107
10 TERMOMECHANICKY SPRACOVANÉ OCELE
Pod pojmom termomechanické spracovanie máme na mysli proces pri ktorom súčasne pôsobí
teplota a deformácia za účelom získania požadovaného tvaru alebo štruktúry ocele. V širšom poňatí
sa názov termomechanické spracovanie používa aj v zliatinách, vykazujúcich jav tvarovej pamäte.
Ide o tréningový proces, pri ktorom opakovane deformujeme martenzit pod teplotou Mf, za účelom
získania javu dvojcestnej tvarovej pamäte. V prípade konštrukčných ocelí pod pojmom
termomechanické spracovanie, alebo termomechanické valcovanie máme na mysli kontrolované
valcovanie ocele pri znížených dovalcovacích teplotách, teda v dvojfázovej, alebo už vo feritickej
oblasti. Valcovaním pri teplotách okolo 800 °C vovádzame do materiálu vysokú hustotu dislokácií,
ktoré následne nestačia prejsť úplným zotavovacím procesom, teda anihiláciou, polygonizáciou
a rekryštalizáciou a zostávajúci ferit, alebo ferit, ktorý pri nízkych teplotách transformuje z takto
deformovaného austenitu, má špecifickú morfológiu – je ihlicový (acikulárny) a zachováva si
vysokú hustotu dislokácií. To znamená, že termomechanickým valcovaním získa oceľ ďalší
prírastok pevnosti bez nákladnejšieho legovania. Naviac, termomechanické spracovanie sa najviac
prejaví v skupine mikrolegovaných ocelí s nízkym obsahom uhlíka, čím sa získa vhodný materiál
pre zvárané oceľové konštrukcie, najmä mosty a plynovody (potrubia). Na druhej strane, vo viac
legovaných oceliach môže deformácia metastabilného austenitu pred jeho transformáciou na
martenzit, v oblasti teplôt typicky okolo 450 °C viesť k ďalšiemu zvýšeniu tvrdosti a pevnosti
zakalenej ocele. Takýto proces označujeme ako nízkoteplotné termomechanické spracovanie, alebo
„ausfor-ming“.
Obr. 10-1 Schéma klasického valcovania (a) a termomechanického valcovania (b) so zníženou
dovalcovacou teplotou
Ako bolo uvedené v časti o zvariteľnosti mikrolegovaných ocelí proces kontrolovaného, alebo
riadeného valcovania používame najmä v tejto skupine ocelí. Oceľ označujeme ako mikrolegovanú,
ak obsahuje malé množstvo prísad ako sú hliník, titán, niób, vanád, alebo naposledy aj bór. Súhrnné
množstvo týchto prísad neprevyšuje 0,1 %, teda je veľmi malé a odtiaľ aj označenie
„mikrolegované“. I keď sa postup mikrolegovania začal používať takmer pred sto rokmi (hliník),
nebolo to v tej súvislosti, ktorú máme na mysli teraz. Prísada malého množstva hliníka do ocele
viedla k zlepšeniu jej dezoxidácie, pričom tento proces sa zdokonalil natoľko, že už nebolo
This project has been funded with support from the European Commission. This publication reflects the views only of the authors,
and the Commission cannot be held responsible for any use, which may be made of the information contained therein.
108
potrebné pre úplnú dezoxidáciu ocele používať väčšie množstvo kremíka (okolo 0,3 hm. %). Naviac
sa zistilo, že hliník má vysokú afinitu nielen ku kyslíku, ale aj dusíku, takže za vhodných
podmienok ho môže viazať v oceli chemicky za vzniku nitridu hliníka AlN, ktorý je potom stabilný
až do teplôt okolo 1300 °C. Viazanie dusíka ale eliminuje starnutie ocele, počas ktorého sa tvoria
veľmi jemné nitridy železa alebo ε-fázy, alebo α´´-fázy. Takéto ocele sú dostatočne hlbokoťažné,
čo bolo aj dôvodom použitia hliníka. Neskôr sa zistilo, že tieto ocele sú nielen veľmi plastické, ale
majú oproti konvenčným oceliam aj vyššiu pevnosť, ktorá bola spôsobená precipitačným
spevnením v dôsledku prítomnosti jemných častíc nitridov hliníka.
Obr. 10-2 Schéma vývoja zŕn a štruktúry počas valcovania
Tento proces, označovaný ako „IN“ našiel široké použitie najmä v Spojených štátoch, zatiaľ čo
do Európy sa rozšíril až po druhej svetovej vojne v 50. rokoch. Postupne sa okrem hliníka začal
používať aj titán, ktorý má podobné vlastnosti – vysokú afinitu ku kyslíku, ale aj k dusíku a uhlíku,
takže mohol tvoriť v oceli komplexné karbonitridy titánu. Až neskôr sa k mikrolegúram pridružili aj
niób a vanád, pričom posledný prvok – bór, sa začal uplatňovať až pred asi 20 rokmi. Aby sa úplne
využili výhody mikroleglovania, bolo treba upraviť podmienky valcovania ocele. Cieľom bolo
predovšetkým získať jemné polyedrické zrno austenitu na konci valcovania, aby z neho
transformovali jemné feritické a perlitické zrná. Namiesto viacstupňového valcovania plechu pri
jednej valcovacej stolici sa začali používať valcovacie trate s viacerými valcovacími stolicami,
pričom postupujúca brama postupne vstupovala do jednotlivých stolíc, v ktorých vždy došlo
k potrebnej deformácii (úberu hrúbky). Cieľom bolo, aby oceľ pri prechode z jedného valcovacieho
poradia do druhého si zachovala jemné zrno, to znamená, aby úplne neprebehli všetky termálne
aktivované procesy, o ktorých už bola reč, a ktoré končili nielen rekryštalizáciou, ale aj hrubnutím
zŕn. Aby sa tento cieľ dosiahol boli teploty valcovania a veľkosti úberov, ako aj časy zotrvania
vývalku medzi jednotlivými poradiami (rádove niekoľko sekúnd) volené tak, aby k rastu zŕn
nemohlo dôjsť. To je možné dosiahnuť alebo tým, že budeme brzdiť proces rekryštalizácie ocele
(takto pôsobí ako mikrolegúra napr. niób), alebo budeme kontrolovať etapu rastu austenitických zŕn
a to tým, že počas valcovania súčasne dôjde k vylúčeniu (precipitácii) karbonitridov
mikrolegujúcich prísad (v prípade hliníka nitridu AlN) a tieto častice budú prekážkou pre pohyb
This project has been funded with support from the European Commission. This publication reflects the views only of the authors,
and the Commission cannot be held responsible for any use, which may be made of the information contained therein.
109
hranice zrna, teda oceľ zostane jemnozrnnou. Precipitácii, ktorá je okrem teploty podporovaná aj
deformáciou matrice hovoríme deformačne indukovaná precipitácia. Nitridy hliníka a karbonitridy
titánu sa tvoria pri teplotách okolo 950 °C. Naopak, niób sa väčšinou spája s uhlíkom a dusíkom
počas premeny γ−α, a takúto precipitáciu označujeme ako interfázová, pretože vzniká na
postupujúcom fázovom rozhraní medzi austenitom a feritom. Vanád sa zasa viaže na nitrid, alebo
karbonitrid hliníka pri teplotách pod fázovou premenou, teda najmä počas pozvoľného chladnutia
svitkov vyvalcovaného oceľového plechu.
Nárazová práca, [J]
Zatiaľ čo v minulosti sa na zvýšenie pevnosti konštrukčnej ocele využívalo iba jej legovanie
mangánom do 1,5 % a zvyšovanie obsahu uhlíka do 0,30 %, v súčasnosti sa preferujú najmä
fyzikálne mechanizmy spevňovania, akými sú zjemnenie zŕn, zvyšovanie hustoty dislokácií
a precipitačné spevnenie. Na obr. 10-3 sú zakreslené tranzitné teploty húževnatosti klasických ocelí
so zvyšujúcim sa obsahom uhlíka podľa Pickeringa.
Teplota skúšania, [°C]
Obr. 10-3 Vplyv obsahu uhlíka na tranzitné krivky húževnatosti feriticko-perlitických ocelí
Spevnenie zjemnením zŕn je jediným neskrehujúcim mechanizmom spevnenia. Okrem
zvýšenia medze klzu podľa Hallovej – Petchovej rovnice τ = τi + k.d-1/2, kde τ je šmykové napätie,
τi trecie napätie mriežky, k konštanta a d veľkosť zrna, sa úmerne so zjemnením zrna znižuje
prechodová teplota, teda zvyšuje húževnatosť ocele. Okrem fyzických prekážok pre pohyb hraníc
austenitických zŕn počas valcovania ocele v podobe disperzných precipitátov – karbonitridov, alebo
nitridov mikrolegujúcich prvkov, môžeme kontrolovať aj dynamiku procesu rekryštalizácie
veľkosťou úberov v jednotlivých valcovacích stoliciach, časmi medzi jednotlivými procesmi, ako aj
teplotou valcovania. Najmä dovalcovacia teplota vplýva na veľkosť zŕn. Ak sú austenitické zrná
jemné, následne budú jemné aj feritické zrná. Na obr. 10-4 je príklad vplyvu dovalcovacej teploty
na veľkosť feritických zŕn v nízkouhlíkovej, mikrolegovanej konštrukčnej oceli.
Pri kontrolovanom valcovaní teda dochádza k dynamickej rekryštalizácii austenitu, možnému
rastu jeho zŕn, ktorému sa snažíme zabrániť, alebo tým, že v tom čase už prichádza vývalok do
ďalšieho valcovacieho poradia, alebo tým, že migráciu hraníc zŕn brzdíme prítomnosťou
precipitátov – častíc karbonitridov, alebo nitridov mikrolegujúcich prvkov, ktoré sa medzitým
vytvorili deformačne indukovanou precipitáciou. Okrem brzdenia migrácie hraníc zŕn majú tieto
precipitáty ešte dve ďalšie výhody: prispievajú k disperznému spevneniu ocele a chemicky viažu
This project has been funded with support from the European Commission. This publication reflects the views only of the authors,
and the Commission cannot be held responsible for any use, which may be made of the information contained therein.
110
intersticiálny dusík, čím spôsobujú to, že oceľ už, napriek obsahu dusíka, nie je náchylná na
starnutie.
Veľkosť zrna d, [µm]
Zistilo sa tiež, že rýchlejšie chladnutie z dovalcovacej teploty vedie k posunu transformácie
austenitu z perlitickej na bainitickú. Zrýchlené chladnutie podporuje vznik acikulárneho feritu
Dovalcovacia teplota (°C)
Obr. 10-4 Vplyv dovalcovacej teploty na veľkosť feritických zŕn
a vznik jemného perlitu, alebo horného bainitu. Preto sa ešte k riadenému valcovaniu
a termomechanickému spracovaniu (valcovaniu) pridružilo zrýchlené chladnutie. Realizuje sa tak,
že sa vývalok (pás) pri výstupe z poslednej valcovacej stolice z oboch strán sprchuje vodou, čím sa
zrýchli chladnutie v oblasti perlitickej, alebo bainitickej premeny. Schému takého procesu ukazuje
obr. 10-5.
V prípade mikrolegovaných termomechanicky valcovaných ocelí po zrýchlenom chladnutí sa
teda môžeme stretnúť s nasledovnými mechanizmami spevnenia:
-
substitučným, v dôsledku prísady kremíka (ak ho použijeme) a mangánu,
-
spevnením v dôsledku zjemnenia zŕn,
-
precipitačným, alebo disperzným spevnením v dôsledku vylučovania sa nitridov, alebo
karbonitridov mikrolegujúcich prísad,
-
spevnením v dôsledku vyššej hustoty dislokácií v acikulárnom ferite,
-
spevnením v dôsledku vzniku prechodových rozpadových štruktúr, akými sú acikulárny ferit,
alebo horný bainit.
Súčasne dochádza k zlepšeniu húževnatosti, vyjadrenej nielen tranzitnou teplotou, ale aj
horným plató húževnatosti, v dôsledku:
-
zjemnenia zŕn,
-
viazania intersticiálneho dusíka na karbonitridy, alebo nitridy mikrolegujúcich prísad.
V prípade mikrolegovania však môžu vznikať aj problémy. Mikrolegúry (okrem hliníka a
bóru) majú určitú afinitu aj k síre a tak v týchto oceliach okrem sulfidov mangánu môžu vznikať aj
legované sulfidy mikrolegujúcimi prísadami, alebo sulfokarbidy, napr. Ti4C2S2, alebo sulfonitridy,
napr. Ti4N2S2. Naviac, použitie jednosmerného valcovania vedie k enormnému rozvalcovaniu
This project has been funded with support from the European Commission. This publication reflects the views only of the authors,
and the Commission cannot be held responsible for any use, which may be made of the information contained therein.
111
sulfidických inklúzií, ktoré nezriedka tvoria pleny až makroskopických dĺžok. Inou nevýhodou
takto legovaných sulfidov je zníženie ich teploty tavenia. Zatiaľ čo teplota tavenia čistého sulfidu
mangánu α-MnS je okolo 1535 °C teploty tavenia reálnych sulfidov, vyskytujúcich sa v
mikrolegovaných oceliach môže klesnúť na 1350 °C , alebo aj nižšie. Tieto javy však výrazne
zvyšujú náchylnosť plechu pri jeho zváraní na praskanie: lamelárne praskanie a likvačné praskanie.
Aby sa tieto procesy eliminovali, je potrebné v mikrolegovaných oceliach znížiť obsah síry,
v súčasnosti pod hranicu 0,005 %. Inou možnosťou je meniť chemické zloženie sulfidov, napr. ich
legovaním, alebo viazaním na prvky vzácnych zemín (lantanidy), alebo zirkón. Takéto sulfidy majú
pri teplotách valcovania vyššiu pevnosť a tak ľahko sa nerozvalcujú do formy tenkých plien.
Takémuto postupu hovoríme kontrola tvaru sulfidov (suplhide shape control).
Tým, že mikrolegúry viažu veľkú časť uhlíka na karbidy, alebo karbonitridy, znižujú jeho
voľný obsah, ktorý by mohol tvoriť perlit. Preto majú mikrolegované ocele oproti klasickým, pri
Obr. 10-5 Schéma zrýchleného chladnutia (e) a kalenia z inerkritickej teplotnej oblasti (d)
Obr. 10-6 Vplyv dovalcovacej teploty na medzu sklzu Re a medzu pevnosti mikrolegovanej ocele. TMRtermomechanické valcovanie, TMR+AC- termomechanické valcovanie + zrýchlené chladnutie
This project has been funded with support from the European Commission. This publication reflects the views only of the authors,
and the Commission cannot be held responsible for any use, which may be made of the information contained therein.
112
tom istom obsahu uhlíka menej perlitu. Kategóriu mikrolegovaných ocelí s obsahom uhlíka pod
0,12 % preto môžeme označiť ako ocele s redukovaným obsahom perlitu (PR ocele). Ak znížime
obsah uhlíka pod 0,09 % dostávame dokonca kategóriu bezperlitických (PF) ocelí.
Mikrolegované ocele, dovalcované za znížených teplôt (obr. 10-6), ktoré označujeme ako
termomechanicky valcované ocele, sú preto veľmi vhodným konštrukčným materiálom, ktorý má
nielen vyššiu pevnosť, ale aj zlepšenú húževnatosť. Naviac, pri nižšom obsahu uhlíka sú tieto ocele
menej náchylné na studené praskanie, pretože martenzit sa v ich tepelne ovplyvnenej oblasti
nevytvorí. Ak aj áno, ide o nízkouhlíkový martenzit. A keďže tvrdosť martenzitu závisí
predovšetkým od obsahu uhlíka v ňom, ani tvrdosť tepelne ovplyvnenej oblasti neprekračuje
akceptovateľné hranice a môžeme uvažovať s hodnotami pod asi 290 HV. Ak ale konštrukcia bude
pracovať v prostredí, v ktorom sa môže vyskytovať korózne praskanie, alebo korózna únava (napr.
morské plošiny), potom sú tieto hodnoty tvrdosti ešte stále vysoké a akceptovateľnými sú iba
tvrdosti na hranici 248 HV, čo vyžaduje použiť bezperlitické ocele, alebo techniku žíhacích vrstiev.
Riadené valcovanie možno použiť do hrúbok plechu asi 20 mm. To tiež znamená, že pri
väčších hrúbkach už nie je možné uplatniť ani proces termomechanického valcovania.
Predsa však existuje aj ďalší spôsob ako zvýšiť pevnosť ocele: získať v nej feritickomartenzitickú mikroštruktúru. Feriticko-martenzitické ocele (DP – Dual Phase) môžeme vyrobiť
dvomi spôsobmi. Prvým je, podľa obr. 10-5d, pokračovať v ochladzovaní plechu pri jeho chladnutí
z kritického intervalu teplôt medzi teplotami Ac1 a Ac3. Časť austenitu pri týchto teplotách už
transformovala na ferit, zvyšok sa čiastočne obohatil uhlíkom a rýchle ochladzovanie v tejto oblasti
vedie k zakaleniu tejto časti, teda k vzniku feriticko-martenzitickej mikroštruktúry. Inou možnosťou
je už ochladenú oceľ vyhriať v peci na interkritickú teplotu, málo nad jej eutektoidnú teplotu (napr.
740 °C) a z tejto teploty aplikovať zrýchlené chladnutie. Rovnako sa získa feriticko-martenzitická
štruktúra, pravda pri vyššej energetickej náročnosti. Takto vyrobené plechy, zvyčajne menších
hrúbok, sú veľmi vhodným materiálom všade tam, kde sa vyžaduje vysoká pevnosť, pri dostatočnej
ťažnosti a húževnatosti ocele, napr. pre výrobu nárazníkov automobilov. Aby sa znížila kritická
rýchlosť chladnutia a umožnilo sa pozvoľnejšie chladnutie pri sprchovaní, zvyknú sa takéto ocele
legovať malou prísadou chrómu (do 0,5%) a molybdénu (do 0,40%).
Na obr. 10-7 sú uvedené schematické diagramy termomechanického spracovania ocelí. Okrem
vysokoteplotného termomechanického spracovania (VTTMS), alebo termomechanického
valcovania, o ktorom sme referovali v súvislosti s mikrolegovanými oceľami sa využíva aj
nízkoteplotné termomechanické spracovanie (NTTMS) v oblasti metastabilného austenitu
(ausforming). Pravda, musíme voliť také chemické zloženie ocele, ktoré má túto oblasť dostatočne
širokú. Typicky sa používajú nízkolegované CrMoV ocele, napr. 4,7%Cr, 1,5%Mo, 0,4%V
a 0,34%V, ktoré pri bežnom kalení do oleja a nízkoteplotnom popúšťaní majú pevnosť okolo
2000 MPa, ale po spracovaní metastabilného austenitu spôsobom ausforming ich pevnosť narastá
na 3000 MPa. Pre aplikáciu takéhoto spracovania nie sú vhodné ocele s úzkou oblasťou
metastabilného austenitu, kde by transformácia prebehla už počas deformácie. Naviac treba
upozorniť, že deformácia austenitu urýchľuje kinetiku jeho transformácie. Takto spracované ocele
spravidla nie sú vhodné na zváranie.
Výnimku tvoria pancierové plechy z ktorých sa vyrábajú ľahké bojové vozidlá, napr. obrnené
transportéry. V takomto prípade sa jednotlivé diely musia zvárať, pričom maximálna teplota
predhrevu a interpass teplota nemôžu presiahnuť teplotu nízkoteplotného popúšťania (okolo
+150 °C). Je preto samozrejmé, že sa používa prísne nízkovodíková technológia a malé špecifické
tepelné príkony. V prípade transportérov sa zvyčajne ako prídavný materiál používa austenitický
drôt, ktorý je ešte žíhaný vo vákuu, aby bol skutočne obsah vodíka minimálny (tieto drôty sa pri
ťahaní musia niekoľkokrát moriť, čo vedie k ich nasýteniu vodíkom). Pre zvýšenie pevnosti (a
streleckej odolnosti) sa na povrch austenitického zvaru kladú ešte vrstvy zvaru z nástrojovej ocele.
Stupeň pretvorenia (zvyčajne redukcia hrúbky plechu valcovaním) sa pohybuje od 10 do 30 %.
This project has been funded with support from the European Commission. This publication reflects the views only of the authors,
and the Commission cannot be held responsible for any use, which may be made of the information contained therein.
113
stabilný austenit
A3
A1
NTTMS
metastabilný austenit
MS
stabilný austenit
teplota
A3
A1
NTTMS
metastabilný austenit
MS
stabilný austenit
A3
A1
metastabilný austenit
isoforming
MS
Obr. 10-7 Schematické diagramy termomechanického spracovania: a-ausforming (nízkoteplotné
termo-mechanické
spracovanie-NTTMS),
b-vysokoteplotné
termo-mechanické
spracovanie-VTTMS, c-isoforming
Proces isoforming (obr. 10-7c) prebieha v oblasti austenitu, v ktorej tento transformuje na
horný bainit. Počas transformácie sa uchováva vysoká hustota dislokácií. Naviac, oproti klasickej
dislokačnej štruktúre, ktorá vykazuje bunečnú morfológiu je po isoformingu rozloženie dislokácií
rovnomerné. Výhodné je, ak sa volí také chemické zloženie ocele, že v procese tvárnenia dôjde
k precipitácii karbidickej fázy a tieto karbidy ukotvujú dislokačné čiary. Ocele sú teda
nízkolegované karbidotvornými prísadami, najmä titánom, vanádom, nióbom alebo molybdénom
a obsah uhlíka je okolo 0,3 – 0,4 %. Pokiaľ je cieľom zakalenie ocele, potom po tomto spracovaní
je štruktúra martenzitu tvorená jemnými doskami s vysokou hustotou dislokácií. Na rozdiel od
klasického, latkového martenzitu má tento aj dostatočnú ťažnosť. Ani tieto ocele nie sú určené na
zváranie. Ak sa zváranie predsa len musí realizovať, platia podobné zásady, ako pri zváraní
nízkoteplotne termomechnicky spracovaných ocelí s martenzitickou štruktúrou.
This project has been funded with support from the European Commission. This publication reflects the views only of the authors,
and the Commission cannot be held responsible for any use, which may be made of the information contained therein.
114
10.1 Zváranie a zvariteľnosť termomechanicky spracovaných ocelí
Zvariteľnosť termomechanicky spracovaných ocelí je podobná, ako zvariteľnosť
mikrolegovaných ocelí. K ich výhodám patrí, že vysoká pevnosť bola získaná nie legovaním ocele,
ale fyzikálnymi mechanizmami. To znamená, že obsah uhlíka a zliatinových prísad v nich je pre
danú pevnostnú triedu podstatne nižší, ako v prípade klasických ocelí. Tento rozdiel vedie k tomu,
že aj hodnoty uhlíkového ekvivalentu sú v prípade termomechanicky spracovaných ocelí výrazne
nižšie. A to zasa znamená, že pri danej hrúbke plechu a pevnostnej triede je možné alebo upustiť od
použitia predhrevu, alebo použiť podstatne nižšiu teplotu predhrevu. Ocele sú menej náchylné na
tvorbu tvrdých rozpadových fáz v tepelne ovplyvnenej oblasti a teda aj na studené (vodíkom
indukované) praskanie. Pokiaľ je oceľ správne vyrobená a neobsahuje sulfidy s nižšou teplotou
tavenia, nie sú tieto ocele ani náchylné na likvačné praskanie. To isté platí aj o lamelárnom
praskaní, pravda tu musíme zdôrazniť, že vzhľadom na oveľa pevnejšiu matricu vrubový účinok
vyvolaný fázovým rozhraním medzi sulfidmi a matricou môže mať výraznejší dôsledok. Preto, ak
budú tieto plechy namáhané v smere ich hrúbky, musí sa voliť kvalita kontrakcie vyššia, nad
ZZ=20.%. Tieto ocele nie sú ani náchylné na žíhacie praskanie. Pri menších hrúbkach
(termomechanicky valcované ocele sa vyrábajú do hrúbok plechov 20 mm) sa zvyčajne žíhanie
zvarových spojov nevyžaduje. Pre zváranie sa môžu použiť všetky známe spôsoby, najmä
oblúkového zvárania. Z hľadiska špecifického tepelného príkonu však môže nastať problém. V časti
tepelne ovplyvnenej oblasti s teplotami ovplyvnenia pod Ac1 môže dôjsť k určitému zmäkčeniu
termomechanicky valcovaných ocelí. Šírka zóny zmäkčenia bude závisieť od použitého
špecifického tepelného príkonu. Pri väčšej šírke sa už zmäkčenie môže prejaviť v poklese pevnosti
zvarového spoja. Preto sa odporúča pri zváraní termomechanicky valcovaných ocelí limitovať
špecifický tepelný príkon, pri zváraní pod tavivom hodnotou približne 25 kJ/cm.
Dôvod pre limitovanie špecifického tepelného príkonu však môže byť aj iný: Ako sme uviedli,
tieto ocele sú vzhľadom na nižšie legovanie menej náchylné na zakalenie tepelne ovplyvnenej
oblasti. Aj pri vyšších rýchlostiach ochladzovania (kratších časoch t8/5) sa v tepelne ovplyvnenej
oblasti tvorí rozpadová fáza hornobainitického typu. Súčasťou tejto fázy je však tzv. komponent
M-A (martenzit-austenit), ktorý spôsobuje jej skrehnutie. Aby sme tomuto problému predišli,
požaduje sa pri zváraní zabezpečiť primeranú rýchlosť chladnutia tak, aby sa tento komponent
nevyskytoval.
Ak zdôrazňujeme, že zvariteľnosť mikrolegovaných, termomechanicky valcovaných ocelí je
veľmi dobrá a pri zváraní – s výnimkou limitovania špecifického tepelného príkonu – nie je
potrebné použiť obmedzujúce opatrenia, tieto môžu vychádzať zo zvarového kovu. V dôsledku
extrémneho využitia fyzikálnych mechanizmov spevnenia majú tieto ocele malý obsah legúr
a uhlíka. Ak by mal zvarový kov rovnaké chemické zloženie, jeho vlastnosti a to nielen pevnostné,
ale aj húževnatosť, by boli podstatne horšie, ako má základný materiál. Preto pri zváraní
termomechanicky spracovaných konštrukčných ocelí musíme použiť prídavné materiály viac
legované. Týka sa to najmä molybdénu. Iba prísada okolo 0,5 %Mo môže zvarovým kovom dať
približne rovnakú pevnosť a húževnatosť, akú má základný materiál. Pre TMS ocele vyšších
pevností (X80 a viac) musí byť legovanie zvarového kovu ešte vyššie. Viac legovaný zvarový kov
však môže vyvolať nutnosť použitia predhrevu a vyššej interpass teploty. Teda obmedzujúce
podmienky vychádzajú nie z ocele, ale zo zvarového kovu.
Zdôraznili sme, že zvariteľnosť termomechanicky spracovaných ocelí je podobná zvariteľnosti
mikrolegovaných ocelí. To znamená, že okrem sporadických problémov s likvačným praskaním
v podhúsenicovej zóne sa toto praskanie (ale teraz kryštalizačné) môže preniesť aj do stredu
zvarového kovu, pokiaľ sa vyšší obsah titánu dostal do tohto kovu v dôsledku väčšieho premiešania
zo základného materiálu a zvarový kov obsahoval väčšie množstvo síry. Takýto jav môžeme z času
na čas pozorovať pri výrobe špirálovo zváraných rúr pod tavivom, tandemovým spôsobom, z oboch
strán naraz. Iným problémom môže byť prítomnosť M-A komponentu aj vo zvarovom kove,
This project has been funded with support from the European Commission. This publication reflects the views only of the authors,
and the Commission cannot be held responsible for any use, which may be made of the information contained therein.
115
nevhodná mikroštruktúra zvarového kovu (prítomnosť postranného feritu, komponentov M-A,
atď.). Ideálnym štruktúrnym komponentom zvarového kovu je acikulárny ferit.
Iným možným problémom, najmä ak použijeme vyšší špecifický tepelný príkon, je
nedosiahnutie požadovanej tranzitnej teploty v podhúsenicovej zóne. V tejto zóne s maximálnym
teplotami ovplyvnenia nad 1250 °C, sa čiastočne, alebo úplne karbonitridy mikrolegujúcich prísad,
ktorými sme chemicky viazali dusík, rozpúšťajú a dusík sa znovu dostáva do intersticiálneho tuhého
roztoku so všetkými dôsledkami, vrátane starnutia tejto zóny a z toho prameniaceho krehnutia.
Najvyššiu teplotnú stabilitu majú nitridy bóru. Preto sú bórom mikrolegované ocele, v ktorých je
dusík naviazaný na bór (BN) aj najmenej náchylné na starnutie v podhúsenicovej zóne. S odstupom
nasledujú nitridy hliníka a titánu, zatiaľ čo karbonitridy Ti, Nb, V, majú podstatne menšiu termálnu
stabilitu a pri použití týchto precipitátov musíme počítať s určitým krehnutím podhúsenicovej zóny.
Vzhľadom na malú šírku tejto zóny, v ktorej potom dochádza aj k hrubnutiu zŕn, sa jej krehkosť
nemusí prejaviť pri rázových ohybových skúškach. Pravdepodobnejšie sa však ukáže pri skúškach
CTOD – kritického roztvorenia trhliny.
10.2 Zhrnutie
Ako sme ukázali, termomechanické spracovanie je zvyčajne súčasťou výroby plechov, pásov,
alebo profilov z mikrolegovaných ocelí valcovaním. Proces valcovania prebieha za prísne
sledovaných podmienok a preto tomuto valcovaniu hovoríme kontrolované valcovanie. Jeho cieľom
je využiť čo naviac možné fyzikálne mechanizmy spevňovania konštrukčných ocelí, najmä
spevnenie zjemnením zŕn, disperzné spevnenie a dislokačné spevnenie. Precipitáty – karbinitridy,
alebo nitridy mikrolegujúcich prísad – naviac chemicky viažu intersticiálny dusík, takže takto
vyrobené ocele sú odolné proti starnutiu. Termomechanicky valcované ocele majú dobrú
zvariteľnosť, sú minimálne náchylné na praskanie a krehnutie. Vyžadujú však použitie malých
špecifických tepelných príkonov. Tieto ocele možno zvárať všetkými dostupnými metódami,
najčastejšie oblúkovými spôsobmi zvárania. Pokiaľ ide o výber prídavných materiálov, pre potrebu
získania rovnakých, alebo podobných vlastností zvarových spojov, aké majú samotné ocele, je
potrebné použiť vyššie legovanie, najmä molybdénom.
This project has been funded with support from the European Commission. This publication reflects the views only of the authors,
and the Commission cannot be held responsible for any use, which may be made of the information contained therein.
Download

10 termomechanicky spracované ocele