M E T A L L U R G I C A L J O U R N A L

Transkript

1 R O Č N Í K / V O L. R O K / Y E A R L X V M E T A L L U R G I C A L J O U R N A L O D B O R N Ý Č A S O P I S P R O M E TA L U R G I I A M AT E R I Á L O V É I N Ž E N Ý R S T V Í PROFESSIONAL PERIODICAL FOR METALLURGY AND MATERIAL ENGINEERING W W W. H U T N I C K E L I S T Y. C Z I S S N Univerzita obrany v Brně Katedra strojírenství

2

3 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Odborný časopis pro metalurgii a materiálové inženýrství ISSN Vydavatel OCELOT s.r.o. Pohraniční 693/ Ostrava-Vítkovice IČO , DIČ CZ Registrace v obchodním rejstříku Krajského soudu v Ostravě, oddíl C, vložka Redakce, kontaktní adresa OCELOT s.r.o. Redakce časopisu Hutnické listy areál VŠB TU Ostrava, A listopadu 15/ Ostrava-Poruba Vedoucí redaktor Ing. Jan Počta, CSc redakce@hutnickelisty.cz j.pocta@seznam.cz Redaktorka Jaroslava Pindorová jaroslava.pindorova@seznam.cz Redakční rada Předseda: Prof.Ing. Ľudovít Dobrovský, CSc., Dr.h.c., VŠB-TU Ostrava Členové: Ing. Michal Baštinský, EVRAZ VÍTKOVICE STEEL, a.s. Ing. Karol Hala, U.S. Steel Košice, s.r.o. Prof. dr. hab. inž. Leszek Blacha, Politechnika Šląska Prof. dr. hab. inž. Henryk Dyja, Politechnika Częstochowska Prof. Ing. Vojtěch Hrubý, CSc. Univerzita obrany Ing. Henryk Huczala, TŘINECKÉ ŽELEZÁRNY, a.s. Prof. Ing. František Kavička, CSc., VUT v Brně Ing. Ludvík Martínek, Ph.D., ŽĎAS, a.s. Prof. Ing. Karel Matocha, CSc., MATERIÁLOVÝ A METALURGICKÝ VÝZKUM s.r.o. Ing. Radim Pachlopník, ArcelorMittal Ostrava, a.s. Prof. Ing. Ľudovít Pariľák, CSc., ŽP VVC s.r.o. Ing. Jiří Petržela, Ph.D., VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY, a.s. Ing. Jaroslav Pindor, Ph.D., MATERIÁLOVÝ A METALURGICKÝ VÝZKUM s.r.o. Ing. Vladimír Toman, Hutnictví železa, a.s. Prof. Ing. Karel Tomášek, CSc., TU v Košiciach Grafika záhlaví a podkladu na titulní straně Miroslav Juřica, grafik@konstrukce.cz Tisk T-print s.r.o., Průmyslová 1003, Třinec Registrační číslo MK ČR E Mezinárodní standardní číslo ISSN O b s a h výroba oceli Ing. Ladislav Socha, Ph.D., prof. Ing. Jiří Bažan, CSc., Ing. Pavel Machovčák, Ing. Aleš Opler, Ing. Petr Styrnal, Ing. Jan Melecký, CSc. Provozní zkušenosti s mimopecním odsířením oceli pomocí briketovaných ztekucovadel v podniku VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. materiálové inženýrství Ing. Milan Adamec, doc. Ing. Miroslav Pospíchal, CSc., Ing. Jiří Sukáč Heterogenní ocelový pancíř Ing. Zdeněk Pokorný, Ph.D., prof. Ing. Vojtěch Hrubý, CSc., Ing. Zdeněk Malaník Materiálové složení malorážového střeliva Ing. David Kusmič, Ph.D., prof. Ing. Vojtěch Hrubý Vliv plazmové nitridace na změnu parametrů textury povrchu Ing. Zbyněk Studený, Ph.D., prof. Ing. Vojtěch Hrubý, CSc., prof. Ing. Vladimír Horák, CSc. Únavové zkoušky nitridovaných tyčí neželezné kovy a slitiny Ing. Jitka Malcharcziková, Ph.D., prof. Ing. Miroslav Kursa, CSc., Ing. David Kaňák, Ing. Martin Pohludka, Ing. René Fridrich Odstředivě litá slitina Ni3Al strukturní charakteristiky koroze doc. Ing. Stanislav Lasek, Ph.D., Ing. Kateřina Skotnicová, Ph.D., prof. Ing. Miroslav Kursa, CSc. Porovnání korozní odolnosti magnetu typu NdFeB s ochranným povlakem ZnAla daných kovů ve vybraných prostředích ekologie, recyklace, druhotné zpracování materiálu prof. Ing. Zdeněk Klika, CSc, Ing. Ondřej Němček, Ing. Michal Cagala, doc. RNDr. Lucie Bartoňová, PhD., Ing. Zbyszek Szeliga, Ph.D., Ing. Jana Serenčíšová Distribuce As a Hg při spalování uhlí zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody npor. Ing. Martin Lojda, plk. doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D., doc. Ing. Věroslav Kaplan, CSc., prof. Ing. Jaromír Kadlec, CSc., doc. Ing. Miroslav Pospíchal, CSc. Analýza výztuže železobetonového mostu strojírenské dohotovení hutních výrobků doc. Ing. Emil Svoboda, CSc., Ing. Renata Dvořáková, CSc., Ing. Pavel Bartošík Zpevnění povrchu vrtaných otvorů údržba Ing. Petr Besta, Ph.D., Ing. Martin Lampa, Ph.D., Ing. Kamila Janovská, Ph.D. Údržba jako potenciální zdroj snižování nákladů výrobních organizací Ing. Jan Počta, CSc. Zásady zavádění technické diagnostiky ve válcovnách ekonomika, organizace, řízení Ing.Jan Strejček, MBA Hodnocení dodavatelů ve zpracovatelském řetězci na bázi fuzzy logiky hutní výroba v ČR a SR 86 z hospodářské činnosti podniků 88 ze spolkové činnosti a odborných akcí 94 historie hutnictví 96 recenze 115 konference 118 hutnictví ve světě

4 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Odborný časopis pro metalurgii a materiálové inženýrství ISSN Hlavní články v časopisu jsou uváděny v českém, slovenském nebo anglickém jazyce. Časopis vychází 6x ročně. Cena jednotlivého čísla 200,-- Kč. K ceně se připočítává DPH. Roční předplatné základní 1190,- Kč, studentské 20 % sleva proti potvrzení o studiu. Předplatné se zvyšuje o poštovné vycházející z dodávek každému odběrateli. Předplatné se automaticky prodlužuje na další období, pokud je odběratel jeden měsíc před uplynutím abonentního období písemně nezruší. Objednávky na předplatné přijímá redakce. Informace o podmínkách publikace, inzerce a reklamy podává redakce. Za původnost příspěvků, jejich věcnou a jazykovou správnost odpovídají autoři. Podklady k tisku redakce přijímá v elektronické podobě. Recenzní posudky jsou uloženy v redakci. Žádná část publikovaného čísla nesmí být reprodukována, kopírována nebo elektronicky šířena bez písemného souhlasu vydavatele. OCELOT s.r.o., 2012 ISSN Časopis zařazen Radou vlády ČR pro výzkum a vývoj do seznamu recenzovaných neimpaktovaných periodik vydávaných v ČR. Hlavní články jsou evidovány v mezinárodní databázi METADEX a ILLUSTRATA TECHNOLOGY, obě spravované firmou ProQuest, USA. Abstrakty hlavních článků jsou evidovány v české, slovenské a anglické verzi na webových stránkách Hutnických listů. C o n t e n t Steel Making Socha, L. - Bažan, J. - Machovčák, P. - Opler, A. - Styrnal, P. - Melecký, J. Plant Experiences with Steel Desulphurization by Secondary Metallurgy with use of Briquetted Fluxing Agents in the Steelplant VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. Material Engineering Adamec, M. - Pospíchal, M. Sukáč, J. Heterogeneous Steel Armour Pokorný, Z. - Hrubý, V. Malaník, Z. Material Composition of Small Arms Ammunition Kusmič, D. Hrubý, V. Influence of Plasma Nitriding on the Surface Texture Parameters Studený, Z. - Hrubý, V. - Horák, V. Fatigue Tests of Nitrided Rods Non-ferrous Metals and Alloys Malcharcziková, J. - Kursa, M. - Kaňák, D. - Pohludka, M. Fridrich, R. Centrifugally Cast Alloy Based on Ni3Al- structure Characteristics Corrosion Lasek, S. - Skotnicová, K. - Kursa, M. Comparison of Corrosion Resistance of NdFeB Magnet Type with Protective ZnAl Coating and Related Metals in Selected Environments Environmental Protection, Recycling, Secondary Material Processing Klika, Z. - Němček, O. - Cagala, M. - Bartoňová, L. - Szeliga, Z. - Serenčíšová, J. Distribution of As and Hg during the Coal Combustion Testing, Measurement, Laboratory Methods Lojda, M. - Maňas, P. Kaplan, V. Kadlec, J. Pospíchal, M. Analysis of the Armature in the Reinforced Concrete Bridge Machinery Finishing and Utilization of Metallurgical Products Svoboda, E. - Dvořáková,R. Bartošík, P. Surface Hardening of Drilling Holes Maintenance Besta, P. - Lampa, M. - Janovská, K. Maintenance as a Potential Source of the Cost Cutting in Production Enterprises Počta, J. Principles of Implementation of Technical Diagnostics in Rolling Mills Economy, Organization, Management Strejček, J. Evaluation of Suppliers in the Processing Chain Based on Fuzzy Logic Dodavatelé příspěvků ve všeobecné části : Hutnictví železa, a.s. Linde Gas, a.s ÚFM Akademie věd ČR, VUT v Brně. TU v Košiciach, Nemak Slovakia s.r.o. Ing. RNDr. Bohumil Tesařík Dopisovatelé Redakce Inzerenti a objednatelé reklamy: Univerzita obrany v Brně Visteon-Autopal, s.r.o., Nový Jičín QSI s.r.o., Brno

5 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Výroba oceli Steel Making výroba oceli Provozní zkušenosti s mimopecním odsířením oceli pomocí briketovaných ztekucovadel v podniku VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. Plant Experiences with Steel Desulphurization by Secondary Metallurgy with Use of Briquetted Fluxing Agents in the Steelplant VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. Ing. Ladislav Socha, Ph.D., prof. Ing. Jiří Bažan, CSc., Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, Ing. Pavel Machovčák, Ing. Aleš Opler, VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s., Ostrava, Ing. Petr Styrnal, JAP TRADING, s.r.o., Třinec, Ing. Jan Melecký, CSc., Bílovec Při mimopecním zpracování oceli v licí pánvi jsou za účelem efektivní rafinace používána ztekucovadla ocelářských strusek. V ocelářském průmyslu je běžně používána řada ztekucovadel na bázi Al 2 O 3, která jsou vyráběna v různých formách. Příspěvek uvádí provozní výsledky a zkušenosti s použitím briketovaných a sintrovaných ztekucovadel strusek na bázi Al 2 O 3. Vlastní provozní tavby byly provedeny při mimopecním zpracování oceli v podmínkách ocelárny VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. při výrobě dvou odlišných značek ocelí St52-3, S34MnV se specifickou technologií výroby tvořenou: EOP LF VD/VCD. V rámci experimentů byly sledovány základní parametry ovlivňující odsíření oceli, jako je: stupeň odsíření, bazicita, obsah lehce redukovatelných oxidů, poměr CaO/Al 2 O 3, Mannesmannův index a aktivita kyslíku v oceli. Získané výsledky umožňují provést základní srovnání briketovaných ztekucovadel vyráběných z druhotných surovin a ztekucovadel sintrovaných, která jsou vyráběna z čistých surovin. Fluxing agents for steel slags are used during secondary metallurgy treatment in the ladle and their purpose is to ensure efficient refining. In the steel industry, a number of fluxing agents based on Al 2 O 3 is commonly used. They are produced in different forms. This paper deals with plant results and experiences with the usage of briquetted and sintered fluxing agents for slags based on Al 2 O 3. Heats were processed by the secondary metallurgy in the conditions of steelplant VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. during production of two different grades of steel St52-3 and S34MnV with the specific production technology consisting of: EAF LF VD/VCD. During experiments, basic parameters influencing the steel desulphurization were monitored: degree of desulphurization, basicity, content of easily reducible oxides, CaO/Al 2 O 3 ratio, Mannesmann's index, and oxygen activity in the steel. Obtained results allow us to make a basic comparison of briquetted fluxing agents produced from secondary raw materials and of sintered fluxing agent, which are produced from pure raw materials. It was determined from results of the plant experiments that at use of two different types of fluxing agents for steel slags during production of steel grades St52-3 and S34MnV individual desulphurization degrees ETA S LP, ETA S LF VD/VCD and ETA S in total similar values for both fluxing agents were reached. From the achieved values of basicity B1 it is possible to classify the slags created in the ladle into the group of high basic slags, and according to basicity B2 into the group of medium basic slags. The next increase in basicity and target modification of chemical composition of slag in the ladle occurs after the second addition of slagforming additions into the ladle furnace (LF). It helps to achieve a deep desulphurization of steel. According to the content of easily reducible oxides, penetrations of furnace slag into the ladle were identified. Positive influence of reduction of mentioned oxides by aluminium and calcium carbide additions into the ladle furnace (LF) was confirmed as well. It became evident by the reduction of content of the monitored oxides. It was identified from the calciumaluminium ratio that the values of approx. 2.0 for both steel grades were achieved by the first dose of slag-forming additions (lime and fluxing agents). Achieved value 2.0 can be considered as the lower limit of the optimal C/A ratio. By addition of the second dose (lime and aluminium) into the ladle furnace, this value was further increased within the range from 2.2 to 2.5. It follows from the achieved values of the Mannesmann's index that fluxing agents used by two different steel grades vary within the optimal interval from 0.15 to The upper optimum limit 0.35 was achieved with the second dose of steel-making additions. It is evident from the results of oxygen activity in steel that the oxygen activity decreased with the first dose of desoxidation additions during tapping from the values of approx

6 Výroba oceli Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Steel Making ISSN ppm measured in EAF just before tapping to the values of approx ppm measured at the beginning of steel treatment in the ladle furnace LF. The next decrease takes place during the subsequent treatment in the secondary metallurgy units LF to VD/VCD thanks to the addition of desoxidation agents for both steel grades at use of both fluxing agents. It was demonstrated that the developed fluxing agent produced by the company JAP TRADING, s.r.o. presenting briquetting mixture of secondary corundum raw materials can adequately replace the fluxing agent formed by sintered mixture of pure raw materials. Results of the plant experiment made it possible to modify the slag mode in the plant conditions of the company VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. V ocelářském průmyslu jsou neustále zvyšovány požadavky na kvalitu a užitné vlastnosti oceli. Jednu z možností, jak lze tyto požadavky splnit v rámci mimopecního zpracování oceli, představuje vytvoření účinné rafinační strusky v licí pánvi pomocí struskotvorných přísad. Strusky jsou v licí pánvi tvořeny struskotvornými přísadami představující vápno a ztekucující přísady. V současnosti jsou používány ztekucující přísady, nebo-li ztekucovadla, na bázi Al 2 O 3, které jsou vyráběny z přírodních surovin (např. bauxit, vápenec, dolomit atd.) nebo různých druhotných surovin (např. hliníkové stěry, strusky z výroby vanadu atd.) doplněné o přísady (např. vápno, vápenec atd.). Takto připravené směsi jsou dále zpracovány na ztekucovadla v různých formách (např. přetavené, peletizované, kusové nebo práškové směsi atd.) [1]. Všechny výše uvedené typy ztekucovadel jsou však používány s určitými omezeními, která vyplývají z výběru použitých surovin a technologie výroby. Složení strusky dále ovlivňují produkty dezoxidace oceli (Al 2 O 3, SiO 2, MnO), koroze (opotřebení) vyzdívky licí pánve (MgO) a také určité množství proteklé pecní strusky. V průběhu mimopecního zpracování oceli dochází k dílčím technologickým postupům, mezi které patří odsíření oceli. Odsíření je výrazným způsobem ovlivněno vlastnostmi strusky, jako je např. chemické složení, viskozita, teplota tavení atd. Jednu z možností, jak lze ovlivnit vlastnosti ocelářských strusek při zpracování na mimopecních zařízeních, představuje použití ztekucovadel. Pro dosažení co nejvhodnějších podmínek odsíření a rafinace oceli pomocí strusky je vhodné navrhnout optimální poměry ztekucovadla a struskotvorných přísad (Al 2 O 3 : CaO) a stanovit nejvhodnější technologii použití [2, 3]. Příspěvek navazuje na práci autorů [4] a je zaměřen na analýzu provozních zkušeností při použití dvou odlišných typů ztekucovadel strusek na bázi Al 2 O 3 v podmínkách podniku VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. (dále jen VHM a.s.). Cílem provozních experimentů bylo porovnat vliv odlišných typů ztekucovadel strusek při výrobě dvou jakostí ocelí St52-3 a S34MnV se zaměřením na hodnocení účinnosti vytvořené rafinační strusky pomocí dosažených stupňů odsíření a vybraných parametrů strusek v průběhu zpracování na mimopecních zařízeních. 1. Charakteristika provozních taveb a testovaných ztekucovadel v podmínkách ocelárny VHM a.s. Provozní experimenty byly realizovány v podmínkách ocelárny VHM a.s. Výrobní proces probíhal následujícím způsobem: po zpracování tavby v elektrické obloukové peci (EOP) byl proveden odpich do licí pánve (LP). Během odpichu oceli z EOP do pánve probíhá dezoxidace ocelí, částečné nalegování a přidá se hlavní část struskotvorných přísad obsahující směs vápna a testovaných ztekucovadel. Po odpichu byla licí pánev s ocelí a vytvořenou struskou převezena na pánvovou pec (LF), kde došlo k cílené úpravě strusky v licí pánvi přídavkem druhé části struskotvorných přísad představující vápno, testované ztekucovadlo, materiál na ochranu struskové čáry (materiál obsahuje cca 45 % MgO), hliník v různých formách (drcený a granulovaný) určený pro snížení obsahu lehce redukovatelných oxidů a úpravu strusky. Následně, po zpracování oceli na pánvové peci (LF), byla licí pánev převezena na vakuovací stanici (VD/VCD). Na závěr je výrobní proces ukončen odléváním oceli ingotovou cestou [5]. Vlastní provozní experimenty byly realizovány při výrobě dvou značek ocelí St52-3 a S34MnV. Ocel St52-3 představuje uhlíko-manganovou konstrukční ocel, která je ve strojírenství velmi rozšířena zejména pro její velmi dobrou svařitelnost a nízkou cenu. Druhá značka oceli je S34MnV a je určena pro výrobu klikových hřídelí pro lodní motory. Chemické složení obou ocelí je uvedeno v tab. 1. Uvedené oceli se mezi sebou lišily nejenom v chemickém složení, ale také technologií výroby. Ocel St52-3 je vyráběna základní technologií, která je tvořena následujícím postupem: EOP LF VD. Složitější technologii výroby představuje ocel S34MnV, jejíž výroba je realizována: EOP LF VCD. Celkem bylo v hodnoceném období vyrobeno 185 taveb oceli St52-3 a 336 taveb oceli S34MnV, a to při použití obou typů ztekucovadel. V průběhu mimopecního zpracování byly odebírány vzorky oceli a strusky, a to na následujících technologických místech: v licí pánvi po odpichu z EOP (vzorek LP), na začátku a konci zpracování na pánvové peci (vzorek LF START a LF KONEC ) a na konci zpracování na vakuovacím zařízení (vzorek VD KONEC nebo VCD KONEC ). 4

7 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Výroba oceli Steel Making Tab. 1 Výrobní chemické složení oceli St52-3 a S34MnV Tab. 1 Chemical composition of produced steels St52-3 and S34MnV Základní chemické složení (hm. %) Jakost Rozsah C Mn Si P S Cr Ni Mo V Al St52-3 S34MnV Min. 0,18 1,20 0,20 0,020 Max. 0,22 1,35 0,30 0,012 0,005 0,30 0,30 0,08 0,040 Min. 0,38 1,20 0,06 0,008 Max. 0,40 1,40 0,10 0,012 0,005 0,30 0,30 0,08 0,10 0,015 Tab. 2 Chemické složení použitých ztekucovadel Tab. 2 Chemical composition of used fluxing agents Ztekucovadlo A B Rozsah Poznámka: ztekucovadlo - A: ztekucovadlo - B: Základní chemické složení (hm. %) CaO Al 2 O 3 SiO 2 Fe 2 O 3 TiO 2 MgO Na 2 O Min. 33,0 51,0 Max. 35,0 55,0 7,0 2,5 3,0 2,0 Min. 10,0 60,0 3,0 5,0 1,0 Max. 12,0 70,0 4,0 7,0 2,0 používané v podniku VHM a.s., vyvíjené firmou JAP TRADING, s.r.o. V případě oceli byla pozornost věnována především obsahu síry a u vzorků strusek byla provedena analýza zaměřená na obsah síry a základní typy oxidů. Kromě odběrů vzorků ocelí a strusek byla průběžně měřena teplota a aktivita kyslíku v oceli, a to zejména na začátku zpracování na pánvové peci (LF) a konci zpracování na vakuovací stanici (stanice VD/VCD). Pro hodnocení struskového režimu v provozních podmínkách byly vybrány dva odlišné typy ztekucovadel na bázi Al 2 O 3. Základní chemické složení obou typů ztekucovadel je uvedeno v tab. 2. Ztekucovadla se mezi sebou lišila v chemickém složení, použitou technologií výroby, základními vstupními surovinami a granulometrií: o ztekucovadlo A: je standardní ztekucovadlo používané zejména v minulosti v provozních podmínkách VHM a.s. Toto ztekucovadlo je vyráběno z přírodních surovin, přičemž hlavní složku představuje Al 2 O 3. Vlastní výroba je realizována sintrováním a výsledkem je porézní granulované ztekucovadlo o zrnitosti 5 až 15 mm, o ztekucovadlo B: představuje ztekucovadlo vyvíjené firmou JAP TRADING, s.r.o. Je vyráběno z druhotných korundových surovin v kombinaci s dolomitickým vápencem a různými typy pojiv (vodní sklo nebo organické pojivo). Tento typ ztekucovadla je vyráběn briketací a standardně je dodáván ve formě briket o rozměrech mm. V průběhu provozních experimentů byly struskotvorné látky přidávány ve dvou stejně velkých dávkách, které se však lišily podílem jednotlivých složek, tj. podílem vápna a ztekucovadla. Hlavní část ztekucovadla byla přidána při odpichu s vápnem v rozdílných poměrech. V případě ztekucovadla A při výrobě oceli St52-3 a S34MnV byl poměr ztekucovadla k vápnu 1:1. U ztekucovadla B byl při výrobě oceli St52-3 a S34MnV poměr ztekucovadla k vápnu 1:1,95. Tyto rozdílné poměry vycházejí z jejich chemického složení. Ve druhé dávce byla v průběhu rafinace oceli na pánvové peci LF použita ztekucovadla minimálně. Především došlo k použití vápna pro úpravu chemického složení, zvýšení obsahu CaO a dále materiálu na ochranu struskové čáry pro snížení opotřebení vyzdívky licí pánve. Kromě toho byla struska pohazována hliníkovými stěry, drceným hliníkem a karbidem vápníku pro redukci lehce redukovatelných oxidů v ní obsažených. 2. Hodnocení a diskuze dosažených výsledků Hodnocení provozních výsledků při použití ztekucovadel A a B v licí pánvi při výrobě ocelí St52-3 a S34MnV bylo realizováno v několika částech. Pro vyhodnocení jednotlivých sledovaných parametrů byly použity vztahy a metodika uvedená v předcházejícím příspěvku [4] zaměřeném na vyhodnocení vlivu stejných typů ztekucovadel A a B při výrobě oceli 42CrMo4. Nejprve bylo provedeno vyhodnocení vlivu ztekucovadel strusek na rafinační schopnosti strusky v licí pánvi pomocí dosažených stupňů odsíření jednotlivých ocelí. Vlastní hodnocení stupně odsíření η s (ETA S) bylo provedeno pro vybrané technologické operace probíhající při mimopecním zpracování oceli: o ETA S LP - stupeň odsíření od odpichu z EOP do licí pánve LP až po převoz na pánvovou pec LF, o ETA S LF-VD/VCD - stupeň odsíření od počátku zpracování na pánvové peci LF až po konec zpracování na vakuovací stanici VD/VCD, o ETA S - celkový stupeň odsíření od odpichu do LP až po konec zpracování na stanici VD/VCD. 5

8 Výroba oceli Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Steel Making ISSN Výsledky stupně odsíření oceli pro oceli St52-3 a S34MnV pomocí ztekucovadel A a B jsou uvedeny na obr. 1. Dosažené výsledky představují průměrné hodnoty sledovaných technologických operací. V průběhu první technologické operace ETA S LP z obr. 1 vyplývá, že v případě oceli St52-3 při použití ztekucovadla A bylo dosaženo od odpichu z EOP až po převoz na pánvovou pec (LF) stupně odsíření ETA S LP ~ 19 %. V případě použití vyvíjeného ztekucovadla B byl v licí pánvi dosažen stupeň odsíření ETA S LP ~ 23 %. U oceli S34MnV byly dosaženy obdobné hodnoty stupně odsíření, jak je vidět na obr. 1. Při odpichu oceli z EOP až po převoz na pánvovou pec (LF) bylo v případě ztekucovadla A dosaženo stupně odsíření ETA S LP ~ 21 % a při použití ztekucovadla B byla dosažena vyšší hodnota, a to ETA S LP ~ 28 %. a karbid vápníku určený k redukci a úpravě složení strusky). Vzniklou struskovou směs při použití ztekucovadel lze charakterizovat jako tekutou strusku, která se výrazným způsobem podílí na reakcích mezi struskou a kovem. Porovnáním výsledných stupňů odsíření ETA S, jak je vidět z obr. 1, bylo zjištěno, že v případě oceli St52-3 byl dosažen stejný stupeň odsíření pro obě ztekucovadla A i B, a to ETA S ~ 92 %. U oceli S34MnV byl zjištěn mírný rozdíl, kdy použitím ztekucovadla A byl dosažen stupeň odsíření ETA S ~ 89 %. Použitím ztekucovadla B byl dosažen stupeň odsíření ETA S ~ 92 %, což představuje minimální rozdíl. Z výsledných stupňů odsíření ETA S je patrné, že při výrobě dvou značek ocelí St52-3 a S34MnV odlišnou technologií při použití ztekucovadel A i B byl dosažen prakticky shodný stupeň odsíření oceli (89 až 92 %). Je vhodné upozornit, že každý typ ztekucovadla strusky je vyráběn z rozdílných surovin a odlišnou technologií výroby. Obr. 1 Dosažené stupně odsíření oceli St52-3 a S34MnV Fig. 1 Achieved degrees of desulphurization of the steel grade St52-3 and S34MnV Porovnáním jednotlivých stupňů odsíření pro obě jakosti ocelí lze konstatovat, že v případě obou typů ztekucovadel A i B došlo k obdobně nízkému stupni odsíření ETA S LP ~ cca 19 až 28 %. To lze vysvětlit postupným, teprve začínajícím, rozpouštěním jednotlivých struskotvorných přísad (představující vápno, ztekucovadlo A a B), a to v krátkém časovém intervalu trvajícím cca 8 až 11 minut. V následující technologické operaci ETA S LF-VD/VCD (zpracování na LF až VD/VCD) dochází k několika násobnému růstu stupně odsíření, jak je vidět na obr. 1. V případě oceli St52-3 při použití ztekucovadla A i B byl při mimopecním zpracování (na zařízeních LF až VD) dosažen stejný stupeň odsíření ETA S LF-VD/VCD ~ 90 %. U oceli S34MnV byly dosaženy nižší hodnoty stupně odsíření při mimopecním zpracování (na zařízeních LF až VCD). V případě ztekucovadla A byl stupeň odsíření ETA S LF-VD/VCD ~ 87 % a u ztekucovadla B byl stupeň odsíření ETA S LF-VD/VCD ~ 88 %. I v případě této operace ETA S LF-VD/VCD jsou stupně odsíření srovnatelné pro obě jakosti ocelí i testovaná ztekucovadla A i B. Výrazný růst stupně odsíření na pánvové peci a vakuovací stanici (LF a VD/VCD) lze vysvětlit úplným rozpuštěním struskotvorných přísad. Další vliv představuje úprava chemického složení strusky pomocí druhé dávky struskotvorných přísad (vápno, ztekucovadlo, materiál ochrany vyzdívky, hliník 6 Dále bylo provedeno hodnocení struskového režimu v licí pánvi, kde byly sledovány vybrané parametry strusky a jejich vliv na stupeň odsíření. Mezi sledované parametry patří: bazicita, obsah lehce redukovatelných oxidů, poměr CaO/Al 2 O 3 a Mannesmannův index. Kromě toho byl posouzen i vliv aktivity kyslíku na stupeň odsíření oceli. Tyto vybrané parametry byly použity i při předcházejícím hodnocení a jednotlivé vztahy jsou uvedeny v příspěvcích [4, 6, 7]. Na obr. 2 až 7 jsou uvedeny sledované parametry strusek, které výrazným způsobem ovlivňují odsiřovací schopnosti jako: bazicita, obsah lehce redukovatelných oxidů, poměr CaO/Al 2 O 3 a Mannesmannův index. Kromě toho je zde uveden také vliv aktivity kyslíku v oceli na stupeň odsíření pro obě jakosti ocelí. Vliv bazicity B1 na odsíření oceli St52-3 představuje obr. 2a. Z obrázku je zřejmé, že počáteční bazicita strusek v licí pánvi dosahuje hodnot 6,3 a 6,9. Po přídavku druhé dávky struskotvorných přísad dochází k úpravě chemického složení strusek, což se projevilo nárůstem bazicity na hodnoty 8,7 a 8,7. Bazicitu pro ocel S34MnV představuje obr. 2b. V tomto případě bylo zjištěno, že počáteční bazicita po první dávce struskotvorných přísad dosahuje hodnot 5,6 a 7,7. Druhou dávkou struskotvorných přísad došlo k dalšímu nárůstu na hodnoty 8,1 a 9,2. Tyto strusky lze označit pro obě jakosti ocelí jako silně zásadité, a to již na začátku mimopecního zpracování oceli. Dále byla stanovena tzv. široká bazicita - B2, která bere v úvahu další oxidy ve strusce. Vliv bazicity pro ocel St52-3 představuje obr. 3a. V tomto případě dosahuje počáteční struska bazicity 1,55 a 1,78. Po přídavku druhé dávky struskotvorných přísad došlo k mírnému růstu bazicity, a to na hodnoty 2,03 a 1,95.

9 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Výroba oceli Steel Making a) ocel St52-3 b) ocel S34MnV Obr. 2 Závislost stupně odsíření na úzké bazicitě - B1 Fig. 2 Dependence of degree of desulphurization on the narrow basicity - B1 a) ocel St52-3 b) ocel S34MnV Obr. 3 Závislost stupně odsíření na široké bazicitě B2 Fig. 3 Dependence of degree of desulphurization on the wide basicity B2 a) ocel St52-3 b) ocel S34MnV Obr. 4 Závislost stupně odsíření na obsahu lehce redukovatelných oxidů - LRO Fig. 4 Dependence of degree of desulphurization on the content of easily reducible oxides ERO a) ocel St52-3 b) ocel S34MnV Obr. 5 Závislost stupně odsíření na vápenato-hlinitanovém podílu C/A Fig. 5 Dependence of degree of desulphurization on the calcium-aluminium ratio C/A 7

10 Výroba oceli Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Steel Making ISSN a) ocel St52-3 b) ocel S34MnV Obr. 6 Závislost stupně odsíření na Mannesmannově indexu MM (sulfidický faktor) Fig. 6 Dependence of degree of desulphurization on the Mannesmann s index MM (sulphide factor) a) ocel St52-3 b) ocel S34MnV Obr. 7 Závislost stupně odsíření na aktivitě kyslíku v oceli a [O] Fig. 7 Dependence of degree of desulphurization on the oxygen activity in steel a [O] Výsledky pro ocel S34MnV představuje obr. 3b. Zde počáteční struska dosahuje bazicity 1,59 a 1,95. I v tomto případě dochází k mírnému růstu bazicity na hodnoty 2,09 a 1,95, a to po přídavku druhé dávky struskotvorných přísad na pánvové peci LF. Z obr. 2 a 3 je pro obě jakosti ocelí také patrné, že dochází k postupnému poklesu stupně odsíření při růstu bazicity. Tento trend lze vysvětlit vlivem vyšších obsahů CaO ve strusce, což vede k jejímu zahuštění, snížení rafinační schopnosti a dosažení nižších stupňů odsíření. Z obr. 2 a 3 je také zřejmé, že zpracováním na pánvové peci LF došlo k úplnému rozpuštění struskových směsí spolu s úpravou chemického složení, což se projevilo nárůstem bazicity B1 a B2 a napomohlo vyššímu stupni odsíření oceli. Tento trend je patrný i z dosaženého stupně odsíření pro obě jakosti ocelí, jak je vidět na obr. 2 a 3. Další sledovaný parametr představuje obsah lehce redukovatelných oxidů - LRO. V tomto případě byl u oceli St52-3 z obr. 4a zjištěn počáteční výskyt oxidů v obsazích 1,68 a 1,2 hm. % pro obě ztekucovadla. Výsledky pro ocel S34MnV představuje obr. 4b a zde dosáhly počáteční obsahy hodnot 2,74 a 1,08 hm. %. Lze předpokládat, že určité množství uvedených oxidů je dáno proteklou pecní struskou z EOP (FeO, MnO, P 2 O 5 ) a část těchto oxidů jsou produkty dezoxidace a propalu legur (MnO, Cr 2 O 3 ). Případy zvýšených obsahů lehce redukovatelných oxidů byly zjištěny u obou jakostí ocelí, avšak u oceli S34MnV a použití ztekucovadla A je tento trend výrazný. Z obr. 4 pro obě jakosti ocelí a ztekucovadla strusky je však patrný pokles obsahu lehce redukovatelných oxidů, což lze vysvětlit jejich redukcí hliníkem a karbidem vápníku přidávaným na pánvové peci LF v průběhu zpracování. V tomto případě bylo dosaženo redukce uvedených oxidů pro ocel St52-3 na obsahy 1,14 a 0,67 hm. % a pro ocel S34MnV na obsahy 1,40 a 0,77 hm. %. Tato úprava chemického složení strusek na pánvové peci LF umožnila dosáhnout vysokého stupně odsíření ETA S LF-VD/VCD (86 % až 90 %) a podpořila hluboké odsíření oceli (S Max hm. %) pro obě jakosti ocelí při použití obou ztekucovadel A i B. Následně byl zkoumán parametr představující vápenatohlinitanový podíl - C/A. Optimální hodnota tohoto parametru by měla být vyšší než 2,0, protože v rafinační strusce jsou požadovány vyšší obsahy Al 2 O 3, a to > 25 hm. %. V případě oceli St52-3, jak je vidět na obr. 5a, bylo zjištěno, že při odpichu a během převozu na pánvovou pec LF bylo dosaženo hodnot 1,83 a 2,03. Z obr. 5b pro ocel S34MnV vyplývá, že pro stejnou technologickou operaci byly dosaženy obdobné hodnoty 1,94 a 2,11. Tyto hodnoty představují spodní hranici optimálního podílu (C/A), který byl vytvořen první dávkou struskotvorných přísad, přičemž jednotlivé složky nemusí být ještě zcela rozpuštěny. 8

11 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Výroba oceli Steel Making Z obr. 5 také vyplývá, že na konci mimopecního zpracování (na zařízeních LF a VD/VCD) tyto hodnoty stoupají pro ocel St52-3 na 2,42 a 2,28 a pro ocel S34MnV na 2,50 a 2,25. Tento nárůst je způsoben druhou dávkou struskotvorných přísad a rozpuštěním jednotlivých složek strusky na pánvové peci LF. Z tohoto vývoje je zřejmé, že v průběhu mimopecního zpracování (na zařízeních LF až VD/VCD) došlo k cílené úpravě chemického složení strusek pro dosažení optimálního podílu CaO/Al 2 O 3 (C/A) podporujícího rafinační a odsiřovací schopnosti struskových směsí. Další sledovaný parametr je Mannesmannův index (tzv. sulfidický faktor), přičemž optimální hodnota uvedeného parametru by se měla pohybovat v rozmezí 0,15 až 0,30. Z obr. 6 pro obě jakosti ocelí vyplývá, že částečným rozpuštěním první dávky struskotvorných přísad v licí pánvi dosahují ztekucovadla pro ocel St52-3 hodnot 0,22 a 0,26 a pro ocel S34MnV hodnot 0,21 a 0,29. Z obr. 6 je však zřejmé, že přídavek dalších struskotvorných přísad na počátku zpracování na pánvové peci LF se projevil nárůstem hodnot pro ocel St52-3 na 0,35 a 0,34 a pro ocel S34MnV na 0,34 a 0,35. Tyto hodnoty představují horní hranici Mannesmannova indexu. Při sledování tohoto parametru, jak je vidět na obr. 6, se projevil pokles stupně odsíření s rostoucím Mannesmannovým indexem, což souvisí se zvýšeným zahuštěním rafinační strusky. Posledním sledovaným parametrem je aktivita kyslíku v oceli, která představuje důležitý termodynamický parametr ovlivňující odsíření oceli. Z dosažených výsledků na obr. 7 je patrné, že při odpichu a během převozu na pánvovou pec LF bylo dosaženo pro ocel St52-3 hodnot aktivity kyslíku v oceli 5,8 a 4,4 ppm a pro ocel S34MnV hodnot 10,5 a 5,4 ppm. Z obr. 7 je také zřejmé, že dochází k určitému rozptylu hodnot aktivity kyslíku v oceli, přičemž vyšší hodnoty naznačují, že nedošlo k dostatečně hluboké dezoxidaci oceli. Tyto případy byly zjištěny u obou jakostí ocelí, avšak u oceli S34MnV a použití ztekucovadla strusky A je tento trend výrazný. Z obr. 7 pro obě jakosti ocelí a ztekucovadla A i B je však patrný pokles aktivity kyslíku pro ocel St52-3 na hodnoty 3,9 a 3,5 ppm a pro ocel S34MnV na hodnoty 9,0 a 5,7 ppm. Tento pokles lze vysvětlit použitím dezoxidačních činidel přidávaných na pánvové peci LF na počátku zpracování. V tomto případě je vhodné upozornit na nižší pokles aktivity kyslíku v oceli jakosti S34MnV, což je způsobeno technologií výroby EOP LF VCD, kdy není prováděna hluboká srážecí dezoxidace oceli. Z dosažených provozních výsledků získaných v ocelárně VHM a.s. lze konstatovat, že vyvinuté ztekucovadlo B firmy JAP TRADING, s.r.o. je srovnatelné se standardně používaným ztekucovadlem A, a to na základě hodnocení struskového režimu v licí pánvi pomocí výsledků odsíření oceli dle stupně odsíření a dalších sledovaných 9 parametrů. Lze konstatovat, že ztekucovadlo B představující briketovanou směs druhotných korundových surovin může plnohodnotně nahradit ztekucovadlo A tvořené sintrovanou směsí přírodních surovin. Tyto provozní výsledky také prokázaly možnost použití vyvinutého ztekucovadla B při odlišné technologii výroby oceli v podmínkách VHM a.s. Závěr V provozních podmínkách ocelárny VHM a.s. byla provedena série experimentálních taveb s použitím dvou typů ztekucovadel A a B při výrobě oceli jakosti St52-3 a S34MnV s cílem posoudit účinnost odsíření oceli pomocí dosažených stupňů odsíření a vybraných parametrů strusky v průběhu mimopecního zpracování oceli (na zařízeních LF až VD/VCD). Na základě dosažených výsledků provozních experimentů lze definovat následující poznatky: o při technologické operaci odpich a převoz na pánvovou pec LF byl zjištěn nízký stupeň odsíření - ETA S LP. Pro ocel St52-3 byly dosaženy hodnoty 19 % (ztekucovadlo A) a 23 % (ztekucovadlo B). Pro ocel S34MnV byly dosaženy hodnoty 21 % (ztekucovalo A) a 28 % (ztekucovadlo B), což je dáno relativně krátkou dobou trvání této operace a situací, že ne všechny struskotvorné přísady jsou dostatečně rozpuštěny. o při následující operaci na zařízeních LF až VD/VCD byl zjištěn několika násobný nárůst stupně odsíření - ETA S LF-VD/VCD vůči odsíření během odpichu do licí pánve. Pro ocel St52-3 byly dosaženy hodnoty 90 % (ztekucovalda A i B). Pro ocel S34MnV byly dosaženy hodnoty 87 % (ztekucovadlo A) a 88 % (ztekucovadlo B). o celkový stupeň odsíření ETA S pro ocel St52-3 dosahoval hodnot 92 % (ztekucovadla A i B) a u oceli S34MnV byly dosaženy hodnoty 89 % (ztekucovadlo A) a 92 % (ztekucovadlo B). o na základě dosažených hodnot bazicit B1 lze vytvořené strusky v licí pánvi zařadit do skupiny silně a dle bazicity B2 do středně bazických strusek. Druhým přídavkem struskotvorných přísad dochází k dalšímu růstu bazicity a cílené úpravě chemického složení strusky v licí pánvi, což napomáhá k dosažení hlubokého odsíření oceli. o na základě výsledků obsahu lehce redukovatelných oxidů - LRO byly zjištěny průniky pecní strusky do licí pánve. Dále byl potvrzen pozitivní vliv redukce uvedených oxidů přídavky hliníku a karbidu vápníku na pánvové peci LF, což se projevilo poklesem obsahů sledovaných oxidů. o dle výsledků vápenato-hlinitanového podílu bylo zjištěno, že první dávkou struskotvorných přísad (vápno a testované ztekucovadlo) byly dosaženy hodnoty cca 2,0 pro obě jakosti ocelí. Dosaženou hodnotu 2,0 lze již považovat za spodní hranici optimálního pásma podílu

12 Výroba oceli Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Steel Making ISSN C/A. Přidáním druhé dávky (vápno a hliník) byla hodnota dále zvýšena v rozsahu 2,2 až 2,5. o z dosažených hodnot Mannesmannova indexu vyplývá, že testovaná ztekucovadla A i B použitá u dvou odlišných jakostí ocelí se pohybují v optimálním rozmezí 0,15 až 0,30, přičemž druhou dávkou struskotvorných přísad je dosažena horní optimální hranice 0,35. o z výsledků aktivity kyslíku v oceli bylo zjištěno, že prvotní dávkou dezoxidačních přísad během odpichu dochází ke snížení aktivity kyslíku z hodnot cca ppm naměřených na EOP těsně před odpichem na hodnoty cca 5 až 10 ppm naměřených na počátku zpracování oceli na LF. Následným mimopecním zpracováním na zařízeních LF až VD/VCD dochází k dalšímu snížení přídavkem dezoxidačních činidel pro dosažení hlubokého odsíření oceli (S Max. 0,005 hm. %) pro obě jakosti ocelí při použití obou ztekucovadel A i B. o ztekucovadlo B představující briketovanou směs druhotných korundových surovin může plnohodnotně nahradit ztekucovadlo A tvořené sintrovanou směsí přírodních surovin. V další fázi výzkumu ztekucovadel a jejich vlivu na vytvoření rafinační strusky bude pozornost zaměřena na potvrzení těchto provozních výsledků při výrobě odlišných značek ocelí. Poděkování Práce vznikla v rámci řešení programu MPO-TIP projektů reg. číslo FR-TI2/319, FR-TI1/240 a FR-TI1/351. Literatura [1] SOCHA, L., BAŽAN, J., STYRNAL, P. Research and development concept of fluxing agents based on corundum raw materials for secondary metallurgy. In. Acta Metallurgica Slovaca Conference. 2010, s ISSN [2] CHATTERJEE, A., GHOST, A. Ironmaking and Steelmaking: Theory and Practice. PHI Learning Private limited, 2008, 472 p. ISBN [3] FRUEHAN, R.J., et al., The Making, Shaping and Treating of Steel. 11 th Edition Steelmaking and Refining Volume, Pittsburgh: AISE Steel Foundation, 2010, 768 p. ISBN [4] SOCHA, L., BAŽAN, J., MACHOVČÁK, P., OPLER, A., STYRNAL, P., MELECKÝ, J. Vliv briketovaných ztekucovadel na odsíření oceli při mimopecním zpracování. Hutnické listy, 2012, roč. LXV, č. 2, s ISSN [5] Firemní stránky VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s., poslední revize Dostupný z WWW: < [6] BUĽKO, B., KIJAC, J., DOMOVEC, M. Optimalization Slag Composition in Ladle Furnace Considering to Effective Steel Desulfurization. Acta Metallurgica Slovaca, 2009, vol. 15, No. 2, p ISSN [7] ALLIBERT. A., et al. Slag atlas. 2 nd Edition, Düsseldorf: Verein Stahleisen GmbH, 1995, 616 p. ISBN Recenze: Ing. Jaroslav Březina Ing. Ludvík Martínek, Ph.D. Rozšíření turecké huti Habaş orders caster and hot strip mill. Metal Plant Technology International 2012, č. 8, s. 24 a 25, Turecká firma Habaş A. S. objednala u firmy SMS Siemag dodávku zařízení pro plynulé odlévání bram a teplou širokopásovou trať. Nové zařízení se instaluje v závodě v Aliaga na pobřeží Aegean a jeho uvedení do provozu je plánováno na konec roku Tímto projektem firma Habaş se stane dodavatelem plochých výrobků. Zařízení pro plynulé odlévání je dvouproudé vertikálního typu se zahnutým krystalizátorem. Krystalizátor je vybaven rezonančním oscilátorem a dynamickým nastavováním segmentů. Využívá se technologie malé redukce. Roční výrobností kontilití je 2,5 mil. t. Budou se na něm vyrábět bramy o tloušťce 200 a 225 mm při šířce od 1000 do 2100 mm. Válcovací trať bude v prvé etapě postavena na výrobu 2,5 mil. t/r. Bude tvořena předválcovací vratnou stolicí kvarto s vertikálními válci, navíječkou, nůžkami pro ostřih konců, sedmistolicovým hotovním pořadím s regulací profilu pásu typu CVC plus, laminárním chlazením, dvěma navíječkami a dopravníkem svitků s inspekční linkou. Výkon trati bude možné postupně zvedat až na 4,5 mil. t/r. Šířka válcovaného pásu se bude pohybovat od 700 do 2100 mm, tloušťka bude od 1,2 do 25,4 mm. Válcovat se budou uhlíkové i vícefázové oceli včetně ocelí na svařované trubky v třídě pevnosti X80. LJ 10

13 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Materiálové inženýrství Material Engineering Heterogenní ocelový pancíř Heterogeneous Steel Armour materiálové inženýrství Ing. Milan Adamec, doc. Ing. Miroslav Pospíchal, CSc., Ing. Jiří Sukáč, Univerzita obrany v Brně, Fakulta vojenských technologií Ochrana vojenských zařízení, prostředků a živé síly je pro AČR (Armádu české republiky) prioritou. Stanovení požadavků na odolnost použitých materiálů je prováděno v souladu s platnými vojenskými standardy, především NATO AEP-55 STANAG 4569 [1]. Vhodnou volbou a zpracováním materiálů lze zajistit požadovanou tvrdost s přiměřenou houževnatostí, vysokou teplotní odolnost, snížení výrobní náročnosti a především snížení hmotnosti daného pancíře. Nalezení a optimalizace vhodného a technologicky možného zpracování materiálu pancéřové ochrany na bázi oceli je náplní tohoto článku. Přídavné pancíře jsou vyráběny z široké škály materiálů, od ocelí až po keramiku, a podle zvoleného materiálu je dosahováno stupně balistické odolnosti. V článku je uveden návrh materiálu a technologie tepelného zpracování ocelového přídavného pancíře tloušťky 4,0 mm v kombinaci se základním ocelovým pancířem vyrobeným z oceli Armox 500 T o tloušťce 6,0 mm s požadavkem na odolnost proti náboji 7,62 x 39 se střelou AP-IBZ. Obecně je známo, že balistická odolnost uvedené sestavy je zaručena, pokud tvrdost přídavného pancíře dosáhne minimální hodnoty 540 HBW a současně musí být splněn požadavek na houževnatost, která zaručí, že při zásahu nedojde ke křehkému porušení a destrukci celé pancéřové desky. Tyto protichůdné požadavky mohou být splněny vytvořením heterogenní ocelové pancéřové desky tvořené bainitickou strukturou s proměnným obsahem uhlíku. Vyhodnocení vlastností materiálu po provedeném tepelném zpracování bylo provedeno standardními metodami materiálového výzkumu a doplněno ostřelovací zkouškou. Pro experimenty byly jako polotovar použity desky o rozměru 500 x 500 mm a tloušťce 4,0 mm z komerčně dodávané oceli ARMOX 500T. The protection of military facilities and resources and live forces is for the army of the Czech Republic (ACR) of the highest priority. Determination of requirements for resistance of the materials is carried out in accordance with the applicable military standards, in particular NATO AEP-55 STANAG 4569 [1]. A suitable choice and processing of materials can ensure the desired hardness with adequate toughness, high temperature resistance, reduction of production cost and, above all, can to reduce the weight of the armour. Finding and optimizing the appropriate and technologically possible processing of the armour protection material based on steel is the subject of this article. Additional armours are produced from a wide range of materials, from steel to ceramics, and according to the selected material the degree of ballistic resistance is achieved. The article contains a proposal for material and technology of heat treatment of additional steel armour with thickness of 4.0 mm, in combination with the basic steel armour made from steel Armox 500 T 6-0 mm thick with the requirement for resistance against the cartridge 7.62 x 39 with missile AP-IBZ. Generally, it is known that the ballistic resistance referred to the presented armour configuration is guaranteed, if the hardness of additional armour reaches the minimum value of 540 HBW at fulfilment of requirement to toughness, which guarantees that at the hit no brittle failure and destruction of whole armoured plate will occur. These contradictory requirements can be met by creating a heterogeneous steel armoured plates consisting of bainitic structure with variable carbon content. Evaluation of the characteristics of the material after the heat treatment has been carried out by standard methods of material research and it was accompanied by the firing test. For the experiments the plates with dimensions 500 x 500 mm and thickness of 4.0 mm from commercially supplied steel ARMOX 500T were used as a staple. 11

14 Materiálové inženýrství Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Material Engineering ISSN Možné ohrožení vojenské i civilní techniky, či jiných cílů, je v dnešní době s ohledem na probíhající konflikty a teroristické akce relativně vysoké. Ve většině případů se s mírou tohoto ohrožení počítá, a proto se vlastnosti materiálů používaných pro pancéřovou ochranu stále zlepšují tak, aby příslušná míra rizika při konkrétním uplatnění v praxi byla co nejmenší. V případě, že je požadavek na hladinu balistické ochrany proměnný podle podmínek nasazení (požadovaný dojezd, plavba atd.) a konstrukční uspořádání vozidla to umožňuje, je pro zvýšení balistické ochrany používáno přídavné pancéřování. Příklad sestavy s přídavným pancéřováním je uveden na obr. 1. tepelným zpracováním, které bylo zvoleno tak, aby na straně nástřelu zajistilo dostatečnou tvrdost povrchové vrstvy pancíře a současně zabránilo křehkému porušení a plošné destrukci pancíře po zásahu střelou. Návrh a optimalizace technologie tepelného zpracování, který vychází z prací prof. Bhadeshii [2] je náplní tohoto článku. 1. Experiment Legující prvky jako chróm, nikl a další, jejichž vliv je v modelu zohledněn, snižují aktivitu uhlíku v tuhém roztoku, zvyšují stabilitu přechlazeného austenitu a posouvají tak rozpadové křivky k delším časům. Klesající obsah uhlíku od povrchu potom ovlivňuje teploty Ms a Mf tak, že je posouvá k vyšším hodnotám a snižuje stabilitu austenitu. ADDITIONAL ARMOUR Obr.1 Sestava přídavného pancéřování Fig. 1 Additional armour configuration BASIC ARMOUR Protože použití sestavy se základním pancířem z oceli ARMOX 500T, (která byla zvolena na základě zkušeností s výrobou vojenské techniky) a přídavného pancíře ve vzdálenosti 15 mm z homogenní termomechanicky zpracované oceli (ARMOX 500T, ARMOX 600T nebo SECURE 600) nesplňuje při snížení hmotnosti požadavek na balistickou odolnost a různé typy duálních pancířů, případně pancíře na bázi keramiky, nesplňují ekonomické hledisko a také v určitých případech i dostupnost, byla pro výrobu přídavného pancíře zvolena cesta modifikace komerčně dodávané pancéřové oceli izotermickou transformací na bainitickou strukturu s požadovanou tvrdostí vyšší než 540 HBW a dostatečnou odolností proti křehkému porušení. Difúzní tok uhlíku závisí především na hodnotě difúzního koeficientu a na koncentračním gradientu. Stabilita austenitu je především ovlivněna vzájemnou interakcí legujících prvků, velikostí zrna austenitu, podílem nerozpuštěných sekundárních částic, čistotou materiálu, specifikou hutních pochodů a dalšími vlivy. Zpravidla je jako proměnná uvažováno chemické složení oceli, velikost zrna austenitu a v některých případech podmínky austenitizace. Stabilita austenitu oceli v průběhu tepelného zpracování představuje problém v procesu volby materiálu konkrétní součásti. Požadavky na pevnost a houževnatost včetně zahrnutí deformačních charakteristik materiálu a způsobu namáhání jsou základem pro volbu materiálu pancíře s odpovídající tvrdostí bainitu a definování hloubky pod povrchem, ve které bude požadovaný podíl bainitu zaručen. Pancéřová ocel ARMOX 500T ve strukturním stavu po termomechanickém zpracování, o chemickém složení a mechanických vlastnostech udávaných výrobcem, uvedených v tab. 1, byla použita jako polotovar pro další tepelné zpracování. Tab.1 Chemické složení a mechanické vlastnosti materiálu ARMOX 500T (hm.%) [3] Tab. 1 Chemical composition (wt. %) and mechanical properties of the steel ARMOX 500T Tabled chemical composition of ARMOX 50T steel(wt. %) ocel C Mn Si Ni Cr P S ARMOX 500T Mechanické vlastnosti Mechanical properties S ohledem na aplikace přídavných pancířů při balistické ochraně vojenské techniky byl jako základní tvar polotovaru přídavného pancíře zvolen plech Rm (MPa) Rp 0,2 (MPa) A 5 (%) Tvrdost HBW o rozměrech 500 x 500 mm a tloušťce 4,0 mm, vyrobený z komerčně dodávané oceli ARMOX 500 T Tato ocel byla jako polotovar zvolena z důvodu vysoké reprodukovatelnosti výchozích vlastností a její Tolerance tloušťky plechů do 13 mm je standardně strukturní stav byl modifikován dalším vlastním udávána + 0,8 mm. 12 max. 0,32 max. 1,20 max. 0,40 max. 1,80 max. 1,00 max. 0,015 max. 0,010

15 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Jak je uvedeno v práci [2] byla pro dosažení bainitické struktury (označované jako superbainit), vyhovující požadavkům balistické odolnosti, stanovena teplota izotermické transformace na maximální hodnotu 250 C pro chemické složení uvedené v tab. 2. Tab. 2 Chemické složení oceli pro izotermické zpracování (hm.%) Tab. 2 Chemical composition (wt. %) of steel for isothermal treatment C Mn Si Ni Cr V S 0,98 1,89 1,46-1,26 0,09 max. 0,50 Protože na trhu nejsou dostupné pancéřové plechy s obsahem uhlíku odpovídajícímu požadavku na chemické složení oceli použité pro pancíř se strukturou superbaintu a komerční konstrukční oceli nejsou pro použití v této oblasti vhodné, byl, jak bylo uvedeno, jako polotovar přídavného pancíře použit pancéřový plech z oceli ARMOX 500T, který byl chemicko tepelně upraven cementací. 2. Návrh obsahu uhlíku v cementované vrstvě Na základě chemického složení oceli použité pro pancíř se strukturou superbaintu, uvedeného v tab. 2, byl zkonstruován s využitím software TT Stel verze 2.1 diagram izotermického rozpadu austenitu, ze kterého byla určena teplota Ms a kritické teploty a časy rozpadu austenitu na nemartenzitické strukturní složky [4]. Teplota [ C] 1000,0 900,0 800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 IRA-diagram 0,00 0,010 1,00 100, Čas [s] Obr.2 Diagram IRA oceli použité pro pancíř se strukturou superbaintu. Fig. 2 IRA diagram of the steel used for the armour with superbainitic structure Materiálové inženýrství Material Engineering Pancéřová ocel ARMOX 500T byla zvolena i z toho důvodu, že obsah uhlíku je blízký cementačním ocelím a tak mohlo být bez úprav využito softwarové vybavení cementační linky a mohl být odhadnut průběh koncentrační křivky uhlíku po cementaci. Obsah legujících prvků vyhovuje požadovaným hodnotám a v ekonomicky tato ocel také vyhovuje. Teplota [ C] 1000,0 900,0 800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 IRA-diagram 100,0 0,010 1,00 100, Čas [s] Obr. 3 Diagram IRA pro chemické složení odpovídající 80% normovaných hodnot oceli ARMOX 500T. Fig. 3 IRA diagram for chemical composition corresponding to 80% of nominal value of the steel ARMOX 500T steel nominal value Z obr. 3 plyne, že daný stupeň legování posouvá bod odpovídající minimu na časové ose křivky Bs na souřadnice 39s při teplotě 392 C a čáry odpovídající teplotám Ms a Mf na hodnoty Ms = 338 C a Mf = C. Tato ocel tedy nesplňuje podmínku maximální hodnoty teploty Ms = 250 C. Protože hodnota teploty Ms je mimo vlivu dalších faktorů funkcí obsahu uhlíku byla pomocí software TT Stel verze 2.1 vypočtena závislost hodnoty teploty Ms na obsahu uhlíku pro konstantní obsah legujících prvků. Tento výpočet byl korigován empirickým vztahem závislosti teploty Ms na chemickém složení ve tvaru [5]: Ms = 512-(493 C)-(16,9 Ni)-(15 Cr)-(9,5Mo)+(217 C 2 )- (71,5C Mn)-(67,6 C Cr), kde koncentrace prvků je uvedena v (%hm.). Z obrázku 2 plyne, že daný stupeň legování posouvá bod odpovídající minimu na časové ose křivky Bs na souřadnice 214s při teplotě 450 C a čáry odpovídající teplotám Ms a Mf na hodnoty Ms = C a Mf = 80 0 C. Diagram IRA pancéřové oceli ARMOX 500T zkonstruovaný pro chemické složení odpovídající 80% normovaných hodnot je uveden na obr. 3. Obr. 4 Závislost teploty Ms na obsahu uhlíku Fig. 4 Dependence of the Ms temperature on the carbon content 13