A forró szívósság az acélok mechanikai tulajdonsága, amely meghatározza azok viselkedését magas hőmérsékleten, különösen az öntés és az azt követő hőkezelési folyamatok során. Az acélok forró szívósságának vizsgálata kulcsfontosságú a folyamatos öntés során előforduló különféle hibák, például a transzverzális repedések megelőzése érdekében. Az ilyen repedések kialakulásához vezethet az öntési hőmérséklet, a hűtési sebesség, valamint az öntött acélok mikrostruktúrája közötti interakció.

A folyamat során, amikor az acélt folyamatos öntés segítségével alakítják, különböző fázisok jelennek meg, amelyek befolyásolják a forró szívósságot. Az acélban lévő nitridek és karbonitrid csapadékok hatása az öntési eljárás minőségére különösen fontos, mivel ezek a mikroszerkezeti jellemzők döntően befolyásolják a végső mechanikai tulajdonságokat. Az öntés során történő hűtési sebesség és a precíz hőmérsékletkontroll segíthet csökkenteni a forró repedések kialakulását, amelyek jelentősen rontják az acél minőségét és megbízhatóságát.

Ezen kívül a különböző ötvöző elemek, mint a titán, nióbium és vanádium, szintén befolyásolják az acél forró szívósságát. A titán és nióbium jelenléte különösen fontos, mivel ezek az elemek gátolják a nem kívánt csapadékok képződését, és segítik az acél jobb szívósságát magas hőmérsékleten. Az ilyen típusú ötvözők használata egyre elterjedtebb a modern acéliparban, mivel javítják a feldolgozhatóságot és növelik a végtermékek élettartamát.

A hőkezelési ciklusok és a különböző hőmérséklet-viszonyok közötti interakciók szintén meghatározó tényezők a forró szívósság viselkedésének megértésében. A hőmérséklet-ingadozások és a különböző hűtési sebességek hatására az acél kristályszerkezete változhat, ami az anyag végső mechanikai jellemzőit is formálja. A vizsgálatok alapján megállapítható, hogy a túl gyors hűtés vagy a nem megfelelő hőkezelési ciklusok esetén nő a repedésképződés esélye, mivel a megfelelő szilárdság és szívósság egyensúlya megbomlik.

Mindezek figyelembevételével a forró szívósság javítása érdekében több módszert is alkalmazhatunk, mint például a hőmérséklet-kontrollált öntés, a megfelelő ötvöző elemek választása, valamint a precíz mikrostruktúra kialakítás. Fontos továbbá, hogy az ipari környezetben folyamatosan figyelemmel kísérjük az acélok szívósságát és annak változásait a gyártási folyamatok során. Az optimális technológiai paraméterek és az anyagok megfelelő kezelése kulcsfontosságú a végtermékek minőségének biztosításában.

Az acélok forró szívósságának megértése és fejlesztése tehát nem csupán a gyártási költségek csökkentését, hanem az acélok megbízhatóságának és tartósságának növelését is szolgálja. Az ipari alkalmazásokban, ahol a magas hőmérsékletű környezetek és terhelések jellemzőek, az ilyen típusú fejlesztések lehetővé teszik az erősebb, hosszabb élettartamú és gazdaságosabb acéltermékek előállítását.

Mi okozza a keresztirányú sarkrepedést a mikroötvözött acélszalagoknál, és hogyan befolyásolja a karbonitrid kiválás?

A mikroötvözött acélszalagok sarokterületein a keresztirányú repedések kialakulása összetett mikroszerkezeti folyamatokra vezethető vissza, amelyeket főként a karbonitrid részecskék kiválása határoz meg. Ezek a részecskék, elsősorban Ti és Nb alapú komplex karbonitridek, a szalagsarok austenit szemcsehatárainál csapódnak ki, és a kiválás helyén láncszerűen elhelyezkedő mikropórusok kialakulását idézik elő. A pórusok mérete 1–3 mikrométer között változik, és ezek a mikropórusok a ferrit film növekedési irányában láncokká aggregálódnak, ami jelentősen csökkenti a szalag szakadási szilárdságát forró állapotban.

Maehara és munkatársai kimutatták, hogy a mikroötvözött karbonitrid koncentrált kiválása az austenit szemcsehatárokon gyengíti a szemcsehatárok egyesülési képességét. Ez a kiválás megakadályozza a szemcsehatárok elcsúszását, így a feszültség és alakváltozás hatására ezek a részecskék elválnak egymástól, és mikropórusok formájában tovább növekednek, végül láncszerű mikropórusokban összeolvadnak. Ez a láncolt pórusstruktúra az oka annak, hogy a szalag sarkaiban a forró hajlékonyság jelentősen csökken, és nagyfokú alakváltozás hatására az intergranuláris repedések kialakulásának kedvez.

A karbonitrid kiválás teljes hőmérséklete általában 900 °C alá esik, amely körülménynél a szalag sarok austenit szemcsehatáraiban ferrit film kezd kialakulni. A ferrit szilárdsága körülbelül negyede az austenitének, ezért a szalag lehűlésével és deformációjával keletkező feszültség és alakváltozás koncentrálódik ezen gyenge mechanikai ellenállású ferrit filmeken. Ez a ferrit film körüli pórusláncok a repedések kiindulópontjai, amelyek a szemcsehatár mentén terjednek és növekednek, végül a szalag keresztirányú repedéseivé válnak.

A szalag szilárdsági jellemzőit tovább rontja az austenit szemcseméret növekedése. Ha az austenit szemcse meghaladja az 1 mm-t, akkor a szemcsehatárok relatív területe csökken, amely korlátozza a diszlokációk és egyéb szerkezetek energiakölcsönzését, így csökken az anyag ellenálló képessége a repedésképződéssel szemben. A hipoeutektikus mikroötvözött acélok esetében a hűlés során az austenit-ferrit átalakulásnál a ferrit film szemcsehatár körüli kialakulása széttöri az austenit folytonosságát, ami további mechanikai gyengeséget okoz a szerkezetben.

A szalaggyártás során a folyamatos öntésnél a görgők közti hézagok pontatlansága, különösen a negyedik és hatodik szakasz között, illetve az ebből eredő nagy deformációs feszültségek, elősegítik a sarok szerkezetének intergranuláris repedését. A karbonitrid kiválás és a ferrit film együttes hatása pedig kulcsfontosságú a keresztirányú sarkrepedések kialakulásában.

A mikroszerkezet megfigyelések szerint a szalag sarokterületein a peritektikus összetételű acéloknál a szobahőmérsékleten jelenlévő szerkezet főként ferrit és pearlit, míg a peritektikus zónában a „austenit + szemcsehatár ferrit film” szerkezet alacsony hajlékonyságot mutat, ahol a szemcseátmérő akár 1,2–1,5 mm is lehet, a ferrit film vastagsága pedig 20–25 mikrométer körüli. A repedések a ferrit film növekedési irányában terjednek, követve a láncolt mikropórusokat és a ferrit filmet, ami a keresztirányú repedések jellemzője.

Az anyag viselkedésének és repedésérzékenységének megértéséhez elengedhetetlen a mikroötvözött acélok ötvözőelemeinek, mint a Ti és Nb karbonitridjeinek termodinamikai és kinetikai viselkedése, valamint a folyamatos öntési és lehűlési folyamat mechanikai és hőmérsékleti feltételeinek pontos ismerete. A ferrit film és a kiváló karbonitrid részecskék kialakulása nemcsak a szemcsehatárok gyengeségét okozza, hanem hozzájárul a forró hajlékonyság drasztikus csökkenéséhez, ami döntő tényező a mikroszerkezeti repedések elkerülésében.

Fontos megérteni, hogy a keresztirányú sarokrepedés nem kizárólag az anyagkémiai összetétel vagy a mikroszerkezet függvénye, hanem a folyamatos öntés és hűtés folyamatai, valamint a mechanikai deformációk pontos összehangolásával lehet eredményesen kontrollálni. Az optimális hűtési profil, a görgők beállítása és a hőkezelési paraméterek finomhangolása nélkülözhetetlen ahhoz, hogy a karbonitrid kiválás és a ferrit film képződésének kedvezőtlen hatásait minimalizáljuk, és ezáltal a keresztirányú repedések kialakulását megakadályozzuk.

A mikroallojált szén-nitrid kicsapódásának termodinamikai és kinetikai elemzése az acélöntési folyamatokban

A Mei Steel gyakorlatában a kis szén- és peritektikus sorozatú B típusú acélok folyamatos öntése során a terelőpontok repedési arányát kevesebb mint 0,03%-ra lehet csökkenteni, ha szigorúan ellenőrzik az acél nitrogén (N) tartalmát, hogy az ne haladja meg a 0,003%-ot, és erősítik a formaként és a szilárdító öntés hűtési erősségét. A terelőpontok minősége és a repedések kialakulásának megelőzése érdekében alapvető fontosságú a pontos hőmérséklet-szabályozás és az anyagösszetétel szabályozott kezelése.

Az alumínium (Al) kulcsfontosságú deoxidáló anyag az acélgyártásban, ugyanakkor fontos mikroallojált komponensként is szerepel. Az Al megfelelő mennyiségének hozzáadása finomítja az acél szemcséit, gátolja a kis szén-acélok öregedését, és javítja az acél szilárdságát, valamint alacsony hőmérsékleten történő oxidációs ellenálló képességét. Azonban az Al könnyen reakcióba léphet a szabad N-tel, hogy AlN kicsapódást képezzen az acél szilárdulása közben. Ha a hűtési feltételek nem megfelelőek, az AlN nagy mennyiségben kicsapódhat az austenit szemcse határain, ezáltal csökkentve az acél hot ductility-jét és az anyag viselkedését a hőformázási folyamatban.

A kicsapódott AlN mennyisége és a hőmérsékleti viszonyok szoros összefüggést mutatnak. Különböző Al és N tartalom mellett a kicsapódás kezdő hőmérséklete 950-1055 °C között mozog, és a kicsapódás befejeződése körülbelül 650 °C környékén történik. Ezen körülmények között az AlN kicsapódásának terjedelme az öntött slab (tömb) sarkában, valamint a másodlagos hűtési zónában változik. Ha az Al és N tartalom magas, az AlN kicsapódás szinte teljesen lefedi az öntőformát és a teljes másodlagos hűtési folyamatot, ami a terelőpontok repedéseihez vezethet. Ezzel szemben ha az Al és N tartalom alacsony, a kicsapódás főként a másodlagos hűtés folyamatában figyelhető meg.

A hagyományos slab öntőformák struktúrája és hűtési folyamatai nem mindig képesek megfelelően kezelni a slab sarkainak szilárdulását. A megfelelő minőségű acéltermelés érdekében a kutatás és fejlesztés irányába szükséges a speciális formák és hűtési eljárások alkalmazása, amelyek képesek csökkenteni az AlN kicsapódását és javítani a sarkok ductilitását, ezáltal minimalizálva a keresztirányú repedések kialakulását. A kontrollált hűtési technológia, amely képes kezelni az AlN kicsapódást és az acél minőségét, elengedhetetlen a hatékony gyártás érdekében. Ezzel párhuzamosan az Al és N tartalom szigorú ellenőrzésével, valamint az optimális hűtési zóna meghatározásával javítható az öntött slab minősége.

A mikroallojált szén-nitrid kicsapódása jellemzően diffúziós fázisátmenet, amelyben a szén-nitrid kicsapódása magasabb hőmérsékleten gyorsan történik, de alacsonyabb alulhűtés mellett. Ezen fázisátmenet egy C- görbét követ, amely lehetővé teszi a kicsapódás ütemének gyorsítását, ha az alulhűtés növekszik. A PTT (Precipitation-Temperature-Time) görbék teoretikus számításai segíthetnek abban, hogy az optimális hőmérsékleti zónát meghatározzuk, elkerülve a gyors kicsapódást a szemcsék határain. Az ilyen típusú kicsapódások elkerülése érdekében szükség van a hűtési technológia finomhangolására, amely biztosítja a karbonitridok egyenletes eloszlását az acélban, javítva annak hot ductility-jét és megakadályozva a keresztirányú repedések kialakulását.

Az optimális kicsapódási hőmérséklet zónájának meghatározása kulcsfontosságú az acélminőség biztosításához, különösen a mikroallojált anyagok esetén. Az acélipari gyakorlatok, mint például a Mei Steel és más ipari szereplők, akik a szigorú kontrollált hűtési folyamatokat alkalmazzák, mutatják, hogy a megfelelő Al és N tartalom szabályozásával a kicsapódás mértéke csökkenthető, és jelentősen csökkennek a keresztirányú repedések is. A mikroallojált acélok gyártásánál tehát fontos a hűtési technológia folyamatos fejlesztése és az optimális kémiai összetétel alkalmazása a kívánt mechanikai tulajdonságok eléréséhez.

Miért fontos a nők és a testük feletti kontrollról szóló filmek?
Hogyan éli túl Craig a fogságot a Kossaron?
Miért fontos megérteni a fájdalmat, a futást és a kapcsolatokat?