Vpliv oligoelementov na mehanske karakteristike jekla za globoki vlek Ph. Aubrun* Influence cTelements residuels sur les caracteristiques mecaniques d'aciers extra — doux pour emboutissage profond Zmanjšanje količine lastnega starega železa v železarni SOLLAC zaradi razvoja kontinuirnega vlivanja bo potrebno kompenzirati z nabavo zunanjega starega železa in vse kaže, da bo zaradi tega zrasla količina oligoelementov v jeklu, proizvedenem v železarni SOLLAC. Poznano je, da imajo oligoelementi več ali manj izrazit utrditveni vpliv na jeklo1. Ob tem je torej upravičena bojazen, da bi uporaba zunanjega starega železa preprečila jeklom za globoko vlečenje vrste ES**, ki predstavljajo tretjino naročil hladno valjanih trakov v železarni SOLLAC, zadovoljevati predpisane kriterije. Cilj tega poročila je prikazati utrdilni vpliv kontroliranih dodatkov: 1. štirih oligoelementov, ki so najbolj pogosto v starem železu; posamično so to: krom (Cr), baker (Cu), nikelj (Ni) in kositer (Sn); 2. silicija za simulacijo kontinuirno odlitega jekla; ta element smo dodali v eni količini pri študiju vpliva Cr, Ni ali Sn in v dveh količinah pri bakru, tj. elementu, za katerega vemo, da lahko dosega visoke koncentracije v nekaterih pošiljkah starega železa. Teh pet elementov Cr, Cu, Ni, Sn in Si smo dodajali po -dva (v paru so bili prvi štirje elementi z zadnjim) v ingote zelo mehkega jekla, pomirjenega v kokili z aluminijem (stabilizirano jeklo), ki se najbolj pogosto uporablja pri SOLLAC za proizvodnjo vrste ES. Jeklo ima poprečno analizo (v 10-1 °/o) C 57 Mn 320 P 13 S 12 Al 30—60. Mehanske lastnosti jekla za debeline blizu 1 mm so: — trdota 42,7 HRB scr= 1,1 — meja plastičnosti 174 N /mm2 so- = 11 — trdnost 321 N/mm2 s 36 % (na preizkušancu ISO 20 X 80), trdoto HRB < < 50. La prochaine diminution de la quantite de ferrailles internes de SOLLAC due au developpe-ment de la coulee continue devra etre compensee par l'achat de ferrailles exterieures dont tout per-'met de penser qu'elles feront monter les teneurs en elements residuels des aciers de SOLLAC. Or, on sait que ces elements residuels ont tous un effet durcissant plus ou moins ,marque1. On peut done eraindre que 1'utilisation de ferailles exterieures empeche les aciers pour emboutissage prevus pour la qualite ES*, qui constituent le tiers du carnet de SOLLAC pour les toles a froid, de satis-faire aux eriteres regissant cette qualite. Ce rapport vise a prevoir les effets durcissants des teneurs controlees: 1. des quatre elements residuels les plus cou-rants dans les ferrailles, pris isolement: chrome (Cr), cuivre (Cu), nickel (Ni) et etain (Sn); 2. de silicium (Si) pour simuler le metal de coulee continue: cet element a ete introduit a un seul niveau quand il s'agissait d'etudier les effets de Cr, [Ni ou Sn et a deux niveaux pour Cu, element dont on sait qu'il peut atteindre des teneurs fort elevees dans certains lots de ferrailes. Ces cinq elements, Cr, Cu, Ni, Sn et Si ont ete introduits deux a deux (a savoir l'un des quatre premiers plus le cinquieme) dans des lingots de 1'acier extra-doux calme a 1'aluminium en lingo-tiere (acier «stabilise»), qui est le plus couram-ment utilise a SOLLAC pour produire la qualite ES et dont l'analyse moyenne est (10—3 %) C Mn P S Al 57 320 13 12 30—60. et dont les caracteristiques mecaniques pour des epaisseurs voisines de 1 mm sont de Durete 42,7 HRB avec c = 1,1 Re 174 N/mm2 avec cr = 11 R 321 N/mm2 avec 36 (eprouvette ISO 20 X 80), HRB > 50. tabeli predstavlja šest ingotov iz treh šarž LWS 65 t jeklarne v SOLLAC, ki imajo enako koncentracijo oligoelementov; od vsake šarže smo izbrali 6 ingotov, stabiliziranih z aluminijem: dva ingota sta služila za primerjavo, v dva ingota je bila dodana določena količina po enega oligoelementa v eni koncentraciji, dva zadnja ingota pa sta bila legirana z istim oligoelementom, vendar v različni koncentraciji. Vsak ingot je bil izvoljan v toplo valjani kolobar; vsak hladno valjani kolobar je bil sestavljen iz dveh toplo valjanih kolobarjev, pripravljenih iz dveh različnih šarž z isto koncentracijo oligoelementov. Žarjenje jekla se je izvršilo po navadnem postopku za jeklo, vrste ES v peči z enim kupom in s šaržami iste teže, ki so bile sestavljene na enak način iz jekel z istim oligoelementom. Po žarjenju so bili vsi kolobarji hladno valjani na istem valjčnem ogrodju in kasneje razrezani. Tabela 1 Zunaj Dobljene količine (10—3 %) 1ES%e Teneurs obtenues Hors-norme ES % Si Cr Cu Ni Sn 28 7 10 45 <5 27 28 47 10 45 5 46 28 93 10 45 5 48 28 7 10 45 5 10 28 7 46 45 5 3 28 7 68 45 5 17 28 7 101 45 5 47 28 7 165 45 5 70 28 7 10 45 5 0 28 7 10 100 5 3 28 7 10 193 5 27 28 7 10 45 5 0 28 7 10 45 20 7 28 7 10 45 47 67 22 7 10 45 <5 0 22 7 48 45 5 0 22 7 73 45 5 4 Mehanske lastnosti smo določili na petih pozicijah v ingotu, in to pri nogi, pri 1/4 od noge, v sredini, pri 1 /4 od glave in pri glavi bloka. Na prikazu mehanskih karakteristik so prikazani primeri, pri katerih zaradi ene ali več karakteristik (Re, R, A in trdota) preizkušanci ne zadovoljujejo norm za kvaliteto ES, ampak samo za kvaliteto E, ki leži neposredno pod ES po normah AFNOR. Ovrednotenje sloni na populaciji 30 preizkušancev v vsaki črti v tabeli 1; zato lahko menimo ali trdimo, da daje ovrednotenje predstavo o vplivu vsebnosti oligoelementov na doseganje kvalitete ES po postopku kontinuirnega litja. a la meme teneur en residuels; dans chacune de ces coulees, on avait choisi 6 lingots stabilises a aluminium: deux servaient de reference, deux autres etaient charges d'un element residuel a une teneur et les deux derniers etaient charges du meme element residuel mais a une teneur diffe-rente. Chaque lingot a donne une bobine laminee a chaud; chaque bobine laminee a froid etait consti-tuee de deux bobines laminees a chaud issues de coulees differentes mais ayant les memes teneurs en element residuel. Le recuit, suivant le cycle habituel de cet acier pour qualite ES, a ete fait dans des fours a une seule pile, avec des charges de meme poids, constituees de la meme fa?on et se rapportant au meme element residuel. Les bobines ont toutes ete ecrouies dans des conditions identiques sur le meme train ecrouisseur, puis elles ont ete cisaillees. Les caracteristiques mecaniques classiques ont ete determinees en cinq positions du lingot (pied, 1/4 pied, milieu, 1/4 tete, tete). Sur les releves de caracteristiques mecani-ques, on a denombre les prelevements dont une ou plusieurs des caracteristiques (Re, R, A % et durete) font que ces prelevements ne satisfont pas a la norme de la qualite ES, mais seulement a celle de la qualite E qui est situee juste au des-sous de la qualite ES dans la norme AFNOR. La comptabilisation de ces prelevements hors-norme concerne une population de 30 echantillons par ligne du tableau 1: on peut done considerer que cette comptabilisation donne une image de 1'inci-dence des teneurs en elements residuels sur le taux de reussite de la qualite ES dans la version coulee continue de l'acier de base en question. DISCUSSION Les resultats du tableau 1 appellent plusieurs remarques. 1. II semble que les caracteristiques mecani-ques des aciers «reference» se scindent en deux categories suivant que l'on a ajoute Cr ou Cu ou que l'on a ajoute Ni ou Sn aux autres lingots de leurs coulees (cas oii Si: 28 .10~3 %): en effet, la premiere categorie est affectee d'un pourcentage hors norme important, ce qui n'est pas le cas de la seconde categorie. Aussi, pour eprouver cette appa-rence, a-t-on determine les moyennes et les ecarts-types des trois carateristiques mecaniques Re, Rm et A des aciers de reference afin de les compa-rer entre eux (tableau 2). Sans qu'il soit. necessaire de proceder a des tests sur ces chiffres, le tableau 2 montre qu'il n'y a pas de difference significative notable entre les categories de caracteristiques mecaniques: on peut done considerer les divers aciers de reference comme appartenant a la meme famille. 2. Les aciers de reference sont legerement plus raides que l'acier que SOLLAC affecte couramment a la qualite ES: il faut y voir tres vraisemblable- 4. RAZPRAVA Rezultati v tabeli 1 kažejo na več značilnosti. 1. Kaže, da se mehanske karakteristike primerjalnega jekla delijo v dve kategoriji, odvisno od tega, ali je bil dodan Cr ali Cu, oz. dodatno legirana Ni ali Sn drugim ingotom istih šarž (primer, kjer je Si 28 .10~3 %). Za prvo kategorijo je značilen velik procent odstopanja od mehanskih karakteristik po normah; tega pa ni v drugi kategoriji šarž. Za verificiranje tega smo določili povprečje in tipična odstopanja za tri osnovne mehanske karakteristike, in to: Re, Rm in A referenčnih jekel, da bi jih bilo mogoče primerjati med seboj (tab. 2). Ne da bi številke preverjali, pokaže tabela 2, da ni zaznavnih pomembnih razlik v kategorijah mehanskih karakteristik. Zato lahko domnevamo, da pripadajo različna referenčna jekla isti skupini. Tabela 2 Referenčna Re (N/mm2) Rm (N/mm2) A'°/o jekla Acier de reference Povprečje Moyenne a Povprečje Moyenne a Povprečje Moyenne <7 Cr Cu Ni Sn 187,6 188,3 185,9 192,8 10,1 13,9 12,9 9,7 337 3,7 326,8 7,4 330,4 6,4 332,6 5,7 38.5 1,2 38,9 1,2 38.6 1,1 38,9 0,7 2. Referenčna jekla so nekoliko bolj trda od jekel, katere SOLLAC namenja za kvaliteto ES; gre verjetno za posledico vpliva silicija. Utrditev je zadostna, da je določeno število vzorcev zunaj norm za kvaliteto ES; predvsem zaradi prevelike trdnosti, medtem ko dosegamo kvaliteto ES vedno 100 % z navadnim jeklom. 3. Delež zunaj norme ES narašča z naraščajočo vsebnostjo oligoelementa (glej tabelo 1). 4. Vsi oligoelementi niso enako škodljivi za kvaliteto ES. Kvalitativno z upoštevanjem njihove količine v zunanjem starem železu in neprimernosti za odstranjevanje v jeklarni lahko rečemo, da predstavljajo Cu, Sn in Si največjo nevarnost, Ni pa manjšo nevarnost. Pridemo tako do rezultatov, ki so opisani v literaturi in obravnavajo utrdilne vplive Cu, Si1 in Sn2. 5. Če obravnavamo samo Cu in upoštevamo kot gotovo ničen le delež zunaj norme, ki smo ga dobili pri najnižji koncentraciji Si (22 .10-3 se bo vpliv Cu v tem jeklu pokazal v premici, ki je vzporedna s premico za 28. 10—3 Si na sliki 1. Iz tega sledi, da lahko dovolimo toliko več Cu, kolikor nižji je Si, zato, da je določen delež preizkušancev zunaj norme. S pogojem, da nove raziskave, ki so v teku, potrdijo in razširijo te rezultate, lahko ocenimo, da pri koncentraciji silicija 25 .10—3 % pomeni povečanje za 6 .10-3 % tako utrjenje jekla, da je po karakteristikah zunaj ES norm toliko trakov, kot pri dodatku 50 .10-3 % Cu. ment 1'incidence de la teneur en silicium. Le dur-cissement s'avere suffisant tant qu'un certain nombre de prelevements tombe en-dehors des nor-mes de la qualite ES, principalement pour une resistance R trpp elevee, alors que cette qualite ES est realisee a 100 % avec 1'acier habituel. 3. Le pourcentage hors norme ES croit avec la teneur en element residuel (cf. tableau 1). 4. Tous les elements residuels ne sont pas ega-lement redoutables pour la qualite ES. Oualita-tivement, eu egard a leur abondance dans les ferrailles exterieures et a leur inaptitude a etre elimines a 1'acierie, on peut exprimer que Cu, Sn et Si representent le plus grand danger et Ni le moindre. On retrouve ainsi des resultats decrits dans la litterature et concernant les effets durcis-sants de Cu et Si1 et de Sn2. 5? f1 Lu aj e t. o c V) 70 60 50 40 30 20 10 M s Si:28 ■ 10 3% / t / / / / / / / / ?ySi: 22-1 / O'3 Vi, ' • / / / / • / / 50 , 100 Cu (10'3 %) 150 5. Si on ne s'interesse qu'a Cu et si on consi-dere comme sur le seul taux hors norme non nul obtenu avec la plus faible des deux teneurs en silicium (22 . 10~3 %), l'effet de Cu dans un acier a 22 .10—3 % Si se traduira par une droite paral-lele a celle relative a 28 . 10—3 % Si sur la figure 1. On voit que l'acier peut tolerer d'autant plus de Cu qu'il renferme moins de Si, pour un taux donne d'hors norme. Sous reserve que de nouveaux essais en cours de realisation confirment et etendent ce resultat, on peut estimer que, au niveau de 25 .10—3 % Si, une augmentation de la teneur en Si residuel de 6 .10—3 % cree autant de hors norme par rapport a la qualite ES que 50 . 10~3 % Cu. CONCLUSION Des premiers resultats de cette etude, il res-sort que les elements les plus genants pour la reussite de la qualite d'emboutissage ES de 1'AFNOR a partir d' acier coule en continu sont le cuivre et l'etain apportes par les ferrailles et le silicium provenant des refractaires de poche prin- ZAKLJUČEK Prvi rezultati te raziskave kažejo, da imata največji vpliv na trakove kvalitete ES za globoki vlek po AFNOR normah, ki se izdelajo iz kontinuirno vlitega jekla, baker in kositer, ki prideta iz starega železa, pa tudi silicij, ki pride v talino iz obzidave ponovce. Če je lahko omejiti škodo zaradi kositra s selektivnim nakupom starega železa, potem je potrebno prinos bakra z odpadki kompenzirati s strogo omejitvijo silicija v kontinuirnem jeklu. Zaradi tega je SOLLAC pričel uporabljati v jeklar-ni ponovce z aluminatno obzidavo, da se lahko drži koncentracija silicija na minimalnem nivoju. Nadaljevanju teh raziskav bo omogočilo, da določimo dovoljeno koncentracijo bakra, ki jo lahko še toleriramo pri naši nizki koncentraciji silicija. cipalement. Si on peut limiter les degats dus a l'etain par des achats selectifs de ferrailles, il s'avere que l'enfournement de ferrailles plus ou moins chargees en cuivre implique la limitation severe de la teneur en silicium residuel des aciers en continu. Cest la raison pour laquelle SOLLAC garnit ses poches de briques a haute teneur en alumine afin de maitenir la teneur en silicium residuel a une valeur tres faible. La suite de cette etude permettra de fixer la teneur limite en cuivre tolerable compte tenu de nos basses teneurs en silicium. Literatura - B i ;b 1 i o g r a p h i e 1. Voir, par exemple, F. B. Schunk, in D. J. Blickwede: »New Knowledge about sheet steel«, ASM ed., Metals Park, 1970, P. 29. 2. P. Rocquet, G. Jegaden et R. Tarriant: Revue de Metallurgie, 1959, 249—255.