Vliv technologie žárového zinkování

Experiment vznikl spoluprací Asociace českých zinkoven se společností ArcelorMittal Ostrava a Vysokou školou báňskou - Technickou univerzitou Ostrava. Pro připomenutí uvedeme druhy použitých ocelí. Byly to nízkouhlíková konstrukční ocel typu S235 s nízkým obsahem křemíku (ocel 1), nízkouhlíková konstrukční ocel typu S235 s  obsahem křemíku v Sebistyho oblasti (ocel 2), nízkouhlíková konstrukční ocel Q380TM mikrolegovaná niobem (ocel 3) a nízkouhlíková konstrukční ocel Q460TM mikrolegovaná vanadem a niobem (ocel 4). 

Křehkolomové vlastnosti

Hodnocení odolnosti materiálu proti křehkému porušení je prováděno několika způsoby. Nejjednodušší zkouškou houževnatosti materiálu je zkouška vrubové houževnatosti, známá Charpyho zkouška. Jejím výsledkem je hodnota vrubové houževnatosti KCV (v J.cm^-2) a hodnota nárazové práce KV (v J) daného materiálu za definované teploty.

Uvedené vlastnosti jsou mnohem citlivější na změny mikrostruktury než mechanické vlastnosti, a to zejména za nižších teplot. Křehkolomové vlastnosti ocelí 1 a 2 (nízkouhlíkové konstrukční oceli) byly stanovovány za teplot 0 °C a -20 °C. Příslušná norma (ČSN EN 10025-2) předepisuje u těchto ocelí hodnotu nárazové práce KV pro zkušební teplotu 0 °C ve výši nejméně 27 J. Zkušební teplota u ocelí 3 a 4 (mikrolegované oceli) byla -20 °C a -40 °C. Norma SEW 092 předepisuje u těchto ocelí hodnotu nárazové práce KV pro zkušební teplotu -20 °C ve výši nejméně 27 J.

Hodnoty nárazové práce

Hodnoty nárazové práce KV byly u všech zkoušených vzorků výrazně vyšší, než jim předepisují výše uvedené normy, a to dokonce i za nižších teplot (viz tab. 3).

U oceli 1 byly zjištěny pouze zanedbatelné rozdíly v hodnotách nárazové práce KV i vrubové houževnatosti KCV bez ohledu na tom, po které technologické operaci byl vzorek připraven (viz obr. 5), a to jak za nižší, tak i vyšší zkušební teploty. Normou požadovaná minimální hodnota nárazové práce KV byla u všech vzorků překročena více než dvojnásobně.

U oceli 2 byl průběh křehkolomových vlastností podobný jako u oceli 1. Jejich hodnota není ovlivněna ani jednotlivými technologickými operacemi žárového zinkování ani teplotou zkoušení (viz obr. 6) a normou požadovaná minimální hodnota nárazové práce KV je u všech vzorků překročena téměř čtyřnásobně.

Hodnoty nárazové práce KV a vrubové houževnatosti KCV u ocelí 3 a 4 byly stanovovány za nižších teplot, a proto jsou nižší než u ocelí 1 a 2. Nicméně i zde byla normou požadovaná minimální hodnota nárazové práce KV překročena téměř u všech vzorků více než dvojnásobně. Byly zjištěny větší rozdíly v hodnotách křehkolomových vlastností mezi vzorky odebranými po různých technologických operacích (viz obr. 7 a 8), avšak nebyl zjištěn žádný trend a lze vyslovit předpoklad, že tyto rozdíly jsou způsobeny heterogenitou výchozí struktury oceli a ne technologickými operacemi procesu žárového zinkování.

Heterogenita struktury

Zjištěné rozdíly naměřených hodnot křehkolomových vlastností jsou u všech čtyř sledovaných značek oceli nepatrné, jsou s největší pravděpodobností způsobeny jistou heterogenitou struktury hodnocených vzorků a na základě získaných údajů lze konstatovat, že technologie žárového zinkování nemá žádný vliv na křehkolomové vlastnosti žárově zinkované oceli.

Mikrostruktura

Z charakteru mikrostruktury oceli lze predikovat její vlastnosti, a to zejména z velikosti a orientace zrn a dále pak z podílu a rozložení jednotlivých fází. Velmi důležitá je i homogenita mikrostruktury. Na charakter mikrostruktury mají kromě chemického složení oceli a způsobu její výroby vliv i teplota, rychlost a velikost deformace, rychlost ochlazování a následné tepelné zpracování.

Ze všech zkoušek byly odebrány vzorky pro provedení metalografické analýzy (fotodokumentace, hodnocení velikosti zrna a výskytu jednotlivých fází), tzn. že byla hodnocena mikrostruktura u všech čtyř ocelí po všech pěti sledovaných technologických operacích.

Mikrostruktura u ocelí 1 a 2 (nízkouhlíkové konstrukční oceli typu S235) je tvořena zejména feritem, perlitem a malým množstvím (do 1 %) strukturně volného cementitu. Feritické zrno dosahuje velikosti cca 10-20 μm (jemnější zrno je u povrchu vzorků, hrubší ve středu). Charakter mikrostruktury je po všech technologických operacích i ve stavu po válcování shodný, což znamená, že technologie žárového zinkování nemá na charakter mikrostruktury těchto ocelí žádný vliv, viz obr. 9-12.Mikrostruktura u ocelí 3 a 4 (nízkouhlíkové oceli mikrolegované Nb, resp. V a Nb) je tvořena feritem a perlitem. Feritické zrno dosahuje velikosti cca 5-10 μm (jemnější zrno je u povrchu vzorků, hrubší ve středu). Stejně jako u konstrukčních ocelí platí, že charakter mikrostruktury je po všech technologických operacích stejný a že technologie žárového zinkování tudíž nemá žádný vliv na charakter mikrostruktury těchto ocelí, což je jasně patrné z obr. 13 - 16.

Závěry experimentu

U čtyř značek ocelí bylo provedeno detailní hodnocení vlivu jednotlivých technologických operací procesu žárového zinkování na konečné vlastnosti žárově zinkované oceli. Z tohoto hodnocení vyplynuly následující poznatky.

Mechanické vlastnosti (horní mez kluzu R_eH, pevnost R_m a tažnost A₅) vybraných ocelí nejsou jednotlivými operacemi technologie žárového zinkování vůbec ovlivněny. Zjištěné rozdíly jsou nepatrné a na základě získaných údajů lze konstatovat, že technologie žárového zinkování nemá žádný vliv na mechanické vlastnosti žárově zinkované oceli.

Hodnoty křehkolomových vlastnosti vybraných ocelí (nárazová práce KV, vrubová houževnatost KCV) nejsou ovlivněny technologií žárového zinkování. Zjištěné rozdíly jsou nepatrné, jsou způsobeny heterogenitou mikrostruktury hodnocených ocelí a lze konstatovat, že technologie žárového zinkování nemá žádný vliv na křehkolomové vlastnosti žárově zinkované oceli.

Mikrostruktura není technologií žárového zinkování ovlivněna vůbec. Její charakter je u jednotlivých ocelí shodný, bez ohledu na to, po jaké technologické operaci byl hodnocený vzorek odebrán.

Na základě provedených experimentálních prací, v jejichž rámci bylo analyzováno 40 tahových zkoušek, 120 zkoušek pro Charpyho test a 40 metalografických vzorků je možné říci, že technologie žárového zinkování nemá žádný vliv na konečné mechanické, křehkolomové a strukturní vlastnosti sledovaných ocelí.

L. Černý, I. Schindler, R. Pachlopník, K. Beran

Tabulky a grafy naleznete v tištěné verzi časopisu MM Průmyslové spektrum.

Laboratorní experimenty byly prováděny v rámci řešení výzkumného záměru MSM6198910015 (MŠMT ČR).

info@acsz.cz

Asociace českých a slovenských zinkoven 

On-line verzi časopisu MM Průmyslové spektrum si můžete nově zakoupit v digitální trafice PUBLERO.