Tehnične novice Lastnosti jekla Č.4574 I Prokron 12 sp. in jeklene litine ČL.4574 I Prokron 12 sp. L j * Železarna Ravne Ferdo Grelovnik UVOD Za izdelavo korozijsko najbolj odpornih jeklenih armatur se uporabljata jeklo Č. 4574 (Prokron 12 sp.) in jeklena litina ČL. 4574 (Prokron 12 sp. L). Kemični sestavi teh dveh materialov sta zelo podobni; glavna razlika je v dodanem legirnem elementu za stabilizacijo karbidov (pri Č. 4574 je to Ti, pri ČL. 4574 pa Nb), v predpisani vsebnosti Si (pri Č. 4574 okrog 0,6 °/o, pri ČL. 4574 pa 1,3 %), pri jeklu Č. 4574 je dovoljena za 0,02 % večja vsebnost ogljika (do 0,10 %) kot pri jekleni litini ČL. 4574. Mnoge lastnosti so zato podobne. Občutne razlike so samo pri tistih lastnostih, ki so odvisne od zrnatosti in razporeditve faz; to dvoje je pri plastično predelanem jeklu mnogo ugodnejše kot pri litini. V tem sestavku bodo opisane tiste lastnosti prej omenjenih materialov, ki so pomembne pri konstruiranju, izdelavi, preizkušanju in uporabi armatur. Smerni kemični sestavi: Č. 4574 PROKRON 12 special: max.0,l%C — 0,6 % Si — 1,4 % Mn — 17,5 % Cr — 12 % Ni — 2,3 % Mo — dod. Ti ČL. 4574 PROKRON 12 special L: max. 0,08 % C — 1,3 % Si — 1,4 °/o Mn — 18 o/o Cr — 12 % Ni — 2,3 % Mo — dod. Nb. 1. INTERVAL STRJEVANJA Izmerili smo ga z enostavno termično analizo pri jekleni litini ČL. 4574, ker je to lastnost, ki jo je pri določitvi tehnologije litja nujno treba upoštevati. Začetek strjevanja je pri 1435 °C, konec pa pri 1400 «C. 2. STRUKTURA Fazno sestavo določamo z rentgensko strukturno analizo. Tako pri jeklu č. 4574 kot pri jekleni litini ČL. 4574 zavzema glavni delež (vsaj 90 %) faza ki je neferomagnetna. Do 10 % je v strukturi feromagnetne faze a. Vseh ostalih faz je pod 1 % in jih določimo tako, da jih z elektrolitskim * To je povzetek referata, ki ga je avtor imel na posvetovanju o razvoju in plasmanu armatur (27. in 28. maja 1982 na Ravnah) raztopom osnovne mase jekla izoliramo in nato izolat analiziramo z rentgensko strukturno analizo. Jeklena litina ČL. 4574 vsebuje okrog 0,5 % karbidov vrste NbC in okrog 0,05 % faze cr, če je gašena s temperature 1050 °C. V surovem stanju je karbidov nekoliko -manj, faze a pa več. Če povečamo temperaturo gašenja, faza cr povsem izgine. Temperature gašenja nad 1100°C niso priporočljive, ker začne oksidirati krom — v izolatu dobimo Cr203. Na rentgenogramu izolata je mogoče identificirati še reflekse sulfidnih vključkov. p:-."/ Posnetek vzdolžnega Slika 1 obrusa iz gredice 150 mm x 150 mm; jeklo Č.4574 (pov. 100 x) O f Hi'K 99,9 «/o R2 = 0,168 R = 0,41 1,96 Sxy = 27,2 N/mm1 Tudi po različnih načinih toplotne obdelave se bistveno ne spremeni. Navadno damo poprečno vrednost temperaturnega koeficienta dolžinskega razteaka med sobno in določeno temperaturo T, to je aT, ki je definiran takole: 1„ t — 20 »c Odvisnost tega koeficienta od temperature je prikazana na si. 5. b) Toplotno prevodnost izmerimo tako, da v va-ijastem preizkušancu vzpostavimo osno simetrično stacionarno temperaturno polje in izmerimo razliko med temperaturama v dveh točkah, ki sta za r, Slika 9 Peč 5 Prokron 12 sp. L, gašeno v lab. kal. v letu 1980 Obdelava 503305, enačba št. 2, korak 7 N = 551 P. EN. > 99,9 % R2 = 0,352 R = 0,59 1,96 Sxy = 21,1 N/mm2 Tabela 1 2 p.] C 4574 ČL 4574 lastnost aritmetična srednja vrednost standardni odklon aritmetična srednja vrednost standardni odklon N K v- 295 28 296 15 mm2 N Rm v-- 580 21 512 13 mm2 A 5 v % 50,7 3,5 37,8 5,2 Z v % 70,5 2,2 34,7 6,0 W v J 173 29 47,6 14,3 HB 155 7 159 5 X = p 2t.\ ln »«'»! =0,02B) Nb(R!„i =0,2331 QSO Jp.70 0,90 w 130 «007 qots f.023 503; 0039 g 047 K)B JI* I!6 T 12,0 12,1 12,6 Slika 10 Peč 5 Prokron 12 sp. L, gašeno v lab. kal. v letu 1980 Obdelava 503305, enačba št. 3, korak 3 N = 551 P. EN. > 99,9 % R* = 0,313 R = 0,56 1,96 Sxy = 8,5 °/o •/, «4 % P •/.Ni T35- 0,50 0.10 Q90 i10 1» Q030 Q0S0 0,090 o,m 'V.Nb ► •/.C in r2 oddaljeni od simetrijske osi, ter moč P, ki je potrebna za vzdrževanje temperaturnega polja. Toplotno prevodnost potem določimo po obrazcu (2) T,-T2 Odvisnost toplotne prevodnosti od temperature je prikazana na si. 6 in je skoraj enaka za Č. 4574 in ČL. 4574. c) Modul elastičnosti E je enak odvodu funkcije cr — f (e) v koordinatnem izhodišču, cr je napetost, £ pa deformacija. Krivuljo a = f (e) posnamemo z elektronsko registracijo pri enoosnem na- Slika 11 Peč 5 Prokron 12 sp. L, gašeno v lab. kal. v letu 1980 Obdelava 503305, enačba št. 4, korak 2 N = 551 P. EN. > 99,9 % R2 = 0,216 R = 0,46 1,96 Sxy = 10,4 % teznem preizkusu. Modul elastičnosti je skoraj enak za Č. 4574 in ČL. 4574 in se tudi s toplotno obdelavo teh dveh materialov bistveno ne spreminja. Njegova temperaturna odvisnost je prikazana na si. 7. 5. MEHANSKE LASTNOSTI a) Meritve osnovnih mehanskih lastnosti (meje plastičnosti R,., natezne porušitvene trdnosti R,,,, raztezka A 5, kontrakcije Z, žilavostnega dela W na preizkušancu DVM 1 in trdote HB) jekla Č. 4574 in W(WMt) [Jj IR',, =00501 {R2C =0,029J JferittR} =1)1X21 ■Nb (/<>„„ =01131 dso 0,20 H —¥~ A v 2f> F AO Q006 POK 0/122 X 0030 0,038 Q0i6 0,03 V.Nb •/.olftr« V. P •/.c Slika 12 Peč 5 Prokron 12 sp. L, gašeno v lab. kal. v letu 1980 Obdelava 503305, enačba št. 5, korak 4 N = 551 P. EN. > 99,9 % R2 = 0,254 R = 0,50 1,96 Sxy = 24,2 J 200 300 400 500 Temperatura v "C Slika 13 Spreminjanje mehanskih lastnosti jekla C. 4574 s temperaturo jeklene litine ČL. 4574 v gašenem stanju so del tekoče kontrole vseh talin. V tabeli 1 so zbrani osnovni statistični podatki o zgoraj naštetih lastnostih za enoletno obdobje — leto 1980. Največja razlika med litino in jeklom je v ži-lavosti, precejšnja je tudi v kontrakciji, zaznavna pa v raztezku. Z regresijsko analizo podatkov je mogoče ugotoviti tudi parcialne vplive legirnih elementov na posamezne mehanske lastnosti. Primeri so prikazani na slikah 8, 9, 10, 11 in 12. Na osnovi tega lahko v okviru predpisanih analiznih mej najugodneje prilagajajo konkretno kemično sestavo taline. b) Rezultati meritev mehanskih lastnosti jekla Č. 4574 (talina 18500 z 0,04 % C) pri povišanih temperaturah so prikazani na si. 13. Trajni statični preizkus istega jekla pri temperaturi 450 °C je pokazal, da se raztezek med 1000-urno obremenitvijo z napetostjo 200 N/mm2, to je v plastičnem področju, skoraj nič ne spreminja — lezenja praktično ni. c) Za materiale, ki so med uporabo izpostavljeni nihajočim obremenitvam, je potrebno izvesti še preizkus utrujanja. Med take materiale gotovo spadajo jekla za armature, ki morajo ostati nepoškodovane tudi pri nihanju tlaka pretakajočega se medija in pri potresnih sunkih, še posebej skrbno je treba ugotoviti obnašanje materiala pri napetostih, ki nihajo z amplitudami, za katere je znano, da lahko povzročijo zlom po končnem številu nihajev. Taka preizkušanja imenujemo malociklično utrujanje in se izvaja pri nizkih frekvencah obremenjevanja — manj kot 1 nihaj v sekundi. Za potrebe naše železarne izvajajo tovrstne preizkuse na Metalurškem inštitutu v Ljubljani, in sicer is servohidravličnim strojem INSTRON 1255. Ta omogoča preizkušanje s krmiljenjem sile (napetosti) ali raztezkov. Krmiljena veličina ima sinusni časovni potek, možne pa so še druge periodične odvisnosti od časa. Pri nizkih frekvencah je mogoče s koordinatnim pisalom registrirati odvisnost napetosti od deformacije. Doslej je bilo preizkušeno jeklo č. 4574 (talina 18500). Na si. 14 je prikazana odvisnost števila zdržanih nihajev od amplitude napetosti pri čistem izmeničnem nihanju. Znak x pomeni, da se je preizku-šanec zlomil, znak o-» pa, da je preizkušanec vzdržal 10s nihajev. Vidimo, da je časovna dinamična trdnost za 105 nihajev 216 N/mm2, kar je za okrog 15 % več od meje plastičnosti preizkusnega jekla. Na si. 15 je prikazan zapis odvisnosti med napetostjo in deformacijo za prvih pet nihajev pri preizkušanju z amplitudo napetosti 216 N/mm2. Zaradi plastičnega obnašanja materiala dobimo histerezne zanke, ki se ožijo. To pomeni, da se material med dinamičnim obremenjevanjem utr- 240 230 <\i I 220 $ * 210 I 200 190 180 X t x Zlom o Ni zloma