ŘÍZENÉ VÁLCOVÁNÍ A OCHLAZOVÁNÍ PÁSŮ Z PERLITICKÝCH OCELÍ. Čestmír Lang a Ladislav Jílek b

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "ŘÍZENÉ VÁLCOVÁNÍ A OCHLAZOVÁNÍ PÁSŮ Z PERLITICKÝCH OCELÍ. Čestmír Lang a Ladislav Jílek b"

Alžběta Dvořáková
před 6 lety
Počet zobrazení:

1 ŘÍZENÉ VÁLCOVÁNÍ A OCHLAZOVÁNÍ PÁSŮ Z PERLITICKÝCH OCELÍ Čestmír Lang a Ladislav Jílek b a Braunschweiger Str. 24, D Duisburg, SRN, cestmir.lang@freenet.de b VÍTKOVICE Výzkum a vývoj, spol. s r. o., Pohraniční 31, Ostrava, ČR ladislav.jilek@vitkovice.cz Abstrakt Na příkladu dvou ocelí, a to perliticko-feritické s 0,45 % C a perlitické s 0,70 % C, jsou ukázány možnosti regulace pevnostních vlastností za tepla válcovaných pásů. Analogicky k mikrolegovaným ocelí je možno i u nelegovaných ocelí s vysokým obsahem uhlíku pomocí strategie válcování a ochlazování regulovat mez pevnosti a tažnost. Pro pochopení tohoto netypického řízeného válcování je nutno znát hodnoty rekalescence, t.j. vzestupu teploty při transformaci austenit-perlit. Sofistikovanou strategií válcování a chlazení lze posunout fázovou transformaci z výběhového valníku do navinutého svitku a tím radikálně snížit rychlost ochlazování v průběhu perlitické transformace. Práce dokumentuje výsledky provozního válcování na spojitých tratí firmy ThyssenKrupp Stahl v Duisburgu. Od poloviny 80. let dodává ThyssenKrupp Stahl za tepla válcované pásy z výšeuhlíkových ocelí ve dvou pevnostních variantách. Abstracts CONTORLLED ROLLING AND COOLING OF UNALLOYED HIGH CARBON HOT STRIP STEELS The report deals with the pearlitic-ferritic and pearlitic steels. As an example the results of two hot rolled steel grades with 0,45 and 0,70 % C respectively, has been shown. Similarly as in the case of microalloyed high strength steels also for high carbon steels it is possible to control the tensile resistance and elongation values. To do this, it is necessary to known the amount of their recalesce, i.e. the increase of the temperature during the austenite-pearlite transformation. Following the sophisticated strategy of hot rolling and cooling, one can shift the transformation from the run-out table to the coil. This strategy make it possible to realize a radical decrease of the cooling rate through the gamma-alpha transformation region. The results of rolling test on hot strip mills of ThyssenStahl Company in Duisburg, Germany, has been shown. From the middle of 80ties, ThyssenKrupp produces unalloyed high carbon hot strip steels in two different grades of tensile resistance 1. ÚVOD Firma ThyssenKrupp Stahl produkuje ročně asi t pásů z ocelí s obsahem uhlíku vyšším než 0,30 %. Hlavní část této produkce je určena tzv. reroller-podnikům, t.j. válcovnám za studena, specializujícím se na různé segmenty použití těchto ocelí. Za studena válcované pásy tlouštěk 0,5 až 2,0 mm jsou po sferoidizačním žíhání, následné deformaci za studena a konečném kalení a popuštění určeny pro nejrůznější účely: od kotoučů pil přes články řetězů a různé součástky osobních automobilů až k výztužím v pracovních botách a jehlám na šití. 1

2 Pro výrobce za tepla válcovaných pásů jsou hlavními technologickými problémy této skupiny ocelí: - zúžení rozptylu mechanických vlastností - zlepšení velmi nízké houževnatosti - zvýšení tažnosti za studena válcovaných a žíhaných pásů - zaručení prokalitelnosti - zabránění vzniku grafitu při sferoidizačním žíhání. Vliv mikrostrukturních parametrů na vlastnosti za tepla válcovaného pásu shrnuje obr. 1. Při konstantním obsahu perlitu jsou pevnostní vlastnosti funkcí mezilamelární vzdálenosti perlitické fáze a velikosti feritického zrna, obr. 1a [1-4]. K hlavním mikrostrukturním parametrům ovliňujícím vrubovou houževnatost patří zvýšení obsahu feritu, zjemnění feritického zrna a také zmenšení velikosti perlitických kolonií, obr. 1b [1]. mez pevnosti (MPa) mezilamelární vzdálenost perlitu - velikost zrna feritu tranzitní teplota ( C) velikost perlit. kolonie - velikost zrna feritu - volný dusík podíl perlitu (%) podíl perlitu (%) Obr. 1. Vliv obsahu perlitu na mechanické vlastnosti výšeuhlíkových ocelí. 2. ŘÍZENÉ VÁLCOVÁNÍ Aplikace řízeného válcování a ochlazování je u této skupiny ocelí obtížnější než u nelegovaných a mikrolegovaných svařitelných ocelí. Je to způsobeno především - závislostí teploty počátku perlitické přeměny Ps na obsahu legujících prvků, zejména na obsahu Mn a Cr - efektem rekalescence v průběhu perlitické transformace. Mangan a chrom posunují Ps k delším časům, čímž vzrůstá nebezpečí, že perlitická transformace nebude ukončena na výběhovém valníku pásové trati, nýbrž až v navinutém svitku. To vede k většímu rozptylu zvýšení pevnostních vlastností za tepla válcovaného pásu. Rekalescencí se označuje exotermická reakce v průběhu perlitické transformace. Množství uvolněného tepla je přímo úměrné obsahu uhlíku v oceli. Podle Fegreda a Parssona může u čistě perlitických ocelí dosáhnout až ca. 110 K [5]. Při simulaci procesu válcování pásu s 0,65 % C a 0,70 % Mn jsme zjistili, že hodnota rekalescence nezávisí na podmínkách válcování, jako např. na výši teploty doválcovaní, ale pouze na míře podchlazení austenitu bezprostředně před perlitickou transformací, jak ukazuje obr. 2 [6]. 2

3 Efekt rekalescence vede při ochlazování na výběhovém valníku pásové tratě k tzv. paradoxonu chlazení, který je způsoben rozdílným chováním při chlazení perlitu na straně jedné a feritu, který žádnou rekalescenci nevykazuje, na straně druhé [7]. Obvyklým postupem chlazení na tratích, které používají speed-up, je aktivování dodatečných chladicích sekcí v průběhu navíje- 80 ní pásu. Přitom se austenitická fáze u ocelí s uhlíkem pod 0,20 % 60 chová podle očekávaní úměrně počtu dodatečně připojených chladících sekcí klesá teplota svinování. U perli- 40 tických ocelí však po dosažení počátku per- 20 rekalescence ( C) 0 υ F = 900 C υ F = 780 C podchlazení před P s, ( C) Obr. 2. Rekalescence v závislosti na teplotě podchlazení před P s při teplotách deformace 900 a 780 C. Obr. 3. Mez pevnosti pásové oceli C67 v závislosti na průměrné rychlosti chladnutí na 3 výběhovém valníku. litické transformace při připojování chladících sekci začne teplota svinování prudce narůstat větší množstvím chladící vody paradoxně způsobuje následkem rychleji probíhající rekalescence zvýšení teploty svinování. Vedle chemického složení a intenzity chlazení na výběhovém valníku ovlivňují polohu perlitické transformace také doválcovací teplota a doba mezi výstupem pásu z poslední stolice a počátkem intenzivního chlazení vodou. 3. MECHANICKE VLASTNOSTI mez pevnosti (MPa) nízká pevnost vysoká pevnost průměrná rychlost ochlazování (K/s) Obr. 3 ukazuje schematicky rozhodující vliv rychlosti ochlazování na hodnoty Rm oceli s 0,67 % C a 0,7 % Mn. Pevnost výše uhlíkových pásových ocelí je v podstatě určena poměrem mezi podílem jemně lamelárního perlitu transformovaného na výběhovém valníku a hrubě lamelární perlitické struktury, která vzniká při pomalém ochlazování navinutého pásu. Nejvyšších pevností se dosáhne, když perlitická transformace proběhne výlučně na valníku, nejnižší při kompletní transformaci perlitu v navinutérm svitku. Typické hodnoty mechanických vlastnosttí pro nelegované oceli s 0,45 % a 0,75 % C přináší tabulka 1.

4 Tabulka 1. Vliv místa perlitické transformace na mechanické vlastnosti ocelí s různým obsahem uhlíku ocel místo transformace Rp0,2 (MPa) Rm (MPa) A80 (%) C 45 C 75 výběhový valník svitek výběhový valník svitek VÁLCOVÁNÍ ZA STUDENA Zpevnění pásu válcovaného za studena z oceli C67 pro obě pevnostní varianty pásu valcovaného za tepla v závislosti na velikosti úběru dokumentuje obr. 4. tvrdost (HRC) mez pevnosti (N/mm 2 ) tvrdá měkká deformace za studena ( %) Obr. 4. Vliv velikosti deformace za studena na mechanické vlastnosti za tepla válcované oceli C 75 s hrubě a jemně lamelárním perlitem. Jak pro pás s hrubě lamelárním, tak i pro pás s jemně lamelárním perlitem probíhá vzestup pevnosti lineárně a dosahuje hodnot MPa pro 10 % úběru za studena. Výhody nízké pevnosti pásů při variantě transformace ve svitku zůstávají tudíž zachovány i po válcování za studena. To znamená, že se při aplikaci této varianty snižuje otěr pracovních válců. Varianta s hrubě lamelárním perlitem dosahuje totiž až po 45%ní deformaci za studena pevnostních hodnot za tepla válcovaného pásu s jemně lamelárním perlitem. 4

5 5. SFEROIDIZAČNÍ ŽÍHÁNÍ tvrdost HV deformace za studena doba žíhání (h) disperze sferoidizovaného cementitu [8]. 15 % 40 % 70 % Obr. 5. Vliv doby žíhání na tvrdost nelegované perlitické oceli s 0,60 % uhlíku podle Nijhofa [8]. Klasická cesta sferoidizace perlitického cementitu po válcování za studena je i dnes realizována v poklopových pecích při teplotách C. Rozhodující roli při sferoidizace má velikost deformace za studena, jak ukazuje obr. 5. Pokud jsou deformace příliš nízké (pod 15 %), nemůže dojít k rekrystalizaci a pokles tvrdosti je podstatně nižší než při vyšších stupních deformace. Optimální sferoidizace se dosáhne při uběrech od 35 do 60 %. Další zvýšení úběrů vede k vyšším pevnostem v důsledku jemnější 6. ZÁVĚR Zvyšování mechanických vlastností řízeným tvářením je možné i u ocelí s vyšším obsahem uhlíku a při praktickém využití přineslo dobré výsledky. Zvýšení pevnostních vlastností může být ještě výraznější než u ocelí s nížším obsahem uhlíku. LITERATURA 1. Gladman, T., McIvor, I. D., Pickering, F.P.: JISI, 1979, roč. 210, s Lang, C., Meyer, L.: Pearlitic transformation and properties of high-carbon steels. In Proc. of the Conf. Phase transformations '87, Inst. of Met. Book 404, str Lang, C.; Dammer, G.; Esdohr, J.; Meyer, L.; Weise, H.; Wolpert, W.: Stahl u. Eisen 1991, roč. 111, č. 11, s Hyzak, J. M., Bernstein, I. M.: Metallurgical Transactions 1976, roč. 7A, č. 8, s Fegredo, D. M., Parson, D. E., Pollard, W. A., Ng-Yelin, J.: Can. Metallurgical Quartely 1983, roč. 22, s Lang, C.; Kaspar, R.; Koschlig, M. : Steel research 1992, roč. 63, č. 11, s Lang, C.; Meyer, L.:Verfahren zur Herstellung von Warmband, Europäiches Patent EP B1, zveřejněn Nijhof, G.H.: Härterei-technische Mitteilungen 1980, roč. 35, s

Podobné dokumenty

ZA TEPLA A ZA STUDENA VÁLCOVANÉ PÁSY Z RA-OCELÍ. Čestmír Lang a Ladislav Jílek b

ZA TEPLA A ZA STUDENA VÁLCOVANÉ PÁSY Z RA-OCELÍ Čestmír Lang a Ladislav Jílek b a Braunschweiger Str. 24, D-47 169 Duisburg, SRN, E-mail:cestmit.lang@freenet.de b VÍTKOVICE Výzkum a vývoj, spol. s r. o.