Z l e p š e n í v l a s t n o s t í l i t é Cr- N i o c e l i D I N 1. 4 8 65 p ř í s a d o u i n o ku l a nt ů
Improvement of properties of cast Cr-Ni steel DIN 1.4865 via addition of refiners Received: 10.09.2015 Received in revised form: 08.10.2015 Accepted: 20.10.2015 669.15-194 : 621.745.4 : 539.4 alloyed steel—inoculation—strength
Cr- Ni steels belong to the group of alloys used at high temperature application. The proper ties of these alloys could be strongly affected by the base structure. It has been tested on superalloys that lowering of the pouring temperature together with the addition of grain refiners leads to the improvement of the grain size by up to 56% [1]. Plent y of existing work s deal with the evaluation of macrostruc ture, microsegregations and mechanical fatigue. It has been rarely tested the impac t of refining on the resistance to the thermal fatigue. Thermal fatigue resistance ( TFR) at 950 °C was tested on the refined and non-refined samples respec tively. TFR proper ties of the refined struc ture were improved. Microstruc ture changes and hot tensile proper ties were reviewed as well.
Ing. Stanislav Pálka Cr o n i t e C Z , s . r. o . ( L t d .), B r n o
Ing. Jan Hasil Cr o n i t e C Z , s . r. o . ( L t d .), B r n o
Ing. Petr Doležal Cr o n i t e C Z , s . r. o . ( L t d .), B r n o
Ú vo d Lité Cr-Ni oceli nacházejí široké uplatnění v průmyslových aplikacích. Navzdory jejich časté náhradě niklovými superslitinami v nejnáročnějších aplikacích si tyto slitiny stále drží velký podíl v petrochemii a v tepelném zpracování. Velmi rozsáhlý vývoj technologií ke zjemnění zrna byl učiněn pro superslitiny, zatímco Cr-Ni oceli zůstávaly stranou. Mnohé studie, jako např. [1], [2], [3], pracovaly s aplikací inokulantů, ale žádná z nich se nezabývala měřením vysokoteplotních vlastností. Proto je nutno prověřit možnosti této technologie v oblasti vysokoteplotních aplikací, kde mnohé technologie narážejí na své limity. C r - N i o c e l i v t e p e l n é m z p ra c ová n í Zmíněná skupina slitin je nejčastěji používaným materiálem pro výrobu přípravků pro tepelné zpracování. V současnosti je nejčastější výrobní metodou odlévání do forem pojených bentonitem, případně jiné metody odlévání do pískových forem. Současný tlak na zvyšování přesnosti a povrchové jakosti výrobků vede také k častějšímu využívání metody ztraceného vosku. Běžný pracovní cyklus přípravků sestává z mechanického zatížení, ohřevu až na 1100 °C a prudkého ochlazení na okolní teplotu. Klíčovými faktory, limitujícími životnost v tomto prostředí, jsou odolnost vůči nízkocyklové tepelné únavě, nastávající díky opakovaným ohřevům a kalením, chemickému prostředí, způsobujícímu difuzi prvků do materiálu, a creep, který způsobuje deformaci přípravků zřejmou především v podobě ohýbání. Pro některé aplikace jsou důležité také tahové vlastnosti materiálu za vysokých teplot z důvodu sil vznikajících při krátkodobé manipulaci za horka. Cr-Ni oceli mají austenitickou strukturu, která neprochází žádnými změnami struktury v průběhu pracovních cyklů a je schopna pracovat až do teploty blízké 90% tavicí teplotě materiálu. Zpevnění materiálů je obvykle zajištěno precipitáty M23C6, MC a jemnými Lavesovými fázemi na hranicích i uvnitř zrn [4]. V la st no st i hrub o - a je m nozrnné st ruk t ur y Bylo zjištěno, že hrubá struktura vykazuje lepší creepové vlastnosti z důvodu menší plochy hranic zrn, na kterých se odehrávají pokluzy v první fázi creepu [5]. Odolnost vůči mechanické únavě je obvykle lepší u jemnozrnné struktury. Bylo změřeno, že vzorky s jemnozrnnou strukturou mohou dosáhnout 2–4× delší doby do lomu [2]. Odolnost vůči tepelné únavě je ovlivněna především velikostí a tvarem vměstků. Obzvláště hrubé vměstky pracují jako zdroje mikronapětí ve struktuře, které narůstá z důvodu rozdílů v tepelné expanzi vměstků a základního materiálu. Pokud mezi vměstky není dostatečně velká pružná oblast materiálu, napětí mohou dosáhnout hodnot převyšujících mez pružnosti materiálu. Taková napětí mohou vést až k mechanickému porušení materiálu [6]. Proto je nutné zabránit vzniku hrubých vměstků volbou správné výrobní metody. Inokulace Homogenní nukleace nastává v materiálu bez zárodků, kde je nutné dosažení silného podchlazení pro samotné nastartování tuhnutí. Růst zárodků s poloměrem r je pak řízen změnou volné entalpie ∆G (1). ∆G = –
4 3 πr ∆G V + 4πr 2γ 3
S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6
(1)
161
O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y
Zlepšení vlastností lité Cr-Ni oceli DIN 1.4865 přísadou inokulantů
S . P á l k a – J . H a s i l – P. D o l e ž a l