Vplyv legovania na tranzitnú teplotu ocelí

Úvod

Keďže v praxi nemožno všade používať uhlíkové ocele z dôvodu, že sa kladú vyššie požiadavky na vlastnosti týchto ocelí, je nutné používať legované ocele. Takýto druh ocelí, aj keď sú oveľa drahšie ako uhlíkové ocele, vykazujú vyššie medze sklzu, dobré plastické vlastnosti, vyššiu prekaliteľnosť, nízku prechodovú teplotu, zaručenú medzu únavy, antikoróznosť a pod. Konštrukčné nízkolegované aj vysokolegované ocele sa legujú najčastejšie kremíkom, niklom, chrómom, vanádom, molybdénom, mangánom. Občas sa legujú ocele bórom a volfrámom.
Všetky tieto prvky výrazne ovplyvňujú aj tranzitnú teplotu ocelí, pričom v tejto práci sa zameriam na vplyv týchto prvkov na prechodovú teplotu konštrukčných ocelí.


Tranzitná teplota ocelí

Teplota, pri ktorej nastáva prudký pokles medze pevnosti a plastickosti a ktorej sa mení spôsob porušenia z tvárneho na štiepny, sa nazýva prechodová, resp. tranzitná teplota TT. Prechod medzi krehkým a húževnatým stavom sa vysvetľuje zmenou energie väzby medzi dislokáciami a atmosférami intersticiálnych atómov v priestorovo centrovanej kubickej mriežke. Pričom dôležitým faktorom je aj veľkosť zrna.
Všeobecne môžeme povedať, že jav prechodu je veľmi nepriaznivá vlastnosť, pričom krehký stav nadobúda materiál nielen znižovaním teploty ( prevádzkové teploty strojov a konštrukcií sú aj v oblasti teplôt –60 až –80°C ), ale aj zvyšovaním rýchlosti deformácie a koncentrácie napätia.
Tranzitná teplota alebo iná, ktorá charakterizuje zmenu mechanizmu porušenia, sa zisťuje viacerými metódami. Skúšky, ktoré sa najviac používajú sú:
 vrubovej húževnatosti KC,
 teploty nulovej húževnatosti tNDT,
 veľkých telies na rázový ohyb DWTT,
 teploty zastavenia trhliny TZT.

Vpyv legúr na TT

Legúry vo feriticko-perlitických oceliach sa používajú na zvyšovanie medze sklzu a pevnosti feritu. Tieto charakteristiky ovplyvňujú mangán, kremík, chróm, nikel.
Mangán sa používa na substitučné spevnenie feritu. Menej často sa používa kremík a nikel. Mangán je ľahko dostupný a pomerne lacný prvok, a aj keď zvýšenie medze sklzu nie je tak výrazné, jeho výhodou je, že súčasne posúva prechodovú teplotu k nižším teplotám ( obr. 1 ).Kremík zvyšuje pevnosť a medzu sklzu, avšak pri obsahu nad 0,7% klesá prudko vrubová húževnatosť. ale naopak je to u feritických chrómových ocelí, kde obsah kremíka a mngánu má byť čo najnižšší, pretože zvyšujú prechodovú teplotu.

Ich nepriaznivý vplyv sa prejavuje už pri obsahu 1% mangánu a kremíku.
Nikel rozpustený vo ferite zvyšuje hodnoty vrubovej húževnatosti a prechodová teplota sa výrazne posúva smerom k nižším teplotám. Nikel je pomerne drahý prvok preto sa používa len na zušľachťovanie u ocelí, u ktorých cheme dostať maximálne mechanické vlastnosti. Platí to pe feriticko-perlitické ocele ( obr.2 ).
U feriticko-perlitických ocelí legovaných titánom sa po vytrvrdení posúva prechodová teplota doprava. Tento jav sa prejavuje pri veľkých hrúbkach stien. Preto nie sú súčiastky vyrobené z ocelí mikrolegovaných titánom vhodné na ich vystavovaniu nárazom pri záporných teplotách. Čiastočné odstránenie negatívneho vplyvu titánu sa robí dostatočným zjemnením zrna, napr. normalizačným žíhaním alebo znížením davalcovacej teploty, čím sa zvýši medza sklzu. Optimálny obsah titánu sa pohybuje okolo 0,08%. Titán ( ale aj niób ) sa používa u feritických chrómových ocelí na zabránenie precipitácii karbidov a nitridov chrómu z presýteného feritu pri zváraní tak, že viaže uhlík ako stabilné karbidy NbC alebo karbonitridy Nb(C,N) a TiC resp. Ti(C,N), tým sa zabráni ochudobneniu hraníc zŕn o chróm a tým sa zabráni aj mezdikryštalickej korózii.