g,- 221)2 S O ZELEZARSKI ZBORNI K Stran VSEBINA Arh Joža — Železarna Jesenice INFORMACIJA O MOŽNOSTI IZDELAVE NE-POMIRJENEGA JEKLA V ELEKTRIČNIH PEČEH................. 1 Arh Joža — Železarna Jesenice KAJ JE NEPOMIRJENO JEKLO IN KAKO GA VLIVAMO? ...............11 Cop Stanko — Železarna Jesenice MOŽNOSTI POVEČANE PRESKRBE S STARIM ŽELEZOM IZ DOMAČIH VIROV .... 19 K o r o u š i č Blaženko — Metalurški inštitut Ljubljana METALURŠKE REAKCIJE PRI PRETAUEVA-NJU KVALITETNIH JEKEL POD ŽLINDRO . 23 Exel Neža — Zavod za raziskavo materiala in konstrukcij KOROZIJSKA ODPORNOST CORTEN JEKLA . 31 Mesec Ivan, J. Markež — Železarna Jesenice ELEKTRODE PK 13/6, NOVI DODAJNI MATERIAL ZA VARJENJE FERITNO MARTENZIT-NIH JEKEL...............43 Brudar Božidar — Železarna Jesenice INTERPRETACIJA DIAGRAMOV......53 LETO 7 ŠT. 1 1973 ŽEZB BQ 7 (1) 1-64 (1973) J?DAJAJO 2ELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT VSEBINA Stran Arh Joža — Železarna Jesenice Informacija o možnosti izdelave nepomirje-nega jekla na električnih pečeh . . , . . 1 DK: 669.141.241.4:669.187.2 ASM/SLA: St-d; D-5 Arh Joža — Železarna Jesenice Kaj je nepomirjeno jeklo in kako ga vlivamo? 11 DK: 669.14.018.26 ASM/SLA: St-d, D9p Cop Stanko — železarna Jesenice Možnosti povečane preskrbe s starim železom iz domačih virov..............19 DK: 669.1 ASM/SLA: RM-p, A89 Koroušič Blaženko — Metalurški inštitut Ljubljana Metalurške reakcije pri pretaljevanju kvalitetnih jekel pod žlindro........23 DK: 669.187:669.014 ASM/SLA: D8n Exel Neža — Zavod za raziskavo materiala in konstrukcij Korozijska odpornost Corten jekla .... 31 DK: 620.191.2:669.14.018.821 ASM/SLA: R3r, SS Mesec Ivan, J. Markež — Železarna Jesenice Elektroda PK 13/6, novi dodajni material za varjenje feritno martenzitnih jekel .... 33 DK: 621.791.742.41 ASM/SLA: Kla Brudar Božidar — Železarna Jesenice Interpretacija diagramov . .......53 DK: 519.24 ASM/SLA: SL2 INHALT Seite Arh Joža — Železarna Jesenice Information uber die Moglichkeit der Erzeu-gung unberuhigter Stahle im Lichtbogenofen 1 DK: 669.141.241.4:669.187.2 ASM/SLA: St-d; D-5 Arh Joža — Železarna Jesenice Was ist unberuhigter StahI und wie man den giesst?................. DK: 669.14.018.26 ASM/SLA: St-d, D9p Cop Stanko — Železarna Jesenice Moglichkeit fiir eine bessere Versorgimg mit Schrott aus einheimischen Quellen .... 19 DK: 669.1 . ASM/SLA: RM-p, A89 Koroušič Blaženko — Metalurški inštitut Ljubljana Metallurgische Reaktionen beim Elektro-schlacke-Umschmelzen der Qualitatsstahle . 23 DK: 669.187:669.014 ASM/SLA: D8n Exel Neža — Zavod za raziskavo materiala in konstrukcij ' Korrosionsbestandigkeit des Corten Wetter-festen Stahles............31 DK: 620.191.2:669.14.018.821 ASM/SLA: R3r, SS Mesec Ivan, J. Markež — Železarna Jesenice Aufschweisselektrode PK 13/6 ein neuer Zusatzwerkstof£ fiir das Schvveissen ferri-tisch-martensitischer Stahle.......43 DK: 621.791.742.41 ASM/SLA: Kla Brudar Božidar — železarna Jesenice Deutung der Diagramme ......... 53 DK: 519.24 ASM/SLA: SL2 CONTENTS Page Arh Joža — Železarna Jesenice Information on possibiIity of manufacturing rimming steels in electric are furnace . 1 DK: 669.141.241.4:669.187.2 ASM/SLA: St-d; D-5 Arh Joža — Železarna Jesenice What is rimming steel and how it is čast? . 11 DK: 669.14.018.26 ASM/SLA: St-d, D9p Čop Stanko — Železarna Jesenice Possibility of better supplies of serap ii form domestic sources DK: 669.1 ASM/SLA: RM-p, A89 Koroušič Blaženko — Metalurški inštitut Ljubljana Metallurgical reactions in electroslag remelt-ing of quality steels....... DK: 669.187:669.014 ASM/SLA: D8n Exel Neža — Zavod za raziskavo materiala in konstrukcij Corrosion resistance of Corten steel ... 31 DK: 620.191.2:669.14.018.821 ASM/SLA: R3r, SS Mesec Ivan, J. Markež — železarna Jesenice Electrode PK 13/6 new adding material for welding ferrite-martensitic steels.....43 DK: 621.791.742.41 ASM/SLA: Kla Brudar Božidar — Železarna Jesenice Interpretation of diagrams .... DK: 519.24 ASM/SLA: SL 2 COAEPHCAHHE Arh Joža — Železarna Jesenice HH(j>OpMaUHfl o B03M05KH0CTH npOH3BOACTBa KHnameft ctsah b 3AeKTpoAyroBofi neiH. . . DK: 669.141.241.4:669.187.2 ASM/SLA: St-d; D-5 Arh Joža — Železarna Jesenice *Ito Tanoe KHnumas cTaAb h KaK bcaStch ee pa3AHBKa? ............ DK: 669.14.018.26 ASM/SLA: St-d, D9p Čop Stanko — Železarna Jesenice Bo3mo>khocti> VBeAHneHHfl cnaS/KenHii c cKpa- HOM H3 AOMaiUHHX HCTOMHHKOB...... DK: 669.1 ASM/SLA: RM-p, A89 Koroušič Blaženko — Metalurški inštitut Ljubljana MeTaAAyprHHecKHe peaKium npu nepenAaBKH KaeppHTHO-MapTeH3HTHOH CTaAH................43 DK: 621.791.742.41 ASM/SLA: Kla Brudar Božidar — Železarna Jesenice HHxepnpeTaqHH AnarpaMMOB.......53 DK: 519.24 ASM/SLA: SL 2 ZELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LETO 7 LJUBLJANA MAREC 1973/ŠT. 1 Joža Arh, dipl. inž. DK: 669.141.241.4 : 669.187.2 Železarna Jesenice* ASM/SLA: St-d; D-5 Informacija o možnosti izdelave nepomirjenega jekla v električnih obločnih pečeh V jeseniški železarni pravkar načrtujejo novo jeklarno. SM peči so dotrajane in proizvodnja na skrajni meji rentabilnosti. Bodoči jeklarski agregati bodo po vsej verjetnosti električne peči. Ker v našem sedanjem proizvodnem programu precejšen del zavzema tudi nepomirjeno jeklo, se moramo vprašati, če bomo iz bodoče jeklarne, ki naj bi imela le električne peči, lahko dobivali tudi nepomirjeno jeklo. Poskusi, ki jih obravnavamo v tem poročilu, naj dajo odgovor na to vprašanje. UVOD Največji del v svetovni proizvodnji jekla zavzema nepomirjeno jeklo, in to predvsem zaradi visokega izkoristka in dobre površine. Najustreznejše peči za izdelavo nepomirjenega jekla so martinov-ke in konvertorji. Električne peči so primerne predvsem za izdelavo pomirjenega jekla. V preteklem desetletju, ko je začela proizvodnja SM jekla hitro upadati, predvsem zaradi hitre ekspanzije LD jekla, pa so del te proizvodnje prevzele električne peči, ki se ponekod zelo hitro širijo in iz kvalitetne proizvodnje prehajajo vedno bolj v proizvodnjo masovnega jekla kot n. pr. konstrukcijska jekla, jekla za elektro pločevino, betonsko železo in podobno. O proizvodnji nepomirjenega jekla na električnih pečeh v strokovni literaturi ni mogoče najti nobenih poročil, čeprav so znani posamezni primeri take proizvodnje. Izdelava poizkusnih šarž Vse šarže smo izdelali na 60-tonski Lectromelt peči. Potem ko je bila šarža raztaljena in je bila znana sestava jekla, smo šaržo ogreli na 1600° C in jo z enim ali dvema presledkoma spihali s kisikom na 0,10 do 0,07 % C. Vmes smo dodajali apno zaradi tvorjenja primerno bazične žlindre in odžveplanja, ker je v nasprotju z dvožlindrnim * Predavanje na metalurškem srečanju v Portorožu od 12. do 13. oktobra 1972. procesom, kjer je oksidacija hitra in intenzivna, žveplo treba odstraniti že med oksidaicjo. Ker je odžveplanje poleg zadostne koncentracije prostega CaO in temperature tudi funkcija časa, je običajno takšna oksidacija daljša, odvisno pač od vsebnosti žvepla ob raztalitvi in zahtevanega končnega žvepla. Ko smo dosegli predpisano sestavo, v našem primeru od 0,07 do 0,10 % C in pod 0,040 % S in potrebno temperaturo jekla 1640° C, smo šaržo odlili v ponev. V ponev smo dodali tudi potrebni FeMn za korekturo mangana. Izdelava nepomirjenega jekla je torej povsem preprosta. Važno pri tem je le, da je prehodna odprtina primerno majhna, tako da se jeklo in žlindra pri prehodu ne moreta mešati. Proizvodnja nepomirjenega jekla je lahko, ob dobrem vložku in pri ugodni prvi analizi — ob raztalitvi, zelo hitra. Izdelavo jekla v fazi oksidacije kaže slika 1. Slika 2 pa prikazuje vlivanje nepomirjenega jekla z značilnim iskrenjem pri kuhanju. Pregled izdelanih šarž kaže naslednja tabela: Iz tabele je razvidno, da so bile šarže izdelane pri različnih pogojih t. j. od mehke raztalitve z 0,09 % C pri šarži 14 4852 in 14 5015 do trde pri šarži 14 4909 z 1,08 % C. Tudi končne analize kažejo, da je bila sestava jekla po livnih ploščah različna, in sicer se je ogljik gibal od 0,06 do 0,11 %. FeO je bilo v žlindri pri osem šaržah okrog 10 %, pri dveh pa okrog 22 %. Odgovarjajoče sestavi jekla in žlindre je bilo tudi kuhanje jekla v kokilah. Pri večini šarž je bilo kuhanje razmeroma slabo. Vendar se je dalo vse šarže zelo lepo vliti. Vsebnost kisika v jeklu je bila ravno zadostna, da se je vsaka šarža praktično vlila sama in ni bilo treba dodajati niti aluminija za vezanje kisika niti pospeševalcev kuhanja za boljše kuhanje v kokili. šarži 14 4909 in 14 4931 pa sta zaradi načina izdelave pihanja na nižji ogljik, višji FeO v žlindri, ker žlindre nismo posnemali, vsebovali znatno več kisika (glej tabelo 1) in sta se pri vlivanju obnašali tako kakor Tabela 1: Sestava j e k 1 a v % Št. šarže ob raztalitvi pred prebodom ppm temp. iz curka pri vlivanju (ppm) C Mn P S C Mn S FeO o2 °C C Mn P S Cr Cu Ni n2 o2 14 4829 0.36 0.19 0.016 0.054 0.10 0.21 0.030 10.45 423 1640 0.07 0.08 0.35 0.010 0.032 0.08 0.22 0.09 — 325 14 4852 0.09 0.15 0.009 0.070 0.10 0.28 0.027 10.6 344 1635 0.09 0.10 0.40 0.014 0.037 0.11 0.20 — 55 276 14 4909 1.08 0.23 0.029 0.043 0.06 0.13 0.030 21.8 536 1645 0.07 0.06 0.35 0.005 0.029 0.11 0.17 0.15 48 434 14 4931 14 4937 0.32 0.61 0.29 0.37 0.006 0.020 0.026 0.050 0.06 0.09 0.23 0.40 0.018 0.025 22.0 9.05 520 352 1640 1640 0.07 0.11 0.10 0.27 0.36 0.005 0.013 0.017 0.033 0.05 0.17 0.15 0.20 0.06 0.07 37 49 452 265 274 14 5011 0.63 0.14 0.023 0.048 0.07 0.19 0.042 10.17 595 1650 0.06 0.05 0.37 0.010 0.037 0.08 0.22 0.07 54 438 14 5013 14 5015 0.33 0.05 0.30 0.05 0.006 0.008 0.037 0.042 0.08 0.12 0.28 0.27 0.023 0.032 9.16 14.4 453 495 1640 1650 0.08 0.06 0.34 0.27 0.007 0.006 0.025 0.025 0.06 0.04 0.22 0.22 0.06 0.08 56 63 298 311 432 14 5017 0.60 0.47 0.022 0.037 0.08 0.31 0.029 10.7 492 1645 0.08 0.32 0.006 0.023 0.11 0.20 0.09 47 374 14 5021 0.42 0.19 0.014 0.042 0.06 0.18 0.038 11.3 — 1645 0.06 0.07 0.35 0.009 0.032 0.14 0.20 0.08 49 — 14 5027 0.50 0.20 0.019 0.039 0.10 0.19 0.035 9.5 — 1650 0.06 0.30 0.006 0.031 0.09 0.28 0.09 46 — Pregled izdelanih šarž nepomirjenega jekla kvalitete C 0146 in C 0147 Slika 1 Izdelava jekla — oksidacija Slika 2 Vlivanje nepomirjenega jekla z značilnim iskrenjem pri kuhanju običajne martinarske šarže. Kuhanje je bilo ves čas vlivanja izredno močno in je v zgornji polovici prešlo v penjenje, tako da je bilo treba kisik v jeklu znižati z dodajanjem aluminija v curek jekla (do penjenja pride takrat, kadar je kisika v jeklu toliko, da kuha po celem preseku bloka in ne le v coni strjevanja ob stenah kokile.) Vse šarže smo vlili od spodaj — sifonsko, z razmeroma majhno hitrostjo dviganja jekla, ki je bilo v mejah od 14 do 20 cm/min, le na treh livnih ploščah je bila hitrost večja od 20 cm/min. Teža enega bloka znaša 4800 kg, format kokile 650 mm kvadrat, na eni livni plošči pa vlivamo po štiri bloke naenkrat. Razen štirih blokov pri šarži 14 4909, ki smo jih po izkuhavanju pokrili, smo vse druge po 5 do 10-minutnem kuhanju blokirali z aluminijem. PREISKAVE IN REZULTATI Gibanje kisika v peči, v ponvi in v gredicah pri elektro in SM jeklu O vlivanju nepomirjenega jekla je bilo v strokovni literaturi objavljenih že mnogo fundamen-talnih raziskav. Kljub temu predstavlja vlivanje in strjevanje nepomirjenega jekla še danes neke vrste neobvladano umetnost, od katere sta odvisni tako čistoča jekla kakor tudi kvaliteta površine. Kakovost nepomirjeno vlitega jekla je v veliki meri odvisna od fizikalno kemijskih procesov med strjevanjem v kokili. Najbolj važno pri tem je »kuhanje« taline, ki je posledica medsebojnega delovanja ogljika in kisika v jeklu. Zato da lahko izdelamo kvalitetno neoporečno jeklo, mora biti pri danem ogljiku toliko kisika v jeklu, da je zagotovljeno dobro kuhanje. Vsebnost kisika v jeklu v kokili pa je odvisna od fizikalno kemijskih reakcij v celotnem procesu izdelave jekla, to je od reakcij v peči, med odlit-jem v ponev in med vlivanjem in je zaradi različnih pogojev med izdelavo od šarže do šarže različna. Ko smo se odločali za poskuse izdelave nepomirjenega jekla na električni peči, je bila prav do tedaj ne dovolj poznana vsebnost kisika v jeklu v peči in v curku pri vlivanju tista zavora, ki nam je jemala pogum za prvi poskus. Z namenom dobiti potrebne podatke o vsebnosti kisika, smo pri izdelavi nizkoogljičnih jekel najprej določali kisik pri približno enaki sestavi kot jo ima jeklo C 0147. Že ti podatki so pokazali in rezultati poskusnih šarž so potrdili, da je proizvodnja nepomirjenega jekla možna tudi v električnih pečeh. Slike 3, 4 in 5 prikazujejo vsebnost kisika, kako je odvisen od ogljika v jeklu v peči, v curku jekla med vlivanjem in v bloku, oziroma v gredici, za SM in elektro jeklo v primerjavi z rezultati nekaterih tujih avtorjev. Iz slike je razvidno, da se naši rezultati dovolj dobro ujemajo z rezultati tujih avtorjev (1,2,3) in da je vsebnost kisika v jeklu, ki je izdelano v električni peči, približno enaka, oz. nekoliko nižja kakor pa vsebnost kisika v jeklu, ki je izdelano v SM peči. To velja pred- Slika 3 Vpliv ogljika na vsebnost kisika v jeklu v peči IZ PEČI Q25do 0,45 V*Mn OGLJIK V % ▲ Rl. Jackson O W. Hess # Langhamer □ Sm jeklo ■ Elektro jeklo | Lastni rezultati s i * 3 <0 IZ CURKA JEKLA PRI VLIVANJU Q25 DO 0/15'/.Mn \ \ ° a a a a a a a a \ \ \ u a '4 " a \ \ S.^1 Sol . 0 ' -s v s af „| j o a a D k« .sfrj 'o PO. ° ° o-gNfi o O o Kh o □ oo a o ^ ---_- ▲ O □ ao4 Rl. Jackson W. Hess Langhamer Sm jeklo Elektro jeklo o.oe OGUIK V % Q16 j Lastni rezultati Slika 4 Vpliv ogljika na vsebnost kisika v curku jekla pri vlivanju ve globine mehurjev kažejo, da le-ta ni toliko odvisna od intenzivnosti kuhanja, pač pa predvsem od hitrosti vlivanja, kar je razvidno iz tabele 2. (dia 939). Tabela 2 Šarža Sestava C Mn S ppm O, hitrost globine mehurjev cm/min. v mm Q20 14 4829 0,07 0,35 0,032 354 19 30 0,08 299 17 40 14 4852 0,09 0,40 0,037 293 14 50 0,10 305 23 25 14 4909 0,07 0,35 0,029 434 21 25 14 4937 0,11 0,36 0,033 265 16 25 Vpliv hitrosti vlivanja na globino zunanjega venca plinskih mehurjev Pri majhni hitrosti vlivanja, oziroma pri počasi rastočem ferostatičnem pritisku se plinski mehurji lahko hitreje izločajo tudi pri slabem kuhanju S« 4 Se to 5 \ \ /Z GREDIC Q2SdoO/,5'/.Mn \ \ \ \ \ O \ ° 0 „ ° Jhi oo oo oo ■ O ■ 0 0 —___ 'o ° ° 0 ° ° ? Q04 0,12 016 0,20 OGLJIK V % ▲ Rl. Jackson o W. Hess • Langhamer n Sm jeklo Elektro jeklo } Lastni rezultati Slika 5 Vpliv ogljika na vsebnost kisika v bloku oziroma gredici vsem za kisik v jeklu v peči in v curku jekla iz ponve pri vlivanju. Analize kisika v gredicah kažejo, da v končnem izdelku ni bistvene razlike med SM in elektro jeklom. Globina plinskih mehurjev v jeklu Od vsake šarže smo vzeli po en ali dva vzorca iz robu bloka za določevanje globine plinskih mehurjev v zunanjem spodnjem vencu mehurjev. Za vse šarže je značilno, da so bili plinski mehurji zelo globoko pod površino, in to od 25 mm pri šarži 14 4937 z najmanj ugodno sestavo in najslabšim kuhanjem do 50 mm pri šarži 14 4852. Preiska- Globina mehurjev 30 do 40 mm hitrost vlivanja 19,17,15 cm /min Sestava- Mn 0,07 0,35 v % P 5 0,010 0,032 Slika 6 Prerez vogelnih prob vzetih na nogi ingota in izgled površine gredic pri šarži 14 4829 1. Globina mehurjev 50mm hitrost vlivanja 74 cm /min 2.Globina mehurjev 25 mm hitrost vlivanja 23 cm/min Globina mehurjev 25 mm hitrost vlivanja 21 cm /min jekla, tako da z zmanjšanjem hitrosti vlivanja lahko kompenziramo negativni vpliv slabega kuhanja na globino plinskih mehurjev v bloku. Površinski izgled valjancev Čim globlje ležijo plinski mehurji pod površino bloka, tem manjša je možnost, da bi le-ti prišli med valjanjem na površje in povzročali površinske napake. Vse, kar je nad 20 mm, lahko ocenimo kot odlično in take so bile tudi vse naše šarže. Po dva bloka od prvih pet šarž smo izvaljali v trak, ostale pa vse v gredice 135 mm kvadrat. Zadnjih šest šarž iz tabele 1 pa smo izdelali že za redno proizvodnjo. Tako robovi pri trakovih kakor tudi površina gredic je bila pri vseh šaržah brez površinskih napak. Mehanske lastnosti toplo valjane žice Vse šarže so bile pretežno izvaljane v toplo valjano žico, premera 6 mm. Primerjava vrednosti Tabela 3 meja kp/mm2 % raztezek kontrakcija plastičnosti trdnost elektro 75,27 jeklo X 24,57 36,65 41,43 N = 40 S 1,1 1,16 2,74 2,33 SM jeklo X 24,46 35,70 43,2 72,9 N = 40 S 1,0 1,53 2,36 2,02 Primerjava mehanskih lastnosti toplovaljane žice iz elektro C Mn P s Sestava■■ oog 0A0 oou 0037 v % Slika 7 Prerez vogelnih prob vzetih na nogi ingota in izgled površine gredic pri šarži 14 4852 C Mn P s Sestava: 006 0l35 0,05 0,029 v % Slika 8 Prerez vogelne probe in izgled površine gredic pri šarži 14 4909 Slike 6, 7 in 8 kažejo videz vogalnih preizkušan-cev in gredic za tri različne šarže. mehanskih lastnosti s toplo valjano žico enake kvalitete, ki je izdelana v martinarni, je podana v tabeli 3. V toplo valjanem stanju se mehanske vrednosti SM in elektro jekla zelo dobro ujemajo. Trdnost jekla, ki je izdelano v električni peči, je nekoliko višja, raztezek manjši, kontrakcija pa večja. Ocena sposobnosti vlečenja toplo valjane žice, izdelane na električni peči, v primerjavi z žico, ki je izdelana v SM pečeh. Zasledovali smo vlečenje žice dveh elektro in ene SM šarže. Vse šarže smo preizkusili glede na sposobnost vlečenja do maksimalne možne stop- Tabela 4 Šarža dimenz. mm trdnost kp/mm2 kontra kcija % skupni odvzemi % vlečeno iz 14 4829 6 1,40 1,00 39,4 95,3 99,3 105,8 105,8 71,3 36,2 24,2 43,8 43,8 94,5 97,2 97,2 2,5 mm 0 1,4 mm 0 14 4852 6 1 1 1 37,2 125 123 137 78 19 48 22 97,95 97,95 97,95 1,4 mm 0 04 8916 6 SM jeklo 2,5 1,0 1,0 33.4 72.5 101,2 98,2 68,6 58,3 82,6 97,2 97,2 6 mm 0 1,4 mm 0 Primerjava mehanskih lastnosti vlečene žice iz elektro in SM jekla nje predelave brez vmesnega žarjenja. Izhodni premer toplo valjane žice je bil 6 mm. V tabeli 4 so prikazani doseženi rezultati mehanskih lastnosti, dimenzije in odvzemi. Žice se je dalo vleči brez težav do 1 mm 0 brez vmesnega žarjenja. Iz podatkov v tabeli se vidi, da je trdnost pri elektro šarži 14 4829 pri enaki stopnji redukcije kot SM šarži 04 8916 za 5 do 7 kp/mm2 večja. Poskusi vlečenja kažejo, da sedanje nepomirjeno martinarsko jeklo lahko nadomestimo z nepomirjenim elektro jeklom. Mehanske lastnosti hladno valjanih trakov v žarjenem stanju Od vsake šarže smo po dva ingota izvaljali v trak 3 mm debeline na Šteklu in dalje v hladni valjarni na 0,8 mm debeline. Vzorce hladno valjanih trakov smo žarili tudi v laboratoriju, zato so te vrednosti nižje kot za vzorce, ki so žarjeni v obratu. V tabeli 5 prikazujemo mehanske lastnosti trakov za kvaliteto jekla Č 0147 primerjalno za elektro in SM jeklo. Iz podatkov v tabeli 5 se vidi, da sta trdnost in meja raztezanja za približno 2 kp/mm2 večja pri jeklu, ki je izdelano v električni peči, razte zek 5 in 10 je nekoliko manjši. Globitev po Erichsenu odgovarja predpisani kvaliteti in dimenziji. Pri hladnem valjanju ni bilo opaziti nobenih razlik v pogledu vlečnih lastnosti med SM in elektro jeklom. Višje vrednosti za mejo raztezanja in trdnost pri elektro jeklu v žarjenem in še bolj v vlečenem stanju (pri žici) si lahko razložimo z drugačno naravo elektro jekla. Elektro jeklo se od SM jekla razlikuje predvsem po višji vsebnosti spremljajočih elementov Cr, Cu in Ni, medtem ko je dušik pri nepomirjenem elektro jeklu razmeroma nizek. TaT deset šarž nepomirjenega jekla kvalitete Č 0147, ki je bilo izdelano na električni peči, dobimo naslednje vrednosti. Tabela 5 srednja standardni ^ vrednost x odklon S žar j. v žar j. v žar j. v žar j. v žar j. v žarj. v obratu labor. obratu labor. obratu labor. elektro jeklo a v 26,0 23,9 2,72 1,38 14 8 a m 37,1 34,6 2,18 1,41 14 8 cr 10 33,5 39,6 5,11 1,69 14 8 0-5 49,0 47,9 5,26 1,36 14 8 E 10,29 10,29 0,09 0,08 28 4 SM jeklo CT V3 24,8 21,7 2,20 1,45 24 20 it m 34,9 31,8 1,70 1,05 24 20 o" 10 44,5 43,3 3,80 3,85 24 20 ff5 56,8 55,9 3,45 5,90 24 20 E 10,29 0,20 16 20 Primerjava mehanskih lastnosti hladno valjanih trakov iz elektro in SM jekla Tabela 6 Sestava jekla Nepomirjeno N (PPm) Cr % Cu % Ni % Sn °/o jekl° NXSXSXSXS X S elektro 10 50 6,8 0,094 0,05 0,20 0,05 0,08 0,004 0,0013 0,0005 SM 3064 59 6,4 0,048 0,028 0,147 0,045 0,05 0,016 0,0010 0,0005 Razlike v vsebnosti dušika in drugih spremljajočih elementov med SM in elektro jeklom Največja razlika v sestavi je pri kromu, ki ga je v elektro jeklu dvakrat toliko kot v SM jeklu, pri bakru in niklu. Razmeroma ugodna sestava elektro jekla je dosežena s 15 do 20 % surovega železa v vložku. čistoča jekla Na vseh valjancih, t. j. na gredicah in trakovih smo določali tudi množino nekovinskih vključkov po JK skali. Določevanje čistoče na gredicah pri Tabela 7 A +C B + D skupaj 14 4829 N 1,24 2,52 3,76 S 1,12 5,56 6,68 G 1,36 4,24 5,60 14 4852 N 3,44 2,68 6,12 S 1,48 4,24 5,75 G 1,08 4,48 5,56 14 4909 N 1,88 3,08 4,96 S 2,14 3,98 5,12 G 2,34 3,20 5,54 14 4931 N 0,64 3,76 4,40 S 0,72 5,08 5,80 S 1,48 4,24 5,72 07 0783 N 1,22 3,32 4,54 S 0,84 3,44 4,28 SM jeklo G 0,98 3,66 4,64 N 1,34 3,18 4,52 S 0,92 3,74 4,66 G 0,80 3,86 4,66 07 0806 N 2,28 2,20 4,48 S 0,80 3,04 3,84 SM jeklo G 0,24 4,40 4,64 N 0,28 6,52 6,80 S 0,48 3,16 3,44 G 0,20 4,88 5,08 N S G = noga = sredina = glava Primerjava čistoče gredic 135 mm kv. med nepomirjemim SM in elektro jeklom nepomirjenem jeklu sicer ni običajno, vendar smo zaradi primerjave napravili nekaj določitev na izdelanih elektro šaržah in dveh SM šaržah. Rezultate prikazuje tabela 7. Iz tabele je razvidno, da je elektro jeklo bolj nečisto. Več je plastičnih in oksidnih vključkov. Vse šarže smo po vlivanju v glavi blokirali z aluminijem, zato opazimo močan prodor aluminatnih vključkov od glave do sredine v sredini bloka. čistoče trakov (debelina 3 mm) prikazuje tabela 8. Nekovinske vključke smo določali pri glavi (G), sredini (S) in nogi (N) na robu in sredini traku. Primerjava vrednosti z SM šaržama 07 0809 ... 06 1509 daje bolj ugodno sliko, kot je pri gredicah. V pogledu čistoče ni več bistvenih razlik med elektro in SM jeklom. Ker so elektro šarže v glavah blokirane z aluminijem — SM šarže so pokrite s težkimi litimi pokrovi, opazimo pri trakovih v sredini traku od glave pa vse do sredine bloka večje koncentracije A1203 vključkov. Blokiranje nepomirjenega jekla z aluminijem zato ni primerno, če se bloki valjajo v trakove. Opazen je tudi vpliv kisika v jeklu, oziroma vpliv intenzivnosti kuhanja v kokili na čistočo jekla. Naši rezultati samo potrjujejo že znane ugotovitve tujih avtorjev (Langhammer 3), da premočno kuhanje v kokili poslabša čistočo jekla. Šarže 14 4829, 14 4852 in 14 4937 z razmeroma nizko vsebnostjo kisika so le zmerno kuhale v kokili in so mnogo bolj čiste od šarže 14 4909, ki je imela za polovico višji kisik pred prebodom in v curku pri vlivanju in je izredno močno kuhala. Višji ogljik v jeklu šarže 14 4852 in 14 4937 ščiti mangan pred oksidacijo, zato sta ti dve šarži čistejši od drugih mehkejših šarž. Ocena doseženih rezultatov Dosedanjo poizkusno proizvodnjo izdelave nepomirjenega jekla na električni peči lahko ocenimo zelo ugodno. Medtem že teče redna proizvodnja nepomirjenega jekla za hladno valjane trakove kvalitete Č 0147 s strožjimi zahtevami do 0,07 % C in do 0,030 °/o S. Izdelava jekla je enostavna in ne povzroča nobenih težav. FeO v žlindri se v glavnem giblje od 8 do 12 %, tako da je tudi vlivanje takšnega jekla enostavno, ker tudi pri 0,06 % C ne potrebuje večjih dodatkov aluminija za uravnavanje kuhanja. Tabela 8 A + C B + D skupaj A + C B + D skupaj 14 4829 GR 0,80 2,08 2,88 GS 1,04 3,00 4,04 SR 0,56 2,24 2,80 SS aluminati nad 5 NR 1,04 2,32 3,36 NS 1,24 1,83 3,08 14 4852 GR 1,28 2,12 3,40 2,20 2,36 4,56 GS 1,56 2,76 4,32 aluminati nad 5,0 SR 1,36 2,72 4,08 1,46 2,24 4,20 SS 1,52 2,68 4,20 aluminati nad 5 NR 1,44 2,68 4,12 1,92 2,24 4,16 NS 2,00 2,36 4,36 1,28 2,20 3,48 14 4909 GR 0,56 3,76 4,32 1,00 4,92 5,92 GS 2,92 3,52 6,44 2,52 3,60 6,12 SR 1,84 5,16 7,00 0,76 4,84 5,60 SS 2,88 3,76 6,64 2,32 3,60 5,92 NR 0,56 3,80 4,36 0,80 4,92 5,72 NS 1,60 4,88 6,48 1,68 3,92 5,60 14 4937 GR 1,40 2,76 4,16 1,08 3,00 4,08 GS 1,32 2,92 4,24 1,20 4,40 5,60 SR 1,64 2,84 4,48 1,40 2,88 4,28 SS 1,08 4,12 5,20 1,24 4,28 5,52 NR 1,44 2,72 4,16 1,20 2,84 4,04 NS 1,68 2,72 4,40 1,64 2,72 4,36 07 0809 GR 0,40 4,40 4,90 0,76 3,36 4,12 SM jeklo GS 2,32 2,64 4,96 2,24 2,44 4,68 SR 0,88 4,28 5,16 0,76 3,36 4,12 SS 1,40 2,56 3,96 1,24 3,20 4,44 NR 0,36 4,32 4,68 0,80 4,00 4,80 NS 1,28 2,92 4,20 0,84 3,56 4,40 06 1509 GR 0,76 3,52 4,28 SM jeklo GS 1,80 2,44 4,24 SR 0,56 4,20 4,76 SS 1,40 2,88 4,28 NR 0,72 3,96 4,68 NS 1,00 3,52 4,52 GR = glava rob SS = sredina sredina GS = glava sredina NR = noga rob SR = sredina rob NS = noga sredina Primerjava čistoče trakov 3 mm debelin med nepomirjenim SM in elektro jeklom Odžveplanje v električni peči je slabše kot v SM peči. Povprečje za zadnjih deset šarž znaša 34 %, pri čemer je najnižja stopnja 19 in najvišja 47 »/o, medtem ko je povprečna stopnja odžvep-lanja v martinarni 45 % za nizko ogljična jekla. Vzrok za slabše odžveplanje je predvsem v pomanjkanju stalnega kuhanja (mešanje jekla in žlindre) in v krajši rafinaciji. Iz teh razlogov mora biti kovinski vložek za izdelavo nepomirjenega jekla sestavljen le iz kakovostnih surovin. Kvaliteto C 0147 z maks. 0,030 % S pa naj bi delali le, če ob raztalitvi ni več kot 0,040 % S in 0,055 % S, če je v izdelanem jeklu dovoljeno maks. 0,040 % S. Površina izvaljanih gredic in trakov je brez površinskih napak. Plastične lastnosti jekla pri vlečenju žice in hladnem valjanju trakov so zelo dobre in ne zaostajajo za SM jeklom. Trdnost in meja raztezanja sta v žarjenem stanju višji za približno 2 kp/mm, v vlečenem pa za 5 do 7 kp/mm2. Preiskave prvih šarž kažejo, da je nepomirjeno elektro jeklo nekoliko manj čisto kot SM jeklo, kar se vidi predvsem na gredicah, medtem ko pri trakovih skoraj ni razlike med elektro in SM jeklom. Čistoča jekla je seveda odvisna od kemične sestave in od jakosti kuhanja v kokili. Čim nižji je ogljik, tem manj je jeklo čisto, šarže, ki zmerno kuhajo, so čistejše od šarž, ki v kokili močno kuhajo. Blokiranje jekla z aluminijem neugodno vpliva predvsem na čistočo sredine, in to od glave pa vse do sredine bloka. Ce resumiramo vse dosedanje izkušnje pri izdelavi in rezultate preiskav, lahko z zadovoljstvom ugotovimo, da lahko tudi v električni obločni peči izdelujemo nepomirjeno jeklo, ki ustreza tako JUS kakor tudi internim predpisom za jeklo kvalitete C 0147, bodisi za žico ali hladno valjane trakove. Zaradi strogih zahtev po nizkem Cr, Cu, Ni bo edina težava v tem, kako zagotoviti dovolj čist vložek za to kvaliteto jekla. Literatura 1. Jackson, PL: J. Metals 18 (1966) str. 725/30 2. Hess, W. Stahl und Eisen 81 (1961) str. 103/10 3. Langhammer H. I. Stahl u. Eisen 87 (1967) str. 718/728 4. Ende, H. Stahl und Eisen 85 (1965) str. 1025/32 5. Scheirman Stahl und Eisen 85 (1965) str. 61/71 ZUSAMMENFASSUNG Grossraumlichtbogenofen dienen nicht mehr aus-schliesslich der Produktion der Qualitxtsstahle, sondern werden mehr und mehr als Massenstahlerzeuger ange-wendet. Unsere Betriebsversuche hatten zum Ziel die Moglich-keit einer Erzeugung der unberuhigten Stahle im Licht-bogenofen zu iiberpriiffen, da die veralteten SM Ofen hochstwahrscheinlich mit Grossraumlichtbogenofen ersetzt werden. Die bis zu derzeit durchgefiihrten Versuche zeigen, dass die Erzeugung von unberuhigten Stahlen im Licht-bogenofen mit einem Kohlenstoffgehalt von 0.06 bis 0.10 °/0 einfach und schnell verlauft, wenn die Anfangs-analyse (beim Einschmelzen) giinstig, vor allem wenn das Schweffelgehalt niedrig ist. Der Entschvveffelungsgrad ist namlich im Lichtbogenofen niedriger, im Durchschnitt 34 %, entgegen 45 % in SM Ofen. Fur die Erzeugung eines unberuhigten Stahles mit max. 0.030 % Schweffel in der Endzusammensetzung soli beim Einschmelzen hdchstens 0.040 % S im Stahl enthalten sein. Die Schlacke enthalt bei normalen Erzeugungsbedin-gungen von 8 bis 12 % FeO und rund 300 bis 400 ppm Sauerstoff im Stahl vor dem Abstich. Das Vergiessen solchen Stahles ist dennoch sehr einfach und es ist praktisch keine Korrektur des Sauerstoffgehaltes bzw. des Auskochverhaltens mit Aluminium notig. Der aussere Blasenkranz liegt beim Giessen von unten am Fuss tiefer als 25 mm, weshalb auch die Oberflachen-beschaffenheit der Walzerzeugnisse einvvandfrei ist. Die plastischen bzw. die Verformungseigenschaften des Stahles beim VValzen der Bander und beim Draht-ziehen sind den SM Stahlen gleich. Die Streckgrenze und Zugfestigkeit sind im gegliihten Zustand um rund 2 kp/mm2, und im gezogenen um 5 bis 7 kp/mm2, hoher, als beim SM Stahl, was einem hoheren Stickstoffgehalt Cr, Cu und Ni Gehalt zu zuschreiben ist. Das unberuhigte Elektrostahl ist unreiner als SM Stahl, was besonders bei den Kniippeln zu beobachten ist. Bei den Bandern sind wegen eines grosseren Verformungs-grades fast keine betrachtliche Unterschiede mehr fest-zustellen. Das chemische Blockieren mit Aluminium hat eine starke Verunreinigung des Stahles der oberen Blockhalfte zur Folge. Schmelzen mit hoherem Endkohlenstoffgehalt sind reiner als die sehr weichen Schmelzen. Auch ein zu starkes Kochen in der Kokile beeinflusst ungiinstig die Reinheit des Stahles. SUMMARY Big electric are furnaces are not used only for pro-duetion of quality alloy steels but also in produetion of mass steels. Our experiments had intention to find possibility of manufacturing rimming steel in electric furnaces because old open-hearth furnaces will probabIy be substituted by electric are furnaces. The experimental produetion shows that manufacturing rimming steel with 0.06 to 0.10 % C in electric furnace is simple and fast if the first analysis is satisfaetorial, and if sulphur content is low. Desulphuration rate is lower in electric furnace than in open-hearth furnace, the values are 34 % and 45 °/o respectively. For manufacturing steel with 0.030 % S the charge after melting can contain at most 0.040 % S. In slag during normal operation there is 8 to 12 % FeO before tapping while oxygen content in steel is 300 to 400 ppm so that casting sueh steel is simple and demands practically no additions of aluminium for oxygen correc-tion or for deoxidation in the mould. Outer rim of blow-holes lies in the base deeper than 25 mm when bottom čast therefore rolled products are smooth without surface defeets. Plastic properties of steel for drawing wires and rolling strips are very good, equal to the open-hearth steels. Strength and yield point are higher for about 2 kp/mm2 in annealed and 5 to 7 kp/mm2 in drawn state as conse-quence of higher nitrogen, chromium, copper, and nickel content. Rimming electric are steel is slightly less pure than the open-hearth steel vvhich becomes evident in billets vvhile in strips no essential difference is found because of greater degree of vvorking. Adding aluminium has unsatisfactorial influence mainly on the purity of the interior from the base up to the ingot centre. Batches with higher carbon are in final composition purer than batches of very soft steel. Also too intense deoxidation of steel in the mould reduces steel purity. 3AKAIOTEHHE 3ACKTpOAyrOBLIC neMH 6oAbIHHX CMKOCTCH He ynOTpe6AHIOT TOAbKO b np0H3B0ACTBe KaiecTBeHHbix AerHpoBaHHtix CTaAeii ho TaK)Ke aah MaCCOBLIX COPTOB. U,eAL onbiTHbix BbiriAaBOK CTaAH b MeTaAA-OM 3aBOAe EceHHue 6bIAa VCTaHOBHTb B03M0>KH0CTb BbinAaBKH KHnHmeH CTaAH B SAeKTpO-Ayr0B0H nemi, TaK KaK BeposTHo, MTO HcnoAb30BaHHbie CM-iicmh 6yAyT nocTeneHHo 3aMeneHbi c sacktpoavtoblimii. BbinoAHeHoe, noKa onbiTHoe np0H3B0ACTB0 KHnHmeti CTaAH c coAepataHHeM yrAepoAa B npeAeAaX 0.06—0.10 % C OKa3aAOCb HeCAOJKHbIM H AAHAOCb AOBOAb-ho 6bicTpo. CTeneHb AecyAf.f^ypauun B 3AeKTp0Ayr0B0H iicmh ne-CKOAbKO HHace b cpaBHeHHH c 3thm npoueccoM b CM-neMH, npeACTaB-ahct b cpeAHeM 34 %, a B CM-nena 45 %. ri03T0My npeHMymeCTBO, mto icacaeTcs Ka^ecrea, HMeioT nAaBKH Koxopbix nepBbie npoSn HMeioT HH3Koe coAep>KaHHe čepu. lT06bi noAyMHTb KOHeHHbiit npo-AyKT c coAepacaHHeM Ha Bbime 0.030 % čepu, He06x0AHM0 mto6m pacrnaBAeHHaa nAaBKa noKa3aAa He CBbiiue 0.040 % S. TaK KaK HiAaK npH HopMaAbHoia pe>KHMe paSoTbi coAepaoiT 8—12 % FeO, a CTaAb 300—400 ram 02, to Ao6aBAeHHH Al He Tpe-6yeTCfl. TaKHM 06pa30M pa3AHBKa CTaAH BecbMa npoCTaa. BHeuiHee KOAbHO ny3bipbKOB HaxoAHTca npn AHTbe CHH3y BBepx rAy6aKaHHe N, Cr, Cu H Ni. Kimamaa CTaAb MeHee HHCTa B CpaBHeHHH C CM-CTaAblO. 3TO MO)KHO HagAlOAaTb Ha nOBepXHOCTH 3aroTOBOK, ho Ha ncAOcax, bcacactbhh BLicmeH cTeneHH nepepaGoTKH, cymecTBeHHbix pa3HHij He o6HapyaceHO. EAOKHpOBaHHe CTaAH c Al HMeeT OTpHLiaTCALHOe BAHflHHe Ha «HcroTy cpeAHefi ! o ° S 0 o 8 io • » •T , 004 o,OB OGLJIK V % 0,B QK qx ▲ RL Jackson o W. Hess • Langhamer o SM Jeklo i Lastni rezultati ■ elektro jeklo J Slika 1 Vpliv ogljika na vsebnost kisika v jeklu v peči. Tabela 1 pred prebodom končna dodano v pon. odgorelo poraba kisika točk PPm v točkah ppm v točkah v točkah PPm ppm v kg/t jekla za C Mn O C Mn O C Mn Al C Mn Al O C Mn Al skupaj H 8301 12 28 512 8 34 350 1,3 16 10 5 10 10 162 0,67 0,29 0,09 1,05 L 8372 6 24 417 6 35 336 2 25 10 2 14 10 81 0,26 0,40 0,09 0,75 L 8401 8 36 429 8 36 328 1 11 10 1 11 10 101 0,35 0,32 0,09 0,76 M 9568 7 32 538 6 30 506 1 11 10 2 13 10 32 0,26 0,38 0,09 0,73 14 4829 10 21 423 8 35 325 2 22 — 4 8 — 98 0,53 0,23 — 0,76 14 4909 6 13 536 7 35 434 5 31 — 4 11 — 107 0,53 0,32 — 0,85 14 4937 10 40 352 10 36 265 0,3 4 — 3 8 — 87 0,02 0,23 — 0,25 14 5017 11 28 492 8 32 374 0,7 9 — 3 5 — 118 0,40 0,15 — 0,55 C = ogljik Mn = mangan O = kisik Al = aluminij Kaj se dogaja pri prebodu? Da bomo lažje razumeli, kako obsežna je reakcija jekla z (zunanjim) zrakom pri prebodu, si oglejmo na nekaj primerih, koliko C, Mn in Al odgori v jeklu od preboda do vlivanja, koliko kisika je zato potrebno in za koliko se zmanjša kisik v jeklu. Pri nepomirjenem jeklu odgori mangana, ki ga dodamo v ponev od 10 do 14 točk, ogljika 1 do 3 točke in ves dodani aluminij. Rezultate za oceno šarž prikazujemo v tabeli 1. Iz zadnje kolone v tabeli vidimo, da porabijo Mn, C in Al za to, da odgorijo, od preboda do vlivanja okrog 0,8 kg kisika na tono jekla. Pri šarži H 8301 je bilo potrebno 1 kg kisika za eno tono jekla. Pri tem pa se je kisik v jeklu zmanjšal le za okoli 100 ppm, t. j. 0,1 kg na tono, (0,1 kg/t = = 0,01 % = 100 ppm) pri šarži M 9568 celo samo za 32 ppm ali za 0,032 kg na tono. Ti primeri jasno kažejo, kako intenzivna je reakcija jekla z zrakom potem, ko jeklo izpustimo iz peči, saj je ves ostali kisik, to je okrog 0,7 kg/t moral priti iz zraka. To se nam zdi na prvi pogled skoraj neverjetno, vendar moramo upoštevati, da je površina jekla, ko teče iz peči, močno povečana, da je nezaščitena in da je v zunanji atmosferi znatno več kisika, kot pa ga je n. pr. v peči med žilavenjem. Od oblike curka in od višine padca jekla pri prebodu je odvisno, kolikšna je ta reakcija z zrakom. Znano je, da se pri tankem curku — jeklo izteka dolgo časa — pri zelo širokem ali raztrganem curku in pri sunkovitem iztekanju jeklo navzame mnogo kisika in ga izpira v ponev. Velike razlike tudi ni med normalnim prehodom z žlindro in brez žlindre, ker je oksidacijska sposobnost žlindre mnogo manjša od zraka. Večje razlike, t. j. večji odgorki nastopijo le pri prezgodnjem mešanju jekla z žlindro. V takem primeru pride lahko do močne reakcije ogljika in mangana v jeklu s kisikom iz žlindre, tako da jeklo v ponvi zakuha, kar se kaže v močnem valovanju taline. V takem primeru odgorita C in Mn, jeklo se močno ohladi in je običajno izmeček. Do take 3 Jc I Slika 2 Spremembe vsebnosti kisika in mangana v jeklu pri vlivanju, to je s padanjem polnitve ponve, za normalno žlindro, zapenjeno in z apnom zgoščeno žlindro za nepomirjeno jeklo z 0.08 °/o C (Langhammer). i 1 i | teoretični Mn po legiranju pred prehodom prebod 60 40 20 Polnitev ponve v % reakcije pride tudi, če izpustimo močno preoksi-dirano nepomirjeno jeklo z nizkim C in Mn, pa ga skušamo v ponvi naogljičiti. Takemu jeklu je zato treba že v peči dodati nekaj Feromangana in grodlja za preddezoksidacijo. Dobro vzdrževanje prebodne odprtine in žlebu je nujno za vzdrževanje normalnega curka in dobre kvalitete jekla. Reakcije v ponvi potekajo razmeroma počasi. V glavnem gre za izravnavanje koncentracij v mirujočem jeklu, ki poteka pretežno z difuzijo. Slika 2 prikazuje spremembo vsebnosti kisika in mangana v jeklu med vlivanjem. Zanimivo je, da dosežemo najnižjo vsebnosit kisika v jeklu šele čez nekaj časa. To nam pove, da se dezoksidacijski produkti, ki jih sicer zajamemo pri določanju kisika, postopoma izločajo iz jekla. Vpliv oksida-cijske žlindre, posebno na mangan, se pozna le v zgornji plasti jekla, ki je tik pod žlindro, tako da moramo pri vlivanju zadnjih blokov računati z nekoliko nižjim manganom in višjim kisikom, kar se lepo vidi iz slike. Oksidacijski vpliv žlindre na jeklo lahko zmanjšamo, tako da žlindro zatrdimo z apnom ali apnencem, ali tako, da žlindro zapenimo s sredstvom za ogljičenje, ki ga vržemo v žlindro. To zadnje je, kot kaže slika, najbolj učinkovito. Izkuhavanje jekla v kokili Kakor vidimo iz doslej navedenih vzrokov, ne moremo v nepomirjenem jeklu v curku pri vlivanju vzpostaviti določene vsebnosti kisika, ki bi bila za dobro kuhanje najbolj primerna. Ce torej ne moremo vzpostaviti določenega kisika v jeklu, potem je jasno, da tudi kuhanje v kokili ne more biti vedno enaiko, ampak se lahko od šarže do šarže razlikuje. Razlike v kuhanju pa niso le med šaržami, temveč tudi med posameznimi livnimi ploščami in celo med posameznimi bloki na isti livni plošči. Te razlike so najlažje opazne potem, ko je jeklo že vlito in v kokilah prosto kuha. Dokaz za to pa so velike razlike v količini mehurjev v bloku. Posledica tega so zelo različne teže blokov. Pri našem ingotu se ta giblje od 4650 do 4800 kg. Plin CO, ki se pri kuhanju sprošča, se razvija na meji, kjer se jeklo strjuje, to je na meji med trdnim in tekočim jeklom. Takoj ko pride jeklo v kokilo, se začne strjevanje. Na meji strjevanja se kopičijo tisti elementi, katerih topnost se zaradi ohlajanja jekla zmanjšuje. To velja tudi za ogljik in kisik. Zaradi zmanjšane topnosti, oziroma zaradi izločanja teh dveh elementov pride do medsebojne reakcije in do razvijanja plina CO. Razvijanje plina je močnejše pri manjših blokih, ker se hitreje strjujejo (slika 3). Količina teh plinov je odvisna od sestave jekla. Z naraščanjem količine ogljika v jeklu pada specifična količina plina, ki se razvija na tono jekla, kakor kaže slika 3 a. Podobno kakor pri višjem ogljiku, pada količina razvijajočega se plina prav močno z naraščanjem Mn v jeklu (slika 3b). S tem je tudi indirektno potrjeno, da naraščanje Mn v jeklu znižuje vsebnost kisika, oziroma da deluje pri reakcijah s kisikom v kokili kot dez-oksidant. 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 Vsebnost C pri livanju v % 0.20 ■S 260 # 240 Č .g S 200 Sc 180 160 140 120 . b) • • • • • • • • • . •»• •• • • • s. • • • 0,05-qc )7% C t 0.25 0.50 0 55 0,30 0,35 l/setinos/ Mn pri livanju v % Slika 3 Odvisnost med vsebnostjo ogljika in mangana pri vlivanju in količino razvijajočega plina (Langhammer) Atmosfera v odprti kokili je oksidacijska. Z dviganjem taline jekla v kokili raste tudi vsebnost kisika v atmosferi kokile. Ta kisik v kokili pa spet oksidira jeklo, ki neprestano kroži, talko da moč kuhanja ves čas narašča. Pri kuhanju jekla v kokili se na površini taline nabira pena ali žlindra. Ta je več ali manj oksidacijski produkt kuhanja. Pri kuhanju se v kokili oksidira predvsem mangan, delno tudi železo. S še drugimi nečistočami, ki se izločajo iz jekla, in nataljeno opeko lijaka in kanalov se tvori žlindra. Okrog 40 % te žlindre pa je MnO. Ce jeklo v kokili močno kuha, del te žlindre s kroženjem jekla ponovno pride v notranjost, zato je koristno žlindro odstraniti s površine. Ker je reakcija z zunanjim zrakom odločilnega pomena za intenzivnost kuhanja, je zanimivo vedeti, kaj dosežemo, če vstop zraka v kokilo preprečimo, n. pr. tako, da vlivamo v pokrite kokile. Na vsak način s tem zmanjšamo oksidacijo jekla, oziroma neposredno odgorevanje ogljika in mangana in izboljšamo čistočo jekla. Izkušnje tudi kažejo, da močno kuhanje v kokili poslabša čistočo jekla. Jeklo naj torej kuha zmerno, da bo čisto, ne preslabo, ker so sicer mehurji blizu površine, in ne premočno. Kroženje jekla v kokili kot posledica razvijanja plinov Nepomirjeno jeklo se v kokili dviga ob stenah navzgor in pada v sredini navzdol. Poganja ga plin CO, ki se pri kuhanju razvija v coni strjevanja. Glej sliko 4 a. čim močnejša je ta reakcija, več plina se razvije. Z naraščanjem teže bloka raste skupna količina razvijajočega se plina, pada pa hitrost izločanja plina. To pomeni, da majhni bloki hitreje kuhajo kakor veliki. Zelo močan vpliv na kroženje taline ima velikost formata kokile. Kroženje taline je pri manjšem bloku tudi do dvakrat močnejše kot pri večjem. Kuhanje je pri vitkih kokilah močnejše kot pri širokih. 4o normalno kuhanje 4b penjenje Slika 4 Prikaz kroženja jekla pri normalnem kuhanju in penjenju jekla Zakaj se nepomirjeno jeklo peni? Pri zelo močnem razvijanju plina se plin, ki se izloča v nekakšnem klinu, proti vrhu tako razširi, da mehurji ne izstopajo le ob robu, temveč kar po celi površini, kakor kaže slika 4 b. Takrat jeklo ne more več krožiti, rečemo, da se peni. Reakcija jekla z zrakom v kokili je od dna navzgor vedno močnejša, zato je tudi kuhanje vedno močnejše, in ker izstopajo mehurji v klinu, se jeklo začne peniti navadno šele v zgornji polovici kokile. Takrat je treba dodati aluminij, s čimer vežemo nekaj kisika in intenzivnost izločanja plina CO zmanjšamo, da jeklo spet normalno kroži. Penjenje jekla torej pomeni, da je v jeklu preveč kisika in da smo v ponev pri prebodu dodali premalo aluminija. S tem v zvezi je zanimiva primerjava med SM in elektro jeklom. Pri izdelavi nepomirjenega jekla na električni peči se je pokazalo, da ima elektro jeklo manj kisika, da dodatek Al v ponev ni potreben in da se šarže, če niso pre-oksidirane, pri vlivanju ne penijo in jih lahko vlivamo brez dodatka aluminija. Tudi pri kvaliteti EO, ki ima zaradi višjega Mn nižji kisik, je penjenje le redek pojav. Vpliv temperature jekla na izkuhavanje v kokili Z naraščanjem temperature jekla raste tudi kisik v jeklu. To pomeni, da vroče šarže močneje kuhajo kot hladne. Značilno za vroče šarže je, da na dnu kokile ne zakuhajo takoj, ker je treba nekaj več časa, da se začne strjevanje, zato imajo videz, dokler ne zakuhajo, kakor da so mrzle. Vroče jeklo je bolj redko, ohlajanje je bolj počasno, zato izhajajo iz površine zelo drobni mehurčki. Mrzlo joklo je bolj gosto, ohlajanje hitrejše, zato se v enoti časa izloči več CO. Površina jekla močno valovi, ker izhajajo na površje veliki mehurji, podobno kot je to v peči pri višjem ogljiku in gosti žlindri. Z višjo temperaturo je treba izpustiti tiste vrste jekla, ki imajo zaradi svoje sestave (višji C ali višji Mn) manj kisika, kot je n. pr. naš EO. Na ta način povečamo kisik v jeklu, zboljšamo tekočnost jekla in s tem zagotovimo dobro kuhanje. Način strjevanja jekla in tvorba podkožnih mehurjev Nepomirjeno jeklo je v notranjosti polno mehurjev. Celotna prostornina mehurjev naj bo enaka skrčku jekla, to je prostornini, ki jo dobimo, ko se jeklo pri ohlajanju do navadne temperature krči. Zato se nepomirjeno jeklo strdi na višini, do katere se vlije, to je brez lunkerja. Za kvaliteto površine je zelo važno, kje se ti mehurji v notranjosti bloka nahajajo. Če so mehurji blizu površine, potem se pri ogrevanju blokov v globinskih pečeh lahko oksidirajo, na gredicah nastanejo razpoke in risi, robovi pri trakovih so raztrgani. Mehurji morajo biti zato dovolj globoko pod površino. Oglejmo si še enkrat, kako plinski mehurji nastajajo in kako se v jeklu ujamejo. Za strjevanje jekla velja Fe-C diagram. Ob steni se začne strjevati jeklo z najnižjim ogljikom, to je z najvišjim tališčem. Topnost za ogljik in kisik se pri strjevanju manjša. V notranjost se izriva talina, ki ima več ogljika in več kisika. To pa sproži reakcijo FeO + C = CO + Fe, ki teče na meji med strjenim in tekočim jeklom. Intenzivnost te reakcije pa je odvisna od vsebnosti kisika, ogljika, mangana, ferostatičnega pritiska, t. j. od hitrosti vlivanja, temperature jekla, in časa kuhanja. Prav od intenzivnosti te reakcije, oziroma od moči, s katero plinski mehurčki izhajajo na površino, je odvisno, kako debela bo zunanja skorja, ki je brez mehurjev, oziroma v kateri globini se mehurji ujamejo. Nasproti izločanju mehurjev iz taline, deluje ferostatični pritisk, to je pritisk tekočega jekla. Ko postane ferostatični pritisk večji, kot pa je sila vzgona mehurčka, se ta ujame med dendritnimi kristali, ki rastejo pravokotno na steno proti notranjosti taline. Če je kuhanje močno in naraščanje ferostatičnega pritiska počasno — (počasno vlivanje), bomo dosegli debelo zunanjo skorjo. Obratno pa, kadar je kuhanje jekla slabotno, to je v primeru, če sta ogljik in mangan visoka in je kisik nizek ali če smo dodali preveč aluminija in vezali preveč kisika, takrat se mehurčki izločajo z manjšo silo in se lahko že zelo zgodaj ujamejo med rastočimi dendritnimi kristali. Mehurji bodo v takem primeru zelo blizu površine in možnost za nastanek risov in razpok večja. Posebno pomembna je pri tem hitrost vlivanja. Oglejmo si to na primeru šarže 14 4852, slika 5. Prva plošča je bila vlita s hitrostjo 14 cm/min, globina mehurjev 50 mm, druga plošča s hitrostjo 23 cm/min in globina mehurjev 25 mm. Lep primer zunanjega venca mehurjev kaže slika 6, hitrost vlivanja 21 cm/min in globino mehurjev 25 mm. Pri vlivanju od vrha je hitrost vlivanja 6 do 8 krat večja kot pri vlivanju od spodaj. Ferosta- Slika 5 Vogelni probi. Odvisnost globine mehurjev od hitrosti vlivanja. 14 4852/1 globina mehurjev 50 mm, hitrost vlivanja 14 cm/min., 14 4852/2 globina mehurjev 25 mm, hitrost vlivanja 23 cnS min. Slika 6 Lep primer zunanjega venca mehurjev. Globina mehurjev 25 mm, hnitrost vlivanja 21 cm/min. tični pritisk hitro narašča in zavira FeO — C reakcijo. Zato morajo jekla, ki jih vlivamo zgoraj, imeti več kisika, kakor pri vlivanju spodaj. Navadno tudi to ne zadošča in je treba jeklu dodajati kisik, tako da ga pihamo v curek ali pa dodajamo sredstva za pospeševanje kuhanja, kot so Strim Alurin, Rimmfix, Fluoral, ki jih je razvila industrija za te namene. Pa kljub temu dosegamo pri vlivanju od zgoraj le 10 do 15 mm debelo skorjo brez mehurjev. Mehurji so najbliže površini prav na nogi, kjer je ferostatični pritisk največji, zato preizkušance za kontrolo globine režemo le na nogi. Kako praktično vlivamo nepomirjeno jeklo? Vlivanje nepomirjenega jekla še danes nekateri smatrajo za neke vrste umetnost. Zato je treba imeti poleg osnovnega znanja še mnogo izkušenj in poseben dar za opazovanje in za ločevanje razlik, ki pri vlivanju nastopajo. Od tega, kako jeklo vlijemo, so odvisne mnoge kvalitetne lastnosti jekla, predvsem globina mehurjev in z njo zvezana kvaliteta površine, jakost izcej ogljika, fosforja in žvepla in izplen. V grobem lahko ločimo tri različne tipe nepomirjeno vlitega bloka — ingota ali brame. 1. padajoč ingot — to je takšen, ki dela škatle, (slika 7.) če je reakcija kuhanja med C in O zelo močna, se sprošča veliko plina CO. Ker se plini hitro razvijejo, jih rastoči dendritni kristali ne morejo ujeti, zato ležijo mehurji globoko pod površino. Zaradi velike količine plinov, jeklo dobesedno Slika 7 Ingot dela »škatle«. Premočno kuhanje jekla, ker je preveč kisika v jeklu in premajhen dodatek Al. zavre, kokila se hitro napolni, ko pa se reakcija umiri, se jeklo posede in napravi škatlo. Če jeklo dela škatle, pomeni, da je v njem preveč kisika, da smo dodali premalo aluminija v ponev in da ga moramo zato dodajati med vlivanjem, bodisi na lijak ali pa kot granule v kokile. 2. ravni ingot — to je takšen, ki se strdi na tisti višini, do katere ga vlijemo, (slika 8.) Sproščanje plina CO je manj intenzivno kot pri padajočem ingotu. Kroženje jekla je močno. Primarni, zunanji venec mehurjev je dovolj globoko pod površino, da pri ogrevanju ne pride na Slika 8 Ingot se strdi ravno na višini, do katere ga vlijemo. Prostornina mehurjev je enaka skrčku jekla pri strjevanju površje. Pri nadaljnjem strjevanju se tvorita še sekundarni in terciarni venec mehurjev. Skupni volumen mehurjev je enak celotnemu skrčku jekla od taline do strjenja, zato površina jekla ostane ravna. Livni mojster naj vlivanje tako regulira, da bo dosegel ta tip bloka, ki je tudi jamstvo za dobro kvaliteto. 3. rastoči ingot — to je takšen, pri katerem se po vlivanju nivo jekla začne dvigati, (slika 9) Kadar je premalo kisika v jeklu, n. pr. visok C, Mn ali če smo dodali preveč aluminija v ponev Slika 9 Ingot raste, kadar je premalo kisika v jeklu. Volumen por je večji, kakor znaša skrček jekla. Plinski mehurji so blizu površine bloka ali na lijak, se CO razvija mnogo počasneje kot pri prvih dveh tipih. Plinski mehurji se zato ujamejo mnogo preje, oziroma bliže površine. Kroženje jekla je slabše. Volumen plina, ki ostane zajet v jeklu, je večji kakor znaša skrček jekla, zato ingot raste nad površino, do katere je bil vlit. Nazadnje se plini sproščajo predvsem v glavi, ki ima zato gobasto obliko. Izplen pri takem jeklu je slabši zaradi večjega odpadka na glavi, površina pa zaradi mehurjev risava. Položaj lahko izboljšamo tako, da bolj počasi vlivamo, da pihamo kisik v curek, najboljša pa so sredstva za pospeševanje kuhanja Strim, Alurin, Rimmfix, Fluoral in podobna. Kakor vidimo iz opisanega, je kvalitetno boljše tisto jeklo, ki dela škatle, kot tisto, ki raste. Pokrivanje, blokiranje z aluminijem in izceje ogljika, fosforja in žvepla Ko je jeklo vlito do vrha, ga pustimo, da iz-kuhava. Proces strjevanja se nadaljuje. Pri tem se na robu strjuje kemično najbolj čisto jeklo z naj- Slika 10 Baumannov odtis preseka gredice kvalitete EO pri glavi, ki jo pokrivamo. Zunanji čisti rob je širok, ker je ingot izkuhaval dolgo časa. Notranji temnejši kvadrat predstavlja povečane koncentracije žvepla zaradi izcejanja. Sarina analiza: 0,09 °/o C 0,45 % Mn 0,013 % P 0,025 % S 1. 0,05 % C 0,42 % Mn 0,008 % P 0,014 % S 2. 0,09 % C 0,44 % Mn 0,018 % P 0,058 % S 3. 0,11 % C 0,48 % Mn 0,022 °/o P 0,080 % S višjim tališčem, proti notranjosti in glavi bloka se izriva talina, ki ima višji ogljik, fosfor in žveplo. Na ta način dobimo v sredini glave tudi do trikrat več ogljika in do štirikrat več fosforja in žvepla, kot je v šaržni analizi. Temu pojavu rečemo izcejanje. čim dalj časa jeklo izkuhava-tem močnejše so te izceje, zunanja čista plast pa je debelejša. Glej sliko 10. Če ga blokiramo z aluminijem, kuha manj časa, izceje so za polovico Slika 11 Baumannov odtis preseka gredice kvalitete C 0147, ki je bila blokirana z aluminijem. Zaradi krajšega časa kuhanja je zunanji čisti rob ožji. Izceje žvepla pa so manjše, šaržna analiza: 0,05 °/o C 0,36 % Mn 0,007 % P 0,032 % S 1. 0,04 % C 0,34 »/o Mn 0,009 % P 0,018 % S 2. 0,06 °/o C 0,36 % Mn 0,010 % P 0,037 % S 3. 0,06 % C 0,35 % Mn 0,008 % P 0,035 % S manjše. Zunanja čista plast pa je tanka, glej sliko 11. Vendar takojšnje blokiranje ni dobro, ker se šc ni formirala dovolj debela skorja. Treba je počakati 5 do 10 minut, da se naredi primeren rob, sicer kvaliteta površine ni dobra, ker ostanejo mehurji lahko preblizu površine. Blokiranje ima tudi to slabo stran, da dobimo zaradi vključ-kov A1203, ki pri tem nastajajo v sredini bloka, zelo nečisto jeklo s čimer se močno poslabša kvaliteta jekla. Iz tega razloga blokiranje jekla, ki je namenjeno za hladno valjane trakove, ni dopustno. Najbolj kvalitetno je torej pokrivanje. Vendar ne smemo čakati predolgo, da bi se glava sama zaprla, ker na ta način dobimo prevelike izceje v bloku. Močne izceje si želimo na primer pri kvaliteti EO, ker tako spravimo nečistočo v glavo, ki jo odrežemo in valjamo za matice ostali del, nogo in sredino pa na ta način očistimo nezaže-Ijenega žvepla in fosforja in dobimo tako bolj čisto jeklo, kakor nam ga kaže šaržna analiza. Literatura Langhammer, Stahl u Eisen 87 (1967) str. 718/728 ZUSAMMENFASSUNG Der Erzeugung von unberuhigtem Stahl haben wir bis jetzt keine besondere Acht gevvidmet. Wenn auch die Erzeugung dieses Stahles anscheinend einfach aussieht, sind aber die Prozesse besonders beim Giessen viel mehr komplizierter als die aussehen, alle aber beeinflussen die Oualitat des Enderzeugnisses. In diesem Artikel mochten wir in einfacher und verstiindlicher Form alles vvichtige und vvesentliche erklaren, was ein Stahlvverker in seiner tiiglichen Praxis iiber das Giessen von unberuhigtem Stahl wissen muss. Im einzelnen sind die Reaktionen des Stahles mit der Umgebungsluft beim Abstich erklart worden. Im ganzen wird fiir den Abbrand von C, Mn und Al im Stahl rund 0.8 kg Sauerstoff pro Tonne Stahl benotigt. Von dieser Menge kommt rund 0.7 kg/t aus der Luft und nur 0.10 kg/t aus dem Stahl selbst. Um so viel vermindert sich namlich der Sauerstoffgehalt im Stahl vom Ofen bis zum Giessen. Es sind vveiters die Reaktionen des Stahles beim Auskochen in der Kokille die Ursachen fiir das Umlaufen und fiir das Schaumen des Stahles, fiir das Wachsen und Fallen des Stahles erlautert und wie man dieses Verhalten des Stahles mit Aluminiumzusatz regulieren kann. Auch der Mechanismus der Entstehung und Ausscheidung der Gasblasen und der ausseren reinen homogenen blasenfreien Schicht ist erlautert. Dann die Entstehung der Seigerungserscheinungen von C, P und S, wie diese vermindert oder vergrossert werden konnen. Dieses Artikel vvird deshalb niitzlich denjenigen Stahl-werkern, vvelche sich mit dem unberuhigten Stahl erst begegnen, vvillkommen aber auch den alteren Praktikern, welchen diese Dinge erfahrungsgemass bekannt, aber vielleicht nicht ganz verstandlich sind. SUMMARY No special attention was given to the manufacturing rimming steel. Though the manufacturing this steel is apparently simple; the processes, mainly the casting, are much more complicated and the ali influence the final quality of the product. In this paper the essential aspects of produetion and casting the rimming steel will be explained in understandable way, i. e. everything what a steelmaker must know in his everyday practice. Reactions occuring between steel and air during tapping are explained in details. Elements C, Mn, and Al which completely burn out use about 0.8 kg oxygen per ton steel. About 0.7 kg/t oxygen comes from air and only 0.10 kg/t from steel. This is the amount of oxygen reduetion in steel on the way from the furnace to the casting operation. Further, reactions of de-oxydation in the mould, causes for steel circulation, for foaming, for rising and settling, and regulation by aluminium are explained. Also mechanism of formation of blow holes and their escape from the external blovv-hole free zone, appearance of C, P, and S segregations, their reduetion or inerease are explained. The paper will be of help to those who met this steel for the first time, but also to the older metallurgists who know the facts from ex-perience and who will find the explanation for phenomena which were not quite clear to them. 3AKAIOMEHHE IlpOH3BOACTBY KHnameH CTJLAH AO chx IIOp y Hac He YAeA$IAH CTaAH Ka>KeTCfl HeCAOaCHOH, Bce npouecctl KOTOptie BAHHKDT Ha Ka-ocoSeHHoe bhhmahhe. hecmotpa ha to, hto np0h3b0actb0 stoh hectbo kohe^hora npoAYKTa ropa3AO SoAee ca05kh0ra xapaKTepa. B CTaTLe, noHSTHbiM 06pa30M, paccMOTpeHbi Bce cymecTBeHHbie npoueccbi, KOTopbie nponcxoA»t npH np0H3S0ACTBe h npH pa3AHBKH KHnameii CTaAH; H3Heceno bcs KAYio tohhv pacnAaBAeHHora MeTaAAa H3pacx0AbiBeTCH 0.8 Kr KHCAopoAa; 0.7 kt/t 02 noCTynaeT H3 B03Ayxa, a 0.1 kt/t H3 csmoh CTaAH. Ha 3to koahmcctbo yMeHb- uiaeTCH coAepjKaHHe KHCAopoAa b CTaAH ot BbinyCKa ao pa3AHBKH. PaccMOTpeHbi TaKJKC peaKUHH BO BpeMH KHneHHfl CTaAH B H3AO>KHH-uax, npHMHHbl UHPKVAHUHH MeTaAAa, BCneHHBaHHe, npwqHHbI nOAbCMa h ocsakh, TaKHce peryAJmnH 3thx npoueccoB npii homoiuh AoSaBKH Al. CAeAyeT o6cyacAeHHe o MexaHH3Me bo3Hhkhobchhh h BbiAeAemifl ra30Bbix ny3bipeH, o cocTaBe BHemnera, roMoreHHo HHCTora, 6e3 ny3bipeii caoh. Ciarta npeAHasHaieHa HOBHMKaM h np0H3B0ACTBe KHnameii CTaAH a TaKHce h ocTaAbHbiM npaKTHKaM KOTopbie c 3thm nponeccOM xopomo 3HaKOMbi, ho. MO»eT 6biTb, HafiAVT oSacHeHHe HeKOTOpHM SBAeHHHM KOTOpble HM He SblAH AOCTaTCfflO nOHHTHbIMH. Stanko Čop, dipl. inž. Železarna Jesenice DK: 669.1 ASM/SLA: RM-p, A8d Možnost povečane preskrbe s starim železom iz domačih virov Prehod, od martinskega na več elektro jekla, povzroča spremembo v vložnih materialih. Ker ni dovolj starega železa v državi, so prikazane možnosti za povečano zbiranje. Po študiji ekonomske komisije Združenih narodov, je za nas izdelana bilanca zbiranja starega železa. To so predpostavke, ki jih lahko uresničimo le z dogovori s podjetji za zbiranje. Več elektro jekla pomeni preskrbeti znatno večje količine starega železa. Letos bodo naše elektro peči zalagale od 8—15 % grodlja. V železarnah, kjer so plavži, obstaja možnost delati s tekočim grodljem. Sedaj objavljeni največji delež tekočega grodlja je 25 in 43 %. Bolj zanimiva je nadomestitev grodlja in starega železa s predredu-ciranimi peleti. Države, ki imajo dobre rude in zemski plin, imajo vse možnosti, da v celoti izboljšajo vložek glede kemične čistoče. Za nas je v naslednjih 5 do 10 letih računati le s sedanjimi vrstami vložka za elektro peči. SEDANJA IN BODOČA PROIZVODNJA JEKLA V Jugoslaviji smo v letu 1971 proizvedli 2,4 milij. ton jekla, in to: 1.660.000 ton SM jekla 502.000 ton E1 jekla 247.000 ton konvertorskega jekla 2.7 2,6 2,5 2,i o 2,3 2,2 1 2.1 2,0 * 7,9 18 ----- ------- V. SM •/.£ jekla / V / proizvo dnja / SVET SFRJ 1970 1975 1975 Slika 1 Proizvodnja jekla v Jugoslaviji Predavanje na posvetovanju o vlogi električne obločne peči v proizvodnji surovega jekla v Jugoslaviji v Ljubljani od 15. do 17. novembra 1972. V letošnjem letu se količina poveča na 2,6 milij. ton na račun več elektro in konvertorskega jekla. V 1975. letu predvidevamo 4,8 milij. ton jekla. K sedanjim količinam elektro jekla je prišteti še okrog 50.000 ton iz proizvodnje železarne Split in nekaterih livarn. Okrog 1,1 milij. ton elektro jekla bodo v nekaj letih dale sedanje in nove elektro peči. Tam, kjer se bo izdelava jekla iz martinovk prenesla na elektro peči, je treba dobiti le 40 % več starega železa na račun grodlja. Kjer pa se postavlja dodatna elektro jeklarna, je povečanje potrebnega starega železa skoraj enaka proizvodnji jekla. Povečanje LD jekla krije potrebe po starem železu samo, oziroma lahko nastaja še višek. IZVORI STAREGA ŽELEZA Domače izvore lahko delimo v tri glavne vrste: — lastni odpadki, — industrijski odpadki in odpadki pri pre-valjanju, — zbiranje, — predelava starih hald. a) Lastni odpadki: Njihova količina je odvisna od raznih faktorjev, ki delujejo bodisi v pozitivnem ali v negativnem smislu. To je odpadek, ki nastane pri valjanju in predelavi jekla do proizvodov železarne. Več ploščatih izdelkov, cevi, hladno valjanih in vlečenih izdelkov, več legiranih in kvalitetnih jekel daje več odpadka. Tudi izboljšane metode prevzema dajo več izmečka. Nasproti temu je dejstvo, da z več napravami za kontinuirno vlivanje znatno zmanjšamo odpadek. Razlika je bistvena, 6 % odpadka proti 20 % pri klasičnem vlivanju. Večja teža slabov in gredic, uvedba avtomatike in večja kontrola procesov zmanjšujejo odpadek. Navajajo, da je sedaj v povprečju 27 % lastnih odpadkov v odnosu na surovo jeklo, odvisno je pa od vrste jekel in od izdelkov. N. pr. pri profilih je — 19 % odpadka pri pločevini je — 32 % odpadka pri ceveh — 38 % odpadka pri odkovkih — 47 % odpadka Iz podatkov UJŽ je razvidno, da je bilo lastnih odpadkov,v letih: leto 1968 1969 1970 1971 % na sur. jeklo 25,7 23,6 25 24 Z uvedbo naprave za kontinuirno vlivanje v Sisku, se bo količina odpadkov zmanjšala za okrog 30.000 ton letno, oziroma bo skupni odpadek namesto 24 % v bodoče okrog 23 %. b) Industrijski odpadki in odpadki pri prevaljanju: Ti nastanejo pri predelavi končnih proizvodov železa v tovarnah predelovalcev in so odvisni od vrste izdelkov. N. pr.: pri izdelavi motornih vozil jih je 30 %, v splošni strojegradnji, 16—20 %, za konstrukcije okrog 3 %. Povprečje vrnjenega materiala je 13 %, računano na doma porabljeno jeklo (vključno uvoz in zmanjšano za količino izvoza). Odvisno od razvoja industrije v državi je delež teh odpadkov višji ali nižji. Delež 13 % se nanaša na ekvivalentno količino jekla v blokih (izplen n.pr. 77,5%). Drugi viri navajajo % na valjano jeklo, n. pr. v ladjedelništvu 23 %, v gospodinjski opremi 15 %. Nekateri porabniki jemljejo jeklo v neizdelani obliki (n. pr.: gredice za prevaljanje). Ta odpadek je potrebno vzeti v poseben obračun. Takega uvoza je bilo v letu 1971 okrog 116.000 ton. c) Zbiranje: Jeklo v raznih izdelkih in konstrukcijah se po uporabi vrača v predelavo. To je odvisno predvsem od življenjske dobe izdelkov. To jeklo ima krožno dobo od nekaj mesecev za konzerve do 60 in več let . za konstrukcije. N. pr. železniška prevozna sredstva in ladje računajo s 30 leti. Ugotovljeno je, da je povprečna doba 15—20 let, toda ima tendenco zmanjšanja, kar je zopet odvisno od industrijskega razvoja države. Važen pogoj za količino vrnjenega jekla so stroški zbiranja, priprave in transporta. V nekaj letih je računati s starimi avtomobili. To bo dodaten vir starega železa, skoraj brez-Sn, vendar z okrog 0,23 % Cu. d) Predelava starih hald: Sedaj železarne izkoriščajo le večje kose jekla, imenovane »svinje«. Teh je okrog 1 % na proizvodnjo jekla. Po izkušnjah specializiranih podjetij se da iz redno odvržene žlindre in iz starih hald dobiti 4 % jekla, od tega je del uporaben le v aglomeraciji. če računamo z 2 % neizkoriščenega jekla v haldah, ki je primeren kot vložek za jeklarske peči, bi bilo to v državi letno 52.000 ton in 26.000 ton za aglomeracije. Posamezni postopki, dajo žlindre z naslednjo vsebnostjo železa — plavžne žlindre — 1 % Fe, rač. na proizv. grodlja martinske žlindre — 4,5 % Fe, rač. na proizv. jekla — elektro žlindre — 3,0 % Fe, rač. na proizv. jekla — konvertorske žlindre — 1,0 % Fe, rač. na proizv. jekla BILANCA VLOŽKA Če upoštevamo dotok starega železa iz prej navedenih virov, bi bilo možno zbrati sledeče količine: Leto 1971 Leto 1971 po dobavljeno predpostavkah 2,411.457 502.390 573.000 573.000 Proizvodnja jekla elektro jekla lastni odpadki ind.odpadek in zbiranje rezanje ladij uvoz ton ton ton 231.000 62.000 220.000 62.000 industrijski odpadki (3,8 mili j. X 13 %) zbiranje 495.000 ton 345.000 ton 840.000 ton V Jugoslaviji smo v letu 1971 porabili 3.800.000 ton jekla, preračunano na jeklo v blokih. Pri odnosu industrijskih odpadkov proti zbiranju 59 : : 41 % bi bilo zbranih odpadkov 345.000 ton. Poslovno združenje INOT je objavilo bilanco zbiranja za leto 1971, ki jo kaže naslednja tabela. Tabela 1 Zbiranje starega železa v letih 1970 in 1971 Skupno prodano: 1970 619.274 1971 543.669 Od tega: železarnam: 422.028 398.118 livarnam: 90.372 90.836 uporabno: 64.170 52.717 v izvoz: 4.954 5.307 Vrste Odkupljeno v letu 1971. Od tega iz gospodar, dejavnosti Skupno prodano v 1. 1971. železarnam Od tega: livarnam za izvoz uporabno staro železo staro železo 416.186 290.594 405.461 295.610 83.879 1.226 34.667 žel. ostružki 97.413 78.659 94.544 87.791 4.691 102 1000 ostalo iz gr. 114 43.099 38:933 43.664 14.717 2.266 3.979 17.050 skupno 556.698 417.193 543.669 398.118 90.836 5.307 52.717 stara litina strojna litina 26.725 20.496 28.462 4.200 23.424 218 .258 trgovska litina 2.651 1.729 2.138 35 2.071 — 17 mešana litina 6.709 4.576 6.905 1040 5.646 — 219 skupno 36.086 26.804 37.505 5.275 31.141 218 494 Vsa podjetja so prodala 543.669 ton starega železa, zbrala pa 556.698 ton; nekaj je ostalo na zalogah v podjetjih, železarne so dobile 398.118 ton in livarne 90.836 ton. Pri železarnah je treba upoštevati stružce, ki jih železarne nabavijo, pa jih porabijo plavži. Od zgoraj predvidene količine 840.000 ton, ostane tako neizkoriščenih okrog 285.000 ton. Podjetja sama navajajo, da so še izvori starega železa, vendar cena ni dovolj visoka, tako da zbiranje ni donosno. Kako raste količina zbranega starega železa, kaže slika 2. Madžarska s 3 milij. porabe jekla je v letu 1968 zbrala 1,5, v letu 1969 pa 1,9 milij. ton starega železa (od lastnih odpadkov do kupljenega železa). Potrebno bi bilo zbrati njihove izkušnje. Samo industrijskih odpadkov in zbiranja je bilo 850.000, oziroma 1.200.000 ton letno. D g J3 <0 700000 600.000 500.000 iO 0.000 leto 1967 1968 1969 1970 1971 Slika 2 Količina starega železa iz zbiranja KVALITETA Lastni odpadki so odvisni od izdelanega jekla. Več legur in prevlek onečišča povratek. Industrijski odpadki se slabšajo zaradi več legiranega jekla, površinskih prevlek in zahtev po lastnostih jekla 800 700 6 00 j? too '1 too ! 300 i 200 IOO m ■m /// //// m m m >////. debelina paketi pod 6 mm beli paketi črni debelina mešano mešano povprečno struzci razrezane r>ad3mm železo železo ladje šaržirno nadjmm pod 3mm 500 iOO 300 200 100 i Država. B F I NL D UK H PL USA J YU B - BELGIJA F-FRANCIJA I - ITALIJA NL -NIZOZEMSKA D -ZRN UK-ANGLIJA H -MADŽARSKA PL -POLJSKA J -JAPONSKA Slika 3 Zbrano staro železo v raznih državah na tono porabljenega jekla Slika 4 Volumska teža raznih vrst starega železa 'm V/M m 'm m < W/ WA debelina paketi pod 6 mm beli paketi črni debelina mešano mešano povprečno straža razrezane nad3rtm železo železo ladje šoržirno nad3mm pod3mm Slika 5 Izkoriščenost nosilnosti vagonov za predelavo na avtomatih. Železo iz zbiranja je dobre kvalitete, če poznamo njegov izvor. To se pa da urediti s sortiranjem in večjimi stroški. Mnenje je, da bi zbiralci z nekaj večjimi stroški mogli dobavljati bolj sortirano železo. Potrebno bo, ko bo postopek predredukcije peletov bolj osvojen, preštudirati možnost proizvodnje in uporabe peletov za jekla, ki zahtevajo boljšo kemično čistočo. To so vsekakor nekatera ogljikova jekla, orodna jekla in jekla za elektro pločevino. Za produktivnost peči je važna volumska teža starega železa, ki se zalaga v peči. Za prevzem obstajajo razredi, ki določajo debelino komadov, dolžino in širino. Glede kemične sestave so omejitve le na prevleke z Cu, Zn in Sn, vendar le pri nekaterih vrstah. Staro železo je vredno več, če je njegova volumska teža večja. Danes velja pravilo, da ga je možno pripraviti tako, da tehta 0,9—1,3 ton/m3. Primer kvalitete dobav za obdobje 3 mesecev, kaže različne teže. Nanaša se na volumen v vagonu dobavitelja. Teža se giblje od 130—740 kg/m3. Nosilnost vagonov je izkoriščena temu sorazmerno od 15—85 %. Literatura 1. Economic commision for Europe: Problems relating to iron and steel scrap, UNITED NATIONS, NEW YORK, 1971. 2. Časopis: Otpadne sirovine — sept. 1972, izdaja INOT BEOGRAD. 3. Statistički bilten UJŽ, 1971. ZUSAMMENFASSUNG Nach den Rechnungen vvelche bei ahnlich grossen Stahlerzeugern wie Jugoslawien giiltig sind, vvare es moglich jahrlich etwa 285.000 Tonnen mehr Schrott zu sammeln. Das ist zusammen mit der Sammelfirmen zu iiberprufen. Wir miissen uns auch fiir eine bessere Schrott-vorbereitung, dass heisst fiir ein grosseres Raumgevvicht des Schrottes vereinbaren. Die Hiittenwerke konnten durch die Schlackenseparie-rung und durch die Haldenverarbeitung noch etwa 100.000 tonnen Schrott jahrlich gewinnen. Auf diese Weise wiirde die Schrotteinfuhr die ge-genwartige Menge nicht wesentlich iiberschreiten (in diesem Jahr ist ein Import von 393.000 Tonnen geplant und teihveise fiir Brodospas noch 70.000 Tonnen). Es ist zu berucksichtigen, dass auch fiir die Roheisen-produktion Kocks oder Kohle eingefiihrt vverden miissen. Der Kostenaufvvand fiir eine Tonne Koks entspricht dem Aufvvand fiir 820 kg eingefiihrten Schrottes. Fiir die Pellets ist bekannt, dass sie den reinsten Ein-satzstoff fiir die Stahlgevvinnung darstellen. Auf dem Symposium iiber die Herstellung und Ver-vvendung von Pellets in Bukarest im Oktober 1972 haben die Stahlhersteller berichtet, dass nach den gegenwartigen Erfahrungen ein 35 prozentiger Gewichtsanteil von Pellets im Einsatz ohne weiteres moglich ist. Die Anvvendung von Pellets ist aus Preisgriinden nur bei der Erzeugung der Oualitatsstahle berechtigt. Es ist fiir den Zeitabschnitt der nachsten fiinf Jahre notwendig sich mit den Schrottsammelfirmen iiber gros-sere Schrottmengen, mit grosserem Raumgevvicht und bes-serer Oualitat zu vereinbaren. Erst spater kann iiber eine eigene Produktion von reduzierten Pellets und dessen Anwendung in der Stahlerzeugung die Rede sein. SUMMARY Calculations valued for similar steel producers as Yu-goslavia show that about 285,000 t more scrap iron could be collected. This should be checked with the firms collecting the scrap. Also scrap must be better prepared, i. e. it must ha ve greater volumetric weight. Ironvvorks can extract about 100,000 t scrap iron per year by slag separation and by dump treatment. In this way import of scrap iron will not essentially rise over the present quantity (about 393,0001 this year, and partially for Brodospas — 70,000 t). Also import of coke or coal needed for pig iron pro-duction must be taken in to account. Costs of 11 coke correspond to the priče of 820 kg of imported scrap iron. Pellets are knovvn to be the purest material for steel production. Steelmakers reported according to their experiences, on the conference on production and use of pellets in Bucuresti in last October, that about 35 % batch weight can be used in form of pellets. But pellets are profitable only for production of quality steels. It is urgent in the next five years to cooperate closely with the scrap iron collectors to get greater supplies, better volumetric weight and better quality of scrap iron. Later, the decision on production and use of pellets can come into account. 3AKAIOTEHHE Ha 0CH0BaHHH pacqeTOB c KOTOpbiMH MoaceT ckho 3aKAKMHTk, 1TO y HaC b TeK-hoctb coSpaTb npnSA. 285.000 t CKpana cBHine. 3to ne06x0AHM0 npoBe-pHTfa c npenpHHTHHMH MOTOpue co6npaioT h OTKynaiOT CKpan. IlaAo6HO TaK3Ke onpcAeAHTb caMbifi AyqiiiHH cnocoG ceAeKUHH CKpana, t. e. oGecncHHTh 6oAee BLicoKyio eMKOCTHyK) TSOKecTb. MeraAAvprHHeCKite 3aBOAH TaK>Ke 6bi cenapauncM uiAaKOB h nepepa6oTKon niAaKOBLix OTB3AOB, MorAH HcnoAb3biBaTb eme npHČA. 100.000 t CKpana. TaKHM 06pa3OM, B3HBIUH BO BHHMaHHe B 3TOM roAY nAaHHpoBaHoe Heo6xoAHMoe metaaayprhh koahhcctbo HMnopTHpoBaHoro CKpana b koahhcctbh ot 393.000 t, hmcji TaK/kc bbitav AaAbHeiiiiiHX npnSA. 70.000 t. CKpana c ko-TOpbiM MeTaAAyprHMeCKyio npoMtmiAeHHOCTb cfia6>KaeT npeAnpHame BpoAocnac, pe3aHHei« ButamHHbix noTaHyBinHx napoxoAOB, mo>kho npeAnaAoraTb, >ito HMnopT CKpana cymecTBeHHO He yBeAH<»HTca. TaKace HeAb3H He npHHHTb BO BHHMaHHe Heo6xOAHMOCTb HMnopTa KOKCa HAH yrAH AAa np0H3B0ACTBa ^yryHa. PacxoAM Ha OAHy TOHy KOKCa coot-BeTCTByioT 820 Kr HMnopTHOMy CKpany. Ha coBemaHHH o np0H3B0A-ciBe H ynOTpe6AeHHH OKaTbimeft B OKTaSpe npouiAora roAa b Eyxa-pecTe AOA05KHAH, ito uiHXTa MoateT coaepacatb ao 35 % OKaTbimeft, XOTH h3-3a hx BbICOKOH HeHbl 3tct Ao6aBOK peKOMeHAyeTCfl ahiiil npn npOH3BOACTBe KaMCCTBCHHbix coptob CTaAH. n03T0My, b npo-Me»ytke BpeMHHH nepBbix nSTH AeT He06x0AHM0, b CBH3H c npeA-npHHTHHMH c6opa CKpana, 3a6oTiiTCfl o ero koahmcctbc, SoAbmera ootcMHora Beca h Ayqnicra Ka^ecTBa. nocAe 3T0ra mojkho pacc^HTbi-BaTb, mto np0H3B0ACTB0 h ynOTpe6AeHHe OKaTbimen 6yaet aK'ryaAh-HblM. Dr. Blaženko Koroušič, dipl. inž. Metalurški inštitut Ljubljana DK: 669,187 : 669.014 ASM/SLA: D8n »Metalurške reakcije pri pretaljevanju v kvalitetnih jekel pod žlindro (EPZ)« 1. UVOD Pretaljevanje treh orodnih jekel na polindu-strijski EPŽ-napravi pod različnimi obratovalnimi pogoji. Analiza metalurških reakcij, ki uravnavajo kemično sestavo jekla in vsebnost kisika in žvepla. Iskanje korelacijiskih odnosov med kemično sestavo žlindre (bazičnostjo) in vsebnostjo kisika, odnosom Si. O2 in konstanto KMnSi. Ocena vpliva hitrosti talenja jekla na vsebnost žvepla v pre-taljenih ingotih. Mehanske lastnosti plemenitih jekel in njihovo obnašanje v dejanskih, obratovalnih pogojih so odvisne predvsem od kemične sestave, čistoče in strukturnih lastnosti ingota pred njegovo predelavo do končnega proizvoda. Današnja tehnologija izdelave jekel v elektro-obločni jeklarski peči omogoča dokaj zanesljivo kontrolo osnovnih legirnih elementov, zahvaljujoč globljemu poznavanju fizikalno-kemičnih procesov med kovino in žlindro in razvitejši analitski tehniki. Tudi doseg čistoče jekla pri masovni produkciji jekel ne predstavlja več itako perečega problema. Razvoj številnih postopkov, kot so va-kuumiranje, prepihovanje z inertnimi (argon, dušik) plini, obdelava tekočega jekla s trdnimi in tekočimi žlindrami, kakor tudi učinkovitejša dezoksidacija z aluminijem in kompleksnimi dez-oksidanti omogočajo danes izbiro optimalne tehnologije, ki zagotavlja visoko čistočo tekočega jekla. Popolnoma drugačna slika pa je glede vprašanja strukture in heterogenosti ingotov, izdelanih po konvencionalnih načinih. Pri klasičnem načinu litja jekel v kokile (kar velja predvsem za plemenita jekla) potekajo med kristalizacijo kovine številni procesi, ki vodijo do znanih pojavov raz-mešanja in defektov v makro in mikrostrukturi. Pri nadaljnji predelavi ingotov se tem defektom praktično ni mogoče več izogniti. Segregacije v primarni strukturi se v deformiranem materialu, kot je znano manifestirajo v anizotropiji mehanskih lastnosti, (lastnosti v vzdolžni in prečni smeri), kar je posebej pomembno pri nekaterih orodnih in konstrukcijskih jeklih. Aplikacija tki. »sekundarnih postopkov, med katerimi zavzema elektropretaljevanje pod žlindro (EPŽ) posebno vidno mesto omogoča zaradi specifičnih pogojev rafinacije in kristaliza-cije v znatni meri izboljšati strukturo in čistočo litega jekla. Praktične izkušnje v številnih jeklarnah so pokazale, da je kvaliteta plemenitih jekel, izdelanih po EPŽ veliko boljša kot pri klasičnem načinu izdelave jekla predvsem zaradi večje žila-vosti jekla pri manjši stopnji predelave, večji homogenosti jekla ter enakomernejši porazdelitvi vključkov. Železarna Ravne je kot proizvajalec plemenitih jekel skupaj z Metalurškim inštitutom v Ljubljani že pred tremi leti začela z obsežnimi raziskavami na področju pretaljevanja visoko-legiranih orodnih in konstrukcijskih jekel po EPŽ-postopku. V poročilu, ki ga podajamo, bomo diskutirali o metalurških reakcijah in obnašanju nekaterih kemičnih elementov med pretaljevanjem treh orodnih jekel, pretaljenih po EPŽ-postopku. 2. Praktični poskusi Izbrali smo tri tipične predstavnike orodnih jekel iz proizvodnega programa Železarne Ravne in sicer: A. Jeklo za delo v hladnem — OCR-12 ex. (165 CrMoV12) B. Jeklo za delo v vročem — Utop Mo 2 (X40CrMoV51) C. Brzorezno jeklo — BRM-2 (S 6-5-2) Poskuse talenja smo vršili na polindustrijski EPŽ-napravi maksimalne teže ingotov do 60 kg in premera kristalizatorja 118 mm. Elektrode, kvadratnega preseka 60 mm in dolžine 2,3—3,0 m smo pred začetkom talenja mehansko čistili in zaščitili s posebnim premazom. Delali smo s tki. »mrzlim štartom«, pri čemer je količina žlindre znašala 50—60 kg/t jekla. Poskuse smo vršili s tremi tipi žlinder: CaF2-Al203 (M-l) CaF2-Al203-Ca0 (M-6) in CaF2--Al203-Ca0-Mg0 (M-7). žlindre so bile pripravljene s talenjem v grafitni peči in pred uporabo naknadno žar j ene. Hitrost talenja, pri enaki moči transformatorja in količini žlindre je bila različna za različne vrste jekla, kar je posledica razlike v fizikalnih lastnostih jekel (toplotna prevodnost, toplota ta-lenja, gostota in dr.): OCR — 12 ex. Q2 = 26—40 kg/h Utop Mo 2 Q2 = 21—27 kg/h BRM — 2 Q2 = 27—42 kg/h 3. Rezultati Kemična analiza pretaljenih ingotov je pokazala, da je vsebnost legirnih in spremljajočih elementov glede na izhodno elektrodo ostala praktično nespremenjena. Na sliki 1 je pokazana variabilnost štirih elementov: C, Si, Mn in S v pretaljenih ingotih, kvalitete BRM-2. Iz slike je razvidno, da ostane vsebnost ogljika med preta-ljevanjem praktično nespremenjena. Vsebnost silicija, mangana, žvepla in kisika se med talenjem spremeni, kar je posledica kemičnih reakcij, ki potekajo v sistemu kovina-žlindra-plinska faza. Vsebnost legirnih in oligo elementov ostane praktično enaka kot v izhodnem materialu. Iz dobljenih rezultatov sklepamo, da pri pretaljevanju orodnih jekel po EPŽ-postopku kontrola kemične sestave ne predstavlja nobenega problema. Veliko večji pomen ima poleg kontrole porazdelitve in velikosti karbidov kontrola nekovinskih vključkciv in plinov (predvsem oksidov in sulfidov, pri večjih ingotih tudi nitridov in vodika), ker je njihova vsebnost določena s termodinamičnimi in kinetičnimi pogoji poteka metalurških reakcij med žlindro, kovino in plinsko fazo. 4. Analiza rezultatov in diskusija Kisik in žveplo (poleg dušika) sta osnovna elementa, ki tvorita nekovinske vključke s prisotnimi elementi v jeklu, čeprav je vpliv nekovinskih vključkov na mehanske lastnosti orodnih jekel dokaj neraziskan, so pokazale številne raziskave, da obstaja visoka korelacija med vsebnostjo nekovinskih vključkov v visoko-legiranih jeklih in plastičnostjo jekla. Zato vprašanje tvorbe nekovinskih vključkov in mehanizma metalurških reakcij med kovino in žlindro pri orodnih jeklih ni mogoče zanemariti. 4.1 Kisik Pri EPŽ-postopku obstaja več virov kisika (glej sliko 2): — Prenos kisika iz atmosfere preko žlindre (fazne meje: b in e) — Kisik v elektrodi, — Oksidacija površine elektrode v procesu talen j a (fazna meja: d), 090 086 086 OBA 082 080 078 C mo>L min. A... 46 58 59 45 47 48 60 ' 61 M-6 040 030 020 M-7 Mn Mneiek 040 030 020 — 010 180 160 140 C ---11 120

2 je odvisen izključno od bazičnosti žlindre. Na osnovi podatkov Halzgruberja in Plockin-gerja smo izpeljali analitični izraz za to odvisnost, ki ima obliko: log K'Si = log KSi. aSi02 = % CaO = A + B log- 5 % SiO, (5) Z upoštevanjem koeficientov aktivnosti fc, fSi in f0 (glej tabelo 1) in povprečno vsebnostjo silicija v jeklu, smo za vse tri vrste jekla izračunali teoretsko odvisnost vsebnosti kisika kot funkcije bazičnosti žlindre. Rezultati so razvidni iz slike 4, v katero so vrisani tudi eksperimentalno dobljeni rezultati za omenjene tri tipe jekel. Iz prikazanih rezultatov sledi zaključek, da vsebnost kisika (v območju bazičnosti 0,6—2,0) leži v območju izračunanih vrednosti. Dobljena odvisnost opozarja na prisotnost tudi drugih vplivnih faktorjev (vpliv hitrosti ta-lenja, kinetika odstranjevanja nekovinskih vključkov in dr.). Pri tem je treba poudariti naslednja dejstva: 1. Pri majhnih EPŽ-napravah se bazičnost žlindre spreminja s časom, ker količina Si02 v žlindri nenehno narašča. Najnižja bazičnost je proti koncu talenja, zato se naša analiza tudi nanaša le na pogoje v glavi ingota. 2. Natančnost koeficientov aktivnosti je dokaj nesigurna, ker se koeficienti interakcije, preko katerih se vršijo izračunavanja, nanašajo na temperature okrog 1600° C, medtem ko max. temperatura pri EPŽ-procesu znaša okrog 1800° C. 4.2 žveplo Odstranjevanje žvepla pri pretaljevanju jekel po EPŽ-postopku se vrši v več etap: -Bazičnost žlindre (°/,CaO/ '/, Si02)-— Slika 4 Odvisnost med vsebnostjo kisika v EPž-ingotih in bazičnostjo žlindre pri treh orodnih jeklih OCR-12 ex., Utop Mo 2 in BRM-2 1. Prenos kisika iz elektrode v žlindro preko fazne meje C (glej sliko 2) po enačbi: S + (02-) t±0 + (S*-) (6) 2. Kemična reakcija med ioni žvepla v žlindri in molekularnim kisikom v plinski fazi (fazna meja b) po enačbi: (S2-) + 3/2 0 2(g). S02(g) + (02-) (7) Pri orodnih jeklih je mogoče doseči visoko stopnjo odžveplanja tudi pri nižjih vrednostih bazičnosti zaradi zelo visoke aktivnosti žvepla v jeklu (vpliv legirnih elementov, zlasti Si in C). Na sliki 6b je pokazana odvisnost stopnje odžveplanja od bazičnosti (0/oCaO/%Si02 = 0,6 — 2,3) pri pre-taljevanju jekla BRM-2. Termodinamična analiza obeh teh reakcij pove, da so pogoji za odžveplanje jekla ozko povezani s koncentracijo O2—-ionov v žlindri, parcialnim pritiskom kisika v plinski fazi in kemično sestavo jekla. Pri orodnih jeklih, pri katerih proces talenja poteka pri zračni atmosferi (brez zaščitne atmosfere v kristalizatorju) je parcialni pritisk kisika v plinski fazi konstanten in je na termodinamične pogoje odžveplanja mogoče vplivati le preko bazičnosti žlindre. Na sliki 5 je pokazana odvisnost med stopnjo odžveplanja jekla OCR-12 ex. in bazičnostjo žlindre skupaj s podatki iz literature3—5. Pri majhnih EPŽ-napravah je zelo težko delati z žlindrami, ki imajo visoko bazičnost žlindre, ker z bazičnostjo žlindre narašča tudi intenziteta oksidacije Si. Posledica tega je naraščanje vsebnosti Si02 v žlindri in zmanjšanje bazičnosti žlindre s časom talenja. 100 Klingelholer etal t za 15-25V. A^O,) • Žlindra M-1 C CaF,-Alfi,) 3 -«— M-61 CaF1-Al20,-Ca0) > -»— M-7 (CaFi-AI,Oi-CaO-"UgOi ---Hotzgruber —— Klingelhofer e( al 3 / / „ 07 08 09 JO 11 12 13 14 15 16 17 IS 19 20 21 22 - - — t V.CaO! V.SiO! ) -—— ______J----- _]_l_l_l_i-1— 1 2 3 4 5 6 7 S 9 K 11 12 13 14 15 -----Bazičnost '/.Ca0/'/.Si03-- Slika 5 Vpliv bazičnosti na stopnjo razžveplanja med taljenjem jekla po EPž-postopku. (Rezultati Lataša izračunani na osnovi podatkov o sestavi žlindre po taljenju jekla in vsebnosti žvepla v elektrodi in ingotih). 06 07 OS 09 10 11 12 13 H 15 16 17 IS 19 20 21 22 23 - - r/.cao/v.sio,) —- Slika 6 Vpliv bazičnosti žlindre na »odgor« silicija in stopnjo od-žvepljanja pri pretaljevanju jekla BRM-2 4.3 Silicij in mangan Od vseh legirnih elementov sta silicij in mangan edina dva elementa, ki se glede na svojo termodinamično aktivnost lahko oksidirata s kisikom, prisotnim v jeklu in žlindri. Oksidacija silicija poteka po enačbi (3). Ker je aktivnost silicija od vseh elementov največja, je tudi njegov »odgor« največji. Na sliki 6a je pokazana odvisnost med »odgorom« silicija in bazičnostjo žlindre. Pri tem je treba poudariti, da »odgor« silicija pri enaki bazičnosti narašča s specifično površino plašča elektrode (cm2/kg), ki s presekom elektrode pada. To je tudi edina razlaga, zakaj je pri naših poskusih »odgor« veliko večji, kot pri drugih avtorjih, ki so delali z večjimi preseki elektrod. Mangan se oksidira po enačbi: Mn + O ^ MnO (8) Paralelno z oksidacijo mangana poteka tudi reakcija med manganom in silicijem: 2 (MnO) + Si ^2Mn + (Si02) (9) tako, da obstaja določena odvisnost med konstanto ravnotežja za to reakcijo in bazičnostjo žlindre, ki kot smo že omenili določa aktivnost Si02 v žlindri. Na sliki 7 je pokazana ta odvisnost za analizirana tri jekla skupaj z rezultati Halzgruberja in Plockingerja6. 5. Vpliv kinetičnih parametrov na potek kemičnih reakcij Termodinamična analiza fizikalno-kemičnih procesov, ki se vršijo med talenjem jekla v žlindri ne daje nikakršnih informacij o kinetiki ali mehanizmu reakcij. Tako smo videli na primeru kisika, da na splošno obstaja določeno soglasje med termodinamično izračunanimi in eksperimentalno ugotovljenimi vrednostmi, kljub določeni disperziji rezultatov. V tej analizi smo skušali oceniti vpliv hitrosti talenja, kot najvplivnejšega faktorja na kinetične pogoje odžveplanja (glej sliko 8). Pri interpreta- Slika 7 Odvisnosti konstante K/um, Si od bazičnosti žlindre pri pretaljevanju orodnih jekel: OCR-12 ex., BRM-2 in Utop Mo 2 po EPŽ- postopku --Vel (mm/min) -— Slika 8 a) Regresija stopnje odžveplanja in hitrosti taljenja Qi b) Regresija vsebnosti žvepla v EPž-ingotu in hitrosti od-taljevanja elektrode V,, ciji teh rezultatov je treba pripomniti, da je hitrost talenja korelacijsko povezano z vrsto uporabljene žlindre oziroma njeno bazičnostjo, tako da se efekti med seboj prekrivajo. Toda kljub temu ugotavljamo, da hitrost talenja definira čas reakcije med žlindro in kovino in s tem direktno vpliva na uspešnost rafinacije. 6. ZAKLJUČKI 1. Pretaljevanje orodnih jekel po EPŽ-postopku prinaša vrsto izboljšav, med katerimi ima največji pomen izboljšanje žilavosti v prečni smeri obdelave, povečanje gostote in čistoče jekla. 2. Kemična sestava pretaljenega jekla se med pretaljevanjem pod žlindro praktično ne spremeni. Edino silicij in deloma mangan se znižata zaradi visoke aktivnosti do kisika. »Odgor« silicija in mangana je odvisen od njune izhodne koncentracije in bazičnosti žlindre. 3. Vsebnost žvepla in kisika v pretaljenih ingotih ustreza termodinamičnem ravnotežju v sistemu kovina-žlindra. Koncentracija kisika se giblje med 15—90 ppm, medtem ko je vsebnost žvepla nekoliko višja in leži med 50—120 ppm. Literatura 1. Taylor, C. R., J. Chipman: Equilibria of Liquid Iron and Simple Basic and Acid Slags in a Rotation Induction Furnace, Trans. AIME 154 (1943) 228—247. 2. Schenck, H., E. Steinmetz: Wirkungsparameter von Be-gleitelementen fliissiger Eisenlosungen und ihre gegen- seitigen Beziehungen, 2 Auf. (1968), Verlag Stahl u. Eisen, Diisseldorf. . 3. Klingelhofer, H.- J., P. Mathis, A. Choydhury: Archiv f. Eisenhiittemves. 42, 5 (1971) 299—306. 4. Lataš, Ju. V.: Automatičeskaj« svarka P (1965) 25—29 5. Halzgruber, W.: Dr.-Diss. Mont. Hochschule, Leoben 1967. 6. Halzgruber, W. E. Plockinger: Stahl u. Eisen 88, Nr 12 (1968) 638—648. ZUSAMMENFASSUNG Elektroschlacke Umschmelzen der hochlegierten Stahle ist durch manche Vorteile wie bessere Kerbschlagzahig-keit in der Querrichtung, bessere Homogenitat und Dichte des Stahles und eine gleichmassigere Verteilung der Karbide und nichtmetallischer Einschliisse gekennzeich-net. Der Verlauf der metallurgischen Reaktionen und Interaktionen zwischen dem Metali und der Schlacke ist von dem System Metall-schlacke und den technologischen Schmelzparametern abhangig. Fiir die Untersuchungen haben wir drei typische VVerk-zeugstahle aus dem Erzeugungsprogramm des Hiitten-werkes Ravne gewahlt. a) Stahl fiir die Kaltverformung OCR 12 ex. (165 Cr MO V 12) b) Stahl fiir die VVarmverformung UTOP MO; (X 40 Cr Mo V 51) c) Schnelldrehstahl BRM-2 (S 6-5-2) Die Schmelzversuche sind an einer Halbindustriellen Anlage mit einem Blockgewicht von hochstens 60 kg und 118 mm Kristalisatordurchmesser durchgefuhrt werden. Fiir Elektroden diente Halbzeug 60X60 mm2 und 23 bis 3 m Lange. Bei der Umschmelzung der genannten Stahle ist die grosste Aufmerksamkeit folgenden Parametern gewidmet worden: 1. Dem Verhalten des Sauerstoffes und der Analyse der Einflussfaktoren — FeO Gehalt in der Schlacke und Basizitat der Schlacke. 2. Dem Verhalten des Sauerstoffes und der Reaktion mit dem Sauerstoff im Stahl und aus der Atmosphare. 3. Der Abhangigkeit zvvischen dem Silizium und Mangan. Die Bearbeitung der Ergebnisse mit mathematisch sta-tistischen Methoden zeigte, dass neben der Thermodyna-mischen Bedingungen, vvelche den grossten Einfluss auf die analysierten Werte ausiiben, diese auch von anderen Einflussfaktoren, wie kinetische Bedingungen wahrend des Schmelzens beeinflusst vverden. SUMMARY Electroslag remelting (ESR) of high alloyed steels gives numerous advantages in improvement of transversal toughness, greater homogeneity and steel density, and in more uniform distribution of carbides and non-metallic inclusions. Metallurgical reaction and interactions betvveen slag and metal depend on the system metal-slag and on technological parameters of melting. Three typical tool steels (Ironworks Ravne) were cho-sen for the analysis: a) cold vvorking tool steel — OCR 12 ex. (165 Cr Mo V 12) b) hot working die steel — Utop Mo 2 (X 40 Cr Mo V 51) c) high-speed tool steel — BRM-2 (S 6-5-2) Melting was made on pilot plant with maximal ingot vveight 60 kg and crystallizer diameter 118 mm. Square rods 60 x 60 mm and 2.3 to 3.0 m long were used for electrodes. Basic attention during remelting of previously mentio-ned steels was given to: 1. The behaviour of oxygen and analysis of influential parameters — FeO content in slag and slag ratio 2. The behaviour of sulphur and its reaction vvith oxygen in steel and external atmosphere 3. The relationship between silicon and manganese. Treatment of results by method of statistical mathe- matics shovved that especially kinetic conditions of melting (dependance of desulphuration degree on melting rate) have essential influence beside the thermodynamic conditions which have the greatest influence. 3AKAIOTEHHE rtepenAaBKa Bbic0K0-Aenip0BaHHbix CTaAeft noA niAaKOM (t. h. SAeKTpoinAaKOBBiH nepenAaB) npHHOCHT iieAbift paA npeHMymecTB ito Kacaeica yAy*nHeHHfl b33Kocth CTaAH b nonepcmio.M HanpaBAeHHH OTHOCHTeAbHO HanpaBAeHHa npoKaTKH. YcTaHOBAeHa AyiHiaa tomo-reHHOCT h nAOTHOCTb CTaAH, 6oAee paBHOMepHoe pacnpeAeAeHHe Kap-6haob h HeMeTaAAHqecKHx BKAIOHCHHH. xoa MeTaAAyprHMecKHx peaKHHil, TaioKe Tex Koropbie npoHCxoAaT Me>KAy MeTaAAOM h uiAa-kom, 3aBHCHT OT CHCTeMbI MeTaAA-UIAaK h OT TeXHOAOrHieCKHX napaMeTpoB riAaiiACHHH. Aah aHaAH3a Bbi6paHH Tpn THnOBHx npeACTaBHTeAeii HHCTpy-MeHTaAbiioH CTaAH, np0H3B0A MeTaAAypr-ora 3aBOAa PaBHe: а) CTaAb MapKH OCR 12 ex. (165 CrMoV12), aah nepapaSoTKH b xoaoahom coctoshhh. б) Utop Mo 2 (X40CrMoV51), aah TenAoft nepepagoTKH; B) BRM-2 (S-6-5-2), 6biCTpope5Kymas CTaAb. OnbiTHbie nAaBAeHHa BeAHCb Ha noAynpoMbiuiAeHHOH ycTaHOBKH, npH KaHHio FeO B HiAaKe h ochobhocth HiAaKa; 2) noBeAeHHe cepbi a ee peaKiiHH c khcaopoaom B CTaAH H b aTMO-ccjiepe B03Ayxa; 3) 3aBHCHMOCTb MeJKAY KpeMHHeM H MapraHueM. OSpaSoTKa noAy^eHbix pe3yAbTaTOB mbtoaom cTaTHCTHHecKoft MaTeMaTHKH nOKa3aAH, vto KpOMe TepMOAHHaMH^eCKHX yCAOBHS, KOTOpbie HMeioT OCHOBHOe BAHaHHe Ha aHaAH30BaHbie BeAmHHbl, 3HaMHTeAbHoe BAHaHHe OKa3biBaiOT Tanace APyrna ycaobhh Hnp.: 3aBHCHM0CTb cTeneHH AecyAWj>ypauHH ot SbiCTpoTbi nAaBAeHHa h np. Svinčena Jekla nova možnost za povečano produktivnost obdelovalnih strojev Svinčena jekla, nov proizvod Svinčena avtomatska jekla ATJ lOO PlT Svinčena konstrukcijska jekla — ogljikova — nizko legirana Vsako jeklo lahko legiramo s svincem! Neža Exel, dipl. inž. Zavod za raziskavo materiala in konstrukcij DK: 620.191.2 : 669.14.018.821 ASM/SLA: R3r, SS Korozijska odpornost CORTEN jekla Obravnavano je jeklo, ki je odporno na atmosfersko korozijo. Razlaga mehanizma tvorbe zaščitnih plasti je povzeta po tuji literaturi. Podani so rezultati 2-letne korozijske preizkušnje domačega jekla in preiskave rje ter mnenje o izgubi debeline v zvezi s sestavom jekla. UVOD V ZDA in tudi v Evropi1 je pod imenom CORTEN znanih več vrst nizko legiranih jekel, ki se odlikujejo po zvečani odpornosti na atmosfersko korozijo in zvišanih trdnostnih lastnostih. V glavnem so znane 3 vrste tega jekla, ki so legirane bodisi s kromom, bakrom, nikljem in fosforjem ob nizkem procentu ogljika (vrsta A), bodisi z manganom, kromom, bakrom in vanadijem ob višjem procentu ogljika (vrsti B in C). CORTEN A ali »vrsta s fosforjem« je zaradi estetskega videza površinske rje namenjena predvsem v arhitektonske namene, ima pa tudi najboljšo odpornost na atmosfersko korozijo. CORTEN B in C sta »vrsti z vanadijem«, ki imata višje trdnostne lastnosti kot vrsta A, slabšo korozijsko odpornost in manj prijeten izgled. Namenjeni sta za visoko obremenjene konstrukcije. CORTEN jeklo se dobavlja kot toplo- ali hladno valjana pločevina in toplo valjani profili in palice. Za arhitektonske namene se uporablja CORTEN A gol t. j. korozijsko nezaščiten, za nearhi-tektonske namene pa se uporabljajo vse 3 vrste (tudi A), bodisi gole, bodisi korozijsko zaščitene s premazi, pri čemer se vrste izbirajo glede na debelino in z njo povezani mehanskimi lastnostmi. CORTEN A Nas zanima predvsem CORTEN A, ki se v Evropi imenuje tudi »jeklo odporno na atmosfersko korozijo« (Witterungsbestandiger Stahl), oznaka domačega proizvajalca pa je JEKOR. Mejne vrednosti za kemijski sestav so1: % C % Si °/o Mn % P do 0.12 0.25—0.75 0.20—0.50 0.07—0.15 %s % Cr % Cu % Ni do 0.035 0.30—1.25 0.25—0.55 do 0.65 Optimalni sestav po US priporočilu3 je: % C °/o Si o/o Mn % P % S % Cr % Cu % Ni 0.09 0.35 0.40 0.10 do 0.025 0.80 0.35 0.20 Mehanske lastnosti, ki veljajo do debeline 12.5 mm, do katere se to jeklo proizvaja, so: meja plastičnosti: min 35 kp/mm2 trdnost: min 49 kp/mm2 raztezek: min 22 %. Kot omenjeno, ima to jeklo najboljšo korozijsko odpornost v atmosferi; navajajo4, da je 5—8-krat večja kot pri navadnem mehkem jeklu. Jeklo v atmosferi najprej zarjavi, kot vsako drugo, s časom pa se rja, zaradi izločanja legurnih elementov v obliki težko topnih spojin, zgosti, votline in razpoke v njej se zapro in korozija preneha. Za nastanek dobre, zaščitne rjaste plasti je bistveno, da je povrišna jekla izpostavljena menjajočim se vplivom dežja in sonca. Na površinah, ki mso naravnost izpostavljene vremenskim vplivom, kot so npr. spodnje površine streh, ne nastane dobra zaščitna plast, zato je treba take površine zaščititi s premazi. Dočim je rja na površinah, ki so izpostavljene atmosferilijam, gosta, drobna in žilava, je na neizpostavljenih groba in luskasta. Dobra zaščitna rja ima obenem tudi lepo barvo ozir. estetski videz, zato se jeklo prvenstveno uporablja v arhitektonske namene. Barva površinske rje se s časom lepša; najprej je rjavo rdeča, po nekaj letih pa preide v rjavo vijoličaste odtenke. Da dosežemo čim boljšo in po barvi čim enakomernejšo rjo, je treba površino jekla pred vgraditvijo očistiti (peskati ali lužiti). Ce vgradimo jeklo z neočiščeno površino, bo ta nekaj let lisasta, kasneje pa se bo barva izenačila. Navedbe o izgubi debeline jekla zaradi korozije se v literaturi nekoliko razlikujejo; za industrijsko okolje se navaja od 0.05—0.07 mm po 10 ali 15 letih izpostave, za podeželsko pa največ 0.05 mm. Za primer podajamo v sliki 1 diagram, ki kaže izgubo debeline s časom (2,5). Jeklo je vsebovalo 1 % Cr, 0.11 % P, 0.4 % Cu in 0.5 % Ni. Po navedbi, nastane večji del izgube debeline že do 2 let, nato korozija le še malo napreduje. Uporaba CORTENA A za obmorsko okolje ni priporočljiva, prav tako ni primeren za dele v zemlji ali pod vodo. Mehanizem rjavenja Mehanizem tvorbe rje na jeklu, ki je odporno na atmosfersko korozijo obravnava nemška6 in japonska literatura6. Iz nemškega članka povzemamo naslednje. Običajno, nelegirano jeklo je termodinamično nestabilno in teži za tem, da bi prešlo v stabilnejše oblike železovih oksidov. Izguba debeline »K« sledi pri atmosferski koroziji, zaradi bolj ali manj zavrte difuzije, ki jo povzroča oksidna plast, časovnemu zakonu: K = c . tn pri čemer sta »c« in »n« konstanti. Eksponent »n« je pri nelegiranih jeklih na splošno večji od 0.5. Tudi nizko legirana jekla ali jekla odporna na atmosfersko korozijo, slede istemu zakonu, le, da je eksponent »n« znatno manjši od 0.5, tako, da korozijska hitrost s časom občutno pada. Dolgoletni poizkusi v raznih okoljih s takimi nizko legiranimi jekli, so pokazali, da nastane tekom približno 2 let na površini jekla zelo adhe-zivna rjasta plast, ki deluje kot zaščita kovinske podlage. Pri teh poizkusih je izguba debeline dosegla po 20 letih vpliva industrijske atmosfere približno 0.06 mm. V industrijski atmosferi, ki vsebuje SO2, nastajajo v rji sulfati. Z mokrimi kemičnimi postopki so določali deleže lahko- in težko topnih sulfatov na jeklih različne sestave in ugotovili, da vsebuje rja na jeklu, ki je odporno na atmosfersko korozijo, posebno visok delež težko topnih sulfatov. Za sledeče, podrobnejše raziskave mehanizma rjavenja so uporabili jeklo naslednje sestave: °/o C % Si % Mn %P 0.08 0.54 0.48 0.09 % S % Cr % Cu °/o Ni 0.03 0.80 0.30 0.40 Pri opazovanju rje omenjajo rahlo in trdno rjo. Najprej so na vzorcih, ki so bili od 9 mesecev do 6 let izpostavljeni industrijski atmosferi, določali vsebnost legurnih elementov v rahli in trdni rji, ki so ju ostrgali z jekla. Kemična analiza stopljene rje je pokazala, da je razmerje Cr, Cu in Ni napram železu v trdni rji, približno enako kot v jeklu, v rahli rji pa je predvsem vsebnost Cr znatno nižja. Tako je bila po 12 mesecih rjavenja vsebnost Cr v rahli rji 0.37 %, v trdni pa 0.82 % od količine železa (0.80 % Cr v jeklu). S časom izpostave pa se razlika v količini Cr med trdno in rahlo rjo manjša. Razen tega so v rji ugotovili še znatno zvišane vsebnosti Si, P, Ca in Mg, nad onimi, ki jih vsebuje jeklo in za katere menijo, da izvirajo iz prahu v zraku. Izredna koncentracija žvepla v rji, ki dosega 50-kratno vrednost količine v jeklu, pa je brez dvoma posledica sprejemanja SO2 iz zraka. Morfološka zgradba rja. Preiskave z optično mikroskopijo na prečnih obruskih zarjavelega jekla so pokazale, da je rja po 6 mesecih rjavenja še homogena, po približno 1 letu pa se pojavijo v njej temnejše, plastovite faze, ki jih pri nelegiranih jeklih ni opaziti. Tvorba teh faz narašča do približno 2 let izpostave, zatem pa se faze več bistveno ne spremene. Ker strmina krivulje, ki kaže izgubo debeline jekla s časom, začne izrazito padati po približno 2 letih, sodijo, da je to povezano z nastankom plastovitih faz, v katerih se legurni elementi izločijo v obliki težko topnih spojin — kot bomo še videli — in narede rjo gosto, zaščitno. Slika 2 kaže plastovite faze po 1 letu (slika b), in po 2 letih (slika c). V prečnih metalografskih obruskih so merili globino korozijskih zajed, ki nastanejo tekom rjavenja. Rjavenje je elektrokemičen korozijski proces in zajede predstavljajo anode korozijskih mikro členov, na katerih se jeklo odtaplja. Maksimalna globina teh zajed je bila po 2 mesecih vpliva industrijske atmosfere približno 40 mikronov, po 6 letih pa 0.2 mm. Rentgenografska preiskava rje z elektronskim mikroanalizatorjem je potrdila, da elementi Cr, Cu, Ni, P in S niso enakomerno porazdeljeni v rji, temveč so nakopičeni v plasteh in da se kopičenje konča po približno 2 letih. Sliki 3 in 4 kažeta te plasti ali plastovite faze za Cr po 7 mesecih pri 240 x povečavi, ozir. po 6 letih pri 620 x povečavi. Debelina plastovitih faz je 8—10 mikronov. Ker je kopičenje Cr v plasteh najbolj izrazito, naj bi prikazani rentgenski posnetki za Cr služili kot primer tudi za porazdelitev ostalih elementov. V mladi rji je izjema le žveplo, ki se nakopiči ločeno od ostalih elementov na meji jeklo/rja. Črtna analiza z mikrosondo v sliki 5 kaže količino istočasno nakopičenih elementov v prečnem metalografskem obrusku rje (preko debeline 0.08 mm), ki je bila stara 6 let. Istočasna kopičenja Čas v leiih Slika 1 Diagram izgube debeline jekla s časom nelegirano jeklo COR-TEN Slika 2 Optična mikroposnetka rje v prečnih obruskih s temnimi, plastovitimi fazami, b) po 1 letu, c) po 2 letih izpostave Slika 4 Rentgenski posnetek za Cr po 6 letih izpostave (620 X) Slika 3 Rentgenski posnetek za Cr po 7 mesecih izpostave (240 X) Cr, Cu, Ni, S in P so značilna za temne, zaporne faze; Mn in Fe sta v nasprotju s temi elementi, enakomerno porazdeljena v rji. Rentgenske strukturne preiskave v filmski tehniki so pokazale, da nastopa v sveži, hitro rastoči rji predvsem y FeOOH (lepidokrokit), pri počasni kristalizaciji pa a FeOOH (goetit). Po 1 letu se dodatno pojavi še magnetit, po 2 letih pa še hematit; v 6 let stari rji je narastla količina magnetita in hematita napram prvima vrstama. Strukturo plastovitih faz, obogatenih na legurnih elementih, pa ni bilo možno nedvoumno ugotoviti, verjetno zaradi amorfne strukture. Vendar pa je a) 1(30:1. OrhjSnal 2«i); I> difraktometrska tehnika preiskave pokazala, da gre zelo verjetno, za bazične sulfate ali fosfate Cr, Cu in Ni. Glede žvepla omenjajo še naslednje: pri očnem pregledu površine jekla v začetni fazi rjavenja v industrijskem okolju, so v dnu korozijskih zajed opazovali točkaste naslage belih soli. Mikrosonda in Debye-Scherrer posnetki so nedvomno pokazali, da so naslage železov sulfid (FeS04. xH20). Opazovanja tekom 6 let rjavenja so kvalitativno pokazala, da doseže kopičenje žvepla po 2 letih najvišjo vrednost, tekom nadaljnjih 2—3 let pa ta pade na povprečno vsebnost žvepla v rji. Preiskave rje z rasternim elektronskim mikroskopom. Preiskave prečnih obruskov (preko fazne meje jeklo/rja) z rasternim elektronskim mikroskopom Slika 5 Črtna analiza količine elementov preko rjaste plasti, debeline 0.08 mm %S£mm na vzorcih nelegiranega in nizko legiranega jekla, ki so bili 6 let izpostavljeni industrijski atmosferi, so pokazale, da je rjasta plast na jeklu, ki je odporno na atmosfersko korozijo, skoraj brez por in trdno povezana z jeklom. Na nelegiranem jeklu pa je povezava rje z jeklom rahla in so v rji vidne pore in razpoke. Na vodoravnih obruskih rje kažejo posnetki z rasterskim mikroskopom, da se v porah rje nelegiranega jekla vrše korozijski procesi in so korozijski produkti, ki naj bi bili s hidrolizo nastali železovi hidroksidi, na posnetkih dobro razpoznavni. Pri jeklih odpornih na atmosfersko korozijo pa takih korozijskih mest ni in je rja gosta in pasivna. Tolmačenje rezultatov. Atmosferska korozija jekla je elektrokemičen proces; na površini kovine delujejo v prisotnosti vlage in kisika številni galvanski mikroelementi v statistični porazdelitvi. Nastajanje in obseg korozijskih reakcij bo zavisel od tega, kako pogosto in izdatno se izmenjujejo mokra in suha obdobja, kako visoka je povprečna letna temperatura in koliko je jeklo izpostavljeno vplivu sonca in dežja. Pri spodnji razlagi korozijskih reakcij je vzet za osnovo galvanski mikro člen različnega ozračenja po U. R. Evansu. Na lokalnih anodah mikrogalvanskih korozijskih členov se jeklo topi v elektrolitu (vlaga) ob nastajanju železovih, kromovih in drugih ionov in ob sproščanju elektronov. Elektroni tečejo preko kovine h katodi, kjer jih sprejme zračni kisik ob tvorbi OH ionov: 2e- + H20 + 1/2 02-» 2 OH~ Železovi ioni se ob oksidaciji vežejo z OH ioni v rjo: Fe'' + OH + 1/2 02 +e--> FeOOH To je splošen potek rjavenja železa v okolju, ki je revno na S02. Nastali železov hidrat je porozen, netesen, zato lahko korozija napreduje tudi pod njegovimi naslagami. Če poteka korozija jekla v zraku, ki vsebuje S02, je treba računati še z naslednjimi reakcijami, ki povečujejo korozijski obseg: SO2, ki ga rja absorbira, reagira z OH ioni elektrolita ob tvorbi HS03—, ki se s kisikom oksidira v H2SO41, j. daje S04 in H ione. Sulfatni ioni lahko dajejo z železovimi FeS04. xH20, preostali vodikovi ioni pa raztapljajo dodatno železo: -> Fe" + Fe (kovina) + 2H" + 1/2 02- H20. Ob vsakokratnem močenju hidrolizira FeS04 v FeOOH in ponovno nastanejo vodikovi (in sulfatni) ioni, ki tope novo železo. Korozija je torej katali-tično pospešena zaradi učinka SO2. Kot smo omenili, je bila tvorba železovega sulfata pri koroziji jekla resnično dokazana. Ker je železa v jeklu mnogo več kot legurnih elemntov, bo predvsem nastajal železov sulfat, vendar lahko predpostav- ljamo, da v prisotnosti kromovih, bakrovih in drugih ionov, nastajajo tudi sulfati le-teh, ki potem s časom preidejo v težko topne kompleksne bazične sulfate, če se sulfatni ioni vežejo na Cr in Cu kot težko topna spojina, se prepreči nastanek vodikovih ionov (ne nastopa hidroliza) in s tem omenjeno dodatno raztapljanje železa. Poleg sulfatov naj bi v korozijskem procesu nastajali tudi fosfati, pri čemer se predpostavlja izmenjalne reakcije. Za primer je navedena reakcija Cu z FeS04 in OH ioni ob tvorbi bazičnega bakrovega sulfata Cu/Cu(0H)2/x S04 ozir. fosfata. Ker mora biti za potek takih izmenjalnih reakcij na razpolago določena, kritična koncentracija bakrovih ionov v elektrolitu, je razumljivo, da so izločanja teh elementov v rji ritmična, časovni razmak med izločanji zavisi od vsebnosti jekla na legurnih elementih, sulfatne količine v rji ter še pogojev, kot so vlaga in temperatura. Sama debelina rje ne vpliva na zmanjšanje korozijske hitrosti, pač pa je merodajna gostota zaporne plasti in z njo povezano učinkovito zapiranje votlin in razpok. To potrjuje ugotovitev, da nelegirano jeklo z enako debelino rjaste plasti, rjavi naprej z nezmanjšano hitrostjo. Poleg bazičnih sulfatov in fosfatov pa v starejši rji nastopajoča hematit in magnetit tudi doprinašata k zmanjševanju korozijske hitrosti, ker dodatno utrjujeta in zgoščata zaščitno plast. a) 1 SO, ,H,0 b) Bazični sulfati ali fosfati n.pr. [Cu {Cu (OH)2}xJ SOj ,U2 pfc P,as,i SOe HO'(faze kopičenja; Slika 6 Shematski prikaz tvorbe zapornih plasti v rji, a) po 6 mesecih, b) po 2 letih V sliki 6 je shematsko prikazana tvorba zaščitnih plasti po 6 mesecih (slika a) in po 2 letih (slika b). Po 6 mesecih faze z nakopičenimi legur-nimi elementi še niso dovolj tesne, tako, da so SO4 ioni prodirajo skoznje in povzročajo tvorbo FeS04 na anodnih predelih površine. Po 2 letih pa sulfatni ioni zaradi zatesnitve zapornih plasti, ne Faza s kopičenjem Cr - Cu-Ni - spojin 1 odporno na 1. korozijo . //// morejo več prodreti do kovinske površine, kar prepreči tvorbo železovega sulfata. Zaključno naj bi iz te razlage sledilo, da vsebuje jeklo odporno na atmosfersko korozijo v svoji rji zaporne plasti, ki otežujejo dostop vlage in plinov h kovinski površini in vežejo sulfatne ione ob tvorbi težko topnih kompleksnih bazičnih sulfatov. V japonskih raziskavah (6) je bilo uporabljeno jeklo z 0.4 % Cr, 0.4 % Cu, 0.07 % P in 0.2 % Ni. Podana je krivulja izgube teže v odvisnosti od časa korozijske izpostave v obmorski-industrijski atmosferi. Za 2 leti iznaša izguba debeline 0.063 mm, kar je skoraj polovico več od ameri-kanske navedbe za isto dobo. Maksimalna globina zajed je bila po 2 letih blizu 0.2 mm. Iz krivulje, ki sega do 3 let, sledi, da je izguba debeline po 3 letih 0.07 mm. Japonci opisujejo v gornjem članku predvsem preiskave o porazdelitvi legurnih elementov v korozijskih zajedah in na okolni površini. V zajedah so opazovali predvsem lokalno kopičenje Cr, Cu in P v rji in sicer v votlinah in razpokah, dočim ni bilo kopičenja Ni. Na površini okrog zajed in na zunanji površini rje nad zajedami pa ni bilo kopičenj legurnih elementov. S tem žele poudariti, da nastaja kopičenje legurnih elementov le v korozijskih zajedah. Kot spojine zapornih plasti smatrajo hidrokside Cr in Cu in fosfate, ne da bi to kakorkoli dokazovali. Ker je topnostni produkt hidroksidov Cr in Cu ter fosfatov Cr in Fe le tisočinka onega za železov hidroksid, smatrajo, da se te spojine učinkovito izločajo v napakah rje in jih zatesne. Iz literaturnih podatkov sledi, da glede vrste spojin, ki nastajajo z legurnimi elementi v zapornih plasteh, mnenja niso enotna, pač pa se strinjajo glede učinka plasti. Verjetno tudi razlaga mehanizma nastanka plasti, ki jo podaja nemška literatura, še ni dokončna. Preizkušnja domačega jekla Domače jeklo, oznake JEKOR, proizvod železarne Jesenice, s katerim smo vršili korozijske preizkuse, je bila pločevina, debeline 2 mm. Dobavljeni vzorci so bili bodisi peskani, bodisi luženi. Kemični sestav jekla: % C o/o Si % Mn % P % S % Cr % Cu % Ni % Al 0.10 0.43 0.54 0.075 0.005 0.48 0.35 0.52 0.069 Sestav jekla je v mejah, ki smo jih navedli za CORTEN A; % P in Cr sta na spodnji meji. Mehanske lastnosti pločevine ustrezajo zahtevam za CORTEN A. Korozijsko preizkušnjo smo vršili na ploščicah 10 X 10 cm s kratkodobnimi informativnimi preizkusi v korozijskih komorah in z dolgodobno zunanjo izpostavo v Ljubljani in Bohinju. Poizkusi v slani komori so trajali 2 meseca. Korozijske zajede, ki smo jih opazovali v prečnih metalografskih obruskih, so hitro nastale in napredovale in so segale po 1 mesecu do največ 0.15 mm globoko, po 2 mesecih pa do 0.30 mm. Naj pri tem omenimo, da so imeli peskani vzorci že v dobavnem stanju povprečno 0.05 mm globoke zajede, luženi pa 0.02—0.03 mm globoke. Poizkusi v slani komori potrjujejo mnenje, da uporaba jekla v obmorski atmosferi ni priporočljiva. Poizkusi v S02-komori, kjer je bil medij vlažen zrak z dodatkom 1 % SO2, so trajali 1 mesec. Globina korozijskih zajed je bila le 0.05 mm, kar bi kazalo, da je korozijski vpliv SO2 znatno manjši kot je vpliv kloridov. Poizkusi v prirodnem okolju. Za oceno jekla so pomembnejši »prirodni« poizkusi. Kot omenjeno, smo večje število peskanih ozir. luženih vzorcev izpostavili v ljubljanski atmosferi, ki jo smatramo že kot industrijsko, in v bohinjski atmosferi, ki je podeželska. V polletnih časovnih razmakih smo ugotavljali obseg in globino korozije na prečnih metalografskih obrus-kih, ki smo jih izdelali od vsaj po 3 vzorcev za vsako okolje. Zadnja opazovanja so bila po 2 letih izpostave in se poizkusi še nadaljujejo. P '/2 teta i,5Ut 002 2 globina za jed 1 izguba debeline 1/2 1 11/2 2 leta Slika 9 Napredovanje globine korozijskih zajed in izgube debeline s časom v bohinjskem okolju LJUBLJANA mm 016 074 012 I I 2_globina zajed / 1 izquba debeline r 1/2 1 11/2 2 leta Slika 10 Napredovanje globine korozijskih zajed in izgube debeline s časom v ljubljanskem okolju očitno padata, dočim je za ljubljansko izpostavo opazen le rahel padec izgube debeline s časom, izrazitejši pa za globino zajed. To dejstvo si razlagamo tako, da se globina zajed v ljubljanski atmosferi sicer zmanjšuje, da pa so zajede napredovale v širino, kar je jasno vidno iz zadnjega posnetka v sliki 7. Največja globina korozijskih zajed po 2 letih izpostave doseže v bohinjskih vzorcih 0.11 mm, v ljubljanskih pa 0.16 mm, kar ne presega tujih navedb. Izguba debeline jekla, posebno v ljubljanskih vzorcih je večja, kot jo navaja literatura, zato smo kontrolirali rezultate za 2 leti še z določitvijo izgube teže po odstranitvi korozijskih produktov. Iz izgube teže preračunane izgube debeline so bile za bohinjsko okolje 0.05 mm, za ljubljansko pa 0.095 mm, kar potrjuje rezultate, ki smo jih dobili iz obruskov. Po podatkih literature naj bi bila izguba debeline po 2 letih v industrijski atmosferi približno polovica naše t. j. 0.04—0.06 mm. Večje izgube ne bi bile odločilne za uporabnost jekla v arhitektonske namene, pač pa je bistvena zahteva, da se korozija s časom ustavi. Dočim je ustavljanje korozije za bohinjske vzorce že očitno, pa bodo za ljubljanske vzorce dale odločilen odgovor bodoče meritve po 3 ali več letih. Zaradi prevelikih izgub debeline, smo izvedli še preiskave na kopičenje legurnih elementov v rji in na pojav plastovitih faz z optično mikroskopijo in z elektronskim mikroanalizatorjem. (Preiskave je izvršil Metalurški institut v Ljubljani pod vodstvom Dr. ing. Kosca, ki se mu na tem mestu najlepše zahvaljujem.) Optični mikro posnetki rje v prečnih obruskih vzorcev iz dveletne ljubljanske izpostave so pri- * » » * ♦ • a Slika 11 Optični mikroposnetek rje v prečnem obrusku s temnejšimi, vijugastimi fazami (200 X) iz 2 letne ljubljanske izpostave Slika 12 Kot si. 11 — drugo mesto kazani v slikah 11 in 12 pri 200 X povečavi. V rja-stih naslagah korozijskih zajed so vidne temnejše vijugaste faze, ki jih po razlagi v literaturi, smatramo za izločene spojine legurnih elementov. Slika 13 Rentgenski posnetek za Cr po 1.5 letni izpostavi v Bohinju (420 X) Slika 14 Rentgenski posnetek za S po 1.5 letni izpostavi v Bohinju (420 X) Lokalno kopičenje legurnih elementov je bilo s pomočjo mikroanalizatorja preiskano tako na bohinjskih kot ljubljanskih vzorcih. Primere kopičenja v bohinjskih vzorcih po 1.5 letni izpostavi kaže slika 13 za Cr, slika 14 za S in slika 15 za P pri 420 X povečavi, dočim je v sliki 16 podan posnetek E-sestave pri isti povečavi, ki kaže plast rje v kateri so bila kopičenja posneta. Glede na vse elemente velja, da so izrazita kopičenja za Cr, S in Si, dočim so manj izrazita za P in Cu. Za ljubljanske vzorce po 2 letni izpostavi so primeri kopičenja podani v slikah 17 za Cr, 18 za Cu, 19 za Si, v sliki 20 pa je zopet podan posnetek E-sestave s položajem rjaste plasti. Kopičenja Cr, Cu in S so jasno vidna predvsem za zgornje plasti rje, kopičenja P in Si pa so porazdeljena po vsej rji. Slika 15 Slika 18 Rentgenski posnetek za P po 1.5 letni izpostavi v Bohinju Rentgenski posnetek za Cu po 2 letni izpostavi v Ljubljani (420 X) (420 X) :fM Slika 16 Slika 19 Posnetek E-sestave (420 X), ki kaže plast rje, iz katere so Rentgenski posnetek za Si po 2 letni izpostavi v Ljubljani rentgenski posnetki slik 13—15 (420 X) Slika 17 Slika 20 Rentgenski posnetek za Cr po 2 letni izpostavi v Ljubljani Posnetek E-sestave (420 X), ki kaže plast rje, iz katere so (420 X) rentgenski posnetki slik 17—19 Črtna analiza količine Cr in P preko rjaste plasti, debeline 0.11 min v bohinjskem vzorcu iz 1.5 letne izpostave in da bodo plasti še postale zaporne, vendar po daljšem času in ob večji izgubi debeline, kot je podana z diagramom v si. 1. Logično bi bilo, da poteka tvorba zapornih faz vse dotlej, dokler poteka korozija in z njo raztapljanje železa in legur-nih elementov. Omenimo še, da so naši vzorci obojestransko izpostavljeni vremenskim vplivom in izguba debeline sestoji iz korozijskih izgub obeh površin. Predpostavljamo, da velja to tudi za nižje izgube, ki so navedene v literaturi, čeprav avtorji tega izrecno ne povedo, če bi bila ena stran vzorcev zaščitena s premazom (kot se priporoča za notranje površine v praksi), bi bila izguba debeline polovična. Dodatna preiskava Na neki stavbi je bilo za fasadne elemente uporabljeno italijansko jeklo odporno na atmosfersko korozijo. Sestav jekla: °/o C % Si °/o Mn % P 0.09 0.47 0.57 0.15 %s % Cr % Cu % Ni 0.014 0.64 0.35 0.30 V primerjavi s posnetkom za Cr iz nemške literature (slika 3), plastovitost v naših posnetkih ni tako izrazita, vendar je treba upoštevati, da so naše povečave 2x večje. V krivuljah slik 21—24 je podana količina nakopičenih elementov preko debeline rje za 1 vzorec iz bohinjske in 1 vzorec iz ljubljanske atmosfere. Posneti presek rje je debel ca 0.10 mm. Za bohinjsko atmosfero sta bila preiskana 2 vzorca in so največja kopičenja iznašala za Cr 4.5—5 %, za P 0.3—0.8 %, za Cu 1.3—1.8 %, za Si 1.2—1.7 %, za S 0.18—0.22 % in za Ni 0—1.3 %. V ljubljanskem vzorcu so maks. vrednosti za Cr, P, Cu in S podobne in sicer 4.6%, 0.7%, 1.1 % in 0.17 %, za Si pa 0.8 % in za Ni 0, vsaj v tem vzorcu. V primerjavi s podatki iz literature (slika 5) je velika le razlika v žveplu, ki ga je v naših vzorcih znatno manj. Zanimivo je, da v ljubljanskih vzorcih ni več žvepla kot v bohinjskih. Iz teh preiskav sledi, da v domačem jeklu nedvomno potekajo procesi ritmičnega izločanja le-gurnih elementov, ki vodijo do tvorbe zapornih plasti in da so te tudi že nastale, vendar sodimo predvsem za ljubljanske vzorce, da plasti še niso dovolj razsežne in tesne. Verjetno je to posledica nizke vsebnosti jekla na kromu, fosforju in še dejstva, da vremenski pogoji na začetku izpostave niso bili najugodnejši, ker smo pričeli s poizkusi koncem maja, ko deževje ni več tako pogosto. Sodimo, da bo proces tvorbe plasti potekal naprej Slika 22 Črtna analiza količine Cu, Si, S in Ni preko rjaste plasti, debeline 0.11 mm v bohinjskem vzorcu iz 1.5 letne izpostave Slika 23 Črtna analiza količine Cr in P preko rjaste plasti, debeline 0.13 mm v ljubljanskem vzorcu iz 2 letne izpostave Vsebnost kroma je tudi v tem jeklu nižja od spredaj navedene optimalne, vendar nekaj višja kot v domačem jeklu, vsebnost fosforja pa je na zgornji meji. Fasadne plošče, debeline 2 mm, so bile montirane in izpostavljene zunanji, mestni atmosferi pred približno 1 letom. Notranja stran plošč ni zaščitena z nekim premazom; plošče so na nosilno konstrukcijo pritrjene tako, da lahko ob njihovi notranji strani kroži zrak. Odrezali smo vzorce za obruske (v oktobru 1972) iz 3 plošč in sicer z južne in severne strani in s pročelja. Korozijske zajede v prečnih metalografskih obruskih so prikazane v si. 25; zgornji posnetek je primerjalni in kaže dobavno stanje. Največje globine korozijskih zajed so: na zunanji strani na notranji strani: pročelje 0.11 mm 0.07 mm južna stran 0.12 mm 0.08 mm severna stran 0.13 mm 0.09 mm povprečno 0.12 mm 0.08 mm Slika 24 Črtna analiza količine Cu, Si, S in P preko rjaste plasti, debeline 0.13 mm v ljubljanskem vzorcu iz 2 letne izpostave Največja globina zajed na domačih vzorcih iz ljubljanske atmosfere je bila po 1 letu 0.13 mm. Izmerjena izguba debeline na gornjih vzorcih je bila največja za severno stran in znaša 0.078 mm, povprečje za vse 3 vzorce pa je 0.064 mm, kar je več kot smo dobili po 1 letu v ljubljanski atmosferi. Ker imajo Italijani že dolgoletne izkušnje pri uporabi CORTEN jekel, lahko nedvomno pričakujemo, da se bo korozija jekla ustavila, vendar tudi ob večji izgubi debeline, kot jo navaja diagram si. 1. Ker je izguba debeline, ki je nastala po 1 letu, večja kot je bila pri domačem jeklu, se je morala odtopiti večja količina legurnih elementov (poleg železa), kar bi lahko dalo več zaščitnih faz in hitrejšo ustavitev korozije, o čemer se bomo prepričali z bodočimi meritvami. Sestav italijanskega jekla in široke analizne meje iz literature1 vodijo k zaključku, da se CORTEN A izdeluje tudi z nižjim procentom kroma kot je optimalni, enoletni rezultati izgube debeline italijanskega jekla pa potrjujejo mnenje, da se pri tem dopušča večja izguba debeline. Pri jeklu ki se uporablja v arhitektonske namene, to ne bi bilo pomembno, pri uporabi jekla za nosilne konstrukcije pa lahko postane vredno upoštevanja. Pri dinamično obremenjenih konstrukcijah bi bilo treba preiskati še vpliv korozijskih zajed na utrujenostno odpornost. ZAKLJUČKI — Dvoletna korozijska izpostava domačega jekla, odpornega na atmosfersko korozijo, v podeželskem in mestnem (industrijskem) okolju in iz- pročelje južna stran vedene preiskave kažejo, da so izgube debeline jekla vsled korozije na splošno večje, kot jih navaja citirana literatura, predvsem za industrijsko okolje. To velja tudi za enoletno izpostavo italijanskega jekla. — Ustavljanje korozije s časom, ki je bistveno za uporabno vrednost jekla, je po dveletni izpostavi v podeželski atmosferi že očitno, dočim je v industrijski še neizrazito, verjetno opočasnjeno. Glede na dejstvo, da je kopičenje legurnih elementov v rji, ki vodi do tvorbe zapornih plasti, očitno, sodimo, da se bo korozija tudi v industrijskem okolju ustavila, vendar po daljšem času in ob večji izgubi debeline. Vzrok za počasnejši nastanek učinkovitih zapornih plasti bi lahko bila nizka vsebnost kroma in morda tudi fosforja v domačem jeklu in vremenski pogoji na začetku izpostave. — Sestav tujega jekla in njegova enoletna izguba debeline, potrjujeta mnenje, da je hitrost nastanka učinkovitih zapornih plasti v rji in z njo povezana izguba debeline, odvisne od sestave in vremenskih pogojev. severna stran Slika 25 Korozijske zajede v prečnih metalografskih obruskih iz i fasadnih plošč, nom. debeline 2 mm iz 1 letne izpostave v Kranju Literatura 1. ITALSIDER, s. p. a. Genova: prospekt »Che cos'e il CORTEN« 2. Der Bauingenieur 43 (1968), zvezek 2, s. 65 3. Annales de l'ITBP, dec. 1969, Nr. 264, s. 1891 4. SIDEREXPORT: prospekt »L'acier CORTEN pour em-plois architectoniques« 5. Archiv f. d. Eisenhtw., zvezek 4, april 1969, s. 341: G. Be-cher, D. Dhingra »Mechanismus d. Rostbildung auf witterungsbestandigem Stahl« 6. Transactions ISIJ, Vol. 11, 1971, s. 391: F. Moroishi, J. Satake, N. Fujino »Structure of rust layer formed on atmospheric corrosion resistant steel« ZUSAMMENFASSUNG In diesem Artikel werden vvetterfeste Corten Stahle, vvelche fiir die architektonische Zwecke, wie Fassadenver-kleiderungen, angevvendet vverden, behandelt. Im einzelnen ist der Mechanismus der Rostschutzbildung erlautert, welches der Grund der Korrosionbestandigkeit des Stahles in der Atmosphare anzuschen ist. Die Ergebnisse der Korrosionsbestandigkeit eines ein-heimischen Stahles mit der Zusammensetzung 0.10 % C, 0.48 % Cr, 0.075 °/o P, 0.35 % Cu und 0.52 % Ni bei zweijahri-ger Auslegung in der Stadt (Industrie) und Landatmo-sphare sind angegeben. Die Proben der Abmessung 100 X X 100X2 mm sind beiderseits der Atmosphare ausgesetzt. Die Korrosionstiefe an metallographischen Ouerproben gemessen betrug nach zwei Jahren 0.11 mm fiir Land und 0.16 mm fiir die Industrieumgebung. Der Dickenverlust war bei einer gleichlangen Aussetzung in der Landatmo-sphare im Durchschnitt um 0.05 mm und in der Industrieatmosphare um 0.09 mm grosser, wie das fiir auslandische Hersteller in der Literatur angegeben wird. Aus der Dickenverlustkurve ist eindeutig zu entnehmen, dass der Dickenverlust in der Landatmosphare mit der Zeit immer kleiner wird, vvobei die Dickenverlustvermin- derung in der Industrieatmosphare noch nicht ausgepragt ist. Die Untersuchungen am Lichtmikroskop und mit der Elektronenstrahl-Mikroanalyse haben ergeben, dass im Rost eine rithmische Anhaufung der zulegierten Elemente verlauft, welche zu der Bildung der Schutzschichten ftihrt. Die Wirkung dieser Schutzschichten ist in der Industrieatmosphare noch nicht ausreichend, was — wie man es vermutet — eine Folge zu niedrigen Chrom und Phosphor Gehaltes im Stahl und der ungiinstigen Anfangswetterbe-diengungen ist. Der Autor ist der Meinung, dass die Schichten dicht und absperrhaft werden, jedoch bei einem grosseren Dickenverlust und nach einer langeren Zeit, was die kiinftigen Messungen zeigen sollen. Die Untersuchungen an einem auslandischen Blech mit 0.09 % C, 0.64 % Cr, 0.15 % P, 0.35 % Cu und 0.30 % Ni, welches fiir die Fas-sadenverkleidung eines Hauses angewendet vvurde, zeigen nach einem einjahrigen Einfluss der Industrieatmosphare auch einen grosseren Dickenverlust (0.064 mm), wie es fiir die 1 % Cr Corten Stahle als optimales Endverlust ange-wendet vvird. Diese Feststellung bestatigt auch die Meinung, dass die Geschwindigkeit der vvirksamen Absperr-schichten und damit verbundener Dickenverlust von der Stahlzusammensetzung abhangig ist. SUMMARY The paper presents the corrosion resistant Corten steel used in architecture. Mechanism of formation of protec-tive layers in the rust which is the base of corrosion resistance of steel in athmosphere is detailedly described. Results of two-year corrosion tests in rural and in-dustrial atmosphere with the home made steel with composition 0.10 % C, 0.48 % Cr, 0.075 % P, 0.35 % Cu, and 0.52 % Ni are given. Test samples were plates 100 x 100 x X 2 mm, which were exposed to the influence of atmosphere from both sides. Depth of corrosion measured in trans-verse metallographic specimens was 0.11 mm for rural and 0.16 mm for industrial surroundings in two years. The thickness loss for the same period was greater than given by foreign references i. e. 0.05 mm for rural and 0.09 mm for industrial atmosphere. Thickness loss curve for rural atmosphere showes evidential decrease in thickness loss rate while this is not so clear for industrial atmosphere. Investigations by optical microscopy and electron microanalyzer showed rithmic accumulation of alloying elements in the rust which forms protective layers but these layers are not enough effective for industrial atmosphere probably due to low content of chromium and phosphorus in steel and due to unfavourable initial we-ather conditions. Author thinks that the layers will be-come self-sealing after longer time and greater thickness loss which further measurements may confirm. Investigation of foreign sheet with analysis 0.09 % C, 0.64 °/o Cr, 0.15 % P, 0.35 % Cu, and 0.30 % Ni used for facade plates on a building showed also higher thickness loss (0.064 mm) after one-year influence of industrial atmosphere than the given final optimal value for steel with 1 % Cr. This finding can confirm the opinion that formation rate of self-sealing layers and with it connected thickness loss depend on steel composition. 3AKAIOTEHHE PaccMOTpeHa Corton-CTaAb ynoTpe6AaeMan b apxHTeKType h ee cTOHKOCTb b aTMOccj>epe. IIoApoSHee o6bhchhah MexaHH3aM 3apoacAe-hhh npeAOxpaHHTeAbHbix CAoeB b pjKaBTOHe, KOTopaa npeACTaBAaeT CymeCTBeHHUH MeAHH k0pp03h0hh0h CTOHKOCTH 3toh CTaAH b aTMO- c<{>epe. IlpeAAOJKeHH pe3yAtTaTw AByxAeTHera HaSAioAeHHH Koppo-3HOHHOH CTOHKOCTH AOMaillHeH CTaAH C COAep>KaHneM 0.10 % C, 0.075 % P, 0.48 % Cr, 0.35 % Cu h 0,52 % Ni b CeAbCKOil h ropoA-CKOH (HIIAVCTpiIHALHOH) CpeAe. 06pa3UbI AAH OnLITa IipCACTaBAilAII nAHTKH 100 x 100 X 2 mm, nOABepTHyTtI C o6oHX CTOPOH BAHSHHK) aTMOcifrephi. rAy6HHa koppo3iwhhlix pa3beAaHnii nocAe Asyx Aer na CAHTKaX b CeABCKOH OKpy?KHOCTH ULiAa 0.11 MM a b npOMBIIHAeHHOH cpeAe 0.16 mm. IloTepfl TOAiuiiHbl g 3tom >Kt' npoMe^cyTKe BpeMHHH SbiAa b CeAbCKOil cpeAe 0.05 mm, b npoMbiuiAeHHoS 0.09 mm, t. e. SOAbUie MeM 3TO H3BeCHO H3 «iy>KHX HHlj>OpMaiiHH (0.05 mm). KpHBaa nOTepH TOAIUHHbl B CeAbCKOft CpeAe B TeqeiII-IH BpeMHHH OMeBHAHO noHH>KaeTCfl, b npoMbimAeHHOH >Ke cpeAe ocTaeTca HCAocTaTOHno Bbipa3HTeAbHOH. HcCAeAOBaHHH npH nOMOUtH OnTHHeCKOH MHKpOCKOnmi H 3AeK-TpoHHora MHKpoaHaAH3aTQpa yKa3aAH, mto b p>KaBqnne nponcxoAHT piiTMHqecKoe HaKonAeHne AerapoBaHbix 3AeMeHTOB. OSbHCHaiOT, hto HMeHHO 3to ecTb npHHHHa 06pa30BaHHH npcaoxpanhtcalirora caoh, ho 3TOT CAOH b npOMblHIAeHHOH CpeAe HeAOCTaTOkho, HH3Koe coAepjKanne Cr h P b CTaAe, a TaKace HeGAaronpnsmibie MeTeopoAorHMecKHe ycaobhh. A(J)Top MHeHba, MTO 06pa30BaHHe npeAOxpaHHTeAbHora caoh CTa6HAH3npyeTCa nocAe onpeAeAeHHora npoAOAJKHTeAbnora BpeMaHH b ymep6 toahjh-Hbi; 3to nOKaacyT npeABHAeHbie 6yAymHH nccAe AOBa h n a. HccAeAOBaHHe hhoctpohhoh McecTH c coAepjKaHHeM 0.09 % C, 0.64 % Cr, 0.15 % P, 0.35 % Cu h 0.30 % Ni, KOTOpaH ynOTpe6AeHa aah nOKp&ITHa AHUOBOH CTOpOHbl OAHOTO 3a3hhh nOKa3aAH, HTO bah-HHHe HHAVCTpiiaAbHOH cpeAbi b TeieHHH OAHOTO roAa noKa3aAH no-Tepto TOAIIiHHbl b BEJCOTe 0.064 MM. 3Ta BeAHHHHa Bbime KOHeiHOft, onTHMaAiHofi noTepe yKa3aHoft aah cTaAb c coAep>KaHneM 1 % Cr. Ha ocHOBaHHH 3Tora mo;kho 3aKAK)MHTb( qio 06pa30BaHHe rraoHAT,■ HHX npeAOXpaHHTeAbHbIX CAOeB CTOHKHX BAHHHHIO KOppoSHH, a B cbh3h C 3THM nOTepH TOAIUHHbl 5KeCTH, 33BHCHT OT COCTaBa CTaAH. Ivan Mesec, dipl. inž. Jernej Markež, dipl. teh. Železarna Jesenice DK: 621.791.742.41 ASM/SLA: Kla Elektroda P K /3/6 Novi dodajni material za varjenje feritno martenzitnih jekel 13 % Cr jekla so visokotrdna korozijsko obstojna jekla, ki se zaradi svojih dobrih lastnosti, kot so visoka trdnost, visoka trdota, velika odpornost proti obrabi, koroziji, eroziji in kavitaciji, uporabljajo predvsem za gradnjo vodnoenerget-skih naprav ter ostalih naprav, ki pridejo v dotik Z rečno, jezersko in morsko vodo, n. pr. vodne turbine, črpalke, ladijski vijaki itd. Pri varjenju teh jekel pa so nastopale določene težave. Z ozirom na to, da ta jekla zakalijo Že na zraku, je bilo potrebno sorazmerno visoko predgrevanje (300—400° C), da bi preprečili nastanek kalilnih razpok. To pa je bilo v mnogih primerih zelo težko izvedljivo. Dobljeni zvari so imeli zelo slabo žilavost. Za korozijsko obstojne materiale pa je za dobro obstojnost proti eroziji in kavitaciji poleg visoke trdnosti in trdote zaželjena tudi dobra žilavost. Torej, če hočemo pri 13 % Cr jeklih doseči poleg dobrih korozijskih lastnosti še veliko odpornost proti eroziji in kavitaciji, morajo ta jekla imeti čim višjo trdoto ob istočasni dobri žilavosti. Pri dosedanjih 13 % Cr dodatnih materialih, je bilo višjo trdoto mogoče doseči z večjo vsebnostjo ogljika. Žilavost v varjenem stanju pa je bila pri tem zelo nizka. Boljšo žilavost smo dosegli z nadaljnjo toplotno obdelavo, vendar pa se je trdota zelo znižala. Vzrok nizke žilavosti in slabe varivosti je v tem, da struktura zvara sestoji iz krhkega grobozrnatega martenzita ter velike vsebnosti (ca. 40 %) prav tako krhkega /e-rita. Zato je bil pri nadaljnjih raziskavah naš cilj doseči pri 13 % Cr jeklih, namenjenih za gradnjo vodno energetskih naprav, čim boljšo žilavost ob čim višji trdoti. Potrebno je bilo čim bolj znižati vsebnost ferita ter dobiti čim čistejšo martenzitno strukturo. To je bilo doseženo z znižanjem ogljika na ca. 0.04—0.05 % ter z dodatkom niklja 4—6 %. S tem se je zelo znižala vsebnost ferita, krhek martenzit pa se je pretvoril v nizko ogljični žilavi drobnozrnati nikelj martenzit, ki ima tudi boljšo varivost. Rezultat so dodajni materiali, s katerimi dobimo pri zelo visoki trdnosti (120 kp/mm2) in trdoti (350—400 HB) sorazmerno zelo dobro žilavost (6—7 kpm) in s katerimi lahko tudi večje preseke jekel varimo z minimalnim predgreva-njem ali brez njega. V pričujočem članku so prikazani rezultati preiskav čistih varov elektrod PK 13 z vsebnostjo 13 % Cr ter PK13/6 z vsebnostjo 13 % Cr in 4—6 % Ni. UVOD Uporaba materialov za gradnjo vodnoenerget-skih naprav, je imela različno razvojno pot. če pogledamo samo razvoj Peltonovih in Francisovih turbin v zadnjih 20 letih, potem vidimo, da so se te izdelovale od nelegiranih ogljikovih jekel preko nizko mangan nikelj legiranih jekel do visoko legiranih jekel. Pregled uporabe posameznih kvalitet jekel pri gradnji Peltonovih turbin v letu 1940—60, je podan v tabeli št. 1. Podoben razvoj je bil tudi pri gradnji Francisovih turbin. Iz tabele je razvidno, da je za te namene vedno bolj naraščala uporaba 13 % Cr jekel. Poleg omenjenih jekel so se za gradnjo turbin delno uporabljala tudi 18/8% CrNi jekla in Al bronza. Kemijsko sestavo in mehanske lastnosti uporab- Tabela št. 1 — Pregled uporabe posameznih kvalitet jekel pri gradnji Peltonovih turbin v letih 1940—1960 Leto C jeklo Nizko legirana 1.5 % Mn — 2 °/o Ni jekla Visoko legirana 13 % Cr jekla 1940—45 62 % 34 % 4 % 1946—50 46 % 17% 37 % 1951—55 16 % 30 % 54 % 1956—60 14 % 25 % 61 % Tabela št. 2 — Primerjava kem. sestave jekel in litine, ki so se uporabljala pri gradnji vodnih turbin C Si Mn Cr Ni C jekla 0,21 0,30 0,70 0,20 0,40 % 1.5 % Mn-jekla 0,24 0,30 1,60 0,20 0,40 2 % Ni-jekla 0,24 0,30 0,70 0,20 2,0 18/8 CrNi-jekla 0,07 1,0 0,50 18,0 9,0 13 % Cr-jekla 0,10 0,40 0,50 12,5 0,9 Al bronza Al = 10, Fe = 8, Mn: = 5, Ni: = 2, Cu = ostalo Tabela št. 3 — Primerjava mehanskih lastnosti jekel in litin, ki so se uporabljale pri gradnji vodnih turbin B o > a S ^ B B ga b M TS II i*! ~ ^ P. NOM g E "a K M C jekla 23 45- -55 22 6 125—165 1.5 % Mn-jekla 34 53- -60 22 6 140—180 2 % Ni-jekla 35 55- -65 18 6 155—195 18/8 % CrNi-jeklo 15 40- -50 30 18 130—170 13 % Cr-jeklo 45 65- -75 15 4 190—230 Al bronza 30 60- -70 7 2 190—220 ljenih jekel prikazujeta tabeli št. 2 in št. 3. 13 % Cr jekla so se hitro uveljavila zaradi visoke trdote, ki jo imajo ta jekla proti ostalim jeklom, ter dobre korozijske obstojnosti. Današnji hitri industrijski razvoj pa postavlja glede kvalitete materialov vedno večje in nove zahteve. Predvsem zahteva vedno višjo trdnost, višjo mejo raztezanja ter boljšo žilavost pri nizkih in visokih temperaturah. Pri gradbenih materialih, ki se še posebno uporabljajo v kemijski industriji, gradnji turbin ter gradnji ostalih vodnoenergetskih in termoenergetskih naprav pa se zahteva tudi vedno večja odpornost proti obrabi, koroziji, eroziji in kavita-ciji. Realizacija teh zahtev je v mnogih primerih povezana z razvojem novih materialov. Vzporedno s tem je aktualno tudi vprašanje novih vrst do-dajnih materialov za varjenje, s katerimi dobimo tem materialom enakovredne lastnosti. Članek ima namen prikazati lastnosti in uporabo novih dodajnih materialov na področju varjenja 13 % feritno martenzitnih Cr jekel ter prednosti, ki so bile z njimi dosežene. 2. Lastnosti 13 % Cr jekel 13 % Cr jekla so visokotrdna korozijsko obstojna jekla, ki pri segrevanju preko 950° C zaka-lijo že na zraku. To pomeni, da se tudi pri počasnem ohlajanju na zraku tvori martenzit. Potrebne dobre mehanske lastnosti nastanejo šele s pobolj-šanjem, to je z napuščanjem na temp. 650° C. Razlikujemo martenzitna jekla z minimalno 0.15 % C, ki so popolnoma kaljiva, in feritno martenzitna jekla z manj kot 0.15 % C, ki so delno kaljiva. Zaradi dobrih mehanskih lastnosti: visoka trdnost, velika odpornost proti eroziji, koroziji in kaivitaciji je bilo v zadnjih 10—15 letih osnovno področje uporabe 13 % Cr jekel predvsem pri gradnji vodnih turbin in naprav, ki so prišla v dotik z jezersko, rečno in morsko vodo. Visoka meja raztezanja, visoka trdnost in trdota teh jekel omogočajo, da ta jekla zadoste zahtevam glede visokih pritiskov, ki nastopajo pri teh napravah. Poleg samih tekalnih koles in lopatic Peltonovih in Francisovih turbin, se iz tega jekla izdelujejo tudi vodilne lopatice, tesnila, šobe in ohišja tekalnih koles. Pomanjkljivosti so se pokazale pri varjenju, kjer je bilo potrebno posebej ukrepati, tako glede osnovnega materiala kot elektrod. Pri varjenju teh jekel z istovrstnimi elektrodami zakalita prehodna cona kakor tudi zvar ter obstaja nevarnost nastanka kalilnih razpok. Martenzitna struktura, visoka vsebnost krhkega ferita, visoka trdnost ter močna utrditev, so vzrok nastanka teh razpok. Za preprečitev teh razpok je bilo mogoče uspešno variti samo z zelo visokim predgrevanjem (300—400° C). Dobljeni zvar ima zaradi krhkega grobozrnatega martenzita in velike vsebnosti krhkega ferita (ca. 40%) zelo krhek lom in slabo žilavost. Za dosego boljše žilavosti je bilo potrebno zvar naknadno toplotno obdelati. Pri tem pa se je občutno znižala trdota. Zato smo v primerih, ko se ni zahtevalo, da mora imeti zvar enako sestavo kot jeklo, načeloma varili ta jekla z avstenitnimi in avstenitnoferitnimi elektrodami: PK 18/8 CrNi, PK 18/8/6 CrNiMn, PK 25/20 CrNi, PK 29/9 CrNi. Zaradi večje žilavosti čistega vara pri teh elektrodah je nevarnost razpok v prehodni coni zelo zmanjšana. Avstenitni čisti var ima to lastnost, da zaradi velike preoblikovalne sposobnosti zelo zniža napetosti, ki nastanejo pri varjenju. Sam zvar pa ima v tem primeru sorazmerno nižjo trdoto. Zato se te elektrode uporabljajo samo za manjša popravila. Povsod tam pa, kjer se zahteva, da ima zvar enako sestavo kot jeklo, to je n. pr. ko pri obratovanju nastopi veliko nihanje v temperaturi, ko mora imeti tudi zvar visoko trdoto, ali če se morajo zavarjeni deli tudi poboljšati, pa je potrebno variti z dodajnim materialom iste sestave. Tabela št. 4 — Vpliv ogljika na lastnosti čistega vara PK 13 V varjenem stanju Odžarjeno 730° / 5 ur vsebnost kp/mm2 žil. DVM (20°) kp/mm2 žil. DVM (20°) »C« °/o HB kpm/cm2 HB kpm/cm2 0,05 275 3,0 175 7,0 0,10 350 1,8 200 5 0,15 400 1,5 210 4 0,20 450 1 220 3,5 0,25 480 1 230 3 0.30 500 0,75 240 2,20 0.35 520 0.75 250 2 0,40 540 0,75 260 1,8 0,45 550 0,75 270 1,75 0,50 560 0,75 280 1,70 0,55 565 0,75 285 1,70 0,60 570 0,75 290 1,70 V tem primeru pa je pri ohlajanju nevarnost razpok v zvaru enaka kot v prehodni coni. Zato je potrebno izvesti predpisano predgrevanje in napetostno odžarjenje. 2. Razvoj novih dodajnih materialov za varjenje 13 °/o Cr jekel Za korozijsko odporne dodatne materiale za varjenje 13 % Cr jekel, ki se uporabljajo za vod-noenergetske namene pa je visoka trdota ob istočasni dobri žilavosti zelo zaželena, če hočemo dobiti čim boljše lastnosti glede erozije in kavita-cije. Pri klasičnih 13 % Cr jeklih je bilo to mogoče doseči z večjo vsebnostjo ogljika in odgovarjajočo toplotno obdelavo. Tabela št. 4 prikazuje vpliv C na lastnosti čistega vara z vsebnostjo 13 % Cr. Trdoto navara 350—400 HB dobimo pri vsebnosti ogljika 0.10—0.15 %, trdoto 400—450 HB pa pri Tabela št. 5 — Lastnosti čistega vara PK 13 Kem. sestava čist. vara Lastnosti čistega vara v varjenem stanju Lastnosti čistega vara odžarjeno 6200/2 uri C Si Mn Cr o-v kp/mm2 am kp/mm2 L = 5d o/o 4-% HB kp/mm2 žil. DVM (20°) kpm/cm2 HB kpm/cm2 0,06 0,40 0,50 13,10 62,0 86,0 4,0 6,0 260 2,5 221 0,06 0,20 0,48 12,12 60,0 82,0 3,0 7,0 239 2,5 180 0,07 0,43 0,64 15,06 58,0 75,0 5,0 8,0 213 2,0 160 0,09 0,30 0,66 13,64 65,0 95,0 2,0 4,0 283 2,0 200 0,09 0,30 0,51 12,30 72,0 100 3 6 300 1,8 250 0,09 0,33 0,58 12,62 78,0 105,0 4,0 7,0 291 1,75 205 0,12 0,28 0,58 12,70 78,0 115 2,0 2,0 350 1,75 270 0,12 0,36 0,48 13,20 75,0 110 2,0 2,0 332 1,75 235 0,16 0,34 0,49 14,88 80 120 2 2 398 1,75 280 Tabela št. 6 — Lastnosti čistega vara PK 13/6 vsebnosti ogljika 0.14—0.20 %. Žilavost je pri tem zelo nizka in znaša 1—1.8 kpm/cm2. S toplotno obdelavo sicer žilavost povečamo, vendar pa se pri tem trdota občutno zniža. Zanesljivo varjenje s temi dodajnimi materiali pa lahko izvršimo, kot je bilo že omenjeno, samo z zahtevnim predgreva-njem. To pa je v mnogih primerih zelo težko izvesti, posebno še pri varjenju že vgrajenih delov. Vzrok slabe varivosti in žilavosti čistega vara je v tem, ker struktura zvara sestoji iz grobega martenzita ter velike vsebnosti ferita. Zato smo želeli pri nadaljnjih raziskavah doseči pri varjenju 13 % Cr jeklih, namenjenih za gradnjo vodno-energetskih naprav, čim boljšo žilavost ob istočasni čim višji trdoti. V ta namen je bilo potrebno čim bolj znižati vsebnost ferita ter dobiti čim bolj čisto martenzitno strukturo. To je bilo doseženo z znižanjem ogljika na 0.04—0.05 % ter dodatkom „ .. . . v Lastnosti čistega vara Lastnosti čistega vara Kemijska sestava c. vara . ■ „jv . A->no/-> „_; J v varjenem stanju odzarjeno 620yz uri C Si Mn Cr Ni Mo B B a > M Ž "e e b M tj u1 II J # s »a M ^ ^ "a > C o S & >n (n "B S > » b x B B B & b ■o m II S S ga S M 1 1 « I >n |> ■i % žil. DVM HB kp/mm2 kp/mm2 crv trm L kp/mm2 kp/mm2 = 5d % ij/ žil. DVM HB % kp/mm2 kp/mm2 1. v varjenem stanju 75,0 105 4,0 7 2 330—380 110 121 8 15 4 370—390 2. odžarjeno 52 75 14 i 51 4 190—220 68,5 95,1 14 55 5,5 280—290 prelom krhek žilav Risco-test opazne razpoke brez sledov razpok Tabela št. 11: Predgrevanje, trdota in žilavost pri varjenju z PK 13 in PK 13/6 Tip elektrode predgrev. Stanje PK 13 200—400° C v varj. 320—380 1—1,5 PK 13/6 20—150° C v varj. 350—400 6—7 HB Žilavost DVM 20° kp/mm2 kpm/cm2 vodi, ki je zelo blizu PK 18/8 in zelo dobro žilavost tudi pri nižji temperaturi. Področje uporabe PK 13/6 so vodne turbine, ladijski vijaki, razne strojne in vodno energetske naprave, prehrambena, mlečna in sladkorna industrija, transportne naprave za kemijske proizvode. Literatura 1. D. Seferijan: Metalurgija zavarivanja 2. Secheron: Fachblatt fiir den Schweisser st. 1/1961 3. Inco-Nickel: Eine technische Umschau št. 23/1968 4. Erick Folkard: Neuentwickelte Zusatzvverkstoffe fiir das Schweissen von legierten Stahlen Schweisstechnik (Wien) st. 9/1970 ZUSAMMENFASSUNG Stahle mit einem Chromgehalt von 13 % sind hoch-feste korrosionsbestandige Stahle, vvelche wegen der aus-gezeichneten Eigenschaften, vvie hohe Festigkeit, hohe Harte, hohe Abriebfestigkeit, Korrosions, Erosions und Kavitationsfestigkeit vor allem im Bau der Hidroenerge-tischen und Thermoenergetischen Anlagen und anderen Anlagen welche mit Flussvvasser, Seewasser und Meer-wasser in Beriihrung kommen, angevvendet werden, zum Beispiel VVasserturbinen, Pumpen, Schiffsschrauben u. s. w. Das Schvveissen solcher Stahle war aber mit grossen Schwierigkeiten verbunden. Da diese Stahle lufthartbar sind, war es notig um die Harterisse zu vermeiden eine ziemlich hohe Vorvvarmung (300—400° C) vorzunehmen, was aber in manchen Fallen sehr schwer auszufiihren war. Die erhaltenen Schweissverbindungen hatten eine sehr schlechte Kerbschlagszahigkeit. Bei den korrosionsbestan-digen Stahlen) ist um eine gute Erosions- und Kavitations-bestandigkeit zu gewahrleisten, neben einer hohen Festigkeit und Harte, auch eine hohe Kerbschlagzahigkeit er-wiinscht. Wenn wir demnachst beim 13 °/o Cr Stahl, neben einer guten Korrosionsbestandigkeit noch eine hohe Ero-sions- und Kavitationsbestandigkeit erreichen mochten, miissen diese eine moglichst hohe Harte bei zugleich hoher Kerbschlagzahigkeit aufweisen. Bei den zu der Zeit erzeug-ten 13 % Cr Zusatzvverkstoffen war es iiblich eine hohe Harte durch einen hoheren Kohlenstoffgehalt zu erreichen. Nachteilig dabei war eine schlechte Kerbschlagzahigkeit im Schvveissgut. Eine bessere Kerbschlagzahigkeit war mit einer weiteren VViirmebehandlung zu erreichen, jedoch bei einem starkeren Harteabfall. Die Ursache fiir eine niedrige Kerbschlagzahigkeit und schlechte Schweissbarkeit liegt an der Zusammensetzung des Schvveissgefiiges, das aus sprodem grobkornigen Mar-tensit und ebenso sprodem Ferrit (etwa 40 °/o) besteht. Die neueren Untersuchungen hatten fiir das Ziel bei den 13 °/o Cr Stahlen welche im Bau der VVasserkraftanlagen gebraucht werden eine moglichst gute Kerbschlagzahigkeit bei einer hohen Harte zu erreichen. Dazu war notig den Ferritgehalt so viel wie moglich zu erniedrigen und ein moglichst reines martensitisches Gefiige zu erreichen. Das war mit einem niedrigeren Kohlenstoffgehalt von 0.04 bis 0.05 °/o und einem Zusatz von 4 bis 6 °/o Nickel erzielt worden. Dadurch hat sich der Ferritgehalt sehr erniedrigt und der sprode Martensit in den niedriggekohlten, zahen, feinkornigen Nickelmartensit, welches auch eine bessere Schweissbarkeit besitzt, umge\vandelt. Das Ergebniss dieser Untersuchungen sind Zusatz-werkstoffe, mit denen bei sehr hoher Festigkeit (120 kp/ mm2) und Harte (350 bis 400 HB) verhaltnismassig gute Zahigkeitswerte (6—7 kpm/cm2) erzielt werden und mit denen auch grossere Querschnitte ohne oder nur mit ge-ringer Vorwarmung geschweisst werden konnen. Im Artikel sind Ergebnisse der Untersuchungen an reinem Schweissgut aus Schvveisselektroden PK 13 mit 13 % Cr und PK 13/6 mit einem Gehalt von 13 % Cr und 4 bis 6 % Ni angegeben. SUMMARY 13 % Cr steels are high-strength rustless steels which are used mainly for construction of hydroenergetic and thermoenergetic installations and other set-ups vvhich are in contact with river, lake, and sea water, e. g. water impellers, pumps, screw-propellers, etc., because they have high strength, high hardness, high wear resistance, cor-rosion and erosion resistance, and scoring resistance. Welding of theese steels caused troubles. Because they are self hardening the weld decay can be avoided by relativen high preheating (300 to 400° C) which was often diffi-cult. The obtained welds had low toughness. For corrosion resistant materials also high toughness is desired beside the good erosion and scoring resistance, and high strength and hardness. If high erosion and scoring resistance beside good corrosion behaviour is desired vvith 13 °/o Cr steels they must have high hardness at simultaneous high toughness. In present 13 % Cr adding materials higher hardness was obtained by higher carbon content. But toughness in vvelding state was very low. It was improved by further heat treatment but the hardness was reduced during such treatment. Low toughness and bad weldability are caused by brittle coarse grained martensite and great amount (about 40 %) of just so brittle ferrite in the vveld structure. New investigations were made to improve toughness at unreduced hardness in 13 % Cr steels for hydroenergetic installations. Amount of ferrite had to be reduced and martensitic structure must be the purer. This was obtained by carbon reduction to about 0.04 to 0.05 °/o, and by adding 4 to 6 % nickel. Ferrite content was highly reduced and brittle martensite was transformed into low-carbon tough fine grained nickel martensite which has also better weldability. Result of investigations are adding materials which give relatively good toughness (6 to 7 kpm) at very high strength (120 kp/mm2) and hardness (350 to 400 B. H. N.) and which can be used also for vvelding greater steel sections without or with minimal preheating. In the paper results of investigation of pure vvelds vvith electrode PK 13 (13 % Cr) and PK 13/6 (13 % Cr and 4 to 6 % Ni) are shown. 3AKAIOTEHHE AHTHKoppo3noHHaH cTeiAfc c coAep>KaHHeM 13 % Cr SAaroAapa xopouiHX cbohctb h. np.: bbicokoh npo^HoeTH, TBepAOCTH, xopomoii H3HOCOyCTOHKOCTH, XOpOIUOH CTOHKOCTH Ha BAHaHHe KaBHTaHHOHHofi 3po3HH, ynoTpe6Aaetca rAaBHtiM 06pa30M npn nocTpoiiKH H o6opy-AbiBaHHio rHApo- H TepMO-SHeproCTaHHHH. TajOKe 0CTaAbnhix ycTa-HOBaK, KOTOpi.ie npnxOAHTB B COnpHKOCHOBCHHC C BOAaMH 03ep, Mopa h peK, h. np. niAPOBAimccKue TypoHiibi, Hacocbi, rpeSHbie BHHTbI H np. Ilpn CBapKII H3ACAHH H3 3toh CTaAH nOHBHAHCb Onpe-AeAeHHbie jarpvAHCiiHa. TaK KaK 3aKaAKa 3toh CTaAH nponcxoAHT yace Ha B03Ayxe, to He06x0AHM0, HToSbr H36e>KaTb noflBAeHHio 3a-KaAOHHbix TpemHH, cpaBHHTeABHo BbicoKO neperpeTb H3AeAHe npeA-Ha3Ha^eH0 aas CBapKH (300—400° L(), hto bo MHornx CAyyaax SbiAO t5i>KeAO BBinOAHHTb. riOAyMCHbIC CBapOHHe COeAHHeHHfl HMeAH nAoxyio B5J3KOCTB. AAff aHTHK0pp03H0HHLIX MaTepHHAOB npH XOpOUIOH CTOHKOCTH Ha KaBHTaHHOHHyiO 3P03HI0, BBICOKOH npOMHOCTH H TBepAOCTH, »ceAaTeAbHo TaKate xopomaa BHSKOCTb. CAeAyeT, mto stot copT aHTH-KOppOSHOHHOH CTaAH C COAepjKaHHeM 13 % Cr AOA5KeH HMeTb BBICO-Kyio TBepAoCTb OAHOBpeMeHHO c xopomoH BH3KOCTbK>. Ao chx nop, Heo6xoAHMyio BbicoKyio TBepAOCTb noAyMaAH c noBbimeHHeM coAep- acaHHH C. npH 3T0M B33K0CTb b CBapOIHOM COCTOSHHH He yAOBAe-TBopaAa. IIoBbimeHHe bh3kocth nocAeAOBaAO nocAe TepMimecKoii O0pa6OTKH ho npH 3T0M yMeHbHIHAaCb TBepAOCTb. IIpHHHHa HeAOCTa-TOMHOH BA3KOCTH H CAaSOH CnOCO0HOCTH K CBapKe COCTOSAO b TOM, mto cBapoHHoe coeAHHeHHe cocToaAocb h3 xpynKora, rpy6ora MapTeH-3HTa h npiiSA. h3 40 % TaK»ce xpyxiKora eppHTa. Il03T0My HeAb HCCAeAOBaHHH 6blAa b yMeHbineHHH coAepJKaHHa 4>eppiITa h YAyHXHeHHfl HHCTOTBI MapTeH3HTH0H CTpyKTypbI. YAOBAe-TBopaiomHH pe3yALTaT noAyneH yMeHbmeHneM coAepacaHHa yrAbe-poAa Ha ypoBeHb 0.04—0.05 % h AoCaBKOH 4—6 % Ni. IloA¥^eHaa CTaAb c yMeHbineHHbiM coAepacaHHeM xpynKora cJieppHTa h c MeAKO-3epHHcrbiM Ni-MapTeH3HTOM HMeAa ropa3AO Aynnyio cBapiiBaeMocTb. CBapKy MaiepHaAOB H3 TaKoii CTaAH BecbMa ycneuiHO BeAH c 3AeK-tpoaamh PK 13, c coaepjkahiiem 13 % Cr h c 3aektpoaoft PK 13/6, coAepJKaHHa 13 % Cr h 4—6 % Ni. CBapKy momcho BecTH 6e3 hah npH He3Ha»niTeAbHOM noAorpeBe MaTepHaAa. PaccMOTpeHH pe3yAbTaTbi HCCAeAOBaHHH HHCTHX CBapOiJHbIX COeAHHeHHH CBapKH npH nOMOHJH ynOMaHyTbix SAeKTpoA. Wird in Ihrem Betrieb noch von Hand gewalzt? Morgardshammar hat viele Losungen fiir mechanisiertes Vorvvalzen aus-gearbeitet. Eine groBe Anzahl von Anlagen sind bereits in Betrieb. Einige Vorteile: • hohere Produktion • verminderter Personalbedarf • groBere Kniippelgevvichte Wir kennen die Probleme und iiber-nehmen es gerne, vvalztechnische Untersuchungen durchzufuhren, um eine Losung fiir Ihre Mechanisierung zu finden. Unser Katalog V 220 T uber mechani-sierte Vorwalzung wird Ihnen auf Wunsch zugesandt. MORGARDSHAM MAR Morgžrdshammar AB, Fack, S-777 01 Smedjebacken 1, Schvveden Telex: 73243 morverk s Alleinvertreler in der Bundesrepublik: Rhinex Export-lmport GmbH & Co KG, Postfach 2426, 415 Kreleld 1 Telelon: 29688 Tele*: 536 04 Božidar Brudar, dipl. inž. Železarna Jesenice DK: 519.24 ASM/SLA: SL2 Interpretacija diagramov V članku je opisano, kaj lahko trdimo in česa ne moremo zagovarjati pri interpretaciji diagramov, če se držimo principov matematične statistike. Opisana je tudi metoda ortogonalnih polinomov, s katero določamo, katera potenca polinoma je še statistično pomembna. V Železarskem zborniku, pa tudi v drugih revijah se pogosto pojavljajo članki, v katerih avtorji delajo zaključke na podlagi rezultatov meritev, ki so prikazani z diagrami. Diagramu navadno sledijo zaključki o povezanosti med odvisnimi in neodvisnimi spremenljivkami, ki pa so pogosto nekritični. Velikokrat se namreč vidi, da določene trditve diagram sploh ne podpira. To velja tudi za nekatere referate na XV. posvetovanju metalurgov v Portorožu v oktobru 1972. Kritičnemu bralcu se vsiljuje vprašanje, kaj je prav: ali držijo zaključki, ki so morda avtorju znani iz literature, ali njegovi eksperimentalno dobljeni diagrami. To zavaja tudi druge raziskovalce, če verjamejo razlagi, ki se morda pozneje izkaže kot nepravilna. To pa vnaša v naše delo nezaupanje. Če bi vse zaključke statistično preverili, bi v svoje delo vnesli več kritičnosti in ne bi delali nepotrebnih napak. V naslednjih primerih si bomo ogledali, kako lahko interpretiramo rezultate meritev, ki jih ponazarjamo z diagrami. Linearna regresi j a Oglejmo si, kaj na primer lahko povemo o povezavi med spremenljivkama X in Y, če smo si X izbrali (neodvisna spremenljivka), Y pa merili (odvisna spremenljivka). Rezultate 11 meritev (tabela I) smo narisali kot točke na sliki 1. Narišimo diagram! Predpostavimo, da že iz literature vemo, da je zveza linearna, t. j. da gre za premico s smernim koeficientom okrog 0,4. Premico je treba narisati tako, da se njen potek kar najbolj ujema s potekom točk na sliki 1. Matematično to zahtevo izpolnimo tako, da določimo parametre bo in bi v regresijski enačbi Y = bo + n + bi X iz pogoja ^ (Yj — Y;)2 = minimum1. i=l Tabela I X Y 0 6 1 5 2 7 3 5 4 7 5 7 6 8 7 0 6 O O 9 O 10 10 9 10 B 6' 4 2 °0 2 4 6 8 TO -- X Slika 1 Podatki iz tabele 1 Za naš primer dobimo sledeče vrednosti: bo = 5,227, bi = 0,373, koeficient množične ko-relacije R = 0,781. To pomeni, da smo z linearno zvezo Y = 5,227 + 0,373 X pojasnili približno 61 % celotnega razsipanja vrednosti Y. Dobili smo torej enačbo premice, ki pa velja le za naš vzorec 11 meritev. Kaj lahko povemo o linearni zvezi med X in Y, ki naj velja za celo populacijo, t. j. za množico točk, ki bi jih lahko narisali, če bi jih izmerili. O karakterističnih parametrih populacije lahko povemo le interval vrednosti, v katerem lahko dani parameter z neko določeno verjetnostjo pričakujemo. Regresijsko enačbo za populacijo lahko zapišemo v obliki Y = Po + Pi X. Določili bomo interval, v katerem z 90 % gotovostjo pričakujemo vrednost parametra Pi. Še prej se pa vprašajmo, kakšne informacije lahko dobimo o naši populaciji parov (X, Y), če smo naredili omenjenih 11 meritev. Ali lahko na podlagi eksperimenta trdimo, da gre tudi v našem primeru za koeficient (3i = p,' = 0,4, kot navaja literatura? Označimo standardno napako ocene z SE, ki je definirana z relacijo: SE = 2 (t-v,)2 i = l n —2 Standardno napako regresijskega koeficienta izračunamo po formuli: Sb = i=l Izračunajmo parameter t: b, - [3', t = Sb, V našem primeru je SE = 1,034 Sb, = 0,0986 bi = 0,373 P'i = 0,400 t = 0,277 če se odločimo za a — 0,05, je t(1 _ _?_)_ (n —2) = to,975; 9 = 2,262, kar je precej več kot 0,277. Hipoteze torej ne moremo zavreči. To pa še ne pomeni, da smo že dokazali, da je Pi za našo populacijo enak P\ = 0,4. Upoštevati je treba še operacijske karakteristike2 za tak primer. Vprašajmo se, ali nismo pri tem, ko smo sprejeli hipotezo, da je Si = = 0,4, naredili preveliko napako druge vrste. Tabela II t v, n v = 0,950 v = 0,975 1 6,314 12,706 2 2,920 4,303 3 2,353 3,182 4 2,132 2,776 5 2,015 2,571 6 1,943 2,447 7 1,895 2,365 8 1,860 2,306 9 1,833 2,262 10 1,812 2,228 11 1,796 2,201 12 1.782 2,179 13 1.771 2,160 14 1.761 2,145 15 1.753 2,131 16 1,746 2,120 17 1,740 2,110 18 1,734 2,101 19 1.729 2,093 20 1,725 2,086 za katerega velja Studentova distribucija (tabela II.). Hipotezo, da je naš vzorec iz populacije z vrednostjo Pi = Pi' = 0,4 bomo zavrgli v primeru, če bo |t| =5 t(1__a-)i(n_2)» pri čemer je a verjetnost za napako prve vrste2, n pa število meritev v vzorcu. Operacijske karakteristike Pokazati se da,3 da je za ta primer treba upoštevati drug tip operacijskih karakteristik, kot so opisane v članku2, saj imamo opravka s Studento-vo distribucijo. Na sliki 2 je narisana familija operacijskih karakteristik za dvostransko preverjanje hipotez, če gre za Studentovo distribucijo, pri čemer smo si izbrali a = 0,05. d = |Pi-P'i| .Sx P -C o S ■I -8 Slika 2 Operacijske karakteristike za dvostranski t — test Ce privzamemo, da je standardna deviacija cry = Sy = 1,578 in standardni odklon spremenljivke X Sx = 3,317, lahko iz diagrama na sliki 2 odčitamo, da pripada 20 % verjetnosti za sprejeto hipotezo pri vzorcu (11 vrednosti) vrednost parametra d — 1. V diagramu je treba za ta primer upoštevati krivuljo s številko n—1, če je n število podatkov v vzorcu3. Ce je {3*i = 0,4, bi to odgovarjalo (3, = 0,876. Pri tako majhnem vzorcu lahko torej naredimo občutno napako druge vrste. Trdimo lahko, da je Pi = 0,4, pri tem pa je še vedno 20 % verjetno, da smo se zmotili, ker je v resnici morda Pt = 0,876. Vprašamo se pa lahko tudi drugače. Kolikšna je verjetnost, da smo se zmotili, ko smo trdili, da je Pi = 0,4, ker je le-ta morda 0,2 oziroma 0,62. Iz družine operacijskih karakteristik (slika 2) znaša za ta primer vrednost d = 0,420 in verjetnost za takšno napako je potem približno 80 %. Iz istega diagrama se vidi, da bi za preskus trditve, da je Pi = P'i = 0,4 potrebovali približno 40 podatkov, če bi hoteli zagotoviti, da bi pri Pi = 0,2 oziroma 0,6 znašala verjetnost za napako druge vrste le 20 %. Pri tako majhnem vzorcu torej nikakor ni izključeno, da bi bil Pi za našo populacijo enak 0,4, vendar pa je tudi verjetnost za vrednosti Pi 0,2 ali 0,6 zelo velika. Ničelna hipoteza Oglejmo si še drug primer. Na sliki 3 so narisane točke (n = 11), ki ponazarjajo odvisnost Y od X (tabela 3) pri nekem drugem poskusu. Tabela III. X Y 0 7 1 8 2 7 3 6 4 7 5 7 6 6 7 7 8 6 9 6 10 7 Narisana je regresijska premica, ki jo karakte-rizirajo sledeči parametri: R = 0,466 10 8 i. 4 2 ^0 2 4 6 8 TO -- X Slika 3 Primei za ničelno hipotezo bi = —0,0909 Sb, = 0,0575 Sx = 0,332 Sy = 0,647 Pojasnjenih je približno 22 % vseh odstopanj spremenljivke Y. Ali smemo trditi na podlagi izračunane regre-sijske premice, da Y pada, ko X narašča od 0 proti 10? Ali gre sploh za kakšno odvisnost med X in Y? Ta primer testiramo tako, da postavimo ničelno hipotezo: P'i = 0 Ali lahko trdimo, da je naš vzorec iz populacije, kjer je Pi = 0, oziroma da ni odvisnosti med X in Y? Izračunajmo vrednost parametra t! t = j bj —p'i Sb, V našem primeru je t = 1,581. Ce si ponovno izberemo a = 0,05, znaša t0 975. g — 2,262, kar je več kot 1,581. Hipoteze Pi = p'i = 0 ne moremo zavreči. Trdili bi torej, da med Y in X ni povezave. Ali smo pa naredili napako druge vrste? Ali ni morda resnični Pi sicer majhen in negativen in je le število meritev premajhno? Spet si pomagajmo z operacijskimi karakteristikami na sliki 2. Kolikšna je verjetnost, da je resnični Pi = —0,1? Za ta primer znaša vrednost d: To pomeni, da je približno 70 % verjetno, da smo zgrešili premico z regresijskim koeficientom — 0,1. 20% verjetnost za napako druge vrste bi bila šele pri d = 1, oziroma (3i = —0,195. Potrebovali bi vsaj 32 podatkov, da bi lahko rekli, da je Pi = p'i = 0 in bi bilo pri tem 20 % verjetno, da bi zgrešili pri takem testiranju res-bila šele pri d = 1, oziroma (3i = —0,195. Populacija Kaj torej lahko povemo o parametru (3i za primer na sliki 1. Točne vrednosti ne moremo povedati. Lahko pa določimo interval, v katerem z 90 % gotovostjo pričakujemo vrednost parametra Pi po formuli3- 5.6: Pi = b, 1 + 7 .S, Y' = Y (X') ± t j +7 ■ S, n—2 1 (X' —X)2 n~+ I(X; — X)2 Y' = Y (X') + tt + 7 . Sy, , n—2 pri čemer je SY' = SE . 1 (X' —X)2 1 + — +-— n 2 (X; — X)2 12 10 B A A B • • Pri tem je y verjetnost (0,90), n pa število podatkov v vzorcu (11) in t0 95.9 = 1,8 3 3 po tabeli II: 0,193 < < 0,553 Zaradi velikega procenta nepojasnjenih vplivov (slučajnostnih) tudi za določeno vrednost X' ne moremo povedati, kolikšna bi bila pripadajoča vrednost Y'. Določeni vrednosti X' pripada veliko število možnih vrednosti Y'. Vse te vrednosti se porazdeljujejo okrog neke srednje vrednosti Y'. Predpostavljamo, da je distribucija vrednosti Y', ki pripada nekemu določenemu X', normalna in da je standardna deviacija teh Y' enaka pri vseh X'. Interval vrednosti, v katerem lahko z_neko določeno verjetnostjo (y) pričakujemo naš Y', se lahko izračuna po formuli: 10 Na sliki 4 sta narisani obe meji (A) za 90% verjetnost za podatke iz tabele 1. Ce bi torej naredili zelo veliko meritev, bi lahko na primer pri X' = 7 dobili množico pripadajočih vrednosti Y'. Srednja vrednost teh Y' bi bila nekje med 7,1 in 8,5. To pričakujemo z 90 % gotovostjo. Vprašajmo se še, kaj lahko pričakujemo za posamezno vrednost Y', ki pripada nekemu X'. Z verjetnostjo y lahko pričakujemo, da bo Y' ležal v intervalu Slika 4 Regresijska premica in meje 90 % gotovosti Na sliki 4 sta narisani obe mejni vrednosti (B) tudi za 90 % gotovost za vrednost Y'. Pri X' = 7 lahko torej z 90 % gotovostjo pričakujemo, da bomo pripadajočo vrednost Y' našli nekje med 5,8 in 9,8. Zato moramo biti zelo previdni pri opisovanju poteka odvisnosti Y (X). Neutemeljena bi bila trditev, da na primer Y močno narašča, ko gre X od 7 proti 9, nato pa hitro pada. Parabolična odvisnost Zastavimo si še eno vprašanje. Predpostavimo, da so točke na sliki 1 rezultat nekih meritev vrednosti Y pri posameznih vrednostih X. Očitno je, da so vrednosti Y do neke mere odvisne od vrednosti X. Toda, ali je odvisnost zares linearna? Če nam tega ni nihče prej povedal, bi bilo morda pravilneje narisati kakšno parabolo, ki bi lepše ponazarjala potek teh točk na sliki 1. Po metodi najmanjših kvadratov1 smo poiskali regresijske koeficiente v naslednjih enačbah: Linearna Kvadratična Kubična Parabola četrte stopnje Y, = b0i + b„X (61%) Y2 = bo2 + bi2X2 (65%) Y3 = b03 + bi3X3 (63%) Y4 = bo, + b14X" (59%) V oklepaju je naveden procent raztrosa vrednosti Y, ki ga pojasnjuje posamezna enačba (R2). Parabola druge stopnje Y2 pojasnjuje največji del raztrosa, vendar gre le za 4 % izboljšanja glede na linearno regresijsko funkcijo Yi. Slika 5 Regresijska enačba: Yi = boi + bn X Slika 7 Regresijska enačba: Yi = boj + bi3 X3 10 o Slika 6 Regresijska enačba: Y2 = bo2 + bi2 X2 Naredimo enako analizo glede vrednosti Y' in Y', ki jih lahko pričakujemo z 90 % gotovostjo v primeru, ko gre za kvadratično parabolo. Narišemo lahko podoben diagram (slika 9), kot ga prikazuje slika 4. V tem primeru lahko z 90 % gotovostjo pri X' = 7 pričakujemo Y' med 7,0 in 8,2. Posamezno vrednost Y' pa lahko z 90 % verjetnostjo najdemo v intervalu med 5,7 in 9,5. S tega stališča je kaj malo važno, kaj v resnici narišemo skozi točke na sliki 1 — premico ali parabolo. Obe sta dokaj neostro definirani, če že potegnemo parabolo, moramo pa biti zelo previdni pri zaključkih. Slika 8 Regresijska enačba: Y* = b»4 + bn X4 Nujno je treba upoštevati statistično gotovost, oziroma negotovost pri vrednostih funkcije Y, ki jih želimo napovedati. Zaradi velikega raztrosa točk okrog parabole težko trdimo za populacijo, da se na primer krivulja odvisnosti med Y in X pri večjih X bolj strmo dviga kot pri majhnih vrednostih X. Metoda ortogonalnih polinomov daje točnejši odgovor na vprašanje, ali sploh gre za parabolo ali ne. Metoda ortogonalnih polinomov V primeru, ko so posamezne vrednosti X enakomerno (v enakih intervalih) razporejene in, ko Zaradi ortogonalnih lastnosti lahko izračunamo koeficiente A;: Y - A0 = 2 = Y A= = i = 1 V primeru, ko vrednosti X naraščajo od 1 do n11 v enakih intervalih (po 1), lahko izračunamo prve tri ortogonalne polinome po formulah: 5, =X, (X —X) Z2 = \2 ?3 = X3 (X-X)2- n2—1 12 (X —X)3— (X- .X).3n2-7 20 Slika 9 Regresijska parabola Y: in meje 90 % gotovosti vsaki vrednosti X pripada le en Y, je mogoče narediti polinomno regresijo s pomočjo ortogonalnih polinomov.6.8 Metoda je zelo podobna postopni regresiji1, oziroma polinomni regresiji9. Največja prednost te metode pred običajno polinomno regresijo je v tem, da lahko postopoma dodajamo člene višjega reda, ne da bi pri tem morali spreminjati tudi koeficiente pri ostalih stopnjah polinoma. Če smo na primer poskušali najprej opisati zvezo Y (X) z linearno enačbo Y =b0 +biX po programu za polinomno regresijo9, nato pa smo jo izboljšali z nastankom Y = b'o + b'iX + b'2X2, smo morali vso obdelavo narediti še enkrat. Vrednosti bo in bi nam ne koristijo več, saj je bo / b'o in b, 9t b'i. Slabost programa9 je tudi v tem, da ne moremo vedeti, kolikšen je prispevek dodanega kvadratnega člena. Metoda ortogonalnih polinomov nam pa da drugačno sliko. Namesto običajnega izraza Y = bo + bi X +......bk Xk lahko uporabimo izraz: Y = A0 + Ai +......Ak |k, kjer so |j(i = 1 -» k) ortogonalni polinomi i-te stopnje spremenljivke X, A; (i = 0 -»k) pa konstante. Za ortogonalne polinome velja: 2 št |k = 0 če je i # k 2 Si = 0 n Pri tem seštevamo po vseh vrednostih spremenljivke X. X si izberemo tako, da je % čim manjše celo število. Analiza variance daje sliko o prispevku posameznih ortogonalnih polinomov, ki nastopajo v regresijski enačbi. Vsota kvadratov, ki pripada i-temu polinomu je enaka: A; 2 (Y^i) n Regresijske enačbe s pomočjo ortogonalnih polinomov Po tej metodi smo obdelali primer iz tabele I in se prepričali, da gre pri tem le za linearno odvisnost (Tabela IV.) Opraviti imamo z 11 vrednostmi X, ki naraščajo po 1 od 0 do 10. Omejili smo se le na prve tri ortogonalne polinome. Iz tabel10 se da videti, da znaša vrednost parametra F za 95 °/o verjetnost za ta primer F1; 7.0 05 = = 5,5914, za 90% verjetnost pa 12,246. Očitno je torej, da je edina smiselna regresijska enačba — enačba premice. Kvadratični prispevek ni statistično pomemben. Regresijsko enačbo zapišemo z ortogonalnimi polinomi takole: Y = 7,0909 + 0,3727. (X —5), oziroma: Y = 5,2273 + 0,3727 X ZAKLJUČEK Opisali smo torej nekaj osnovnih primerjav, ki jih mora upoštevati vsak, ki želi interpretirati svoje diagrame. Nekritično tolmačenje takšnih diagramov lahko zavaja raziskovalce pri njihovem delu, da pogosto ugotavljajo dejstva, za katera nimajo nobene osnove. Tabela IV. X Y 5, 52 53 Y . 5i Y.52 Y.?3 0 6 —5 + 15 —30 —30 + 90 —180 A0 = 7,0909 1 5 —4 + 6 + 6 —20 + 30 + 30 2 7 —3 — 1 + 22 —21 — 7 + 154 3 5 —2 — 6 + 23 —10 — 30 + 115 A, = 0,3727 4 7 —1 — 9 + 14 — 7 — 63 + 98 5 7 0 —10 0 0 — 70 0 A2 = 0,0338 6 8 + 1 — 9 —14 8 — 72 —112 7 6 + 2 — 6 —23 12 — 36 —138 A3 = 0,0002 8 8 + 3 — 1 —22 24 — 8 —176 9 10 +4 + 6 — 6 40 + 60 — 60 10 9 + 5 + 15 + 30 45 + 135 + 270 I 78 0 0 0 + 41 + 29 + 1 X 1 1 5 6 SŠ2 110 858 4290 Analiza variance za primer iz tabele I. Prispevek Vsota Stopnje Povprečni polinomov kvadratov prostosti kvadrat Linearni 15,2818 1 15,2818 12,37 Kvadratični 0,9802 1 0,9802 0,79 Kubični 0,0002 1 0,0002 0,00 Ostanek 8,6469 7 1,2353 Vsota 24,9091 10 Metoda ortogonalnih polinomov pa kaže, kako efektivno je mogoče tudi brez modernega računalnika določiti osnovne karakteristike povezave med X in Y. Literatura 1. B. Rode: Statistična analiza regresije z uporabo elektronskih računalnikov. Železarski zbornik št. 3, leto 1969, stran 221. 2. B. Brudar: Preverjanje statističnih hipotez s pomočjo oepracijskih karakteristik. Železarski zbornik št. 3. 1972, stran 175. 3. A. H. Bowker, G. J. Lieberman: Engineering Statistics, Prentice Hali, Inc. 1959. 4. M. Fisz: Wahrscheinlichkeitsrechnung und mathemati-sche Statistik VEB Deutsche Verlag der VVissenschaften, Berlin 1970. 5. N. W. Smirnov, I. W. Dunin — Barkovski: Mathemati-sche Statistik in der Technik, VEB Deutsche Verlag, der W., Berlin 1970. 6. B. Ostle: Statistics in Research, The Iowa State Univer-sity Press 1969. 7. A. Linder: Planen und Auswerten von Versuchen, Birk-hauser Verlag 1969. 8. O. L. Davies: Design and Analysis of Industrial Experi-ments, Hafner Publishing Company, New York 1971. 9. System/360 Scientific Subroutine Package (360A-CM-03X) Version III, Programmer's Manual, IBM Application Program 10. B. Rode, J. Rodič: Statistično planiranje in vrednotenje metalurških raziskav, Žel. zbornik št. 2, 1968, stran 99. ZUSAMMENFASSUNG Die Messergebnisse werden iiblich in einem Diagramm als Punkte aufgezeichnet. Diese Punkte werden dann mit einer entsprechen Kurve verbunden. Was fiir eine Kurve durch diese Punkte aufgezeichnet werden kann und welche Schlussfolgerungen iiber die Zu-sammenhange zwischen der abhangigen und unabhangigen Variable gezogen werden konnen wenn wir die Prinzipen der mathematischen Statistik befolgen, ist in diesem Arti- kel enthalten. Es sind zwei Beispiele beschrieben, bei denen mit Hilfe der Operationskarakteristiken die Zuver-lassigkeitsgrenzen der Regresionsgleichungsparametern be-stimmt werden. Mit der Methode der ortogonalen Polynomen ist die Wichtigkeit der einzelnen Glieder im Polynom, vvelche die Abhiingigkeit Y von X darstellt bestimmt. SUMMARY Experimental results are usually plotted in a diagram. Singular points are connected by a most suitable curve. The paper discribes which curve may be dravvn and which conclusios on the relationship between the de-pendent and the independent variable can be made if the principles of mathematical statistics are obeyed. Two examples are described where confidence intervals for the parameters of the regression equation are determined by means of operating characteristic curves. Method of orthogonal polynomiaIs determines the im-portance of single terms in polynomials which represents the relationship betvveen Y and X. 3AKAKMEHHE Pe3yAbTaTbi H3MepeHHH KaK CAeAyeT HapiicoBbiBaeM b $opMe tomek b AHarpaMMy. Tomkh coeAHHaeM b HanSoAee n0AX0A«mVK> KpHByK). AaHO oracaHHe KaKyio KpHByio mo>kho HapHCOBaTb, H KaKiio 3aKAIOTeHHH mojkho BtIBeCTH O COOTHOmeHHH me«ay 3aBHCHMbISIH n He3aBHCHMbiMH H3MeHseMbiMH BeAHHHHaMii, npiiAep)KHBaacb npiIH-LliinOB MaTeMaTIIMCCKOH CTaTHCTHKH. OnncaHbi Asa npuMepa npn KOTOpbix, npn noMomH onepaniBHbix xapaKTepiiCTHK, onpeAeAeHbi rpaHHUbi HaAe>KHOCTH napaMeTpoB ypaB-HeHHH perpeccim. MeTOAOM opToroHaAbHbix MHOroiAeHOB onpeAeAeHO 3HaMeHHe 0TAeAbHbix vAeHOB, >ito npeACTaBAaeT coBofl 3aBiiciiMocTb Y ot X. RHEIN - DONAU - STA H L WIEN - MUNCHEN - CHUR - IVI I LAN O OSKRBUJEMO EVROPSKE JEKLARNE IN LIVARNE S STARIM ŽELEZOM. SMO GENERALNI ZASTOPNIK: RHEINSTAHL A. G. KASSEL / B.R.D. V HENSCHELOVIH NAPRAVAH ZA PREDELAVO STAREGA ŽELEZA KOT: -ŠKARJE ZA STARO ŽELEZO -PAKETIRNE STISKALNICE -NAPRAVE ZA SORTIRANJE DELOV IZRABLJENIH AVTOMOBILOV. A.VOIGT V ODŽIGALNIH NAPRAVAH BIRKENFELD - ZA KABLE NAHE / B.R.D. VPRAŠANJA IN INFORMACIJE : RHEIIM - DONAU - STAHL HANDELSGES. M.B.H. A 1030 WIEN, SALESIANERGASSE 5 TELEFON: 735506 SERIE TELEX '• 11908 Honeywell je organizacija mednarodnega nivoja, ki združuje operativne oddelke za instru-mentacijo kontrole gorenja, klimatizacijo in za-grevanje, procesno instrumentacijo, električne enote, mikrostikala, znanstveno instrumentacijo ter sisteme obdelave podatkov. Poglejmo zakaj je Honeywell edini v svetu v stanju nuditi aparature, naprave in tehnično pomoč za ustvaritev kompletnih programov avtomatizacije na različnih področjih in v popolnosti rešiti probleme točno po ^^ zahtevah naročnikov. V vsakem Honeywellovem I J k T I ^ / T I ^ T T instrumentu je namreč preciznost in izkušnja in- l~fl II IH W Bj. B. B. dustrije, ki proizvaja celo 20.000 različnih pro- VODILNO PODJETJE V INTEGRIRANI AVTOMATIZACIJI VAM NUDI CELO VRSTO INSTRUMENTOV ZA MERJENJE, REGULACIJO IN AVTOMATIZACIJO Instrumentacija za procesno industrijo Potenciometrski elektronski indikatorji, regi-stratorji in regulatorji — Indikatorji, registratorji in regulatorji pretoka, temperature in pritiska — Miniaturni elektronski instrumenti — Miniaturni pnevmatski instrumenti — Regulacijski ventili s pnevmatskim in električnim pogonom — Termo-elementi in pirometri — Enostavni instrumenti za merjenje in regulacijo temperature in pritiska — Procesna računala Regulatorji za gretje, hlajenje in klimatizacijo Električni regulacijski sistem — Elektronski regulacijski sistem — Pnevmatski regulacijski sistem Instrumentacija za gorilce in kotle Oljni gorilci za gospodinjstvo — Industrijski oljni gorilci — Plinske peči za gospodinjstva — Industrijski plinski gorilci — Regulatorji za kotle Mikrostikala Standardna in miniaturna mikrostikala — Si-gurnostna in miniaturna mikrostikala — Brez-kontaktna stikala — Instrumenti za vgraditev (mV, mA itd.) Instrumenti za laboratorijske raziskave Pojačala in pretvorniki signala — Visicorder ascilografi — Laboratorijski potenciometrski registratorji — XY registratorji — Laboratorijski standardi — Monitorji — Diferencijski voltmetri in drugi precizni instrumenti — Digetalni merilni instrumenti — Korelatorji — Elektronski bio-me-dicinski sistemi H01VEYWELL AUTOMATION Sedež: Via Vittor Pisani 13 — 20124 Milano predstavnik za Jugoslavijo: Merkantile, Praška 2, Zagreb HUTTENBEDARF DIPL.-ING. ROLF Spoštovani, naše podjetje izdeluje pomožna sredstva za jeklarne in livarne in je v stanju te proizvode izdelati v najboljši kvaliteti tudi za vaše podjetje. V informacijo dajemo kratek izvleček iz našega proizvodnega programa ZIEGLER GES.M.B.H. Pomožna sredstva za jeklarne Eksotermna sredstva LUNKERIT in THERMO livni pripomoček FERROTHERM Pomožna sredstva za livarne sintetična premogovna moka PECARBON eksotermna sredstva LUNKERIT in THERMO kaluparjenje z modeli iz stiropora VOLLFORMVERFAHREN cementno vezivo ZEMOPLAST škrobna veziva ALBERTINE mrzle smole, HTBOX smole, COLDBOX smole, CRONING smole in peski premazi za kalupe in jedra NEKROFLUID, ARKOFIX, ZIRKOFLUID (grafit do cirkon, voda in alkohol) premazi na bazi prahu in lepila za jedra in maske Dosedanje dobro sodelovanje z vami, naše velike izkušnje in naš servis omogočajo največji možni uspeh. S pozdravi HUTTENBEDARF Dipl. - Ing. Rolf Ziegler Ges. m. b. H. Odgovorni urednik: Jože Arh, dipl. inž. — Člani Jože Rodič, dipl. inž., Janez Barborič, dipl. inž., Aleksander Kveder, dipl. inž., Edo Žagar, tehnični urednik. Oproščeno plačila prometnega davka na podlagi mnenja Izvršnega sveta SRS — sekretariat za informacije št. 421-1/72 od 20. marca 1973 Naslov uredništva: ZPSZ — Železarna Jesenice, 64270 Jesenice, tel. št. 81-231 int. 385 — Tisk: CP »Gorenjski tisk«, Kranj