Využití vysokoteplotní termické analýzy pro určení teplot solidu a likvidu u ložiskové oceli

doc. Ing. Karel Gryc, Ph.D.; doc. Ing. Bedřich Smetana, Ph.D.; Ing. Michaela Strouhalová, Ing. Monika Kawuloková, Ph.D.; Ing. Simona Zlá, Ph.D.; Mgr. Aleš Kalup, doc. Ing. Markéta Tkadlečková, Ph.D.; doc. Ing. Ladislav Socha, Ph.D.; prof. Ing. Karel Michalek, CSc. Ing. Aleš Opler

Stáhnout článek v PDF

Metody pro studium procesů spojených s výrobou oceli jsou založeny na znalosti termodynamických vlastností materiálů vyskytujících se v technologických uzlech. Teploty solidu (T_S) a likvidu (T_L) patří k nejdůležitějším parametrům, zejména pro odlévání a tuhnutí oceli. Přesná znalost T_L je zvláště důležitá pro nastavení přehřátí oceli před jeho odléváním. Teplota T_S se týká především procesu tuhnutí, kdy existence a rozsah dvoufázové oblasti mezi T_L a T_S ovlivňuje segregaci a jiné jevy spojené s procesem tuhnutí. Znalost těchto kritických teplot je důležitá nejen pro správné nastavení technologie odlévání a tuhnutí ocelového polotovaru, ale také pro přesné nastavení podmínek pro modelování tuhnutí oceli.

Tento článek navazuje na předchozí práce autorského kolektivu. Opět platí, že je zaměřen na možnosti zpřesnění těchto teplot (T_L, T_S) experimentálními metodami vysokoteplotní termické analýzy. Konkrétně byla analyzována ložisková ocel 100CrMo7. Pro tuto značku oceli je možné předpokládat, vzhledem k vysokému obsahu uhlíku (1 hm. %), že skutečná hodnota T_L se může výrazně lišit od teoretické T_L stanovené výpočtem. Očekává se, že na základě přesnější informace o teplotě likvidu je možno nastavit teplotu lití, a to tak, aby bylo dosaženo vyšší kvality ingotu, tj. menšího výskytu pórovitosti a makrosegregací.

Použily se dva moderní přístroje pro vysokoteplotní analýzu. Metoda přímé termické analýzy (DirTA) byla aplikována na velké ocelové vzorky (hmotnost cca. 22 g) v experimentálních podmínkách na zařízení Netzsch STA 449 F3 Jupiter. Druhé zařízení, Setaram SETSYS 18TM, bylo použito pro metodu diferenční termické analýzy (DTA) a pro malé vzorky (hmotnost cca 120 – 210 mg). Na základě vyhodnocení experimentálně získaných křivek během ohřevu (DTA) a chlazení (DirTA, pouze T_L) byly získány teploty T_S a T_L. U obou použitých metod činil rozdíl pro teplotu T_L pouze 1 °C. Variabilita výsledků získaných z jednotlivých měření v rámci používaných metod byla rovněž velmi nízká. Tato skutečnost potvrzuje robustnost obou používaných metod termické analýzy. Bylo provedeno porovnání naměřených teplot T_S a T_L s jejich hodnotami získanými od průmyslového partnera VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY, a.s., i s teplotami T_S a T_L získanými pomocí specializovaného softwaru specializovaných IDS a ThermoCalc. Využití výše popsaných metod termické analýzy vedlo ke stanovení teplot solidu (1280 °C) a likvidu (1441 °C) pro ocel 100CrMo7. Naměřená teplota se liší od teoreticky stanovené teploty o desítky stupňů a dokonce i více než o 100 °C. Teoreticky vypočtená teplota (IND) T_S je přibližně o 155 °C nižší nežli naměřená teplota. Teplota TL pak byla vypočtena průmyslovým partnerem o 28 °C vyšší, než je ve skutečnosti.