5 4 . S L É VÁ R EN SK É D N Y – V Y B R A N É P Ř ED N Á ŠK Y
J. Černý – P. Ludvík – M. Šípová – J. Odehnal
Vliv dezoxidačního a modifikačního činidla CaSiBa na mikrostrukturu oceli s 0,3 % C
Tab. I. Vybrané vlastnosti alkalických kovů – Mg, Ca, Sr a Ba Tab. I. Chosen properties of alkaline metals—Mg, Ca, Sr and Ba
Experimentální část
Cílem experimentální části bylo studium vlivu dezoxidačního činidla/modifikátoru CaSiBa na výslednou kvalitu oceli. Mg Ca Sr Ba Přesné chemické složení modifikátoru CaSiBa je: 16 hm. % 3 1740 1540 2630 3750 hustota [kg/m ] Ba, 17 hm. % Ca, 60 hm. % Si a zbytek Fe. Materiál byl dodán atomový poloměr [nm] 0,172 0,197 0,215 0,278 v podobě plněného profilu od francouzské společnosti teplota tavení [°C] 650 839 768 729 AFFIVAL S.A.S. Prášek CaSiBa tvořil jádro, které bylo uzavřeno teplota varu [°C] 1090 1484 1367 1637 v ocelové trubce. První fází bylo odlití materiálu pro následtlak par při teplotě 1600 °C [MPa] 2,038 0,184 0,462 0,030 né testování. Dvě experimentální tavby oceli s 0,3 hm. % C o hmotnosti přibližně 55 kg byly vyrobeny a odlity ve vakuové indukční peci. Rozdíl mezi tavbami byl ve způsobu dezoxidace. První tavba (označení T17-043) byla dezoxidována ponině železa a jeho slitinách. Pro baryum je to jen stopové mocí čistého hliníku Al > 99,9 hm. %. Hliník v množství 25 g množství – neexistují žádné konkrétní údaje. S nárůstem teplobyl přidán na konci tavicího procesu, 2 min před vlastním ty se zvyšuje rozpustnost alkalických kovů v tekutém železe; odlitím přímo do kelímku s taveninou. Druhá tavba (označení tento vztah lze popsat rovnicí pro Ba (1), kde T je teplota: T17-044) byla dezoxidována ve dvou krocích. Nejprve čis18 100 tým hliníkem o stejném množství a následně modifikátolg[% Ba] = 6,86 – (1) T rem CaSiBa. Plněný profil byl vložen přímo do kokily z techRovnice (1) ukazuje, že rozpustnost barya v tavenině čistého nických důvodů. Hmotnost plněného profilu CaSiBa byla železa při teplotě 1500 °C je přibližně 0,0004 %, zatímco při 250 g, což představuje cca 40 g čistého barya. Množství barya teplotě 1600 °C se zvyšuje na 0,0016 %. Kovy alkalických bylo zvoleno z důvodů podobnosti experimentu uvedenému zemin vykazují také další společný rys: jejich rozpustnost v článku [1] a také proto, aby vliv Ba na mikrostrukturu byl v tekutém železe se zvyšuje s rostoucí koncentrací niklu a významný. snižuje se zvýšením koncentrace chromu. Je však třeba zdůExperimentální tavby byly zhotoveny ve vakuové indukční raznit, že tento nárůst způsobený niklem je mnohem větší než peci s vyzdívkou tvořenou převážně z Al2O3 ve společnosti COMTES FHT [5]. Tato pec umožňuje tavení ocelí a niklových pokles se zvyšujícím se obsahem chromu. a kobaltových slitin. Vsázka se skládala z materiálu vysoké Je důležité poznamenat, že v binárním systému vykazují vápchemické i metalografické čistoty. Během procesu tavení byla ník a baryum vzájemnou neomezenou rozpustnost v teplotním aplikována technika argonování. Jednotlivé bubliny plynu rozmezí nad 842 °C. Kovy alkalických zemin se vyznačují vyprocházející skrz taveninu přispěly k redukci nekovových čássokou hodnotou chemické afinity ke kyslíku a síře a jsou tak tic. K tomu dále napomohla i nízká hodnota vakua – 10 mbar. součástí nekovových vměstků. Stejně důležitá je modifikačVýkon pece byl při natavování materiálu přibližně 100 kW ní interakce přídavku alkalických kovů s dříve vytvořenými a poté 40 kW při výdrži na teplotě. Po finálním dolegování oxidy hliníku nebo křemíku. Porovnání hodnot volné Gibbsobyla tavenina odlita do kokily s kruhovým průřezem. Přesné vy energie při tvorbě oxidu vápenatého/barnatého a sulfidů rozměry kokily byly: průměr 107/117 mm a délka 500 mm. je uvedeno v tab. II [4]. Exotermický obklad hlavy a zásyp byly použity na horní část Vztahy a hodnoty energie tvorby oxidů a sulfidů naznačují, že ingotu. Finální vzhled ingotu po vyjmutí z kokily je zachycen jejich tvorba v teplotním rozsahu procesů rafinace oceli je na obr. 1. z termodynamického hlediska možná. Příspěvek jednotlivých Následně byly ingoty rozřezány na pile chlazené speciální reakcí na vývoj složení nekovových vměstků je závislý na řadě emulzí, aby se zabránilo tepelnému ovlivnění materiálu. faktorů termodynamické a kinetické povahy. Ve skutečnosti Chemické složení bylo změřeno z paty ingotu. Měření bylo je třeba poznamenat, že změna v chemickém složení nekoprovedeno na optickém emisním spektrometru BRUKER Q4 vových vměstků vyplývá nejen z chemických reakcí, ale také TASMAN. Obsah dusíku a kyslíku byl měřen na spalovacím z koagulačních a koalescenčních procesů, ke kterým dochází, analyzátoru BRUKER G8 GALILEO ONH ze stejné části ingotu. když se nekovové vměstky pohybují v tekutém kovu. Pro stanovení barya v oceli byla využita metoda atomové Na základě získaných poznatků ze studia literatury byl navržen absorpční spektrometrie. Vzorky byly převedeny do roztoku experiment a jeho výsledky jsou popsány v následujících kapitolách. kyselinovým rozkladem a alkalickým tavením. Měření proběhlo na atomovém absorpčním spektrometru GBC 932 AA. Stanovení nekovových vměstků bylo proTab. II. Hodnoty volné Gibbsovy energie při tvorbě oxidu vápenatého/barnatého vedeno podle normy ČSN ISO 4967 – a sulfidů metoda A. Měření proběhla vždy na Tab. II. Values of free Gibbs energy during formation of calcium/barium oxide and sulphides třech různých místech ingotu – pata, ∆G1600°C = teplotní Reakce ∆G 0 = f (T) střed a horní oblast těsně pod hlavou. = kJ/mol rozsah Vzorky pro pozorování mikrostruktury ∆G 0 = −482 920 + 108 ∙ T −280,6 T < 2927 °C Ca (l) + [O]1%, Fe → (CaO)(s) byly připraveny standardní metalogra0 Ca (l) + [S]1%, Fe → (CaS)(s) ∆G = −419 900 + 101 ∙ T −230,7 T < 2525 °C fickou cestou, přičemž pro zvýraznění 0 Ba (l) + [O]1%, Fe → (BaO)(s) ∆G = −492 850 + 140 ∙ T −229,9 T < 1622 °C struktury byl využit 3% roztok Nital. 0 Ba (l) + [O]1%, Fe → (BaS)(s) ∆G = −409 120 + 221 ∙ T −221,6 T < 1622 °C K dokumentaci mikrostruktury a určení 12CaO (s) + 7Al2O3(s) → 12CaO ∙ 7Al2O3(l) ∆G 0 = 617 977 − 612 ∙ T −528,3 T > 1455 °C lokálního chemického složení vměstků byl 3CaO (s) + Al2O3(s) → 3CaO ∙ Al2O3(l) ∆G 0 = −12 558 − 24,7 ∙ T −58,8 T > 1535 °C využit řádkovací elektronový mikroskop 3BaO(s) + Al2O3(s) → 3BaO ∙ Al2O3(s) ∆G 0 = −212 230 − 18,8 ∙ T −247,5 T < 1750 °C SEM JEOL JSM 7400F společně s enerBaO (s) + Al2O3(s) → BaO ∙ Al2O3(s) ∆G 0 = −124 324 − 66,9 ∙ T −249,6 T < 1830 °C giově-disperzním analyzátorem (EDAX). Vlastnosti
282
Prvek
S l é vá re ns t v í . L X V . z á ř í – ř í j e n 2017 . 9 –10