Vliv mikrolegování oceli dle ČSN na mechanické vlastnosti. Ludvík Martínek, Martin Balcar, Pavel Fila, Jaroslav Novák, Libor Sochor

Transkript

1 Vliv mikrolegování oceli dle ČSN na mechanické vlastnosti Ludvík Martínek, Martin Balcar, Pavel Fila, Jaroslav Novák, Libor Sochor Abstrakt Při tváření ingotů volným kováním docházelo ke vzniku podélných trhlin. alizací investiční akce sekundární metalurgie, především vakuování elekrooceli se předpokládalo snížení, případně odstranění těchto vad. Vakuovaná ocel, vykazující nižší koncentrace plynů, dosahuje i vyšších parametrů v oblasti vnitřní čistoty. Předpokládaný efekt ve snížení četnosti trhlin na ingotech nebyl dosažen. Proto se u vakuované oceli přistoupilo k jejímu mikrolegování, které příznivě ovlivnilo četnost výskytu uváděné vady. Protože tato problematika zasahuje především výrobu ingotů z oceli dle ČSN třídy 11 a 12, bylo rozhodnuto podrobit hlubšímu rozboru ocel ČSN Úvod Od založení ŽĎAS, a.s. uplynulo 52 roků. Elektroocelárna od svého začátku produkovala tekutý kov především pro odlitky. Teprve v průběhu 60-tých let, kdy byla uvedena do provozu volná kovárna, dochází k členění elektrooceli na ingoty (~30 % produkce) a odlitky (~70 % produkce). Jedná se dle ČSN o značky třídy 11 až 15. V průběhu 70-tých let je postupně sortimentní skladba rozšiřována o třídu 16 a v 80-tých letech i o třídy 17 a 19 dle ČSN. Přesto však celkový souhrn všech vyráběných značek ocelí nepřekračuje počet 150. Požadavky na vnitřní čistotu (mikročistotu) a zkoušky ultrazvukem jsou minimální. Vysoké obsahy plynů ve výkovcích, především vodíku, jsou snižovány protivločkovým žíháním, které v závislosti na průřezu ingotu vyžaduje i několikatýdenní setrvání výkovků na žíhacích pecích. Případné nevyhovující mechanické vlastnosti, především pak u vrubové houževnatosti při 20 C, jsou řešeny opakovaným tepelným zpracováním. Podélné trhliny na ingotech, konkrétně pak u materiálu dle ČSN nepřekračují obvyklou míru a většinou jsou při tváření odstraňovány buď vysekáváním pomocí trnu, nebo za tepla vypalovány. V průběhu 90-tých let dochází jednak ke ztrátě trhů, a současně k pronikavému nárůstu požadavků nových zákazníků, obecně na růst kvality produkce. Proto byl vrcholovému vedení akciové společnosti předložen návrh rozvojového projektu "Sekundární metalurgie", který byl ve třech etapách realizován [1]. V roce 1996 byla ke klasickým elektrickým obloukovým pecím (EOP) postavena pánvová pec (LF) [2] a v roce 1999 došlo ke zprovoznění zařízení vakuového zpracování oceli (VD/VOD). U převážné většiny vyráběných značek ocelí, kterých je dnes více jak 2000, se potvrzují původní předpoklady v oblasti růstu kvality a snižování nákladů. Pouze úzká skupina vyráběných značek ocelí vykazuje nestandardní trendy. Obecně lze konstatovat, že u ocelí uhlíkatých vzrůstají parametry mikročistoty, ale začínají se projevovat povrchové vady na ingotech a to především podélné trhliny. Nestandardně se chovají i hodnoty mechanických vlastností, především vrubové houževnatosti při 20 C 2. Popis provedených experimentálních prací Protože projevené nedostatky se objevovaly především u jakosti, která před realizací LF i VD/VOD vykazovala uspokojivé výsledky, bylo nutné do výrobního procesu i do 1

2 experimentálních prací, zahrnout všechny základní technologické postupy produkce elektrooceli, t.j. včetně samostatné EOP Mechanické vlastnosti oceli dle ČSN postup EOP Tabulka 1 uvádí né mechanické vlastnosti souboru 10 taveb, členěné na oblasti: - vyšší obsahy Al + vyšší obsahy Ti - nižší obsahy Al + nižší obsahy Ti Tabulka č. 1: Mechanické vlastnosti oceli z EOP podle typu mikrolegování Al Ti Podélný EOP Al Ti Podélný Titan byl v minulosti používán u všech značek ocelí na ingoty. V technologickém předpisu bylo doslovně uvedeno: "titan počítat na 0,05 %." Hlavním důvodem byla snaha o zjemnění primární licí struktury. V tabulce 2 je uvedeno né chemické složení téhož souboru taveb, téhož členění. Tabulka č. 2: Chemické složení oceli z EOP s obsahem mikrolegujících prvků alizací technologického postupu výroby elektrooceli pouze na EOP bylo sice konstatováno, že výskyt podélných trhlin na ingotech se vrátil na obvyklou hranici, ovšem parametry mikročistot, zkoušek U i obsahy plynů se dostaly na dnes již krajně nevyhovující úroveň. Po bližším rozboru mechanických vlastností můžeme konstatovat, že skupina taveb s vyšším obsahem Al a Ti dosahuje obecně nižších hodnot vrubových houževnatostí Mechanické vlastnosti oceli dle ČSN postup EOP + LF V tabulce 3 je zahrnuta široká skupina taveb, kde každá prezentuje né hodnoty z pěti taveb v následujícím členění: - vysoký obsah Al, bez přísady Ti, - vysoký obsah Al + vysoký obsah Ti, - následují další tři oblasti s klesajícím obsahem Al i Ti, - nízký obsah Al + mikrolegování V. 2

3 Tabulka č. 3: Mechanické vlastnosti oceli z EOP - LF podle typu mikrolegování EOP-LF Al Podélný Al Ti Podélný Al Ti Podélný Al Ti Podélný Al Ti Příčný Al V 0.05 Podélný tabulky je patrno, že u prvních dvou až tří skupin nejsou hodnoty vrubové houževnatosti na patřičné úrovni. Ostatně se potvrzuje trend z EOP, kdy vyšší obsahy Al i Ti nepůsobí příznivě na při 20 C. Čtvrtá a pátá skupina taveb, t.j. s nižšími obsahy Al i Ti dosahuje velmi příznivých hodnot, obdobně jako šestá, ve které je nahrazen ve zkoumaných tavbách titan vanadem. Tabulka 4 znázorňuje né chemické složení v jednotlivých šesti sledovaných skupinách taveb. Tabulka č. 4: Chemické složení oceli z EOP - LF s obsahem mikrolegujících prvků pohledu mechanických hodnot, lze hodnotit pozitivní trendy zpracování oceli postupem EOP + LF při využitím mikrolegování. Následně bylo přistoupeno k šetření posledního technologického postupu Mechanické vlastnosti oceli dle ČSN postup EOP + LF + VD Tabulka 5 obdobně jako u předcházejících dvou postupů výroby oceli i zde zahrnuje širokou skupinu taveb, členěnou na stejném principu jako předešlý rozbor. Tabulka č. 5: Mechanické vlastnosti oceli z EOP LF VD podle typu mikrolegování EOP-LF-VD Al Ti Podélný Al Ti Podélný Al V 0.05 Podélný Al Nb Podélný Al Nb V 0.03 Podélný

4 Tabulka 6 následně udává né chemické složení u jednotlivých skupin. Tabulka č. 6: Chemické složení oceli z EOP LF VD s obsahem mikrolegujících prvků Při aplikaci uvedeného technologického postupu výroby a zpracování elektrooceli dostáváme pro první dvě skupiny velmi nízké hodnotu, u dalších dvou skupin je patrný podstatný nárůst a nejvýrazněji se projevuje mikrolegování na hodnotách u poslední, páté skupiny sledovaných taveb. První dvě skupiny dosahovaly běžných hodnot mikročistoty i obsahu plynů, ale vzrostla četnost povrchových vad - podélných trhlin na ingotech. Tak, jak bylo konstatováno v úvodních partiích referátu. U třetí a čtvrté skupiny taveb, ve kterých byl Ti nahrazen mikrolegováním V nebo Nb, rostou pevnostní charakteristiky a hodnoty. Poslední, t.j. pátá skupina taveb s relativně nízkou koncentrací Al při uplatnění Nb a V současně, posunuje jednak na nejvyšší dosaženou úroveň, ale především se zde minimalizuje četnost výskytu podélných trhlin na ingotech. 3. ávěr Přesto, že se jedná o poměrně rozsáhlý soubor zkoumaných taveb, u každého výrobního způsobu v každé ze skupin bylo zkoumáno pět taveb, t.j. celkem 65 taveb, bude dále prověřován vliv nízkého Al + mikrolegování Nb a V na mechanické vlastnosti, především pak vrubovou houževnatost a výskyt podélných trhlin na ingotech. Výsledky technologického postupu EOP + LF + VD při použití mikrolegování Nb + V dávají předpoklady k minimalizaci výskytu podélných trhlin nejen u oceli dle ČSN Růst hodnot meze pevnosti, tažnosti a pro 20 C při aplikaci mikrolegování oceli je doprovodným, byť ne zanedbatelným faktorem cíle prací. Práce byla řešena v rámci grantu č. 106/01/0365 za finanční podpory GAČR. 4. Literatura [1] Martínek L., Fila P.: kušenosti s provozem pánvové pece ve Žďárských strojírnách a slévárnách, XIII. Konference elektroocelářů a mimopecní rafinace oceli, 1997, Rožnov pod Radhoštěm. [2] Martínek L., Fila P., Balcar M.: Rozvoj sekundární metalurgie v podmínkách malé elektroocelárny, XIV. Konference elektroocelářů a mimopecní zpracování oceli, 1999, Rožnov pod Radhoštěm. [3] Martínek L., Balcar M.: kušenosti se zpracováním oceli na vakuovém zařízení VD/VOD/VIC, Svratka [4] Martínek, L., Fila, P., Balcar, M.: Hodnocení výsledků realizace investiční akce VD/VOD ve ŽĎAS, a.s., Metal

5 5