VÝROBA OCELI O VYSOKÉ ČISTOTĚ

Pobočka ČSVTSi ÚVZÚ a závodu HUTĚ ORS — VTEI, ŠKODA, koncernový podnik Plzeň

II. CELOSTÁTNÍ KONFERENCE

VÝROBA OCELI O VYSOKÉ ČISTOTĚ

\

•

DUBEN 1981

PoboSka ÔSVTS OVZO a závodu HUTE ORS-VTEI, ŠKODA, k . p .

Plzeň

X I , CELOSTÁTNÍ KONFERENCE VÝROBA OCELI O VYSOKÉ ČISTOTĚ

DUBEN 15181

lne. Zdeněk Motlooh Výzkumné ústavy o. p. VÍTKOVICE, Ostrava PROBLEMATIKA MIKROČISTOIY P Ř I VÝROBĚ NEREZAVĚJÍCÍCH OCELÍ

Anotaoe Vysoká požadavky na Jakost vysokelegovanýoh ocelí pro jadernou energetiku a chemické strojírenství vedly ve VÍTKOVICÍCH k vývoji novýoh výrobníoh pochodů - duplexní teohnologie s dvojím vakuováním na DH-staniei a oxidačního vakuování na zařízení VÁKUVIT. Vyráběná.: oael má nízký obsah škodlivých doprovodných prvků a vysokou mikro&istotu. Studiem změn obsahu dusíku a tvorby nitridů a karbonitridů titanu v austenitiokýoh ooelíoh v průběhu jejioh ooelárenské výroby, byly stanoveny optimální teolímologioké parametry pro omezení jejich přítomnosti ve výkovoíoh.

m

Nerezavé jlol ooeli tvoří v soufiaané době jednu z ne j významnějěíoh oblastí ooelárenské výroby. Požadavky na jejioh jakost mimořádně vzrostly zejména v souvislosti s uplatněním v ohemiokém strojírenství a v zařlzenieh pro jadernou energetiku. Požaduje se vysoká korozní odolnost v silně agresivníoh prost ředí oh např. kyselině dušiSni, moSovině apod., vysoká meehanioká hodnoty při normálních, nízkýoh i vysokýoh teplotáoh, dokonalá ultrazvuková homogenita a aouoasně i vhodná technologické vlastnosti zejména tvářitelnost a dobrá svařitelnoat. Aby se těohto vlastnostl dosáhlo, musí mít vyrobená ooel nízký obsah Škodlivých doprovodnýoh prvků, nízký obsah plynů, vyvážený obsah austenitotvornýoh a feritotvornýoh prvků a zejména vysokou makro a mikroSis t o tu. Obsah nekovových vitěstků musí být minimálni a jejioh složení a rozdělení ve struktuře takové, aby oo nejméně ovlivňovaly jakostní parametry. Platí to jak pro ooell se středním obaahen uhlíkm (do 0,08 %), tak i pro ooeli nízkouhlíkové (do 0,03 i resp. 0,02 % C ) . Zvláštni význam má u stabilizovanýoh ooeli výskyt a rozloženi karbonitridů titanu. V souvislosti s výěe .uvedenými jakostními požadavky byly v posledních letech vyvinuty ve VÍTKOVICÍCH nové výrobní postupy, které znamenaly značný pokrok v rozvoji výroby nerezavěji. víeh ocelí pro šplSkové potřeby strojírenství.*

SO

Duplexní poohod Při běžné výrob* nerezavěJioíeh ooeli oxidaoaimi přetavbami v ol. obloukové pool přecházejí do vyrobené ooeli i některé neěistoty s odpadu, zejména ŕ oaf or, dusík, olovo, zinek a oxldioké vaěstky a choreuji tím některé jakostní ukazatele. Ve VÍTKOVICÍCH byla proto vyvinuta a zavedena technologie tzv. duplexaiah taveb a dvojím vakuovým zpracováním na zařízení DB /l/. V 50 t martinské peoi, pracuj í oí a pevnou vsázkou ae nejdříve vyrábí ooel, obsahu Jí oí 0,02 - 0,04 £ C a lb £ Ni. Tato tavba ae odpiohne do pánve a zpracuje na zařízení DB, Při tomto zpracování ae sníží obsah uhlíku v tavenine a souoasně se lázeň dokonale deeoxiduje. Po zpraoování ae tavba přelije bez etrusky do el. obloukové pece. V peoi se provede pouze na legování tavby a Její rafinaoe, tavba se odpíobne do pánve a opít vakuově odplyní na zařízeni DB, Vatavení vsázky a ozidaee láznft se tedy přeneslo do Martinsko* peoe, kde jsou výhodná podmínky pro snížení obsahu fosforu. Střední obsah fosforu v tavbáoh z •artinske peoe Siní jen 0,006 £• Rovněž obsah siry je Již čáateon* snížen (střední konoentraoe 0,014 i>). Vakuovýa zpraeovánia aartinské tavby se sníží obsah \!>. uhlíku v ooeli v pruueru na 0,013 % («ax. konoestraoe aepřevyiuje 0,020 i>) a vzniká tak rezerva s ohledem na nauhllBeni během dalií výroby. Při vakuovém zpracováni se tavba desoziduje; pak se nalije do el. oblouková peoe tak, aby struska zůstala zadržena v pánvi. Tím se zabrání zpětná redukci fosforu do lázně a souSasně se zajisti dobrá rafinační diiianost reduk&ni etrusky v el, oblouková peoi ihned po přeliti tavby, V el, oblouková peoi se \tavbs naleguje chromém, •"»gn*»Ť"t a křemíkem. Konečná desozidaoe a korekce obsahu Cr a Si se provede při závěreBnám zpraocvání na DHzařízení. Zde se tavba soufiasně leguje PeTl, případně se přisadí i uhlík tak, aby se dodrželo úzké výrobní rozmezí 0,06 - 0,08 jt C, Výhodou duplexní technologie výroby s dvojím vakuováním zejménat

je

a) Vysoká mlkrofiistota vyrobené oceli, charakterizovaná nízkým obsahem kyslíku (průměrný obsah 23,3 ppm při směrodatné odobyloe jen 3,5 PP") i nízkou hodnotou vměstkového Bísla.

-

3

-

b) Nízký obsah fosforu a siry (obr. l ) . é)tfzfcérozmezí obsahu Jednotlivýoh prvků (tab. 1) a vylouCení rizika překrošenl obsahu uhlíku i při použití PeCr s obsahem uhlíku kolom 0,1 #. d) Volmi malý propal Ti při legováni za podtlaku na DH staniol, ktorý Siní jem 12,1 % a tím i velmi malá koncentrace vměotků TiO2. o) Možnost korokoo obsahu feritu přísadou feritotvornýoh nebo austenitotvormýoh prvků do komory DK-stanioe podle ohemiokého složení nebo přímého měření obsahu feritu ve vzorku, odebraném z pánve. C&Eiaaoní vakuováni nerezavě Jioioh oeelí Y poslednioh leteeh so pro výrobu nerezavě j leioh ooell legovanýoh ohromem stále výrazněji prosazuji nové zkujnovaoí prooesy, použivajloí dmýehání kyslíku při sníženém parciálním tlaku kysliSníku uhelnatého v tavenine, dosahovaném buä dmýoháním argonu (AOO), případně vodní páry (CLU) nebo podtlakem (VOD). Tyto poohody dovoluji použít pro legování levný vysokouhllkový feroohrom a podstatně tak zhospodárnit výrobu nerezavě j í oíoh ooelí. Ve VÍTKOVICÍCH bylo od roku 1975 do loňska v Sinnosti poloprovozní zařízeni typu VOD pro výrobu kO t taveb /l,2/. Po zavedení některých původníoh opatření jak v konstrukei, tak v technologii výroby, které výrazně zlepšily dosažený stupen rafinace i ekonomii výroby, je tento pochod oznaBován ve VÍTKOVICÍCH názvem V1KUVXT. Eoneem minulého roku bylo uvedeno do provozu nové provozní zařízeni VAHJVIT pre 50 t tavby. Při tomto výrobníoh postupu se v el. obloukové peoi pouze nataví ocel a další zkujnování a rafinaoe se již provádí v pánvi. Pánev je opatřena baziekou vyzdívkou a v jejím dně je umístěna dmýohaoí tvárnioe pro homogenizaoi ooeli v průběhu eelého poohodu argonem. Pánev je při zpraoováni umístěna v kesonu a na hladinu ooeli se ma podtlaku omýohá vodou ohlazenou tryskou kyslík. Pf/ oduhlioeni se tavba desoxiduje a za podtlaku doleguje ohromew, manganem, křemíkem,

SI

titanem, niobem apod., připadni 1 aauhliBl na přesni požadovaný obsah C. Zpracováni ohaaakterlzuje smena složení lázně, která* je dle výsledků získaných na poloprovozním zařízeni uvedena na tab* 2, Výhodou ozidaBniho -vakuováni je zejména* a) Vyeoký výtěžek ohromu, který dosahuj* 98 až 99 *. b) Nosnost ledováni tavob lovným vyeokeuhlíkovým feroohroaem. o) Dosažení extrémně nisskýeh koncentraci uhlíku. Při poloprovozních poloxsMoh •• dooililo až 0,006 % 0. d) Nožnoat hlubokého odsířeni taveb. Při polepjpovosnioh pokuseoh bylo dosaženo prflairne 0,009^ % S. U nikolika taveb při použití zvláštního odsiřovacího postupu se dosáhle v průměru 0,0063 t. e) Dosaženi nlzkýoh konoentraoí dusíku. Průměrný obsah dusíku ve vyrobených tavbáeh je uveden na obr. 2. t) Sníženi obsahu nikterýoh doprovodných prvků vypařováním za podtlaku (olovo, zinek). g) Zlepšeni mikroSistoty oceli z hlediska celkového obsahu a složeni kysliSníkovýoh vmSstků. Elektrolytickou izolací nekovovýoh vmistků a jejich etéomickou analýzou se zjistilo, že napr. u oceli 03Crfíi(Ho) byly támiř odstraněny vmestky typu HnO, FeO, Cr2O- a TiOg, na polovinu se snížil obsah křemiBitanovýoh vměstků a zhruba na dvojnásobek se zvýšil obsah vaěstka typu Al2°y <*•***& obsah kysliSníkovýeh vmSstků s« snížil 6 až 10 krát /3/. Karbonltridy titanu Novými výrobními poohody se spolehlivé dosahuje vysoké mlkroBistcty oceli. Hiaký obsah slrníkcvých vmestků je sajiiten hlubokým odsířením taveb - pod 0,010 % S.rVlzkeho obsahu kysl i 6níkových vmistků se dosahuje proto, že před přísadou silnýoh desozidovadel je působením podtlaku a nikterými tecfanoloeiokýml opatřeními aktivita kyslíku snížena a postup vlastní desozidaoe je vhodní upraven. Zvláltai otázkou je tvorba kařbcnltridů titanu u austenitlokých ocelí stabilizovanýoh Ti. Jejich svýlený výskyt je Baste vážným jakostním problomen např. při výrobě

Ing.Jiří MooekřCSc,Ing,Miloslav Kepka.CSclng^JoBSf Skál&^CSc

_

5

-

ooall pro jadernou energetiku. Bylo zjištěno, So obaah dusíku, ktorého se dosáhne po oxidaSnia vakuováni závisí jednoznadně na stupni oduhlioenl tavby* Jak vyplývá z obr. 2 i u taveb, ktoré byly při zpraoováni homogenizovaný dusíkem se dosáhlo výrazného sníženi jeho obsahu v lázni. U taveb promíohávanýoh argonem se obsah dusíku snižoval v průměru o 70 $• Víská koneentraoe rozpuštěného dusíku zde vytváří základní předpoklad pro dosaženi nlivImfiliiÝtn1 výskytu karbonitridů titanu po dolegováni tavby Ti, U duplexních taveb závisí konoentraoo dusíku v tekuté ooell před legovania titanem v rozhodující míře na obsahu dusíku ve feroohromuf po nalegování PeCr doohází k výraznému zvýšení jeho obsahu v oooli (obr. 3 ) . Při odpiofau tavby z pooe se ocel dále naplynuje dusíkem ze vzduohu. Naproti torna po nalegování titanem byl zjištěn výrazný úbytek obsahu dusíku, který se v průběhu tuhnuti ještě dále poněkud snižil. K objasněni chování dusíku byl proveden termodynamický rozbor podmínek tvorby nitridů titanu. Rozpustnost duáíku v ooeli Chl8N10T v závislosti na obsahu titanu stanovil J. 6. GureviB a N. P. Frage /k/ vztahys Při 1570 °C 1600 P C 1630 °C

log /Ti/ s - 2,67 - log /M/ log /Ti/ s - 2,12 - log /»/ log /Ti/ = - 1,57 - log /*/

(1) (2) (3)

Z těchto údajů byl sestaven graf na obr. k s extrapolací hodnot až do 1550 °C. Je z něj zřejmé, žo při vyiěíeh teplotách jo rozpustnost dusíku natolik vysoká (např. pro 0,5 % Ti při 1630 °C 538 ppm), žo nodooházl k reakei s Ti a veškerý dusík je rozpuštěn v lázni. Snižováním teploty se rozpustnost dusíku výrazně snižuje a např. při 157O°C Siní pro 0,5 £ Ti jen k2 ppm. Hadrovnovážný obsah dusíku se váže na nitrid titanu. Při laboratorníoh praoeoh byla zjišťována závislost obsahu dusíku v oooll s 18 % Cr a 12 % Hl na obsahu titanu při teplotě 1600 °C (obr. 5 ) . Tento vztah jo vyjádřen rovnloí log /K/ s - l,7lfc - 0,538 . log /Ti/

(k)

a má vysoký koofioiont detorminaoe. S ohlodem na podmínky pokusů, kdy doba mezi přísadou Ti a odlitím laboratorní tavby, byla poměra* krátká, lze předpokládat ryohlý průběh vyluSování vzniklých ik

- 2-

Í5

nitridů titanu z taveniny. Na obr* 6 je znázorněna závialost obaaJm dualku v tekutá ooali u provozních taveb vyrobenýoh různou teohnologil, na teplotě ooali v pánvi před litím. Je zda patrný -výrazný vliv toploty na konoentraoi dnaikn T odievanom kovu a potvrzuje ae, Se při avizováni toploty vzniklé nitridy titanu ae Ještě před litím , vyluBuji z lásně. PropoBtem podle ataohiomotriokýoh poměru lze atanovit, že např. v prfašru ae u duplexních taveb dle obr* 3 opotřebovalo na vazbu dusíku aai 0,
- 3 využití metalur ic '

'

je zároveň důkazen reálnosti předpokládaného meohanismu ryohlého vyluSováni kýsli&niků z objemu lázně na m-staniei při vyvinutiu postupu deaoxidaoe. Jak bylo patrno z obr. 3» doeházi jeStfi k dalSlmu sníženi obaahu dusíku i během tuhnuti kovu a lze tedy předpokládat, že i v tomto období se 5ást nitridů titanu vylučuje z tuhnoucího kovu do hlavy ingotu. Protože vSak je rozpustnost dusíku v pevném kovu jeltš dále snížena, je podstatný podíl dusíku ve výJcovoíoh vázán na titan* Z toho 5ást je obsažena ve formě jemných částic v substruktuře materiálu a podílí^ se na tvorbo vysokýoh meohaniokýoh hodnot a íást se vyskytuje jako jednotlivé Sástioe nebo jejioh menší shluky v mikrostruktuře kovu. Na obr. 9 Je zaehyoen jeden takový shluk při 2000 násobném zvStienl, který byl zkoumán mikroanalyzátorem EMX-SM. Z rentgenovýoh obrazů je zřejmé, že jde o karbonitridy titanu, jejichž vnitřní 8ást tvoři vždy nitrid a vnejii vrstva je tvořena karbidem titanu. Rozbor podmínek tvorby karbonitridů titanu ve vyaokolegovanýoh ooelíoh vedl k některým úpravám teohňologie výroby, které zajistily požadované jakostní parametry i u nejnároBnějsioh výrobků pro jadernou energetiku*

- 4 V

+B>\1l1 í»ô

-la

TVtA4v Á

SA

A V

n

Literatura A / Motlooh Z. a kol, t Hutnioké l i s t y 1978, 6. 10, str. 702-708 A\/ Motlooh Z. * kol, i Hutaloke l i s t y 1979, 5. 10, str. 683-690 /3/ Zídek M. a kol, t Bataioke l i s t y 1980, 6. 10, str. 694-699 A / GoreT±6 J. G. , Fx%emVc P. * Motaly 197^, 8. 1, str. 169-173

- 5velmi aalé rozdíly.u doprovodných a minorltníor, p i ^ k ů

-Ho

Tab. 1 - Průmirný obsah prvků při duplexní teohnologii

IPrfiměr. obsahy $ jsne r . odohylka f Jř

C 0,071 0,005

Mn 1,52 0,08

Prvky Si P 0,53 0,015 0,10 0,002

S

0,007 0,001

Ti 0,52 0,0U

AI 0,065 0,010

Táb. 2 - Znaná oheaiok^ho aloSení tavab p ř i poohodo VAKUVIT Období Před zpra* oovániin ?o oxidaoi

_ Uhlík, < pHU «nir. odoh. oěr 0,55 0,11

Mangan, J( Křemík, % Chrom, % průp» ••Är. prA-' • siaSr. prů- aaér. odoh. odoh# mór odoh. měr mSr 0,42 0,11 0,93 0,24 17,55

0,017 0,010

0,17

ss - 6 Literatura

0,05

0,62

0,18

17,13 -

Ing.Jiří Mooek.CSc,Ing .Miloslav Kepka,CSc,lng.Josef Skál&,CSc SKODA.

k.p* Plzeň

i^^ATjnp^ig nfiTSTrf ERQ TLAKOVÉ HXT)OBY JADERMÝCH REAEPQRfl V Slánku je proveden rozbor nejdůležitějších druhů ocelí používaných pro výrobu tlakových nádob jaderných reaktorů včetně požadavků na jejich čistotu a jakost* Sále je popsána technologie používaná pro výrobu ocslí na ingoty uršené pro díly tlakových nádob a výsledky z hodnocení metalurgie .především se zaměřením na doprovodné a minoritní prvky v podmínkách k.p. ŠKODA Plzeň. 1, Úvod Výroba konstrukčních dílů jaderného reaktoru přináší pro metalurgii požadavek na zajištění řady nových,vyšších nároků na materiálové a technologické vlastnosti, používaných ocelí. Tato skutečnost vyplývá především ze základního požadavku konstruktéra, totiž z bezpodmínečné nutnosti zajistit co nejvyšší jadernou bezpečnost celého komplexu zařízení* Obdobný požadavek je svým způsobem ojedinělým ve strojírenské výrobě a v převážné části průmyslové aplikace oceli neznámým pojmem* Tento nový progresivní požadavek má vSak za následek,že výroba komponent jaderných elektráren je tím velmi ztížena a zkomplikována a to nejen v oblasti strojírenské výroby a montáže,ale již v prvotní fázi.t.j.při výrobě potřebných hutních polotovarů, V případě výroby ocelí pro tlakové nádoby a vnitřní vestavbu reaktorů je problematika o to závažnější,že tyto díly jsou nekritičtějším místem celého primárního okruhu jaderného reaktoru; Záruka bezpečného provozu je podmíněna dosažením potřebných pevnostních vlastností ocelí při provozních tlacích a teplotách i pro tlouštky 600 mm,dostatečnou houževnatostí ,t. j .odolností proti křehkému lomu a nízkocyklovému porušení .proti růstu vad a trhlin a proti radiačnímu zkřehnutí. Dále u těchto oaelí je mimo jiné vyžadována dobrá svařiteínost v daných tloušťkách a schopnost navařování austenitické nerezavějící vrstvy* K docílení těchto vysokých požadavků je nutno vytavit ocel o vysoké čistotě,s co nejmenším výskytem metalurgických vad a sjírelmi nízkými obsahy doprovodných a minoritních prvků. Tyto mohou právě vyvolávat sekundární radioaktivitu a tím způsobit radiační poško-

- 2zení - zkřehnutí, teplotní stárnuti, snížení vrubové houževnatosti, případně dalěí zhoršení materiálových a konstrukčních vlastností ooelí /1,2/. 2* Oceli pro tlaková nádoby jaderných reaktorů S ohledem na požadavky konstruktérů je nutno pro výrobu tlakových nádob (TU) používatfoceli s vysokými mechanickými vlastnostmi,které" umožňují snížit tlouštku stěn a tím také zmenšit teplotní gradient způsobující velká vnitřní pnutí. Při menších tlouštkáeh je vřsk požadována vyéäí metalurgická čistota a rovnoměrnější mechanické vlastnosti ocelí* V počáteční fázi vývoje 99 byly používány uhlíkové oceli,které však s postupujícími vyšSíai nároky na výkon reaktorů a tím i na velikost TS byly nahrazeny nízkoa střednělegovanými ocelemi/3/. Pro výrobu ŤS lehkovodních reaktorů se v současné dobS používá oelá řada různých typů ocelí /1/,přičemž převažují tři skupiny ocelí,které jsou uvedeny v tabulce I. Z této je patrno.že sovět aká metalurgie dává přednost ocelím na bázi CrHiHo p»o reaktory typu TVER 1000 a ocelím CrUiV pro reaktory typu TVER 440* Spoločným znakem všech uvedených ocelí je však jednoznačný požadavek velmi nízkých obsahů síry a fosforu.které jsou v některých případech limitovány až hodnotou 0,010$. lento požadavek je vyvolán nutností zabezpečit požadované mechanické vlastnosti .předevšifoi vrubovou houževnatost a dále technologické vlastnosti - dobrou svařitelnost výkovků prsténců XHtresp*navařitelnost nerezvýstelky bez nebezpečí vňatku sekundárních podnávarových trhlin* K omezení nežádoucí sekundární radioaktivity je velmi přísně omezen obsah kobaltu a k zabezpečení radiační stability,t«j *k zajištění maTimrfiní odolnosti proti radiačnímu poškození a tím i proti zkřehnutí je dále stanovena mezní hodnota obsahu dalších škodlivých minoritních prvků jako je na př* meä,arzén, cín a antimon (tabulka II*)* Pochopitelně i u ocelí pro fH je požadován co nejnižší obsah plynů a oxidickjfch vměstků* Uvedené požadavky se logicky zpřísňují se zvyšováním výkonu jaderných reaktorů* 3* Osvo^e*1^ metalurgie a VfVuového oAi.AvArv^ f ^potů o velk4

Technologický postup používaný v ocelárně k<,p*SK004 Plzeň, k výrobě kararských Ingotu až do hmotnosti 195 t spočívá v účelném

- 3 využití metalurgických možností! SM-pecí a elektrických ůblouko\rých peci a dále technologických předností odlévání ocele ve vakuu. V EO-peci se vytaví legovaná předslit lna,která obsahuje všechny legující prvky mající zápornější volnou slučovací entalpii při reakci s kyslíkem ne2 má železo. Složení strusky před odpichem má vysoce redukSní charakter a strusky jsou dobře tekuté* Současně se v SM-peci připravuje nízkolegovaná neuklidněná ocel s dostatečně vysokou odpichovou teplotou* Předslitina z BO-pece se vypustí do pánve v5etně redukční strusky a do této taveniny se poté odpichuje neuklidněná ocel z SM-pece. Po slití těchto tavenin následuje odlití ocele přes mezipánev do kokily umístěné ve vakuovém kesonu* Schéma technologického postupu a skladba jednotlivých pecních agregátů pro různé hmotnosti odlévaných ingotů je uvedena, na obrázku 1» Z tohoto schématu je zřejmé,že úspěšná výroba je závislá nejen na vysoké technologické kázni - dodržení předepsaných koncentračních a teplotních limitů-,ale též na přesné časové synchronizaci všech pecních agregátů tak,aby lití ingotu bylo bez přerušení a s dostatečnou licí teplotou* Náročnost této technologie vyplývá pouze z holého faktu, že při výrobě ingotu o hmotnosti 195 t je nutno sladit pracovní režimy šesti pecí a vakuové odlévací stanice* náročnost výroby ocelí pro TS nespočívá však výlučně na výše uvedených okolnostech* Již dříve uvedené požadavky na vysokou čistotu konečného výkovku jsou příčinou důkladné přípravy kovové vsázky a ostatních přísad* Chronický nedostatek vhodných základních surovin o vyaoké čistotě a v potřebném množství je operativně řešen přípravou předtavené nelegované vsázky martinským pochodem a to jak pro SK-.tak pro EO-pece a dále použitím PVK-litiny. Cílem této přípravné fáze výroby je zajistit vhodnou základní vsázku s co nejnižšími obsahy fosforu a síry a zároveň i s co nejnižšími obsahy minoritních prvků tak,aby rafinační periody ve všech pecních agregátech byly co nejkratší a co časově nejvyrovnanější. Tím se též zajišíuje podmínka nutná pro dodržení odpichových termínů a synchronizace celého výrobního pochodu* V následující tabulce III* jsou přehledně uvedeny důležité technologické ukazatelé z výroby Ingotu I 195 zaměřené na celkovou metalurgickou čistotu ocele v jednotlivých fázích výroby. Index "nat" odpovídá složení lázně po natavení, index "odp" složení lázně před odpichem* tfdaje označené součtem £+11 vystihují složení kovu po slití během odlévání do mezipánve •

- 4 Z porovnání jednotlivých údajů v tabulce je zřej: 4,že obsahy jak uhlí ku, tak airy a fosforu ve slitých podílech jsou velmi vyrovnány a ani obsahy minoritních prvků nevykazují podstatných rozdílů (podíl E4+E1 byl určen pro dolití hlavy ingotu)* Dále je zřejmé,Se redukční strusky z EO-peeí způsobily předpokládané snížení celkového obsahu kyslíku v kovu a další působení vakuové desoxidaee upravilo koncentraci kyslíku na hodnotu 30 - 50 ppm, což odpovídá obsahu ozidických vměstků 60 - 100 ppm. Tato čistota byla zjištěna ze vzorků z již vykovaného prsténce. Takt é S odpichové a licí teploty byly vyrovnané,což svědčí o správném vedení teplotního režimu v jednotlivých pecích. Z minoritních prvků doznaly určité změny pouze obsahy arzénu a kobaltu. Porovnáním údajů v tabulce III a IV lze dojít ke z Jist Sní, že zvýšení obsahu arzénu v SM-pochodu je nejpravděpodobněji způsobeno přídavky ferromangánu, obdobně v rafinační periodě u pecí E1 a E4 přídavkem nízkouhlíkového ferromanganu místo Mikovu,který byl použit u pecí E2 a E3. Přírůstek obsahu kobaltu u SM-taveb dlužno též přičíst na vrub přísadě ferromanganu,zatímco u pochodu na pecíoh E2 a E3 přísadě ferrochromu,reBp.silikochromu.neboí na těchto pecích byla vytavena předslitina s obsahem chrómu cca 8 £• Obsah niklu,který by mohl největší měrou ovlivnit přírůstek kobaltu,se nemohl výrazně pro jevit .poněvadž jeho obsah ve všech lázních se pohyboval v rozmezí 1,0 - 1,4 %• Konečně lze konstatovat,že jak při natavení,tak po slití jednotlivých podílů ocelí nedosáhly obsahy minoritních prvků ani zdaleka maximálně přípustných koncentrací,což svědčí o oprávněnosti pečlivé přípravy základní vsázky a výběru legujících přísad. 4» Hodnocení .jakosti ocelí pro tlakové nádoby Poznatky uvedené v předcházející kapitole lze dnes potvrdit výsledky z více jak pětiletého provozování slévané technologie v ocelárně k.pJŠKODA Plzeň. Je však zřejmé,Že tato komplikovaná a náročná technologie nutně s sebou nese řadu potíží vyplývajících z ryze obecné charakteristiky výroby oceli* Tyto těžkosti je pak nutno řešit případ od případu,vždy však s hlavním cílem,totiž docílit,aby konečný výrobek odpovídal požadovaným parametrům* Pro podporu tohoto tvrzení je možno uvést výsledky ze statistického zpracování hodnot chemického složení ze 30 taveb oceli 15CH2MPA / 2 / . Výsledky uvedené v tabulce V vykazují mezi sebou

- ó -

- 5velmi malé rozdíly,u doprovodných a minoritních, prvků i you, dosahovány velmi nízké hodnoty* Při porovnání výsledků z oceli ASTM A 508 tř.3 (ocel CrNUflo) zpracovaných stejným způsobem fimnou CREUSOT - LOIRE / 4 / se ukázalo,že obsahy fosforu a síry jsou ve výkovcích z ocelí 15CH2MPA vyšší,ale naproti tomu obsahy minoritních prvků jsou téměř o 50 % nižší (tabulka V I ) . Dalším potvrzením oprávněnosti a spolehlivosti slévané technologie Jsou údaje v tabulce 711. Zde jsou uvedeny obsahy doprovodnýoh a minoritních prvků v jednotlivých slitých podílech oceli pro dosud vyrobené ingoty o hmotnosti I 195 pro díly reaktorů W E R 1000 v ocelárně k.p.SKODA Plzeňo Zároveň jsou v této tabulce pro porovnání uvedeny limitní koncentrace pro oba druhy vyrábšnýďU ocelí, Z uvedených hodnot vyplývá,že ve všech případech byly tyto obsahy podkro6eny,resp. u uhlíku bylo dosaženo předepsané rozmezí. Taktéž u ostatních legujících prvků (mangan,křemík,chrom,nikl,molybden),které v této tabulce nejsou uvedeny,bylo dosaženo předepsaných limitů* Pro doplnění názoru jsou zaneseny v tabulce údaje dusíku,kyslíku,reep.aktivního kyslíku a licí teploty. Lze konstatovat,že průběh technologického pochodu byl u všech sledovaných taveb velmi obdobný. Ze studie / 2 / dále vyplývá,že i statistické hodnocení mechanických vlastností prokázale vyrovnanost dosažených hodnot ve všech sledovaných případech,při čemž rozptyl údajů byl velmi malý. Rovněž u hodnot vrubové houževnatosti bylo dosaženo dostatečných rezerv ve srovnání s hodnotami požadovanými. 5. Závěr 7 rámci zavádění jaderného programu *.k.p.SKODA Plzeň byl v ocelárně podniku vypracován a osvojen technologický postup spočívající v účelném spojení metalurgie v SM-pecích a v elektrických obloukových pecích s navazujícím zpracováním slitých podílů oceli odléváním do vakua* Technologie umožňuje vyrábět široký sortiment ingotů až do hmotnosti 195 t . Pro zajištění požadované metalurgické čistoty se ukázala jako nezbytná příprava předtavené vsázky a pečlivý výběr legujících a rafinaSních přísad,kromě přísného dodržování předepsané technologie na všech pecních agregátech. Statistické zpracování souboru výsledků chemického složení a mechanických vlastností ocelí potvrdilo oprávněnost a spolehlivost osvojené metalurgie. 431

— "7 —

- 6 ,6* Literatura /1/ Kolektiv autorů : Oceli pro jadernou energetiku,TEVIÍH Praha (1976),5.17 /2/ Brynda J.,Brumovský li,; Mechanické vlastnosti vyráběných dílů tlakovýoh nádob reaktorů TVER HO,sborník rv ae i^mináře ZP SSVTS IÍVZtf áKODA P l a e n (1979) "/3/ Onodero S^aídalií-sÄertelsIfcrlPowe^ .> ';;' Japan.čsl.-Japonské eympoaiiim Tokio (1977) '1/4/ Cadion L, a další : Evolution métallurgique des pieces ' '^"'Vv ,.^ forgoes de* f ort ópaieaeur en acier f aiblement <:; allié pour cuves de réacteurs des chaudieree nucléaires PWR,RevJlétallurgie 9.(1977)

Tab. I. Chemické složení ocelí nro tlaková nádoby ( * hm.

drah oceli

ttaVUIo

Stát

0

USA, Francie USA, Francie HSR, Japonsko

max*

NSR, Japonsko

CzffioT

CrHlMo

SSSR

SSSR USA

0,25 0,15 0,25 0,17 0,25 0,17 0,25 0,13 0,18 0,16 0,21 0,22 0,27 0,13 0,18 0,13 0,18 maz 0,23

SI

Mn.

P

S

max

Max

0,15 0,30 0,15 0,35 0,15 0,30 0,15 0,35 P,17 0Í37

1,15 1,50 1,20 1 t 50 1,15 1,50 0*50 1,00 0,30 0,60

n

n

a

n

n

n

n

n

max

max

0,17 0,37 0,17 0,38 0,20 0,35

0,30 0,60 0,30 0,60 max

0,40

0,012 0,015 max max 0,025 0,025 max max 0,010 0,010 max

nifty

0,010 0,010 nwr max 0,025 0*025

0,020 0,020 max max 0,012 0,010 max

max

0,010 0,010

Or -

max

0,20 0,30 0,50 2,50 3,00 n

2,80 3,30 1,70 2,40 1,70 2,40 1,50 2,00

Hi

Ho

0,40 0,70 0,40 0,80 0,40 0,70 0,50 1,00

0,45 0,60 0,45 0,60 0,40 0,60 0,60 0,80 0,60 0,80

max

0,40

V

Cu

0,10 0,05 max 0,03 max 0,05 0,25 0,35

max

0,10 max

0,10

0,10 max 0,15

«

n

n

n

n

n

n

n

0,12

0,15

max

max

1,00

t1,00 f *o 1,50 3,00 4,00

0,50 0,70 0,50 0,70 0,45 0,60

0,12 max 0,03

0,10 max

0,10

'TO

- 8mrvků u o o e l l

Tab. I I . Vľŕrobak Šlaková nádoba

Aktivní zóna

P

0,025

o.oto

S 0|025 0,012

Cu 0,15 0,10

Co 0,020 0,020

Afl

0,050 0,010

Sb -

Sn -

0,005. 0,005

Poznámka s Součet P + Sn + Sb nemá překročit hodnotu 0,015 £ ,

2%». 71#

Značka oceli A 508 t ř . 3 15GH2MPA Rozdíl

Co 0,018

Hi

0,016 0,010 0,009 0,008 0,007

IT« OfcsfKh nažiatot v použitýchPřísada í předtavba

P 0,009

S 0,011

PVK fápno TeMn - SHP Feln - SOP Mn - kov SiCr PaCr l e S i ( 75 % ) PeV li ( kail;* )

0,021

0,011 0,011 0,110 0,015 0,010 0,008 0,008 0,046 0,012 0,003 Of*. 0t. at. St. St. St. 0 9 006 -

0,019 0,039 0,029 lit.

0,073 0,024 0,032 0,024 -

As

0,006

Sa

0,013 0,007 0,006

a přísadách

Co 0,006

Sn Sb 0,005 0,002

0,003 0,003 0,001 <•* VSt. 0#«Q2 0,017 0,001 0,030 Bt. 0,001 St. Bt. 0,018 St. St. 0,038 St. et. S t . St. 0,005 0,002 St. St. 0,048 -

7/

s

Pee Vzorek

S2

nat odp

\ M IT

nat odp

fI

E3

U III odp

Co

Sn

I

90

90 60 90

20

E1

nat odp nat odp

20

80 170

80 1605

0,90 130 140 40 40 40 10 40 150 - 1590 1660 0,32 120 70 40 70 40 10 420 130 1560 1,99 130 110 40 50 90 10 10 150 0,11 80 120 60 50 30 10 10 350 •- 1680

p 3 + M III 10,17 90 100 60 80 20 E4

Sb

1600 0,69 60 90 40 60 40 10 30 160 0 0 70 40 120 50 10 210 100 - 1680 0,23 1550 2f20 80 240 40 50 30 10 20 180 0,11 80 130 50 70 30 10 20 310 - 1660

|E 2 + M IV [O»16

nat odp nat

Aa

0,83 0,10 0t79 0,13

80 140 50 110 100 100 90 160 30 140 90 50

E 4 + E 1 |0 # 12 |i00

90

40

10

80 120 105 1620

70 30 10 40 280 80 40 10 100 100 50 50 10 60 220 60 30 10 110 140 90

30

10 120 140

•

-

-

-

-

1620 1650 1580 1620

14 1580

I 195

Tab* III*

ežiatot a doprov

Poznámta s V uhlíku označen ( z ) jsou všechny hodnoty uvedeny v % hnu

Ohr.A

I n c . Karel l i a t ô j o v i o , C S c . , i n s . J o s o f J o l í í a , tíipl. t e c h . , J o s e f Tycar

VIIJ škoda,

Skála, CSc.t

Julius

Plzeň

VI.IV TECHNOLOGICKÝCH FAKTOHfi NA CKBZilCgOU CISTCXU VBLIgfCH KOVÁŘSKÝCH INGOTfl

Anotace: V 5lánku je popsán vliv technologických, faktorů,ovlivňující chemickou čistotu kovářských incotů. Uvedené výsledky se vztahují k ocelím typu CrMoV a CrNiMoV. Získané údaje chemického složení jsou statisticky vyhodnoceny v závislosti na velikosti ingotu, jejichž hmotnost se pohybuje v rozmezí 85 - 200 t.

i3 9

- 2-

1. tfvod Chemická Čistota kovářských ingotů je jedním ze základních předpokladů pro zvládnutí jakostní výroby strojních zařínoní vystavených za provozu snačnému namáhání a v souladu s tím i pro Kvýšení životnosti a účinnosti těchto zařízení a jejich uplatnSní na mezinárodních trzích. Proto přední výrobci takových zařízení věnují výrobním technologiím, které zlepaují chemickou čistotu o c o l í f mimořádnou pozornost. Svědčí o tom četné odborné konference, vědecká sympozia a publikaoe ( l , 2, 3, 4, 5 ) . Zatímco problematika chemické čistoty u malých několika tunových ingotů jo podstatně jednodužSSí a lao j i ř e š i t běžnými zásahy do technologického postupu výroby, stává se stojná problematika u voloch ingotu, dosahujících luno t nos t i přibližně 100 tttn i více, řoaitolná jen obtížně. Podmínky jakostní výroby jsou zhoršeny tím, že se stoupající hmotností ingotu dochází při stávající technologické úrovni výroby k značnému zvýšení segregaôních účinků no žádoucích prvků, zejména fosforu a síry a se zvyšujícími se parametry výrobku dochází současně až k neúnosnému zvýšení požadavků na chemickou č i s t o t u . Jedny z nejdůložitějSích výrobků, které představují význačný nárůst hmotnostních i jakostních parametrů, jsou těžké výkovky pro energetické strojírenství, a to at so jodná o klasickou Si jadernou energetiku. Růst hmotnosti ingotů pro výkovky rotorů turbosoustrojí a pro tlakové nádoby v záv i s l o s t i na výkonu zařízení schematicky znázorňuje obr. 1. Přitom je božné, žo obsah nečistot, např. fosforu a síry se ů malých ingotů toleruje v rozmezí 0,020 - 0,030 £, ale u velkých ingotů se jednoznačně požaduje jejich obsah pod 0,020 J> a zpravidla i pod 0,010 fj. Velmi nízký obsah nečistot zejména u o c e l i pro jaderné reaktory, je určován tím, že oeol je velmi přísně posuzována jednak z hlediska přípustnosti defektů a jednak z hlediska pevnostního namáhání a radiačního poškození a tomu odpovídajícím požadavkům na mechanické vlastnosti* Zabezpočit všestranně celý komplex technických požadavků na jakost o c e l i pro rozhodující výrobky energetického strqjírcnotví je volmi náročné a vyžaduje soustavný výzkum a vývoj jak v oblasti technologie výroby o c e l i , tak i investiční výstavbu, umožňující realizaci výsledků výzkumu. Cílem výzkumných prací ve sledované etapě bylo posoudit i4Lv výrobních faktorů na chemickou Čistotu oceli a s t a t i s t i c ky zhodnotit výsledky docilované u velkých kovářských ingotů v současných výrobních podmínkách. 2 . Charakteristika výrobních faktorii or-livňujici chemickou č i s totu oceli Výrobní faktory, ovlivňující čistotu ocoli, se uplatňuj í jak v oblasti výběru vhodných surovin, tak i v oblasti technologie tavení oceli a odlévání ingotů* Vysoké požadavky na metalurgickou čistotu s minimálním obsahem síry, fosforu,

i¥0

- 3 -

i! ! i ; i;! ! j; i| I j :. : ! !
.

módi, kyslíku, činu, antimonu j arsenu, prípadne i kobaltu, si vyžádaly speciální prípravu základní vsázky do elcktroobloukových i siemensmartinských peci. Používá se poiSlivô třídfíný Šrot a svlásí připravená primární vsáska, obsahující minimální množství výuc uvedených nežádoucích doprovodných prvků. Specielní primární vsázku tvoří ingoty vyrobené rafinací jakostního šrotu a litiny v siemensraartinské poci a odlití do vhodného formátu pro vsázení clo sieraensmartiaských i oloktroobloukových pecí. Přodtovenó ingoty obsahují tnaximálnô 0,015 í° fosforu a oíryj m;;oí:r.tví ostatních prvlců jo upravonó tak, aby bylo možno dosáhnout cílové ohomické slození oceli pro určený výrobok. Základní skladbu vsásky do siomor sraartinských pecí tvorí 80 # kvalitního surového žžoloza (PVK, Ií-litina) a 20 $ pf-odtavených incotů a do elektroobloxilcovó po co 90 '„o pred tavených ingotu a 10 $ surového 2oleza* Popsaným spůsobom se potlai'ilo zajistit vsázlcu,umožňující na jedno strano zajistit požadovanou tavbovou chemickou íistotu a na druhé straně vytvořit konstantní podmínky pro raetalurciclcý procos vaoch taveb z hlediska vsázkových surovin. Technologie tavení oceli vychásí z ÚĽ oIného spojení a vzájomného působoní motalurGie 110 siemensmartinslcých a eloktroobloul'ových pecích. íla elektroobloulcových pecích se vytaví prodslitina, obsahující vwechny legující prvky s vySsTíí aktivitou ke kyslíku,neiš k žolcau a v siemenstiartinských pecích se vytaví neulrlidncná ocel. Pi;o<1slitina v olektroobloulcových pecích je komplexně logována, oxidační bazická struska má vysokou oxidační schopnost, závíSr oxidační periody se provádí kusovým hliníkem a redukíní perioda se zahajuje přísadou drceného ferosilicia a hliníkové krupice. Současně se přidává nískoulilíkový feroclirora. ICc zvýgeaí reaktívnosti redukoní struslej' so přidává karbid vápníku. Před odpichem se přidává část forosillcia do pece a zbytok do odpichové pánve. Teplota lásneš při odpichu musí být minimálnu 1 6^0 - 1650 °C. V sásaditú sientensmartinské peci se vyrábí neuklidněná ocel, t. j . ocel bez konečné desoxidace* Teplota lázně musí být minimálnu 1 6kO C a k aajiatční minimálního obsahu síry v tavenine nesmí její obsah v topném médiu překročit hodnotu 1 g/2ím3. Podmínkou žádoucí defosforisace a desulfurace je dostatečná bozicita (cca 5 f 0 - 8,5) a vhodná viskozita strusky, dokonale prohřátá lázeň s toDlotou okolo 1 650 °C a s intenzivním uhlíkovým varem (0,6 % O/hod). Odlévání ingotů se provádí sléváním martinské oceli a oloktrooceli přes mozipáiiev do koki,ly umístěné ve vakuován kesonu. Při odlévání se do pánve vypustí nejdříve eloktrooccl i s redukční struskou a do této taveniny se vypustí martinská iiouklidnčná ocel. Z této pánve so pak vypouotí ocel přes mezipánev do kokily v kesonu za podtlaku

10 - 300 Pa a při teplotě v rozmezí cca 1 550 - 1 600

C.

Podlo současného technického pojetí představuje ocel o vysoké metalurgické čistotě vždy ocel s minimální m obsahom vtněstků, bez defoktů nebo jen s volmi úzce vymezeným přípustným množstvím defektů struktury a s vysokou chemickou čistotou, t. zn. s předepsaným obsahem jednotlivých prvlíůj a to Věta lnou ve velmi úzkém tolerančním rosmozí a s m i nimálním obsahom plynů a dalších nežádoucích stopových prvků* K zabezpečení uvedených požadavků jsou dnes celosvětově jednak zdokonalovány stávající technologické procesy; vycházející z existujícího technologického zařízení, jednak jsou vyvíjeny a zaváděny nové speciální technologic s novými technologickými agregáty. Jednou z cest pro výrobu velkých kovářských ingotů o vysoké čistotě, která se navádí i v ČSSR, představuje rafinaco oceli v pánvi podle systému ASEA-SKF nebo FINKL-1I0HR (6, 7 ) . Odlišnost obou procesů spočívá v tom, že systém FINKL-MOIľl! má pouze jodnu stanici určenou jak pro vakuování, tak i pro ohřev, přičemž lázeň, se míchá vháněním argonu prodyšnou tvárnicí umístěnou na dně pánve, zatímco systém ASEA-SKF má dvě stanice a indukční cívku pro míchání lázně. Podstata obou systémů spočívá v dokonalé tepelné a chemické homogenizaci taveniny vlivem indukčního míchání nebo vhánění argonu do lázně, v dokonalém vakuovém odplynení, v možnosti libovolně regulovat teplotu, odpovídající termodynamickému stavu, při němž jsou právě požadované reakce (napr. dosulfuraee) nejúčinnější a v neposední řadě i v tom, že v pánvi může ocel setrvávat "libovolně*1 dlouhou dobu, aniž by došlo ke zhoršeni její jakosti. Kromě tohoto postupu jsou sledovány dalSi možnosti zlepšení technologie. Jedná se o optimalizaci metalurgického procesu, zejména ve fázi dezoxidace taveniny, který jednak minimalizuje obsah nežádoucích složek a jednak napomáhá k výskytu těchto složek, resp. fází, ve vhodném morfologickom uspořádání (globularizace karbidů, karbonitriiů, oxikarbidů, oxisulfidů a pod*)* Výše popsaná techncLogie kombinace bazického martinského a elektropecního pochodu s desoxidaci martinské ocole v pánvi, podmíněná přiměřeným výběrem vsázky, poskytuje možnosti i záruky pro výrobu vysoce jakostní oceli pro nejvíce namáhaná zařízení v energetickém strojírenství ve stávajících výrobních podmínkách metalurgicko základny. Tato metalurgie umožňuje v konstrukčních ocelíš typu CrMoV a CrNiMoV dosáhnout následující minimální obsahy nežádoucích prvků, a to i pro ty největší kovářské ingoty. max. max. max. max.

0,010 0,005 0,010 0,10

- 0,015 £ P a S % Sn a Sb # As ?» On

max. 0,020 Co max. Q,0Í» fJ O max. 0,0& £ N 2 cm3/l00 g H

Vzhledem k tomu, že obsah stopových prvkťi Sn, Sb, A s , Cu a Co je v podstatě určen jejich množstvím ve vsázkových

surovinách a v průběhu metalurgického proces;* i bčhom tuhnuti ao jejich obsah výrasnoji nemění a obsah plynů 0, N, H souvisí bezprostředně s úrovni dozoxidace a vakuového odplynení a pro dawný metalurgický proces jsou více č i méně jejich obsahy konstantní, je v dalším bádání zamořena pozornost na obsah fosforu a s í r y . Obsah těchto prvků je ovlivněn výrobními faktory jak bylo j i ž dříve popsáno a navíc u nich dochází 1; výrazné segregaci v průběhu chladnutí taveniny v kokile, což může podstatná zhoršit jakost oceli i v těch prípadoch, kdy jejich obsah podle tavbové analýzy vyhovuje tecliniekým požadavkům. Protožo značnou segragaci vzbuzuje i uhlík, který c i t l i v ě ovlivňuje volbu optimálního toplotniho ro&imu při t«polném zpracování, je do dalších prací zahrnut i tento prvok. 2 obr. 2 jsou zřojraé obsahy uvedených prvJců vo střední č á s t i ingotů o hmotnosti 135 * ( 8 ) . Z výsledků práce vyplývá, že rozdíly v obsazích prvfcťi směrem oď hlavy k půdě jsoii^VyuSitelnó Části ingotu přibližně 100 fí u uhlíku/C max. - C min. . i n r . ť< \ 70 # u fosforu Ciian. ' ' f a 130 í* u sir>-. Vztáhnome-li nalezené hodnoty k tavbovým analýzám, pak dostáváme tyto rozdíly v obsazích prvků a s i poloviční, ale i tak značně vybočují z předepsaného rozmezí pro tavbovou analýzu. Tyto rozdíly chemického složení u skutečných výrobků oď přodpisu tavbové analýzy značně komplikuj í a ztěžují podmínky vo výrobě při dalším zpracování polotovarů. V některých prípadoch musí dojít dokonce i k vyřazeni výrobku z další výroby, aby nodošlo k ohrožení spolehlivosti a boapočnosti provozu finálního výrobku. Dosavadní popsané výrobní faktory a výrobní technologie ovlivňují chemickou č i s t o t u taveniny, vytváří určité vstupní předpoklady pro zlepšení č i s t o t y o c e l i , ale ve svých důsledcích se nepodílí, a ani se nemohou podílet, na procesu tuhnuti o c e l i a tudíž neovlivňuji segregaci sledovaných prvků a jo j í škodlivé účinky. X ocel s vysokou chemickou čistotou v tekutém stavu má za stávajících podmínek odléváni a chladnutí podstatně zhoršenou jakost ve studeném ingotu. Sogregační jovy jsou zvláší příznačné pro volké kovářské ingoty, u nichž se s nimi vyrovnáváme jen velmi obtížně i při vakuovém odlévání ingotů, mnohdy za cenu ústupků v požadavcích na jakost. I při uplatněni moderních technologií, ovlivňující účinně proces taveni, bude v budoucnu stále aktuálnější problematika zvládnutí procesu řízené krystalizace, at j i ž to jo proces elektrostruskového přetavováni nebo svařováni, případně i jiné procesy. Eliminace účinků segregace v průběhu tváření ingotů je jen částečná vlivem difusního vyrovnávání koncentračního spádu při vysokých teplotách tváření* případně vliven odstranění nežádoucích sogregačních č á s t í ingotu, pokud to technologie tváření umožňuje . Chemická čistota velkých kovářských ingotů jo rozhodujícím způsobem ovlivněna právě homogenitou a nízkým obsahem siry a fosforu v tavenine i v hotovém výrobku a případně též homogonitou uhlíku. Proto je rozboru těchto faktorů věnována v další č á s t i mimořádná pozornost s hlediska s t a t i s tického hodnoconi a pravděpodobnosti výskytu nežádoucích

- ó otavů, 3. Statistické vyhochgooeui chemické heterogenity uhlíjai, síry a fosforu Statistickérau vyhodnocení byly podrobeny kovávst:é ingoty o hmotnosti 8f> t - 32 ks, 110 t - 15 ks a 135 t - 45 ks, Cellrcra bylo vyhodnoceno 92 ks ingotu n jediného typu oceli CŕMoV s předepsaným obsahom uhlíku v tavbové analýze 0 f 13~ - 0,18 #, síry a fosforu max. 0,025 1». Výsledky z oceli typu CrlíiMoV do statistického hodnocení zahrnuty nebyly, neboí neposltytovaly dostatočnou četnost (6 případů), lyto hodnoty so vztahují k ingotům o hmotnosti 200 t a podle tavbových analýz se obsah uhlíku vyskytoval v rozmezí 0,13 - 0,17 /», obsah síry v rozmezí 0,003 - 0,018 :•• a obsah fosforu v rozmpzí 0,009 - 0,011 %>, Nutno však pod o tlen out, že u ocoli CrNiMoV byla uplatněna zvláštní technologická opatrení pri výběru vsázky směrující k dalšímu snížení obsahu síry a fosforu, a to v jedné alternativě na max. 0,010 ;í S 1 P. Docílené výsledky pravděpodobnosti výskytu uhlíku, síry a fosforu jsou statisticky vyhodnoceny na obr. 3, 4 a 5« Při studiu statistického rozložení sledovaných prvků se ukázalo, že pravděpodobnost výskytu určitého množství prvku je na velikosti ingotu v sledovaném hmotnostním rozmezí 85 - 135 t téměř nezávislá. Pouze u uhlíku bylo možno pozorovat nepatrnou tendenci k častějšímu výskytu vyšších hodnot joho obsahu u ingotu hmotnosti 135 t. Z hlediska statistického hodnocení však je tento vliv zcela zanedbatelný* Podobně i při posuzování vlivu místa odběru se prokázal velmi blízký průběh křivek četnosti jak pro analýzy hlavové části, tak i půdní části ingotu, a to co do velikosti i polohy maximální četnosti. Nutno však zdůraznit, Se ve většině případech so jednalo o duté výkovky tvaru prstenců, u nichž středové části ingotu se zvýšenou segregací jsou odstraňovány děrováním. 4, Závěr 27a základě výsledků docílených u souboru 92 provozních taveb určených k výx*obě velkých kovářských ingotů o hmotnosti 85 - 135 t, prípadne i 200 t, lze konstatovat: a) Použitá metalurgie výroby oceli typu Cr Mo V i CrNiMoV, využívající "kombinace bázické oartinlké neuklidněné oceli s clektroocelí, umožňuje v daných výrobních podmínkách zajistit požadovanou chemickou čistotu. b) V sledovaném rozmezí hmotnosti ingotů 85 - 135 t se výraznějším způsobem neprojevil vliv velikosti ingotu, ani místa odboru (hlava, půda) na rozloženi křivky četnosti. c) Křivko četnosti tavbových analýz uhlíku a síry vykazuje maximum při vywších hodnotách, než-li krivica četnosti analýz 2 kusu (posunutí činí cca 20 l,o) . Maxima křivek četnosti fosforu odpovídají stejnému obsahu v tavbové analýze i analýze z kusu. tí) läasima křivek četnosti se vyskytují piŕi následujících hodnotách obsahu daného prvku: obsah ulili ku - tavbová analýza: 0,17 ^ - analýza z kusu: 0,l4 - 0 f l6 fá obsah síry - tavbová analýza: 0,020 £ - analysa z kusu: 0,015 - 0,016 ^>

- 7G,0l4 *-> obsah fosforu - tavbová analýza: ý , analýza z kusu: 0,01^ 5£ - analysa * o) Při dodrženi předopsanálio rozmezí obsahu CfeiS v tavbové analýze nelze poskytnout 100 $ní záruku k zajištěni stejného rozmezí obsahu v analýze z kusu. Ulilík vykazuý ojedinělé případy nepatrného rozptylu hodnot při podkročení a přokroSení dovoleného rozraezí /+ 0,01 # \ a síra ojediněle překrai - 0,03 *!/ Suje dovolenou hranici až o + 0,004 *o. f ) Technologie děrování ingotu při výrobS dutých výkovků v e l mi přiznivo ovlivňuje chemickou heterogenitu výkovku a podstatnS omezuje Škodlivé úCinky segregace ulolilcu, siry a fosforu. 5 . Literatura, (1) Onodero S. a k o l . : Materials for Power Engineering i n Japan (sympózium, Tokyo, 1977) (2) Kawaguchi a k o l . : Challenge to Manufacture of Large Forcings from 500 Mitric ton Steel Ingots (Mezinárodní konference, Pařía, 1975) Í3) Ocoli a s l i t i n y pro jadernou energetiku (Sborník referátů zo semináře, ČSVTS ÚVZÔ o. p . Skoda, Plzeň, 1979) (k) Výroba o c e l i o vysoké č i s t o t e (Sborník referátů z konference, ČSVTS ŮVZÓ o . p. Skoda, Plzeň, 1978) (5) Kle tečka Z., BaráSková L., Kepka M., MatSjovic K,, Mocok J . : Chemical inhomogenoity of large forging ingots (Fourth International Conf., England, 1980) (6) Firemní katalog ASEA - SKF

<

(7) Kepka M.: Rafinace a odlévání vellcých kovářských ingotů, Hutník, S . 2/1978 (8) Matejovic K., Jelša J . : Výzkumná zpráva Skoda, M - 325 - 78. 1978.

.Jaroslav Indra,CSc,k.p. Skoda Plzeň,ZES Ing.Lydie Baráčková.k.p, škoda, Plzeň, ÚVZÚ1 VADY V POLOTOVARECH PRO DÍLY TLAKOVĚ N A D C B Y REAKTORU W E R 440 Výskyt vad indikovaných ultrazvukovou zkouškou v polotovarech pro tlakovou nádobu reaktoru W E R 440 v souvislosti s technologii ošetřováni hlav ingotu Z 135 * oceli 15CH2MFA. Metody aplikované při průzkumu a identifikaci těchto vad, příklady rozměrů vad, chemického složení nekovové hmoty tvořící vady a dokumentace* Opatření provedená ve výrobě - úprava odseků. V fis. podmínkách Je k výrobě dílů tlakové nádoby reaktoru W E R 440 používáno mj. i 5 ks ingotu I 135 o hmotnosti 135 200 kg, z nichž 2 ks z oceli 15CH2MFA určené na hladký prstenec dlouhý a hrdlový prstenec dolní jsou využity na maximum povolené technologickou směrnicí výrobce ingotu. V sovětské praxi jsou uvedené díly vyráběny z ingotů o hmotnosti 147 500 kg. Sériovou výrobu ingotů I 139 si vynutila Jaderná energetika, jejímu zavedení však stály v cestě objektivní překážky, zejména nosnost jeřábu v licím poli 125 t a přepravitelnost ingotu z ocelárny k.p. Skoda do kovárny o.p. VÍTKOVICE stávajícím vagónem pro přepravu teplých ingotů 8 nedostatečnou ložnou délkou i nosností. Neodkladná potřeba ingotů I 135 vyžadovala rychlé vyřešení naznačených problémů a tak bylo přistoupeno k výrobě ingotů s hlavou zkrácenou,avšak exotermicky ošetřenou. Po odlití 125 000 kg oceli se hladina v nedolité hlavě ingotu pokryla neutrálním zásypem a potom exotermickým zásypem. Exotermické ošetření hlavy ingotu umožnilo v postačující míře snížit hmotnost a zkrátit délku ingotu. Ve světové praxi je exotermické ošetřování hlav ingotů používáno. S ohledem na existenci sedimentačního kužele bylo by žádoucí zvětšit půdní nástavec, ale z přepravních důvodů je tč. poddimenzován. Vadv po exotennlckém ošetření hlavy ingotu Po úspěšném odlití a zpracováni několika ingotů I 135 s exotermicky ošetřenou zkrácenou hlavou byly u polotovaru hladkého prstence dlouhého /č. tavby 19672/ při kontrole ultrazvukem objeveny vady v nepřípustné velikosti a četnosti a ve vzdálenosti 500 - 700 mm od patní strany se neleskla oblast vad, místy propojených v sou-

45-1

"fôi

- 2 Vislou necelistvost. Do výšky 800 mm od patního konce polotovar nevyhověl požadavkům technických podmínek, ve zbylé části o výšce 2190 mm nebyly však při předepsané citlivosti Dn «• 2,2mm a ani při zvýšené citlivosti Dn = 1,6 mm, nalezeny žádné indikace; protože jakost materiálu vyhověla všem požadavkům technických podmínek včetně doplňkových zkoušek, bylo možno tuto část polotovaru využít pro jiný prstenec tlakové nádoby. Obdobný výskyt vad, ale v menším rozsahu se opakoval. Šlo o pásmo vad při vnitřním povrchu ve výši cca 600 mm od patního konce s přidruženými menrími oblastmi vad a větším počtem jednotlivých vad. Byly proto z odpíchnutého zbytku polotovaru /č.tavby 19672/ odebrány zkušební vzorky reprezentující pásmo vad, malé oblasti vad i jednotlivé vady, a to za účelem identifikace vad vcetnř určení jejich původu a také posouzení jairosti materiálu v okolí vad. K tomu účelu byly aplikovány v menším rozsahu některé dále uvedené pracovní metody. Po zhodnocení výsledků bylo odvozeno, že pásmo vad je tvořeno necelistvostí vyplněnou jednak kompaktní hmotou, jednak práškovým podílem téhož charakteru. Menší oblasti vad i jednotlivé vady jsou v podstatě také necelistvosti vyplněné ulpívající kompaktní hmotou bez práškového podílu. Hmota v necelistvostech je exogenního původu, obsahuje oxidy CaO, MgO, A12O,, Na 2 0, K 2 Q a Ti0 2 , z nich? některé se vyskytují ve strusce, avšak i v zásypechk .ošetřování hlav. Nalezená množství a obsah T10 2 odpovídají tepelně izolačnímu zásypu. Bezprostřední okolí pásma vad charakterizováno je neobvykle vyrokým obsahem oxidických vměstků /až 0,09%/, kdežto v oblastech oceli mimo vady je jeich obsah nízký /cca 0,006%/. Trhliny při vadách a jejich okolí zjištěny nebyly. Po přihlédnutí k odvozeným poznatkům bylo exotermické ošetř* vání zkrácené hlavy ingotu I 135 nahrazeno odlévanou hlavou; po splnění funkce je hlava zkrácena řezáním kyslíkem. Skutečnost, že vady popsaného typu se v polotovarech již neobjevují, svědčí o odstranění příčiny jejich vzniku.

i

--3 -

Vady vyskytující se p ř i stávající technologii * V sériové výrobě se ojediněle vyskytují vady i u prstenců z ingotu I 135 s normální hlavou. Byly nalezeny již p ř i informativní ultrazvukové kontrole polotovaru ve stavu žíhaném a ohrubovaném, vesměs při patním konci, zpravidla při vnitřním povrchu jako jednotlivé vady a menší oblasti vad. Postiženy byly polotovary hladkého prstence dlouhého a hrdlového prstence dolního, t . j , polotovary, u nichž využití ingotu dosahuje maxima, •'•yto případy byly řešeny náhradním využitím polotovaru. Typickým a přitom až dosud nejvíce postiženým byl polotovar hladkého prstence dlouhého /č.tavby 25813/, u něhož se do vzdálenosti až 390 mm od patního konce nalezlo 15 ojedinelých vad a 7 menších oblastí vad. Protože polotovar v rozsahu výšky 2600 mm všestranně vyhověl požadavkům technických podmínek i doplňkovým zkouškám, byl využit k výrobě hladkého prstence krátkého, '•,

S cílem stanovit charakter indikovaných vad byl připraven z některých výkovků experimentální materiál odvrtáním na jádro

i i

podle souřadnic ultrazvukových nálezů, V některých případech bylo provedeno zpřesnění polohy vad rentgenovými snímky,

j

} >

Pracovní metody použité k identifikaci vad Poznatky z makroskopického posouzení jedné povrchové vady vedly ke zjištění, že se opět nejedná o trhliny, ale o necelistvosti vyplněné nekovovou hmotou. Podle toho byla provedena volba pracovních postupů vhodných pro analýzu nejen těchto vad, ale hlavně vad vnitřních. S ohledem na požadavek porovnání výsledků ultrazvukových zkoušek $ výsledků materiálové analýzy co d velikostních parametrů, bylo provedeno zjištování tvaru a velikosti tfchto necelistvortí. Pro tento účel bylo provedeno řezání radiálních vývrtů až na hranoly o rozměrech 12x12x60 mm, měření vad na řezných plochách pokud se objevily a jejich rozměrová bilance. Nřkeré z takto získaných hranolů bylo možné rozlomit statickým ohybem tak, aby se necelistvosti uplatnily vrubovým účinkem. Takto hmota mohla být ze vzorků sejmuta a chemicky analyzována. Povrchy necelistvosti byly potom vyšetřovány metodou řádkovací elektronové mikroskopie. Optická mikroskopie byla aplikována p ř i vyšetřování menších vad a při vyšetřování zakončení vad hrubších. Dá]e se týkala sta1SÔ

- 4 novení inikrostruktury a mikročistoty oceli v okolí vad a zahrnovala také měření rozměrů vad. Zvláštní důraz byl kladen na přechod mezi hmotou vyplňující necelistvost a základní materiál, především na vyšetření výskytu trhlin v základním materiálu. Jako hlavní experimentální metoda bylo zvoleno elektrolytické rozpouštění kovové matrice za takových elektrochemických podmínek, aby,nedošlo k narušení hmoty tvořící vady. Tento způsob umožnil zjistit existenci vad nezískaných řezáním na hranoly, ale indikovaných ultrazvukovou zkouškou, dále bylo možné zjistit hloubkľ vad, získaných na řezech, především však bylo možné provést chemickou analýzu hmoty po rozpouštění kovové matrice a odlomení hmoty. Současně byla prováděna chemická analýza oxidických vmĚstků, které se při rozpouštění matrice uvolňovaly a shromaždovály v anodickém zbytku. Zpracování anodického zbytku bylo prováděno obvyklým způsobem,tzn. po promytí a odstranění koloidní kyseliny křemičité byl,proveden oxidační rozklad v prostředí H^SO^, tavení a příprava zásobního roztoku pro spektroíotometrické stanovení Si,Al,Fe,Mn,Cr ve stabilních vměstcích. Modifikovaného postupu bylo použito při zpracování hmoty tvořící vady, a sice po zhomogenizování drcením bylo provedeno alkalické tavení ve směsi boraxu a sody, ale většinou v boritanu litném, aby mohly být stanoveny obsahy alkálií. Za přesného dodržování koncentračních poměrů tavidel, kyselin a vody vzhledem k navazovaným množstvím hmoty byly připraveny zásobní roztoky. Vzhledem k malým navážkám v rozmezí 0,008 - 0,1 g byla analýza prováděna metodami atomové absorpční spektroskopie s použitím postupů vypracovaných pro analýzu striisek. ;

Chemicky obtížně stanovitelné obsahy kyslíku a síry byly semi- . kvantitativně určeny elektronovou mikroanalýzou, podobně .jako některé další prvky, a to plošnou analýzou vybraných, míst hmoty.Vzhledem k její značné heterogenite byla bodová mikroanalýza aplikována v menším* rozsahu /1,2/» Dosažené výsledky a diskuze Objemové a morfologické posuzování vad vedlo ke zjištění, že nekovová hmota byla při tváření deformována do plochých útvarů o různě velkých plochách převážně v rozmezí 30 - 200 mm 2 . Tloušíka

- 5 těchto útvarů byla zjišíována do 0,5mm, ojediněle až 0,9mm. Příklad objemového hodnocení z jednoho výkovku je uveden v' t a b . I . DokumEntáce ,*je uvedeno na obr.1. Skutečná velikost vad byla větvinou větší než indikovaná náhradní velikost. Po rozlomení vzorků s většími vadami a po mechanickém odstranění hmoty byly metodou ŘEM zjištřny její zbytky na površích necel i s t v o s t í . Byl patrný její amorfní charakter, značná heterogenita i vyloučení morfologicky odlišných částic /obr.2/. Na nepříznivé ovlivnění oceli v okolí necelistvostí nasvědčují pásma křehkého lomu /obr.3/.Vyšetřování zaměřená na přítomnost t r h l i n byla negativní me~ todamjjŘEM i optickou mikroskopií. Ocel v blízkém okolí necelistvostí byla silně zneiSištŕ'na hrubými vměstky, takže hodnocení mikročistoty podle GOST odpovídalo stupni 5. Tab.II, uvádí výsledky analýzy oxidických vměstků z oceli v okolí vady označené 4 a vady označené 26 z jednoho výkovku. Vzorky 4,2,4.5 a 4.8, které představují hranoly, se vyznačují ?.výšeným obsahem vměstků v okolí vady, která byla zjištěna ve vzorku^.9. Vysoký obsah vměstků byl zjištěn v okolí vady 26, která byla zachycena ve vzorku 26.7. Je pozoruhodné, že přítomnost vad se projevila v obou případechzvýšoným obsahem SiOp a MnO. V některých případech nastalo také oduhličení oceli, což se projevilo přechodem na feritobainitickou mikrostrukturu /obr.4/. Metoda anodického rozpouštění kovové matrice se velmi osvědčila při získávání hmoty z vnitřních necelistvostí jak je dokumentováno na obr.5 a 6. ^e třeba podotknout, že tímto způsobem získaná hmotn a hmota po rozlomení vzorků,tj. bez působení elektrolytu, se při chemické analýze shodovala. Výsledky chemické analýzy t é t o hmot y , uvedené v t a b . I l l , jsou komplikované a neukazují jednoznačně na některý z možných zdrojů znečištění oceli částicemi exor-enního původu. Podle obsahu kysličníků Ca^ a MgO lze vyloučit, že by pouze pecní struska tvořila tyto vady. Exogénni charakter ink luz í v necelí istvostech je evidentní, ale je patrná i přítomnost endogenních vměstků, např. podle síry prokázané elektronovou mikroanalýzou. V souvislosti s určením původu analyzovaných vad je třeba opět uvažovat technologii ošetřování hlav ingotů. V případě uvedených t a veb však bylo použito pouze křemičitého písku takovým postupem, že nemohlo dojít k jeho spadu do půdní části ingotů. Nejpravděpodobnější

Je původ vad je zě žáruvzdorných materiálů. Je třeba předpokládat následné difúzni reakce mezi ocelí a žáruvzdornou hmotou v průběhu tuhnutí a chladnutí oceli a p ř i opětovných ohřevech na tvářecí teploty. Nasvědčuje tomu především zvýšený obsah manganu ve hmotě, který reaguje se složkami na bázi SiO 2 a A12O, za tvorby galaxitu MnO.Al2O3 nebo Mn-anortitu MnO.Al2O5#2SiO2. Morfologicky vyvinuté částice v amorfní hmotě inkluzí mohou být s p i n e l y - AlgO,, oxidy Cr 2 0, nebo XMnO.YC^O,. Údaje o chemickém složení nekovových částic exogénni ho původu ve velkýchingotech, uvedené Hochsteinem /3/, se vyznačují vysokým obsahem MnO až 31%pokud pocházejí z žáruvzdorných hmot a obsahem CaOaž 19% pokud jde o částice struskové. Po přihlédnutí k odvozeným poznatkům byla učiněna následující opatření: - byl zpřísněn dozor nad dodržováním stanovené doby odstatí oceli v pánvi a byla upřesněna l i c í teplota o c e l i . • - byla optimalizována velikost odseků z t ě l a ingotů tak, že odsek při hlavě byl zmenšen na minimum, cca 100 mm, nezbytné pro bezpečné odstranění materiálu překované hlavy, odsek při patě byl zvětšen na maximum, t j . na 250 mm.

Závěr Požadavek na výrobu ingotů o hmotnosti 135 tun a větších je provázen úsilím o dosažení jejich maximálně možné jakosti. Potlačení existence segregací a nekovových vměstků endogenního p\°ivodu je omezeno fyzikálními zákonitostmi při tuhnutí legovaných ocelí, ovšem výskyt defektů, které byly v uvedené práci analyzovány, je třeba minimalizovat vhodnými opatřeními při metalurgii slévanou technologií, kterou jsou velké ingoty v ČSSR vyráběny.

ÍSC

- 7Literatura / 1 / Čacľiová, D.: Technické protokoly VZM, ÚVZÚ, o.p. ŠKODA /1977-30/ /2/ Siránský,K.: Technické protokoly, Výskumný ústav 023,Brno /I977/ 7 3 / Hochatein,F.:Stt»hl u.Eisen 95 /1975/ 5.17,

Text k obrázkům.

r..777

V-.v":'. v

. :• .

r >

í

0br.1 # Část velké rozsáhlé vady před unodickvm rozpouatrním vzorku. Zvětš. 2,4x. Obr.2. Zbytky amorfní oxidické hmoty s patrnými částicemi po rozlomení vzorku. ŘEM,200x. Obr.3. Pá^mo křelikého lomu navazující

na necelistvor-t. Zvř-t.ň. 3x.

Obr.4. Feritobainiticka mikrostruktura v okolí vady, tvořené ini.luzí heterogenní oxidické hmoty. Lept. n i t a l , 10QK. Obr.5. Vzorek s vadami po anodickém rozpouštění kovové matrice. ZvoLš.1,5x. Obr.6. Dokumentace inkluzí po anodickém rozpouštění kovové matrice. Zvotš. 2,3x.

Ing. Jiří Hrubý CSc Ústav jaderného výzkumu, Sež

VLIV

VODÍKU

NA

NÍZKOLEGOVANOU

OCEL

V referáte jsou uvedeny výsledky vlivu vodíku na nízkolegované ocele po katodickém návodíkování hladkých zkušebních vzorků. Statické zkoušky v tahu se prováděly na trhacím stroji Instron s

při é. 8|3*1O

s"" • Za stejných experimentálních podmínek dochá-

zí k rozdílnému snižování plasticity ocelí. Po ozáření ocelí v reaktoru WR-S v Řeži při ozařovací teplotě pod 124°C fluencí l,6.lO23n/m2 E n > 0 , 5 MeV dochází u CrMoV ocelí k čtyřnásobnému zvýšení obsahu vodíku po katodickém navodíkování ve srovnání s neozářenými zkušebními vzorky.

V současné době jsou ve světě výrobně zdokonalovány nízkolegované ocele pro reaktorové tlakové nádoby jaderne-energetických zařízení. Hlavní pozornost se věnuje otázkám čistoty a legujícím prvkům ve vztahu k radiaci / I / . Svědčí o tom práce Nikolaeva a Badanina /2/t kteří sledovali vliv hlavních legujících prvků /C, Mn,Cr,Ni,Mo/ u nízkolegované CrNiMoV ocele s vyšším obsahem mědi, síry, fosforu, antimonu a cínu. Byrne / 3 / referoval v Richlandu o vlivu mědi v oceli A 533-B. Dosáhlo se zlepšení radiační odolnosti při teplotě ozařování 288°C u ocelí se sníženým obsahem mědi# Práce představuje vyhodnocení ocelářské praxe a limituje maximální obsah mědi na 0,06 hmot.%. Matsuyama / 4 / studoval vliv mědi na radiační křehnutí a dospěl k závěru, že zlepšení mechanických vlastností se dosáhlo přídavkem titanu až do;0,4 hmot. %, přídavky hliníku a křemíku nebyly tak účinné, Spitznagel / V pozoroval po ozáření neutrony slitinu železa s 0,34 hmot.,% mědi

- 2 strukturní nedokonalosti a soudí, že radiační křehnutí je způsobeno mědi stabilizovanými dutinami* Na vliv cínu, zvláště při katodickém navodíkování, a na jeho dvojí-úlohu bylo upozorněno již dříve /6/. Uvádí se, že se zvětšujícím legováním stoupá sklon k vodíkovému křehnutí /7»8/» Vliv základních legujících prvků na vodíkovou křehkost sledoval Kozlov a Kiselev / 9 / pro výběr optimálního obsahu každého prvku* Uhlík, mangan snižuje značně kontrakci a tažnost, zatímco křemík, chrom, molybden a nikl snižují plastičnost velmi málo* Závislosti nejsou jedoduché a mají svá maxima. I když zásadní výběr ocelí pro RTN byl proveden, přece stále se sleduje vliv čistoty ocelí, protože vždy některé údaje chybějí ke komplexnímu hodnocení nebo jsou protichůdné* Při posuzování vlivu vodíku se pozornost v předradiačním výzkumu soustřeďuje: 1/ na vliv geometrie a povahu nukleačních nečistot 2/ na počáteční kinetiku ovlivnění ocele vodíkem*

'

Jsou hlavně sledovány fyzikálně metalurgické faktory, protože u všech ocelí existuje nehomogenní distribuce částic, proto i vodíku s jeho záchytnými místy* .Je snaha sledovat vliv komplexní dezoxidace, teploty dezoxidace a vliv vzácných zemin na rozložení a tvar vměstků. Někdy se pozoruje hromadění vodíku /10/ v uspořádaných řadách přes hranice ferit-perlit nebo příležitostně i feritferit* Dochází ke

koalescenci vodíku jeho precipitací a vytváře-

jí se trhliny převážně ve válcovací rovině, jejich Síření probíhá mnohem rychleji kolmo na válcovací směr* Katodické navodíkování, které bylo použito pro posouzení vodíkového křehnutí, představuje uvedení velkého nerovnovážného 163

/50

- 3množství vodíka do zkušebních tahových vzorků. Nashromážděný vor?dík může a/ uniteat vnějším povrchem b/ vzájemně reagovat nebo být zachycen krystalografickou mřížkou nebo jejími defekty c/ rekombinovat rozpuštěný vodík na molekulový na záchytných místech a tak zvýšit jeho množství, což způsobuje zvýšení vnitřního tlaku a místní mřížkové koncentrace vodíku. Doposud bývají uváděny dva nejobecnější případy vlivu vodíku na lomy a to: 1/ vodík urychluje změnu způsobu lomu nejčastěji změnou tažného na křehký

nebo

2/ vodík snižuje tažnost bez spojení se změnou lomu. První případ se vyskytuje nejčastěji u ocelí s vysokou pevností, kdy vodíkové zkřehnutí je dáno při zatížení rychlým šířením křehkého typu trhliny, ale nemusí být vždy ve své povaze intergranulární. Druhý případ je Častější u ocelí s nižší pevností, kde vodík je příčinou procesů tažných lomů jako je mikrodutinová koalescence. Široké spektrum fraktografických struktur, spojených s vodíkovým zkřehnutím, znesnadňuje využití zjevu zvláštního typu lomu jako důkazu, že proběhlo vodíkové zkřehnutí ocele, EXPÍÍRIIVIJÍNTXLNÍ

ČÍST

Experimentální materiál byl dodán o.p. Škoda ZVJE. Qcel_A - válcovaná - tepelně zpracována. Chemické složení v hmot.%: O.135C} 0,45 Mnj 0,20 Sij 0,007 P} 0,010 Si 2,17 Crj 0,05 Cli* 0,57 Mo} 0,115 Vj 0,003 Asj 0,008 Coj 0,002 Alj 0,003 Ti} 0,007 Nj 0,003 0 2 i^0,0002 Pbj 0,001 Sbj^0,0005 Snj 1,26 Ni. 2£Si_i ~ kovaná - tepelně zpracovaná. Chemické složení v hmot.%i

- 40,15 CJ 0,46 Mnj 0,19 Sij 0,012 Pj 0,021 S} 2,79 Crj 0,10 Cuj 0,09 Nii 0,65 Mo» Oi32 Vj 0,002 As§ 0,006 Coj 0,001 Alj 0,002 Ti i 0,008 Ni 0,003 0 2 i 0,0008 Pbj 0,004 Sbj 0,002 Sn. Qcel_C - válcovaná - tepelně zpracovaná. Chemické složení v hmot,%; 0,15 Cj 0,44 Mnj 0,27 Sij 0,010 P* 0,012 Sj 0,21 Cuj 0,19 Ni j 2,67 Crj 0,61 Mo; 0,29 V} 0,020 AIj 0,013 Co} 0,002 Ti^< 0,0005 Pbj 0,016 Sni 0,0018 Sbj 0,0095 Asi 0,009 Nj 0,0095 02» Ocel_g - válcovaná - tepelně zpracovaná* Chemické složení v hmot.%: 0,18 Ci 0,36 Mni 0,31 Si* 0,012 Si 2,78 Crj 0,20 Ni} 0,09 Ca} 0,58 Moj 0,29 V.

K navodíkování bylo použito elektrolyzéru s 2,5 litrovým objemem elektrolytu 1 N H 2 S0- s přídavkem 30 ppm ASgO, jako katalyzátoru. Bylo použito jednotné úpravy vzorku: broušení brusným papírem 600, odmaštění chloroformem, praní v ultrazvukové pračce v chloroformu, několikanásobným oplachem v bezvodém metanolu a ponechání v něm před navodíkováním. Použitá proudová hustota pro hladké zkušební tyče ocelí A a B byla 10, 30, 50, 100 a 300 A/m , doba navodíkování 1,5 hodiny. Před navodíkováním byl vzorek vysušen studeným wzduchem. Po navodíkování a několikanásobným opláchnutím metanolem byly vzorky rovněž vysušeny studeným vzduchem a do 3 minut vloženy po navodíkování do kapalného dusíku. Ve speciálních Dewarových nádobách s olověným stíněním byly uschovávány v kapalném dusíku i ozářené vzorky.

Statické zkoušky v tahu hladkých zkušebních vzorků se provéděly na trhacím stroji Instron při£= 8,3.lo"4s

• Zvolená po-

čáteční rychlost deformace se pro uvedený typ vzorků osvědčila 4GS

ISA/

- 5 již dříve /li/, proto byla užívána i nadále. Vzorky po vyjmuti z kapalného dusíku byly vždy vytemperovány během 5 minut v metanolu a podrobeny statické zkoušce v tahu. Výchozí hodnoty

: R p O,2 580 +JJ MPaj Rffi 675 lf° MP»i Affl 7,2 +J|

A 20,9 tjjj %i Z 76,3 tfj° *• 6

s

V

2

'5 2 7 - 1 8 ilíPai R m ^ ^ SM P a > A m 7 » 2 t § ^ % i

A 20,1^° % i Z 76,3!fj5 %. Na obr.l. jsou vyneseny naměřené hodnoty celkové tažnosti v závislosti na zvyšující se proudové hustotě. Rovněž na obr.l. je vynesen i únik vodíku za 4 a 20 hodin v bezvodém metanolu. Ocel C prokázala téměř stajný pokles plasticity jako ocel B

a

na obr.l. není vynesena. Bylo možno pozorovat po katodickém navodíkování nepatrné zpevněni ve srovnání s výchozím stavem u oceo

li A a B. Již při nízké proudové hustotě 10 A/m

poklesly podstat-

ně hodnoty celkové tažnosti A, nerovnoměrné tažnosti /A-A / a kontrakce Z. Obsah vodíku se pohyboval kolem 3 ppm v dříku zkušebního vzorku po tahové zkoušce. Při vyšších proudových hustotách 30 až 100 A/m

dochází k dalšímu poklesu těchto hodnot. Po-

kles však není tak prudký a obsahy vodíku jsou kolem 3 až 4 ppn. Celkové snížení plastických vlastností u ocele B je větší ve srovnání s ocelí A. Na obr.2-. jsou vyneseny obsahy vodíku po katodickém navodíkování ozářené ocele C v závislosti na teplotě isochronního žíhání. Radiací vzniklé povrchy mají schopnost obsorbovat 4 krátě více vodíku u ocele C a D než tomu bylo za stejných podmínek katodického navodíkování neozářené ocele. Z ozářené ocele,katodicky navodíkované á vakuově žíhané /24 hod. - 300°C, 6,6 mPa/ lze snížit obsah vodíku téměř k výchozímu obsahu /O,9 - 1,1 ppm/.

- 6 Závěr. 1/ CrNiMoV ocel /A/ vykázala menší pokles plastických vlastností po katodickém navodíkování než ocel /B/ - CrMoV. 2/ Při obsahu kolem 3 ppm vodíku v dříku zkušebního vzorku po tahové zkoušce pokles celkové tažnosti u ocele /B/ představuje jednu třetinu, zatímco u ocele /A/ je pokles pouze jedna pětina. Kontrakce se sníží u ocele B téměř o jednu polovinu a u ocele A o jednu čtvrtinu. 3/ Absorpce katodického vodíku u ozářených vzorku ocele C a D /fluencí l,6.1023n/m2, E n > 0 , 5 MeV, T Q < 124°C/ je 4-kráte vyšší než u neozářených vzorku, navodíkovaných za stejných podmínek. 4/ I když tahová zkouška představuje malou část složitého spektra namáhání HTN, presto poskytuje posouzení vodíkového křehnutí změnou plasticity při pomalé rychlosti deformace. Poděkování. Autor děkuje Ing.R.Axamitovi, Ing.P.Novosadovi a I.Kábrtové z ÚJV a J.Komínkovi posluchači VŠB za experimentální spolupráci.

- 7 Literatura /I/

Si£EDT F.A.Jr, WATSON E.: Metallurgical Transitions Vol.3 /August 1972/, str.2065-2073

/2/

NIKOLAEV V.A.,BADANIN V.I.i Metaloved.Ter.Obrab.Met. /Srpen 1979/ No 9 str.21-22

/3/

BYRNE S.T..KOZIOL J. J. , HAWTHORNE J.R.: ASTIU STP No 683 /1978/ str.235-25I /9.Inter.Symposium on the Effects of Radiation on structural Materials Richland WA USA ll.Jul.1978/

/4/

MATSUYAMA K.: J.Nucl.Mater. /1979/ Vol.80 /l/ str. 57-68

/5/

SPITZNAGEL J.A.: Metali.Trans.A /Dec.1978/, Vol.9 /12/,str. 1761-4

/6/

HRUBÝ J.: Zpráva UJV /1978/ str.7, ÚJV-4595 M

/7/

DUEOVOJ V.Ja.: Flokeny v stali. M.Metallurgizdat 1950

/8/

KAEPENKO G.V.iKRIPJAKEVIČ R.P.: Vlijanije vodoroda na svojstva stali. M.Metallurgija 1962

/9/ KOZLOV R,A.,KISELEV Ja.N.: Svarečnoe proizvodstvo No 3,1977 str.7-9 /10/ SHEWMON: Hydrogen attack of steel.Progress Report /Jan.1980/ -COO-2872-03 /Íl/ HRUBÝ J.,VACEK M.: Zpráva ÚJV /1978/, UJV-4436 M

Seznam^obrázků Obr.l. Vliv katodického navodíkování n© celkovou tažnost hladkých tahových vzorků. 0br,2. Obsah vodíku u ozářené CrMoV ocele C./Katodické navodlkování a vakuové žíhání 2 hod.r 6,6 inPa/

1cg