, fizikalno-metalurško in kemijsko-analitsko karakterizacijo materialov, matematično modeliranje in računalniško krmiljenje procesov ter racionalna uporaba energije in surovin v metalurški industriji. Skladno s programom dela ima laboratorije za mikrostrukturne. fizikalne, mehanske preiskave in za analitiko kovinskih materialov ter za pilotno proizvodnjo. Med raziskovalnimi aparaturami najdemo peči za taljenje vseh vrst kovin na zraku in v vakuumu, naprave za predelavo teh kovin v trak, palice in žico, napravo za atomizacijo kovin, optične mikroskope in vrstični (scanning) elektronski mikroskop za mikrostrukturne raziskave, elektronski mikroanalizator, dila-tometer, naprave za preizkušanje kovin s statično in dinamično obremenitvijo pri visokih temperaturah, naprave za termično obdelavo, med njimi najsodobnejšo vakuumsko visokotempera-turno kalilno žarilno peč ter različne sodobne analitske naprave, na primer aparature za atomsko absorbcijsko spektrometrijo in emisijski spektrometer. V teku je dobava naprave za vlivanje amorfnih trakov, ki bo skupaj z napravo za atomizacijo in izostatsko stiskanje. ki jo je inštitut nabavil skupno z inštitutom J. Štefan omogočila laboratorijsko sintezo najsodobnejših kovinskih materialov. Prav v tem letu se bo začel tudi uresničevati projekt pilotne proizvodnje usmerjen v izdelavo palic in žic iz posebnih materialov po tehnologiji računalniško vakuumskega taljenja in kontinuirnega litja. Pogled na vrstični elektronski mikroskop z napravo za elektronsko mikroanalizo in analizo slike Pogled na računalniško krmiljeno vakuumsko žarilnc kalilno peč Kaj prinaša nova tehnologija streljanja dodajnih materialov v jeklarsko prakso Advance Technology in Steelmaking — Injection of Additions B. Koroušič*, A. Šteblaj** UDK: 669.18:669.891:669.046.521 ASM/SLA: D9r, D11r, EGf41, EGr Opisana je nova metoda dodajanja različnih materialov v tekoče jeklo s streljanjem polne aH polnjene žice. Tehnika streljanja direktno v talino ima vrsto prednosti v primerjavi s klasičnimi načini, celo v primerjavi s tehniko vpihovanja materialov v talino. Predstavljena je metoda streljanja — žice v cilju izvajanja kontrolirane desoksida-cije taline v ponvi in zagotavljanja ciljane vsebnosti aluminija, kar je danes osnovni pogoj za uspešno izvajanje ponovčne metalurgije. Modem method of adding different materials by wire injection into molten steel is described. The method has numerous advantages over classic method of addition as well as over the pneumatic injection of povvdered materials. The wire injection method for controlled deoxida-tion in ladle and attainment of prescribed final A/ content of steel vvhich is the main condition for successfull sec-ondary metallurgy operations is described. UVOD Sodobna metoda streljanja ali injektiranja polne ali polnjene žice oziroma profila je našla široko področje aplikacij: od tehnike dezoksidacije, legiranja, razžve-planja in nažveplanja do specialnih tehnik mikrolegira-nja s B, Ti, Zr in dr. Njene osnovne prednosti v primerjavi s klasičnimi metodami so: — visoka prilagodljivost različnim industrijskim napravam z neodvisnim spreminjanjem premera žice in hitrosti dodajanja, — zelo zanesljiv način dodatka in visok izkoristek elementov, — širok spekter dodajnih elementov in spojin, — enostavna in relativno poceni naprava za dodajanje, — idealna enota za avtomatizacijo procesov. Čeprav smo na Metalurškem inštitutu v Ljubljani pričeli akcijo uvajanja te sodobne metode v naše jeklarne že leta 1980, večjega uspeha nismo imeli, predvsem zaradi togosti in ustaljenih navad, katere je zelo težko spremeniti. Prvi prototip polindustrijske naprave, ki je bila izdelana v Železarni Ravne v letu 1983, je dal vzpodbudne rezultate na področju streljanja Al-žice v talino11. Zaradi težav z avtomatiko v industrijskih pogojih so ustavili nadaljevanje začetih poizkusov. Čeprav je bilo še nekaj akcij, da se začeto raziskovalno delo nadaljuje, večjih uspehov ni bilo. INTRODUCTION The modern wire or cored wire additions method has been widely applied for deoxidation, alloying, desulphuri-zation or sulphur alloying, special microalloying vvith B, Ti, Zr, etc. Main advantages of the method as compared to classic met hod s are: — high adaptability to different industrial devices vvith independent changes of wire diameter and feeding rate, — high reliability and recovery of addition, — wide spectra of added materials and compounds, — simple and comparatively cheap device, — ideal unit for process control and automation. Although the vvork on introduction of the method into our steelvvorks started on Metallurgical Institute in 1980 there vvas no significant success mainly because of the well-known inertia of conservative-minded steelmak-ers. First prototype made on semiindustrial scale in Steelvvorks Ravne in 1983 shovved encouraging results in the field of Al-wire addition.". The tests vvere stoped due to difficulties met during development of an auto-mated industrial device. There vvere some initiatives to continue vvith the vvork hovvever, no significant success has been achieved. Only at the end of 1986 first industrial tests on cal-cium wire additions started in Ironvvorks Jesenice. At last the wire addition method has arouse enough inter-est in our steelvvorks so the tests vvith commercial devices have finally started. * sž — Blaženko Koroušič, dr. mag., dipl. inž. met., Metalurški inštitut, Lepi pot 11, 61000 Ljubljana Anton Šteblaj, dipl, inž. met., SŽ — Železarna Jesenice, 64270 Jesenice ' • Originalno publicirano: ZZB 22 (19881 4 Rokopis prejet: avgust 1988 1. DEVELOPMENT OF INJECTION TECHNIOUES FOR ADDITIONS INTO MOL TEN STEEL Modern steelmaking techno/ogy is based on com-bined use of a number of processes vvhich make s it pos-sible to reach optimum results and a high production Šele konec 1986. leta je prišlo v železarni Jesenice do prvih industrijskih poskusov streljanja Ca-žice v talino. Kot kaže, je metoda streljanja žice dokončno postala zanimiva tudi za naše jeklarne, ker trenutno potekajo poizkusi v vseh slovenskih železarnah s komercialno izdelanimi napravami. 1. RAZVOJ TEHNOLOGIJE STRELJANJA DODAJNIH MATERIALOV V TEKOČE JEKLO Sodobna jeklarska tehnologija sloni na kombinaciji več postopkov, kar omogoča optimalno delo in visoko fleksibilnost proizvodnje. Klasični postopki izdelave jekla v enem talilniškem agregatu so v razvitih državah večinoma že zgodovina. Novi kombinirani postopki, kot je tehnološka linija: EOP + VAD + CC ali IC* oziroma EOP 4- AOD 4- CC ali IC so narekovali tudi delno zamenjavo konvencionalnih načinov dodajanja materialov, kot so: manjši dodatki le-gur, dodatki dezoksidantov, posebni dodatki FeB, FeP, FeS itd, ki se pri standardni praksi dodajajo v talino ali curek ob prebodu. Zaradi vse večjih zahtev po večji točnosti zadevanja kemične analize in ožjih toleranc v predpisnih mejah, zlasti kar se tiče posebnih elementov, kot so: Ca, Ti, B, S, Al, N itd., so postale klasične metode dodatkov nezanesljive in neekonomične. Prišlo je do razvoja novih metod dodatka omenjenih materialov v talino, katere lahko razvrstimo v dve veliki skupini: — vpihovanje drobnozrnatih materialov v talino, — streljanje polnjene žice ali profilov direktno v talino (SPŽ — metoda)**. Obe skupini postopkov sta našli hitro uporabo v jeklarski tehnologiji in tudi vsaka od omenjenih metod ima svoje pozitivne in negativne lastnosti. Za SPŽ — metodo kaže, da ima nekaj več prednosti in zato pridobiva številne zagovornike predvsem zaradi enostavnejše in cenejše aparaturne tehnike in nekaterih drugih ugodnosti, o katerih bo govor v naslednjih poglavjih. 2. OSNOVNE ZNAČILNOSTI METODE DIREKTNEGA STRELJAJA ŽICE V TEKOČE JEKLO Naprave za direktno streljanje žice v tekoče jeklo se-stojijo v glavnem iz dveh delov: — gonilni mehanizem z več valjčnicami in enosmernim ali izmeničnim regulacijskim motorjem ter elektronsko regulacijo, — odvijalna naprava, ki ima več variant — boben ali prosto odvijanje žice. Na sliki 1 vidimo tipično izvedbo postavitve naprave v bližini livne jame, s katero se izvaja obdelava taline s SPŽ-napravo. Sodobne naprave za streljanje žice imajo poleg standardne opreme, tj. elektronske nastavitve hitrosti poda- * EOP = električna obločna peč, VAD = vakuumsko-obločno razogljičenje z možnostjo do- grevanja taline, AOD = argonsko kisikovo razogljičenje, CC = kontilitje jekla, IC = litje jekla v ingote. ** S(P)Ž = streljanje (polnjene) žice ali profilov v talino (predlog) flexibility. Classic steelmaking in single metallurgical furnace in deveioped countries mainly belong to the histo-ry. New combined process such as the technological lines EAF-1- VAD+ CC or IC* EAF+AOD+ CC or IC required also a partial change in the addition method in lovv alloying, deoxidation, special additions of FeB, FeP, FeS, etc. vvhich vvere usually carried out at tap-ping. Due to ever increasing demands for higher reliabiiity of achieving prescribed specifications and continuously closing tolerances especially for Ca, Ti, B, S, Al and N the standard method of additions into the stream or ladle became unsuccessfull and unreliable. Newly deveioped addition methods can be divided into the two groups: — pneumatic injection of povvdered material into the melt — direct feeding of vvire or cored vvire into the melt (SPŽ)''. Both the groups have soon find vvide application in steelmaking. Each of the methods mentioned has its ovvn advantages and shortcomings. SPŽ method seems to appear more convincing mainly because of a simple and cheap operation technique and certain other advantages yet to be mentioned. 2. M AIN CHARACTERISTICS OF WIRE INJECTION METHOD Devices for direct vvire injection into molten steel are mainly composed of the two parts: — driving mechanism vvith a number of rollers and DC or AC electromotor vvith eiectronic control and — despooling device of drum type. A typical installation used for SPŽ injection is seen on fig. 1 Modern units for vvire injection beside eiectronic control of feeding rate (0—400 m/min) make it possibie to preset the required length of vvire, to control the vvire end and internat temperature of device. Device operation is very simple and well adapted to the work conditions in smelting shop. The spool brake is flipped off (modern devices are equiped vvith remote controis) and unvvind sufficient length of vvire to reach driving mechanism. The roller adjustment in the begin-ning is set in dependence on vvire diameter and the depth of melt in ladle. During the operation it automati-cally changes to fit eventuai minor changes in vvire or profile diameter. Ali necessary preparation take only few minutes vvhich is very helpful for convincing vvorkers to accept the new technique as a routine method. Recently advanced devices vvith two or thee strand mechanism (ODERMATH STAHLVVERSTECHNIK Gmbh) vvhich enable simultaneous injection of two different materials (e. g. Al vvire and Ca-Si vvire). Special devices can be made on byuers request to suit the user require-ments, of course. ' EAF — Electric Are Furnace VAD — Vacuum Are Decarburisation (vvith additional heating) AOD — Argon Oxygen Decarburisation CC — Continuous Casting IC — Ingot Casting '' SPŽ — Shooting of vvire or cored vvire into melt (proposi-tion). janja žice (0—400 m/min) tudi možnost nastavitve želje-ne dolžine, kontrole konca žice po končani obdelavi, nadzor notranje temperature v napravi itd. Posluževanje naprave je zelo enostavno in prilagojeno pogojem dela v topilnici: Na odvijalnem bobnu sprostimo zavoro (novejše izvedbe npr. nudijo možnost delovanja zavore s komandnega pulta) in s koluta odvijemo zadostno količino žice, da premostimo razdaljo med odvijalnim bobnom in pogonskim delom naprave. Nastavitev valjev je pogojena s premerom žice in globino taline v ponovci, ki se potem avtomatsko prilagaja eventualnim manjšim spremembam profila žice. Pripravo naprave za streljanje žice izvedemo v nekaj minutah, kar je zelo pomembno za pripravljenost ljudi, da uporabljajo tovrstne naprave kot rutinske metode V zadnjem času se razvijajo tudi naprave z dvo- in večžilnim krmilnim mehanizmom (ODERMATH STAHL-VVERKSTECHNIK Gmbh), ki omogočajo istočasno dodajanje dveh različnih materialov (npr. Al-žice in CaSi-žice). Možne so seveda tudi posebne izvedbe, ki se prilagajajo zahtevam kupcev. 3. SPLOŠNO O MATERIALIH ZA STRELJANJE V TEKOČE JEKLO Prvotna ideja o streljanju dodajnih materialov v tekoče jeklo se je porodila iz naravnih omejitev, da imajo številni materiali, katere želimo dodati v talino, neprimerne fizikalne lastnosti za pogoje jeklarskih temperatur: — gostota materiala je ponavadi znatno nižja od jekla, — velika reaktivnost s kisikom in žveplom v talini in žlindri, — visok parni tlak in zato dokaj slab izkoristek dodanega elementa, — cena tovrstnih materialov je zelo visoka in vezana na uvoz, — skladiščenje in manipuliranje ni enostavno in zahteva posebno skrb. Kasneje je na razvoj vplivala tudi potreba po avtomatizaciji procesov in izboljšanju delovnih pogojev v jeklar-nah. Vse skupaj pa je vplivalo na večjo zanesljivost zadevanja ciljanih načrtovanih želenih vrednosti, kot je končna vsebnost Al, uspešnost mikrolegiranja z B, S, Ti, V, uspešnost modifikacije nekovinskih vključkov in dr. 4. DODAJANJE AI-ŽICE V TEKOČE JEKLO (dezoksidacija + legiranje) Osnovni cilj uporabe metode streljanja ali injektiranja aluminijeve žice je transport Al na čim večjo globino v tekoče jeklo, in sicer preden se začne njegova reakcija s kisikom v talini. S tem smo dosegli ključni pogoj, da tekoči Al reagira s kisikom v talini, pri čemer ferostatični tlak in mešanje taline s argonom skrbita, da reakcija poteka v celoti do meje topnosti. Za doseg teh idealnih pogojev moramo zagotoviti nekaj pogojev: — hitrost podajanja žice mora biti prilagojena debelini žice in globini taline v jeklarski ponovci, — ob dodatku Al v talino moramo zagotoviti zadostno mešanje taline s plinskimi mediji, ker na ta način povečujemo homogenost taline in omogočimo lažjo porazdelitev dodanega aluminija. Raziskave hitrega dodajanja Al-žice v tekoče jeklo so pokazale, da se Al-žica, npr. 012 mm, prvih 50—100 ns prevleče z jeklenim plaščem, nato se v naslednjem ča- Slika 1 Postavitev naprave za streljanje žice v bližini livne jame Fig. 1 Typicai instaiiment of wire injection unit in the vicinity of casting pit 3. M A TERIALS FOR INJECTION INTO MOL TEN STEEL The nevv injection methods have been deveioped due to the fact that physical properties of numerous ma-terials used for addition are not suitable for the classic addition method: — density is usually considerably lower than that of steel, — high affinity to oxygen and sulphur in steel and slag — high partial vapor pressure vvhich means low yield of added element, — materials are imported and prices are usuaiiy quit high and — storing and manipuiation is not simple and re-quire special care. Later on the trend for process automation and im-provement of vvorking conditions have also contributed to the overall drive for change. The general resuits obtained are mainiy a higher reli-ability of achieving prescribed specifications such as fina! Al content, successfui microalloying vvith B, S, Ti, V and modification of non-metallic inciusions, etc. 4. INJECTION OFA/ W/RE (Deoxidation+ alloying) The main aim of Al vvire injection is to transport Al to the higher possible depth of melt as quickly as possible to prevent it from reacting vvith oxygen in melt. This is of decisive influence to obtain the reaction of molten Al vvith oxygen dissoived in steel vvhich supported by fer-rostatic pressure and argon mixing proceeds compietely i. e. to the solubility limit. This ideal result can be obtained by satisfying the follovving conditions: STRELJANJE AL-ZICE INJECTION OF AL - WIRE 650 600 550 500 A ^50 A' L 400 K 350 300 250 200 150 100 1 00% __90% 420g/T I \ t STRELJANJE AL-ZICE INJECTION OF AL-VVIRE Porazdelitev Al Distribution Al 0 50 100 150 w200 250 300 350 400 Cas, s Time, s Sljka 2 Izvajanje dezoksidacije v 190-tonski ponovci s streljanjem Al-žice v količini okoli 420 g/t Fig. 2 Deoxidation of a 190 ton heat by 420 g/t At-wir injection sovnem obdobju 100—800 ns Al topi, pri čemer je debelina jeklenega plašča še vedno debela okrog 2 mm. Šele nato se začne taljenje jeklenega plašča in burna reakcija Al z kisikom3'. Na sliki 2 vidimo profil naraščanja Al v talini pri streljanju 420 g Al/t v 190—tonsko ponovco. Ob uporabi kisikove sonde za točno ugotovitev vsebnosti kisika v talini pred pričetkom streljanja Al lahko dosežemo točnost zadevanja Al: 0.05 ± 0.009 % Alk, kar je odvisno tudi od vsebnosti oksidov, zlasti (FeO--l-MnO) v žlindri, in vsebnosti kisika v talini pred streljanjem aluminija. Tipična porazdelitev Al pri izdelavi večjega števila šarž s metodo streljanja Al-žice kaže slika 3. 5. ZAKLJUČKI V članku smo predstavili sodobno metodo, tako imenovano »streljanje« ali »injektiranje« polne ali polnjene žice v tekoče jeklo (SPŽ — metoda). Opisana metoda se uporablja v sodobnih jeklarnah več kot 10 let in je danes nenadomestljiva tehnika za izvajanje kontrolirane dezoksidacije in modifikacije oksidnih nekovinskih vključkov v ponovci pred litjem ali celo v medponovci pri kontolitju jekla. V zadnjih letih se uspešno uporablja tudi za mikro-legiranje jekel, kot so dodatki Ti, B, V, C, N in dr. Naprave za avtomatsko dodajanje polne ali polnjene žice so danes komercialne izvedbe in ločimo dva tipa: >400 A 360-400 1 310-350 P 260 - 300 P 210-250 M 160 - 200 <150 15 20 25 30 Porazdelitev Frequency Slika 3 Porazdelitev aluminijev talini pri uporabi streljanja žice v talino Fig. 3 At distribution obtained by Ai wire injection method — appropriate feeding rate must be used depend-ing on wire diameter and the depth of me/t, — sufficient argon flovv for efficient mixing must be applied during vvire injection in order to ensure the ho-mogenity and easier distribution of added aiuminium. Investigation of aiuminium vvire injection at high feeding rate revelaed that Al vvire of 12 mm diameter is covered vvith soiidified steel during first 50—100 ns. Aiuminium melts during the next 100—800 ns period, how-ever the thickness of soiidified steel layer is about 2 mm31 Only aftervvards steel layer starts to melt and vigo-rous reaction of Al and oxygen dissolved in steel takes plače. Increase in Al content of 190 ton steel melt during 420 g/t Al vvire injection can be seen in fig. 2 By the use of an oxygen probe for the measurement of active oxygen in steel immediately befor the injection it is possible to attain the accuracy of final Al content: 0.05± 0.009 % Aik vvhich depends also on the content of oxides especially (FeO+ MnO) in slag and the oxygen content of steel before the injection. Typical Al distribution obtained by Al vvire injection in a high number of heats can be seen in fig. 3 5. C ON C L US/ONS Modern (SPŽ-method) method of Al-wire or cored vvire injection into molten steel is described. The method has been used in steelvvorks for more than 10 years. To day it is the standard method for controlled deoxidation and modification of non-metailic inciusions in carried out in ladle before casting or even in tundish before continuous casting. Recently it has been successfully used for microailoying of steel vvith Ti. B, V, C, N etc also. Commercial injection devices for add it ion of com-mon or cored wire can be divided into the two groups: a) Devices vvith dri ven dr um vvhich serves as a spool for vvire and b) devices vvith free unvvinding of vvire from the spool interior. a) naprave s pogonom odvijalnega bobna, na katerem je navita žica in b) naprave s prostim odvijanjem žice iz notranjosti koluta. Dosedanje praktične izkušnje z metodo SPŽ so pokazale, da pri kombinaciji s kisikovo sondo, ki določi vsebnost aktivnega kisika, pred dodatkom žice dosežemo učinkovito in reproduktivno dezoksidacijo taline. Točnost zadevanja Al je izredno visoka in znaša standardna napaka na nivoju Al = 0.05 ±0.009 %. SPŽ — metoda je pokazala izredne rezultate tudi pri modifikaciji nekovinskih vključkov s streljanjem žice, polnjene s Ca-zlitinami, zlasti če predhodno uspešno izvedena dezok-sidacija taline in vsebnost žvepla v talini ne presega 100 PPM. Operational experience obtained with the injection method has shovvn that combined vvith the use of oxy-gen probe vvhich determines the active oxygen content of steel before the Al vvire injection the efficient and re-producible deoxidation of steel can be achieved. The accuracy of attaining prescribed final Al content is very high. The standard error at the level of Al= 0.05± 0.009 %. SPŽ method has shovvn extraordi-nary results in modification of nonmetallic inclusions also by the injection of Ca alloy cored-vvire especially in cases vvhere previous deoxidation and desulfuration de-pressed the sulfur content under 100ppm level. LITERATURA/REFERENCES 1. B. Koroušič, A. Rozman, J. Rodič, M. Živic, M. Švajger, V. Rac: Določevanje algoritma za kontrolo vsebnosti Al s kisikovo sondo — II. del, Uporaba stroja za streljanje Al-žice, Poročila Metalurškega inštituta v Ljubljani Ml 83-011, November 1983. 2. Tanaka, S.: Deoxidation practice in continuous casting (alu-minium-vvire feeder system). Ironmaking and Steelmaking, 1977, 6, 350-354 (DK-4649-5) 3. Guthrie, R. I. L., L. Gourtsoyannis, M. Henein: An experimen-tal and mathematical evaluation of shooting methods projec-ting buoyant alloy additions into liquid steel baths, Canad. Met. Quart., 15, 1976, 2, 145-153 (Dk-980227-5) 4. Ebneth, G., A. Diener, W. Pluschkell: Model computations on the injection of an aluminium vvire into a steel melt, Arch. Ei-sen-huttenwes., 49, 1978, 12, 563—568 (DK-984001-5) 5. Hater, M., W. Pluschkell, B. Redenz, H. VVisnevvski: Einstel-lung des Aluminiumgehaltes von Stranggusschmelzen durch Einspulen von Aluminiumdraht, Stahl u. Eisen 98, 1978, 16, 821-824 (DK-981060-5) 6. Schuh, R., G. Spiegel: Formate und Analysen von Desoxida-tions- aluminium, Radex-Rundschau, 1977, 2, 139—147 (DK-4361-5) 7. Kaskentola, P.: Experience en coulee continue de brames calmees a l'aluminium, Revue de Metallurgie — CIT, 1982, 8—9, 741 -748 (DK-984002-5) 8. Morivvaki, S et al: Automatic control of Chiba No. 3 Continuous Casting Plant, Kavvasaki Steel Technical Report, 1982, 5, 47-54 9. Zimmermann, K.-A., R. Bruder, W.-K. Kleffmann, E. Schulz: Das Elektro-Stahlvverk mit Knuppelstranggiessanlage der Thyssen AG in Oberhausen, Stahl u. Eisen, 101, 1981, 11, 23-30 (DK-981407-28) 64270 Jesenice, Cesta železarjev 8, teleks: 34526 ZELJNS, Jugoslavija telefon: (064) 81 231, 81 341, 81 441, telegram: Železarna Jesenice Obdelava jekla s streljanjem oplaščene žice v štorski in ravenski jeklarni Treatment of Steel in Štore and Ravne Steelvvorks by Injection of Cored Wire V. Prešern*, D. Kmetič*, A. Rozman**, P. Bračun**" UDK: 669.18:669.891 ASM/SLA: D9r, ADr, EGf41, EGr Postopek streljanja oplaščene žice, polnjene s CaSi, borom, titanom, žveplom, ogljikom itd. predstavlja nov način izredno natančnega dolegiranja in obdelave jekla s kalcijem v ponovci. Novo tehnologijo smo v začetku 1988 pričeli uvajati v štorsko in ravensko jeklarno, danes pa že predstavlja standardno prakso obdelave jekla v ponvi. Prikazali smo rezultate uvajanja tega postopka v pogledu vsebnosti žvepla, kisika in kalcija, sestave žlindre, čistosti jekla, modifikacije in livnosti. 1. UVOD V slovenskih železarnah imamo že večletne izkušnje pri obdelavi jekla v ponvi z vpihovanjem CaSi. Z uvedbo tega postopka v redno proizvodnjo smo dobili čistejše jeklo z modificiranimi vključki, kar omogoča odlivanje jekla tudi z več kot 0,025 % aluminija na kontinuirni livni napravi za gredice manjših presekov. Pomemben učinek vpihovanja CaSi je tudi odlično razžveplanje, kajti brez posebnih težav dosegamo vsebnosti žvepla, manjše od 0,010%. Najvažnejši razlogi in glavne prednosti uvedbe postopka vpihovanja CaSi so bili12 3: — Obdelava jekla s CaSi omogoča kompletno modifikacijo aluminatnih vključkov v z aluminijem pomirjenih jeklih. S tem je odstranjena nevarnost mašenja izlivkov med litjem na kontinuirnih livnih napravah za gredice z majhnimi preseki. — Kot posledico odličnega razžveplanja, dodatne dezoksidacije, modifikacije vključkov in močnega pre-mešavanja jekla v ponvi, dobimo čistejše jeklo z dobro površino gredic. — Nekatere mehanske lastnosti, kot n. pr. žilavost v prečni in vzdolžni smeri, trdnost in elongacija, se lahko povečajo do 30 %. Ker pa ima postopek vpihovanja CaSi poleg naštetih prednosti tudi nekatere pomanjkljivosti, so v svetu v zadnjih nekaj letih razvili in zelo hitro uvedli v redno proizvodnjo obdelavo jekla s streljanjem CaSi v obliki polnjene žice. * doc. dr. Vasilij Prešern. mag. dipl. ing. met., SŽ Metalurški inštitut Ljubljana, Dimitrij Kmetič, dipl. ing. met., SŽ Metalurški inštitu Ljubljana, ** Alojz Rozman, mag. dipl. ing. met., SŽ Železarna Ravne, "* Peter Bračun, dipl. ing. met., SŽ Železarna Štore Originalno publicirano ZZB 22 (1988) 4 "' Rokopis prejet avgust 1988 Injection of cored wire vvith CaSi, boron, titanium, sulphur, carbon,... is a new method of a very accurate additional alloying and of treatment of steel in ladle vvith calcium. The new technology ivas introduced in Štore and Ravne Steelvvorks in the beginning of 1988, and to-day it is the standard practice of steel treatment in ladle. The reults of the introduction period from the point of sulphur, oxygen, and calcium contents, of slag composi-tion, of steel purity, of modification, and of castability are presented. 1. INTRODUCTION Slovene Ironvvorks have a many-year experience vvith steel treatment in ladle by injection of CaSi. Introduction of this method into regular manufacturing en-abled to obtain purer steel vvith modified inclusions, thus steel vvith even more than 0.025 % aluminium could be continuously čast into billets of smaller cross sections. Essential effect of CaSi injection is also excellent desul-phurisation since sulphur contents belovv 0.010% are achieved vvithout special difficulties. The most important reasons and the basic advantages for the introduction of CaSi injection vvere'-z 3: — Treatment of steel vvith CaSi enables practically complete modification of aluminate inclusions in alumini-um-killed steel. Thus the danger of stoppage of nozzles in the continuous casting equipment for billets of smaller cross sections was removed. — Purer steel vvith good surface of billets is obtained due to excellent desulphurisation, additional de-oxidation, modification of inclusions, and good stirring of melt in the ladle. — Some mechanical properties, e. g. toughness in lateral and transversal direction, strength, and elonga-tion can be increased up to 30 %. Since the CaSi injection metod has also some disad-vantages beside the mentioned advantages, the treatment of steel by the injection of CaSi in form of cored wire was developed in recent years in the world, and it was very rapidly introduced in standard steelmaking. The main reasons for introduction of this method in our steelvvorks vvere: — Treatment by the injection of cored wire is a sim-ple method, and it demands no additional technical knovvledge. Glavni razlogi za uvedbo tega postopka v naše jeklarne so bili: — obdelava s streljanjem žice je enostaven postopek in ne zahteva skoraj nobenega dodatnega tehničnega znanja; — velike količine argona (več kot 1000 l/min), ki jih potrebujemo pri vpihovanju CaSi pogosto povzročijo, da se žlindra odpre, kar povzroča reoksidacijo taline in povečanje vsebnosti dušika; — postopek vpihovanja CaSi je občasno povzročil, da ni bilo mogoče pravilno zadeti vsebnosti aluminija, imeli smo težave s kontrolo temperature, prihajalo pa je tudi do prekinitev procesa vpihovanja zaradi mašenja kopja za vpihovanje; — postopek obdelave jekla s streljanjem oplaščenih žic je mnogo bolj fleksibilen in omogoča tudi zelo natančno dolegiranje oz. dodajanje elementov, kot titana, bora, ogljika, žvepla. 2. OPIS POSKUSOV Tako v Štorah kot na Ravnah so nabavili dvožilno napravo za streljanje oplaščene žice. Polnjena žica je v obliki samonavijalnih kolutov. Preizkusili smo s CaSi polnjeno žico, premera 13 mm in 9 mm. Vsebnost kalcija v CaSi je vedno 30 %. Žico s premerom 9 mm smo streljali v ponev s hitrostjo ca 150 m/min, 13 mm žico pa s hitrostjo ca 75 m/ min. V ravenski jeklarni smo postopek streljanja uvedli pri VAD tehnologiji, ki zagotavlja vsaj 20-minutno premeša-vanje z argonom po zadnjem dodatku aluminija. V štorski jeklarni pa smo istočasno s procesom streljanja žice uvedli tudi premešavanje z argonom skozi kamen na dnu ponve, kar nam bo omogočilo zadostno premešavanje. V naši standardni tehnološki praksi bi morali za uspešen potek postopka obdelave jekla s streljanjem oplaščene žice v ponvi zagotoviti naslednje pogoje4: — dolomitno bazično oblogo, — uspešno dezoksidacijo z aluminijem, — dobro dezoksidirano, bazično, dobro tekočo žlindro z majhno vsebnostjo FeO + MnO (tipične analize žlinder pred streljanjem in po njem so prikazane v tabeli 1), — zadostno količino žlindre v ponvi (v svetu uporabljajo med 6 in 12 kg žlindre na tono jekla). Vsekakor pa je potrebno zagotoviti pravilno sestavo in količino žlindre v ponvi tudi zaradi naslednjih razlogov56- — Great amount of argon (over 1000 l/min) needed in injection of CaSi powder often causes the siag "open-ing", and thous the melt is reoxidized and nitrogen content is increased. — Injection of CaSi powder sometimes caused that the correct aluminium content could not be achieved, there vvere difficulties in temperature control, and the injection ivas periodicaiiy interrupted due to stoppage of the injection lance. — Steel treatment by injection of cored wire is much more flexible process vvhich also enables a very accurate additional alloying or adding titanium, boron, carbon, sulphur. 2. DESCRIPTION OF EXPERIMENTS In Štore and in Ravne steelvvorks twin-wire feeder vvas purchased. The cored vvire is in form of self-winding coils, and CaSi cored vvire, 9 and 13 mm in diameter, vvas tested. Calcium content in CaSi vvas always 30 %. 9 mm thick vvire vvas injected into ladle vvith around 150 m/min, and 13 mm vvire vvith around 75 m/min. In Ravne steelvvorks the injection process vvas intro-duced in the VAD technoiogy vvhich enables at least a 20 minute stirring vvith argon after fina! addition of aluminium. In Štore steelvvorks the cored vvire injection vvas in-troduced together vvith the argon stirring through a po-rous plate on bottom of ladle vvhich will enable sufficient stirring. In our standard technological practice the follovving conditions must be achieved for a successful treatment of steel vvith the injection of cored vvire into ladle1: — dolomitic basic lining, — successful deoxidation by aluminium, — well deoxidized, basic, easily flovvable slag vvith low FeO-MnO contents (typicai siag analyses before and after the injection are given in Table 1), — sufficient amount of slag in ladle (6 to 12 kg slag per ton steel are appiied in the vvorid). Anyhow, the correct composition and the amount of siag in ladle must be achieved also due to the follovving reasons5 6: — to create the possibiiity of binding the products of deoxidation and desulphurisation reactions, — to avoid the reoxidation of steel vvith atmosphere air, — to avoid uncontrolled reactions betvveen siag and steel. Tabela 1: Tipična sestava žlinder pred in po streljanju oplaščene žice s CaSi CaO % MgO % Si02 % Al203 % FeO % MnO % CaF2 % Jeklarna pred 46 16 16 12 2 1 7 Štore po 50 16 15 12,5 1 0,5 5 Jeklarna pred 52,5 10 15 12 1,5 1 8 Ravne po 53 10 14,5 13 1 0,5 8 Tabiel: Typical composition of siags before and after the injection of CaSi cored vvire CaO % MgO % Si02 % Al203 % FeO % MnO % CaF2 % Štore Before 46 16 16 12 2 1 7 Steelvvorks After 50 16 15 12,5 1 0,5 5 Ravne Before 52,5 10 15 12 1,5 1 8 Steelvvorks After 53 10 14,5 13 1 0,5 8 — da ustvarimo možnost vezave produktov reakcij dezoksidacije in razžveplanja, — da preprečimo reoksidacijo jekla iz atmosfere, — da preprečimo nekontrolirane reakcije med žlindro in jeklom. 3. METALURŠKI REZULTATI 3.1. Kalcij Osnovna naloga kalcija pri obdelavi jekel, pomirjenih z aluminijem, je modifikacija čistih trdnih aluminatnih vključkov v tekoče kompleksne vključke, vrste CaO-Al203. Vsebnost kalcija v jeklu mora biti tolikšna, da je razmerje kalcij:aluminij večje kot 0,147 8, ko pride do modifikacije v željeno obliko kompleksnih vključkov s tališčem pod temperaturami litja jekel. Da pa v glavnem dobimo takšno razmerje, je potrebno poznati izkoristek kalcija pri streljanju oplaščene žice. Ugotovili smo, da je bil izkoristek pri opazovanih talinah med 15 in 25 % in je večji in v ožjih mejah trošenja, kot je pri obdelavi jekla z vpihovanjem drobnozrnatega CaSi. Primerjava izkoristkov kalcija pri treh različnih metodah, ki smo jih uporabljali v slovenskih železarnah, je razvidna s slike 1; razmerje med kalcijem in aluminijem pri opazovanih talinah pa prikazuje slika 2. Izkoristki kalcija se zelo dobro ujemajo tudi s podatki iz drugih jeklarn po svetu7 9 1011. Količina kalcija je v osnovi odvisna od količine dodane žice in dokazali smo, da lahko v naših pogojih pričakujemo optimalne rezultate pri naslednjih količinah dodane žice polnjene s CaSi: — ogljik <0,25% — 0,25 %< ogljik <0,40% — ogljik <0,40% Razdelitev vsebnosti aluminija in kalcija za nekatere poskusne taline prikazujeta sliki 3 in 4. 0,7 do 0,9 kg CaSi/t 0,7 kg CaSi/t 0,4 do 0,6 kg CaSi/t 100 80 60 CL o o 40 20 c5 <3 cn o o o m o ^f cn o) o o o ° in N N U- i o -O CSI I □ D □ ■ OOO aS XXX CaSi- CaFe I injeetion tog Ca Si -cored wire vpihovanje oplaščena žica Slika 1 Primerjava izkoristkov kalcija pri vpihovanju CaSi, uporabi Ca-Fe-logov in streljanju oplaščene žice s CaSi Fi9■ 1 L-ompanson of calcium yields in injeetion of powdered CaSi, in app!ying CaFe iogs, and in injeetion of CaSi cored wire 3. METALLURGICAL RESULTS 3. 1. Calcium Basic task of calcium in the treatment of aluminium-killed steel is the modification of pure solid aluminate in-clusions into liquid complex inclusions of CaO-AI203 type. Calcium content in steel must be sueh that Ca/Si ra-tio is greater than 0.147 8 when modification into desired form of complex inclusions vvith melting points belovv the casting temperature of steel is achieved. In order to achieve sueh a rafio, it is necessary to know the yield of calcium in the injeetion of cored wire. It vvas found that the yield in tested melts varied betvveen 15 and 25 %, and it is higher and in narrovver limits than in the treatment of steel by the injeetion of fine grained CaSi. Comparison of calcium yields by three different methods being applied in Slovene lronworks is shovvn in Fig. 1, and Ca/Si ratio in the investigated melts in Fig. 2. Calcium yields are in a very good agreement vvith the dafa of some other steel plant s in the vvorld7 9 " The amount of calcium itself depends on the amount ofadded wire, and it vvas proved that the optimal results can be expected for our condifions at the follovving amount s of added CaSi cored wire: — carbon <0.25% : 0.7 to 0.9 kg CaSi/t — 0.25 %< carbon< 0.40 %: 0.7kg CaSi/t — carbon> 0.40 % : 0.4 to 0.6kg CaSi/t. iT) -i-j - I LO o' tO Osi O Csl O (N m o" i CNJ- o" CO CO o A Slika 2 Razmerje med kalcijem in aluminijem v poskusnih talinah Fig. 2 Caicium/aiuminium ratio in tested melts 40 30 U) >> ■t O) l/> =J O CT O) a> o i- CL LL 20 10 SŽ-Železarna Štore STEELVVORKS ŠTORE Altot m tNl Osi Ca aO r-m <%i — O o CD o o O" \£> O O' I O o o 0 o' 1 o o o o" v in o o o' i lO o o o o m o o o" o o o m ir> (2 Nf o o o' o 0 o- 1 m o o o' co o o o" A Slika 3: Vsebnosti aluminija in kalcija v poskusnih talinah v štorski je-klarni Fig. 3 Aiuminium and caicium contents in tested meits in Štore steei-works 3.2 Kisik Ker je končna vsebnost kisika v jeklu eden od najvažnejših kazalcev kvalitete jekla, smo analizirali spreminjanje vsebnosti kisika od streljanja žice s CaSi do končne vsebnosti v izvaljanem jeklu. Že kar v uvodu lahko postavimo važno ugotovitev, da so rezultati poskusov jasno pokazali, da je bolj kot sam vpliv kalcija in aluminija za vsebnost kisika v jeklu odločilno premešavanje z argonom in sestava žlindre v ponvi. Taline, ki naj bi po termodinamičnih zakonitostih imele več kisika, pa so bile dovolj prepihane z argonom pod ustrezno žlindro, so imele bistveno manjše končne vsebnosti kisika od neprepihanih talin. Razdelitev skupnega končnega kisika v poskusnih talinah prikazujemo v tabeli 2. 40 S- 30 tn > o u C C tn a> D 20 o Cr O) 0> o Q_ t— LL 10 SŽ-Železarna Ravne STEELVVORKS RAVNE Al tot O ro Ca m « ^ - ki 0.0071 Ravne (20 talin) Delež 30 65 5 0 štore (50 talin) Delež 10 46 40 4 Table 2: Distribution of total final oxygen in tested meits treated by the injection of CaSi cored wire Otot, % <0.0030 0.0031—0.0050 0.0051-0.0070 >0.0071 Ravne (20 meits) Portion 30 65 5 0 Štore (50 meits) Portion 10 46 40 4 40 30 20 10 o O) o CL Nadušičenje - Nitrogen pick-up II11II CaSi-cored wire (average 7.5 ppm) I I CaSi-gas injection (average 15.5ppm) mTI CaSi-oplaščena žica (-75 ppm) I I CaSi plinsko vpihovanje 15.5ppm) e a. CL o 6 a. CL ir> e CL CL O e CL Slika 5 Primerjava nadušičenja zaradi vpihovanja CaSi in streljanja oplaščene žice s CaSi Fig. 5 Comparison of nitrogen pick-up in injection of powdery CaSi and CaSi cored wire Ustvarjanje pogojev za dovolj majhne končne vsebnosti kisika je nujna naloga, saj trdijo1213, da lahko zadostno čistost jekla pričakujemo le, ko je skupna vsebnost kisika manjša od 0.0050 ali celo 0.0040 %. 3.3 Dušik Povprečne vsebnosti dušika v jeklu iz naših elektroo-bločnih peči so 70 do 100 ppm. Pri obdelavi jekla v ponvi pa pride do povečanja vsebnosti dušika v jeklu. Z meritvami v različnih fazah tehnološkega postopka smo potrdili, da se vsebnosti dušika povečajo. Izdelali smo primerjavo povečanja vsebnosti dušika med talinami, obdelanimi s streljanjem žice, polnjene s CaSi, in z vpihovanjem CaSi, kar prikazuje slika 5. Pri vpihovanju CaSi pogosto prihaja do povečanja vsebnosti dušika za 20 in več ppm, povprečno povečanje večjega števila talin pa je bilo 15,5 ppm. Rezultati obdelave s streljanjem žice pa kažejo, da je povečanje vsebnosti dušika za polovico manjše. Razlog je, da prihaja pri streljanju žice le poredko do odpiranja površine žlindre oz. jekla v ponvi, ker uporabljamo bistveno manjše količine argona kot pri vpihovanju in je reakcija mnogo mirnejša. 3.4 Žveplo Znano je, da postopka streljanja žice s CaSi ne uporabljamo za razžvepljanje. Pri poskusnih talinah z optimalnimi količinami uporabljene žice so bile stopnje raz-žveplanja med streljanjem dejansko majhne (do 15 %). Ze v uvodu smo omenili, da lahko pride pri obdelavi jekla z večjo vsebnostjo žvepla (nad 0.020 %) do tvorbe čistih vključkov, vrste CaS, ki imajo visoko tališče in lahko povzročajo mašenje izlivkov, podobno kot čisti alumi-natni vključki. Eden od pogojev za uspešno obdelavo s Distribution of totai finai oxygen in tested meits is shovvn in Table 2 Creating the conditions to achieve sufficientiy low finai oxygen contents is an urgent task, since it is ciaimed12 13 that a sufficient purity of steel can be ex-pected tvhen totai oxygen content is below 0.0050 or even 0.0040 %. 3.3. Nitrogen Average nitrogen contents in steel from our electric are furnaces vary betvveen 70 and 100 ppm. During steel treatment in ladle nitrogen content in steel is inereased. Measurements of nitrogen content in various stages of technological process confirmed this. A comparison of the inerease of nitrogen content betvveen the meits vvhich vvere treated by the injection of CaSi core wire and by the injection of povvdered CaSi vvas made. and it is presented in Fig. 5. When powdery CaSi is injeeted the nitrogen contents often inerease for 20 or more ppm. The mean value for a greater number of tested meits vvas 15.5 ppm. The results of treatment by the injection of cored wire show that the nitrogen content is inereased for haif of previ-ous values. The reason is that injection of vvire only seldom causes "the opening" of slag layer in ladle since smaller amounts of argon are applied than in the injection of povvder, and the reaction is much more smooth. 3.4. Sulphur It is knovvn that the injection of CaSi cored vvire is not appiied as a desuiphurisation method. In tested meits vvith the optimai amounts of applied vvire, the desuiphurisation during injection vvas virtuaily iow (up to 15 %). It vvas mentioned aiready in the introduetion that pure CaS inciusions vvith high melting point can be formed in treatment of steel vvith higher sulphur content (over 0.020 %), and they can cause stoppage of nozzies like pure aluminate inciusions. One of the conditions for successful treatment by the injection of cored vvire is sufficient preceeding desuiphurisation. Aiso steel vvith sulphur contents over 0.020 % vvas treated by the injection of CaSi cored vvire, but accurate metallographic investigations did not reveal pure CaS inciusions. Thus we are of opinion that the obtained results confirm (aiso in agreement vvith some refe-rences7 1B> that the permitted interval of sulphur content at a suitabie amount of aluminium and calcium is vvider than theoretically supposed9 20. 3.5. Yield of Elements in Cored Wire The yieid of calcium vvhich vvas added in form of CaSi cored vvire, and the yield in the injection of fine grained CaSi vvas already discussed. Thus some data on yields of boron and titanium vvhich vvere added in form of cored vvire in Štore and in Ravne Steeivvork vvill be ex-piained here. FeTi and FeB cored vvires vvere tested. FeTi vvire had 13 mm diameter and it contained 72 % titanium and 4.5 % aiuminium, vvhiie FeB vvire had 9 mm diameter and it contained 12 % boron. Both vvires vvere tested in combination vvith the injection of CaSi cored vvire and just here the extraordinary flexibility and suitabiiity of the injection equipment vvith two drives and guides vvas proved. As mentioned, the streljanjem žice zato je, da zagotovimo zadostno predhodno razžveplanje. S streljanjem oplaščene žice s CaSi smo obdelali tudi jekla z vsebnostmi žvepla nad 0,020 %, vendar kljub natančnim metalografskim preiskavam čistih CaS vključkov nismo zasledili. Zato menimo, da dobljeni rezultati potrjujejo (tudi v soglasju z delom literature7 1S), da je dovoljeno območje vsebnosti žvepla pri primerni količini aluminija in kalcija širše, kot ga navajajo teoretične predpostavke9 20. 3.5 Izkoristki elementov v oplaščeni žici O izkoristku kalcija, dodanega v obliki CaSi v žici, in o primerjavi z izkoristkom pri vpihovanju drobnozrnatega CaSi smo že govorili, na tem mestu pa bomo podali nekatere podatke o izkoristkih bora in titana, ki smo ju v obliki polnjene žice preizkusili tako v štorski kot ravenski jeklarni. Preizkusili smo s FeTi in FeB polnjene žice (FeTi z 72 % titana in 4,5 % aluminija ter premerom 13 mm, FeB z 12 % bora in premerom žice 9 mm). Obe vrsti žice smo preizkušali v kombinaciji s streljanjem žice s CaSi in prav tu se je pokazala izredna fleksibilnost in pripravnost naprave za streljanje z dvema pogonoma in vodiloma. Kot že rečeno, je namen titana predvsem v vezavi dušika, bor v obliki karbida pa pomaga doseči željeno območje zanesljive prekaljivosti. Izračunani izkoristki tako titana kot bora so odlični in v zelo ozkih mejah trošenja in jih prikazujemo v tabeli 3. Tabela 3: Izplen elementov pri dodajanju v oplaščeni žici Element Analitično območje določevanja, (%) Poprečen izplen, (%) 5 Dezoksidacijska praksa titan 0.010 —0,050 90 5 Si + AI bor 0.0015-0.0030 85 5 Si + Al + Ti kalcij 0.0010-0.0060 15-25 Si + AI 3.6 Livnost Že dolgo vemo, da je livnost večine jekel, pomirjenih z aluminijem (posebno pri postopku kontinuirnega uliva-nja gredic manjših dimenzij), največkrat močno zmanjšana zaradi trdnih aluminatnih vključkov, ki se nabirajo na izlivkih14. Do hitrega mašenja manjših izlivkov pride že pri vsebnostih aluminja nad 0,010 %. Velika notranja medfazna energija aluminatnih vključkov v jeklu je tista pogonska sila, da se aluminatni delci lepijo na stene iz ognje-varnega materiala in med seboj. Takšne težave pri odlivanju jekel smo uspešno rešili z uvedbo postopka vpihovanja drobnozrnatega CaSi z argonom. Vendar pa je od časa do časa še prihajalo do težav pri odlivanju, predvsem zaradi večkrat nezanesljivega zadevanja vsebnosti aluminija in pa, kot že omenjeno, zaradi prekinitve postopka vpihovanja zaradi zamašitve kopja za vpihovanje. Z uvedbo postopka streljanja oplaščene žice s CaSi smo gotovo naredili tehnološki korak naprej. Ne samo, da pri vseh dosedanjih poskusih nismo imeli tehničnih problemov in smo dejansko vedno lahko v jeklo dodali željeno količino CaSi, mnogo lažji in enostavnejši ter veliko bolj kontroliran je celotni postopek. Poleg tega pa imamo še novo možnost izredno natančnega dodajanja poljubnih količin ostalih materialov. aim of titanium addition is binding of nitrogen, while bor-on in form of carbide enabies to achieve the desired re-gion of hardenability band. Calcuiated yieids of titanium and of boron are excel-ient and in very narrow iimits of dissipation, and they are shown in Table 3. Table 3: Yield of elements added vvith cored vvire Element Analytical region of determination (%) Mean yield (%) 5 Deoxidation practice Titanium 0.010 -0,050 90 5 Si + AI Boron 0.0015-0.0030 85 5 Si + AI 4-Ti Calcium 0.0010—0.0060 15-25 Si + AI 3.6. Castability It is knovvn for a long time that the castability of most aluminium killed steel (especially for continuous casting of billets vvith small cross section) is often highly reduced due to solid aluminate inclusions vvhich pile in nozzles'4. Smaller nozzles are rapidly stopped already at aluminium contents over 0.010%. High interna/ inter-phase energy of aluminate inclusions in steel is the driv-ing force for sticking of aluminate particles on the refrac-tory vvalls and to each other. Such problems in steel casting vvere successfully solved by the introduction of the injection of fine grained CaSi vvith argon. But difficulties in casting appear from time to time mainly due to uncertainty in achieving the aluminium content or, as also mentioned before, due to in-terruption of the process vvhen the injection lance is stopped. Introduction of the injection of CaSi cored vvire means certainly a technological step forvvard. Not only that in ali tests so far no technical problems appeared and that always the desired amount of CaSi could be added into steel, the overall method is much easier and more simple and much more easily controllable. Be-sides, there is stili a new possibility for a very accurate adding of optional amount of other materials. 4. METALLOGRAPHIC INVESTIGATIONS The basic finding of metallographic investigations of steel melts being treated by the injection of cored vvire vvas that a suitable amount of vvire assures the modifica-tion of aluminate inclusions and thus sufficiently pure steel. Typical composition of an oxide inclusion can be re-presented by xCa0-yAI203-CaS and examples of such inclusions in some melts are given in Figs. 6 and 7. The inclusion contained 25 % calcium and 35 % aluminium. Steel purity determined by the K4 method is presented in Fig. 4. It is evident that suitable shape of inclusions>■,a 17 enabled to obtain purer steel. Table 4: Steel purity determined by the K 4 method Portion of melts, % Way of treatment K 4<5 K 4< 15 K 4<30 Untreated 0 50 85 Treated by injection of CaSi cored vvire 25 70 100 At a certain aluminium content in steel, there exists theoretically a critical sulphur content above vvhich for- 4. METALOGRAFSKE PREISKAVE Osnovna ugotovitev metalografskih raziskav jekel, obdelanih s streljanjem oplaščene žice, je, da smo s primerno količino žice zagotovili modifikacijo aluminatnih vključkov in dovolj čisto jeklo. Tipična sestava oksidnega vključka je x.CaO-y.AI2o3-CaS in primeri takih vključkov v nekaterih talinah so prikazani na slikah 6, 7 a in 7 b, kjer smo v vključku določili 25 % kalcija in 35 % aluminija. Čistost jekla po metodi K4 prikazujemo v tabeli 4. Ravidno je, da smo dobili čistejše jeklo s primerno obliko vključkov'5 ,6' Tabela 4: Čistost jekla po metodi K 4 Način obdelave Delež talin, /o K 4<5 K 4< 15 K 4<30 Neobdelane 0 50 85 Streljanje žice s CaSi 25 70 100 Pri določeni vsebnosti aluminija v jeklu obstaja teoretično neka kritična vsebnost žvepla, nad katero lahko pričakujemo tvorbo CaS. Istočasno pa je v jeklu potrebna določena količina kalcija za zagotovitev popolne modifikacije čistih trdnih aluminatnih vključkov. Kot pa že rečeno, so naše raziskave potrdile, da gre za širše dovoljeno območje vsebnosti aluminija, žvepla in kalcija. Čistih vključkov vrste CaS nismo zasledili, do- Nr. 19104 Slika 6 Tipičen izgled in sestava modificiranega vključka Fig. 6 iypical appearance and composition of modified inclusion Slika 7 a) Izgled modificiranega vključka b) Kvantitativna analiza tega vključka Fig. 7 a) Appearance of modified inclusion b) Ouantitative analysis of this inclusion Nr. 19104 Č.1431 oplaščena žica: corea-wire: 1,00 kg Ca S i/t SŽ-Žel. Štore Steelworks Štore C - 0,34 7<> Si - 0,19% Altot" 0,022 °/o S - 0,016% Mn - 0,70% Ca-0,0019% 02-0,0051% N2- 0,0110% Slika 8 Izgled in sestava modificiranega vključka vrste CaO-CaS-MnS Fig. 8 Appearance and composition of CaO-CaS-MnS modified inciusion C - 0,20 7„ S-0.0207. Si - 0,26 7. Altot- 0,023 7o Mn - 1,0 3 7o Ca-0,0033 7. 0 -0,00367» N - 0.0112 7. Nr. 24262 Č. 4721 (ECMO100-Ž.R.) (20Cr Mo 5-DIN) CW.: 0,49 kg Ca Si/t SŽ.-Žel. Ravne Steelworks Ravne kazali pa smo prisotnost kompleksnih vključkov vrste CaS-MnS (slika 8), ki pa verjetno ne povzročajo težav pri litju. 5. OCENA STROŠKOV Za ocenitev tehnologije streljanja oplaščene žice je potrebna tudi groba ocenitev stroškov takega postopka in primerjava postopka streljanja oplaščene žice s postopki vpihovanja drobnozrnatega CaSi. Moderna naprava za vpihovanje stane danes približno 10-krat toliko kot naprava za streljanje žice z dvema žilama. Seštevek in pregled nekaterih najpomembnejših operativnih stroškov in primerjavo teh stroškov med obema postopkoma dodajanja CaSi podajamo v tabeli 5. Podatke v razpredelnici smo dobili na osnovi naslednjih ocen stroškov: — CaSi prah za vpihovanje : ca 3 DM/tono — CaSi v oplaščeni žici : ca 9 DM/tono — Električna energija : 0,08 DM/kWh — Argon 4 DM/m3 Računali smo, da je povprečna poraba CaSi pri oplaščeni žici 0,7 kg/tono, pri vpihovanju CaSi pa 2,0 kg/ tono. Ocenjeni stroški pri uporabi CaSi v obliki polnjene žice so 10,4 DM/tono in 15,0 DM/tono pri vpihovanju CaSi. Ugotovimo lahko, da je minimalno zmanjšanje stroškov pri prehodu na obdelavo jekla s streljanjem oplaščene žice 4,6 DM/tono jekla, kar se dobro ujema tudi s podatki iz tujih jeklarn7 21. mation of CaS can be expected. Simuitaneousiy steel must contain a certain amount of calcium in order to achieve complete modification of pure solid aiuminate inciusions. As already mentioned, our investigations confirmed that permitted intervals of aluminium, sulphur, and calcium contents are wider. Pure CaS inciusions vvere not found, but presence of complex CaS-MnS inciusions (Fig. 8) vvas confirmed, though they probably do not cause difficulties in casting. 5. ESTIMATION OF COSTS In order to evaluate completeiy the technoiogy of injection of cored vvire, also a rough estimate of costs of such a method and a comparison of costs betvveen the injection of cored vvire and the injection of fine grained CaSi are needed. Modern injection equipment for gas injection costs ten times more than a twin-wire feeder equipment for cored vvire. The sum and revievv of some most important operational costs and comparison of these costs for the tvvo methods are given in Table 5 Data in the table vvere obtained from the estimates of the follovving costs: — CaSi povvder for injection : around 3 DEM/t — CaSi in cored vvire : around 9 DEM/t — electric povver : 0.08 DEM/kWh — argon : 4 DEM/ni3 We have assumed that mean CaSi consumption for cored vvire is 0.7kg/t steel vvhile in injection of powdery CaSi it is 2.0 kg/t. Tabela 5: Primerjava stroškov med vpihovanjem CaSi in streljanjem oplaščene žice s CaSi (Ocenjeni stroški v aprilu 1988 v DM na tono jekla pri letni obdelavi 50.000 ton jekla s CaSi) Vrsta stroška Vpihovanje CaSi Oplaščena žica Investicija v opremo 2 0.2 Vzdrževanje 1.5 0,5 Ognjevzdržna obzidava 3 3 Kopje (monolitno) 2 0 Argon 0.1 (500 l/min) 0 Energija za toplotne izgube 0.4 (+10 K) (prihranek 5 kWh/t) Delo 0.4 0.4 CaSi potreben za obdelavo (kg/t) (2.0) (0.7) Cena CaSi 5.6 6.3 Skupno 15.0 10.4 Obdelava z oplaščeno žico Obdelava z vpihovanjem 10.4 DM/t 15.0 DM/t 6. ZAKLJUČKI Po nekajmesečnem delovanju novega postopka streljanja oplaščene žice s CaSi (pa tudi borom, titanom) v štorski in ravenski jeklarni lahko ugotovimo, da s tem postopkom uspešno nadomestimo postopek vpihovanja drobnozrnatega CaSi pri izdelavi in odlivanju z aluminijem pomirjenih jekel. S primerno tehnologijo lahko izdelamo in na kontinu-irni napravi za gredice manjših dimenzij odlijemo dovolj čisto jeklo z majhno vsebnostjo kisika in primerno sestavo ter obliko nekovinskih vključkov. Najvažnejše in najbolj pomembne prednosti postopka streljanja oplaščene žice s CaSi in prednosti tega postopka v primerjavi z vpihovanjem CaSi so: — zaradi mnogo mirnejše reakcije je manjše povečanje vsebnosti dušika, vodika in tudi kisika, mnogo manjša je emisija plinov med reakcijo, — izkoristek kalcija je pri streljanju žice bistveno boljši in v primerjavi z vpihovanjem je poraba CaSi skoraj 3-krat manjša; — v primerjavi s klasično tehnologijo je neprimerno boljši in v ožjih mejah trošenja tudi izkoristek ostalih elementov, ki jih dodajamo v polnjeni žici; — manjše so toplotne izgube: običajno pade temperatura jekla med obdelavo s streljanjem žice le ca 10 K, kar je bistveno manj od skoraj 30 K pri postopku vpihovanja; — dana je možnost skoraj idealnega dolegiranja oziroma natančnega zadevanja vsebnosti nekaterih elementov, kot n. pr. aluminija, bora, titana, ogljika, žvepla, ■..; — z upoštevanjem optimalne tehnologije dosežemo kompletno modifikacijo aluminatnih vključkov v okrogle, kompleksne vključke z nizkimi temperaturami tališč, ki ne povzročajo težav pri odlivanju z aluminijem pomirjenih jekel; — investicijski in operativni stroški so pri postopku streljanja oplaščene žice manjši v primerjavi s postopkom vpihovanja. Estimated costs in appiying CaSi in form of cored wire are 10.4 DEM/f, whiie in injection of powdery CaSi they are 15.0 DEM/f. It can be stated that minimal reduction of costs is 4.6 DEM/t steel if injection of cored wire is apptied, which is in a good agreement with the data of foreign steel plants7 21. Table 5: Comparison of costs betvveen the injection of pow-dered CaSi and the injection of CaSi cored wire (Estimated costs in April 1988 in DEM/ton steel for annual treatment of 50,0001 steel vvith CaSi) Cost Povvdered CaSi Cored vvire Investment into equipment 2 0.2 Maintenance 1.5 0,5 Refractory lining 3 3 Lance (monolithic) 2 0 Argon 0.1(500 l/min) 0 Energy for heat losses 0.4 ( + 10 K) (Savings 5 kWh/t) Labour 0.4 0.4 CaSi for treatment (kg/t) (2.0) (0.7) Cost of povvder 5.6 6.3 Total 15.0 10.4 Treatment with cored vvire Tretment by povvdered CaSi 10.4 DM/t 15.0 DM/t 6. CONCLUSIONS A few-months operation of the injection of CaSi (and also boron, and titanium) cored vvire in Štore and Ravne Steelvvorks confirmed that his method can successfully substitute the injection of fine grained CaSi in manufacturing and casting aluminium killed steel. Applying a suitable technology enables to make and continuously čast into billets of smaller cross section a sufficiently pure steel vvith low oxygen content, and suitable composition and shape of non-metailic inclusions. The most important advantages of the injection of CaSi cored vvire, also in comparison vvith the injection of povvdered CaSi are: — due to much smoother reaction the increase of nitrogen, hydrogen, and also oxygen contents is smaller, and much smaller is also the emission of gases during the reaction, — calcium yield is in injection of cored vvire essentially better, and compared vvith the injection of povvdered CaSi the CaSi consumption is nearly 3 times lovver, — compared vvith the standard technology this method is essentially better since yield of other elements added vvith cored vvire is in narrovver limits of dis-sipation, — heat losses are lovver: usually temperature drop of steel melt in treatment by the injection of cored vvire is only about 10 K, vvhich is essentially less than 30 K in the injection of povvdered CaSi, — the possibility of nearly ideal additional alloying or achieving accurate contents of some elements as aluminium, boron, titanium, carbon, sulphur, etc. is given, — applying the optimal technology gives the com-plete modification of aluminate inclusions into sphero-idal, complex inclusions vvith low melting points vvhich do not cause difficuities in casting aluminium killed steel, — investment and operational costs for the injection of cored vvire are lovver than those for the injection of povvdered CaSi. LITERATURA/ REFERENCES 1. Prešern V., P. Bračun: Continuous Casting '85, London, 22—24 May 1985, Paper 6. 2. Prešern V., J. Arh, P. Bračun, S. Paridaens, P. Verschueren: SCANINJECT IV, Lulea, Sweden, June 11 — 13, 1986, P3. 3. Prešern V., J. Arh, P Bračun, A.Rozman: Inter. Conf. Se-condary Metallurgy, Aachen, (W. Germany), September 21 -23, 1987, p. 350-359. 4. Guessier A. L., V. Vachiery, J. L. Tranchant, R. Szezesny: Iron and Steel Ingineer, Oct. 1983. 5. Holappa L. E.: SCANINJECT II, Lulea, Svveden, June 1980. 6. Carlsson G., T. Lehner: Radex-Rundschau, 1981, 1/2, 374-379, 7. Turkdogan E. T.: INTERNATIONAL CALCIUM TREATMENT SYMPOSIUM, 30 June 1988, University of Strathchlyde, Glasgow, Paper 2. 8. Faries F., P. C. Gibbins, C. Graham: Ironmaking and Steel-making, 13, 1986, 13, 1, 26-31. 9. Faulring G. M., J. W. Farrell, D. C. Hilty: Ironmaker and Ste-elmaker, 7. 10. Guessier A., P. Boussard, F. Pellicani, A. Thomas: Revue de Metallurgie-CIT, 1984, 8-9, 641-649. 11. TolnayL., S. Varga: 2nd European Electric Steel Conference, Florence, September 29—October 1, 1986. 12. Robinson J. W.: SCANINJECT IV, June 11 — 13, 1986, Lulea, Sweden. 13 UtaiseK., Y. Muraishi, K. Shigematsu: INTERNATIONAL CALCIUM TREATMENT SYMPOSIUM, 30 June 1988, Uni-versity of Strathchlyde, Glasgovv, Paper 13. 14. Jeanneau M., M. Poupon: Revoue de Metallurgie, 1981, 6, 517-524. 15. Tahtinen M.: Modern Developments in Steelmaking, Paper 7, February 16—18, 1981, Jamshedpur, India. 16. Saxena S. K., H. Sandberg, T. VVeldenstrom, A. Persson, S. Steensen: Scandinavian Journal of Metallurgy, 7, 1978, 3, 126-133. 17. Pellicani F., F.Villette, J. Dubois: SCANINJECT IV, Paper 29, June 11 — 13,1986, Lulea, Svveden. 18. Bourguignon J. R,, J. M. Dixmier, J. M. Henry: Continuous Casting '85, Paper 7, London, May 22—24,1985. 19. Riboud P., C. Gatellier: Secondary Steelmaking Conference, London, October 1984, p. 7. 1—7. 8. 20. Leroy F.: Revue de Metallurgie-CIT, 1985, 12, 887—897. 21. Jung H. P., Kremer K. J., SpitzerH., Voge H., HentrichR.: Stahl und Eisen 104, 1984, 4, 197—204. 22. Fiege L., Gorges H.: Techn. Mitt. Krupp VVerksberichte, 43, 1985, 2. 57-66. 23. Guessier A.: AFFIVAL cored vvire brochure No. 2830, October 1982. Platiranje orodnih jekel na konstrukcijska jekla Plating Tool Steel on Structural Steel D. Kmetič*, J. Gnamuš**, F. Vodopivec*, B. Ralič* I/ Železarni Ravne uspešno platirajo z vročim valjanjem orodna jekla na nosilno konstrukcijsko jeklo. Za nekatere pare jekel je postopek piatiranja osvojen in poteka z ustreznim izkoristkom. O poteku ogrevanja in valjanja je bilo na voljo premalo podatkov, da bi se lahko projektirala tehnologija izdelave različnih parov orodno jeklo — nosilno konstrukcijsko jeklo. Raziskave naj bi omogočile boljše poznavanje fizikalno-metalurških procesov vročega preoblikovanja compound jekel. UVOD Vedno več industrijskih nožev in drugih orodij se izdeluje po postopku vročega piatiranja. Tako izdelana orodja imajo pri ustreznih mehanskih lastnostih precejšnje ekonomske prednosti zaradi prihranka dragih legira-nih jekel, saj je iz orodnega jekla izdelan le koristni del orodja. Prednost je tudi v lažji mehanski obdelavi in v veliko lažjem doseganju dimenzijskih toleranc. Program preiskav je bil obširen in je potekal v več fazah: — priprava parov orodno jeklo-konstrukcijsko jeklo iz različnih jekel, ki pridejo v poštev za program platira-nih orodij, pri čemer smo veliko pozornost posvetili pripravi stičnih površin in varjenju paketov; — ogrevanje vzorcev; — valjanje vzrocev pri različnih termomehanskih pogojih (temperatura, parcialna in skupna redukcija); — metalografske preiskave vzrocev s ciljem, da opredelimo mikrostrukturne značilnosti na stiku orodno jeklo-konstrukcijsko jeklo po žarjenju, po valjanju in po toplotni obdelavi. Opredelili smo porazdelitev legirnih elementov v prehodni coni med obema jekloma; Osikro spec.: 0,8 % C, 0,4 % Si, 0,4 % Mn, 1 % Cr, 2 % W, 0,3 % V BRM 2: 0,9 % C, 4 % Cr, 6,5 % W, 5 % Mo, 1,9 % V OSV 1: 1,5 % C, 4,5 % Cr, 6,5 % W, 3,5 % Mo, 5 % V, 5 % Co OCR 12 spec,: 2,1 % C, 0,3 % Si, 0,3 % Mn, 12 % Cr, 0,7 % W OCR 12 extra: 1,65 % C, 0,3 % Si, 0,3 % Mn, 12 % Cr, 0,5 % W, 0,6 % Mo, 0,1 % V OCR 12 VM: 1,55 % C, 0,3 % Si, 0,3 % Mn, 12 % Cr, 0,9 % Mo, 1 % V Utop Mo 4: 0,5 % C, 1 % Si, 0,3 % Mn, 5 % Cr, 1,5 % Mo, 1 %V 51 Metalurški inštitut Ljubljana 52 Železarna Ravne Originalno publicirano: ZZB 22 (1988) 4 ' Rokopis prejet: avgust 1988 UDK: 621.771.8:669.14.018.23/29 ASM/SLA: L22, F23, K5j, TSb, SGBs in Ravne lronworks the process of plating tool steel on bearing structural steel by hot rolling is successfully appiied. For some steel pairs the plating process is mas-tered and it is carried out with a suitable yield. There was not sufficient data on heating and rolling conditions to prepare the technology of manufacturing various tool steel/bearing structural steel pairs. The in-vestigation shouid enable a better knowledge of physi-co-metallurgical processes during the hot working of compound steel. INTRODUCTION Various cutting and other tools in industry are manu-factured by hot plating. So made tool saves expensive tool steel vvhich is used oniy for the vvorking part of the tool vvhich does not loose its original mechanical properties. Further advantage is easier machining and eas-ier achieving dimensionai tolerances. Program of investigations vvas extensive and they were made in severa! steps: — preparation of tool steel/structural steel pairs, applying steeis suitable for plating tools. Great attention vvas given to the preparation of contact surfaces, and to vvelding the packs, — heating of sam ples, — rolling of samples at various thermomechanical conditions (temperature, partial and overall reduction), — microstructural investigations of samples in order to determine microstructural characteristics on the contact tool steel — structural steel after annealing, after rolling, and after heat treatment. The distribution ofalloy-ing eiements in the transition zone betvveen the two steel vvas determined, Osikro spec.: 0,8% C, 0,4% Si, 0,4 % Mn, 1 % Cr, 2 %W, 0,3% V BRM2: 0,9 % C, 4 % Cr, 6,5 % W, 5 % Mo, 1,9% V OSV 1: 1,5 % C, 4,5 % Cr, 6,5 % W, 3,5 % Mo, 5 % V, 5 % Co OCR 12 spec.: 2,1 % C, 0,3 % Si, 0,3 % Mn, 12 % Cr, 0,7% W OCR 12 extra: 1,65 % C, 0,3 % Si, 0,3 % Mn, 12 % Cr, 0,5 % IV, 0,6 % Mo, 0,1% V OCR 12 VM: 1,55 % C, 0,3 % Si, 0,3 % Mn, 12 % Cr, 0,9 % Mo, 1 % V Utop Mo 4: 0,5 % C, 1 % Si, 0,3 % Mn, 5 % Cr, 1,5 % Mo, 1 % V OH 49: 0,6 % C, 3,3 % Cr, 1,1 % Mo, 0,15 % V 145 V 33: 1,45 % C, 0,3 % Si, 0,4 % Mn, 3,2 % V Ck 15: 0,12—0,18 % C, 0,15—0,35 % Si, 0,30—0,60 % Mn EC 80: 0,14—0,19 % C, 0,15—0,40 Si, 1—1,3% Mn, 0,8-1,1 % Cr EC 100: 0,17—0,22 % C. 0,15—0,40 % Si, 1,1-1,4% Mn, 1—1,3% Cr OH 49: 0,6 % C, 3,3 % Cr, 1,1 % Mo, 0,-15 % V 145 V 33: 1,45 % C, 0,3 % Si, 0,4 % Mn, 3,2 % V Ck 15: 0,12-0,18 % C, 0,15-0,35 % Si, 0,30-0,60 % Mn EC 80: 0,14—0,19% C, 0,15-0,40 Si, 1-1,3%Mn, 0,8-1,1 % Cr EC 100: 0,17-0,22 % C, 0,15-0,40 % Si, 1,1 —1,4% Mn, 1 — 1,3 % Cr — mehanske preiskave z opredelitvijo trdnosti vezi med orodnim in konstrukcijskim jeklom. Navedene preiskave smo naredili na parih iz orodnih jekel, kvalitete Osikro spec. (Č.6445), BRM 2 (Č.7680), OSV1 (Č.9880), OCR 12 spec. (Č.4650), OCR 12 extra (Č.4750), OCR 12 VM (Č.4850), Utop Mo 4 (Č.4757), OH 49 (Č.7440), 145 V 33 (Č.8140), in konstrukcijskih jekel Ck 15 (Č.1221), EC 80 (Č.4320) in EC 100 (C.4321). Preiskave smo naredili tudi na nekaterih parih iz konstrukcijskih jekel in na vzrocih, platiranih iz štirih vrst različnih jekel. Približna kemična sestava navedenih jekel je naslednja: EKSPERIMENTALNO DELO Žarjeni vzorci Vzorce paketov, zvarjenih iz orodnega in konstrukcijskega jekla, na katerih smo naredili preiskave po žarje-nju, smo ogrevali skupno z vzorci, ki smo jih valjali. Vzorce smo po predgrevanju žarili 1, 3 in 6 ur v temperaturnem intervalu od 900 do 1300 "C. V mikrostrukturi stičnih površin orodnega in konstrukcijskega jekla se vidi, da so med ogrevanjem potekali difuzijski procesi. Koncentracijske profile legirnih elementov Cr, V, Mo, W, Si in Mn v prehodni coni smo naredili v elektronskem mikroanalizatorju. Analizo C smo naredili le na nekaterih vzorcih s kvantometrom, tako da smo na stični površini jekel postopno odbrusili tanke plasti. Meritve sicer niso tako točne kot meritve v elektronskem mikroanalizatorju, se pa dobro ujemajo s koncentracijskimi profili ostalih legirnih elementov in z mi-krostrukturnimi značilnostmi prehodne plasti. Stične površine jekel so bile različno obdelane, sko-blane, brušene in polirane. V nobenem primeru pa obdelava površin in zavaritev paketa ni bila tako popolna, da bi stični površini popolnoma nalegali, pač pa se stikata le na določenih mestih. Preko teh stičnih mest pričnejo potekati difuzijski procesi (si. 1). Potek difuzije je odvisen y Slika 1 Mikrostruktura prehodne plasti na vzorcu BRM 2/Ck 15 žarjenjem 6 ur na 1200 °C (pov. 200 x ) Fig. 1 Microstructure of the transition zone in sample BRM 2/Ck 15, annealed 6 hours at 1200 "C (magn. 200x ) — mechanical investigations in order to determine the strength of bond betvveen tool and structural steel. The mentioned investigations were made vvith the follovving tool steels: Osikro spec. (Č.6445), BRM2 (Č.7680), OSV1 (Č.9880), OCR 12 spec. (Č.4650), OCR 12 extra (Č.4750), OCR 12 VM (Č.4850), Utop M o 4 (Č.4757), OH49 (Č.7440), 145 V33 (Č.8140), and the follovving structural steel: Ck 15 (Č. 1221), EC 80 (Č.4320), and EC 100 (Č.4321). Investigations vvere made also vvith some pairs of structural steels, and vvith plated samples made of four various steels. Approximate chemical composition of mentioned steels is the follovving: EXPERIMENTAL WORK Annealed samples Samples of packs vvhere tool and structural steel vvere vvelded, and vvhich vvere investigated after annealing, vvere heated together vvith the samples for rolling. After preheating the samples vvere annealed 1, 3, and 6 hours in the interval between 900 and 1300 "C. The microstructure of contact surfaces betvveen tool and structural steel revealed that diffusion occured during the heating. Concentration profiles of alloying ele-ments (Cr, V, Mo, W, Si, and Mn) in the transition zone vvere made by electron microprobeanalyzer. Carbon vvas analyzed on!y in some samples by quantometer. The analysis vvas made so that gradually thin layers on contact surface vvere ground off. These measurements are not as accurate as those by electron mictroanalyzer but they are in a good agreement vvith the concentration profiles of other alioying elements, and vvith the micro-structural characteristics of the transition layer. Contact surfaces of steels vvere machined in various ways, they vvere planed, ground, and polished. In no čase the machining of surface and the vvelding of pack vvas so perfect that the contact surfaces vvould fit to one to another, but contacts vvere achieved only on some spots. The diffusion commences through these contact areas (Fig. 1). Difusion course depends on the temperature and the annealing times. The higher temperature h-a, o a) ^ o o a o BRM 2 | Ck 15 - W- " Mo Cr -A V X ^ L - - 1 \ - 2.0 1.5-1.0; 0.5 0 80 40 0 40 Razdalja v pm Diffusion zone (pm) 80 120 Slika 2 Koncentracijski profili legirnih elementov na vzorcu BRM 2/Ck 15 (1200 °C, 6 ur) na mestu kjer se jekli stikata (mi-kroposnetek na si. 1) Fig. 2 Concentration profiles of alloying elements in sample BRM 2/Ck 15 (1200 °C, 6 hours) on the contact betvveen the tvvo steels (microccopic picture in Fig. 1) and the longer annealing times the deeper is the zone into vvhich the action of diffusion vvas feit. Anyhow, the diffusion is fast enough that we can speak about diffusion bond at temperatures T>0,5Tm, vvhere Tm is the meiting point of metal in absolute temperature (1). Plots in Fig. 2 and 3 show that diffusion through con-tact points is very fast, and on these spots a solid bond vvas formed betvveen the tool and the structural steel. Diffusion of Cr, V, Si, Mn, and C from tool into structural steel is very fast vvhile the diffusion of Mo and W is rath-er siow. Aiso surface diffusion of Cr, V, Si, Mn, and C from contact proints is very fast. Thus the course of concentration curves for those eiements is continuous aiso on the areas vvhere a gap exists betvveen the tool and the structural steel. Depth of diffusion is greater on the contact areas. Diffusion of Mo and W is siovver to such an extent that the concentration curves are continuous on the contact areas and in the samples vvhich vvere annealed for a longer tirne (3 and 6 hours) at temperatures 1200 "C or more. On the areas vvhere a gap exists a stepvvise concentration variation of the tvvo eiements vvas found. Figs. 4 and 5 present the actual course of concentration curves for Osikro spec. and OCR 12 VM tool steels in combination vvith Ck 15 structural steel. The curves reveal the influence of inhomogeneities, and of carbide grains. Diffusion processes took plače under isothermal conditions in austenite, but in cooling a new microstruc-ture vvas formed, thus it is not possible to find how the diffusion acted on grain boundaries. Diffusion of carbon is the fastest since it is dissolved in iron interstitially. In the couples vvhere Osikro spec. is the tool steel, the diffusion of carbon vvas the fastest. Though steel OCR 12 Slika 4 Dejanski potek koncentracijskih krivulj legirnih elementov na vzorcu Osikro sp./Ck 15 (1200 °C, 6 ur) Fig. 4 Actual course of concentration curves of aiioying eiements in the sampie Osikro sp./Ck 15 (1200 "C, 6 hours) od temperature in časa žarjenja. Čim višja je temperatura in daljši so časi žarjenja, širša je cona, v kateri potekajo difuzijski procesi. Sicer pa poteka difuzija dovolj hitro, da lahko govorimo o difuzijskem spoju, pri temperaturah T>0,5Tm, pri čemer je Tm absolutna temperatura tališča kovine (1). Iz diagramov na sliki 2 in 3 se vidi, da poteka difuzija zelo hitro preko stičnih točk in na teh mestih je nastal BP M 2 Ck 15 Mo - Cr - V - C - - 80 40 0 40 Razdalja v pm Diffusion zone ( pm) 2,0 1.5- o 1.0-0.5 J 0 80 120 Slika 3 Koncentracijski profili legirnih elementov na vzorcu BRM 2/Ck 15 (1200 °C, 6 ur) na mestu kjer je med jekloma reža (mikroposnetek na si. 1) Fig. 2 Concentration profiies of aiioying eiements in sampie BRM 2/Ck 15 (1200 "C, 6 hours) around the gap betvveen the tvvo steels (microscopic picture in Fig. 1) med orodnim in konstrukcijskim jeklom trden spoj. Difuzija Cr, V, Si, Mn in C poteka iz orodnega v konstrukcijsko jeklo zelo hitro, difuzija Mo in W pa je precej počasnejša. Tudi površinska difuzija Cr, V, Si, Mn in C s stičnih točk poteka zelo hitro. Potek koncentracijskih krivulj je zato za te elemente zvezen tudi na mestih, kjer je med orodnim in konstrukcijskim jeklom sicer reža. Globina, do katere je potekala difuzija, pa je večja na stičnih mestih. Difuzija Mo in W je toliko počasnejša, da so koncentracijske krivulje zvezne na stičnih mestih in na vzorcih, žarjenih dalj časa (3 in 6 ur) pri temperaturah 1200 °C ali več. Na mestih, kjer je med jeklom reža, je koncetracijski prehod za ta dva elementa sicer skokovit. Na slikah 4 in 5 je prikazan dejanski potek koncentracijskih krivulj za orodni jekli Osikro spec. in OCR 12VM v paru s konstrukcijskim jeklom Ck 15. Na krivuljah se vidi vpliv nehomogenosti in karbidnih zrn. Difuzijski procesi so potekali pri izotermnih pogojih v avstenitu in pri ohlajanju je nastala nova mikrostruktura, zato ne moremo opredeliti, kako je potekala difuzija po kristalnih mejah. Difuzija ogljika je najhitrejša, ker je ta v železu raztopljen intersticijsko. Pri parih, pri katerih je kot orodno jeklo Osikro spec., je difuzija ogljika najhitrejša. Jekla, vrste OCR 12, imajo sicer višjo vsebnost C, vendar pa poteka difuzija C v teh jeklih počasneje. Verjetno je vzrok to, da se veliki ledeburitni karbidi Razdalja v pm - Diffusion zone (|jm) Slika 5 Dejanski potek koncentracijskih krivulj legirnih elementov na vzorcu OCR 12 VM/Ck 15 (1200 "C, 6 ur) Fig. 5 Actuai course of concentration curves of aiioying eiements in the sampie OCR 12 VM/Ck 15 (1200 "C, 6 hours) has higher carbon content, the diffusion of carbon in this steel was siovver. The expianation could be, that big ledeburite carbides dissoive iess easily in annealing, but the other possibility is that higher concentration of Cr retards the diffusion of carbon. Diffusion of carbon is the siowest in pa/rs Utop Mo4—Ck 15 (EC 80) where the difference in C content betvveen the tool and the struc-tural steel is the smallest. The other eiements form a substitutional solution vvith iron, and the diffusion pro-cesses takes plače through vacancies, by rotationai mechanism, or by exchange of two atoms (5). Diffusion of Si, and Mn due to small concentration differencies betvveen the tool and the structural steel is not essentiai for formation of transition zone betvveen the two steels. Formation of transition zone is the most influenced by C, Cr, and V. Diffusion of alloying eiements on the contact surface is fast also because the surface is thermody-namically Iess stabie due to numerous defects (vacancies, dislocations). A relatively lovv diffusion of Mo and W corresponds to the fact that the activation energy of diffusion is proportionai to the melting point of metal. The size of crystal grains in tool and structural steel depends on the conditions of annealing. Tool steel has martensitic micro structure, vvhiie structural steel has ferritic pearlitic bainitic microstructure. Due to concentration variations a transition layer is formed at the contact of tool and structural steel, and its microstructural characteristics depend on the steels used in couples and thus also on the concentration of alloying eiements and the conditions of cooling. In pairs Osikro spec. — Ck 15 (EC 80) a fine lamellar pearlite vvas found in the transition zone, in some cases there vvas bainite. In other pairs vve have found that the intermediate layer was composed of two phases and it weil differs from that of structural steel. Transition into tool steel is not distinct. Microscopic pictures of the transition layer made by SEM (Fig. 6) reveai precipitated carbides in the matrix. A s already mentioned, the transition layer is the Slika 6 Mikrostruktura prehodne plasti na vzorcu OCR 12 VM/Ck 15 (1200 "C, 6 ur) Fig. 6 Microstructure of the transition tayer in the sampie OCR 12 VM/ Ck 15 (1200 "C, 6 hours) Slika 7 Začetna faza nastajanja mikropor med eutektičnimi karbidi po kristalnih mejah na vzorcu BRM 2/Ck 15 (1200 "C, 3 ure) Fig. 7 Initial phase of format/on of micropores between eutectic carbides on the crystai boundaries in the sample BRM 2/Ck 15 (1200 "C, 3 hours) pri žarjenju težje razstapijajo, možno pa je tudi, da visoka koncentracija Cr zavira difuzijo C. Difuzija C je najpo-časnejša pri parih Utop Mo 4/Ck 15 (EC 80), kjer je razlika med vsebnostjo C v orodnem in konstrukcijskem jeklu najmanjša. Ostali elementi so raztopljeni v železu substitucijsko in difuzijski procesi potekajo preko praznin, po rotacijskem mehanizmu ali z menjavo dveh atomov (5). Difuzija Si in Mn zaradi majhnih koncetracijskih razlik med orodnim in konstrukcijskim jeklom za nastanek prehodne cone med jekloma ni pomembna. Na izoblikovanje prehodne plasti imajo tako največji vpliv C, Cr in V. Difuzija legirnih elementov je na stični površini hitra tudi zaradi tega, ker je površina zaradi številnih napak (praznine, dislokacije) termodinamično manj stabilna. Sorazmerno počasna difuzija Mo in W se ujema z dejstvom, da je aktivacijska energija, potrebna za difuzijo, sorazmerna temperaturi tališča kovine. Velikost kristalnih zrn v orodnem in konstrukcijskem jeklu je odvisna od pogojev žarjenja. Orodna jekla imajo martenzitno mikrostrukturo, konstrukcijska pa feritno-perlitno-bainitno mikrostrukturo. Zaradi koncentracijskih sprememb nastane na stiku orodnega jekla s konstrukcijskim prehodna plast, katere mikrostrukturne značilnosti so odvisne od vrste jekel v paru in s tem od koncentracij legirnih elementov in pogojev ohlajanja. Pri parih Osikro spec./Ck 15 (EC 80) smo v prehodni coni opazili drobno lamelaren perlit, v nekaterih primerih pa tudi bainit. Pri ostalih parih pa smo opazili, da je vmesni sloj dvofazen in se dobro loči od konstrukcijskega jekla. Prehod v orodno jeklo je zabrisan. Na mikroposnetku prehodne plasti, narejene v SEM, se na sliki 6 vidijo v matici izločeni karbidi. Kot smo že omenili, je prehodna plast širša, čim višja je temperatura in daljši je čas žarjenja; s tem je tudi večja gostota in velikost karbidnih delcev. Najbolj je izrazita ta plast pri parih, kjer je orodno jeklo iz vrste OCR 12. Slika 8 Mikroporozno mesto na kristalni meji po kateri so izločeni eu-tektični karbidi na vzorcu OCR 12 VM/Ck 15 (1200 °C, 6 ur) Fig. 8 Microprorous area on the crystal boundary vvhere eutectic carbides in the sample OCR 12 VM/ck 15 are formed (1200 'C, 6 hours) Slika 9 Mikroposnetek pozornosti po kristalnih mejah zaradi difuzije legirnih elementov na vzorcu BRM 2/Ck 15—1300 "C, 1 ura (pov. 100 x) Fig. 9 Microscopic picture of the porosity on crystal boundaries due to diffusion of alloying elements in the sample BRM 2/Ck 15-1300 "C, 1 hour (magn. 100x ) wider the higher is the temperature and the longer is the time of anneaiing, and thus also the density and the size of carbide inclusions is inereased. The most pronounced is this layer in pairs where tool steel is of OCR 12 type. At anneaiing temperatures 1200 "C or higher a very fast diffusion vvas found vvith OCR 12 and BRM 2 steels. The concentration of alloying elements on the grain boundaries is inereased to such an extent that boundaries start to melt (4) vvhich accelerates the diffusion of alloying elements into struetural steel, and it becomes faster than the flovv of new atoms. During the solidifica- Pri temperaturah žarjenja 1200 "C in več smo pri jeklih, vrste OCR 12 in BRM 2, opazili zelo hitro difuzijo. Po kristalnih mejah pride do take koncentracije legirnih elementov, da se te natalijo (4), kar pospeši difuzijo legirnih elementov v konstrukcijsko jeklo v taki meri, da je ta hitrejša od dotoka novih atomov na njihova mesta. Med strjevanjem nataljenih mej, po katerih nastanejo evtektični karbidi, se zato pojavijo zaradi praznin mikropo-rozna mesta. Linija cone, v kateri nastanejo mikropore, se s časom žarjenja oddaljuje od mejne površine orodno jeklo/konstrukcijsko jeklo (si. 7, 8 in 9). Valjanje klinastih vzorcev Orodna in konstrukcijska jekla imajo različne fizikalne lastnosti (modul elastičnosti, toplotna prevodnost, temperaturni razteznostni koeficient) in različno defor-macijsko trdnost (meja tečenja, utrjanje). Tudi fazne premene, ki potekajo pri različnih temperaturah, so povezane z volumskimi spremembami. Zaradi tega nastanejo med jekloma pri ogrevanju, med valjanjem in pri ohlajanju precejšnje notranje napetosti. Zvar med ogrevanjem ne sme popustiti, sicer se zaradi oksidacije stičnih površin jekli med valjanjem ne zavarita. To lahko prepreči tudi prisotnost varilne žlindre. Zaradi različnih lastnosti jekel se med valjanjem ustvarijo med jekloma take napetosti, da se valjanci krivijo. Krivljenje se nadlajuje tudi med ohlajanjem. S padajočo temperaturo valjanja se razlike v lastnostih jekel večajo, zato je krivljenje intenzivnejše pri • i k . .. ■ »Silil Slika 10 Mikrostruktura valjanega vzorca OCR 12 VM/Ck 15, predhodno 30 min. žarjenega na 1160 "C, pri 15 (zgoraj) in 40% (spodaj) redukciji (pov. 200 x ) Fig. 10 Microstructure of rolled sample OCR 12 VM/Ck 15, initially an-neaied 30 mins at 1160 "C at 15 % (above) and 40 % (betow) reduction (magn. 200 x ) tion of partiaily melted boundaries vvhere eutectic carbides are formed microporous areas are formed due to vacancies. Line of zone vvhere micropores are formed moves away from the tool steel/structural steel boun-dary surface vvith the .tirne of anneaiing (Figs. 7\ 8, and 9). Rolling of Wedge Samples Tool and structural steel have different physical properties (modulus of eiasticity, thermal conductivity, ex-pansion coefficient), and different deformation strength (yieid strength, hardening). Also phase transformations occuring at various temperatures are connected vvith the volume changes. Thus rather high interna! stresses appear betvveen the two steel during heating, in rolling, and during cooling. The weid during heating must not break, since the contact surfaces do not weld again in rolling because the surfaces are oxidized. The same ef-fect can have the presence of vvelding siag. Due to different properties of steel such stresses appear betvveen the tvvo steel in rolling that the rollings are buckled. Further buckling occurs in cooling. Reduced rolling temperature increases the differences in steel properties, and buckling is more intensive at lovver rolling temperatures. By a certain shape of vveided packs the buckling can be avoided to a considerable extent. By vvedge samples rolled in the interval of specific reduction betvveen 0 and 40 % the influence of the de-gree of deformation on the formation of transition diffu-sion layer and on the strength of bond betvveen the tvvo steel could be more accurateiy determined. Tool and structural steel in aH cases sticked vvell to-gether at the 15 % degree of reduction. At lovver reduc-tions various defects are influencial though the bond can also be good. The transition zone is the narrovver the higher is the degree of reduction. Temperature does not influence the adherence of steel if the degree of reduction is high enough, but it influences oniy the thickness of the iayer in vvhich the diffusion processes took plače (Fig. 10). Measuring forces in rolling, the degree and the rate of deformation enables us to calculate the yieid stresses. They are regardless to the temperature and the degree of reduction betvveen 80 and 190 N/mm2. These vaiues correspond to the yieid strengths of tool steel which shovvs that structural steel has small influence on the workabiiity of compound steel. But rolling of such steel has specific demands. Rolling vvith many passes Test samples vvere rolled in six passes at most vvith 12, 20, and 25 % degree ofpartial deformation. Temperature of samples vvas measured at the beginning and at the end of rolling. The same findings as given for the annealed samples are also valid for the diffusion of alloying elements. Alli-gatoring vvas observed only at the first pass, and the reasons for it could be exactly determined. If the tvvo steels adhered in this step the ailigatoring practically could not occur in further rolling. Thus we are of opinion that higher degree of reduction is needed in the first pass (at least 15 %) to prevent ailigatoring. Recrystalliza-tion taking plače in rolling and in the intervals betvveen single passes contributes to the bond betvveen the tool and the structural steel. Comparison of the thicknesses of iayers in which diffusion took plače in annealed and in rolled samples re-vealed mainly by applying the concentration lines for Cr nižjih temperaturah valjanja. Z določeno obliko zavarje-nih paketov se krivljenju lahko v precejšnji meri izognemo. Na klinastih vzorcih, zvaljanih v področju specifične redukcije od 0 do 40 %, smo želeli natančneje ugotoviti vpliv stopnje deformacije na izoblikovanje prehodne di-fuzijske plasti in trdnost spoja med jekloma. Orodno in konstrukcijsko jeklo sta se v vseh primerih pri 15% stopnji redukcije že dobro sprijeli. Pri manjših stopnjah redukcij pridejo do izraza različne napake, čeprav je lahko spoj že dober. Prehodna difuzijska plast je ožja, čim večja je stopnja redukcije. Temperatura pri zadostni stopnji redukcije ne vpliva na sprijetost jekel, pač pa le na debelino plasti, v kateri so potekali difuzijski procesi (si. 10). Iz meritev sile valjanja, stopnje deformacije in hitrosti deformacije smo izračunali preoblikovalno trdnost. Ta je glede na temperaturo in stopnjo redukcije od 80 do 190 N/mm2. Te vrednosti ustrezajo poreoblikovalnim trdnostim orodnih jekel, kar kaže, da konstrukcijsko jeklo le malo vpliva na preoblikovalnost compound jekel. Vendar pa veljajo za valjanje teh jekel določene specifičnosti. Valjanje z več redukcijami Preizkusne vzorce smo zvaljali v največ šestih redukcijah z 12, 20 in 25 % stopnjami parcialnih deformacij. Na vzorcih smo merili temperaturo na začetku in na koncu valjanja. Za difuzijo legirnih elementov veljajo iste ugotovitve, kot smo jih podali za žarjene vzorce. Odpiranje vzorcev smo opazili le pri prvi redukciji, vzroke za to pa smo lahko točno opredelili. Če sta se jekli v tej fazi sprijeli, med nadaljnjim valjanjem praktično ne more priti do razsloje-vanja. Zato menimo, da je ustreznejša višja stopnja prve redukcije (vsaj 15%), da se tako izognemo razslojeva-nju. Rekristalizacija, ki poteka med valjanjem in v času med redukcijami, pospešuje vezavo med orodnim in konstrukcijskim jeklom. Iz primerjave debelin plasti, v kateri so potekali difuzijski procesi v žarjenih in valjanih vzorcih, smo predvsem na osnovi koncentracijskih krivulj za Cr in V ugotovili, da se je prehodna plast med valjanjem zožila za specifično stopnjo deformacije. Kristalna zrna so zaradi rekristalizacije drobnejša, opazi pa se, da so zrna v konstrukcijskem jeklu v coni, kjer so potekali difuzijski procesi, večja kot sicer po preseku. Sicer pa je velikost zrn odvisna tudi od končne temperature valjanja. Po literaturnih podatkih (1,2) se difuzija med deformacijo močno poveča. Smer difuzije je paralelna s silo valjanja. Pri naših meritvah smo sicer skušali ločiti difuzijo, ki je potekala med ogrevanjem, od difuzije med valjanjem, vendar nam to ni uspelo. Verjetno je temu vzrok v premalo natančni pripravi vzorcev (popolno naleganje površin) in tudi v možnostih naše raziskovalne opreme. Upoštevati pa moramo tudi to, da so časi delovanja de-formacijskih napetosti v primerjavi s časi žarjenja izredno kratki. Sicer pa tudi v literaturi nismo zasledili nobenih konkretnih podatkov. Toplotno obdelani vzorci Analize koncentracij Si, Mn, Cr, V, Mo in W, narejene v prehodni coni toplotno obdelanih valjanih vzorcev (mehko žarjenje, normalizacija, kaljenje, poboljšanje), niso pokazale, da bi ta bistveno vplivala na difuzijo teh elementov. Mikrostrukturne preiskave pa so pokazale, da normalizacija in deloma mehko žarjenje oz. počasno ohlajanje vplivata na difuzijo ogljika. To smo opazili tudi pri nekaterih valjanih vzorcih, ki so bili počasi ohlajeni. and V that the transit/on layer was thinnened during the rolling for the specific degree of deformation. Crystai grains are finer due to recrystaiiization, but it was ob-served that the grains in the diffusion zone of structurai steel were grater than those outside it. Further, the grain size depends also on the final temperature of rolling. According to references (1, 2) diffusion is highly increased during the deformation. Direcfion of diffusion is paralel to the rolling force. Our triai to determine the dif-ference betvveen the diffusion during annealing and during rolling vvas not successful. The reason maybe in a not enough accurate preparation of samples (perfect fit of surfaces) or in the capacity of our research equip-ment. But it must be taken in account that the duration of deformation stressses is much shorter in comparison vvith the annealing times. Anyhow, also in references no concrete data could be found. Heat treated samples Analyses of concentrations of Si, Mn, Cr, V, Mo, and W in the transit/on zone of heat treated rolled samples (soft annealing, normalizing, quench hardening, harden-ing and tempering) did not show any special influence of heat treatment on the diffusion of those elements. But microstructural investigations shovved that normalising and partially soft annealing, or slow cooling have influence on the diffusion of carbon. This vvas observed also in some rolled samples vvhich vvere slowly cooled. During heating, or annealing and rolling carbon diffuses into structurai steel. Under certain conditions, especially in slow cooling betvveen Ar3 and Ar1, the activity of carbon is changed and the direction of diffusion is reversed. The activity of carbon is influenced also by other alloying elements. In structurai steel a layer of pearlite is formed on the boundary vvith the tool steel, follovved by a layer of ferrite. Sueh microstructure is shovvn in Fig. 11. In hard-ened and tempered samples sueh rearrangement of carbon does not occur (Fig. 12). Strength of bond Mechanical properties, especially tensile strength of plated steel is given by the strength of structurai steel, but to a great extent it depends also on the preparation of packs, and on the microstructural characteristics of the transition zone. Slika 11 Mikrostruktura prehodne plasti vzorca OCR 12 VM/Ck 15 (1000 "C, 6 ur, 3 x 20 % redukcija) po normalizaciji (pov. 100 x ) Fig. 11 Microstructure of the transition layer of the sample OCR 12 VM/Ck 15 (1000 °C, 6hours, 3x 20 % reduetion) after normalising (magn. 100x ) Med ogrevanjem, oz. žarjenjem in valjanjem difundira C v konstrukcijsko jeklo. V določenih pogojih, predvsem pri počasnem ohlajanju med Ar3 in Ar1, se aktivnost C spremeni in difuzija poteka v obratni smeri. Aktivnost C je odvisna tudi od ostalih legirnih elementov. V konstrukcijskem jeklu nastane na meji z orodnim jeklom plast perlita, ki ji sledi plast ferita. Taka mikrostruktura je prikazana na sliki 11. Na poboljšanih vzorcih ne pride do take prerazporeditve C (si. 12). Slika 12 Mikrostruktura prehodne plasti poboljšanega vzorca Osikro sp./Ck 15—1200 "C, 1 ura, 4x20% redukcija, 880 "C olje, popuščanje 200 "C, 60 HRc, raztržna trdnost spoja 640 N/mm2 (pov. 200 x) Fig. 12 Microstructure of the transition zone of hardened and tempered sample Osikro sp./Ck 15—1200 "C, 1 hour, 4x20% reduction, 880 °C oil, tempering 200 °C, 60 HRc, tensile strength of bond 640 N/mm2 (magn. 200x ) Trdnost spoja Mehanske lastnosti, predvsem raztržna trdnost plati-ranih jekel je podana s trdnostjo konstrukcijskega jekla, precej pa je odvisna tudi od priprave paketov in mikro-strukturnih značilnosti prehodne plasti. Oksidacijski film, ki lahko nastane med ogrevanjem za valjanje, je krhek in se med plastično predelavo trga in drobi, vendar kljub temu bistveno zmanjša trdnost spoja. Če je ta film debelejši, pa prepreči spojitev konstrukcijskega jekla z orodnim jeklom. Enak učinek ima tudi varilna žlindra, če med varjenjem paketov zalije režo med jekloma. Na raztržno trdnost platiranih jekel vplivajo tudi pogoji ogrevanja (temperatura, čas) in valjanja (začetna in končna temperatura valjanja, redukcija). Mikropore v orodnem jeklu, intermetalne faze in karbidi, ki nastanejo v prehodni plasti pri neustreznih pogojih ogrevanja in valjanja, zmanjšajo trdnost spoja. Mikrostrukturne nehomogenosti so v prehodni plasti največje pri platiranih jeklih, kjer je v paru s konstrukcijskim jeklom ledeburitno orodno jeklo, vrste OCR 12. Že zelo tanek oksidni film, bogat s Cr, močno ovira spojitev jekel. Zato je pri platira-nju teh jekel, bolj kot pri ostalih, pomembno, da poteka ogrevanje in valjanje pri optimalnih pogojih. Dodatnim napetostim, nastalim med platiranjem in toplotno obdelavo, zaradi različnih fizikalno-metalurških lastnosti jekel, se ne moremo izogniti. Na diagramih na slikah 13 in 14 je prikazana odvisnost raztržne trdnosti, od specifične stopnje redukcije v poboljšanem stanju za vzorce, platirane iz orodnih jekel Osikro spec. in OCR 12VM s konstrukcijskimi jekli Ck 15, EC 80 in EC 100. Raztržna trdnost je le malo odvi- Oxidi film vvhich can be formed in heating before rolling is brittle and it is broken during plastic vvorking, but nevertheless it essentially reduces the strength of the bond. If this film is thicker, it can even prevent the adher-ence of tool and structural steel. The same effect has welding slag if it in vveiding the packs fills the gap betvveen the two steels. The tensile strength of plated steel is influenced also by the conditions of heating (temperature, tirne) and of rolling (initial and fina/ temperature of rolling, reduction). Micropores in tool steel, intermetallic phases and carbides vvhich are formed in the transition zone under un-suitable conditions of heating and rolling reduce the strength of bond too. Microstructural inhomogeneities in the transition zone are the highest in plated steel if a le-deburitic tool steel of OCR 12 type is in combination vvith a structural steel. Already a very thin oxide film rich vvith Cr hinders the adherence of steel to a great extent. Therefore it is especially in plating these steels import-ant that heating and rolling is done under the optimai conditions. Additional stresses vvhich appear in plating and in heat treatment cannot be avoided due to different physi-co-metallurgical properties of steels. Plots in Figs. 13 and 14 show the relation betvveen the tensile strength and the specific degree of reduction in as hardened and tempered samples vvhere tool steels Osikro spec. and OCR 12 VM vvere combined vvith Ck 15, EC 80, and EC 100 structural steels. Tensile strength varies vvith the reduction only to a small extent if it is higher than 15 %. Bond betvveen the tvvo steels is better and tensile strength is higher if samples vvere rolled in more passes. Due to recrystallization the microstructural inhomogeneities in the transition zone are smaller. Fracture of tensile test pieces occurs on the boundary of the tvvo steels chiefly in the areas of any kind of structural inhomogeneities, and in structural steel, but only partially in tool steel. 1000 CN E c E i ^ 800 > o £ - " č 400 N tn *-' c: N 5 ° 6 * 200 10 20 30 40 50 Specifična stopnja redukcije v %> Reduction (7.) Slika 13 Raztržna trdnost spoja platiranih jekel Osikro sp./Ck 15 in Osikro sp./EC 100 v odvisnosti od stopnje redukcije Fig. 13 Tensile strength of bond of plated Osikro sp./Ck 15 and Osikro sp./EC 100 steel related to the degree of reduction - 0: sikro sp • / EC 10 • 0 • •____— • • • / X t X X t K * [ X X X* k f■ 0 ;ikro s >./Ck 15 I i i i 1000 CNJ E c E .2. z 800 > o ~ jz «" O) 2 500 C "O 4> b u) o — i_ O 200 10 20 30 40 50 60 Specifična stopnja redukcije v %> Reduction (%>) Slika 14 Raztržna trdnost spoja platiranih jekel OCR12VM/Ck15 in OCR 12 VM/EC 80 v odvisnosti od stopnje redukcije Fig. 14 Tensi/e strength of bond of piated OCR 12 VM/Ck 15 and OCR 12 VM/EC 80 steels related to the degree of reduction - - 0 • • :RI2VN • 1/EC80 4 • X * X X CR 12 Vh > X x /1/Ck15 0 l i i < sna od redukcije, ko je ta večja od 15 %. Spoj med jekloma pa je boljši in je raztržna trdnost višja pri vzorcih, valjanih v več redukcijah. Zaradi procesov rekristalizacije so mikrostrukturne nehomogenosti v prehodni plasti manjše. Prelom nateznih preizkušancev poteka po meji med jekloma, predvsem tam, kjer so kakršnekoli mikrostrukturne nehomogenosti, in po konstrukcijskem jeklu, deloma pa lahko tudi po orodnem jeklu. ZAKLJUČEK Pri platiranju orodnih jekel na konstrukcijska jekla z vročim valjanjem nastane trden spoj med jekloma zaradi difuzijskih procesov. Difuzija legirnih elementov poteka med ogrevanjem za valjanje in med valjanjem. Difuzija začne potekati preko stičnih mest in se hitro nadaljuje kot površinska difuzija in nato kot volumska difuzija. Difuzija C, Cr in V je hitra in ti elementi imajo največji vpliv na izoblikovanje prehodne cone. Difuzija Mo in W je zelo počasna. Si in Mn sicer hitro difundirata, vendar zaradi majhnih koncentracijskih razlik med orodnim in konstrukcijskim jeklom ne vplivata bistveno na mikrostruktu-ro prehodne plasti. Orodna in konstrukcijska jekla imajo različne fizikal-no-metalurške lastnosti in pri platiranju nastanejo med njimi precejšnje napetosti. Z ustrezno pripravo paketov za valjanje moramo zagotoviti, da sta stični površini čisti in da preprečimo oksidacijo stičnih površin med ogrevanjem za valjanje. Širina in mikrostrukturne značilnosti prehodne difu-zijske plasti so odvisne od temperature in časa ogrevanja ter od termomehanskih parametrov vročega valjanja. Jekli se na stičnih mestih spojita že med ogrevanjem, trden spoj pa dobimo, če je redukcija med valjanjem večja od 15 %. Stopnja redukcije vpliva le v manjši meri na trdnost spoja, pač pa imajo višjo raztržno trdnost jekla, pla-tirana v več redukcijah, kjer je prehodna plast zaradi procesov rekristalizacije homogenejša. Tudi s toplotno obdelavo (poboljšanje) se trdnost vezi izboljša. Pri mehkem žarjenju, normalizaciji, in predvsem pri počasnem ohlajanju v področju med Ar3 in Ar1 poteka difuzija ogljika v obratni smeri, to je iz konstrukcijskega jekla na mejo z orodnim jeklom. Difuzija ostalih legirnih elementov med Conclusions In plating tool steel on structural steel by hot rolling a firm bond is formed betvveen the tvvo steels due to diffusion processes. Diffusion of alloying eiements occurs during heating before rolling and during rolling. Diffusion commences on contact spots and it is rapidiy continued as a surface diffusion and iater as a volume diffusion. Diffusion of C, Cr, and V is fast and these eiements have the highest influence on the formation of the transition zone. Diffusion of Mo and W is very slovv. Si and Mn dif-fuse namely fast but due to small concentration differen-cies betvveen the tool and the structural steel they do not have any essential influence on the microstructure of the transition zone. Tool and structural steel have different physico-me-tallurgical properties and in plating considerable stresses appear betvveen them. By a suitable preparat/on of rolling packs it is necessary to ensure that contact surfaces are pure and that oxidation of these sur-faces is prevented during heating before rolling. Width and microstructural characteristics of the transition diffusion iayer depend on the temperature and the tirne of annealing and on thermomechanicai parame-ters of hot rolling. The steels adhere on contact points aiready in annealing, strong bond is obtained if the reduction in rolling is more than 15 %. Degree of reduction has a minor influence on the strength of bond, but higher tensile strength vvas obtained vvith piated steels being rolled in more passes since recrystallization enabies the formation of more homogeneous transition iayer. Aiso heat treatment (hardening and tempering) improves the strength of bond. In soft annealing, normalising, and chiefiy in siow cooling in the interval between A. ? and A., the diffusion of carbon has reverse direction, i. e. from structural steel to the boundary vvith tool steel. Diffusion of the other alloying eiements during heat treatment has no perceptible influence on the transition zone. Under unsuitabie conditions of aneaiing and rolling the transition diffusion zone is vvide and unhomogene-ous. Micropores, carbides, and intermetallic phases re-duce the strength of bond. Oxide film is broken during vvorking, but it nevertheiess reduces the strength of bond. Microstructural inhomogeneities are the highest toplotno obdelavo nima zaznavnega vpliva na prehodno plast. Pri neustreznih pogojih ogrevanja in valjanja je prehodna difuzijska plast široka in nehomogena. Mikropore, karbidi in intermetalne faze zmanjšajo trdnost spoja. Oksidni film se med preoblikovanjem sicer drobi, vendar zmanjša trdnost vezi. Mikrostrukturne nehomogenosti so največje pri platiranih jeklih, kjer je v paru s konstrukcijskim jeklom ledeburitno orodno jeklo, vrste OCR 12. Že zelo tanek oksidni film, bogat s Cr, močno ovira spojitev jekel. Sicer pa je raztržna trdnost spoja med orodnim in konstrukcijskim jeklom poleg od omenjenih lastnosti odvisna predvsem od trdnosti šibkejšega gradnika. in plated steel vvhere a ledeburitic tool steel of OCR 12 type is in combination vvith a structural steel. Already a very thin oxide film rich vvith Cr hinders the adherence of steels to a great extent. Further, the ultimate tensile strenght of bond betvveen the tool and the structural steel depends mainly On the strength of vveaker material beside the previousty mentioned properties. LITERATURA/ REFERENCES 1. N. F. Kazakov: Diffusion Bonding of Materials, Mir Publish-ers, Moscov, 1985. 2. H. Dyja, M. Pietrzyk: On the Theory ot the Process of Hot Rolling of Bimetal Plate and Sheet, Journal of Mechanical VVorking Technology, 8, 1983, 309—325. 3. F. Vizjak: Platiranje jekel, Železarski zbornik, št. 1, 1976, 13-23. 4. F. Grešovnik: Karakteristične temperature za jekla in jeklene litine, naloga ŽR-8102. 5. A. Knauschner, Plattierte Werkstoffe, VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie, Leipzig 1973. 6. D. Kmetič in sodelavci: Raziskave procesa valjanja compo-und jekel, naloga Ml 84-037, Ljubljana 1985, naloga 85-025, Ljubljana 1986. 7. D. Kmetič in sodelavci: Termomehanski parametri in mikro-strukturna dogajanja pri platiranju visoko legiranih jekel na konstrukcijska jekla, naloga Ml 86-038, Ljubljana 1987. J-integral in morfologija preloma mikrolegiranih drobnozrnatih jekel Nionicral 70 ter Niomol 490 J-Integra/ and Fracture Morphoiogy of Micro-Alloyed Fine-Grained Steels Nionicral 70 and Niomol 490 J. Vojvodič-Gvardjančič*, Š. Strojnik*, B. Ule**, A. Ažman*** UDK: 620.178.2:539.211:669.15 ASM/SLA: Q26r, M23p,AY Opisano je merjenje lomne žilavosti mikrolegiranih drobnozrnatih jekel z metodo J-integraia. Rezultati kažejo, da je poleg standardnih kriterijev, nanašajočih se na zahtevano velikost preizkušancev, potrebno zaradi močne strižne deformacije na bokih preizkušancev upoštevati tudi še nekatere druge empirične kriterije. Frakturne površine preizkušancev so v vseh primerih jamičaste, duktiine, velikost jamic pa je i/ dobri soodvisnosti z izmerjenimi J/c vrednostmi. 1. UVOD Dolga leta so bila edina variva konstrukcijska jekla le normalizirana C-Mn jekla s feritno-perlitno mikrostruktu-ro. Zaradi zahtev po izboljšanju meje plastičnosti, varivosti ter žilavosti so bila pred desetletji razvita prva mikrolegirana drobnozrnata jekla. Tovrstna jekla so legirana s Ti, Nb, V, Zr oz. Mo, bodisi posamič bodisi v kombinacijah, pri čemer je povečanje meje plastičnosti doseženo deloma z izločevalnim utrjevanjem ferita, predvsem pa — in to velja še posebej za termomehansko predelana jekla — z zmanjšanjem velikosti feritnih zrn. Slednje vpliva ugodno tudi na žilavost, ker pomakne temperaturo prehoda v krhko stanje k nižjim vrednostim. Danes od mikrolegiranih drobnozrnatih jekel zahtevamo mejo plastičnosti vsaj 500 MPa, ob tem pa mora biti Charpy-V žilavost visoka še tudi pri temperaturi -60° C. Vsebnost ogljika v novih vrstah mikrolegiranih jekel je zato nekoliko nižja, običajno med 0,03 in 0,12 %, pri čemer veljajo nižje vrednosti za termomehansko predelana jekla. Lom konstrukcijskih jekel s povišano mejo plastičnosti je praviloma žilav in le redko polkrhek. Ker pa se takšna jekla uporabljajo za varjene konstrukcije, moramo upoštevati tudi možnost pojavljanja mikrorazpok v toplotno vplivanih conah varov, zato postane še kako pomembna izbira primernega porušitvenega kriterija. Pri kvazistatično obremenjenih konstrukcijah s planarnimi inštitut za metalne konstrukcije v Ljubljani '' Metalurški inštitut Ljubljana ' * * SŽ-Žetezarna Jesenice " Originalno publicirano ZZB'22 (1988) 4 ■"■ Rokopis prejet avgust 1988 Measuring of fracture toughness by J-integral method is described for micro alloyed fine-grained. steels. The results show that it is not enough to consider only some standard criteria related to the demanded speci-men size but that some other empirical criteria must be taken into account because of a severe shear strain on the sides of the specimen. The fracture surfaces on the specimens are in ali cases of ductile type vvith dimpies and the size of dim-pies are in a good correlation vvith the measured J,c va-lues. 1. INTRODUCTION For many years the only vveldable structure steels have been the normalized C-Mn steels vvith a ferritic-peariitic microstructure. Some ten years ago the first micro-alloyed fine-grained steels vvere deveioped because of demands for better yield point, weldability and toughness. These steels are alloyed, separately or in combinations, vvith Ti, Nb, V, Zr and Mo. The better yieid strength is partly obtained by precipitation hardening of ferrite but primarily by the reduction of ferrite grain size vvhat is specially true for thermomechanically treated steels. Smaller grain size shovvs a favourable influence on toughness too, shifting the transition temperature tovvards iovver values. Nowadays it is reguired that the yield strength of micro-alloyed fine-grained steels should be at least 500 MPa and the V-notch Charpy toughness high even at the temperature of - 60°C. The carbon content in these new micro-alloyed steels is therefore somevvhat Iovver, commoniy betvveen 0.03 and 0.12 %, the iovver values are valid for ther-momechanically treated steels. The fracture of structural steels vvith the increased yield strength is nearly always tough and very se/dom semi-brittie. Since such steels are used for vvelded structures, the possibility of microcracks in the heat-af-fected vveid zones must be considered, too. Therefore the seiection of an appropriate fracture criterion appears even more important. In quasi-statically loaded structures vvith planer dis-continuities, i. e. vvith cracks in the bearing cross-sec- diskontinuitetami, t. j. razpokami v nosilnem preseku, lahko načeloma izbiramo med dvema skupinama poru-šitvenih kriterijev1. Prva skupina teh kriterijev (koncepti K, COD, J-integral, Tearing Modulus) temelji na elasto-oziroma elasto-plastomehaniki loma ter predpostavlja napredovanje nestabilne razpoke vse do loma konstrukcije. Druga skupina pa vključuje le kriterij plastičnega ko-lapsa2, ki privzema, da do porušitve pride po plastični deformaciji neto preseka kot celote še pred napredovanjem razpoke. Za naše raziskave smo tokrat izbrali dve različni mi-krolegirani drobnozrnati jekli, namreč jeklo Nionicral 70 ter jeklo Niomol 490. Obe jekli sta proizvod železarne Jesenice, v pogojih eksploatacije pa se, vse do nizkih temperatur, obnašata izrazito elasto-plastično. Za študij njunih lastnosti smo zato izbrali metodo J-integrala, ki je na Inštitutu za metalne konstrukcije v Ljubljani osvojena do praktične rabe. tions, it is principally possibte to choose between two groups of fracture criteria'. The first group (concepts K, COD, J-integrai, Tearing Modulus) is based on elasto- or elasto-plastomechanics of the fracture and presumes an unstable crack propagation to the final fracture of a structure. The second group includes merely the criteri-on of p/astic collapse2, supposing that fracture occurs after the netto cross-section has been plastical/y de-formed as a whoie immediateiy before the crack propagation commenced. Two different micro ailoyed fine-grained steeis, i. e. Nionicral 70 and Niomol 490 were chosen for our investi-gation. Both are manufactured by Jesenice lronworks and they both exhibit pronounced elasto-plastic behav-iour down to low temperatures during expioitation. To study their properties we therefore decided for the J-in-tegral method vvhich is practically applied in the institute of metallic structures in Ljubljana. 2. TEORETIČNI DEL Pri nizkih temperaturah, velikih hitrostih deformacije ter v pogojih ravninskega deformacijskega stanja, t. j. pri zadostni debelini preizkušanca, je lom jekla praviloma krhek. V takšnih primerih je velikost plastične cone ob korenu planarne diskontinuitete, namreč inicialne mikro-razpoke na preizkušancu, zanemarljivo majhna, napredovanje razpoke do loma pa lahko popišemo z linearno elastomehaniko. Pri polkrhkem ali pa pri žilavem lomu pa je velikost plastične cone znatna ter je nikakor ne smemo zanemariti. Lom moramo v takšnem primeru obravnavati z nelinearno, takoimenovano elastoplasto-mehaniko. Merilo za žilavost, in s tem tudi merilo za porušitev materiala s planarnimi diskontinuitetami v nosilnem preseku je v primeru, ko pri lomu ni potrebno upoštevati vpliva velikosti plastične cone, kar kritični faktor intenzitete napetosti ali loma žilavost materiala K,c, kot se tudi imenuje. Merjenje lomne žilavosti K,c je že dlje časa standardizirano3 4. Pri elastoplastičnem obnašanju materiala ob planarni diskontinuiteti pa zaradi učinkovanja znatne plastične cone koren diskontinuitete najprej nekoliko otopi ob sočasnem odpiranju ustja diskontinuitete. Kritična velikost odpiranja ustja neposredno pred lomom je — ob znani geometriji problema — izključno lastnost samega materiala. Na merjenju kritičnega razmika površin razpoke je zato osnovana metoda merjenja žilavosti materiala (metoda COD). Gliha5 v svojem preglednem članku navaja, da je kritična velikost odpiranja ustja razpoke parameter, ki se nanaša samo na plastično cono ob korenu le-te. Lastnosti znotraj plastične cone pa se spreminjajo, zato pri merjenju kritične velikosti razmika površin razpoke prihaja do znatnega razsipanja rezultatov. Parameter, ki ne zajema le vpliva plastične cone, je kritična vrednost krivuljnega integrala J vzdolž poljubne poti, ki objame konico razpoke. Za ravninski primer, ko ima preizkušanec edinično debelino, velja: J= — W dy —t T — ds, (1) da f r 8x pri čemer smo z dllp/da označili spremembo potencialne energije na enoto podaljšanja razpoke, W je deforma-cijska energija na enoto volumna, u je vektor pomika v smeri delovanja zunanje sile T na konturo T. Člen T(<9u/ 8x) ds daje torej delež vloženega dela iz napetostnega 2. THEORY At lovv temperatures, at high deformation rates, and in plane-strain conditions, i. e. vvith sufficientiy thick specimens, the fracture of steel is regularly brittle. In such cases the size of plastic zone at the root of piane discontinuity, i. e. at the initial microcrack on the speci-men, is negligibiy smali and the crack propagation to the fracture can be described by linear elastomechanics. With semi-brittle or even tough fracture the size of plastic zone is considerably greater and therefore it should not be neglected by any means. In such cases the fracture must be anaiyzed by the non-iinear, so-called elasto-plastomechanics. When the influence of the plastic zone size needs not be considered, the toughness criterion and thus the criterion for fracture of material containning piane dis-continuities in the bearing cross-section is represented by the critical stress intensity factor, also called the material fracture toughness K,c. The method of K,c mea-surement has been standardized3 4 for quite a iong tirne. When material vvith piane discontinuities behaves elasto-plastically, the root of the discontinuity is initiaily biunted due to the influence of a considerable plastic zone and the crack starts simultaneously to open. The critical size of the crack opening displacement immedi-ateiy before fracture occurs /s — at the knovvn geometry of problem — exclusively a material property. Material toughness measurement (COD method) is therefore based on the method of measuring the critical displacement of the crack surface. Gliha5 quotes in his revievv paper that the critical size of a crack opening displacement is a parameter related only to the plastic zone at its root. The properties vvithin the plastic zone are changing and thus we ha ve to do vvith a considerable scatter of results vvhen the critical size of the crack surface displacement is measured. The parameter vvhich does not inciude only the influence of plastic zone is the ciriticai value of the curved J-integral along any arbitrary path, enclosing the crack tip. For the čase that the specimen has unit thickness, it can be vvriten as: J=-^=\ Wdy—\ T— ds, (1) da r r dUp/da stands for the change of potential energy per unit crack propagation, W is deformation energy per unit voiume, u is the displacement vector in the direction of external force action T on the contour T. The term T(8u/ 8x) ds represents the rate of vvork input form the stress 1 / \ Slika 1 Integracijska pot krivuljnega integrala J je kontura r, ki objema plastično cono ob korenu razpoke Fig. 1 Integrating path of the curve J-integral is the contour sur-rounding the plastic zone at the crack root. polja v področje, obdano s konturo T. Več o J-integralu najde bralec v zelo razširjeni tozadevni literaturi6 7, pomen simbolov v enačbi (1) pa je sicer razviden tudi s slike 1. Metoda J-integrala je torej zasnovana na energijskem modelu loma, pri čemer je kritična vrednost Jc definirana kot vrednost J integrala tik pred lomom. Rice8 je dokazal, da je J-integral od poti neodvisen, zato lahko za njegovo izračunavanje, t. j. za vrednotenje elastoplastič-nega sproščanja energije namenoma izberemo takšno konturo, ki vključuje le bremena s pripadajočimi elastičnimi pomiki. Običajno je takšna kontura kar obris preizkušanca, za katerega so bremena in pomiki poznani, namreč izmerjeni. Kako pa eksperimentalno določimo kritično vrednost J-integrala? V ta namen izdelamo večje število takoime-novanih CT preizkušancev, kakršen je prikazan na sliki 2. Ti preizkušanci imajo to posebnost — za razliko od podobnih CT preizkušancev za določevanje K,c vrednosti — da lahko merilec hoda tzv. clip-gauge pozicioniramo natančno v linijo delovanja obremenitve. Zato, da dobimo dovolj oster koren razpoke, preizkušance predhodno pulzirajoče obremenjujemo z določeno, ne preveliko obremenitvijo. Določevanje Jc vrednosti nato izpeljemo v pogojih kontroliranega pomika, t. j. pogojih kontroliranega odpiranja ustja razpoke, kar daje stabilno napredovanje razpoke. S sočasnim beleženjem obremenitve P ter odpiranja ustja razpoke 5 dobimo opravljeno delo U enostavno s planimetriranjem zapisa P-5. Ob tem merimo še dolžino razpoke a, kot tudi njeno napredovanje Aa, kar predstavlja določen eksperimentalni problem. Vsakokratnemu napredovanju razpoke Aa ustreza odgovarjajoče opravljeno delo oz. energija U, s pomočjo katere izračunamo pripadajočo J vrednost v skladu z enačbo: J= 2U f(a/w), (2) B (w —a) pri čemer je funkcija t (a/w) odvisna od neto preseka preizkušanca. Najdemo jo v ustreznem standardu9. w •—■—1 il. — -0 « BrO,5W H= 0,6 W W'=1,25W F = 2E = 0,55W D z 0,25 W a= 0,45 ^0,55 W Slika 2 Compact Tension (CT) preiskušanec za določevanje J integrala Fig. 2 A compact tension (CT) specimen for determination of J-inte-gral. field into the area enclosed by the contour r. Detai/ed in-formation about J-integral can be found in references6 7 and vvhile the meaning of symbols used in equation (1) evident from Fig. 1. This J-integral method is based on the fracture-ener-gy model, the critical value Jc being defined as the value of J-integral immediately before the fracture sets in. Rice8 proved that J-integral is independent of the path. For its calculation, i. e. for the evaluation of elasto-plas-tic release of energy it is therefore possible to choose intentionally a contour induding on/y loads vvith corre-sponding elastic displacements. Such a contour is usually represented by the very outline of the specimen for vvhich loads and displacements are knovvn, that is measured. How can the critical J-integral value experimentally be defined? In order to define it experimentally a great number of the so-called CT specimens (Fig. 2) vvas prepared. The peculiarity of these specimens is that the clip gauge can be positioned exactly in the line of load action in vvhich they differ from the CT specimens used to determine KiC values. In order to get a sufficiently sharp crack root the specimens are cycie loaded vvith a certain but not too heavy load. The Jc values are then determined under conditions of controlled displacement, i. e. under the conditions of controlled crack opening displacement, providing a stabie crack propagation. By recording in the load P and the crack opening displacement 8, the work done U is obtained by planimetric treatment of the record P-8 plot. Simultaneously the crack length a and its propagation A a are measured, vvhich represents some experimental problem. Each crack propagation step A a corresponds to an adequate work done or energy U. With the help of U it is possible to calculate the corresponding J-value according to equation: J=d2U : f (a/w), (2) B (vv- a) The function f (a/vv) depends on the netto cross-section of a specimen and can be found in an adequate standard9. The first measured J value is applied to determine the conditional JQ value vvhich must meet the follovving conditions: t B and also (w-a)>~, Oo (3) Napredovanje razpoke, Crack extension Aa(mm) Slika 3 Odvisnost J integrala od napredovanja razpoke pri določevanju Jic vrednosti Fig. 3 Relationship betvveen the J-integral and the crack extension in determining the JIC values. Prva izmerjena vrednost J služi za določevanje pogojne JQ vrednosti, ki mora zadostiti zahtevam: i B, kot tudi (w-a)> —, (3) pri čemer smo s ctg označili napetost tečenja, ki je tu določena kot srednja vrednost med mejo plastičnosti ays ter natezno trdnostjo oUTS. S tako definirano napetostjo tečenja zajamemo namreč tudi deformacijsko utrjevanje materiala. Minimalna debelina CT preizkušanca B>25J/ct0 zagotavlja, da bo daljšanje razpoke Aa opravljeno pod pogoji ravninskega deformacijskega stanja, minimalna dolžina ligamenta b = (w — a) > 25 J/o0 pa preprečuje »teče-nje« neto preseka preizkušanca. Postopek določevanja veljavne Jic vrednosti je prikazan na sliki 3. Postopek vključuje takoimenovano »blun-ting line procedure«, ki je uvedena za oceno navideznega napredovanja razpoke zaradi otopitve njenega korena. To navidezno napredovanje razpoke, merjeno z odpiranjem njenega ustja 8, bo manjše ali kvečjemu enako otopitvenemu radiusu korena, ki pa je enak polovici odpiranja, torej: Aa<0,5 8. Upoštevaje odvisnost 5 = J/a0, dobimo končno za enačbo linije otopitve naslednji izraz: J = 2a0Aa=(ays + aUTS) Aa (4) Omenimo naj še pomen obeh mejnih linij na sliki 3. Linija, označena kot 0,15 mm — mejna linija, zagotavlja, da bo napredovanje razpoke Aa vsaj 0,15 mm, da ga lahko dovolj natančno izmerimo. Linija, označena kot 1,5 mm — mejna linija, pa zagotavlja, da bo Aa v splošnem manjši od 6 % preostale dolžine ligamenta (w —a), saj do te vrednosti ostane v veljavi enačba (2). Veljavne vrednosti med obema linijama povežemo z regresijsko premico, katere presečišče z linijo otopitve daje JQvrednost. Tako določena pogojna JQ vrednost je, ako sta izpolnjena pogoja (3), že tudi Jic integral. 3. EKSPERIMENTALNI DEL Z REZULTATI 3.1 Določevanje J,c-integrala Za preiskave smo izbrali dva kosa jeklene pločevine, in sicer pločevino, debeline 40 mm, izdelano iz jekla Nio-nicral 70, ter pločevino, debeline 25 mm, izdelano iz jekla Niomol 490. o0 indicates the yieid stress. defined as the mean vaiue of the yieid point ays and the ultimate stress ctUtS■ Yieid stress defined in this way includes the strain hardening of the material, too. The minimal thickness of a CT specimen B> 25 J/o0 guarantees that the crack propagation Aa vvill proceed under plane strain conditions and the minimal length of ligament b= (w- a)> 25J/o0 prevents the yieiding of the netto cross-section of the specimen. The method to determine the vaiid J,c vaiue is shovvn in Fig. 3. It includes the so-ca/led »biunting line procedure« vvhich has been introduced in order to estimate the apparent crack propagation due biunting of its root. This apparent crack propagation measured by the crack opening displacement 8 will be smaller or at least equal to the blunted root radius vvhich itself is equal to one half of the opening: Aa< 0.5 8. Considering that 8= J/o0, the follovving expression is obtained for the biunting line equation: J= 20oAa =(INSTRON 1343« testing machine. the ultimate tensile strength of 823 MPa vvere measured. The corresponding values for Niomol 490 vvere 533 MPa and 618 MPa respectively. J-integral vvas determined vvith the help of the static/ dynamic testing machine INSTRON 1343 vvith the capac-ity of 500/250 kN, controlled by a H P 9000/310 Computer. The testing machine shovvn in Fig. 6 is used at Inštitut za metalne konstrukcije in Ljubljana and is of a hy-draulic type vvith a ciosed control system. For specific testing requirements a series of clip gauges vvas made to measure the crack opening dis-placements. In Fig. 7 a 15 mm clip gauge is shovvn. Its accuracy is 0.5 %. It is mounted on a CT specimen in the line of load action. The fatigue crack vvas initiated in ali specimens by a dynamic load of a sine shape in the range of stress in-tensity factor AK= 1000 Nmm~3/2 by 850 cycles per mm of crack propagation increment. AH measurements vvere made at 20°C. J-integral vvas determined in tvvo ways, either vvith severa/ specimens or vvith a single one. In the čase of several-specimens method the crack extension ivas marked by thermal etching. in the čase of a single specimen, hovvever, the crack length vvas determined from the deflection of the specimen at partiai unloading. The deflection of the specimen determined from the unloading line stope is directly reiated to the length of the crack. Not fulfilling the size criterion (3) CT specimens vvith characteristic dimension w= 36 mm vvere found unsuit-able. Results obtained on specimens vvith w=50mm vvere much better. Specimens vvith w= 100 mm are test-ed now. Plot in Fig. 8 shovvs the results for Nionicral 70 measured by the method of unloading of a single specimen in transversai direction. After a series of repeated measurements the follovving values vvere obtained: J,C (kJ/rrf) Nionicral 70 in longitudinal direction 810- 1020 in transversai direction 290- 460 Niomol 490 in longitudinal direction 1570- 1680 in transversai direction 700- 990 Nionicral 70 Niomol 490 vzdolžno prečno vzdolžno prečno 810-1020 290- 460 1570-1680 700- 990 J 1 C Single Spec i men Test NI ON ICRAL70 Specimen - 10 Botch - 1 Dote - 6. i v diagramih na slikah 4 in 5. Pri jeklu Nionicral 70 smo namerili mejo plastičnosti 784 MPa ter trdnost 823 MPa, pri jeklu Niomal 490 pa mejo plastičnosti 533 MPa ter trdnost 618 MPa. Za določevanje J-integrala smo uporabili statični/dinamični preizkuševalni stroj INSTRON 1343, zmogljivosti 500/250 kN, upravljan preko računalnika HP 9000/310. Preizkuševalni stroj, prikazan na sliki 6, je montiran na Inštitutu za metalne konstrukcije v Ljubljani in je hidravličnega tipa z zaprtim kontrolnim sistemom. Za specifične potrebe preizkušanja smo izdelali serijo merilcev hoda (clip gauge) za merjenje odpiranja ustja razpoke. Na sliki 7 je prikazan merilec hoda 15 mm točnosti 0,5 %, montiran na CT preizkušancu v liniji delovanja obremenitve. Vnašanje utrujenostne razpoke je pri vseh preizku-šancih potekalo z dinamično obremenitvijo sinusne oblike v območju faktorja intenzitete napetosti AK= 1000 Nmm-3'2 z 850 cikli na mm prirastka razpoke. Vsa merjenja so bila opravljena pri temperaturi 20°C. J-integral smo določali na dva načina, bodisi z več preizkušanci, pri katerih smo nato napredovanje razpoke markirali s toplotnim jedkanjem, bodisi z enim samim preizkušancem, kjer smo dolžino razpoke določili iz podajanja preizkušanca pri delnem razbremenjevanju. Iz naklona razbremenilne linije določena podajanost preizkušanca je namreč v neposredni zvezi z dolžino razpoke. CT preizkušanci karakteristične dimenzije w = 36 mm so se že po prvih testih izkazali za neuporabne, ker ne zadovoljujejo velikostnega kriterija (3). Boljši so bili rezultati, dobljeni na preizkušancih s karakteristično dimenzijo w = 50mm, v teku pa so preizkusi na preizkušancih s karakteristično dimenzijo w=100 mm. V diagramu na sliki 8 so zbrani rezultati merjenja z metodo enega preizkušanca z razbremenjevanjem, veljajo pa za jeklo Nionicral 70 v prečni smeri. Po velikem številu ponovljenih merjenj imamo končno: Jlc (kJ/m2) Na sliki 9 je prikazana serija uporabljenih CT preizkušancev različnih debelin. Za polkrožno utrujenostno razpoko je možno na vsakem preizkušancu opaziti s toplotnim jedkanjem obarvano temnejšo frakturno površino, ki označuje med preizkušanjem napredovalo razpoko. Preseneča pa močna lateralna kontrakcija bokov preizkušancev ter s tem povezana strižna ustnica na fraktur-nih površinah celo največjega od uporabljenih preizkušancev, kar govori v prid domnevi, da je velikost plastične cone znatna v primerjavi z dimenzijami preizkušancev. Literatura10 " navaja, da pri merjenju odvisnosti lomne žilavosti (določene preko J-integrala) od temperature preizkušanja dosežemo določeno žilavost, ki jo pri višjih temperaturah preizkušanja nič več ne presežemo, pač pa žilavost le še pada. Govorimo o takoimenovanem platoju žilavosti, ki pa je odvisen od debeline CT preizkušanca. Plato se pojavi, ko postane velikost plastične cone ravninskega napetostnega stanja rp primerljiva z debelino preizkušanca B. V teh pogojih pride do močne plastične deformacije pred korenom razpoke in merjenje žilavosti ni več veljavno. Slika 7 Obremenjen CT preiskušanec z montiranim merilcem hoda v liniji delovanja obremenitve Fig. 7 Loaded CT specimen vvith a clip gauge mounted in the line of load action. Napredovanje razpoke, Crack extension (mm) Slika 8 Diagramski prikaz določevanja J,c vrednosti za jeklo Nionicral 70 v prečni smeri Fig. 8 Diagramatical presentation of determining J/c values in transver-sal direction for Nionicral 70 Slika 9 Serija uporabljenih CT preiskušancev različnih debelin. Na sliki je za primerjavo še škatlica vžigalic. Fig. 9 A series of used CT specimens of various thicknesses. For comparison's sake there is a box of matches. nje Velikost plastične cone za ravninsko napetostno določimo z enačbo: sta- (5) =J_ /K,ci 2n \CTys/ Ker je med faktorjem intenzitete napetosti ter J-integra- lom naslednja zveza: E' (6) B>0,35 M2 (7) predpisuje še dosti večje debeline preizkušancev, kot pa je to določeno s standardnim kriterijem (3). Na osnovi povedanega lahko zaključimo, da so bile v okviru opravljenega eksperimentalnega dela izmerjene le okvirne vrednosti J i0 in da je pri korektnem merjenju J-in-tegrala potrebno upoštevati poleg s standardom predpisanih kriterijev (3), nanašajočih se na debelino preizku-šanca ter dolžino ligamenta, še tudi nekatere druge bolj ali manj empirične kriterije11 14. 3.2 Mikrofraktografske preiskave Mikrofraktografske preiskave prelomnih površin CT preizkušancev so bile opravljene s scanning elektronskim mikroskopom na Metalurškem inštitutu v Ljubljani. Fig. 9 shovvs several CT specimens of various thicknesses. For a semicircuiar fatigue crack it is possible to note a darker fracture surfase coloured by thermai etch-ing vvhich denotes crack extension. Surprising is a severe lateral contraction of the sides and the shear lip on fracture surfaces even on the greatest specimens. it speaks in the favour of the hypothesis that the size of plastic zone is considerabiy great in comparison to the dimensions of specimens. /Is cited in references10 11, a certain toughness is obtained vvhen measuring the fracture toughness in rela-tion (determined over a J-integral) to the testing temperature. At higher temperatures this toughness is not ex-ceeded, it even tends to be reduced. We have to do vvith the so-called toughness piateau, depending on the thickness of the CT specimen. This piateau occurs vvhen the size of plastic zone in the plane stress rp becomes comparable to the thickness of the specimen B. Under these conditions a severe plastic deformation takes plače in front of the crack root, making aH subsequent toughness measurements non-valid. The plane-strain piastic-zone-size-factor can be determined by the eguation: 1 /K, 271 \ 0.35 | \CRI2) 4850 1,53 0,40 0,30 0,025 0,025 11,60 0,83 2. DESCRIPTION OF EXPERIMENTS The investigated steel qualitles had the follovving chemicai composition: (%) C Si Mn P S Cr Mo Č.4150 1,97 0,34 0,36 0,030 0,030 11,30 0,1 Č.4850 1,53 0,40 0,30 0,025 0,025 11,60 0,83 Č, £ (OCRI2VM) V Ni Cu Al Č.4150 1,53 0,19 0,15 0,016 (OCRI2) Č.4850 1,18 0,17 0,22 0,049 (OCRI2VM) Jekli smo stalili na zraku v indukcijski peči in ulili v ingote kvadratnega preseka 220 mm. S kovanjem smo dobili gredice kvadratnega preseka z robom 65 mm. Jeklo je bilo pred izdelavo epruvet mehko žarjeno. Epruvete za mehanske preizkuse (trdnost, udarna in lomna žilavost) iz jekla Č.4150 smo kalili iz solne kopeli pri 960 °C v olje in jih dvakrat po eno uro popuščali na posameznih temperaturah; jeklo Č.4850 je bilo kaljeno na enak način s temperature 1010 "C in enako popušča-no. Mikrostrukturo litega, kovanega in toplotno obdelanega jekla smo preiskali z optičnim in transmisijskim elektronskim mikroskopom, količino primarnih karbidov smo izmerili s Ouantimetom 720, naravo sekundarnih karbidov z elektronsko difrakcijo, količino zaostalega avstenita pa rentgenografsko. y///////z i '//,' ////// ///<=>{ VA m Ovl CD V//////A v///// i 62.25 Slika 1 Geometrija uporabljene CT epruvete s puščičasto zarezo Fig. 1 Geometry of the CT specimen vvith an arrovv-iike notch V Ni Cu A/ Č.4150 1,53 0,19 0,15 0,016 Č.4850 1,18 0,17 0,22 0,049 The steels vvere melted in the air in the induction furnace and čast into ingots vvith square cross-sectional area (220 mm). Out of these, billets vvith square cross-sectional area vvere forged vvith the edge measuring 65 mm. Prior to the fabrication of the test specimens, the steel vvas annealed. The specimens for mechanical testing (strength, impact and fracture toughness) made of steel quality Č.4150 vvere quenched from the salt bath at the temperature 960 "C into oii and tempered tvvice for one hour at each temperature. The steel quality Č.4850 ivas hardened in the same way from the temperature 1010 "C and also tempered in the same way. The microstructure of the čast, forged and heat treated steel vvas searched vvith the optical and TEM — the quantity of carbides vvas measured vvith Ouantimet 720, the nature of secondary carbides vvas studied by electron difraction, and the qu-antity of residual austenite from X-ray technique. The magnitude of fracture toughness (stress intensi-ty factor) vvas measured by means of CT-specimens, the geometry of vvhich ensured a plane strain state. The specimens vvere cut out of billets so that the cut ran rec-tangularly to the direction of deformation and the tensile stress vvas acting in the direction of the deformation of the billet. The test bars vvere fabricated according to the ASTM E 399-83 standard, (1). The critical value of the stress intensity factor vvas determined semi-empirically by measuring the deformation on the CT-specimens (Figure 1) on vvhich primary cracks vvere initiated by fatigue on the MTS 820 machine. After the fracture it vvas examined vvhether the fatigue crack fulfills the con-ditions of the experiment. After the static fracture, the length and the tip shape of fatigue crack vvere measured as well as the forces FQ and Fmax. From the force F0 ive calculated the assumed value of the factor KQ vvith the heip of the equation: (2+ a/W)[0,886+ 4,64a/W- 13,32(a/Wf+ 14,72(a/Wf-5,6(a/VVf] \'(1-a/Wf then the measuring conditions vvere controlled by calcu-lating the follovving parameters: B,asr>2,5(-^f, (2) H pO. 2 vvhere B is the thickness of the specimen and a the length of the crack. Betvveen the maximum value of the stress intensity factor Klmax in fatigue testing and the elasticity module, the follovving relationship has to hoid true: 0,00032 fm, (3) Velikost lomne žilavosti (faktorja intenzivnosti napetosti) smo merili s pomočjo CT epruvet, katerih geometrija je zagotavljala ravninsko deformacijsko stanje. Epruvete smo izrezali iz gredic tako, da je bila zareza pravokotna na smer deformacije, natezna napetost pa je bila v smeri deformacije gredice. Epruvete so bile izdelane po standardu ASTM E 399-83(1). Kritično vrednost faktorja intenzivnosti napetosti smo določali polempiri-čno z merjenjem deformacije na CT epruvetah (slika 1), na katerih je bila narejena primarna razpoka z utrujanjem na stroju MTS 820. Po prelomu smo ugotavljali, če utrujenostna razpoka izpolnjuje pogoje poskusa. Po statičnem prelomu smo izmerili dolžino in obliko čela utrujenostne razpoke ter izmerili sili FQ in Fmax. Iz sile FQ smo izračunali predpostavljeno vrednost faktorja KQ s pomočjo enačbe: K0 = B )A/V Kfr ■ > 0,00032 Vm, razmerje obremenitev: -p38* » 1,1 (3) (4) in Karbidi (%) Zaostali avstenit (%) Jeklo Tpop M23C6 M7C6 Č.4150 180 10,5 89,5 10,2 400 11,2 88,8 5,0 500 11,2 88,2 0 Č.4850 180 8,8 91,40 10,9 400 7,94 92,06 10,6 500 7,91 92,09 7,2 Mehanske lastnosti obeh jekel so zbrane v tabeli 3: the ratio of loads: > 1,1 Fq (4) and the size of the plastic zone at the tip of the crack vvhich has to be smaller than a 2% fatigue crack: rpl < 0.02 as, (5) If the above four conditions are fulfilled, the assumed vaiue of the stress intensity factor Ka can be taken as the critical vaiue of this factor K,c. (2 + a/W) [0,886 + 4,64 a/W -13,32(a/W); +14,72 (a/W)3 - 5,6 (a/W)4 j (/(1 -a/W)3 nakar smo kontrolirali pogoje merjenja še z računom naslednjih parametrov: B, asr>2,5(^)2, (2) "pO,2 kjer sta B debelina vzorca, a pa dolžine razpoke. Med največjo vrednostjo faktorja intenzivnosti napetosti Kfmax pri utrujanju in modulom elastičnosti mora veljati odnos: velikost plastične cone na vrhu razpoke, ki mora biti manjša od 2 % utrujenostne razpoke: rPi < 0,02 asr (5) Če so izpolnjeni ti štirje pogoji, se privzame predpostavljena vrednost faktorja intenzivnosti napetosti KQ kot dejanska, kritična vrednost tega faktorja K|C- 3. REZULTATI Mikrostrukturne sestavine obeh preiskanih jekel po toplotnih obdelavah so martenzit, primarni in sekundarni karbidi ter zaostali avstenit (slika 2). Količina in narava zadnjih dveh sestavin je navedena v tabeli 2. Tabela 2: Slika 2 Sekundarni karbidi v jeklu Č.4150 popuščenega na temperaturah a) 180, b) 400 in c) 500 "C Fig. 2 Secondary carbides in steel Č.4150 tempered at the temperatu-res a) 180, b) 400 and c) 500 'C Tabela 3: Jeklo Tpop Rm (MPa) RpO.2 (MPa) E(MPa) Trdota HRC Žilavost MJ/m2 Č.4150 180 1034 982 230000 62,8 0,078 400 1024 973 230000 58,2 0,062 500 1156 1098 230000 55 0,050 Č.4850 180 964 916 210000 62 0,075 400 1033 981 210000 58 0,063 500 1297 1232 210000 55 0,056 Tabela 4: Jeklo Tpop (°C) •v (MPaj/m) Kontrola Č.4150 180 22,6 = K|C 400 21,2 Kq = K,c Č.4850 500 17,6 Kq = K,c 180 33,3 Kq = K,c 400 31,5 ka = K|C 500 26,6 Kq = K,c 300 400 Temp. [°C1 Slika 3 Kritična vrednost faktorja intenzivnosti napetosti v odvisnosti od temperature popuščanja Fig. 3 Critical stress intensity factor K/c versus tempering temperature 4. Zaključek Na način, ki je značilen za preizkušanje konstrukcijskih jekel, smo izmerili lomno žilavost dveh kromovih ledeburitnih orodnih jekel. Osnovni problem pri preizkušanju je bil izdelati začetno razpoko z utrujanjem jekla. Izmerjeni faktorji intenzivnosti napetosti so odvisni od kemične sestave in mikrostrukture jekla. Jeklo Č.4850 ima znatno boljšo lomno žilavost od jekla Č.4150. Pri obeh jeklih se lomna žilavost spreminja s temperaturo popuščanja jekla po kaljenju. Ta sprememba faktorja intenzivnosti napetosti je v dobri korelaciji s spremembo deleža zaostalega avstenita. Spremembe v 3. RESULTS The microstructural components of both investiga-ted steels after the heat treatment procedures are: martensite, primary and secondary carbides and residual austenite (Fig. 2). The amount and the nature of the last two components are presented in Table 2. Table 2: Kritične velikosti faktorja intenzivnosti napetosti KIC pa so v tabeli 4. (Slika 3) Carbides (%) Residual austenite (%) Steel tPop m23c6 m7c6 Č.4150 180 10,5 89,5 10,2 400 11,2 88,8 5,0 500 11,2 88,2 0 Č.4850 180 8,8 91,40 10,9 400 7,94 92,06 10,6 500 7,91 92,09 7,2 The mechanical properties of the two steel qualities can be seen in Table 3: Table 3: Steel Tp0p Rm (MPa) PpO.2 (MPa) E(MPa) Hardness HRC Toughness MJ/rrf Č.4150 180 1034 982 230000 62,8 0,078 400 1024 973 230000 58,2 0,062 500 1156 1098 230000 55 0,050 Č.4850 180 964 916 210000 62 0,075 400 1033 981 210000 58 0,063 500 1297 1232 210000 55 0,056 Finally, the critical values of the stress intensity factor K,c are presented in Table 4. (Fig. 3) Table 4: Steel T tem (°C) Ko_ (MPafm) Control Č.4150 180 22,6 KQ = K|C 400 21,2 Kq = K|C 500 17,6 = K,c Č.4850 180 33,3 KQ = K|C 400 31,5 KQ = K,c 500 26,6 KQ = K|C 4. Conclusion A method vvhich is typically used for testing structural steels vvas applied to measure the fracture toughness of tvvo chromium ledeburite tool steels. The basic problem of the testing vvas hovv to initiate a crack by fati-gue. The measured stress intensity factors are in depen-dence on the chemical composition and microstructure ofthe steel. Steel Č.4850 possesses a much higher fracture toughness than steel Č.4150. With both qualities of steel the fracture toughness varies vvith the temperature of tempering after the hardening procedure. This variati-on of the factor is in good correiation vvith the changing percentage of the residual austenite. The changes in the magnitude of the stress intensity factor are much more selective than the values of impact toughness measured velikosti faktorja intenzivnosti napetosti so mnogo bolj selektivne od vrednosti udarne žilavosti, izmerjene po Charpyju na epruvetah z ostro V zarezo. Faktor intenzivnosti napetosti in vrednosti udarne žilavosti pri preiskanih jeklih se ne dajo povezati z znanimi empiričnimi obrazci. Velikosti kritične vrednosti faktorja intenzivnosti napetosti za obe toplotno obdelani jekli dajejo v celotnem intervalu temperatur popuščanja prednost jeklu Č.4850. Te meritve posredno potrjujejo tudi znane vrednosti udarne žilavosti in prakso orodjarjev, ki dobro poznajo to prednost jekla Č.4850. according to Charpy on test bars vvith a sharp V-notch. The stress intensity factor and the fracture toughness values of the investigated steels cannot be related to the knovvn empirical patterns. The magnitudes of the ultimate values of the stress intensity factor for both qualities of the heat treated steel examined over the vvhole temperature interval of tem-pering give priority to steel Č.4850. Thus these measurements are also a indirect confirmation of the knovvn vaiue of the impact toughness and the practical experien-ce of tool makers who are well familiar vvith this advanta-geous feature of steel Č.4850. LITERATURA/REFERENCES 1. ASTM E 399 - 83, 519-542 (1983), 2. Y. A. Geller, Tool Steels, Mir Publisher, Moscovv, 132—144 (1983), 3. H. Berns, W. Trojahn. Einf. Der Warme behand. auf das er-mudung ledeb. kaltarbeits. 4 th Intern. Congr. on Heat Tre-atm. of Mater. Berlin, 427-439 (1985). 4. J. Rodič, Mehanizem in morfologija lomov Cr-Mo-V orodnih jekel, disertacija, Ljubljana, 1978. 5. E. Haberling, Hardenability of Ledeburitic Chromium Steels in a Vacuum Furnace, Thyssen Edelst. Techn. Ber. — 1983. SLOVENSKE ŽELEZARNE ŽELEZARNA RAVIME n.sol.o RAVNE NA KOROŠKEM SLOVENIA - YUGOSLAVIA Železarna Ravne kot proizvajalec kvalitetnih in plemenitih jekel nenehno razvija in izpopolnjuje tehnološke postopke s ciljem povečevanja finalizacije. kvalitete, avtomatizacije in humanizacije dela. Izgradnjo novih tehnoloških naprav v je-klarni, kovačnici, termični obdelavi in širjenje proizvodnje finalnih izdelkov je spremljal intenziven tehnološki razvoj podprt z uvedbo procesnih računalnikov, numerično krmilnih enot ter avtomatizacije. Računalniško vodenje procesa Jekleni valji za valjanje kovin Različna industrijska rezila iz plemenitega jekla Študij optimalnih pogojev za analizo kovinskih materialov z metodo ICP atomske emisijske spektrometrije Investigation of Optimal Conditions for Metal Ana lys is by ICP Atomic Em i s si on Spectrometry A. Osojnik*, T. Lavrič* študirali smo optimalne pogoje in aparativne parametre za analizo nikljevih zlitin s sekvenčno atomsko emisijsko spektrometrijo. Razvili smo metodo multiele-mentne analize za določanje Ni, Co, Cr, Mo, Ti (60 do 2 %) ter Al, Fe, Mn, Cu in Si (1 do 0.005 %). Študirali smo spektralne interterence za vse prisotne elemente, /zbrali smo optimalne valovne dolžine, ter določili občutljivost, mejo zaznavnosti, korekcijske faktorje in reproduktiv-nost rezultatov. Točnost rezultatov smo preverili s certi-ficiranimi referenčnimi materiali nikljevih zlitin podobnih sestav. UVOD Za hitro analizo kovin in zlitin se običajno najbolj uporabljata metodi emisijske spektrometrije z vzbujanjem z iskro in rentgenska fluroscenčna analiza. Alternativno možnost za analizo metalurških vzorcev predstavlja atomska emisijska spektrometrija z induktivno skloplje-no plazmo (ICP AES). Prednosti metode so predvsem možnost multielementne analize, dobra občutljivost, široko linearno koncentracijsko območje ter malo kemijskih motenj. V literaturi zasledimo številne publikacije o teoretičnih osnovah, operativnem razvoju, napredku in aplikacijah ICP AES za analizo kovinskih materialni. 2.3.4,5.6,7 vsak sistem zahteva specifičen način raziskovanja in kritično ovrednotenje rezultatov za izbiro optimalnih parametrov analize in dosego optimalne kombinacije občutljivosti, stabilnosti ter razmerja signal — ozadje za določen element. To delo obsega raziskave za izdelavo analizne metode, ki omogoča določanje desetih elementov na različnih koncentracijskih nivojih v vzorcih nikljevih zlitin, tipa Nimonic. EKSPERIMENTALNO DELO Meritve smo izvršili s sekvenčnim vakuumskim emisijskim spektrometrom z ICP izvorom, firme Applied Research Laboratories (ARL), model 3520 OES. Karakteri- * SŽ — Metalurški inštitut Ljubljana •' Originalno publicirano ZZB 22 119881 4 ""' Rokopis prejet avgust 1988 UDK: 543.423 ASM/SLA: S11k, U2g The optimal conditions and determination parameters for anaiysis of nickel base alloys by sequential ICP atomic emission spectrometry vvere studied. A method for determination of major Ni, Co, Cr, Mo, Ti 60 to 2 vv/vv %) and minor components Al, Fe, Mn, Cu Si 1 to 0.05 w/w %) using a single sample preparation tech-niqe vvas developed. Actual spectral interferences due to the influence of any present element vvere identified by vvavelength scans near analyte vvavelengths for Ni, Co, Cr, Mo, Ti, Al, Fe, Mn, Cu and Si. Optimal spectral lines, detection limits, sensitivities, additive correction factors and reproductivity of results vvere established. The accuracy of the results vvas checked vvith different certified materials of similar composition. INTRODUCTION Routine analysis of metals and their alloys are com-monly performed by spark emission spectrometry or x-ray flourescence. Other alternative for analysis of metal-urgical samples represents inductiveiy coupled plasma atomic emission spectrometry vvith its multielement cap-ability, good sensitivity, vvide linear calibration ranges and freedom from chemical-type interferences. There are numerous publications on theory, progress and ap-plication of ICP atomic emission spectrometry for metal analysis' z J * 5 6 Each system requires specific way of investigation and critical evaluation of results to get optimal operating parameters giving the best combination of sensitivity, stabiiity and line to background ratios for elements concerned. The present paper reports about a single analytical method applicable to the determination of ten elements at major and minor constituent levels in samples of nickel base alloys of Nimonic type. EXPERIMENTAL Equipment Applied Research Laboratories (ARL) 3520 OES vacuum sequentiai scanning inductively coupled plasma emission spectrometer vvas used for ali measurements. The instrument specifications and operating conditions are given in Table 1 stike aparature in eksperimentalni parametri so navedeni v tabeli 1. Tabela 1: Karakteristike aparature in eksperimentalni parametri APARATURA: Spektrometer Monohromator: Uklonska mreža: Spektralno območje: Širina reže, primarna: Širina reže, sekundarna: RF generator Frekvenca: Moč: Reflektirana moč: ICP izvor Gorilec: Pretok Ar, hladilni: Pretok Ar, plazma: Pretok Ar, nosilni: Višina opazovanja: Vnašanje raztopine Razpršilec: Hitrost sesanja raztopine: Analizni parametri Čas izpiranja: Čas integracije: ARL, model 3520 OES sekvenčni, vakuumski — spektometer, ICP izvor 1 m premera, Paschen-Runge nastavitev 1080 zarez/mm 170-797 nm 20 |im 50 ^m 27.12 MHz 1200 W <5 W koncentričen, kremenčev, tip Fassel 12 l/min. 0.8 l/min. 0.32 l/min. 15 mm nad tuljavo steklen, tip Meinhard 2 ml/min. 15 s 2 s Priprava vzorca 50 mg vzorca (v obliki finih ostružkov) zatehtamo v 100 ml čašo in previdno raztapljamo v 20 ml kislinske mešanice H20 : HCI : HN03 = 3 : 2 : 1. Raztopino rahlo segrevamo, da se vzorec popolnoma raztopi, po potrebi filtriramo. Raztopino ohladimo na sobno temperaturo, prelijemo v 500 ml merilno bučo in dopolnimo do 500 ml z deionizirano vodo. Vzporedno pripravimo slep vzorec. Umerjanje Umeritvene krivulje smo izdelali s pomočjo multiele-mentnih standardnih raztopin in s certificiranimi referenčnimi materiali nikljevih zlitin (BAS, MBH), ki smo jih raztapljali na enak način kot vzorce. Multielementne standarde raztopine za umerjanje smo pripravili iz čistih kovin ali soli, ki smo jih raztopili v kislinski mešanici oziroma v vodi. REZULTATI IN DISKUSIJA Prvi korak pri razvoju analizne metode je izbira in ovrednotenje primernih spektralnih črt, ki so optimalne za posamezni element glede na sestavo vzorca in njegovo koncentracijsko območje. Možnost izbire med več emisijskimi črtami za posamezni element dovoljuje določanje več elementov v istem vzorcu v različnih koncentracijskih nivojih pri enakem faktorju razredčenja. Spektralne interference, ki so posledica vpliva kateregakoli prisotnega elementa v vzorcu zaradi prekrivanja spektralnih črt, smo ugotavljali z opazovanjem profila spektralnih črt pri ustreznih valovnih dolžinah za elemen- Table 1: Instrumentation and operating conditions APPARATUS: ARL, model 3520 OES Sequential, vacuum spectrometer, ICP source Spectrometer Monochromator: 1 m radius, Paschen-Runge mounting Grating: 1080 grooves/mm Spectral range: 170-797 nm Slit vvidth, primary: 20 um Slit vvidth, secondary: 50 pm RF Generator Frequency: 27,12 MHz Incident povver: 1200 W Reflected povver: <5W Plasma Plasma torch: Three concentric quartz tubes, Fassel type Argon flow rate, coolant: 12 l/min. Argon flovv rate, plasma: 0,80 i/m in. Argon flovv rate, carrier: 0,321/min. Observation height: 15 mm above load coil Sample introduction Nebuliser: glass concentric type (Meinhard) Solution uptake rate: 2 ml/min. Analiysis parameters Flovv tirne: 15 s Integration tirne: 2 s Sample preparation 500 mg of sample in the form of fine drillings was vveighed into a 100 mi beaker and carefully dissolved in 20 ml of 3:2: 1 mixture of HsO : HCL : HN03. The solution was heated gently to complete the dissolution, and filtered vvhere necessary. After cooling to room temperature, the solution vvas made up to 500 ml vvith deio-nised water in the volumetric flask. An acid blank of the appropriate concentration vvas also prepared. Calibration Calibration curves vvere obtained from direct intensi-ty measurements made on multielement standard solu-tions or solutions of certified reference materials, suppli-ed by the BAS (BCS) and MBH (WiHan Metals Limited — Rotherham). Stock calibration multielement standard solutions vvere prepared from pure metals or salts, dissolved in high purity acid mixture or deionised vvater, respectiveiy. RESULTS AND DISCUSSION The first step of investigation vvas the selection and evaluation of the vvaveiengths that are the most suitable for each element in a particu/ar matrix. The flexibility of utilizing many emission lines for each element allovvs to analyse different elements in a sample at various concentration levels vvith a single dilution factor. Spectral in-terferences deue to the influence of any present element in the sample vvere identified by vvavelength scans near analyte wavelengths (±0.2 n m) for Ni, Co, Cr, Mo, Ti, Al, Fe, Mn, Cu and Si. The vvaveiengths for particular element vvere seiected from the available lists of ICP at-omic emission lines by Boumans8 considering their sen- te Ni, Co, Cr, Mo, Ti, Al, Fe, Mn, Cu in Si v območju ±0.2 nm od maksimuma izbrane spektralne črte. Valovne dolžine za posamezni element smo izbrali z liste možnih ICP AES spektralnih črt po Boumansu8, upoštevajoč njihovo občutljivost, čim manjše interference ter nizko in konstantno ozadje. Rezultati teh poskusov so pokazali, da korekcija ozadja ni potrebna. Kot je prikazano na sliki 1 in 2, smo ugotovili le spektralno interferenco kobalta na 238.204 n m Fe črti in molibdena na 251.611 nm Si črti, kar povzroča napako pri določanju železa oziroma silicija. Majhen peak, ki ga opazimo na obeh Si spektralnih črtah v prisotnosti titana (slika 2), pripisujemo kontaminaciji Ti standarda s silicijem, ki je nastala pri pripravi standardne raztopine z raztapljanjem titana v kislinski mešanici HF-HN03. Izvršili smo korekcijo za železo in silicij glede na moteče elemente. Na sliki 3 prikazujemo primerjalne rezultate določanja silicija v različnih standardnih vzorcih ni-kljevih zlitin s korekcijo motečega elementa (Mo) in brez nje. Na osnovi rezultatov preliminarnih poskusov smo za vsak element izbrali optimalne spektralne črte, čas izpiranja, čas integracije, pretok argona in druge parametre, ki so prikazani v tabelah 2 in 1 Izdelali smo umeritvene krivulje s pomočjo multielementnih standardnih raztopin in certificiranih referenčnih materialov, pri čemer smo v obeh primerih dobili skoraj identične signale. V tabeli 2 so zbrani podatki za valovne dolžine uporabljenih spektralnih črt, občutljivost, mejo zaznavnosti, relativni standardni odmik, koncentracijsko območje in korekcijske faktorje. Meja zaznavnosti je definirana kot Aljsolule scan l—SL-KEH 2- CO IIIC/IL 3 - CR 1IIC/1L 4—FE O.IMG/IL int m ATT. 127 ,'C° □a "cT -O D) M N O) Ž "J Rs tO "O > "O O C .115 ■S ® ca v) E 3 .C 42 č S "S Ž - U f| "O M J) X> v C t} ta to "O fl a) tO ■O O 2 C o o a.-c 3 9-.<2 b o. <0^ J) O CD V ~ c\j o ° s v O O Tt- LO o V CO p m o V cšT o V 1 LO o o V C\J o V to O CO o 1 oo o CO p +1 CD LO O V CD 1 C\J o V LO O V O, O CO o 1 1 CM cp 00 O LO o o +1 C\J o CD -T— o v q q o z z z o o v - £i ,Q a o. +1 Csl V m cu oi V t. V m V w n o V T- LO 00 m T— tN CO LO CD CD CD CD CD s 5 O CO CO CO CO CO CO cr (/) CO CO CO CO CO Z) m m m m O O UJ 2 z z z m m c\j o o l tO T 1- lf> o o *— o cx> V V V CM +1 O O V co I CVI CM q O LL _ O _ 00 CO 00 O) O) O) < o S 5 I g Q) i 5) -Cl I C >o o o ■O I tu £ .C £ .S 40 q> a »i i i a o1 "S o C 3 ^ O o 5 o) ta o ct c ® - o en ta E c: n co i- CO uS 00 (£) o n " S 0) ® S S I N N ° S O tO ^ l ^ S g I 3 S g CO "ta 'O B § 2 t 0) £ " i i S £ N to O tO O 0) •- J O M W ^ I 3 m cd O m uizz®5 _ r o ® 00 o Q> .C g a O o C tu >o o § Q 2: kislino in jodidni reagent ter ekstrahiramo v 5, 10, 20 ali 30 ml 5 % TOPO v MIBK. Čas ekstrakcije je 30 sek. Organsko fazo razpršimo v plamen. Za določitev enega samega elementa zadostuje 5 ml ekstrakta. Izkušen analitik lahko določi vseh osem elementov iz 30 ml ekstrakta. Podrobni eksperimentalni podatki kot tudi diskusija k TOPO-MIBK ekstrakciji so na voljo v literaturi12. Pri naših poskusih smo povečali količino zmesne kisline za raztapljanje 5 g vzorca iz 60 na 100 ml. 2— TOA-MIB ekstrakcija: Priprava vzorca in ločba sta povsem enaki kot za TOPO-MIBK ekstrakcijo, le da smo uporabljali kot ekstraktant 5 % TOA v MIBK, čas ekstrakcije je daljši 5 min. — Redukcija Te do elementarnega stanja s hidra-zinhidrokloridom: Priprava vzorca je enaka kot opisujemo spredaj do vključno z dodatkom mravljinčne kisline. Nato dodamo ~ 25 ml HCI ter razredčimo na ~ 200 ml. Kislost raztopine naj bo 2—3 M. Dodamo dvojno količino hidrazinhidroklorida, glede na zatehto vzorca. Postavimo na vodno kopel pri 100 °C za 30 min, da se pojavi črna oborina izpadlega Te, nato pustimo čašo z oborino nadaljnih 30 min poleg vroče plošče. Koagulirano oborino zberemo na milipor filtru 0.2 (im, speremo z vodo in raztopimo v čimmanj hladne HN03, ohladimo, dodamo 5 ml HCI, razredčimo na 25 ml, razpršimo v plamen. REZULTATI IN DISKUSIJA Umerjanje in meritve Za umerjanje aparature smo sprva v glavnem uporabljali CRM, ki smo jih pripravljali na enak način kot vzorce. Zaradi pomanjkanja CRM s ppm vsebnostjo iskanih elementov smo včasih naredili referenčne vzorce, že pred raztaplanjem, z združevanjem elektrolitskega železa (NBS 365) ali zelo čiste nikljeve zlitine (BCS 354) z različnimi CRM v različnih utežnih razmerjih. Nadalje smo pripravljali raztopine za umerjanje iz standardnih raztopin, ki smo jih dodajali elektrolitskemu železu (NBS 365) ali superzlitini (BCS 345). Standardne raztopine smo vedno dodali šele po raztopitvi matrice. Tako pripravljene sintetske vzorce smo vodili skozi celoten postopek. Vse standardne raztopine smo pripravili iz čistih kovin ali p.a. soli (Ag). Z obema načinoma umerjanja dobimo skoraj identične rezultate za vse elemente, razen za Bi, kjer smo ugotovili, da dobimo pravilne rezultate le z umerjanjem s CRM; z umerjanjem s sintetskimi vzorci dobimo prenizke rezultate. Pravilno umerjanje je zelo važen dejavnik celotnega postopka. Kritična točka je v pravilni izbiri ničle instrumenta. Kot ničlo instrumenta vstavimo vedno elektrolitsko železo (NBS 365) ali nikljevo zlitino (BCS 345), ki jo v nadaljnjem imenujemo delovna slepa raztopina in jo pripravimo enako kot vzorce. Dobljeni rezultati so namreč pokazali, da dobimo napačne rezultate, če vstavimo kot ničlo čisti MIBK, izmerimo koncentracijo delovne slepe raztopine in to vrednost naknadno odštevamo od celotne vrednosti za umerjalni standard ali preiskovani vzorec. Delovno slepo raztopino pripravimo za vsako skupino vzorcev in jo obvezno uporabljamo za izpiranje med posameznimi vzorci, posebno kadar merimo v bližini praktične meje zaznavnosti in pri ogrevanju gorilca. Uporabnost obeh ekstrakcijskih sistemov Meritve Ag, Bi, Cd, Pb, Se, Sn, in Te v TOPO-MIBK in TOA-MIBK ekstraktih so pokazale podobno učinkovitost ločbe v obeh sistemih, medtem ko se Zn ekstrahira dobro le v TOPO-MIBK, v TOA-MIBK največ 50 %, pri izbranih delovnih pogojih. Izkoristki ložb so za vse ostale ele- ported by Burke1, vvith calibration solutions that have been taken through extraction procedure2, vvas applied. The sample of steel or nickel base alloy (1—5 g depend-ing on amount of traces) siowly and carefully vvas dis-solved to avoid losses by sputtering in 3+ 1 mixture of HCI+ HN03. The resulting solution vvas then evaporated to ~ 5 mi, then 10 ml HCI vvas added, and nitric acid de-co mpose d by formic acid. The solution was then evaporated nearly to dryness to sthick consistence drive off to ali nitrogen oxide fumes and finaly destroying of formic acid. After the add it i on of HCI, ascorbic acid, and iodide reagent, the extraction into 5, 10, 20 or 30 ml of 5% TOPO-MIBK follovved, extraction tirne 30 sec. The organic extract vvas aspirated into flame. For determination of one element only 5 ml of extract satisfy. An experienced analyst is able to determine aH eight analytes from 30 ml of extract. Data for experimental conditions as well as discussion on the TOPO-MIBK separation may be found in the literature1 2. In our research acid mixture was increased for 5 g sample from 60 to 100 ml. — TOA-MIBK extraction: The preparation of the sample and separation procedure are the same as under TOPO-MIBK extraction, except vve added 5 % TOA in MIBK instead of TOPO the extraction tirne vvas 5 min. — Reduction of Te to elementa! state by hydrazine hydrochloride: The dissolution procedure as described above, inclusive of formic acid addition. After that hydrochloric acid vvas added to adjust the acidity to 2—3 M and the volume to ~ 200 ml (~ 25 ml concen-trated hydrochloric acid/200 mi). Double amounts of hy-drazine hydrochloride vvas added vvith regard to the sample vveight. The mixture vvas incubated in a water bath at 100 °C for 30 min till black precipitate of Te ap-peared. The mixture vvas allovved to stand near the hot plate further 30 min. Coaguiated precipitate vvas collect-ed on a millipor filter 0.2 pm, vvashed vvith vvater and dis-solved in a few ml of cold concentrated nitric acid, cooled, 5 ml of hydrochloric acid vvas added, diluted to 25 ml and applied to AAS. RESULTS AND DISCUSSION Calibration and measurements In the first stage calibration solutions from CRMs vvere used for calibration of the instrument, vvhich vvere prepared on the same way as the samples. To overcome the lack of standards vvith ppm amounts of analytes, reference materials vvere sometimes prepared vvith knovvn amounts of traces by spiking electrolytic iron (NBS 365) or very ciean nickel base alloy (BCS 345) vvith different CRMs in different proportions before the dissolution step. Later also calibration solutions from varying amounts of a stock solution of respective element and electrolytic iron (NBS 365) or superalloy (BCS 345) vvere prepared. The stock solutions vvere added always after dissolution of the matrix. AH standard solutions vvere prepared from ciean metals or p.a. salts (Ag). With both calibration made vve achieved nearly ident-ical results for ali elements. Except for Bi vve stated, that correct results vvere obtained vvith calibration vvith CRMs. Calibration vvith synthetic standards yields to low results. The calibration is an important factor in ali proce-dures. A critical point in both liquid-extraction proce-dures vvas imposed by correct choice of the zero of the instrument. The vvorking blanc, eiectrolytic iron or very ciean nickel base alloy taken through a/l procedure, mente v obeh sistemih med 85—110 %. Če upoštevamo nizke koncentracije, lahko ugotovimo, da so izkoristki dobri. Oba ekstrakcijska sistema sta uporabna za analizo sledov v jeklih in nikljevih zlitinah. Prednost ločbe s TOPO-MIBK so: je izrazita večele-mentna ločba sledov, ki omogoča tudi določanje Zn po opisanem postopku. Odlikuje jo kratek čas ekstrakcije (30 sek) v primerjavi s 5 min ekstrakcije s TOA-MIBK. Prednost ločbe s TOA-MIBK so: je tudi večelement-na ločba, ki bi bila morda ob drugačnih pogojih preiskovane raztopine uspešna tudi za Zn. Nihanje ozadja je manj izrazito kot pri TOPO-MIBK, kar pride posebno do izraza pri Se, ki je težko določljiv s plamensko AAS, za katerega dobimo s TOA-MIBK stabilnejše odčit-ke za slepi vzorec in vzorec, s tem v zvezi boljši standardni odmik, kar je posebno važno, ko določamo koncentracije v bližini praktične meje zaznavnosti. Standardni odmik desetih meritev istega vzorca za 0,2 jig ml"1 Se je bil v TOPO-MIBK 15-25 %, v TOA-MIBK 10-20 %. Meritve občutljivosti za TOPO-MIBK in TOA-MIBK ekstrakte dajejo približno enake vrednosti za vse elemente, z izjemo Sn, kjer je razlika med obema sistemoma občutnejša, tabela 2. Na splošno je občutljivost do- Tabela 2: Vpliv TOPO- in TOA-MIBK ter H20 + HCL sistemov na občutljivost določanja. Table 2: Effect of TOPO- or TOA-MIBK, and H20 + HCL sy-stems on the sensitivity of determination Absorbanca I Absorbance Element ugml-1 - TOPO-MIBK TOA-MIBK H20 + HCL Ag 0.5 0.166 0.178 0.062 Bi 3.0 0.178 0.168 0.058 Cd 0.5 0.238 0.238 0.120 Pb 3.0 0.202 0.204 0.094 Se 3.0 0.044 0.036 0.014 Sn 10.0 0.040 0.027 0.012 Te 3.0 0.126 0.114 0.046 Zn 0.2 0.258 / 0.072 Tabela 3: Praktične meje zaznavnosti in ugotovljena linearna območja umerjanja v organskem sistemu. Table 3: Praktical limlts of detection and linear ranges of cali-bration in organic system. Element Praktična meja zaznavnosti Practical detection Umit Območje linearnosti Range of linear response (ug mr1)b (|xg 9~1)a'6 (%) Ag 0.2 2 x 10-5 0.05-3.0 Bi 0.4 4 x 10~5 0.2-6.0 Cd 0.1 1 x10"5 0.1-0.5 Pb 0.4 4 x 10-6 0.2-4.5 Se 1.0 1 x10"4 0.5—3.0 Sn 1.0 1 x 10-4 1 -50 Te 0.4 4 x 10~5 0.2-6.0 Zn 0.05 5 x 10~6 0.2—0.6 a — Pri teži vzorca 5g, ekstrakt 5 ml Using 5g sample, extract 5 ml 13 — Vse vrednosti so približno enake za TOPO- in TOA-MIBK, z izjemo za Zn AH values are approximafely equal for TOPO- and TOA-MIBK, exceptly for Zn ločanja dobra, najslabša je za Sn. V primerjavi s klorovo-must be sef as zero of the instrument used in this study. The results obtained confirmed, that it is vvrong to mea-sure the concentration of the vvorking blank against ciean MIBK separately, and subsequent its substraction from the total signal for calibration sample and tested sample. A vvorking blank should be prepared vvith each set of samples, and may be used obligatory for vvashing out betvveen each sample, particularly by measuring near the practical limit of detection, and for burner vvarm up. Application of extraction systems Measurements of Ag, Bi, Cd, Pb, Se, Sn, and Te in TOPO-MIBK and TOA-MIBK extracts yield approximately the same degree of separation; for Zn only the extrac-tion into TOPO-MIBK is convenient, the extraction in TOA-MIBK is less than 50 %, under chosen vvorking con-ditions. 85—110 % recoveries for aH analytes vvere af-forded, Considering the low concentrations the recoveries can be regarded as acceptable. The both extraction systems are available for the analysis of t race elements, mentioned above, in steels and nickel base alloys. Ad-vantages of TOPO-MIBK separation are: it is an expres-sive multielement separation technic, that hat is anabie to separate and preconcentrate also Zn, under described procedure. The separation is distinguished by less tirne consuming for shaking, 30 sec against 5 min for TOA-MIBK. Advantages of TOA-MIBK separation are: is also a multielement separation technic, vvhich could be useful also for Zn in other conditions of the vvorking soiution. The fluctuation of the signals of the back-ground is smalier than of TOPO-MIBK solutions vvhich contributes to slightly more stable signals. This /s espe-cially evident for Se, vvhich is difficult to determine in TOPO-MIBK. This contributes to stable signals for vvorking blank and sample soiution and lovver relative standard deviation, vvhich is especialiy noticeable when concentrations are near the practical detection limit. Relative standard deviation for ten measurements of one sample on 0.2 ug mi~1 level of Se vvas approximately 15—25 % in the TOPO-MIBK and 10-20 % in the TOA-MIBK soiution. Measurements of sensitivity of determination for aH analytes in both solvent extraction procedures vvere nearly the same, vvith exception for Sn, vvhere the differ-ence is grater. Generaily the sensitivity of determination is good except for Sn. The effects of enhanced sensitivi-ty of the analytes in organic phases compared vvith HsO+ HCI solutions are shovvn in Table 2. Proportional improvements in sensitiviry reaiise better practical detection limits. Practical detection limits, the lovvest concentration vvhich can be determined under routine conditions, based on 5 g sample and 5 ml organic extract are shovvn in Table 3. AH measurements vvere made for aH analytes exciu-sively in linear concentration range shovvn in Table 3. RepeatibiHty test chiefly indicated a relative standard deviation of 2% at about 100 /ig g~ 1 level, 10 % at about 6 ug g~' level and 20—30 % at about 2 ug g~1 level vvith-iri different batehes on different days. Recomended procedures gave good reproducibility for the same organic extract from day to day for aH analytes. Application of reduction procedure for tellurium A s can be seen from Table 4, the Te is determined enaugh preciseiy by the reduction method to elementa/ < CM OD cn X m i ? oiO 3 o i ž O "J c i N Qi S? 0 ^ O Ol o^ ^ O « £ -f-* "5 3 n <0 cm b *-' +1 +1 cn cri b cm cm b b V V cm O V CO b o co +1 +1 . -"t T" ^t iri r^ CD <9 ^ o b +1 +1 •t CM CO •>* ^ tri oo cn o o b b CM CM V v a CM z V tO m o o in co b b T" b +1 +1 "H +1 00 CD co co b O b b CM CM ■>t b CM to tO b b b b V V o o o V V V o o o V V V ■O O +1 +1 CO CM V v CVIUIS 00 00 co co b +1 . T- CO tO rt f- T- T- co -fr CM o o b b b b V V V V V V d to CM Z b n o. +1 N. CM O +1 cn b +1 to Tf CO b o +1 +1 CM CM CO ' r^. co b b +| -H-o o co +1 +1 CT) tO <1) OT O O co cm +1 +1 co cm T~~~ O t i- cn -■t cm +1 +1 cm o ct) CO CT) co m b b +1 +1 CO T-tri tb to SE co b jj CT) +1 ^ ft," (O CT) CT) O CT> CO CT) cn h- cm O ■>-+1 +1 CO t^ O co co V V m m b b V V cm O V -H tO CM < CT) CT) i o +1 CM h- ob1 cm cm in ob*— -H +1 +1 O) tO co tri tri to c OT o JC — V tn cm Tt T-' +1 +1 tn co cri cm cn cm b V m b V co to +1 b +L b _ cm tn T" rt J LO tO b T-' +1 +1« tr> ct) co oi a> ■tf iri a» . to tO co -H. 00 co N C0 t | T3 "O «1 t tu o to <0 3 0 — c d. ^ Co9 S"? Al? "cA tO £ -p C £L S m ti) S O 1 -S s i i S s 5 5 § 2 "3 < o Al o) 1 sls • "F — ° ^ c c a. m = "P - -f g -O =J O n ^ « to Ž (D i. O > B C/) N O ti) C ■D 0) _ tO > z I I < co Q_ 01 o>< __ 1 :1 "+I-D Tabela 5: Rezultati analize elementov-sledov v raznih vzorcih iz proizvodnje. Table 5: Analytical results of trace eiements for various samples from production. Vzorec Vsebnost/Content(\ig g- 1 = ppm) Sampie Ag Bi Cd Pb Se Sn Te Zn Aluminij Aluminium <3 <1 0.24 160 1.2 17.4 0.6 39 Nikelj Nickel 0.8 <1 0.05 12.4 2.7 15.6 0.8 5 Kobalt Cobalt 1.5 <1 11.1 5.9 2.9 4.3 0.7 12 Krom Chromium 1.7 <1 0.04 20.5 2.1 2.0 0.9 2.4 Titan Titanium 6.9 <1 0.15 <1 18.7 220 5.6 3 Molibden Molybdenum 1.9 <1 0.13 5.1 4.5 20.0 2.4 0.08 NIMONIC 263/1a 0.24 0.2 0.12 2.9 2.3 14.0 1.3 2.4 NIMONIC 263/2® 0.20 <1 0.10 5.5 2.0 11.4 0.46 15.5 NIMONIC 263/3a 0.28 <1 0.10 7.2 1.8 11.2 0.70 32 INCONEL" 0.89 5.5±0.5°(7) 0.16 33.7 ±3.5(7) 3.9 96.8 2.1 13.6 a— Ni-zlitina: 50%Ni, 20%Co, 20%Cr, 5.9%Mo, 2.5%Ti, 0.36%AI, 0.65%Fe Ni-alloy b - Ni-Fe zlitina: 55%Ni, 18%Cr, 0.3%Co, 16.6%Fe, 2.8%Mo, 5%Nb, 0.6%AI, 1.0%Ti Ni-Fe alloy c— Srednja vrednost ± standardni odmik od sr. vr. (n = 7) Mean ± standard deviation of the mean (n= 7) dikovo kislimi raztopinami se v organskih sistemih poveča občutljivost od 2.5 do 3-krat. Praktične meje zaznavnosti, t.j. najnižja koncentracija, ki smo jo še lahko določili z rutinskim delom, pri uporabi 5 g zatehte vzorca in 10 ml organskega ekstrakta, so razvidne iz tabele 3. Vse meritve smo izvajali za vse elemente samo v linearnih območjih, ki jih navajamo v tabeli 3. Test ponovljivosti daje relativni standardni odmik 2 %. na nivoju 100 p.g g"1, 10 % na nivoju 6 p.g g 1 in 20— 30 % na nivoju 2 pg g \ in to glede na vzorce, ki so bili pripravljeni ob različnih dnevih. Postopka, ki ju priporočamo, dajeta za vse elemente dobro ponovljivost istega organskega ekstrata v več zaporednih dnevih. Uporabnost postopka redukcije telurja Kot je razvidno iz tabele 4, se da Te določati dovolj točno z metodo redukcije do elementarnega stanja, ki ji sledi določanje z AAS iz H20 + HCI raztopin. Na splošno dosegamo dobra ujemanja s CRM v širokem koncentracijskem območju. Občutljivost in praktična meja zaznavnosti sta slabši v primerjavi z organskimi raztopinami. Meja zaznavnosti je 6 p.g g-1. Postopek je uporaben tako za analizo jekla kot zlitine na osnovi niklja. Analiza certificiranih referenčnih materialov Z namenom, da bi preverili pravilnost ločbe in skon-centiriranja, smo analizirali večje število CRM. Vrednosti, dobljene za vrsto standardov jekel in nikljevih zlitin, se zadovoljivo ujemajo s certificiranimi vrednostmi, kar potrjuje, da se da doseči z opisanima postopkoma ločbe state, followed by AAS determination of HsO+ HCI soiu-tions. In general, there is a good agreement vvith CRMs ovver a vvide concentration range, but the sensitivity and the practical detection Umit are poorer, than for the or-ganic solutions. The Umit is 6 ug g~ '. The procedure is available for the anaiysis of steels an nickel base alloys. Anaiysis of certified reference materials To assess the accuracy of the separation and prec-oncentration methods many CRMs vvere appiied. The values obtained for a range of standard steels and nickel base alloys shovv close agreement vvith certified values for appiied procedures, confirm a agood enrichment factor and also prove that accurate results can be obtained at ppm level. The results are given in Table 4 together vvith those obtained by other investigators from literature. Recoveries are usually higher than 85 %. The determined values are for some CRMs higher and for some iovver when compared vvith the certificate. It is interesting to note that also the data in certificates are in a spread, and that some values are not certified but only given for information. Analysis of samples from production The established methods are appiied on the sampie from production, see Table 5. There vvas problem vvith dissolution of nickel base al-loy vvith 5 %. Nb. In this čase the addition of H^Oj vvas not sufficient1, but the addition of 1 ml HF prior or after the dissolution of the sampie vvas successful. dobro skoncentiranje sledov in pravilne rezultate na ppm nivoju. Rezultate navajamo v tabeli 4, skupaj s podatki drugih avtorjev, ki smo jih zasledili v literaturi. Izkoristki so običajno večji od 85 %. Nekatere naše vrednosti so včasih višje, drugič nižje v primerjavis certifikati. Opozoriti je treba, da se tudi v certifikatih gibljejo analizne vrednosti v določenih razponih, nekatere vrednosti celo niso certificirane, ampak dane le v vednost. Analiza vzorcev iz proizvodnje Vpeljane metode uporabljamo za analizo vzorcev iz proizvodnje, tabela 5. Problem je bil z raztapljanjem nikljeve zlitine, ki vsebuje 5 % Nb. Dodatek H2S04 ni zadoščal1, popolno razto-pitev vzorca je omogočil dodatek 1 ml HF. CONCLUSION In this study it has been shovvn that the solvent ex-traction of Ag, Bi, Cd, Pb, Se, Sn, and Te-iodides can be used as vvith TOPO-MIBK as vvith TOA-MIBK procedures of separation, oniy Zn can be separated oniy vvith TOPO-MIBK. The proven technics are available for the analysis of steels and superalloys for trace elements of metallurgical interest. The methods offer satisfactory accuracy, good reproducibility, and excellent sensitivity for each element determined. ZAKLJUČEK Preštudirali smo ločbi jodidov Ag, Bi, Cd, Pb, Se, Sn in Te ter ugotovili, da sta obe ločbi uporabni za vse naštete elemente, medtem ko je za Zn uporabna le TOPO-MIBK ločba. Preverjeni tehniki sta uporabni za analizo tistih elementov sledov v jeklih in superzlitinah, ki so zanimivi za metalurgijo. Odlikuje ju dobra točnost, ponovljivost in odlična občutljivost. LITERATUR A/fl£FEfl£AfC£S 1. K. E. Burke, Analyst (London) 97, 1972, 19-28 2. K. Thornton, K. E. Burke, Analyst (London) 99, 1974, 469-470 3. I. Janovšek, Hutn. Listy 1982, 10, 737-738 4. G. Staats, Fresenius Z. Anal. Chem. — je v tisku/is in print 5. S. D. Shete, V. M. Shide, Michrochim. Acta I. 1984, 63—67 6. B. J. Spivakovet. al.,Zh. Anal. Khim. 31, 1976,757—763 7. K. Kasiura. Chem. Anal. (Warszawa) 31, 1986, 143—150, Abstracts Fresenius Z. Anal. Chem. 326, 1987,1, 69 8. E. VVunderlich, W. Hadeler, Fresenius Z. Anal. Chem. 281, 1976, 300 9. lwao Tsukahara, Toshimi Yamamoto, Talanta 28, 1981, 585-589 10. B. Welz, M. Welcher, Spectrochim. Acta 36B (1981) 439-462. Doktorska in magistrska dela v letu 1987 na odseku za metalurgijo, VTOZD Montanistika, FNT P H. D. and M. S C. Theses in Year 1987 in Metallurgy at the Department of Geology, Mining, and Metallurgy DOKTORSKI DELI — Matjaž Torkar: Vroča preoblikovalnost litega maloogljičnega jekla. Vpliv Al, N, Mn in S na izoblikovanje strukture pri strjevanju in ogrevanju jekla na temperaturo vročega preoblikovanja (Mentor: F. Vodopivec, 4/5/1987) Številne raziskave strjevanja jekel obravnavajo kompleksne procese, ki se dogajajo pri strjevanju bloka in konti lite gredice. Manj je na razpolago podatkov o vplivu strjevalne strukture in njenih značilnosti na krhkost v vročem. Z upogibnim preskusom v vročem, z metalo-grafskimi in kemičnimi analizami ter analizo morfologije prelomov je avtor študiral vplive med strjevalno strukturo jekla ter njegovo preoblikovalnostjo. Ugotovil je, da so poškodbe med segrevanjem blokov pred deformacijo posledica strukturnega stanja jekla ob površini. Aluminij in dušik tanjšata globulitno skorjo ob površini, medtem ko mangan in žveplo nanjo skoraj ne vplivata. Pač pa mangan povečuje debelino stebričastih kristalov, žveplo pa ima nasproten vpliv, medtem ko aluminij in dušik nimata vpliva na to. Onadva povečujeta strjevalna zrna. Ogljik močno vpliva na izoblikovanje strjevalne strukture in stebrasta struktura se pojavlja le v območju peritekti-ka. Žveplo povečuje vročo pokljivost jekla, mangan pa ta vpliv zmanjšuje, ker zmanjšuje topnost žvepla v avstenitu. Mangan, aluminij in ogljik vplivajo na medsebojno oddaljenost in velikost sulfidnih vključkov, ki nastajajo med ohlajanjem s temperature strjevanja. Kaže, da je vzrok za zmanjšanje začetne plastičnosti jekla z ogljikom v intervalu peritektika tudi v vplivu aluminija in dušika na strjevalno strukturo jekla. 90 strani 72 cit. — Anton Zalar: Preiskava vplivov reliefnosti površine vzorca in vpadnega kota Ar+ ionov na globinsko ločljivost profilnih diagramov večslojnih tankih kovinskih plasti, analiziranih s spektroskopijo Augerjevih elektronov (AES) (Mentor: I. Kosovinc, 23/4/1987) Za raziskavo elementne sestave tankih kovinskih, polprevodnih in dielektričnih plasti po globini danes uporabljamo metode, ki so povezane z ionskim jedkanjem. Ph. D. THESES — Matjaž Torkar: Hot Workability of Čast Low-AI-loyed Steel. Influence of Al, N, Mn, and S on the forma-tion of structure in solidification and heating steel on the hot vvorking temperature (Supervisor: F. Vodopivec, 4/5/1987) Numerous investigations on solidification of steel treat complex processes occuring during solidification of ingot and continuously čast billet. Less data exist on the influence of the solidification structure and of its characteristics on the hot shortness. Applying hot bend-ing test, metallographical and chemicai analyses, and the analysis of fracture morphoiogy the author studied the influences of solidification structure of steel on its workabi/ity. He found that damages during ingot soaking before deformation are the consequence of the structurai state of steel surface. Aluminium and nitrogen reduce the equiaxed-crystal layer on the surface vvhile manga-nese and sulphur have near/y no influence on it. On the other hand, manganese increases the thickness of co-lumnar crystals, sulphur has the opposite effect, vvhile aluminium and nitrogen have no effect. They increase the equiaxed crystals in the interior. Carbon has a pro-nounced influence on the formation of solidification structure, and columnar crystals appear only in the peri-tectic region. Sulphur increases the hot shortness of steel vvhile manganese reduces this influence since it re-duces the solubility of sulphur in austenite. Manganese, aluminium, and carbon influence the distance betvveen and the size of sulphide inclusions vvhich are formed during cooling from the solidification temperature, it seems that also influence of aluminium and nitrogen on the solidification structure of steel contribute to the reduced initial workability of steel vvith carbon in the peri-tectic region. 90 pages 72 ref. — Anton Zalar: Investigation of Influences of Relief Surface of Sample and of Incidence Angle of Ar+ lons on the Depth Resolving Povver for Profile Diagrams of Multilayer Thin Metallic Coverings Being Analyzed by the Auger Electron Spectroscopy (AES) (Supervisor: I. Kosovinc, 23/4/1987) In determining elementa/ composition of thin metallic, semiconductor, and die/ectric /ayers into depth the methods connected to ionic etching are used today. At- Atome s površine odstranjujemo s curkom ionov žlahtnega plina. Spektroskopija Augerjevih elektronov je ena izmed metod za analizo vrhnje plasti atomov, ki ostanejo na površini po ionskem jedkanju. Reliefnost površine zaradi različnih nagibov mikroploskev proti elektronskemu in ionskemu curku pa vpliva na natančnost preiskave. Zato je avtor pri svojem študiju na podlage silicija z različno hrapavostjo katodno napršil večslojno tanko plast kroma in niklja. Hrapavost vzorcev se je gibala med 0,012 do 2,3 n.m. Ugotovil je, da je za natančno analizo AES potrebna dobra električna prevodnost vzorca in preprečitev difuzijskih procesov na analiziranem mestu. Če je možno, naj bo premer curka elektronov manjši od površine mikroploskve, ki jo analiziramo. Bistveno izboljšanje globinske ločljivosti in s tem natančnejšo profilno analizo AES je avtor dosegel z jedkanjem pri vpadu ionov na vzorec iz večih smeri. Obenem je razvil metodo vrtenja vzorca med hkratno analizo AES in ionskim jedkanjem. 86 strani 209 cit. MAGISTRSKA DELA — Sylejman Oorrolli: Komparativna metalografsko-rentgenska analiza napak v zvarih cevi (Mentor: I. Kosovinc, 9/3/1987) Namen dela je bil s primerjalnimi preiskavami objektivno ugotavljati nastanek, razvoj in škodljive vplive notranjih napak v zvarih jeklenih cevi, vzdolžno ali vijačno zvarjenih, pri čemer je avtor preiskoval tudi najbolj kompleksne napake, ko se posamezne osnovne napake pojavljajo skupaj. Metalografska analiza je pokazala, da daje VF električno uporovno varjenje najkakovostnejše zvare, pri čemer je zelo pomembna naknadna toplotna obdelava zvarov. Paziti pa je pri uporovnem varjenju, da se izognemo razogljičenju in da se znotraj pri stiskanju ne tvori rob. Le-tega dobro odkrivamo z rentgensko analizo. Avtor je tudi ugotavljal potrebne pogoje rentgenske preiskave za različne zvare. Na koncu pa ugotavlja, da se obe preiskovalni metodi dobro dopolnjujeta in da ju je treba več uporabljati pri preiskavi zvarov cevovodov. 111 strani 70 cit. — Drago Dretnik: Mehanizem vpliva klora na kvaliteto praženca za svinčev plavž (Mentor: A. Paulin, 9/3/1987) Pri predelavi izrabljenih nesepariranih akumulatorjev nastaja klor iz PVC separatorjev in gre v dimnino. Z dodajanjem te dimnine koncentratom pa klor prihaja v plavž. Avtor je skušal osvetliti vpliv klora pri pirometalur-škem pridobivanju svinca ter ugotoviti mehanizme nastajanja klorovih spojin in njihovo medsebojno reagiranje pri različnih temperaturah in v različnih atmosferah. Uporabil je zmesi čistih spojin Pb02, PbCI2, PbS04, PbS in Na2C03l ter jih segreval na zraku, v dušiku, v kisiku in v reduktivni atmosferi do 1150°C. To je bil študij sistema Pb-Na-O-CI-S. Na osnovi spreminjanja mase je zasledoval izparevanje klorovih spojin, v kombinaciji z rentgensko analizo pa njihovo medsebojno reagiranje ter reagiranje s sodo. V odvisnosti od sestave izhodnih mešanic nastajajo v različnih atmosferah različni svinčevi oksid-kloridi, natrijev klorid ter deloma celo svinčevo natrijevi kloridsulfati. Za prakso je pomembno, da je treba ustvariti take pogoje pri predelavi dimnine, da izpari čim manj svinčevega klorida, ki se s tem vrača nazaj v proces, in da čim več klora reagira s sodo v natrijev klorid ali druge stabilne spojine. oms from the surface are removed by an ionic jet of no-ble gas. Auger electron spectroscopy is one of the method used in analysis of the upper layer of atoms vvhich remain in the surface after ionic etching. The relief of surface influences the accuracy of ana!ysi s due to var-iable inclination of microareas agains electron and ionic jet. The author applied silicon pads of various roughness and deposited on them multilayer thin coverings of chromium and nicke/ by cathodic spraying. Roughness of samples varied betvveen 0.012 and 2.3 \im. He found that accurate AES analysis demands a vvell conductable sample and prevention of diffusion processes on the an-alyzed spot. If possible, the electron jet should be smal-ler than the analyzed microarea. Essential improvement in depth resolving povver and a more accurate AES profile analysis vvas achieved by etching vvith ions inciding the sample from various directions. Simultaneously, the author developed the method of sample rotation during simultaneous AES analysis and ionic etching. 86 pages 209 ref. M. Sc. THESES — Sylejman Oorrolli: Comparative metallographic/ X-ray analysis of defects in the vvelds of pipelines (Supervisor: I. Kosovinc, 9/3/1987) The intention of the project vvas to state the forma-tion, progression, and harmful influences of internat defects in welds of steel pipes being longitudinally or helically vvelded, applying comparative testing methods. Also the most complex defects as a combination of various single defects vvere investigated. The metallographic analysis shovved that HF resistance butt vvetding gives the best vvelds, but the subsequent heat treatment of vvelds is very important. In resistance vvelding it /s ne-cessary to take care to prevent decarburization and that interna! flash is not formed during butting the sheet sec-tions. Flash is vvell revealed by X-ray testing. Author determined the necessary parameters of X-ray analysis for single vvelds. Finally, he had stated that both testing methods are complementary and that they should be more often applied in testing vvelds of pipelines. 111 pages 70 ref. — Drago Dretnik: Mechanism of Chlorine Influence on the Quality of Blast-Furnace Sinter (Supervisor: A. Paulin, 9/3/1987) In treating not separated battery scrap, chlorine is liberated from PVC separators and it goes in form of compounds into the flue dust. By adding flue dust to the burden chlorine comes into the blast furnace. Author tried to elucidate the influence of chlorine in pyrometal-lurgical vvinning of lead, and to find the mechanisms of formation of chlorine compounds and of reactions among them at various temperatures and in various at-mospheres. He applied pure compounds PbOs, PbCI2, PbS04, PbS, and Na2C03, and heated them in air, nitrogen, oxygen and in reducing atmosphere up to 1150 °C. It is the study of the Pb-Na-O-CI-S system. Based on mass reductions he follovved the evaporation of chlorine compounds, and in combination vvith X-ray analysis he studied their mutual reacting and reacting vvith soda. De-pending on initial compositions of samples various lead oxychlorides beside sodium chioride are formed in various atmospheres, and partially even complex lead sodium chioride sulphates. The essential founding for industrial practice vvas that such conditions for treating flue dust must be achieved that evaporation of lead chioride Obenem je avtor študiral tudi učinkovitost hidrome-talurškega razkloriranja dimnine z različnimi raztopinami, kar je omogočilo izdelati v Žerjavu industrijsko napravo, kjer dosegajo okoli 50 %no učinkovitost. 109 strani 26 cit. is the sma/lest and that the majority of chlorine reacts vvith soda into sodium chloride or other stable com-pounds. Simuitaneousiy the author studied also the efficiency of hydrometallurgical dechlorination offlue dust vvith various solutions. Based on investigations, an industrial set-up vvas built in the lead smelter in Žerjav vvhich ope-rates vvith dechlorination efficiency of 50 %. 109pages 26 ref. — Boris Ule: Zapozneli lom zaradi vodika v jeklu (Mentor: L. Kosec, 29/6/1987) Vse več se uporabljajo zelo trdna konstrukcijska jekla, ki pa imajo relativno majhno žilavost, zato so pomembne njihove lomne značilnosti, predvsem t. i. zapozneli lom. Avtor je v svojem delu z nateznimi preskušanci z zarezo študiral zapozneli lom jekla Č 4732, rezultate meritev kvantitativno vrednotil z metodo linearne elasto-mehanike ter raziskal vpliv majhnih mikrostrukturnih variacij jekla na njegovo občutljivost k zapoznelemu lomu. Koren zareze na preskušancu je predhodno navodičil. Med poskusom je z uporovnim lističem meril odpiranje ustja zareze ter napredovanje razpoke. Ugotovil je, da mejni napetostni faktor KTH pri enaki plastičnosti jekla ne zavisi od majhnih mikrostrukturnih variacij jekla in da zavisi le od plastičnosti jekla. Gonilna sila za nukleacijo mi-krorazpok je enaka razliki med uporabljenimi napetostmi in faktorjem KTH. Pokazalo se je tudi, da vodik v koncentraciji 0,55 ppm nima vpliva na lomno žilavost. Majhni deleži bainita v pretežno martenzitni mikrostrukturi nizkole-giranih jekel pomikajo temperaturo prehoda v krhko stanje k nižjim vrednostim in s tem je jeklo manj občutljivo na krhki lom, večji deleži pa žilavost poslabšajo. Pojavljanje zapoznelega loma pri preiskovanem jeklu z malo vodika je predvsem posledica poslabšanja njegove defor-mabilnosti med dolgotrajnim delovanjem mehanske obremenitve. 60 strani 65 cit. — Boris Ule: Deiayed Fracture Due to Hyd rog en in Steel (Supervisor: L. Kosec, 29/6/1987) Application of high-strength steel is increasing, but this steel has relatively iow toughness, thus the fracture characteristics are essentiai among vvhich the delayed fracture is the most important. The author studied the delayed fracture of Č 4732 steel using tensile tests vvith notched samples. The results of measurements he evai-uated quantitatively vvith the method of linear elastome-chanics. Besides, he investigated also the influence of small microstructural variations in steel on its sensitivity to delayed fracture. The notch root on the test specimen was preliminary charged vvith hydrogen. Strain gauge vvas applied for measuring vvidening of notch opening and for crack propagation. He found that the threshold stress intensity factor KTH at the same steel plasticity does not depend on small microstructural variations in steel, but it depends only on the steel plasticity. The driving force for nucleation of microcracks is equal to the difference betvveen the applied stress and the factor Kth. It turned out that hydrogen in concentration of 0.55 ppm has no influence on the fracture toughness. Small portions of bainite in mainly martensitic matrix of low-al-loyed steel shift the transition temperature to iovver va-iues and thus steel is less sentive to brittle fracture, vvhile higher portions reduce the toughness. Appear-ance of deiayed fracture in investigated steel vvith iow hydrogen is mainiy caused by the deterioration of the steel deformabiiity due to long lasting mechanical ioad-ing. 60 pages 65 ref. — Halil Čulov: Ionsko nitriranje jekla za poboljša- nje (Mentor: L. Kosec, 28/12/1987) Osnovni namen naloge je bil oceniti primernost ionskega nitriranja za jekla, ki se uporabljajo za dinamično obremenjene dele dizelskih motorjev velike moči. Avtor je primerjal različne metode toplotne obdelave na kakovost strojnih delov. Izbral je nikelj krom molibdenovo jeklo in ugotovil, da ionsko nitriranje predstavlja prednost glede na dosedanje tehnološke procese površinskega utrjevanja, možnot avtomatizacije procesa pa omogoča vzdrževanje stalne kakovosti. Metalografske preiskave, mehanski preizkusi ter analiza lomov so pokazali povečanje statične in dinamične trdnosti za 20 oz. 20 do 40 %, da površinska trdota okoli 740 HV zmanjšuje obrabo, da zmanjšanje hrapavosti od 0,50 na 0,07 |im s poli-ranjem po nitriranju tudi povečuje dinamično odpornost ter omogoča boljše mazanje v drsnih ležajih. 153 strani 18 cit. — Halil Čulov: lonic Nitriding of Steel for Quench-ing and Tempering (Supervisor: L. Kosec, 28/12/1987) Basic aim of the investigation vvas to es tirna te the suitability of ionic nitriding for steel vvhich are used for dynamically loaded parts of high-povver Diesel engines. The author compared various methods of heat treatment on the quality of mechanical parts. Nickel-chromium-mo-lybdenum steel vvas chosen. It vvas found that ionic nitriding is advantageous compared vvith the present tech-noiogy of surface hardening. Possibility of the process automatization enables to keep the constant quality. Me-tallographic invetigations, mechanical tests, and fracture analysis shovved the increased static and dynamic strength for 20 and 20 to 40 % respectively. Surface hardness of about 740 HV reduces vvear, and the reduc-tion of roughness from 0.50 to 0.07 [i m by polishing after nitriding also increases dynamic strength and simuitane-ously it improves the greasing characteristics in sleeve bearings. 153 pages 18. ref. — Svetozar Golubovič: Lomna žilavost ledeburitnih jekel (Mentor: L. Kosec, 28/12/1987) Ledeburitna jekla za delo v hladnem so najpogostejša orodna jekla. S povečevanjem trdote se povečuje obrabna odpornost. Namen naloge je bil osvojiti metodo preiskovanja lomne žilavosti orodnih jekel Č 4150 (OCR 12) in Č 4850 (OCR 12VM). Avtor je uporabil fraktografi-jo loma, analiziral je lome različno toplotno obdelanih jekel, preiskal strukturo, predvsem glede na karbide in zaostali avstenit, mehansko preskušal vzorce ter ugotovil kritični napetostni intenzitetni faktor K,c za preiskovana jekla. Spreminjal je temperaturo popuščanja. Pri nizkih temperaturah je žilavost večja zaradi večjega deleža zaostalega avstenita. Večina karbidov je v heksagonalni obliki M7C3, le malo kot kubični M23C6. Pri nizkih temperaturah popuščanja nastopa interkristalni, pri višjih pa in-trakristalni lom. Kali za nastajanje mikrorazpok so predvsem prelomi karbidov. Jeklo Č 4850 je pokazalo precej boljšo lomno žilavost od jekla Č 4150. 98 strani 67 cit. — Svetozar Golubovič: Fracture Toughness of Le-deburitic Steel (Supervisor: L. Kosec, 28/12/1987) Ledeburitic cold vvorking tool steel is the most fre-quent tool steel. Inereased hardness reduces the wear. The aim of project vvas to master the investigation meth-od of fracture toughness for č 4150 (OCR 12) and Č 4850 (OCR 12VM) tool steel. The author applied the fracture fractography, he had analyzed the fraetures of var-iousiy heat treated steel, he had investigated the struc-tures vvith a special emphasis on carbides and retained austenite, he made mechanical tests, and he determined the critical stress intensity factor K,c for the investigated steels. The temperature of tempering vvas varied. At low-er tempering temperatures the toughness vvas greater due to greater amount of retained austenite. Most carbides had hexagonai M7C3 form vvhiie cubic M23C6 carbides vvere in minority. At lower tempering temperatures the fracture vvas intercrystailine, at higher it vvas intra-crystalline. Nuclei for microcrack formation vvere mainly fraetured carbides. Č 4850 turned out to have much bet-ter toughness than Č 4150 steel. 98 pages 67. ref. Železarski zbornik, 22, 1988, 1—4 1. KRONOLOŠKO KAZALO Kos Ivan: Vpliv izhodnega strukturnega in trdnostnega stanja ventilskih jekel na mehanske lastnosti pri povišanih temperaturah ............ŽZB 22 (1988) 1, 1-6 Kaker Henrik: Analiza napak, ki vplivajo na točnost nestandardne metode energijsko disperzijske mikroanalize vzorcev v REM 1 .......... ŽZB 22 (1988) 1,7-12 Bratina Janez: Indukcijsko segrevanje cilindričnih teles . . . . . . ŽZB 22 (1988) 1, 13—18 Bratina Janez: Elektroobločna peč danes . . . . . ŽZB 22 (1988) 2, 29-41 Koroušič Blaženko, J. Triplat, J. Arh: Sodobna tehnologija izdelave dinamo jekel po duplex postopku EOP+ V(o) D . . . ... ŽZB 22 (1988) 2, 43-49 Ule Boris, J. Vojvodič-Gvardjančič, Š. Strojnik, K. Kuzman: O manj znanih aspektih nateznega preizkusa . . . . . . ŽZB 22 (1988) 2, 51-57 Arh Joža, J. Biček, M. Demšar, A. Koselj, I. Polak, A. Mlakar: Postavitev in obratovanje Jeklarne 2 na Jesenicah . . . . . . ŽZB 22 (1988) 3,65-78 Todorovič Gojko, B, Dobrovišek, J. Lamut, L. Šketa: Vpliv alkalnih karbonatov na redukcijo železovih oksidov . . . . . ŽZB 22 (1988) 3, 79-85 Ploštajner Hinko: Vpliv dušika v jeklu Č 4830 na krivljenje pri valjanju..........ŽZB 22 (1988) 3, 87 -93 Čurčija Dušan: Vpliv vzdolžne hrapavosti trakov na proces hladnega vlajanja z mazivi .... ŽZB 22 (1988) 3, 95—99 Rodič Jože: Skrajševanje tehnološkega postopka od taline do žice..........ZZB 22 (1988) 4, 101 —109 Koroušič Blaženko, A. Šteblaj: Kaj prinaša nova tehnologija streljanja dodajnih materialov v jeklarsko prakso . . . . . . ŽZB 22 (1988) 4, 111-115 Prešern Vasilij, M. Kmetič, A. Rozman, P. B račun: Obdelava jekla s streljanjem žice v šotorski in ravenski jeklarni . . . . . . ŽZB 22 (1988) 4, 117-126 Kmetič Dimitrij, J. Gnamuš, F. Vodopivec, B. Ralič: Platiranje orodnih jekel na konstrukcijska jekla . . . . . . ŽZB 22 (1988) 4, 127—136 Vovjodič-Gvardjančič Jelena, Š. Strojnik, B. Ule, A. Ažman: J integral in morfologija preloma mikrolegiranih-drobnozrnatih jekel Nionicral 70 in Niomol 490 . ŽZB 22 (1988) 4, 137—145 Golubovič Svetozar, L. Kosec: Lomna žilavost ledeburitnega kromovega jekla......ŽZB 22 (1988) 4, 147-151 Osojnik Andreja, T. Lavrič: Študij optimalnih pogojev za analizo kovinskih materialov z ICP atomsko emisijsko spektrometrijo . . . ŽZB 22 (1988) 4, 153-157 Lavrič Tea, A. Osojnik, Z. Kristan: Določanje sledov kovin v jeklih in superzlitinah, po predhodni ločbi, s plamensko AAS . . . ŽZB 22 (1988) 4, 159-166 2. AVTORSKO KAZALO Arh Joža, J. Biček, M. Demšar, A. Koselj, I. Polak, A. Mlakar: Postavitev in obratovanje Jeklarne 2 na Jesenicah . . . . . . ŽZB 22 (1988) 3,65-78 Bratina Janez: Indukcijsko segrevanje cilindričnih teles . . . . . . ŽZB 22 (1988) 1,13-18 Bratina Janez: Elektroobločna peč danes . . . . . . ŽZB 22 (1988) 2, 29-41 Čurčija Dušan: Vpliv vzdolžne hrapavosti trakov na proces hladnega valjanja z mazivi .... ŽZB 22 (1988) 3, 95—99 Golubovič Svetozar, L. Kosec: Lomna žilavost ledeburitnega kromovega jekla......ŽZB 22 (1988) 4, 147—151 Kaker Henrik: Analiza napak, ki vplivajo na točnost nestandardne metode energijsko disperzijske mikroanalize vzorcev v REM 1 .......... ŽZB 22 (1988) 1,7—12 Kmetič Dimitrij, J, Gnamuš, F. Vodopivec, B. Ralič: Platiranje orodnih jekel na konstrukcijska jekla . . . . . . ŽZB 22 (1988) 4, 127-136 Koroušič Blaženko, J. Triplat, J. Arh: Sodobna tehnologija izdelave dinamo jekel po duplex postopku EOP + V (o) D . . . . . ŽZB 22 (1988) 2,43-49 Koroušič Blaženko, A. Šteblaj: Kaj prinaša nova tehnologija streljanja dodajnih materialov v jeklarsko prakso . . . . . . ŽZB 22 (1988) 4, 111-115 Kos Ivan: Vpliv izhodnega strukturnega in trdnostnega stanja ventilskih jekel na mehanske lastnosti pri povišanih temperaturah ............ŽZB 22 (1988) 1, 1-6 Lavrič Tea, A. Osojnik, Z. Kristan: Določanje sledov kovin v jeklih in superzlitinah po prehodni ločbi, s plamensko AAS . . . ŽZB 22 (1988) 4, 159-166 Osojnik Andreja, T. Lavrič: Študij optimalnih pogojev za analizo kovinskih materialov z ICP atomsko emisijsko spektrometrijo . . . ŽZB 22 (1988) 4, 153-157 Polštajner Hinko: Vpliv dušika v jeklu Č 4830 na krivljenje pri valjanju..........ŽZB 22 (1988) 3, 87-93 Prešern Vasilij, M. Kmetič, A. Rozman, P. Bračun: Obdelava jekla s streljanjem oplaščene žice v štorski in ravenski jeklarni . . . . ŽZB 22 (1988) 4, 117-126 Rodič Jože: Skrajševanje tehnološkega postopka od taline do žice..........ŽZB 22 (1988) 4, 101—109 Todorovič Gojko, B. Dobovišek, J. Lamut, L. Šketa: Vpliv alkalnih karbonatov na redukcijo železovih oksidov . . . . . . ŽZB 22 (1988) 3, 79-85 Ule Boris, J. Vojvodič-Gvardjančič, Š. Strojnik, K. Kuzman: O manj znanih aspektih nateznega preizkusa . . . . . . ŽZB 22 (1988) 2, 51—57 Vojvodič-Gvardjančič Jelena, Š. Strojnik, B. Ule, A. Ažman: J integral in morfologija preloma mikrolegiranih-drobnozrnatih jekel Nionicral 70 in Niomol 490 . ŽZB 22 (1988) 4, 137—145 3. KAZALO PO STROKAH — UDK 54 — KEMIJA 543 Analitska kemija Lavrič Tea, A. Osojnik, Z. Kristan: Določanje sledov kovin v jeklih in superzlitinah, po predhodni ločbi, s plamensko AAS . . . ŽZB 22 (1988) 4, 159-166 Osojnik Andreja, T. Lavrič: Študij optimalnih pogojev za analizo kovinskih materialov z ICP atomsko emisijsko spektrometrijo . . . ŽZB 22 (1988) 4, 153-157 62 — INŽENIRSTVO, TEHNIKA 620.17 Preskušanje mehanskih lastnosti Ule Boris, J. Vojvodič-Gvardjančič, Š. Strojnik, K. Kuzman: O manj znanih aspektih nateznega preizkusa . . . . . ŽZB 22 (1988) 2, 51-57 Vojvodič-Gvardjančič Jelena, Š. Strojnik, B. Ule, A. Ažman: J integral in morfologija preloma mikrolegiranih-drobnozmatih jekel Nionicral 70 in Niomol 490 . ŽZB 22 (1988) 4, 137-145 Golubovič Svetozar, L Kosec: Lomne žilavosti ledeburitnega kromovega jekla......ŽZB 22 (1988) 4, 147-151 620.18 — Metalografija Kaker Henrik: Analiza napak, ki vplivajo na točnost nestandardne metode energijsko disperzijske mikroanalize vzorcev v REM 1 ..........ŽZB 22 (1988) 1,7-12 621.365 — Elektrotoplotna tehnika Bratina Janez: Elektrooobločna peč danes ... ŽZB 22 (1988) 2, 29-41 Bratina Janez: Indukcijsko segrevanje cilindričnih teles . . . . . . ŽZB 22 (1988) 1, 13-18 621.771 — Valjanje Čurčija Dušan: Vpliv vzdolžne hrapavosti trakov na proces hladnega valjanja z mazivi .....ŽZB 22 (1988) 3, 95—99 Ploštajner Henrik: Vpliv dušika v jeklu Č 4830 na krivljenje pri valjanju..........ŽZB 22 (1988) 3, 87-93 Kmetič D., J. Gnamuš, F. Vodopivec, B. Ralič: platiranje orodnih jekel na konstrukcijska jekla . . ŽZB 22 (1988) 4, 127—136 66 — KEMIJSKA TEHNIKA, KEMIČNE IN SORODNE INDUSTRIJE 669 — Metalurgija 669.14 — Zlitine železa z ogljikom. Jeklo nasploh Kos Ivan: Vpliv izhodnega strukturnega in trdnostnega stanja ventilskih jekel na mehanske lastnosti pri povišanih temperaturah ............ŽZB 22 (1988) 1, 1-6 Koroušič Blaženko, J. Triplat, J. Arh: Sodobna tehnologija izdelave dinamo jekel po duplex postopku EOP + V(0) D . . . . . . ŽZB 22 (1988) 2,43-49 669.16 — Proizvodnja grodlja Todorovič Gojko, B. Dobovišek, J. Lamut, L. Šketa: Vpliv alkalnih karbonatov na redukcijo železovih oksidov . . . . . . ŽZB 22 (1988) 3,79—85 669.18 — Proizvodnja jekla Prešern Vasilij, M. Kmetič, A. Rozman, P. Bračun: Obdelava jekla s streljanjem oplaščene žice v štorski in ravenski jeklarni . . . . ŽZB 22 (1988) 4, 117-126 Koroušič Blaženko, A. Šteblaj: Kaj prinaša nova tehnologija streljanja dodajnih materialov v jeklarsko prakso . . . . . . ŽZB 22 (1988) 4, 111-115 Rodič Jože: Skrajševanje tehnološkega postopka od taline do žice..........ZZB 22 (1988) 4, 101-109 Arh Joža, J. Biček, M. Demšar, A. Koselj, I. Po lak, A. Mlaka r: Postavitev in obratovanje Jeklarne 2 na Jesenicah . . . . . . ŽZB 22 (1988) 3, 65-78 VSEBINA UDK: 669 181.274:621.746.047:621.771.25 ASM/SLA: D7c, D9q, D8m. A11e, 4-61 Metalurgija — Vakuumska indukcijska peč — Horizontalno kontinuirno litje žice, palic, trakov — Vroča predelava — Specifična poraba energije — Skrajševanje tehnoloških postopkov J. Rodič Skrajševanje tehnološkega postopka od taline do žice Železarski zbornik 22 (1988) 4 s 101 — 109 Novi materiali, materiali z izboljšanimi lastnostmi, racionalizacija tehnoloških procesov, zmanjševanje specifične porabe energije in izboljšanje izkoristkov so cilji novih usmeritev tehnološkega razvoja. Novi pristopi k razvojnim raziskavam za uveljavljanje pravih materialov in tehnologij s simulacijami in matematičnim modeliranjem se navezujejo tudi na pilotno proizvodnjo, ki je v članku nekoliko podrobneje opisana. Poseben fleksibilen sklop pilotne proizvodnje predstavlja vakuumska indukcijska peč. naprava za horizontalno neprekinjeno litje žice in palic ter električno pretaljevanje pod žlindro. Avtorski izvleček UDK: 669.18:669.891 ASM/SLA: D9r, ADr, EGf41, EGr Metalurgija — jeklarstvo — streljanje oplaščene žice V. Prešern, M. Kmetič, A. Rozman, P. Bračun Obdelava jekla s streljanjem oplaščene žice v štorskl In ravenski jeklarni Železarski zbornik 22 (1988) 4, S 117—126 Rezultati uvajanja postopka obdelave jekla s streljanjem oplaščene žice s CaSi v štorski in ravenski jeklarni. Narejena je primerjava s postopkom vpihovanja CaSi. Podani so zahtevani pogoji, da dobimo jeklo z majhno vsebnostjo kisika ter modificiranimi alumi-natnimi vključki. Prikazan je vpliv pečne žlindre, dani so izkoristki kalcija, titana in bora, analizirano je nadušičenje in gibanje vsebnosti žvepla. Razčlenili smo osnovne stroške novega postopka in jih primerjali s postopkom vpihovanja CaSi. Avtorski izvleček UDK: 669.18:669.891:669.046 521 ASM/SLA: D9r. D11r. ADr, EGf41, EGr Metalurgija — jeklarstvo — streljanje žice v talino — desoksidacija — nove tehnologije B. Koroušič, A Šteblaj Kaj prinaša nova tehnologija streljanja dodajnih materialov v jeklarsko prakso Železarski zbornik 22 (1988) 4s 111 — 115 Metoda streljanja različnih materialov v tekoče jeklo, kot so: Ca, Al, Ti, C, B . . . , prinaša vrsto prednosti v jeklarsko tehnologijo. Tehnika streljanja polne ali polnjene žice omogoča izvajanje desok-sidacije taline, toda tudi legiranje manjših količin elementov z visoko afiniteto do kisika in modifikacijo nekovinskih vključkov, kar je posebej zanimivo za kontilitje jekla. Avtorski izvleček UDK: 621.771.8:669.14.018.23/29 ASM/SLA: L22, F23, K5j, TSb, SGBs Metalurgija — platiranje jekel — vroče valjanje — fizika kovin D. Kmetič, J. Gnamuš, F. Vodopivec, B. Ralič Platiranje orodnih jekel na konstrukcijska jekla Železarski zbornik 22 (1988) 4 s 127—136 Prispevek obravnava platiranje različnih vrst orodnih jekel na nosilno konstrukcijsko jeklo. Preiskave smo naredili na žarjenih vzorcih in na vzorcih, valjanih pri različnih termomehanskih pogojih Poleg metalografskih preiskav prehodne difuzijske plasti med orodnim in konstrukcijskim jeklom smo v elektronskem mikroanali-zatorju opredelili koncentracijske profile legirnih elementov. Raztržna trdnost platiranih jekel je odvisna od trdnosti šibkejšega gradnika in od mikrostrukturnih značilnosti prehodne plasti. Avtorski izvleček CONTENTS UDK: 669.18:669.891 ASM/SLA: D9r, ADr. EGf41. EGr Metallurgy — steelmaking — injection of cored wire V. Prešern. D. Kmetič, A. Rozman. P. Bračun Treatment of Steel In Štore and Ravne Steelvvorks by Injection of Cored Wire Železarski zbornik 22 (1988) 4.P 117-126 Paper presents the results of the introduction of steel-treat-ment technology by the injection of CaSi cored wire in Štore and Ravne steelvvorks. A comparison vvith the injection of powdery CaSi vvas made. The conditions to obtain steel vvith iovv oxygen content and modified aluminate inclusions are given. Influence of furnace slag. and calcium. titanium and boron yields are given, pick-up of nitrogen and variation of sulphur contents are analyzed Basic costs of the new method vvere estimated. and comparison vvith the injection of powdery CaSi vvas made. Authors Abstract UDK: 669.181.274:621.746.047:621.771.25 ASM/SLA: D7c. D9q, D8m, A11e. 4-61 Metallurgy-Vacuum induction furnace-Horizontal continuous casting of vvire. rods and strips-Hot vvorking-Specific energy consumption-Shortening of technological procedures. J. Rodič Shortening of Technological Procedures Žel zbornik 22 (1988) 4 P 101—109 New materials. materials vvith improved properties. rationaliza-tion of technological processes, reduction of specific energy consumption and increase in yieid are the targets of technological development. New concepts to research and development for the promotion of proper materials and technologies vvith mathematical modelling and computer simulation are connected vvith pilot production vvhich is described in more details. Specially flexible pilot plant consist of a vacuum induction furnace. horizontal continuous caster for vvire and rods. and eiectro-siag remelting unit. Author's Abstract. UDK: 621.771.8:669.14.018.23/29 ASM/SLA: L22. F23. K5j, TSb, SGBs Metallurgy — Plating of Steel — Hot Rolling — Metals Science D. Kmetič, J. Gnamuš. F. Vodopivec. B Ralič Plating Tool Steel on Structural Steel Železarski zbornik 22 (1988) 4 P 127—136 The paper treats plating of various tool steels on the bearing structural steel Investigations vvere made vvith annealed samples and samples rolled at various thermomechanical conditions. Next to the metallographic investigations of the transition diffusion iayer betvveen the tool and the structural steel, also concentration profiles of alloying elements vvere determined by electron microan-alyzer. Tensile strength of piated steel depends on the strength of vveaker component and on the microstructurai characteristics of the transition zone. Author s Abstract UDK: 669 18:669.891:669.046.521 ASM/SLA: D9r. D11r. ADr. EGf41. EGr Metallurgy — steelmaking — vvire injection — deox'dation — advanced technologies. B. Koroušič. A. Šteblaj Advanced Technology In Steelmaking — Injection of Additions Železarski zbornik 22 (19881 4 P 111—115 The injection of different materials such as Ca. Al, Ti, C. B . into iiquid steel have a series of advantages. The method using cored or coreless vvire is very efficient and usefui for deoxi-dation. small additions of alloying elements vvith a high affinity for oxygen as well as for modification of non-metallic inclusions vvhich is of interest specially for continuous casting. Author's Abstract VSEBINA UDK: 620.178.2:539.211:669.15 ASM/SLA: Q26r, M23p, AY Metalurgija — mehanika loma — J integral J. Vojvodič-Gvardjančič, Š. Strojnik, B. Ule, A, Ažman J integral in morfologija preloma mlkrolegiranlh — drobnozrnatih jekel Nionicral 70 In Niomol 490 Železarski zbornik 22 (1988) 4. s 137—145 Merjenja lomne žilavosti drobnozrnatih mikrolegiranih jekel z metodo J-integrala zahtevajo, v primerih pojavljanja večje lateralne kontrakcije preizkušancev, rabo ostrejših dimenzijskih kriterijev, kot pa jih predpisuje veljaven ASTM standard. Ne glede na le orientacijske vrednosti J,c pa mikrofraktografske preiskave kažejo, da se velikosti jamic na frakturnih površinah v grobem ujemajo z izmerjenimi žilavostmi. Avtorski izvleček UDK: 543 423 ASM/SLA: S11k, U2g Metalurgija — kemijska sestava — ICP emisijska spektrometrija — nikljeve zlitine A. Osojnik, T. Lavrič Študij optimalnih pogojev za analizo kovinskih materialov z ICP atomsko emisijsko spektrometrljo Železarski zbornik 22 (1988) 4 s 153-157 Študirali smo optimalne pogoje in analizne parametre za določevanje elementov Ni, Co, Cr, Mo, Ti (60-2 %) In Al, Fe, Mn, Cu, Si (1 do 0.05 %) v nikljevih zlitinah s sekvenčno ICP atomsko emisijsko spektrometrijo. Ugotavljali smo spektralne interference za vse prisotne elemente. Identificirali smo spektralno interferenco Co pri 138.204 nm Fe liniji in Mo pri 251.611 nm Si liniji. Izvršili smo korekcijo za Fe in Si glede na moteče elemente. Izbrali smo optimalne . . valovne dolžine ter določili občutljivost, mejo zaznavnosti, korekcijske faktorje (za Fe in Si) in ponovljivost rezultatov Točnost metode smo preverili s standardi nikljevih zlitin podobnih sestav. Avtorski izvleček UDK: 620.178.2:669.15-196.58 ASM/SLA: Q6, Q7, Q26q, TSh, 2-64 Metalurgija — preiskava materiala — mehanika loma S. Golubovič, L. Kosec Lomna žilavost ledeburitnega kromovega jekla Železarski zbornik 22 (1988) 4 s 147-151 S poskusi smo ugotovili kritično vrednost faktorja intenzivnosti napetosti pri ravninski deformaciji za kromovi ledeburitni jekli Č.4150 in Č.4850. Jekli sta bili kaljeni in popuščeni pri temperaturah 180, 400 in 500' C. Kritično vrednost faktorja intenzivnosti napetosti K,c smo določali s polempirijsko metodo. Uporabili smo CT epruvete, v katerih smo z utrujanjem ustvarili začetne razpoke. S temperaturo popuščanja se lomna žilavost obeh jekel zmanjšuje. Jeklo Č 4850 ima skozi ves interval temperatur popuščanja boljšo lomno žilavost Avtorski izvleček UDK: 543.064:669 14 ASM/SLA: S11d, S11g, 1-54 Metalurgija-analiza jekel in superzlitin — določanje sledov — sepa-riranje in skoncentriranje — AAS določanje T. Lavrič, A. Osojnik. Z. Kristan Določanje sledov kovin v jeklih in superzlitinah, po predhodni ločbi, $ plamensko AAS Železarski zbornik 22 (1988) 4 s 159—166 Preštudirali smo ločbo, skoncentriranje in določanje sledov Ag, Bi, Cd, Pb, Se, Sn, Te in Zn za razna jekla in superzlitine Izvedli smo primerjalno študijo ekstrakcije jodidov preiskovanih elementov s trioktilfosfinoksidom (TOPO) in trioktilaminom (TOA) v metilizobutilketon (MIBK). Organsko fazo smo analizirali s plamensko AAS. Učinkovitost separacije je, vključno z določanjem, za oba ekstrakcijska sistema, za vse elemente približno enaka, in to 85-110%. Samo za Zn so bili doseženi izkoristki s TOA-MIBK sistemom pod 50%. Za Se smo dobili s TOA-MIBK ekstrakti, v primerjavi s TOPO-MIBK, občutno stabilnejše signale. Za Te smo izvedli tudi primerjavo določanja z AAS, po redukciji do elementarnega stanja in naknadnem raztapljanju. Vse metode so dale pravilne rezultate za uporabljene certificirane materiale. Praktične meje zaznavnosti se gibljejo pri ločbi z ekstrakcijo, če izhajamo iz 5 g vzorca, odvisno od občutljivosti elementa, ki ga določamo, v območju 0.05—1 ppm. Avtorski izvleček CONTENTS UDK: 543.423 ASM/SLA: S11k, U2g Metallurgy — chemical composition. ICP emission spectrometry — nickel base alloys A. Osojnik, T. Lavrič Investigation of Opttmat Conditions for Metal Anatysls by ICP Atomtc Emission Spectrometry Železarski zbornik 22 (1988) 4 P 153-157 The optimal conditions and analysis parameters for determination of Ni. Co, Cr, Mo. Ti (60-2 %) and Al, Fe, Mn, Cu, Si (1 to 0.05 %) in nickel base alloys by sequential ICP atomic emission spectrometry were studied. Spectrai interferences due to the influences of any present element vvere identified by vvaveienght scans near analyte vvave-lengths for ali ten elements. It ivas established that oniy the presence of cobait at 238.204 nm Fe line and the presence of molibdenum at 251.611 nm Si line could introduce an error in iron and silicon determination, respectiveiy. Therefore a correction for these two elements considering the interfering elements vvas made. Optimal spectrai lines, detection iimits. sensitivites. aditive correction factor (for Fe and Si) and reproductivity of results were established The accuracy of the method ivas checked vvith different certified reference materials of similar composition. Author s Abstract UDK: 620.178.2:539.211:669.15 ASM/SLA : Q26r, M23p. A V Metallurgy — Fracture Mechanics — J-Integral J. Vojvodič-Gvardjančič, Š. Strojnik, B. Ule, A. Ažman J-tntegrat and Fracture Morphotogy of Micro-aiioyed Ftne-grained Steels Nionicral 70 and Niomol 490 Železarski zbornik 22 (1988) 4, P 137—145 Fracture toughness measurements of fine-grained micro-alloyed steels by the J-integral method show that whenever severe lateral contractions appear on sides of a specimen it is necessary to apply a more rigid size criteria than those set by the ASTM standard Regardless of the approximative J,c values it vvas shovvn by microfractographic investigations that the sizes of dimples on fracture surfaces on the vvhoie agree vvith measured toughness values Author s Abstract UDK: 543.064:669.14 ASM/SLA: S11d. S11g, 1-54 Metallurgy-analysis of steels and superalloys — trace elements — separation and preconcentration-flame AAS T. Lavrič, A. Osojnik. Z Kristan AAS Determination of Trace Metals in Steels and Superaiioys With Prettminary Separation Železarski zbornik 22 (1988)4 P 159—166 Separation. preconcentration and determination of trace metals Ag, Bi, Cd, Pb. Se, Sn, Te, and Zn in different grades of steels and superalloys was investigated. A comparison study vvas carried out to evaluate the extraction of iodides of anaiytes using trioctylphos-phineoxid (TOPO) and trioctyiamine (TOA) into methylisobutylke-tone (MIBK). The organic phase was anaiysed by fiame AAS. The effectiveness of separations, inclusively the determination, vvas approximaletly equal for both extraction systems, and thus 85—110%, only for Zn the recoveries in TOA-MIBK system vvere under 50 %. For Se significantly better stability of the signais vvas obtained vvith TOA-MIBK extractans as vvith TOPO-MIBK. For Te also a comparison vvith reduction to element al Te vvith subsequent dissolution and /MS determination was made. AH methods gave accurate results for the certified materials used. The practical Iimits of detection based on extraction separation of 5g sample are of the order 0.05-1 ppm, depending on sensitivity of analyte. Author s Abstract UDK 620.178.2:669.15-196.58 ASM/SLA: 06, Q7. Q26q, TSh, 2-64 S. Golubovič, L. Kosec Metaiturgy — Material Testing — Fracture Mechanics Železarski zbornik 22 (1988) 4 P 147—151 The magnitude of the critical stress intensity factor in plane strain state was found out experimentally for ledeburite chromium steels Č.4150 and Č.4850. The two steel qualities vvere hardened and subsequentiy tempered to temperatures 180. 400 and 500° C. The critical stress intensity factor K,c was determined by a semi-empiricai method. In the experiments CT-specimens vvere used vvhich were fatigued to create initial cracks. It vvas found out that vvith increasing temperature of tempering the fracture toughness of both steel qualities decreases. Author s Abstract