TEHNIČNE NOVICE Jekla za verige F. Legat*1 UVOD V proizvodnji verig poznamo dva najbolj pogosto uporabljena sistema varjenja: — varjenje jekel klasično električno uporovno, kjer se jeklo na spoju zaradi povečanja upornosti pri prehodu toka segreje in nato s stiskanjem spoji. Nastali greben — grad se obreže s posebnimi noži; — drugi način je sistem varjenja, kjer po kratkem stiku obeh spojenih delov dobimo tokovni lok. Ta lok segreva material na tako visoko temperaturo, da ogljik začne zgorevati. Gorenje je burno in tako leti ogljik z ostalimi kapljicami jekla iz spojnega dela. Ko je določena količina ali dolžina materiala odgorela, pritisk spoji oba dela. Nastali grad prav tako obrežemo s posebnimi noži. Na prvi način lahko varimo navadna nizkoogljična in nepomirjena jekla. Pri procesu varjenja v varu nastajajo oksidi, ki se pri stiskanju iztisnejo iz vara, vendar ne v celoti. Zato ima var še vedno razne vključke in izceje ter ga štejemo kot 90 % var. Napake v varu se pri poboljša-nju ali samem kaljenju še povečujejo, zato na ta način izdelujemo samo navadne verige. To so verige, ki so po varjenju le normalizirane zaradi izenačitve litih in pregretih kristalnih struktur preko vara. JEKLA: V ta namen uporabljamo danes jekla, ki jih obdeluje DIN 17115, danes najbolj popolna norma: C Si Mn Č 1102 N ust 35.2 Č 1102 P RSt 35.2 Č 1102 St 35.3 0.06-0.14 0.06—0.12 0.06-0.12 sledovi do 0.25 do 0.28 0.40-0.60 0.40-0.60 0.50-0.70 P S Al Č 1102 N USt 35.2 Č 1102 P RSt 35.2 C 1102 St 35.3 max. 0.040 max. 0.040 max. 0.040 max. 0.040 max. 0.040 max. 0.040 0.020-0.050 Jeklo se uporablja običajno nežarjeno v valjanem stanju, luženo ali peskano. Za nižje dimenzije pa vlečeno s primerno deformacijo in brez vmesnega žarjenja. Jekla za te verige imajo naslednje mehanske lastnosti: Re meja elast. N/mm! Rm trdnost N/mm2 A5 raztezek % URSt 35.2 RSt 35.2 St 35.3 215 215 215 345—440 345-440 345—440 30 30 30 Na drugi način pa lahko varimo vsa jekla, ki se praktično uporabljajo za verige. Nekaj težav povzročajo le vi-sokolegirana Cr-Si jekla, Al jekla ter siva litina. Ker pa ta ne pridejo v poštev pri proizvodnji verig, jih tu ne obravnavamo. V to področje jekel spadajo vse kvalitete, ki jih navaja DIN 17115, kjer obravnava jekla za proizvodnjo verig. To so: nelegirana jekla C Si Mn Pmax. Smax. 15Mn3AI 0.12 -0.18 do 0.20 0.7 -0.9 0.040 0.040 21Mn4AI 0.16 -0.24 do 0.25 0.8 -1.1 0.040 0.040 21MnSi5 0.18 -0.24 0.25-0.45 1.1 -1.6 0.040 0.040 27MnSi5 0.24 -0.30 0.25-0.45 1.1 — 1.6 0.040 0.040 St 52 V 0.21 -0.26 0.25-0.45 1.1 — 1.6 0.040 0.040 Al Cr Ni V 15Mn3AI 21Mn4AI 21 MnSi5 27MnSi5 St 52 V 0.020—0.050 0.020-0.050 0.020-0.050 0.020-0.050 0.020-0.050 0.25-0.35 0.20-0.30 0.08-0.11 V tej grupi najdemo predvsem jekla za rudarske verige, DIN 22252-I, in jekla za sidrne verige kvalitetnih stopenj II. in III. Pri nas imamo sicer za te verige razvito drugo jeklo, St 52 V ali Č 8330 po naši JUS oznaki. sti: Ta nelegirana jekla imajo naslednje mehanske lastno- N/mm! Re meja elastič. N/mm! Rm trdnost a5% Raztezek Kontrakcija z% 15Mn 3AI normali- 245 440—540 25 _ 21 Mn 4AI zirano 295 490—635 22 — 21 MnSi5 pobolj- 785 980 8 40 27Mn Si5 šano 785 980 8 40 St 52 V normali- zirano 480 700 17 55 St 52 pobolj- šano 860 1060 17 55 Temperature normalizacije: 900—920°C za vse tri kvalitete. Predvidena toplotna obdelava: Franc Legat, dipl. ing. met., Veriga Lesce Mehko žarj.0 C Norma-liz.°C Kal j.0 C Popušč. ° C 15MnAI3 — 890-910 — — 21MnAI4 — 890-910 — _ 21MnSi5 650-720 880-910 880 400 27MnSi5 650-720 880-910 880 400 St52V 680-720 870-910 870 420 Naslednja bolj zahtevna skupina pa so posebna mi-krolegirana jekla. Ta vsebujejo poleg osnovnih elementov, ki spremljajo jeklo, še Cr, Mo, Ni in včasih tudi Nb. Dostikrat proizvajalci jekel Mo zamenjajo s Ti ali V, vendar ta zamenjava ni čisto enakovredna, ker ima drugačne vezave z železom, ogljikom in jeklom v celoti. Ta mikrolegirana jekla pa se uporabljajo za vse viso-koodporne elevatorske, rudarske in druge verige, ki pridejo toplotno obdelane — poboljšane ali kako drugače utrjene. Ta jekla so: Si Mn Smax. Pmax. DIN 20NiCrMo2 0.17— 0.23 max 0.25 0.6- ■0.9 0.020 0.020 DIN 20NICrMo3 0.17— 0.23 max. 0.25 0.6- •0.9 0.020 0.020 DIN 23MnNiCrMo52 0.20— 0.26 max. 0.25 1.1- -1.4 0.020 0.020 DIN 23MnNiCrMo53 0.20— 0.26 max. 0.25 1.1- •1.4 0.020 0.020 JUS Č 7435, DIN 23MnNiCrMo54 0.20— 0.26 max. 0.25 1.1- ■1.4 0.020 0.020 Al Cr DIN 20NiCrMo2 0.020- -0.050 0.35- -0.65 DIN 20NICrM03 0.020- -0.050 0.35- -0.65 DIN 23MnNiCrMo52 0.020- -0.050 0.4 - -0.6 DIN 23MnNiCrMo53 0.020- -0.050 0.4 - -0.6 JUS Č 7435, DIN 23MnNiCrMo54 0.020- -0.050 0.4 - -0.6 Mo Ni DIN 20NiCrMo2 0.15 -0.25 0.4- -0.7 DIN 20NICrM03 0.15 -0.25 0.7- -0.9 DIN 23MnNiCrMo52 0.2- -0.3 0.4- -0.7 DIN 23MnNiCrMo53 0.2- -0.3 0.7- -0.9 JUS C 7435, DIN 23MnNiCrMo54 0.2- -0.3 0.9- -1.1 S in P skupaj maksimalno 0.035 %, kar je zelo pomembna omejitev. Mehanske lastnosti v poboljšanem stanju: Re meja RM Razte- Kon- Žilavost elastič. trdnost zek trakc. (ISO-V) N/mm2 N/mm2 a5% Z % J 20NiCrMo2 980 1180 10 50 40 20NiCrMo3 980 1180 10 50 40 23MnNiCrMo52 980 1180 10 50 40 23MnNiCrMo53 980 1180 10 50 40 23MnNiCrMo54 980 1180 10 50 40 Norma- Mehko Kalje- Po- liz. °C zarj. °C nje °C pušč. "C 20NiCrMo2 870- -900 650- -720 870 -890 min. 400 20NiCrMo3 870- -900 650- -720 870- -890 min. 400 23MnNiCrMo52 860- -890 650- 720 860- -880 min. 400 23MnNiCrMo53 860- -890 650- -720 860 -880 min. 400 23MnNiCrMo54 860- -890 650- -720 860- -880 min. 400 Ker ta jekla spadajo že v grupo trših legiranih kvalitet, ki delno zakalijo že na zraku, moramo upoštevati tudi trdnost v valjanem stanju. Če upogibamo verigo v toplem, so zahteve drugačne, kot če je upogibanje izvedeno v hladnem. V obeh primerih pa je važno rezanje bodisi na škarjah ali na posebnem stroju ali pa rezanje na žagah. Prav zato navajamo tudi tabelo mejnih vrednosti mehanskih lastnosti za teh pet jekel in še na zadnji dve jekli iz prejšnje grupe. To so maksimalne vrednosti, ki jih mora proizvajalec zagotoviti za uspešno rezanje pri pripravi surovcev. Predpisane maksimalne vrednosti so: Rm trdnost N/mm2 Trdota HB (30) HV (10) 21MnSi5 860 255 268 27MnSi5 860 255 268 20NiCrMo2 860 255 268 20NiCrMo3 860 255 268 23MnNiCrMo52 860 255 268 23MnNiCrMo53 860 255 268 23MnNiCrMo54 860 255 268 Vse te vrednosti so bile ugotovljene po naslednjem termičnem postopku: kaljenje 880 0C/voda, popuščanje minimalno 400 °C Sicer so postopki in temperatura za posamezna jekla naslednji: S temi mejnimi vrednostmi se jeklo lepo enakomerno reže, žaga, pa tudi upogibalni stroji, ki upogibajo verige v hladnem direktno iz kolobarjev, tečejo dosti bolj mirno in brez pretirane obrabe orodja. Jeklo pa se običajno pripravlja v dveh oblikah: a) valjano v vročem, — v tem stanju luženo ali peskano, nato se lahko upogiba v hladnem, kar pa pride v poštev le za navadna mehka jekla; b) vlečeno jeklo v kolobarjih ali palicah. Za upogibanje v toplem je priprava običajno samo rezanje in čiščenje, kar naredimo s peskanjem, včasih pa tudi z luženjem. Naša jekla imajo tolerance ±0.5 mm do 016 mm, naprej pa že ±0.75 mm. Za stroje, ki varijo na obžigalni način, ta toleranca ni odločilna, če ni posredi še oval-nost. V takem primeru pa je obraba elektrod večja, obraba nožev prav tako; na splošno_stroji tečejo z velikimi zastoji in majhnim izkoristkom. Če so posredi še površinske napake, kot: risi, vključki, luske, zažganost, razogljičenost, zava-Ijanost in podobno, pa je upogibanje samo valjanega jekla v hladnem že problematično. Mikrolegirana jekla imajo zaradi ohlajevalne hitrosti pri valjanju že zakaljena mesta, kar se kaže v povečani trdnosti, ki se nahaja v področju 700 do 900 N/mm2 in v majhni sposobnosti preoblikovanja. Prav zaradi teh napak pa je vedno bolj aktualna priprava jekla v vlečenem stanju. Poudariti moramo, da je pravilno valjanje v tolerancah z minimalnimi površinskimi napakami in dobrim žar-jenjem po valjanju, ki daje ugodne mehanske lastnosti za hladno upogibanje, še vedno cenejše, kot vlečenje po predpisanem postopku. Ker pa jeklarne niso povsod dobro opremljene za zagotovitev teh osnovnih zahtev, pa se po svetu in tudi že pri nas vedno bolj uveljavlja vlečenje z ustreznim termičnim postopkom. Priprava se vnaša tudi že v norme. Rezultat takega postopka je seveda prava trdnost, dober raztezek in kontrakcija. kar je osnovno zagotovilo za dobro upogibanje v hladnem. V takem primeru lahko računamo na zelo enakomerne člene, simetrično upognjene, brez posebnih odtisov in dodatnih elastičnih napetosti v hrbtnem delu člena. Površina nam zagotavlja dobre spoje z elektrodami, kar ima za posledico optimalno varjenje in nima nobenih napak zaradi zažiganja na površini. Kakšne variante so možne in celo predpisane že v novih normah, nam kaže naslednja tabela: Rm N/mm* HB trdota Trdnost Trdota Trdnost max. Trdnost Trdota Trdnost Trdota 21 MnSi5 680 200 810 240 27MnSi5 710 210 850 250 _ 20NiCrMo2 710 210 850 250 610 180 740 220 20NiCrMo3 710 210 850 250 610 180 740 220 23MnNiCrMo52 790 235 930 275 710 210 850 250 23MnNiCrMo53 790 235 930 275 710 210 850 250 23MnNiCrMo54 790 235 930 275 710 210 850 250 Mehko žarj. (G) ali hladno vleč. in mehko žarj. (K + G) Hladno vleč. mehko žari in Žarj. na okrog. oem. (GKZ) Hladno vleč. in žarj. na okr. hladnn ulpn (kj-r.uk* ali hladno vlec. in zarj. na cementit in zopet hI. hladno vlec. (K + G + K) okrogli cementit (K + GKZ) vlečeno (K + GKZ + K) Vse navedene vrednosti so mejne maksimalne vrednosti. do katerih smejo segati lastnosti v praktičnem stanju. Kot je bilo že rečeno, je še vedno cenejše upogibanje v hladnem iz valjanega materiala, če to jeklo nima drugih napak, ki občutno vplivajo na naslednje operacije pri proizvodnji verig. Posebej je pa treba gledati na samo površino, ne samo zaradi napak na površini, pač pa tudi na razogljiče-nje. Prav razogljičenje je dostikrat vzrok premajhnih površinskih trdot po kaljenju in tudi prenizkih trdnosti. Zato je treba resno upoštevati naslednje predpisane tolerance: Premer v mm D Dovoljena maks. globina razogljičenja v mm do 8 0.10 8-12 0.12 12-17 0.16 17-23 0.20 Premer v mm D Dovoljena maks. globina razogljičenja v mm 23-27 0.24 nad 27 (0.007 d)+ 0.05 Druga vrednost, ki je zelo pomembna, pa je sama sestava jekla. Jekla imajo po normah in po predpisu proizvajalca dane analizne meje za posamezne elemente. Kljub temu pa pri proizvajalcih jekla pride dostikrat do odstopanj, ki povzročajo težave proizvajalcem verig. Tolerance za kosovne analize so naslednje: Element Analizna meja % Dovoljeno odstopanje v % C do 0.30 0.02 Si do 0.45 0.03 Mn do 1.0 0.04 od 1.0 do 1.60 0.06 P do 0.040 0.005 S do 0.040 0.005 Al do 0.050 + 0.010 -0.005 Cr do 0.65 0.05 Mo do 0.30 0.03 od 0.30 do 0.60 0.04 Ni do 1.0 0.03 od 1.0 do 1.10 0.04 Ker so ta jekla namenjena visokoodpornim in poboljšanim verigam, je zelo važno, kako se kakšno jeklo pri poboljšanju obnaša. Prav zato je pomemben kalilni preizkus in sploh krivulja trdot glede na oddaljenost od površine. Bolj natančne rezultate nam kaže tabela: Trdota v HRC — oddaljenost od površine 1.5 3 5 7 9 11 13 15 20 25 30 mm 20NiCrMo2 max 48 47 44 41 35 32 30 29 26 24 23 min 40 37 32 27 23 — — - — - — 20NiCrMo3 48 47 44 41 35 33 32 31 28 26 25 40 37 32 27 23 — — — — — — 23MnNiCrMo52 52 51 50 48 46 45 44 44 43 42 40 40 40 38 35 33 31 29 27 26 25 — 23MnNiCrMo53 52 51 50 48 47 46 46 46 45 44 42 40 40 38 35 33 32 31 29 28 27 25 23MnNiCrMo54 52 52 51 51 50 50 49 49 48 47 46 44 43 41 39 38 37 36 35 33 31 30 Kot hladilno sredstvo pri kaljenju se običajno uporablja voda ali hladilno sredstvo, ki ima boljšo ohlajevalno hitrost kot olje. Po novih postopkih se za poboljšanje uporablja za kaljenje peč, ki segreva izdelke z indukcijo. Popuščanje teče lahko na klasičen način v globinski riapuščni peči ali pa tudi s pomočjo indukcije. Pri popuščanju z indukcijo moramo računati na razlike v trdoti med ravnim delom člena in med spojnimi deli — radiusi. Ti so pri tem popuščanju trši. Če še enkrat pogledamo jekla za verige in njihovo delitev po vrstah, lahko ugotovimo, da se mikrolegirana jekla ločijo od navadnih po naslednjih tehnoloških zahtevah: — predpisano imajo minimalno žilavost v poboljšanem stanju, 118 F Legat Jekla za verige ŽEZB 23 (1989) 3 — dane so mejne vrednosti za trdote pri čelnem ka-lilnem preizkusu, — enakomernost lastnosti po toplotni obdelavi, — dokaj nizek dovoljen procent žvepla in fosforja. Ta dva elementa pa danes z novo vakuumsko napravo v jeklarnah ne predstavljata nobenih težav več. Za proizvodnjo verižnih členov je dokaj važna lastnost preoblikovanje v hladnem. Zato je v tabeli posebej poudarjen tudi preizkus upogibanja za vsa jekla. Premer trna za upogib Vrsta jekla 180° neobdelano, Toplotno obdelano valjano stanje URSt 35.2 0.5 d RSt 35.2 0.5 d St 35.3 0.5 d 15Mn3AI 1 d 21Mn4AI 1 d 21MnSi5 1 d 27MnSi5 G 1 d St 52 V ' d 20CrNiMo2 GKZ 1 d 20CrNiMo3 GKZ 1 d 23MnNiCrMo52 GKZ 1 d 23MnNiCrMo53 GKZ 1 d 23MnNiCrMo54 GKZ 1 d Ta tabela velja do premera 0 26 mm tako za navadna jekla, ki so toplotno neobdelana, kar pomeni preizkušena direktno v valjanem stanju, in tudi za mikrolegirane vrste. Jeklo 27MnSi5 je normalno mehko žarjeno (G), ostale legirane kvalitete pa so posebej mehko žarjene, tako da dobimo sferoidizirano obliko zrna. Seveda za vse pre-izkušance velja, da do kota 180° ne smemo dobiti nobenih risov v natezni in na tlačni strani pri hladnem upogibanju. Kadar hočemo upogibati večje premere, pa pride v poštev samo upogibanje v vročem. Seveda pa v naši razpredelnici manjkajo še jekla za nerjavne verige, ki se vedno bolj pogosto pojavljajo. Poznamo tri vrste verig: — Verige iz feritnega jekla, ki se kot obročkaste verige uporabljajo v pečeh za proizvodnjo klinkerja in cementa kot zavese in mešalci. — Verige iz čistega avstenitnega jekla, ki imajo posebno dobro kislinsko in protikorozijsko odpornost. — Tretji razred pa dosegajo verige, ki s svojimi nosilnostmi spadajo že v področje visokoodpornih verig. Seveda, če hočemo te verige poboljšati in dobiti ustrezno trdnost, ne zadoščajo več do sedaj omenjena jekla, ampak je potrebno avstenitno — martenzitno jeklo. Jekla, ki jih uporabljamo za te vrste verig: C% Si % Mn % Cr % Ni % Mo % Al % Č 4972 - X 10 CrAl 12 0.12 1.0 1.0 13 1 Č 4573 - X 5 CrNiMo 18 10 0.8 1.0 2.0 17.5 12.0 2.0 Č 4571 — X 12 CrNi 18 8 0.10 1.0 2.0 18 9 Toplotna obdelava verig je lahko: — žarjenje, — gašenje ali tudi delno — poboljšanje Te toplotne obdelave so predvsem potrebne zaradi varov in korozijske odpornosti. ZAKLJUČEK Za verige uporabljamo danes glede na potrebe v industriji in glede na zahteve samih postopkov celo vrsto jekel: — nelegiranih — mikrolegiranih in — nerjavnih Ta jekla, posebno druge skupine, zahtevajo precizno predpripravo, če je operacija upogibanja izvedena pri sobni temperaturi. Pregled daje točne tolerance, ki jih zahteva tehnologija proizvodnje, in tudi končne prevzemne norme. Trend razvoja jekel za verige in verižno opremo teče v svetu nezadržno navzgor, kar se tiče nosilnih trdnosti in tudi drugih tehnoloških lastnosti. Danes je razmerje med navadnimi in poboljšanimi verigami že 10:1. Seveda se na določenih mestih še vedno uporablja jeklo USt 35.2, vendar le za področja nizkih temperatur, kjer se predpisuje žilavost pri -40°C. Temu trendu sledi tudi naša industrija z določenim zamikom.