YU ISSN 0372-8633 ŽELEZARSKI ZBORNIK Stran VSEBINA Vodeb Dušan, J. Borštner, J. Brati- n a, Z.Erjavec — Železarna Ravne OPIS STANJA, RAZVOJ IN VARČEVALNA PO- 225 LITIKA NA PODROČJU ENERGETIKE V ČRNI METALURGIJI Vodopivec Franc, D. Gnidovec — Metalurški inštitut Ljubljana F. Vizjak, S. Senči č, G. Manojlovič — Železarna Store AFINACIJA KONTINUIRNO VLITEGA CEMEN- 237 TACIJSKEGA JEKLA C. 4320 Z NIOBIJEM IN VANADIJEM II. DEL: IZDELAVA IN PREISKAVA INDUSTRIJSKEGA JEKLA Vodopivec Franc, J. Žvokelj, F. Filipov — Metalurški inštitut Ljubljana S. J u r c a — Black and Decker Grosuplje K. Kuzman — Fakulteta za strojništvo, Univerza E. K. Ljubljana OJNICE S PERLITNO MIKROSTRUKTURO ZA 247 AVTOMOBILSKI MOTOR ŠimnicM., B. Dobovišek, I. Lamut — Metalurški inštitut Ljubljana POSKUS OCENJEVANJA PROSTIH BAZ Z 257 MERJENJEM pH VODNIH RAZTOPIN ŽLIN- DER LETO 15 ST. 4 -1981 ŽEZB BQ 15 (4)225-264 (1981) IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT ZELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LETO 15 LJUBLJANA DECEMBER 1981 Vsebina stran Dušan Vodeb, J. Borštner, J. Bratina, Z. Erjavec Opis stanja, razvoj in varčevalna politika na področju energetike v črni metalurgiji 225 UDK: 620.91 ASM/SLA: Wllg Franc Vodopivec, F. Vizjak, S. Senčič, G. Manojlovič, D. Gnidovec Afinacija kontinuirno vlitega cementacijskega jekla C. 4320 z nioibijem in vanadijem 237 UDK: 621.746.047: 669.14.018.298 ASM/SLA: D9-q, AY-b, V, Nb Franc Vodopivec, S. Jurca, J. Žvokelj, F. Filipov, K. Kuzman Ojnice s perlitno mdkro-strukturo za avtomobilski motor 247 UDK: 621.73.043:620.17 ASM/SLA: F22n, 2-61, Q26r, T21b M. Šimnic, B. Dobovišek, J. Lamut Poskus ocenjevanja prostih baz z merjenjem pH vodnih raztopnih ilinder 257 UDK: 669.187.28:541.132.3 ASM/SLA: Dlln, V2j Inhalt Seite Dušan Vodeb, J. Borštner, J. Bratina, Z. Erjavec Beschreibung des Zustan-des der Entvvicklung und der Sparpolitik auf dem Geblet der Energiwirt-schaft in der Metallurgle 225 UDK: 620.91 ASM/SLA: Wllg Franc Vodopivec, F. Vizjak, S. Senčič, G. Manojlovič, D. Gnidovec Affination des strang-gegossenen Einsatzstahles C 4320 mit Niobium und Vanadium 237 UDK: 621.746.047: 669.14.018.298 ASM/SLA: D9-q, AY-b, V, Nb Franc Vodopivec, S. Jurca, J. Žvokelj, F. Filipov, K. Kuzman Pleulstangen mit perliti-schem MikrogefUge ftir einen Kraftwagenmotor 247 UDK: 621.73.043:620.17 ASM/SLA: F22n, 2-61, Q26r, T21b M. Šimnic, B. Dobovišek, J. Lamut Versuche der Bestimmung der freien Basen mit der pH Messung der Wasser-losungen 257 UDK: 669.187.28:541.132.3 ASM/SLA: Dlln, V2j Contents Page Dušan Vodeb, J. Borštner, J. Bratina, Z. Erjavec State, Development Trends, and Energy Eco-nomy in Ferrous Metall-urgy 225 UDK: 620.91 ASM/SLA: Wllg Franc Vodopivec, F. Vizjak, S. Senčič, G. Manojlovič, D. Gnidovec Grain Refinement of Con-tinuously Čast Case-Hard-ening Steel C. 4320 with Niobium and Vanadium 237 UDK: 621.746.047: 669.14.018.298 ASM/SLA: D9-q, AY-b, V, Nb Franc Vodopivec, S. Jurca, J. Žvokelj, F. Filipov, K. Kuzman Automobile Engine Shafts with Pearlitic Microstruc-ture 247 UDK: 621.73.043:620.17 ASM/SLA: F22n, 2-61, Q26r, T21b M. Šimnic, B. Dobovišek, J. Lamut Determinatlon of Free Bases by Measuiing pH of Water Solutions 257 UDK: 669.187.28:541.132.3 ASM/SLA: Dlln, V2j CoAepHcaHHe Dušan Vodeb, J. BorStner, J. Britina, Z. Erjavec O linearne noAO/KeHH«, pa3BH-THH H nOAHTHKH 3KOHOMHKH ■ OGAaCTH 3HepreTHKH. 225 UDK: 620.91 ASM/SLA: Wll£ Franc Vodopivec F. Vizjak, S. Senčič, G. Manojlovič, D. Gnidovec atjujimia« Heirpepui«o otah- xoft iieiueirrveMott ctsah C. 4320 c HHoSneM. 237 UDK: 621.746.047:669.14.018.298 ASM/SLA: D9-q, AY-b, V, Nb Franc Vodopivec, S. Jurca, J. Žvokelj, F. Filipov, K. Kuzman lUaTyHM c nepAHTHoft loncpo-CTpyKTypoft AAU aBTOMoOHAb-HLDC ABHraTeAeS. 247 UDK: 621.73.043:620.17 ASM/SLA: F22n, 2-61, Q26r, T21-b M. šimnic, B. Dobovišek, J. Lamut OnHTHoe onpeACACHHe caoOoA- IOIX OCHOBHOCTefl HSHepeHHeu pH aOABHUK paCTlOpOB. 257 UDK: 669.187.28:541.132.3 ASM/SLA: Dlln, V2j j - gf -HU ! ■ ^M.-SUSlifr-' It«.--:. a : v .1 r. .>'V ..• ; A .S,.."- i -■■'.■ i' :. - ,•• ■. . m" i Vi.-.z-. ■ :.-•; ■.. £•' ••. i"! •_*' ' L . • • ...I. C.if.pJ- •U ' -:•«>!'hmj,-v ■ ! ' , 'f :-'..; ::r tK . ' v ' ■ .. - ' .• '' ti.' •. . n j i*. « . ■ ' ,(.... ;.... ■-' ' . : : . X ti -.. !'• it« ' . J ;.. K ' ; : .. .V. ; •' .. '."'-''■ : ■' 1 r• ; v ..-rtr • • : ■•■•: .,' it 2^9280 ŽELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LETO 15 LJUBLJANA DECEMBER 1981 Opis stanja, razvoj in varčevalna politika na področju energetike v črni metalurgiji UDK: 620.91 ASM/SLA: Wllg Dušan Vocleb, J. Borštner, J. Bratlna. Z. Erjavec Opisan je razvoj energetike v SFRJ in SRS. Iz prikaza je razvidno, da je črna metalurgija tudi sledila svetovnim tendencam razvoja. Varčevanje z energijo je najbolj realna osnova za prebroditev težav glede oskrbe in stroškov z energijo. Navajamo izhodišča za program varčevanja v železarni Ravne, organizacije teama, razmišljamo o realnosti prihrankov in upoštevamo omejitvene dejavnike pri uvajanju varčevalnih ukrepov v proizvodne procese. Na koncu so prikazani primeri, kako dolgoročno rešiti varčevanje z energijo pri karakterističnih metalurških agregatih. 1. UVOD Danes veliko razpravljamo o razvoju energetike, katere sestavni del je tudi racionalna proizvodnja, pretvorba in poraba energije. Zavedati se moramo, da smo globoko zabredli v navade in ugodnosti, ki si jih ustvarjamo s porabo energije. Pri tem moramo upoštevati, da energijo porabljamo zelo neracionalno in da se bomo tega težko odvadili. Iščemo različne poti, kako obvladati ta problem. Vsekakor ne z ukinitvijo vseh do sedaj pridobljenih ugodnosti, kar naj bi bil zadnji ukrep za podaljšanje življenja človeštva. Varčevane z energijo v tej neugodni energetski situaciji dobiva vedno večjo veljavo. Potekati mora po programu in enotni metodologiji, ker bo le tako možno doseči postavljeni cilj. Varčevalni program, ki je vodilo varčevanja, zajema tri faze. Prva faza zajema ukrepe varčevanja, za katere ari potrebna nikakršna investicija; v drugo fazo spadajo ukrepi, katerih inve- sticija se amortizira v roku enega leta; v tretji fazi pa so večji investicijski posegi, ki se amortizirajo v nekaj letih. Energetsko varčevanje je danes dejstvo. Stroški za energijo silovito naraščajo, energetski tokovi bodo morali biti usmerjeni na tista investicijska področja, ki lahko pokrivajo nastale stroške. Istočasno ugotavljamo velike notranje rezerve pri porabi energije, ki jih moramo izkoristiti v novih pogojih gospodarjenja. Svetovne zaloge klasičnih goriv so omejene. Po letu 2000 nafte ne bomo več uporabljali za ogrevanje, nove energetske vire pa šele intenzivno raziskujejo. Z varčevanjem goriva dajemo raziskovalcem več časa, da bodo lahko vsestransko proučili nove energetske vire. 2. OPIS SEDANJEGA STANJA Energetika obsega široko področje, sedanje stanje pa moramo dobro poznati, če hočemo pravilno ukrepati. Naš namen je torej prikazati, kaj se na tem področju dogaja v svetu, doma in v črni metalurgiji. V energetiki so naslednja obdobja: do leta 1970 — cenena energija v neomejenih količinah, kar je osnova rasti industrializiranih držav od leta 1970—1980 — soočanje z vse večjimi krizami, ki so odraz političnih monopolističnih pritiskov od leta 1980—1990 — dejanske težave, kako zadovoljiti vse potrebe po energiji, kljub povečani proizvodnji ener- Od leta 1945 industrija intenzivno uvaja nafto, ki je tudi osnova za porabo energije v široki potrošnji. Gibanje cen nafte, ki je danes najbolj iskan energetski vir, prikazue slika 2, kjer je lepo viden skok cen po letu 1970.2 3003- I Švicc. / •ZRN Fra / ZDA Jc ponska / 7 •MDR Saudska Arabija < Špan gasla 'talija SSSR \A _ ji Iran vi/a Mija\ \ (2aqala4si 07 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Poraba energije [KMpreUj Diagram B Delet prebivalstva I barrel =1700 kWh 1 rast cene nafte fco pristanišče izvoznik 2 cena nafte v realnih dolarjih 3 cena nafte preračunana na dolarsko vrednost 1977 Slika 2 Svetovno gibanje cen nafte Fig. 2 World prices of crude petroleum B Nafta pU Črni premog \ j Vodna energija [ ] Lignit | Zemeljski plin Rjavi premog Slika 4 Proizvodnja primarne energije v SFRJ Fig. 4 Yugoslav production of primary energy getskih virov. Soočali se bomo z omejitvenimi elementi: izkoriščenost virov, financiranje in varstvo okolja. Naša velika rezerva je: energijo začnimo varčevati že danes! po letu 1990 — vpeljava novih virov v najširšem smislu; spremenila se bo struktura porabe; uporabljali bomo nove tehnologije, kjer se maksimalno upošteva racionalnost. Človek se je v svojem razvoju naslanjal na tisto primarno energijo, ki jo je na določeni stopnji tehnološkega razvoja lahko pripravil in uporabil. Gibanje deležev uporabe primarnih goriv je potekalo, kot je prikazano na sliki 1. Leta 1850 je bil v uporabi samo les, okoli leta 1920 je znašal delež premoga približno 60 %, leto 1980 pomeni vrh za nafto z deležem 35 %, vrh za plinasta goriva se napoveduje v letu 2025, ko bodo plin pridobivali iz naravnih virov in umetno iz premoga.1 Slika 1 Delež uporabe primarnih goriv na svetu od leta 1850 dalje Fig. 1 Portion of consumed primary fuels in the wor!d since 1850 Iz slike 1 je razvidno, da ima vsak nosilec primarne energije svojo dobo razvoja in uvedbe, da ima svoj vrh in padec, ko ga je treba nadomeščati z drugimi energetskimi viri. o 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Poraba energije [KW/prebj Slika 3 Svetovna specifična poraba energije na prebivalca in zveza z nacionalnim dohodkom države Fig. 3 VVorld specific energy consumption per capita and compa-rison with the national income for various countries leto HI Nafta U Črni premog Slika 5 Uvoz primarne energije v SFRJ Fig. 5 Yugoslav import of primary energy moči elektrarn v Jugoslaviji za obdobje od leta 1950 do 1979 (slika 7) in razvoj električne prenosne mreže (slika 8) kot najbolj razvitega energetskega sistema pri nas.5 Poleg čisto energetskih podatkov so za prikaz stanja v energetiki SFRJ zanimivi tudi podatki o investicijskih vlaganjh v energetiko (slika 9) in o gibanju cen primarne energije (slika 10). Podobno kot za SFRJ prikazujemo energetsko sliko za SRS na sliki 11. Slika združuje tri diagrame, ki kažejo od leta 1960 dalje slovensko proizvodnjo in porabo energije ter odvisnost naše republike na tem področju od uvoza. Delež črne metalurgije v porabi energije v SRS prikazujemo na sliki 12, strukturo porabe v črni metalurgiji pa na sliki 13. 50 55 60 65 70 75 leto trda goriva (brez termocentral) ^ elektro energija jgj nafta in plin Slika 6 Izkoriščenost lastnih energetskih virov v SFRJ Fig. 6 Efficiency of own energy sources in Yugoslavia - Termocentrale ---Hidrocentrale ---Skupna moč Slika 7 Rast instaliranih moči elektrarn v SFRJ Fig. 7 Grovvth of the increased povver in Yugoslav povver stations Razvoj naroda, nacionalnega gospodarstva neke države, je odvisen od porabe energije. Na sliki 3 je prikazana zveza med nacionalnim dohodkom na prebivalca in porabo energije na prebivalca, diagram A in B pa nazorneje kažeta, koliko je držav, kjer porabijo največ energije. Razvoj energetike v Jugoslaviji prikazujemo na nekaj karakterističnih diagramih o proizvodnji in porabi energije v obdobju od leta 1958 dalje, ko se je začela intenzivna industrializacija države. Na sliki 4 je razvidna proizvodnja primarne energije, na sliki 5 je prikazan uvoz primarne energije v Jugoslavijo. Iz slike 4 in 5 vidimo odvisnost Jugoslavije od uvožene energije, saj uvozimo skoraj ves plin, nafto in črni premog, zelo malo pa smo naredili za boljše izkoriščanje lastnih virov, kar je vidno s slike 6.4 Za zagotovitev potreb po energiji so se razvijale tudi proizvodne kapacitete. Kot karakterističen podatek prikazujemo povečanje instaliranih leto gg 380 KV il 220 KV m no KV Slika 8 Razvoj električne prenosne mreže v SFRJ Fig. 8 Development of Yugoslav electric network Ker nastopajo finančna vlaganja v energetiko kot omejitveni faktor, je zanimiv diagram na sliki 14, ki nam kaže, koliko smo v Sloveniji namenili sredstev za energetiko. V posameznih tovarnah črne metalurgije so se v razvoju energetike soočali z naslednjimi težavami: Slika 9 Delež vlaganj v energetiko v SFRJ Fig. 9 Portion of investments into Yugoslav energetics fH| Ostala poraba PH Promet Industrija ---Črna metalurgija Slika 12 Delež črne metalurgije v porabi energije v SRS Fig. 12 Portion of ferrous metallurgy in the energy consumption in Slovenia --Metalurški koks d in/t ---Rjavi premog din/t ------------Električna energija direktni odjem din/Wh --------Mazut din/t ---Lignit din/t ----Surova nafta din/t ----------Popran- butan din/t Slika 10 Gibanje cen primarnih energetskih virov Fig. 10 Prices of primary energy sources 60 65 70 75 leto ......... Premog ---- Elektro energija - Tekoča goriva ---- Plin ---- Koks Slika 13 Struktura porabe energije v črni metalurgiji v SRS Fig. 13 Structure of the consumed energy in ferrous metallurgy of Slovenia Elektro gospodarstvo Premogovništvo Naftna industrip Slika 11 Odvisnost med proizvodnjo in porabo energije v SRS Fig. 11 Relationship betvveen the production and the consumption of energy in Slovenia — stalna rast porabe energije, — povečana skrb za varstvo okolja, — omejenosti dobave energije, — odpor ljudi proti novim energetskim napravam, — naraščanje stroškov za energijo, — vedno večja vlaganja za energetske naprave. iCJ ■g 50 •£ 40- t g" 3 30-.1 i. S 20■ Q 0 \\ \\ \\ // \\ 7 V ,/ ■s // \ II v / N / v., s / v s - 65 68 70 72 76 leto - Skupna vlaganja v energetiko ---Vlaganja v elektro gospodarstvo Slika 14 Delež vlaganj v energetiko v SRS Fig. 14 Portion of investments into Slovenlan energetics 8 g | S I N k. (t 10 10 m 75 ~5 0 25 Cj Ki S < Delež metalurgije v celotni porabi 74 5 2 16 3 91 109 74 »7 89 07 3(9 283 i 175 i 574 i 388 20 6 40c 420 192 M 362 484 202 171 284 224 282 188 303 16 8 233 Delež metalurgije v industrijski porabi Industrija ■ Promet ] Ostah poraba Delež metalurgije Slika 16 Delež porabe energije v črni metalurgiji v nacionalnih gospodarstvih za leto 1977 Fig. 16 Portion of energy consumption in ferrous metallurgy for some national economies in 1977 ------ VB .......... Avstrija ------ZRN - svet ----ZDA ---ZRN Slika 15 Specifična poraba energije na enoto proizvedenega jekla za nekatere države Fig. 15 Specific energy consumption per unit of produced steel in some countries iH Plinasta goriva Tekoča goriva [ 1 Električna energija ] Ostali mediji Slika 17 Struktura porabljene energije v črni metalurgiji za nekatere države v letu 1977 Fig. 17 Structure of consumed energy in ferrous metallurgy for some countries in 1977 Različnost dosedanjega razvoja in trenutnega stanja na področju energetike prikazujemo v obliki primerjave med razvitimi državami in nami. Najbolj reprezentativen podatek o porabi energije je specifična poraba energije na enoto proizvoda (slika 15), na kateri prikazujemo specifično porabo energije na enoto proizvodnje jekla v posameznih državah.6 7000 Visoka peč ali direktna redukcija Topla predelava Hladna predelava Elektro jeklarna Ostalo Slika 18 Specifična poraba energije za posamezne faze predelave jekla Fig. 18 Specific energy consumption for single stages of steel working Elektro energija Plin ali zemeljski plin Koks Kisik Ostalo ali tekoča goriva 16380 A B A Proizvodnja plavža -8107t Jekla/leto B Elektro jeklarna -tO X}71 jekla/leto C Direktna redukcija -10107 tjekla/leto D Železarna Ravne -02 K71 jekla /leto Slika 19 Vrste uporabljene energije za posamezne tipe železarn Fig. 19 Forms of applied energy in single types of steelvvorks Delež porabljene energije v črni metalurgiji nacionalnih gospodarstev je viden na si. 16. Zanimiva je primerjava strukture porabe energije v črni metalurgiji (slika 17). Delež energije v posameznih fazah predelave jekla je prikazan na sliki 18, kjer primerjamo porabo energije po modelih, ki jih je izdelala komisija ISII za različne tipe jeklarn z železarno Ravne. Na sliki 19 je prikazana udeležba raznih energetskih virov za iste modele in železarno Ravne. 3. VARČEVALNI UKREPI V ČRNI METALURGIJI Z varčevalnimi ukrepi moramo obravnavati vse možnosti, s katerimi lahko privarčujemo energijo ali spremenimo neugodno energetsko porabo. Racionalna energija pomeni: 1. Ukrepi za zmanjšanje porabljene energije v določenem delu proizvodnje, izboljšanje izkoristka dovedene energije v procesu, kar je vezano na stalno izboljšanje efekta porabe energije. 2. Vračanje dela energije nazaj v proces ali tovarno. To je vezano na sisteme z daljinskim ogrevanjem, pridobivanje pare ali celo električne energije. Ta potencial lahko izkoristimo le, če imamo naprave, v katerih nimamo regenerativne-ga iskoriščanja toplote, ki zapušča proces. 3. Sprememba strukture porabe energije, da dosežemo prilagodljivost na energetsko situacijo in zagotovimo varno energetsko oskrbo. V železarni Ravne se ravnamo po naslednjih ukrepih, ki spadajo v prejšnje tri skupine — tabela 1: Varčevalni ukrepi v železarni Ravne Tabela 1 št. ukrep vračilni potencial kWh/tono vložka 1. skupina ukrepov 1 predgrevanje zgorevalnega zraka 70—92 2 pregrevanje vložka za elektropeči 58—80 3 zvečanje stopnje izkoriščenosti peči 48 4 uvedba procesnega računalnika na peč 22—48 5 izboljšanje stanja peči (izol, vlek) 2. skupina ukrepov 1 izkoriščanje odpadne toplote plinov 2 uvedba plinske turbine v dimne pline 3 izkoriščanje toplote žlindre 3. skupina ukrepov 1 dvo- ali večkomponentno kurjenje 2 kurjenje z dodatkom kisika 3 optimizacija porabe plinske energije v sistemu železarne 18 250 70 117 5000 Z2400 i 92 ABC A Proizvodnja plavža-8.0 tO7 t jekla /leto B Elektro jeklarna -10 107 t jekla/leto C Direktna redukcija -10 107 tjekla/leto D Železarna Ravne -0.2 107 tjekla/leto 4. OSNOVE VARČEVALNEGA PROGRAMA ENERGIJE Vsako energetsko varčevanje mora izhajati iz zaključkov ali analize nekega stanja in usmerjeno voditi k točno določenim ciljem. Energetsko varčevanje v industrijskem obratu ima naslednje dobre lastnosti: — znižanje obratovalnih stroškov, — zmanjšanje energetske odvisnosti, — povečanje življenjske dobe naprav, — zboljšanje kvalitete porabe energije. Ima pa tudi slabe strani: — razširitev problema povečanja produktivnosti, — relativno visoke dodatne investicije, — negotovost uspeha, — relativno dolga doba amortzacije naprav, — človekovo soočenje s konfortom in navadami. Pravo vrednost energetskega varčevanja dobimo, če ga gledamo širše, to je, kaj pomeni za skupnost. Posega na tri področja: zboljšanje ekonomike, varnost preskrbe in zaščita okolja. Zboljšanje ekonomike se odraža v plačilni bilanci republike ali države in ima posreden vpliv na ceno nafte, ker se zniža povpraševanje po njej. Varnost oskrbe je posledica podaljšanja izrabi j i-vosti energetskih rezerv. Zavedati se moramo, da pomeni privarčevana ena enota pri porabniku prihranek od 2 do 10 enot pri energetskem viru, odvisno od energetskega medija in transformacije energije. Zaščita okolja je tesno povezana z uporabo energije, saj vsak energetski poseg pomeni istočasno tudi ekološko ugodnejšo sliko, čistejše dimne pline, nizko temperaturo hladilne vode, znižanje sevanja na okolico in drugo. V začetni fazi priprav za energetsko varčevanje si moramo razjasniti naslednje možnosti, ki lahko nastopijo pri izvajanju varčevanj; dejansko, negativno, vprašljivo in učinkovito varčevanje. Dejansko varčevanje je tisto varčevanje, ko z ukrepom dosežemo želj eni efekt, pri tem pa ne vplivamo na pogoje v procesu, vodenje optimalne temperature v peči, znižanje temperature v sobi z 20 °C na 18 °C. Negativno varčevanje je posledica prevelikega poudarka glede prihranka energije, popolna ugasnitev gorilnikov na peči med odmorom: znižanje temperature v sobi od 20 °C na 160 C ima za posledico dodatno kurjenje z električno pečko. Vprašljivo varčevanje je tisto, pri katerem se pojavijo močni stranski efekti in se ne da točno vrednotiti učinka, optimalno ogrevanje vložka glede na zahteve po kvaliteti. Učinkovito varčevanje je vezano z več istočasnimi pozitivnimi efekti: regulacija atmosfere v peči s kisikovo sondo, boljše zgorevanje in znižanje izgub zgorevanja. Med stranskimi efekti, ki pa so pomembni za uspešno izvedbo varčevalnega programa, je tudi psihološki vidik, ki izhaja iz narave človeka, da naredi samo tisto, kar je zahtevano. Zato je uspeh varčevalnega programa odvisen od tega, kako ljudem prikažemo nujnost varčevanja, kar pa pomeni, da se mora ustvariti team, ki izpolnjuje naslednje pogoje: — vodja projekta in sodelavci morajo verjeti v projekt in upati v uspeh, — vedno znova se mora ponavljati prednost varčevalnega programa, — ukrepati je potrebno takoj, ko se pojavijo odstopanja, ki vplivajo na spremembo ciljev varčevanja. Varčevanje se ne more obravnavati ločeno od skupnosti, v kateri živimo. Delovna organizacija mora uskladiti svojo energetsko politiko skladno s težnjami republike in države. Pri tem mora priti do obojestranskega sodelovanja in pomoči. Energetski program v delovni organizaciji se mora izvesti v štirih fazah, kjer posamezne faze določimo po investicijskih vlaganjih in časovni realizaciji programa. Pristop k razdelitvi in izvedbi programa za posamezno fazo razbijemo na deset stopenj. Velja splošen princip, da se mora obvezno izvesti vsaka faza in stopnja, ker le tako je zagotovljen uspeh varčevalnega programa. Varčevalni program delovne organizacije obsega naslednje faze: 1. faza: Organizacijski posegi, čas izvedbe v manj kot enem letu. 2. faza: Investicije se amortizirajo v enem letu, čas trajanja investicije do dveh let. 3. faza: Investicije, ki se amortizirajo v daljši dobi, do 10 let, čas izvedbe investicije do dveh let. 4. faza: Konsolidacija, ki traja od začetka delovanja naprej. Prva faza ne zahteva nobenega investiranja in jo je praviloma možno izpeljati takoj. Ti ukrepi posegajo na področje porabnikov in proizvajalcev energije in prihranek dosežemo samo z organizacijskimi in obratovalnimi posegi. Če nam uspe posluževalca peči prepričati, da stalno bdi nad pečjo, spremlja pravilnost delovanja regulacije, zapiranje odprtin na peči in kontrolo, nam je zago-gotovljen prihranek do 5 % dovedene energije, odvisno od vrste in stanja peči. Druga faza zajema že tiste ukrepe, za katere moramo nekaj investirati. Ločimo dva primera teh ukrepov: ukrepi, ki zahtevajo minimalne investicije, in ukrepi, ki prinesejo velike prihranke energije, ker se nam oboji amortizirajo v zelo kratkem času. Zamenjava ročne regulacije na peči z avtomatsko spada v prvo skupino, dodatna toplotna izolacija stavbe pa v drugo. Tretja faza pomeni spremembo določenega energetskega sistema ali dograditev dodatnih naprav. Za takšne investicije je potrebno veliko sredstev in dobro izdelan program, kako upravičiti gradnjo. Zadnja faza pomeni v bistvu ohranjevanje ali izboljševanje dobljenega energetskega stanja. Velja pravilo, da varčevanje opravljamo postopno, od prve do zadnje faze z vso strpnostjo, eksaktnostjo in dobro pripravljenostjo. Pri tem pa sta prva in izadnja faza odločujoča za maš uspeh. V prvi pripravimo ljudi na varčevanje, v zadnji pa moramo ljudi obdržati na strokovno in delovno višji stopnji. Vsako fazo praviloma razbijemo na naslednje stopnje: a) Definiranje projektne naloge: — opis ukrepa, določitev začetka energetskega programa, — določitev mej ukrepa, pozitivni prihranki in slabosti, — definicija ciljev programa in potek vračanja kapitala ustrezne investicije za energetski program. b) Izbira teama: — vodja projekta in inženirji, — vodje obratov in uporabniki, — pomoč zunanjih sodelavcev. c) Analiza obstoječega stanja: — obdelava podatkov o porabi energije, — ugotovitve o delu naprav in ljudi, — primerjava s sorodnimi napravami po specifični porabi ali učinku. d) Ovrednotenje ciljev: — določitev kratkotrajnih in dolgotrajnih ciljev, — nova določitev pogojev, normativov. e) Preizkus varčevalnih ukrepov: — uporaba testirnih listov, — razgovor o rezultatih, — ne zajeti samo velike prihranke; mali prihranki nam pomenijo pogoj za večji uspeh. f) Oceno prihranka: — praviloma se naj prihranek energije ocenjuje v prihranku energije in ne dinarski vrednosti, — realnost ocenitve prihranka, ker se pri več sočasnih efektih prihranek ne sešteva. g) Ocena investicije: — upoštevati vse konsekvence, — ocenitev učinka na produkt, osebje in okolico, — realnost investicij, ker se za kompleksnejši varčevalni ukrep investicije ne seštevajo. h) Določitiev prednosti: — potrditev prednosti, določenih v projektni nalogi, — določitev kratkoročnega in dolgoročnega programa. i) Izvedba programa varčevanja: — priprava varčevalnega programa, — priprava porabnikov na spremembe, — možnost fleksibilnosti pri izvedbi programa, j) Zasledovanje prihrankov: — ugotovitev efektivnih prihrankov in stroškov, — primerjava s cilji, — prehod na naslednjo stopnjo v programu, — skrb, da se ohranja dobljeno stanje. 5. VARČEVALNI PROGRAM V ŽELEZARNI RAVNE Praktična izvedba varčevalnega programa v delovnih organizacijah zahteva širši pristop obravnavanja te problematike, ker je potrebno poleg reševanja tehničnih problemov upoštevati še samoupravno dogovarjanje in informiranje. V železarni Ravne imamo naslednje karakteristične porabnike različne kvalitete energije, za katere bomo prikazali velikost energetskega prihranka, kot primer pestrosti reševanja energetike v črni metalurgiji. Kot tipične predstavnike izberemo 40-tonsko elektropeč, ogrevno peč, kurjeno z mazutom, in ogrevanje hale. Za 40-tonsko elektropeč prikazujemo na sliki 20 potek energije; podatki so dobljeni na osnovi meritev.7 Dovedena energija je elektroanergija in reakcijska toplota v razmerju 3/4 proti 1/4. Odvedeno Električna energija 72 6 Reakcijska toplota 27 4 ELEKTRO OBLOČNA PEČ S29Wh/kg Dimni plini 117 k Obzidava Sevanje Entalpija jekla 473 Slika 20 Tok energije za 40 t elektro peč Fig. 20 Energy flovvsheet for ton electric are furnace energijo razdelimo v tri tskupine: koristno energijo, odpadno energijo, ki se da dalje izkoriščati ter odpadno energijo, ki se ne da koristno uporabiti. Koristno dovedena energija je toplota, ki zapusti proces z izlivom jekla, te je 47,3 %. Izkoristljiva odpadna energija je energija dimnih plinov 11,7 % in energija hladilne vode 5,5 %, medtem ko tretjo skupino tvorijo energija žlindre 9,6 %, sevalne izgube 10,6 % in izgube toplote skozi steno 3,7 %. Toploto dimnih plinov je možno koristno uporabiti za predgrevanje vložka. Z vodenim pretokom dimnih plinov skozi vložek se le-ta predgreje za okoli 300 °C, kar pomeni približno 50 % izkoriščenost energije dimnih plinov. Hladilna voda se da izkoristiti za ogrevanje higienske tople vode, izkoriščanje nizkotemperaturnega potenciala energije. Pri 75 % izkoriščenosti izmenjave toplote ogrejemo higiensko toplo vodo za potrebe jeklar-ne za 60 °C. Energija žlindre je izguba, ki jo tehnično težko koristno znižamo, medtem ko na sevalne izgube lahko vplivamo z boljšo organizacijo dela. Če nam uspe skrajšati čase odprtja za 25 %, to pomeni znižanje izgub za 2,9 °/o. Zadnje izgube, izgube skozi stene, so odvisne od kvalitete izolacije. Z znižanjem zunanjih temperatur sten peči za 100 °C dobimo za 2,0 % manjše izgube. Na sliki 21 prikazujemo novi diagram, kako poteka energija z upoštevanjem varčevalnih posegov. Iz diagrama je viden prihranek pri elektro-energiji, ki znaš? 10 %. Potek energije za OFAG peč, kurjeno s tekočim gorivom, prikazujemo na sliki 22.8 Dovedena energija sestoji iz energije goriva 90,0 %, entalpije goriva 0,4 % in zraka 1,7 % ter energije, ki jo dovedemo z vložkom 0,7 %. Precejšen delež dovedene energije predstavlja oksidacij-ska toplota 7,2 %. Koristni del odvedene toplote je energija vložka 43,0 %, toplotne izgube pa so entalpija dimnih plinov 46,9 %, izgube skozi stene in strop 4,4 %. Pri samem delu peči imamo tudi izgube zaradi nasesavanja dodatnega zraka skozi odprtine, kar nam tudi slabša izkoristek peči, ni pa direktno merljiv. V tem primeru lahko koristno uporabimo toploto dimnih plinov, znižamo toplotne izgube skozi stene in strop in vplivamo na zmanjšanje deleža nekontroliranega nasesovanja zraka. Z vgraditvijo toplotnih izmenjevalcev v dimne kanale izkoristimo toploto odpadnih dimnih plinov za pridobivanje mokre vodne pare in delno predgrevanje zraka. Iz navedenega sistema se prenese 60 % energije na mokro paro, 25 % za predgrevanje zraka in samo 15 % so izgube dimnih plinov. S kvalitetnejšo izolacijo je možno znižati zunanjo temperaturo sten peči in is tem izgube skozi stene. Pri izolaciji, ki nam zniža temperaturo zu- nanjih obodnih sten na 80 °C in stropa na 100 °C, se zmanjšajo izgube toplote skozi stene za 25 %. Delež nekontroliranega zraka je izredno visok in nam povzroča zniževanje temperature peči, ker se mora določen del dovedene energije porabiti za ogrevanje te količine zraka, kar v toplotni bilanci ni direktno zajeto. Električna energija 62 6 Reakcijska toplota 307 307 ^ ELEKTRO OBLOČNA PEČ 740 Wh/kg 12 9 Električne izgube i 6 3 Hladilna voda , 19 bTI Dim nič ne izgube Obzidava Sevanje { 8 7 Entalpija jekla 530 Žlindra Slika 21 Tok energije za 401 elektro peč z upoštevanjem varčevalnih posegov Fig. 21 Energy flowsheet for 40 ton electric are furnace, consider-ing the saving measures Oksidacija ~72 Energija goriva 900 OFAG PEC 533 Wh/kg Zrak in gorim ffP Ostalo ^ Dimni plini 46 "S Obzidava Slika 22 Tok energije za Ofag peč Fig. 22 Energy flovvsheet for OFAG furnace Direktni prihranek dovedene energije znaša 8,3 %, medtem ko je celotni prihranek 52,1 %, gledano na celotno porabo v železarni, ker se nam zaradi pridobljene pare zniža v parnih kotlih poraba mazuta. Potek energije je viden na sliki 23. Energija goriva 75 2 f Oksidacija 100 \ Entalpija vložka ' 10 ' Entalpija goriva OFAG PEČ 5/5 Wh/kg brez pare 366Wh/kg s paro Dimnične izgube 67\ Slika 23 Tok energije za O fag peč z upoštevanjem varčevalnih posegov Fig. 23 Energy flovvsheet for OFAG furnace, considering the saving measures Na koncu si oglejmo specifičen primer ogrevanja hale, v kateri so delovna mesta zelo dispergi-rana. Hala je namenjena za metalurško dejavnost. V splošnem moramo pokrivati pri ogrevanju hale transmisijske in ventilacijske izgube, ki so v našem primeru zaradi tehnološkega odvoda zraka skozi filtre zelo visoke, tako da je potrebna dovedena energija sestavljena iz 50 % transmisijskih izgub in 50 % ventilacijskih izgub. 46,9% A Klasično ogrevanje B Sevalno ogrevanje s termalnim oljem C Plinsko sevalno ogrevanje Slika 24 Tok energije za različne načine ogrevanja metalurške hale Fig. 24 Energy flovvsheet for various methods of heating the plant buildlng Za take primere imamo dve možnosti ogrevanja hale, klasično s kaloriferji in sevalno, kjer lahko uporabljamo kot ogrevani medij mazut, oziroma zemeljski plin. S klasičnim načinom ogrevanja moramo pokriti oboje toplotne izgube, kar je 100 % porabe primarne energije. Z drugima dvema načinoma pokrivamo samo transmisijski del izgub, toplota s sevanjem se dovaja na točno določeno mesto tako, da ni treba ogrevati tudi mrtvih in tehnološko nefunkcionalnih delov hale. Pri sevalnem načinu ogrevanja, kjer je prenosni medij termalno olje, ki se ogreva v posebnem kotlu, moramo upoštevati izkoristek kotla in izgube toplote v cevovodih, tako da znaša poraba primarnega goriva 57,8 % klasičnega sistema. Najugodnejša varianta je plinsko sevalno ogrevanje, pri katerem znaša poraba primarnega goriva samo 46,9 % klasične variante. Primerjava je vidna na sliki 24. Funkcija varčevalnega programa je iz navedenih primerov jasno opredeljena in usmerjena po prej opisanih točkah. Varčevalni program v delovni organizaciji železarne Ravne je zasnovan na samoupravnem dogovoru o ukrepih in aktivnostih za zagotovitev racionalnega pridobivanja, pretvarjanja, transporta in porabe energije, ki so ga po samoupravni poti sprejele vse temeljne organizacije. Sestavna dela sporazuma sta varčevalni program in vsakoletna analiza porabljene energije. Z varčevalnim programom so določene dolgoročne naloge, ki jih vsako leto glede na možnosti in stanje v energetiki še podrobneje opišemo, to je delovni varčevalni program za določeno leto. Letna analiza porabljene energije nam pove, kako smo realizirali zastavljene naloge v tekočem letu. Začetni rezultati kažejo tendenco zniževanja porabljene energije, kar je odraz določenih ukrepov v obratih. Pravi rezultati zastavljenega programa bodo vidni v nekaj letih, ko bo na razpolago več podatkov, s katerimi bo možno realno oceniti prihranek energije. 6. ZAKLJUČEK Reševanje energetskih problemov v železarni je vezano na splošno energetsko situacijo v Jugoslaviji in Sloveniji. Z vse večjim poudarkom na varčevanju energije je potrebno tem akcijam dati pravo mesto in vlogo v oblikovanju energetske politike. Izhodišče varčevanja je dosedanja razvojna pot energetike, kar smo prikazali na začetku. Tako v SFRJ kot SRS smo intenzivno uvajali nafto, oziroma njene derivate. S tem se je večala uvozna odvisnost, kar je še posebno izrazito pri slovenski črni metalurgiji, ki je velik porabnik energije. Taka usmeritev je bila do določene dobe popolnoma upravičena, saj se je uvajala nova efektnejša tehnologija, za katero je bila na razpolago ceneno Transmisijske Ventibajske izgube izgube A B gorivo in je omogočala večjo storilnost agregatov. Zelo se je izboljšala ekološka slika okolice, v primerjavi is premogom pa ima enostavnejšo dobavo, skladiščenje in izvedbo uporabe na posameznih agregatih. Podobne usmeritve imajo tudi ostale države, oziroma njihova črna metalurgija, z določenimi odstopanji, ki so posledica njihove tradicionalno-sti. Sedaj smo prišli v tako fazo razvoja energetike, ko se zavedamo, da se tako ne bo možno več razvijati. Ponovno se bo začel uvajati premog in nove tehnologije. Realnost njihove uvedbe se napoveduje okoli leta 2000, do takrat pa je potrebno v delovnih organizacijah storiti vse, da bo njihova uvedba čim bolj efektivna. Varčevanje z energijo v najširšem smislu je začetek akcije uvedbe novih tehnologij, ker nam omogoča z manjšo porabo primarne energije daljšati dobo trošenja klasičnih goriv, hkrati pa v proizvodne procese uvaja racionalnejše in zahtevnejše sisteme izkoriščanja primarne energije. Energetsko varčevanje mora biti zasnovano z dolgoročno jasnimi cilji, pri tem pa je potrebno upoštevati specifiko delovanja naprave ali tehnološkega procesa, za katerega delamo program energetskega varčevanja. Preden se lotimo izdelave programa za energetsko varčevanje, moramo pretehtati vse možne učinke, ki lahko nastanejo, izdelan pa mora biti po določeni metodologiji, njegova uvedba pa se mora izvesti v fazah. Za železarno Ravne smo opisali nekaj karakterističnih porabnikov energije in možnosti znižanja porabe primarne energije. Osnova varčevalne akcije je samoupravni dogovor o racionalni porabi energije, v katerem smo določili dolgoročne ukrepe. Letni kratkoročni ukrepi se definirajo na osnovi začrtane dolgoročne poti glede na omejitvene dejavnike: doseženo stanje, finančne možnosti, kritičnost oskrbe in možnost izvedbe. Literatura 1. P. Penezynski: Energie — Voraussetzung fur wirtschaft-liche und sociale Entvvicklung Elektrovvarme in Technischen Ausbau, 3 B (1980) Nr. 1. 2. Kiss N., Mahon H., Leimer H.: Energiesparen jetzt! Bauverlag GmbH, Wiesbaden und Berlin, 1978. 3. Olsora E.: Energie und Transporte, Asea Zeitschnift, 1980 25, H 2. 4. Statistični koledar SFRJ. 5. Razvoj energetike Jugosflavije, posvetovanje,. Opatija 1980. 6. HieMer H.: Angebot, Bedarf und Einsatz von Energije fur die Eisen- und Stahlherstellung, Oesterreichischen Eisenhiittentages 1980, Leoben. 7. Pavlin F. s sodelavci: Študija meritev in regulacij to-plotehničnih veličin pri avtomatizaciji metalurških peči. Poročilo MI, Ljubljana, I. del, 1978, Ljubljana. 8. Pavlin F. s sodelavci: Študija meritev in regulacij to-plotnotehničnih veličin pri avtomatizaciji metalurških peči. Poročilo MI, Ljubljana, II. del, 1979, Ljubljana. ZUSAMMENFASSUNG Die Losung der Energiewirtschaftlichen Probleme ist von der allgemeinen energiewirtschaftlichen Lage in Jugo-slavvien und in Slovvenien abhangig. Mit immer grosserer Bedeutung der Energiesparkunst ist dieser Tatigkeit eine richtige Rolle beim Kreiren der Energievvirtschaftlichen Politik zu geben. Der Ausgangspunkt der Sparkunst ist der bisherige Bntwicklungsweg der Energievvirtschaft, was am Anfang gezeigt wird. Sovvohl in der SFRJ vvde auch in der SRS hat man intensiv Erdol /bzw. deren Derivate eingefiihrt. Dadurch war die Einfuhrabhangigke.it immer grosser, vvas aus-gesprochen fiir die Slovvenische Hiittenindustrie als gros-sen Energieverbraucher massgeblich ist. Eine solche Richtung war bis zu einer gevvissen Zeit vollkommen berechtigt,, denn sie ermoglichte die Einfuhrung neuer Technologie auf Grund der billigen Brennstoffe und hatte eine Leistungssteigerung der Anlagen zur Folge. Die Umvveltbedingungen haben sich verbessert und im Vergleich mit der Kohle vvaren besonders die Zulieferung, die Lagerung und die Anvvendung an einzelnen An-vvendungsplatzen einfacher. Ahnliche Entvvicklungsrichtungen gelten auch fiir andere Staaten bzw. fiir ihre Hiittenindustrie mit be-stiimmten Abvveichungen die mehr oder vveniger eine Folge der Tradition sind. Wir befinden uns nun in einer solchen Entvvicklungsphase der Energievvirtschaft, wo uns klar gevvorden ist, dass ein solcher Entvvicklungsvveg nicht mehr moglicht ist. Kohle und neue Technologie vvird vvieder eingefiihrt. Die Einfiihrung dieser Technologie vvird wie vorausgesagt reel um die Jahrtausendvvende moglich. Bis dahin vvird es notig in den Betrieben alles zu tun um die Einfuhrung effektvoll zu machen. Energiesparen im vvaitesten Sinne ist der Anfang der Tatigkeit der Einfuhrung neuer Technologien, da sich einerseits durch kleineren Verbrauch der Primarenergie der Zeitraum der Anvvendung klassischer Brennstoffe verlangern vvird, und anderseits vverden die Produktions-prozesse rationeller und anspruchvoller dem System der Ausbeutung der Primarenergi angepasst. Energiesparen soli auf langfristigen klaren Zielen basieren, jedoch muss dabei spezifische Arbeits-vveise der Anlage oder des technologischen Prozesses beriioksichtigt vverden, fiir vvelchen ein Programm fiir Energiesparen gemacht vvird. Bevor wir uns auf ein Sparprogram einlassen, mussen alle moglichen Effekte griindlich durchdacht vverden, das Programm muss nach einer bestimmten Methodologie aus-gearbeitet vverden und seine Einfiihrung soli in Phasen erfolgen. Fiir das Hiittenvverk Ravne vverden einige charakteri-stischen Energieverbraucher und die Moglichkeit der Ver-minderung des Verbrauches an Primarenergie beschrie-ben. Die langfristigen Massnahmen sind bestimmt vvorden. Die jahrlichen kurzfristigen Massnahmen sind auf Grund der geplanten langfristigen Massnahmen in Ab-hangigkeit von den Begrenzungsfaktoren, des erreichten Zustandes, der finanziellen Moglichkeit, der kritischen Versorgung und Ausfiihrungsmogliclikeiten bestimmt vvorden. SUMMARY Solution of energy problems in closely connected to the energy situation in Yugoslavia and SJovenia. Ali greater emphasis on the energy economy must be the basis for the actions insdde the energy eoonomy politics. Basis for the economy is the development in energe-tics till now vvhich is .presented in the beginnging of the paper. Fuel oils were intensivSly applied in Yugoslavia and in Slovenia. Thus the degree of the dependence on import increased which is especially pronounced in Sloveniam ferrous metallurgy being a big consumer of energy. Such a trend vvas quite justified ito a certain 'period since it enabled the introduction of more effective technology based on cheap fuel and thus higher outputs vvere achieved. Also environmental protection vvas improved. Supply, handling, storing and applying fuel oil is siimpler than the same operations vvith coal. Similar trends vvere evident also in the other coun-tries or in their metallurgy vvith some variations as the consequence of their traditionalitv. Novv such a stage of development in energetios vvas reached that the past trend cannot be continued. Again coal and new technologies vvill be introduced. Reality of their introduction can be expected about year 2000 but in the meantime vvorking organizations must prepare conditions for their effective introduction. Energy economv in the broadest sense means the introduction of nevv technologies vvhich vvill oonsume less energy and vvill be more rational, and thus the reser-ves of primary energy vvill last longer. Energy economy must be based on long-term and clear aims taking in account the characteristics of the operation of equipment and of the technological processes vvhich are to be eoonomized. Before starting vvith the >energy economy program, aH the effects must be considered, metodology must be cho-sen, but the introduction must take plače in stages. Some characteristic energy oonsumers ini Ravne Steelvvorks vvere described vvith the possibility to reduce the ooinsumiptdon of primary energy introducing long-term measures. Short-term yeariy measures are to be defiined iinside the planed long-term development trend based on limiting factors, achieved istate, financial possibilities, ipossible supplies, and possibilities of the realization. 3AKAIOTEHHE PemeHHe 3HepreniliecKnx npc>6AeMOB HaxoAHTbca b BoGmeM B HenocpeACTBeHHofi cbh3h c o6meft 3HepreTHHecKoii CHTyauHeH b lOrocAaBHH ih b CAOBeHHH. HeoGxoAHMO noAKpemtTB BaatHocTb c6e-pe;KciiHH 3Heprmi h, b c 3THMH cbh3h MepaMH BbiCTaBHTb b nepByio oiepeAb 3HaneHHe oth. poAb snepreTiraecKOH iioahthkh. HCXOAH0H ItyHKT 3KOHOMHI1 IipeACTaBASeT CymeCTBOBaBinHH AO cnx nop nyTb pa3BHTiHPIO, a TaK»e b P CAOBeHHH STO BbipaJKaAOCb B HHTeHCHBHOM BBeAeHHH Heth OTH. e« AepHBaTOB. TaiCHM 06pa30M yBeAHHHBaAaCb 3aBHCHMOCTb OT HMnopTa, wto ocoGemio Bbipa5KaAacb npH ^epnoii MeTaAAyprHH Caobchhh, KOTOpaa npeACTaBAaeT coGoft KpynHoro BonoMoraTeAbHoro noTpeSH-TeAH 3HeprHH. TaKaa opiiCHTauna GbiAa ao onpeAeAeHHoro nepHOAa Bpe>,ieMH BnoAne onpaBAaHa, TaK KaK BBOAHAacb HOBaa 0OAee 3cj>eK-THBHasI TeXHOAOrH3, AAfl KOTOpOH OLIAO B pacnopSIJKeHHH AeineBOe TonAHBo, KOTopoe AaAo B03Mo5KHOCTb yBeAHa3e pa3BHTHa sHepreTHKH, hto npoAOA^Kentte cymecTBy-romero pa3BiiTH3 SoAbine HenpneMAHBO. CnoBa 6yAeT BBeAeH yroAb H HOBaa TeXHOAOTHa. IIOBHAHMy peaAH3aHHH 3THX H3MeneHHH npOH3-BOHAer okoao — 2000 roAa. Ao toto BpeMeHH HaAO 6yAeTb bo Bcex opraHH3auHax TpyAa npHroTOBHTb Bce Heo6xoAHMoe, itoGbi hx npiiMeHeHHe 6biao qeM 34>eKTHBHee. 3kohomhh 3HeprnH b uinpoKOM CMbiCAe npeACTaBAfleT HaKHOCTb yMeHbIUHTb pa3X0AH nepBHHHOH SHeprHH h c 3thm npoAOA/khth nepHOA 3aTpaTbt KAacciiHecKoro roproKAe mcm npHCTynHTb k npHTOTOBAeHHH nporpaMMbi c6epe-JKeHHH SHepraH HaAO yHHTbIBaTb Bce B03MOaCHMe BAHSHHS, KOTOpbie M0ryT B03HHKHyTb; nporpaMMa ace AOAJKHa SbiTb pa3pa6oTaHa no onpeaeaehhoh mctoahkii, a ea peaAH3amia AOAJKHa BbmoAHHTbCH no 4?a3ax. B OTHOuieiiHH MeTaAAypnwecKoro 3aBOAa >KeAC3apna PasHe AaHo oimcaHiie HeKoropbix thiih«ihhx noTpeSHTeAeii sHepnm h bo3-MoacHOGTH yMeHbmeHHS pacxOAa nepBHHHaHCHpOBEtHHH, KpiITHMHOCTb CHa6>KeHHS[ H B03MOatHOCTH BbinoAHeHHa nporpaMMbi. Afinacija kontinuirno vlitega cementacijskega v jekla C 4320 z niobiiem in vanadijem UDK: 621.746.047:669.14.018.298 ASM/SLA: D9-q, Ay-b, V, Nb F. Vodopivec, F. Vizjak, S. Senčič, G. Manojlovič in D. Gnidovec II. DEL: IZDELAVA IN PREISKAVA INDUSTRIJSKEGA JEKLA 1. PROGRAM DELA Za delo je bil določen naslednji program: — izdelava preizkusne šarže cementacijskega jekla Č 4320 z najmanj 0,02 % Nb; — kontrola ponašanja jekla pri ulivanju, da bi ugotovili, ali dodatek niobija zaznavno vpliva na livnost in druge za ulivanje pomembne lastnosti jeklene taline; — preiskava litih gredic; naš namen je bil oceniti, ali niobij vpliva na kristalizacijsko strukturo jekla; Tabela 1: Sestava jekel V programu dela je bilo predvideno, da bomo izdelali več industrijskih šarž in tako opredelili najmanjši za učinkovito afinacijo potrebni dodatek niobija. Vendar se je to pokazalo kot nepotrebno in ulita je bila samo ena šarža, izsledki s te šarže in laboratorijskega dela namreč omogočajo, da z gotovostjo opredelimo spodnji učinkoviti dodatek niobija. 2. REZULTATI 2.1 Izdelava in ulivanje jekla Jeklo Č 4320 je bilo izdelano po standardnem postopku, ki je vpeljan v železarni Štore. Niobij je bil dodan v obliki zlitine niobij tantal s 60 % Nb v ponovco. V jeklu najdemo skoraj ves dodani niobij. — valjanje jekla in opredelitev vpliva začetne in končne temperature valjanja; — mehanske preiskave jekla, — mikrostrukturne preiskave jekla s posebnim poudarkom na velikosti in stabilnosti avste-nitnih zrn. V tabeli 1 je prikazana sestava preizkusne šarže in sestava dveh jekel istega tipa, ki sta bili izdelani v različnih železarnah in uporabljeni za primerjavo. V obeh primerjalnih jeklih najdemo kot afinator topni aluminij. V vseh jeklih najdemo tudi vanadij, vendar v premajhni količini, da bi lahko učinkovito deloval kot afinator. N Nb V ',0078 0,02 0,03 ,015 pod 0,005 0,009 1,012 0,005 0,02 Opazovanja pri ulivanju jekla niso pokazala nobenih anormalnosti v primerjavi z jekli enake vrste. 2.2 Kristalizacijska struktura jekla Iz dveh žil sta bili izrezani ploščici, na njih pripravljeni Baumannovi odtisi in izvršeno globoko jedkanje. Primerjava enega in drugega s kristalizacijsko strukturo iste vrste jekla, ki je bilo tudi izdelano in ulito v Štorah,9 ne pokaže opaznih razlik. 2.3 Valjanje jekla Pred valjanjem so bile gredice ogrete na temperaturo 1150 °C. Temperatura valjanja je bila izmerjena po prvem vtiku. S tem so se zmanjšale napake zaradi zaškajane površine. Začetna temperatura valjanja je bila med 1150 °C (to je normalna Jeklo Element v % C Mn Si Cr S P Al A 0,14 1,0 0,26 0,85 0,019 0,015 0,002 0 B 0,14 1,05 0,28 0,84 0,007 0,014 0,028 0 C 0,15 1,19 0,33 0,97 0,016 0,027 0,036 0 A je preizkusno jeklo, izdelano in konti ulito v železarni Štore (šarža 7145 iz leta 1978) B in C sta primerjalni elektrojekli iz dveh različnih železarn temperatura začetka valjanja) in 800 °C. Končna temperatura valjanja med 980 in 800 °C je bila izmerjena po zadnjem vtiku. Enaka začetna in končna temperatura valjanja 800 °C pomeni, da nadomesti toplota, ustvarjena z energično redukcijo med valjanjem, izgubo zaradi ohlajanja jekla, če je začetna temperatura valjanja zadosti nizka. Med valjanjem ni bilo posebnosti. 2.4 Mehanske preiskave jekla Jeklo je bilo preiskano v valjanem in normali-ziranem stanju. Na sliki 1 so prikazane odvisnosti med temperaturo začetka valjanja in mejo plastičnosti, trdnostjo, raztezkom, kontrakcijo in žilavostjo jekla. Na .sliki 2 so prikazane iste lastnosti v odvisnosti od temperature konca valjanja. V obeh primerih se pokaže, da v valjanem stanju visoka temperatura začetka in konca valjanja nekoliko povečuje trdnost in zmanjša vse druge lastnosti, še posebej žilavost. Razlago za to gre iskati v mikrostrukturi, o kateri bomo razpravljali kasneje. 1100 1000 900 800 Temperatura začetka valjanja v °C Slika 1 Jeklo A. Odvisnost med temperaturo začetka valjanja in mehanskimi lastnostmi jekla v valjanem stanju Fig. 1 Steel A. Relationship betvveen the temperature of the Initial rolling and the mechanical properties of as rolled steel o 100 E* e f 200 so* __o-0---5-Q- J -- —---- S 'J »■sr- «_____ m ■ mo 900 Temperatura konca valjanja v °C Slika 2 Jeklo A. Odvisnost med temperaturo konca valjanja in mehanskimi lastnostmi jekla v valjanem stanju. Fig. 2 Steel A. Relationship betvveen the temperature of the final rolling and the mechanical properties of as rolled steel tNa slikah 3 in 4 so prikazane lastnosti normali-ziranega jekla (temperatura normalizacije 920 °C) v odvisnosti od temperature začetka in konca va- 1100 1000 900 800 Temperatura začetka valjanja v "C Slika 3 Jeklo A. Odvisnost med temperaturo začetka valjanja in mehanskimi lastnostmi jekla v normaliziranem stanju Fig. 3 Steel A. Relationship betvveen the temperature of the initial rolling and the mechanical properties of as normalized steel | ^ 800 J S00 43 200 o. I 30* * Kont rakcija f 604 c 20.c Trdnostn _ JC S. Meje plastičnosti »V : " ;—;— ^-Žilavost L faztezek | Temperatura konca valjanja v '/, Slika 4 Jeklo A. Odvisnost med temperaturo konca valjanja in mehanskimi lastnostmi jekla v normaliziranem stanju Fig. 4 Steel A. Relationship betvveen the temperature of the final rolling and the mechanical properties of as normalized steel ljanja. V obeh primerih se jasno pokaže, da temperatura valjanja nima nobenega vpliva na lastnosti jekla v normaliziranem stanju. Tudi o tej ugotovitvi bomo razpravljali v nadaljevanju. 2.5 Mikroskopske preiskave 2.5.1 Valjano stanje Na vzorcih valjanega jekla smo določili velikost zrn ferita in perlita, oz. bajnita po metodi linearne intercepcije. Po tej metodi se določa povprečni idealiziran premer zrn mikrostrukture. Ta premer je sorazmeren velikosti zrn, ki jo določamo po primerjalnih tabelah, na primer velikosti po tabeli ASTM. V slikah 5 in 6 je intercepcijska dolžina prikazana v odvisnosti od začetne in končne temperature valjanja. Obe odvisnosti sta praktično identični in kažeta, da temperatura predelave vpliva na zrnatost mikrostrukture valjanega jekla. Intercepcijska dolžina se zmanjšuje hitreje do približno ca 950 °C, kot pod njo. Vendar je pomembna predvsem končna temperatura valjanja in je zato važna ugotovitev, da se velikost zrn hitreje zmanjšuje do končne temperature valjanja ca 900 °C, kot pod to temperaturo. Slika 7 Pov. 100 X, jeklo A. Mikrostruktura v valjanem stanju T. — temperatura začetka valjanja v °C Tt — temperatura konca valjanja v "C T, Tk 1—1150 980 2—1000 886 3— 900 870 Fig. 7 Magnification 100 X, steel A. Microstructure of as rolled steel. T« — temperature of initial rolling in °C, Tk — temperature of final rolling in °C T, Tk Tz Tk T, Tk 5—950 837 1—1150 980 5—950 837 6—820 816 2—1000 886 6-820 816 7—800 800 3— 900 870 7—800 800 Približno pri 950 °C nastajajo najhitreje izločki niobijavega karbonitrida v deformiranem jeklu.'0 Prelom v odvisnosti na sliki 6 je znak, da je med valjanjem jekla prišlo do vezave dela niobija v izločke. opt Slika 5 Jeklo A. Odvisnost med temperaturo začetka valjanja in velikostjo zrn v valjanem jeklu Fig. 5 Relationship between the temperature of the initial rolling and the grain size of as rolled steel Cementacijska jekla se ne uporabljajo v valjanem stanju, temveč po toplotni obdelavi. Zato odvisnosti na slikah 5 in 6 nista pomembni za oceno uporabnosti jekla, temveč zato, da razumemo procese, ki se dogajajo v jeklih med predelavo in so splet deformacije, rekristalizacije in izločanja. v v* ' • f J . >1 ■H te*.* sfS'-. ' 4 % J 1100 1000 900 Temperatura začetka valjanja v °C Slika 6 Jeklo A. Odvisnost med temperaturo konca valjanja in velikostjo zrn v valjanem jeklu Fig. 6 Relationship .betvveen the temperature of the final rolling and the grain size of as rolled steel 900 Temperatura konca valjanja Tabela 2: Velikosti austenitnih zrn pri 920 °C Jeklo 5—7 posamična zrna 2 6—7 posamična zrna 2 5—7 posamična zrna 2 7 5—6 posamična zrna 2 6—7 posamična zrna 2 5—7 posamična zrna 2 7 številna zrna 1 in večja 5—6 posamična zrna 2 6 posamična zrna 2 5—7 posamična zrna 2 večinoma 1 in večja na posamičnih mestih izrna 7 A 1 končna temperatura valjanja 980 °C A 4 končna temperatura valjanja 870 °C A 6 končna temperatura valjanja 800 °C posamična zrna 1 in večja večinoma 1 in večja na posamičnih mestih zrna 7 Slika 8 Pov. 100 X, jeklo A. Austenitna zrna po 1 uri in 4 urah ogrevanja pri 920 "C 1 T« 1150 °C, ogrevanje 1 uro 2 Ti 1150 °C, ogrevanje 4 ure 3 T« 800 "C, ogrevanje 1 uro 4 Tz 800 »C, ogrevanje 4 ure Fig. 8 Magnification 100 X, steel A. Austenitic grains after 1 hour and 4 hours annealing at 920 "C 1 T« 1150 "C, 1 hour annealing 2 T, 1150 "C, 4 hours annealing 3 Tt 800 °C, 1 hour annealing 4 T, 800 "C, 4 hours annealing Na sliki 7 je prikazana mikrostruktura valjanega jekla. Po končni temperaturi valjanja 980 °C je mikrostruktura sestavljena iz ferita, bajnita in malo perlita. Ta struktura je nastala s transformacijo avstenita, ki je rekristaliziran po zadnjem vtiku in je imel niobij v trdni raztopini. Nio-bij v tej obliki povečuje kaljivost jekla, je torej vzrok za nastanek bajnita. Po končni temperaturi valjanja 887 °C je mikrostruktura sestavljena iz ferita in perlita, najdejo se le posamična zrna bajnita. Enakomernost v velikosti zrn kaže, da je austenit rekristaliziral med valjanjem do konca ali po večini vtikov. Prisotnost bajnita in velikost zrn pa pokažeta, da je del niobijevega karbonitrida med valjanjem precipitiral. Še pri nižji temperaturi 837 °C je mikrostruktura le še iz ferita in perlita. Zrna so bolj drobna in precej enakomerna. Pri temperaturah konca valjanja 816 in 800 °C je mikrostruktura zelo podobna. Oblikujejo neenakomerna, večinoma drobna feritna in perlitna zrna. Svojevrstna je tudi porazdelitev perlita. Videz mikrostrukture, posebno še lečaste per-litne tvorbe in lečasta področja večjih zrn ferita in perlita, so zanesljiv dokaz, da je jeklo doseglo premensko temperaturo austenit ferit tedaj, ko del austenita ni bil rekristaliziran po več vtikih in je bil del niobija v raztopini v austenitu. Slika 9 Pov. 100 X, jeklo B. Austenitna zrna po 1 url (1) in 4 urah (2) ogrevanja pri 920'C Fig. 9 Magnification 100 X, steel B. Austenlte grains after 1 hour (1), and 4 hours (2) annealing at 920 *C 7r 2 Slika 10 Pov. 100 X, jeklo C. Austenitna zrna po 1 url (1) in 4 urah (2) ogrevanja pri 920 °C Fig. 10 Magnification 100 X, steel C. Austenite grains after 1 hour (1), and 4 hours (2) annealing at 920 °C 2.5.2 Velikost austenitnih zrn Velikost in obstojnost austenitnih zrn smo preverili z 1-, 4- in 8-urnim ogrevanjem jekla pri 920 °C. Po ogrevanju smo vzorce kalili v vodi. Austenitna zrna smo odkrili z jedkanjem vzorcev v pikralu z dodatkom sredstva za zmanjšanje površinske napetosti. Rezultati so prikazani v tabeli 2. V preizkusnem jeklu velikost zrn ni odvisna od temperature valjanja in se praktično ne spreminja zaradi podaljšanja ogrevanja do 8 ur (slika 8). Zrna niso popolnoma enakomerna, vendar med ogrevanjem ni bilo koalescence in nastanka zelo velikih zrn. Drugače je v obeh primerjalnih jeklih. Po enournem ogrevanju so zrna drobna in enakomerna (slika 9 in 10). Po 4-urnem ogrevanju je v obeh jeklih del austenitnih zrn ostal nespreme-menjen. Med njimi pa so s koalescenco nastala posamična zrna, ki so večja za nekaj ASTM razredov. Po 8-urnem ogrevanju prevladujejo v jeklih B in C velika koalescirana zrna. V preizkusnem jeklu, ki je legirano z niobijem, so torej austenitna zrna po kratkem ogrevanju nekoliko večja kot v primerjalnih jeklih, vendar so bolj obstojna pri podaljšanju ogrevanja. Razlaga je taka: v obeh primerjalnih jeklih je večji -volumski delež aluminijevega nitrida kot v jeklu A volumski delež nio- bijevega karbonitrida. Velikost izločkov obeh vrst je podobna pri temperaturi austenitizacije. Zato pri kratkem ogrevanju nastanejo tolikšna zrna austenita, da je njihova velikost v ravnotežju s količino izločkov, ki preprečujejo termično migracijo kristalnih mej. Če bi bilo v jeklu A več niobi-ja, bi bila tudi manjša začetna velikost austenitnih zrn. Podaljšanje ogrevanja pa pokaže, da je afina-cijski učinek niobijevega karbonitrida bolj stabilen od učinka aluminijevega nitrida, saj prvi uspešno preprečuje nenormalno rast austenitnih zrn s koalescenco. 2.5.3 Velikost zrn ferita in perlita ter mikrostruktura po normalizaciji Po različno dolgem ogrevanju pri 920 °C smo vzorce vseh treh jekel ohladili na zraku in izmerili velikost zrn v nastali mikrostrukturi. Rezultate kaže slika 11. V vseh jeklih velikosti zrn rahlo raste s .podaljšanjem trajanja ogrevanja, pri čemer so zrna bolj drobna v jeklih B in C kot v jeklu A. Vzrok za razliko v velikosti je enak kot pri austenitnih zrnih; v jeklih B in C je večji volumski delež afinacijiske faze kot v jeklu A. Temperatura valjanja ne vpliva na velikost zrn v nor-maliziranem jeklu A. Na sliki 12 je prikazana mi- . 0,015 i 0,010 tzv°c rKV°c • 1150 980 • 900 870 • 850 850 .___ ---- A 1 --?- B.C 2 i 6 S Trajanje austenitizacije v urah Slika 11 Vpliv trajanja ogrevanja pri 920 °C na velikost feritnih zrn v jeklu A, valjanem pri različnih temperaturah in v jeklih B in C T,v — temperatura začetka valjanja Tiv — temperatura konca valjanja Fig. 11 Influence of the duration of annealing at 920 "C on the size of ferritic grains in steel A, rolled at various tempe- ratures, and in steels B and C T*, — temperature of initial rolling Tkv — temperature of final rolling -srn Slika 12 Pov. 100 X, jekla A, B in C. Mikrostruktura po 1 — jeklo A 2 — jeklo A 3 — jeklo B 4 — jeklo C normalizaciji T, 1150 "C T, 800'C Fig. 12 Magnification 100 X, steels A, B, and C. Microstructure after normalizing 1 — steel A T, 1150 »C 2 — steel A T, 800 °C 3 — steel B 4 -— steel C krostruktura vseh treh jekel po normalizaciji. Vidimo, da ni razlike v morfologiji ferita in perlita med jekli A, B in C in tudi pri jeklu A ni razlike, ki bi bila v zvezi s temperaturo valjanja. 3. KRATKA ANALIZA REZULTATOV V prvem delu te raziskovalne naloge je bilo izdelanih več šarž iz različnih jekel z naraščajočim dodatkom niobija do ca 0,1 % in vanadija do 0,15 %. Preiskave so pokazale, da ima dodatek niobija mnogo močnejši afinacijski učinek in da je pri jeklu vrste Č 4320 doseženo že zadovoljivo zmanjšanje austenitnih zrn pri 0,024 % Nb. Afinacijski učinek te količine niobija je enak kot učinek 0,15 % V. Na osnovi pozitivnih rezultatov laboratorijskega dela je bila izdelana industrijska šarža jekla Č 4320. Ker ni bilo mogoče najti podatkov o tem, kako dodatek niobija vpliva na ponašanje jekla pri konti litju, smo prvo šaržo izdelali z najmanjšim dodatkom niobija, pri katerem je bilo mogoče pričakovati primeren afinacijski učinek. Zato je bilo izdelano po standardni tehnologiji jeklo z 0,02 % Nb. Jeklo -se je normalno izlilo, kljub temu da je bilo ulivanje zaradi zastoja potrebno izvršiti le skozi dve žili. Zato je trajalo ulivanje približno dvakrat dlje, kot je normalno. To je zadosten dokaz, da dodatek 0,02 % Nb ne vpliva pomembno na livnost jekla in da tudi pri nekoliko povečani količini niobija pri normalnem litju ni pričakovati problemov. Makroskopske preiskave preseka gredic so pokazale, da dodatek 0,02 % Nb ne vpliva na makro-strukturo strjenega jekla in obliko ter porazdelitev sulfidnih vključkov v gredice. Preizkusi in preiskave kažejo, da temperatura valjanja vpliva na lastnosti jekla v valjanem stanju, nima pa nobenega vpliva na lastnosti in velikosti zrn po normalizaciji. Jeklo, legirano z niobijem, ima po 1-urni auste-nitizaciji pri 920 °C nekoliko večja austenitna zrna in zrna normalizirane mikrostrukture, kot primerjalni jekli iste vrste z dodatkom aluminija, ker je v obeh primerjalnih jeklih več afinacijske faze. Pač pa prisotnost niobija zagotovi, da v jeklu pri podaljšanju ogrevanja pri 920 °C skoraj ni nenormalne rasti austenitnih zrn s koalescenco, kar se dogaja v obeh primerjalnih jeklih. Lahko torej trdimo, da je afinacija austenitnih zrn z niobijem celo bolj učinkovita od afinacije jekel z aluminijem, če so jekla namenjena za daljše ogrevanje, na primer za cementacijo. Pri valjanju jekla z niobijem se pojavljajo nekatere razlike kot posledica različne interakcije procesov deformacije in rekristalizacije jekla ter tvorbe izločkov niobij evega karbonitrida med valjanjem. Zato dobi valjano jeklo nekoliko slabšo žilavost in plastičnost po visoki temperaturi valjanja. Toplotna obdelava, normalizacija ali drugo ogrevanje nad AC 3 pa te razlike odpravi in postanejo lastnosti in mikrostruktura neodvisne od režima valjanja. Rezultati tega dela potrjujejo rezultate preizkusov in preiskav na laboratorijskih jeklih. Z legi-ranjem z niobijem je mogoče uspešno kontrolirati velikost zrn v cementacijskem jeklu vrste Č 4320, ne da bi se zaradi tega pojavili problemi pri izdelavi, ulivanju, predelavi in toplotni obdslavi jekla. Že legiranje 0,02 % niobija zadostuje, da dosežemo velikost austenitnih zrn in stabilnost austenitnih zrn, ki je enakovredna velikosti austenitnih zrn v primerjalnih jeklih, ki imata 0,028 %, oz. 0,036 % topnega Al. Mikroskopska opazovanja kažejo, da je v konti jeklu ves niobij v obliki, sposobni za afinacijo. To je bilo pričakovati glede na to, da je v jeklu iz železarne Štore manj dušika kot v obeh primerjalnih jeklih, čeprav so vsa izdelana na elektropeči. Lahko pričakujemo boljšo enako-mernost v velikosti austenitnih zrn, če bi se povečala količina niobija na 0,025 do 0,035 %. 4. SKLEPI Izdelano je bilo cementacijsko jeklo vrste Č 4320 in izvršeni so bili različni preizkusi in preiskave, da bi preverili učinek legiranja niobija na ulivanje, predelavo, mehanske lastnosti in velikost zrn. Rezultati preizkusov in preiskav kažejo, da: — legiranje jekla z 0,02 % Nb nima opaznega vpliva na ponašanje jekla pri ulivanju in kristali-zaciji; — legiranje jekla z 0,02 % Nb uspešno kontrolira velikost austenitnih zrn, bolj učinkovito kot legiranje jekla s ca 0,03 % topnega Al. Legiranje z niobijem preprečuje koalescenco austenitnih zrn pri podaljšanju ogrevanja pri 920 °C; — zaradi legiranja z niobijem so lastnosti jekla v valjanem stanju odvisne od temperature predelave. Po ponovnem ogrevanju preko AC 3 točke pri normalizacij i, kaljenju ali cementaciji po lastnosti niso odvisne od temperature predelave; — menimo, da je na voljo dovolj dokazov o tem, da je legiranje jekla z niobijem tudi pri odsotnosti aluminija v jeklu učinkovit način afinacije in kontrole velikosti austenitnih zrn in velikosti zrn normalizirane mikrostrukture. Že dodatek 0,02 % niobija zagotovi jeklu velikost zrn 5—6 po ASTM, kar je sprejemljivo. Večja enakomernost bo dosežena s povečanjem količine niobija na 0,025 do 0,035 %. Nadaljevanje dela je zato potrebno usmeriti v preverjanje lastnosti jekla, predvsem ugotavljanje ponašanja jekla pri cementaciji in pri uporabi ce-mentiranih strojnih delov. Ne bi imelo smisla z industrijskimi poskusi iskati zgornjo mejo legiranja, ker je iz laboratorijskih preizkusov in industrijskega preizkusa jasno, da je že legiranje 0,02 % niobija učinkovito. laboratorijski preizkusi pa tudi kažejo, da nad 0,035 % Nb ni več spremembe v učinku legiranja z niobijem. Tudi bi bilo smiselno zmanjšati niobij pod 0,02 % zaradi nevarnosti, da bi bile velikosti austenitnih zrn neenakomerne, priporočljiv bi bil dodatek niobija v razmaku med 0,025 % in 0.035.%. Literatura 1. G. Bocher in W. Resch: Strangiessen von Aluminium beruhigten Tiefziehstahlen; Stahl und Eisen 96, 1976, 998—1003. 2. F. Vodopivec, F. Vizjak, G. Manojlovič, D. Gnidovec, O. Kurner in M. Kmetič: Poročili MI 568/1977 in 681/979. 3. M. Gabrovšek: Mikrolegirana jekla za varjene konstrukcije; Železarski Zbornik 6, 1972, 11—34. 4. B. L. Biggs: Austenite grain size control of medium carbon and carburising steels; Journal of ISI 192, 1959, 361—377. 5. H. Nordberg in B. Aronson: SoIubiLity of Niobium carbide in austenite; Journal of ISI 206, 1968, 1263—1266. 6. F. Vodopivec, M. Gabrovšek in M. Kmetič: Raziskave vpliva vroče deformacije in izločilnega žarjenja na mi-krostrukturo in trdoto mikroLegiranega jekla po normalizaciji; Železarski Zbornik 11, 1977, 13—28. 7. M. Tanino in K. Aoki: The precipitation behaviour and the strentghening effect of NbC during tempering and during continous cooling; Transactions of ISIJ 8, 1968, 337—345. 8. L. Meyer, H. J. Biihler in F. Heisterkamp: Metallkund-liche und technologische Grundlage fiir die Entwicklung und die Erzeugung perlitarmer Baustahle; Thyssen-forschung 3, 1971, 8-^2. 9. M. Kmetič in sodelavci: Poročilo Metalurškega inštituta, Ljubljana, št. 609/1977. 10. R. K. Arnin, G. Butterworth in F. B. Pickering: Effect of rolling variables and stoichiometry on strain indu-ced precipitation of Nb (CN) in C-Mn-Nb steels; Hot Working and Forming Processes, The Metals Society, London, 1980, 27—31. ZUSAMMENFASSUNG Itm Laboratorium sind Schmelzen der Einsatzstahl-sorten C 4320 und C 1221 mit Zusatz bis zu 0.09 % Niobium und bis 0.16 % Vanadium hergestellt vvorden. Die Stahle sind zu Štaben ausgewialzt worden und Untersuchungen der Grosse und Stabilitat der Austenitkomer beim Ervvar-men auf 920 °C und der Rekristalliisation des Stahles C 4320 nach der Verformung bei 1000 °C sind durchgefuhrt worden. An dem Stahi ist noch die Hartbarkeit mittels der Stirnabschreckprobe nach Jominy bestimt worden. Die experimentellen Schmelzen zeigten, dass die mechanischen Egenschaften der Stahle nach dem Zusatz bs zu 0.09 % Nb und bis zu 0.16 % V im vorgeschriebenem Interval bleiben. Der Zusatz von Niobium verkleinert die Korngrosse und vergrossert deren Stabilitat bei verlan-gerter Ervvarmung, Vanadium ist dagegen viel weniger wirksam. Deshalb ist nach 8-stundigem Envarmungsvor-gang bei 920 °C die Korngrosse im Stahl Č 4320 mit 0.024% Nb ungefahrt gleich wde im gleichen Stahl mit 0.16 % V. Beim einstundigen Ervvarmungsvorgang ist der Unterschied in der Einflussintensitat der beiden Elemente kleiner. Ein Zusatz von 0.024'% Nb verzogert stark die statische Re-kristallisation von Austenit nach der Warmverformung bei 1000 °C, indem der Zusatz von 0.16 % V die Rekristaliisation nicht bemerkenswert beeinflust. Die Hartbarkeit des Stahles vvird beim Legieren mit Niobium sclechter und mit Vanadium besser, jedoch bleibt die Hartbarkeit des Stahles im vorgeschriebenen Interval. Auf Grund der laboratorischen Untersuchungen ist im Lichtbogenofen eine Stahlschmelze mit 0.02 % Nb erzeugt und in Kniippel 100 mm 4 kt Strangvergossen vvorden. Die Untersuchungsergebnisse zeigten, dass das Mikrogefiige, die Ferritkorngrosse und die mechanischen Eigenschaften im gevvalzten Zustand von dem Temperaturintervval beim Walzen abhangig sind. Nach kurzzeitiger Ervvarmung bei 920 "C sind die Austenitkomer ahnlich vvie in zvvei Ver-gleichschmelzen der gleichen Sorta mit etvva 0.03'% Al, nach 8-stundiger Ervvarmung sind diese jedoch kleiner und gleichmassiger. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen, dass im Einsatztahl Č 4320 der Zusatz von Niobium bis zu 0.03 % erfolgreich fiir die Kontrolle der Austenitkorngrosse an-gevvendet vverden kann, dass dieser dem Aluminiumzusatz gleichvvertig ist, ohne dass badei Schvvierigkeiten beim Vergiessen dieser Stahle eintretten. SUMMARY Industrial Č. 4320 and Č. 1221 steels were chosen to prepare laboratory inelts with additions up to 0.09 % niobium and up to 0.16 % vanadium. Steel vvas rolled into rods and basic metallurgical tests vvere made to determine the size and the stability of austenitic grains in annealing at 920 °C, and to investigate the recrystallizat-ion of C. 4320 steel beiing deformed at 1000 °C. The Jominy face hardenabiility test was made vvith the last mentioned steel. Experimental melts shovv that the previously mentioned additions of niobium and vanadium do not change mechanical properties of steel out of the prescribed range. Addition of niobium reduces the grain size and increases their stability in long annealing vvhile vanadium is much less effective. After 8-hour annealing at 920 °C approxima-tely the same size of grains vvas obtained in Č. 4320 steel vvith 0.024 %Nb as in the same steel with 0.16 % V. In one-hour anneailing the difference in the intensity of influence of both alloying elements is much smaller. Addition of 0.024 % Nb highly retards the static recrystallization of austenite after hot deformation at 1000 °C vvhile addition of 0.16 °/o V does not influence remarkably the recrystalli- zation. Alloying steel vvith niobium reduces the hardena-bility, alloying vvith vanadium improves it but the harde-nability of steel remains in the prescribed intervals. Based on laboratory investigations an industrial melt of Č. 4320 steel vvith 0.02 % Nb was manufactured in electric are furnace and continuoursly čast into 100 x 100 mm billets. Investigations of this melt shovved that the microstructure, size of ferrite grains, and mechanical properties in the rolled state depend on the temperature interval of rolling. After normalizing at 920 °C ali these properties become independent of the temperature interval of rolling. After short annealing at 920 °C the austenite grains are similar to those in tvvo reference steels of the same type vvith about 0.03 % Al, after 8-hour annealing they are smaller and more uniform. The results of investigations shovv that addition of 0.03 % Nb can be a successful addition for the control of the size of austenitic grains in the case-hardenable Č. 4320 steel, equivalent to the additions of aluminium but not causing problems during manufacturing and casting the steel. 3AKAK>qEHHE H3 npoMMiiiAeHHbix oraAeft BHAa c. 4320 h č. 1221 npurOTOB-AeHbi Aa6opaTopnbie pacnAaBbi c AoCaBKoft ao 0,09 % hhoShh h ao 0,16 % banaahh- H3 pacnAaBOB 6biAH npoKaTaHbi npyTKH, Ha koto-Pbix BbHlOAHeHbl OCHOBHbie MeraAA\-pi'IiMCCKIIC HCCAeAOBaHHH C onpeAeAeHHeM hoahmm HLI h CTaSHAbHOCTH aycTeHHTHbix 3epeHb npH HarpeBe Ha 920 »C. TaioKe HCcAeAOBaAH peKpHCTaAAH3a®no ctbah č. 4320 nocAe Ac<}>opMamiH upu 1000 °C. Ilpn btoh ctbah OnpeAeAHAH TaKace TopuoByio 3aKaAKy no >Komhhh. SKcnepHMeHTaAbHbie pacnAaBbi noKa3biBatoT, h, npn npoaoaacehhh HarpeBa ynymnaeT hx CTaSHAbHOCTb; BAHHHHe ace BanaAna MeHee 34>eKTHBHoe. rio3TOMy, yaopMai^H npn TeMnepaType 1000 °C, MeacAy TeM KaK AoSaBKa 0,16 °/o BaHaAHa Ha peKpHCTaAAH3aunK> cymecTBeHHO He BAHaeT. AerapoBaHHe ctbah c HHoCHeM VMeHbiuaeT 3aKaAKy, a AeraposaHHe c BaHaAHeM ee yBeAtratBaeT, ho 3aKaAKa ocTaeTbca b npeAnHcaHbix npeAeAax. Ha OCHOBaHHH Aa6opaTOpHbIX HCCAeAOBaHHH npHAOTOBAeHbt b SAeKTponeiH HenpepbiBHo OTAHTbie 3aroTOBKH ceieHHa 100 x 100 mm npoMbniiAeHHoro pacrnaBa CTaAH C. 4320 c coAepacaHHeM 0,02 % HHoCHa. HccAeAOBaHHa 3Toro pacnAaBa noKa3aAH, hto MHKpocTpyK-Typa BeAHMHHH ctK'ppirrHT>!x 3epeHb h MexaHHMecKHe GBoftcTBa Ka-TaHbix npyTKOB 3aBHcaTb ot TeMnepaTypHoro HHTepBaAa npoKaTKH. IlocAe KopoTKoro HarpeBa npH 920 °C BeAmnma aycTeHHTHbix 3epeHb noaosha CTaAbM Toro ace copTa c itph6a. 0,03 % aAyMHHHa, B3aTbix aah cpaBHeHHH. IlocAe HarpeBa b TeieHHH 8 HacoB BeAH^HHa aycTeHHTHbix 3epeHb MeHbUie h 6oAee paBHOMepHaa. Pe3yAbTaTbi HCCAeAOBaHHH noKaaaAH, ito neMeHTyeMyK> craAb C. 4320 MoacHo AerapoBaTb c hho6hcm b KOAHHecTBe ao 0,03 % H AoSaBKa 3Toro 3AeMeHTa paBHOiteHna aoSbbkh aAioMHHHa npH koh-TpOAH BeAHHHHbl ayCTeHHTHb!X 3epeHb 6e3 KaKHX-AH6o 3aTpyAHeHHH npH H3rOTOBAeHHH h AHTbe. VAD (Vacuum Are Degassing) Process Satisfies ali requirements for greater productivity and higher quality. Heating, degassing, refining and alloy addition take plače under vacuum. I-adie degassing with inert gas flushing Simple, reliable affording a large reaction area. VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) process VOD is used in making stainless steels, decarburization of high ehromium alloyed qualities to ELC grades with highest ehromium yield. The choice is yours Whether you make steel or talk steel the wealth of practical experience behind Standard-Messo is impressive. The wide range of steel processing systems deseribed above ha ve been proven tirne and tirne again. Further detailed information on any of these process systems is available by writing direct to SMD VODC (Vacuum Oxygen Decarburization Converter) process This process combines the proven VOD method vvith BOF converter practice.This results in little ehromium slag with correspondingly lowconsumption of reducing agents, inert gas (argon) and phosphorizing substances. MESSO Standard-Messo Duisburg, Messo Ingenieurhochhaus, Sonnenvvall, PO Box 10 02 04, D4100 Duisburg 1, West Germany. u, f fl-jrf rti ■r mi Ril m li rw m Vacuum Ingot casting Used for casting large ingots for forging. Castings weighing more than 500t are now feasible.The low hydrogen content shortens annealing times. Vacuum ingot casting is a reliable casting process in vvhich deleterious effects of the atmosphere are completely excluded. Ojnice s perlitno mikrostrukturo za avtomobilski motor UDK: 621.73.043:620.17 ASM/SLA: F22M, 2-61, Y26r, T21b F. Vodopivec, S. Jurca, J. Žvokelj, F. Filipov in K. Kuzman Vpliv temperature kovanja na velikost auste-nitnih zrn na različnih presekih utopno kovanih ojnic. Vpliv velikosti austenitnih zrn na mehanske lastnosti in prelom jekla z mikrostrukturo iz per-lita in ferita, ki je bilo kontrolirano ohlajeno s temperature deformacije. Primerjava lastnosti, mikrostrukture in preloma ojnic s poboljšano mikrostrukturo in ojnic s perlitno mikrostrukturo. 1. UVOD Ojnice se izdelujejo s kovanjem v utopih. Postopek obsega odrez paličastega jekla, ogrevanje sekancev, kovanje v utopih, ohladitev in tqplotno obdelavo s kaljenjem in popuščanjem. Shematično je proces prikazan na sliki 1. Možnost večje racionalizacije postopka je odprava toplotne obdelave z uporabo takih pogojev za kovanje in ohlajanje izkovkov, da se doseže mikrostruktura, ki izkov-kom zagotavlja potrebne uporabne lastnosti. Proces se torej spremeni v neke vrste termomehanič-no kovanje in nudi v fazi ohlajanja izkovkov dve možnosti: ena je kaljenje izkovkov neposredno s temperature kovanja z naknadnim popuščanjem, druga možnost pa je kontrolirano ohlajanje izkovkov, da bi dosegli mikrostrukturo, ki ne potrebuje nobenega popuščanja. Ta pot je najbolj zanimiva s stališča poenostavitve procesa in prihranka ener- I- Kovanje-1-Poboljšanje Slika 1 Shematičen prikaz izdelave lahkih izkovkov z utopnim kovanjem in toplotno obdelavo u Fig. 1 Schematic presentation of manufacturing Ught forgings wlth die casting, and their heat treatment gije, zato smo se na pobudo vodstva kovaške industrije »Unior« Zreče lotili raziskav, kako bi bilo možno uresničiti. Pri delu smo dosegli obetajoče uspehe, ki so vzpodbuda za nadaljevanje dela. Postopek je namreč tak, da ga je potrebno v vseh fazah temeljito preveriti zaradi pomembnosti ojnice v sklopu avtomobilskega motorja, potrebno pa ga je preveriti tudi s stališča primernosti jekla. Rezultati do sedaj izvršenega dela so zbrani v dveh poročilih Metalurškega inštituta v Ljubljani.1' 2 O nekaterih rezultatih pa smo že poročali.3 V tem delu bomo povzeli najvažnejše ugotovitve, da bi predstavili v skrajšani obliki izvršeno delo in nakazali odprta vprašanja. 2. ZNAČILNOSTI KOVANJA JEKLA V UTOPIH Pri utopnem kovanju se v .nekaj udarcih izoblikuje končni izdelek iz surovca, ki ima najpogosteje valjasto obliko. Število udarcev je odvisno od oblike izkovka in deformacije, ki je potrebna, da bi se utop popolnoma napolnil in da bi dosegli polno obliko izkovka. Na preseku ojnice, ki je bila ohlajena s temperature kovanja s tako hitrostjo, da se dobro razločijo austenitna zrna (v nadaljevanju AZ), se vidi, da so ta zrna neenakomerna (si. 2) in da so hitri prehodi med področji velikih in majhnih AZ (si. 3). Kovanje v utopih poteka pri temperaturi, pri kateri standardna jekla rekrista-lizirajo med zaporednimi udarci kladiva ali stiskalnice. Stopnja deformacije ne vpliva pomembno na velikost rekristaliziranih zrn austenita (si. 4). Zato lahko sklepamo, da je različnost AZ v izkovku posledica različnosti v načinu odprave deforma-cijske energije iz vroče preoblikovanega jekla. Kjer so v izkovku AZ majhna, se je izvršila statična rekristalizacija avstenita tudi po zadnjem udarcu; kjer pa so zrna velika, je deformacija povzročila le rast AZ, ne pa rekristalizacije. Različnost v velikosti AZ je tem večja, čim večji je presek izkovka. Preizkusi kažejo, da so AZ v povprečju manjša na manjših presekih ojnice (si. 5), da razlika med njimi raste s temperaturo kovanja, in sicer hitreje nad ca 1200 °C kot pod to temperaturo kovanja in da s temperaturo raste tudi povprečna velikost AZ. če upoštevamo 0,10 S 0.05 D--- 0,38 % C o 0,48% C S ui "o 7 Š 8 5 15 45 55 % 25 35 Deformacija Slika 4 Vpliv stopnje deformacije pri 1150 °C na velikost zrn auste- nita, ki so nastala pri statični rekristalizaciji. Jekli A in B Fig. 4 Influence of the degree of deformation at 1150 °C on the size of austenite grains formed during static recrystalli-zation. Steels A and B 0,20 0.15 c 0.10 I 0.05 n° * "Cj^'____ • 111 o .Man _ 1 ° Q- -t* """T A A ^ | A A A r . T .Min - • £ o tj 4 N 5 g 6 Ž 7 S 8 1100 1200 1300 Temperatura kovanja v °C Slika 5 Vpliv temperature kovanja ojnic na velikost najmanjših (Ali) in največjih (Ma) austenitnih zrn na dveh presekih ojnic iz jekla B Fig. 5 Influence of the forging temperature of shafts on the size of the smallest (Mi) and the biggest (Ma) austenite grains on two cross section of shafts made of steel B uporabne temperature kovanja, lahko na osnovi slike 5 sklepamo, da je v kovanih ojnicah pričakovati AZ, ki se razlikuje za ca 5 razredov po ASTM. To razliko bi se dalo zmanjšati s tako rekonstrukcijo utopov, ki bi v vsaki fazi kovanja zagotovila na vseh delih izkovka lokalno deformacijo najmanj 15 %, kar zagotavlja rekristalizacijo avstenita v drobna zrna, ali pa uporabiti jeklo, ki je manj nagnjeno k rasti avstenitnih zrn. Ta možnost se nam zdi tehnološko bolj obetajoča in lažje izvedljiva. Domnevali smo, da je pred posegi v sam proces kovanja in pred razvijanjem novega jekla potrebno preveriti, ali se da s tako neenakomernimi AZ v izkovkih in s kontroliranim ohlajanjem doseči mikrostrukturo, ki da jeklu uporabne lastnosti, ki ne zaostajajo za lastnostmi poboljšanih izkovkov. Tako imamo več možnosti za uspeh kot z ukrepi, s katerimi bi na račun hitrejše rasti manjših zrn avstenita dosegli bolj enakomerno mikrostrukturo jekla v izkovku. Ne da bi imeli za to mnenje empirične dokaze, menimo, da je bolj logično pričakovati boljše lastnosti od jekla, ki je konglomerat drobnih in velikih AZ, kot od jekla, ki bi bilo konglomerat enakomernejših, vendar v povprečju večjih AZ. Kot primerna stabilna mikrostruktura, ustvarjena s termomehaničnim kovanjem, prihaja v po-štev samo mikrostruktura iz lamelarnega perlita z določeno količina ferita. V nadaljevanju te razprave bomo to mikrostrukturo označili kot perlitno. Tako mikrostrukturo predvidevajo tudi norme nekaterih proizvajalcev avtomobilov, vendar v teh normah ni navedeno, da je to mikrostruktura, ki jo imajo lahko utopno kovani deli motorja. Ferit naj bo v perlit-ni mikrostrukturi tako izoblikovan, da bo ugodno vplival na lastnosti. V nobenem primeru nista zaželena igličasti predbajnitni ferit in bajnit. Na osnovi te analze smo si v delu zastavili dva cilja: a) dognati, kako vpliva velikost AZ na lastnosti jekla, ki je primerno za perlitne izkovke — ima torej po termomehaničnem kovanju trdoto podobno trdoti poboljšanega jekla, b) skovati v primernih pogojih nekaj ojnic in na njih izvršiti preizkuse in preiskave, da bi ugotovili ali ima izkovek, v katerem ima jeklo različna AZ, lastnosti, ki se lahko ekstrapolirajo iz preizkusov pod a), in ali so lastnosti takih ojnic primerljive z lastnostmi poboljšanih ojnic. Tabela 1 VELIKOST AVSTENITNIH ZRN V EKSPERIMENTALNIH OJNICAH. Razred ASTM I Prerez ojnice II III Mi Ma Mi Ma Mi Ma A 1 3 6 3 7 2 5 A2 3 7 2 6 2 6 A 3 3 7 2 6 2 6 Mi — največja zrna Ma — najmanjša zrna Pomen drugih oznak je enak kot v tabeli 2. Tabela 2 LASTNOSTI EKSPERIMENTALNIH IN PRIMERJALNIH OJNIC O j niča A1 254 A 2 259 A 3 232 B 1 219 Trdota II 249 240 226 220 III 238 240 238 223 Sila pri meji plast. (kN) 51,0 81,5 Raz- Raztezek tržna stebla sila ojnice (kN) % 83 7,4 91,7 6,5 Opomba: I, II in III — površinska trdota blizu prerezov, označenih na sliki 5. Povprečna vrednost 5 meritev. Ojnice Al, A2 in A3 so bile vzete ob začetku, v sredini in ob koncu eksperimentalnega kovanja. BI — primerjalna ojnica. 20mm 5 mm 8 ,200jjm 3, 200jj m 7, , 200,um iot2ggjjm Slika 2 Presek stebla ojnice iz jekla A Slika 3 Detajl mikrostrukture preseka na sliki 2 Slika 7 Mikrostruktura po deformaciji pri 1050 "C in kontrolirani ohladitvi. Jeklo A Slika 8 Mikrostruktura po deformaciji pri 1150 °C in kontrolirani ohladitvi. Jeklo A Slika 9 Mikrostruktura po deformaciji pri 1250 "C in kontrolirani ohladitvi. Jeklo A Slika 10 Mikrostruktura po normalizaciji. Jeklo A Slika 11 Mikrostruktura po poboljšanju. Jeklo A Slika 16 Prelomi žilavostnih preizkušancev iz jekla A. Od desne: poboljšano stanje, normalizirano stanje, jeklo deformirano pri rastočih temperaturah 1050, 1150, 1250 in 1300 »C ter jeklo, ki Je bilo ogrevano pri 1300 »C Fig. 2 Cross section of the shaft body. Steel A Fig. 3 Detail of the microstructure of the cross section in Fig. 2 Fig. 7 Microstructure after deformation at 1050 °C and controlled cooling. Steel A Fig. 8 Microstructure after deformation at 1150 "C and controlled cooling. Steel A Fig. 9 Microstructure after deformation at 1250 °C and controlled cooling. Steel A Fig. 10 Microstructure after normalisation. Steel A Fig. 11 Microstructure after quenching and tempering. Steel A Fig. 16 Fractures of impact- test samples of steel A. From the right: quenched and tempered, normalized, deformed at increasing temperatures 1050, 1150, 1250, and 1300 "C, heated at 1300"C Odgovor na ti dve vprašanji je istočasno odgovor na vprašanje, s kakšnimi posegi v proces je mogoče izpeljati kontrolirano kovanje in ali ima termomehanično kovanje perspektivo. 3. EKSPERIMENTALNO DELO IN MATERIAL Z laboratorijskimi preizkusi smo najprej ugotovili vpliv temperature deformacije na velikost AZ, ki nastanejo pri statični rekristalizaciji avstenita. Deformacijo približno 20 % smo izvršili s pomočjo padalnega kladiva. Po deformaciji smo vzorce ohladili tako, da se je izoblikovala mikro-struktura iz zrn lamelarnega perlita, obdanih s feritno opno, ki je nastala po mejah AZ. Na sliki 6 je prikazan vpliv temperature deformacije na velikost AZ, na slikah 7, 8 in 9 pa mikrostruktura jekla, ki je bilo deformirano pri različnih temperaturah. Za primerjavo smo uporabili normalizirano jeklo (si. 10), poboljšano jeklo (si. 11) in jeklo, ki je bilo ogrevano pri 1300 °C. Izbrani interval temperature deformacije in ogrevanja prekriva razpon temperature utopnega kovanja in je zagotovil jeklo z enako osnovno mikrostrukturo, vendar z velikostjo AZ v razponu ca 6 razredov po ASTM. Iz naraščanja velikosti AZ v odvisnosti od temperature na sliki 6 smo izračunali navidezno akti-vacijsko energijo za statično rekristalizacijo avstenita. Ta znaša 150 kJ/mol, kar je nekoliko nad vrednostjo, ki smo jo poznali za rekristalizacijo jekla z 0,42 % C4 pri vročem valjanju. Razliko je treba verjetno pripisati razliki v sestavi jekla in v načinu deformacije. Laboratorijski preizkusi in preiskave ohlajanja in mikrostrukture izkovkov v kovačnici so bili osnova za izbiro pogojev za preizkus termomeha-ničnega kovanja ojnic, pri katerem smo kontrolirali temperaturo kovanja in hitrost ohlajanja izkovkov. Vse preizkuse in preiskave smo izvršili na jeklu z 0,48 °/o C, 1,2 °/o Mn in 0,30 % Cr (Jeklo A). Iz E E >■-0.1 -0.01 * : o ---- Te 1050 1100 nperatura dete 11S0 irmacije v °C 200 1250 1300 1 ot M i e s * C 6 5 p 72 6,4 (i* n') ■ Slika 6 Odvisnost med temperaturo deformacije in velikostjo zrn, ki so nastala s statično rekristalizacijo austenita Fig. 6 Relationship betvveen the temperature of deformation and the size of grains formed by static recrystalIization of austenite tega jekla smo izkovali tudi preizkusne ojnice. Primerjalne poboljšane ojnice iz tekoče proizvodnje so bile iz jekla z 0,38 % C, 0,78 % Mn in 0,58 % Cr (Jeklo B). Preizkusne ojnice (termomehanično skovane ojnice) so imele mikrostrukturo, ki jo kaže slika 2, primerjalne ojnice pa mikrostrukturo, ki je zelo podobna tisti, ki jo prikazuje slika 11. Na preizkušancih, ki so bili deformirani v laboratoriju in so imeli po preseku enakomerna AZ, smo izvršili mehanske preiskave (meja plastičnosti, trdnost, duktilnost, žilavost, trajna trdnost pri rotacijskem upogibu), na ojnicah pa raztržne preizkuse in preizkuse trajne trdnosti pri izmenični natezno tlačni obremenitvi do 2 .106 nihajev. Prelome žilavostnih preizkušancev in prelome utrujenostnih preizkušancev smo pregledali v raster elektronskem mikroskopu, da bi dognali, kako se mikrostruktura in velikost AZ odražata na mehanizmu preloma. 4. REZULTATI 4.1 Mehanski preizkusi a) Kovani preizkušanci Na slikah 12, 13 in 14 je prikazano, kako velikost AZ vpliva na različne lastnosti jekla. Na abscisi so navedene tudi temperature deformacije in prikazane lastnosti normaliziranega in poboljšanega jekla. 1000 I 800 600 400 £ -S gS o K J; s N 200 -N rHT O --- RT ■a • ■o O - MP s -9 P- HB Temperati 1050 1150 ra deformacije 1250 1300 °C 400 200 0 0.1 0.2 Velikost zrn v mm Slika 12 Vpliv velikosti austenitnih zrn na trdoto (HB), na mejo plastičnosti (MP) in na trdnost (RT). Jeklo A: N — normalizirano, HT — poboljšano stanje, nd — nedeformirano jeklo Fig. 12 Influence of the size of austenite grains on the hardness (HB), yield point (MP), and strength (RT). Steel A: N — normalized, HT — quenched and tempered, nd — not deformed Lastnosti normaliziranega jekla je mogoče ekstrapolirati iz lastnosti deformiranega jekla, tako da upoštevamo razlike v velikosti AZ, poboljšano jeklo pa ima znatno večjo žilavost in mejo plastičnosti kot jeklo s perlitno mikrostrukturo s podobno trdoto. Pri povečanju AZ počasi rastejo trdnost, meja plastičnosti in trdota jekla s perlit- 80 i? S? 6O a. a. » S- JC .O o, .rr. n y 0J -ic 40 : 20 t ■ — N r-HT t M» -A— —- 6 1050 1150 t=S==8-- 1250 1300 i i --« 60 ± 40 S 200 0,' 0,2 Velikost zrn v mm Slika 14 Vpliv velikosti austenitnih zrn na trajno trdnost pri vrtalnem upogibu (TT) in na razmerje med to trdnostjo in natezno trdnostjo (a). Jeklo A. Označbe so enake kot na sliki 12 Fig. 14 Influence of the size of austenite grains on the fatigue in rotation-bending test (TT), and on the fatigue/tenstte strength ratio (a). Steel A. Symbols the same as in Fig. 12 no mikrostruktura. Prav tako povečanje velikosti AZ zmanjšuje duktilnost (kontrakcijo in raztez-nosti) in žilavost jekla. Te lastnosti se hitreje zmanjšujejo, ko temperatura deformacije zraste preko ca 1170 do 1200 °C. Trajna trdnost pri rotacijskem upogibu (Wohlerjeva trdnost) se nekoliko zmanjšuje, ko raste velikost AZ. Pomembno je, da je razlika med trajno trdnostjo poboljšanega jekla in jekla s perlitno mikrostruktura okoli 11 %, kar je mnogo manj od razlike v meji plastičnosti, ki dosega 57 % in je bližje razliki v trdnosti, ki dosega okoli 5 %. Dejstvo, da se trajna trdnost zmanjšuje, ko raste velikost AZ, kaže, da je v procesu nastajanja utrujenostne razpoke in njenega širjenja bolj udeležena duktilnost jekla, kot njegova trdnost. O tem bomo razpravljali kasneje. b) Mehanski preizkusi ojnic V tabeli 1 so prikazane največje in najmanjše velikosti AZ na treh presekih preizkusnih ojnic, ki so označeni na sliki 3. V tabeli 2 pa so prikazane mehanske lastnosti preizkusnih in primerjalnih ojnic. Na sliki 15 je končno prikazano, kako se spreminja število nihajev do loma obeh vrst ojnic, odvisno od amplitude izmenične obremenitve do 2. 106 nihajev. Pri amplitudi obremenitve, ki povzroči prelom pri tem številu nihajev, odstopa časovna trdnost preizkusnih ojnic za manj od 10 % 0 0.7 0.2 Temperatura deformacije v °C Velikost zrn v mm Slika 13 Vpliv velikosti austenitnih zrn na žilavost (p), raztezek (5) in kontrakcijo (40- Jeklo A. Označbe so enake kot na si. 12 Fig. 13 Influence of the size of austenite grains on the toughness (p), elongation (6), and contraction (eppHTa. [IpiiBCACHO cpaBHeHiie c CTaAtio h inaryHaMH c yAymueHHOH MHKpo-cTpyKTypoft. IIIaTYHH H3roroBAeHHLie kobkoii b nrraMnax HMeeT no ceqeHHH pa3AHtiHyio BeAHMHHy aycTeHHTHbix aepeHb. c noBHineraieH TeMnepaTypbi kobkh hx BeAHHHHa VBeAimHBaeTCa. Ilpn kobkh CTaAH iae>KAy 1050 h 1300 "c 6mah npuroTOBAeHbi o6pa3Ubi CTaAH c 0,48 % C ii 1,2% MapraHua, o MHKpocTpyKTypoH H3 caohctoto nepAHTa h (JjeppiiTa K0Hxp0AHpya oxAa>KAeHHe h c BeAiraHHoft aycieHHTHbix 3epeHb npuSA. b 6-th KAaccax no actm. c yBeAimeHHeM BeAHiHHM aycreiiHTH[,ix aepeiif, b CTaAH c mm-KpOCTpyKTVpOH yMeHbmaeTbCH BHCKOCTB, IIAaCTHHHOCTb H yCTaAOCTHa« npo Ha npH6A. 6 KAaccoB no ACTM. B oraomemm Ha npOHHOCTb 3TO 6ah>kg pa3HHUbI, :HO TOpa3AO MeHbUie pa3HUbI npe-Ae.\a nAaeTHMHoeTH. C yBeAHHeHHeM BCAinniHbi aycxeHHTHbix 3epeHb n3MeHaeTbca bha H3Aowa CTaAH KaK nocAeACTBHe TpaHCKpncraAAH-3auHH ba3koii nOBepxHOCTH — noAyiaeTca me>KKpHCTaAAimecKaa B33Kaa n0BepxH0CTb. B ycAOBHax, KOTopbie o6e3neHHAH orpatnme-HyK) MaivCHMaAbHyK> BeAHHHHV ayCTeHHTHbIX 3epeHb npHrOTOBAeHbl onbiTHbie ma-ryHbi c MincpocTpyKTypott H3 nepAHTa h 4>®PPirra, h hx CBOliCTBa CpaBHeilbl C CBOHCTBaMH UIaTyHOB H3 CepHHHOrO npOH3-BOACTBa. OKa3aAOCb, M TO npeAeA ITAaCTHMHOCTH 3THX OnbITHbIX ina-TyHOB ropa3AO HH>Ke, TaiOKe neMHoro MeHLiue npoMHoeTb H yCTaAO-CTHaa npoMHoeTb npn cpaBHeHHii c inaTyHaMH ceprohioro npoH3-BOACTBa. Ha H3AOMy, noAy^eHOM npH nepeMeHHoft Harpy3Ke o6ohx bhaob maTyHOB pa3HHua ne OTMC^eHa. Pe3yAi>TaTbi HCCAeAOBaHHa nOKa3aAH, HTO C TepMOMexaHHMCCKOH KOBKOH MOJKHO H3rOTOBHTb iuaTyHbi, KOTOpbie no CTaTinreCKOH h AAHTeAbHOH ycTaAocTHOH npoi-hocth He QTCTynaiOT ot uiaTyHOB TpaAHmioHHoro np0H3B0ACTBa. Poskus ocenjevanja prostih baz z merjenjem pH vodnih raztopin žlinder UDK: 669.187.28:541.132.3 ASM/SLA: Dlln, V2j Šimnic M., B. Dobovišek, J. Lamut S poskusi smo določali bazičnost silikatnih talin sistemov Ca0-Si02, CaO-MgO-SiOz in CaO-Al,Or Si02 s pomočjo merjenja pH njihovih vodnih raztopin. Žlindre, staljene pri 1873 K in hitro ohlajene, smo zmleli in stresli za določen čas v vodo in merili pH nastalih vodnih raztopin. Ugotovili smo odnos med bazičnostjo in pH. V sistemih Ca0-Si02 in Ca0-Al20rSi02 je ta odnos linearen in z rastočim CaO raste. V sistemu Ca0-Mg0-Si02 pa z naraščanjem vsebnosti baz raste pH vodnih raztopin hitreje, kot se spreminjata CaO in MgO v talinah. UVOD Leta 1948 je bil objavljen članek,1 ki poroča o določanju bazičnosti žlinder s ipH njihovih vodnih raztopin. Natančnost merjenj je bila ± 0,3 V, kjer je razmerje med Ca0/Si02 + P205. Metoda je empirična in je osnovana na fizikalnih meritvah v vodni raztopini žlinder. Rezultati pa so odvisni od topnosti in ionizacije žlindrinih sestavin v vodi. S p H merimo le koncentracijo vodikovih ionov, ki jo povzroča raztapljanje bazičnih sestavin žlindre. Zato je metoda uporabna le za popolnoma homogene žlindre, ker lahko prisotnost neraztopljenih sestavin bistveno spremeni rezultate. Na natančnost merjenj vplivajo še: absorbcija C02 iz zračne atmosfere, temperatura raztopine, pri kateri izvajamo meritve, ter čas mešanja, oz. tresenja suspenzije žlindre in vode. Te pogoje je zato treba držati konstantne, kar pa ni tako lahko. V omenjenem članku razberemo, da je avtorjem uspelo delati s koeficientom korelacije 0,85. Za praktično kontrolo bazičnosti žlindre pa naj bi bila določitev v meji ± 0,15 V (bazičnosti). Temu pogoju pa je ustrezalo le 32 % preiskanih žlinder. Poleg navedenih pogojev, ki vplivajo na pH vodnih raztopin žlinder, oz. ,na pravilnost rezultatov, so le-ti odvisni še od strukture ohlajenih žlinder in s tem tudi od načina hlajenja. V praksi žlindre niso ravnotežne in zato tudi ne homogene. Med ohlajanjem lahko zato kljub enaki kemični sestavi zaradi različnih kristalizacijskih poti dobimo žlindre, ki se po strukturi razlikujejo med seboj. Končno pa tudi ohlajene žlindre nimajo enake dejanske sestave kot staljene. Kljub temu, da v opisanem članku1 reproduk-tivnost in natančnost rezultatov ni ohrabrujoča, smo vendar menili, da nam lahko te vrste raziskava koristi pri vrednotenju metalurških žlinder, saj mora biti topnost bazičnih sestavin žlindre v vodi v določeni relaciji do njihove aktivnosti v njih. Za oceno rekreacijske sposobnosti žlinder moramo delati številne poskuse pri visokih temperaturah. Taki poskusi so dragi in zamudni. Za obratno prakso pa želimo poznati bazičnost, oziroma reakcijsko sposobnost žlinder takrat, ko izdelujemo jeklo. Večina poskusov določanja reaktivnosti, oziroma reakcijske sposobnosti žlinder pa je vezana na študij poteka reakcij med žlindrami in jeklom, kar je zamudno. Ena od možnosti je tudi, da določimo mineralno paragenezo žlinder in z njeno pomočjo sklepamo na njihovo bazičnost, oziroma reaktivnost.2 PRIPRAVA ŽLINDER Po programu raziskav smo merili pH vodnih raztopin žlinder. Vzorce žlinder za določanje prostih baz smo pripravili iz sintetičnih surovin. Zmesi določene sestave smo stalili v grafitnih lončkih in jih nato homogenizirali pri 1873 K. V večini primerov smo žlindre pretaljevali dvakrat, da smo dobili bolj homogeno raztopino. Žlindre smo hladili v enem primeru hitro in v drugem počasi. Hitro smo jih hladili tako, da smo jih vlili v železno kokilo, počasi pa tako, da smo jih ohlajali v segretem grafitnem lončku, v katerem smo jih stalili. Različne hitrosti ohlajanja smo uporabljali zato, da smo ugotavljali, kako vpliva način vzorčenja žlinder na oceno bazičnosti. Študirali smo odnos med pH in razmerjem Ca0/Si02 v čistem sistemu Ca0-Si02 in razmerjem CaO + Mg0/Si02 ter Ca0/Si02 v sistemih Ca0-Mg0-Si02 in CaO-Al203-Si02. Sistem Ca0-Si02 Področje, iz katerega smo izdelali vzorce žlindre, je označeno na faznem diagramu na sliki 1. Sestavine talin so bile v območju bazičnosti med 0,51 in 1,49. Rentgenska analiza dvakrat taljene in počasi hlajene žlindre s sestavo CaO — 57,72 in Si02 — 42,25 mas. % je pokazala, da sta v žlindri samo kremen in wollastonit (CaO . Si02). 2400 2673 CS 3CS2 2CS ju Ca0 mas. % Slika 1 Sistem CaO-SiOž z vrisanim področjem uporabljenih talin Fig. 1 CaO-SiO> system vvith the marked region of applied melts V -strnjenem stanju nismo dobili vseh faz, ki smo jih pričakovali glede na ravnotežni fazni diagram. Sestave sintetičnih žlinder, ki smo jih uporabljali za poskuse, so bile v področju dikalci-jevega — trikalcijevega silikata in wollastonita, našli pa smo poleg prej omenjenih spojin le sledove dikalcijevega silikata. Staljene žlindre tega sistema so po literaturnih podatkih v koncentracijskem območju med 2 CaO . Si02 in CaO . SiO, po ionski teoriji sestavljene iz ionov Ca2+, SiO/—, SijOg6— in O2—, kar bi ustrezalo obema gornjima spojinama.4 Pri ne dovolj počasnem hlajenju pa ostane struktura staljenih žlinder delno tudi v trdnem stanju. Zato tudi difraktogram žlindre ne ustreza ravnotežno izločenim fazam. V staljenih žlindrah kemičnih spojin ni, vsaj ne v kemijskem — stehiometričnem smislu, pač pa lahko sprejme- mo, da se določeni ioni zbirajo v skupine, po sestavi podobne omejenim spojinam. Pripomniti je treba še, da med počasi in hitro hlajenimi talinami tega sistema nismo dobili bistvenih razlik v strukturi. Vendar gre pri hitrem določanju bazičnosti za določanje dejanske bazičnosti žlinder pri 1873 K, ne pa za določanje bazičnosti žlinder v ravnotežnem stanju. Gram zmletega vzorca, presejanega skozi sito 0,060 DIN, smo digerirali 10 minut s 100 mm3 prekuhane destilirane vode. Po tem času smo vzorec filtrirali, ga dobro sprali z destilirano vodo in določili pH vrednost. Rezultate teh meritev kaže slika 2. Najmanjša vrednost pH je bila 7,8, najvišja pa 12. CaO tvori kalcijev hidroksid, ki se delno topi v vodi. Koncentracijo OH ionov v vodi določimo z merjenjem pH. Topnost kalcijevega hidroksida je pri 283 K enaka 0,131 g, pri 353 K pa le 0,07 gramov na 1 dm3.5 Med bazičnostjo žlinder in pH obstaja medsebojna zveza, ki jo kaže diagram na sliki 2. Z rastočo bazičnostjo raste pH vodne raztopine linearno, dobljeni rezultati pa veljajo za območje med bazičnostjo 0,5 do 1,5. Sistem Ca0-Mg0-Si02 Slika 3 kaže ravnotežni fazni diagram CaO-Mg0-Si02 z vrisanimi področji sestave žlinder, s katerimi smo delali poskuse.4 2.0 1.8 '.s S io 3 1.0 O.B 0.6 0,i 1 - CaO-5 i02 ** - r • - ■t - 1.. -j » Df2B,6 ,8 9,0 ,2 ,4 ,6 ,8 10,0 ,2 ,i ,6 ,8 11,0 J A fi pH Slika 2 Sistem CaO-SiOi — Odvisnost pH vodne raztopine v odvisnosti od bazičnosti talin Fig. 2 CaO-SiOz system: Relationship betvveen the pH of water solutions and the basicity of melts Tudi te žlindre so bile pripravljene pri 1873 K. Žlindre so bile izbrane tako, da se nahajajo v skoraj celotnem področju homogene taline pri 1873 K. V prvem območju naj bi prevladovala diopsid in wollastonit, v drugem (II) vvollastonit in akerma-nit, v tretjem (III) akermanit, v področju (IV) pa CaO-MgO . Si02 — periklas. Ostale žlindre so po analizi na področjih med 20—35 % MgO in do okrog 20 % CaO. Rentgenska analiza žlindre tega tipa s CaO — 26,06, MgO — 35,12 in Si02 — 28,26, t. j. z bazičnostjo CaO + Mg0/Si02 = 1,59, oziroma s CaO/ A? 30/ CaO Mg02Si02 "MgOSiOi CaO S1O2, 50/ J P ffi Ca0Mg0Si02 '3Ca0Mgp2SO2~-~-ja 2Ca0MgQ2Si02 30 40 50 — MgO (mas %) Slika 3 Sistem CaO-MgO-SiOz — področje homogene taline pri 1873 K z vrisanimi sestavami naših preizkušancev Fig. 3 CaO-SiOi system: Region of homogeneous melt at 1873 K vvith the marked compositions of samples /Si02 = 0,68, ki je bila enkrat taljena in hlajena počasi, je pokazala, da je v njej pretežni del CaO in MgO vezan na akermanit in monticellit. Dodatek MgO je povzročil, da ima žlindra nižje tališče, kot žlindra brez MgO. Obenem pa se porabi ves CaO in MgO za tvorbo spojin CaO . MgO. . Si02 in 2 CaO . MgO . 2 Si02, ki se slabše topita v vodi od čistih kalcijevih silikatov. V takih žlindrah tudi ni prostega CaO. V primerih, da je sestava žlindre v kislem območju, dobimo pri hitrem ohlajanju steklasto strjeno žlindro, ki vsebuje še kremen. Rentgenska analiza je pokazala veliko amorfne snovi in šele začetek kristalizacije. Naslednja slika kaže odvisnost pH od bazičnosti žlinder. S1O2 2.0 i« 1.6 S s 1,2 s to 0.8 0.6 0.4 o - CaO-f ■IgO-SiC i? CaO* Mg - - /V^ J: ^ s aO 102 - # ČL - / __l fi 9,0 ,2 .4 ,6 .8 10,0 ,2 .4 fi .8 11,0 ? .4 (, pH Slika 4 Odvisnost pH vodne raztopine talin sistema CaO-MgO-SiOj CaO + MgO CaO od razmerja- in - SiOz SiOz Fig. 4 Relationship between the pH of water solutions of the melts of the CaO-MgO-SiOz system and the (CaO + MgO)/ /Si02 and CaO/SlOz ratlos Če vzamemo za primerjalno stanje binarni sistem Ca0-Si02, je v trikomponentnem sistemu Ca0-Mg0-Si02 s povečano bazičnostjo CaO + + Mg0/Si02, ki gre na račun zamenjave CaO z MgO, krivulja, ki kaže odnos med pH vrednostjo vodne raztopine in bazičnostjo, pomaknjena v levo, ikar pomeni, da je bazičnost višja pri enakem pH, oziroma v primerjavi s čistim sistemom CaO-Si02 je bazičnost in tudi reakcijska sposobnost take žlindre nižja. Na sliki je narisana še krivulja za odvisnost pH od razmerja Ca0/Si02 za iste taline. Ta krivulja se bolj približuje krivulji za primerjalni čisti sistem Ca0-Si02, kar kaže, da se MgO zelo slabo raztaplja v vodi. Njegova topnost je 0,00062 g/mm2 pri 283 K, oziroma 0,0086 g/mm3 pri 303 K.5 Sistem Ca0-Si02-Al203 Sintetične taline sistema Ca0-Si0rAl203 so pripravljene tako, da je bila njihova bazičnost, oziroma razmerje med CaO in Si02 od 0,6 do 0,99. Področje sestave žlinder je narisano v ustreznem faznem diagramu. Žlindre se po analizi nahajajo v področju pseu-dowollastonita. Večina žlinder je strjena steklasto, v talini pa smo našli wollastonit in anortit CaO . • A1A . 2 Si02. 20 30 40 50 -AI2O3 (mas'/.) AI2O3 Slika S Sistem CaO-AlzOs-SiOz — področje homogene taline pri 1873 K z vrisanimi sestavami naših talin Fig. 5 CaO-AlzOs-SiOz system: Region of homogeneous melt at 1873 K with marked compositions of melts Pri teh žlindrah smo dobili odnos med odnosom CaO iS02 in pH, kot kaže slika 6. Krivulja, ki kaže to odvisnost, je v celoti pomaknjena proti levi, kar pomeni, da kaže za enako bazičnost Ca0/Si02 nižje vrednosti za pH. To je, da je CaO v teh žlindrah močneje vezan kot v čistih žlindrah sistema Ca0-Si02. ■ Ca0-S/02 -A/2O3 - - J/ • • > _1— pH Slika 6 Odvisnost pH vodne raztopine talin sistema CaO-AlzOj- CaO SiOz od razmerja - SiOz Fig. 6 Relationship betvveen the pH of water solutions of the melts of the CaO-AlzOa-SiOz system and the CaO/SiOz ratio ZAKLJUČKI Raziskave so pokazale, da obstaja zveza med bazičnostjo silikatnih talin in pH njihovih vodnih raztopin. V sistemu Ca0-Si02 je ta odvisnost še posebno izrazita. Podobno odvisnost smo ugotovili tudi v sistemu Ca0-Si02-Al203, v katerem je edina v vodi topna bazična komponenta CaO. V sistemu Ca0-Mg0-Si02 pa ti odnosi niso več tako jasni. Gre namreč za vpliv MgO na raztapljanje CaO v vodi. MgO se slabše topi v vodi kot CaO. To dokazujejo tudi rezultati na sliki 4 v primerjavi z rezultati na sliki 2. Da bi ugotovili, kolikšen je vpliv MgO, smo vodne raztopine sistema Ca0-Mg0-Si02 titrirali enkrat z m/10 HCI in določili vsoto »baz«, raztopljenih v vodi kot (CaO)'. Posebej pa smo še del te raztopine titrirali s KMn04 in določili ustrezni % CaO. Rezultate teh meritev kažeta sliki 7 in 8. V čistem sistemu Ca0-Si02 je odnos med dobljenim »prostim« CaO in pH skoraj linearen. Z naraščanjem CaO v raztopini raste pH, oziroma - CaO -Si02 - 't* ■ iS /s' i' Mas. V, CaO v vodni raztopini Slika 7 Odvisnost pH vodne raztopine talin sistema CaO-MgO-SiOi od »vsote baz« (CaO) vodne raztopine in od čistega CaO v njej Fig. 7 Relationship between the pH of water solutions of the melts of the CaO-MgO-SiOi system and »the sum of bases« (CaO)' of water solutions, and the pure CaO in them ,6 .2 HO fi ,6 o. no ,s ,6 J 9j0 0.2 OA 0,6 Q8 1,0 12 u 1,6 Mas. '/• (CaO)" in CaO Slika 8 Odvisnost pH vodne raztopine talin sistema CaO-SiO; od vsebnosti CaO v njej Fig. 8 Relationship between the pH of water solutions of the melts of the Ca0-Si02 system and the CaO content in water solutions alkalnost vode. Med vsoto baz, določeno s HC1, in vsebnostjo CaO, določeno s KMn04 skoraj ni razlik. V sistemu Ca0-Mg0-Si02 pa se obe vrednosti močno razlikujeta. Iz rezultatov na sliki 8 se vidi, da z naraščanjem (CaO)' in (CaO) v vodni raztopini pH ne raste več linearno, kot v čistem sistemu Ca0-Si02, ampak hitreje, kot se spreminjata omenjeni koncentraciji. Za enako vrednost pH je (CaO)' višji od (CaO) ali pri enaki koncentraciji »vsote baz« in čistega CaO v vodni raztopini je pH vodne raztopine za »vsoto baz« nižji kot za čisti CaO. Med pH = 9,0 do 9,6 sta (CaO)' in (CaO) v vodni raztopini skoraj enaka. Do njuni vsebnosti 0,6 mas. % je tudi razlika v pH relativno majhna. Pri višjih pH (9,6 do 11,6) pa močno naraste (CaO)', medtem ko postaja delež čistega (CaO) relativno vse manjši. Primerjava s čistim sistemom na sliki 7, kjer je v vodni raztopini le čisti (CaO), kaže, da je v sistemu Ca0-Mg0-Si02 vpliv CaO na pH bistveno močnejši, kot je v čistem sistemu Ca0-Si02 in da je v tem primeru CaO odločilna sestavina, ki vpliva na bazičnost silikatnih žlinder. Raziskave so še pokazale, da je reproduktiv-nost meritev razmeroma slaba in bi bilo treba te raziskave nadaljevati pri čistih sistemih in izboljšati metode dela. Metoda določanja bazičnosti s pH je zanimiva, posebno še, ker je hitra in poceni. Seveda jo je treba izpopolniti eksperimentalno in čimbolj odpraviti v uvodu navedene vplive. Literatura 1. Smith W. A., J. Monaghan, V. Hay: Rapid Estiimation of Slag Basicity. J. of the Iron and Steel Institute, okt. (1948), 121—130. 2. Trojer F.: Die Schnellbestimmung der Basizitat der basischen S. M. — Schlacken mit Hilfe ihrer Mineral-Paragenesis. Radex-Rundschau Heft 1/2 (1948), 27—37. 3. Levin E. M., C. R. Robbins, H. E. McMurdie: Phase Diagrams for Ceramists-Second Edition. Amer. Cer. Soc. (1969). 4. Nguem van Lok: Struktura i termodinamičeskie harak-teristiki rasplavov Ca0-Si02. Izv. vuz. Cernaja Metallur-gija, 3. (1981), 26—29. 5. Hodman C. D., Weast R, C., S. M. Selby: Handboock of Chemistry and Physics. Chem. Rubber Publ. CleveJand-Fortieth Edition. ZUSAMMENFASSUNG Im Artikel wird ain Versuch der Bestimmung der Basitat der silikatischen Schmelzen der Systeme Ca0-Si02, Ca0-Al203-Si02 und CaO-MgO-SiOz mit Hilfe der pH Mes-sung deren VVasserlosungen behandelt. Die Untersuchun-gen bestatigten das Bestehen der Verbindung zwischen der Basizitat der silikatischen Schmelzen und den pH Wert die im reinen System Ca0-Si02 besonders ausgepragt ist. Eine ahnliche Abhangigkeit zeigt das System Ca0-Al203- Si02 in welchem die einzige im Wasser losliche Komponente CaO ist. Im System Ca0-Mg0-Si02 ist dieses Ver-haltniss nicht mehr so klar. Wahrend dem im reinen System Ca0-Si02 das Verhaltniss zwischen dem Freien CaO und dem pH Wert der Wasserlosung linear ist, wachst dieser im System Ca0-Mg0-Si02 nicht mehr linear mit dem Zunehmen der Basen, sondern schneller als die An-derung der MgO und CaO Konzentration im silikatischen Schmelzen. SUMMARY Paper presents trial experiments to determine the ba-sicity of siMcate melts of CaO-SiOz, Ca0-Al20,-Si02l and Ca0-Mg0-Si02 systems by measuring pH of their water soluticms. The investigations showed the correlation between the basicity of silicate melts and the pH which is especia!ly evident in the pure CaO-SiO, system. Similar relationship was obtained also in the Ca0-Al203-Si02 system since the only basic component soluble in vvater is CaO. In the Ca0-Mg0-Si02 system this correlation is no more so clear. While the correlation in the pure CaO-SiO; system between the »free« CaO and the pH of the water solution is linear, this correlation in the Ca0-Mg0-Si02 system shows positive deviation from the linearity, i. e. pH increases faster than the concentrations of CaO and MgO in the siiilicate melt. 3AKAK>qEHHE B ctatbe paccMOTpeHo ontiTHoe onpcAeAefEiie ochobhocth ch-AHKaTHLix pa3i!AaBOB CHCTeMOB Ca0-Si02, Ca0-Al203-Si02 H CaO-MgO-Si02 H3MepeiiHeM pH hx boahhmx pacTBopoB. HccAeAOBaHHS noKa-3aAH, Hro cymectbyet cb33l mc>kav ochobhoctIjK) CHAHKaTHtnt pac-iiAaBOB h pH, mto oco6eHHo bhpaaceho b KeHo HeAOCTaTC>qHO. MeKAY TeM KaK b CHCTeMe Ca0-Si02 OTHOineKHe mokay »cbo-SoAHMMit CaO h pH BaAHnoro pacTBopa AHHeiiHoe sto He onpeAe-AeHo b CHCTeMe Ca0-Mg0-Si02 c noBumeHneM ocHOBHOcreH ho, 2 v talini in pH njene vodne raztopine. V čistem sistemu Ca0-Si02 in Ca0-Ah03-Si02 je edina baza CaO in je zato odnos med omenjenima lastnostima linearen, v sistemu Ca0-Mg0-Si02 pa z naraščanjem baz raste pH hitreje, kot se spreminja vsebnost koncentracij Cao in MgO v talinah. Avtorski izvleček INHALT UDK: 621.746.047:669.14.018.298 ASM/SLA: D9-q, Ay-b, V, Nb Metallurgie — Stranggiessen von Einsatzstahl — Austenitkorngrosse F. Vodopivec, F. Vizjak, S. Senčič, G. Manojlovič, D. Gnidovec Affination des Stranggegossenen Einsatzstahles C. 4320 mit Niobium Železarski zbornik 15 (1981) 4 S 237—245 Es sind mehrere Laboratoriumschmelzen der Einsatzstahle mit verschiedenen Zusatzen von Niobium und Vanadium hergestellt worden. Industrieschmelzen mit 0.02 % Nb sind erzeugt und strang-gegossen worden. Die Untersuchungen zeigten, dass dieser Zusatz die Eingenschaften im normalisierten Zustand nicht nennenswert beeinflusst dennoch verkleinert und stabilisiert er die Austenit-korner gleichwertig einem Aluminiumgehalt von 0.03 % im Stalil ohne dass beim Stranggiessen der Kniippel von 100 mm 4 kt irgend-welche Schwierigkeiten auftraten. Auszug des Autors UDK: 620.91 ASM/SLA: Wllg Metallurgie — Energiewirtschaft — Energiesparen D. Vodeb, J. Borštner, J. Bratina, Z. Erjavec Beschreibung des Zustandes, der Entwlcklung und der Sparpolitlk auf dem Gebiet der Energievvlrtschaft In der Metallurgie Železarski zbornik 15 (1981) 4 S 225—236 Im Artikel wird eine Obersicht des Zustandes in der Energie-vvirtschaft in der SFRJ und SRS mit der Betonung der bisherigen Entwicklung und des Zustandes in der Schwarzmetallurgie gegeben. Beispiele fiir Energieverbrauche fiir verschiedene Typen der Hiitten-werke werden gezeigt. Die Ausgangspunkte zur Definierung des Sparprogrammes im Hiittemverk Ravne werden gegeben, weiter die Organisation des Teames, wagen der Realitat der Kostenersparnisse und Berucksichtigung der Begrenzungsfaktoren bei der EiniFiihrung der Sparmassnahmen in die Produktionsprozesse. Drei verschiedene Systeme der Einfiihrung der Sparmassnahmen an typischen Energieverbrauchern im Hiittenwerk des 401 Lichtbogenofens, OFAG Ofens und der Heizung der Werkshallen werden beschrieben. Auszug des Autors UDK: 669.187.28:541.132.3 ASM/SLA: Dlln, V2j Metallurgie — Schlacken — Basizitatsbestimmung M. Simnic, B. Dobovišek, J. Lamut Versuche der Bestimmung der freien Basen mit der pH Messung der VVasserlosungen Železarski zbornik 15 (1981) 4 S 257—261 Die abgekiihlten silikatischen Schmelzen sind teilweise im Wasser loslich. In Systemen Ca0-Si02, Ca0-Mg0-Si02 und CaO-Ah0j-Si02 ldsen sich im Wasser der freie CaO und MgO. Das aussert sich auch im Verhaltnis zwischen CaO und Si02 in der Schmelze und im pH Wert ihrer Wasserlosung. Im reinen System Ca0-Si02 und Ca0-Ah03-Si02 ist die einzige Base CaO, deswegen ist das Verhaltnis zwisehen den erwahnten Eigenschaften linear, im Svstem Ca0-Mg0-Si02 aber wachst mit der Zunahme der Basen pH Wert schneller von der Anderung der Konzentrations-gehalte von CaO und MgO in den Schmelzen. Auszug des Autors UDK: 621.73.043:620.17 ASM/SLA: F22n, 2-61, Q26r, T21b Metallurgie — Gesenkschmieden — kontrollierte Abkiihlung — mechanische Eigenschaften F. Vodopivec und Mitarbeiter Pleulstangen mit perlltischem Mlkrogefiige fiir elnen Kraftwagenmotor Železarski zbornik 15 (1981) 4 S 247—256 Einfluss der Schmiedetemperatur auf die Austenitkorngrosse auf verschiedenen Ouerschnitten der gesenkgeschmiedeten Pleul-stange. Einfluss der Austenitkorngrosse auf die mechanischen Eigenschaften und das Bruchaussehen des Stahles mit einem Mikro-gefiige aus Perlit und Ferrit welches von der Verformungstempe-ratur kontrolliert abgekuhlt hatte. Ein Vergleich der Eigenschaften des Mikrogefuges, des Bruchaussehens der Pleulstangen mit ver-giittetem Mikrogefiige und der Pleulstangen mit perhtischem Mi-krogefiige wird gegeben. Auszug des Autors CONTENTS UDK: 620.91 ASM/SLA: Wllg Metallurgy — General Energetics — Energy Saving D. Vodeb, J. Borštner, J. Bratina, Z. Erjavec State, Development Trends, and Energy Economy In Ferrous Metallurgy Železarski zbornik 15 (1981) 4 P 225-236 The paper gives the revievv of the state of Yugoslav and Slove-nian energetics with a special emphasis on the development till now and the state in ferrous metallurgy. Examples of energy consumption in various types of iron and steehvorks are presented. Startin»-points for defining the program of the energy economy in the Ravne Steehvorks, for organizing the team, for evaluation of the actual savings and consideration of limiting factors in the intro-duction of saving measures into the production cycles are given. Three various systems for the introduction of saving measures for typical energy consumers in the steelvvork are described, i. e. 40 ton electric are furnace, OFAG furnace, and heating the plant building. ..... Author s Abstract UDK: 621.746.047:669.14.018.298 ASM/SLA: D9-q, Ay-b, V, Nb Metallurgy — Case-hardening steel — Microalloying — Microstructure — Properties F. Vodopivec, F. Vizjak, S. Senčič, G. Manojlovič, D. Gnidovec Grain Refinement of Continuously Čast Čase Hardenable C. 4320 Steel vvith Niobium Železarski zbornik 15 (1981) 4 P 237—245 Some laboratory čase hardenable steel samples vvith various additions of niobium and vanadium vvere made, and an industrial melt vvith 0.02 % Nb vvas prepared and continously čast. The invest-igations shovved that this addition does not essentially influence the properties of as normalized steel, but it reduces and stabilized the austenite grains like the addition of 0.03 % Al without accom-panying troubles in continuous casting of 100 X 100 mm billets. Author's Abstract UDK: 621.73.043:620.17 ASM/SLA: F22n, 2-61, Q26r, T21b Metallurgy — Die Forging — Controlled Cooling — Mechanical Properties F. Vodopivec and covvorkers Automobile Engine Shafts with Pearlitic Microstructure Železarski zbornik 15 (1981) 4 P 247—256 Influence of forging temperature! on the size of austenitic grains aeross various cross sections of die forged shafts. Influence of the size of austenitic grains on the mechanical properties and the fracture of steel with the microstructure composed of pearlite and ferrite vvhich vvas cooled under controled conditions from the temperature of deformation. Comparison of properties microstructure, and fracture of shafts as quenched and tempered and the shafts vvith pearlitic microstructure. Author's Abstract UDK: 669.187.28:541.132.3 ASM/SLA: Dlln, V2j Metallurgy — Slags — Determination of Basicity M. šimnic, B. Dobovišek, J. Lamut Determination of Free Bases by Measurlng pH of Water Solutions Železarski zbornik 15 (1981) 4 P 257—261 Cooled silicate melts are partially soluble in vvater. In the CaO-SiOi CaO-MoO-SiC>2, and CtO-AhOaSiOz systems free CaO and MgO dissolve in vvater. The degree of dissolution depends on the Ca0-Si02 ratio in the melt and thus on the pH of its vvater solution. In pure Ca0-Si02, and Ca0-Ah03-Si02 systems CaO is the only base, thus the relationship betvveen the CaO content and the pH of vvater solution of silicate melts is linear, but in the CaO-MgO-SiOž system the pH inereases faster than the CaO and MgO contents in the melts. Author's Abstract / COAEP>KAHHE UDK: 621.746.047:669.14.018.298 ASM/SLA: D9-q, Ay-b, V, Nb MeTaAAypraa — iieMeHTyeMaH CTaAb — MHKpoAenrpoBaHHe — MHKpOCTpyKTypa — CBOHCTBa F. Vodopivec, F. Vizjak, S. Senčič, G. Manojlovič, D. Gnidovec A4>Co6oM H3rOTOBAeHO HeCKOAbKO bhaob ne-MeHTyeMOH ctaah C pa3AHHHHM COAep>KaHHeM HHOSHH H BaHaAH«, Taicace HenpepuBHMM Aim>eM npoMbmiAeHHaH cTaAB c 0,02 % hhoShh. HCCAeAOBaHHH noKa3aAH, hto sta AoSaBKa He HMeeT cyuiecTBeH-Horo BAHHHHH Ha CBOHCTBa CTaAH B H0pM3AH30BaH0M COCTOHHHH, HO yMeHLmaeT h cTa6HAH3HpyeT aycTeHHTHtiH 3epHa oahhakobo, kak npn aocaskii 0,03 % saiomhhhh b ctaah h He npiraiHHeT npn He-npepLIBHOM AHTbe 3arOTOBOK CeMeHHH 100 X 100 MM HHKaKHX OCAO»C-HeHHH. ABTOpCcji. UDK: 620.91 ASM/SLA: Wllg MeTaAAypniH — osmah SHepreTHica — skohomhh 3HepniH D. Vodeb, J. Borštner, J. Bratina, Z. Erjavec OniicaHiie noAo;KeHHfl, pa3BimiH h noAHTHKa skohomhh b ooAacni snepreTHKH Železarski zbornik 15 (1981) 4 C 225—236 B craTbe noaah ocmotp noAoateHHH SHepreTHKH b HPIO h 4>HP Caobchhh. Oco6chho BbiAeAeHo TenepemHee pa3BHTHe h iioao-acei-iHe b HepHoft MeTaAAypraH. npHBeAeHLi npHMepbi pacxoAa 9HeprHH b MeTaAAyprHHecKiix 3aB0Aax pa3AHmioro rana. iioaahh HcxoAHbie tohkh aah onpeAeAe-hhh nporpaMMbi cSepeJKemiH sneprHH b MeTaAAypn«ecKOM 3aboae XeAe3apna PaBHe, opraHH3auHH koaackthbhoto coTpyAHHKAY ynOMHHyTbIMH CBOHCTBaMH AHHeitaoe. B CHCTeMe Ca0-Mg0-Si02 »e c VBeAHieimeM coAepacaHHH oc-HOBHOCTefi yBeAHlfflBaeTCH C nOBbimeHHeM pH KaK TOAbKO HaCTy-naeT H3MeHeHHe coAepacaHHH CaO h MgO b pacTBOpax. ABTopeeppoTHoft MHKpOCTpyK-TypoS npH ox,vaaopMaHHH. CpaBHeHHe cbohctb, MHKpocTpyKTypM h nepeAOMa uiaTyHOB c yAyqineHHOH MHKpoCTpyKTypoft H niaTyHOB c nepAHTHOH MHKpo-CTpyKTypofl. ABTopetj).