Zvyšování vnitřní jakosti ingotů a následných výkovků z nástrojových ocelí

Abstract

Problematikou, které je věnována hlavní pozornost v dizertační práci, je kvalita ingotů z vybraných druhů nástrojových ocelí, určených pro výrobu velkých výkovků o hmotnosti 8 tun velmi namáhaných nástrojů pro práci za tepla. Příkladem těchto jakostí je Cr-Mo-V-Si ocel dle ČSN419552 nebo ocel dle ČSN419554, případně jejich ekvivalenty dle zahraniční normy DIN17350 jakost oceli X38CrMoV51 nebo X40CrMoV51. Práce řeší problematiku výroby ingotů z těchto ocelí, kde jejich kvalita je jednou ze základních podmínek zvládnutí výroby bezvadných výkovků. Tato problematika souvisí se sníženými plastickými vlastnostmi u ocelí s vysokým obsahem uhlíku v kombinaci s legujícími prvky, chrómem, molybdenem a vanadem. V případě výroby rozměrných výkovků, kdy nelze tvářením zajistit potřebnou deformaci v osové části ingotu, je nutné dosáhnout požadované vnitřní kvality, snížením podílu vnitřních vad v původním polotovaru samotném – v ingotu. Dizertační práce se zaměřuje na možnosti, jak tyto vady v ingotu částečně eliminovat. Dizertační práce je zaměřena na využití a aplikaci výsledků modelování a simulace procesu odlévání a tuhnutí ingotů z nástrojových ocelí se zaměřením na vnitřní jakost a eliminaci makrosegregací. Na základě výsledků numerické simulace, provedených v podmínkách softwaru MAGMAsoft®, byl realizován návrh nového tvaru kokily s označením 8K9,2. Výsledky numerické simulace lití oceli a tuhnutí ingotu v kokile 8K9,2 ukázaly, proti původnímu ingotu 8K8,4, významné snížení rizika výskytu vad definovaných kriteriem Niyama. Po ověření na experimentálních a dále pak provozních tavbách bylo možné konstatovat, že v případě nově navrženého ingotu 8K9.2 v porovnání s ingotem 8K8.4 došlo k výraznému zvýšení vnitřní kvality ingotů z nástrojových ocelí. Všechny zkoušené ingoty 8K9.2 vykazovaly nižší zasažení osové části těla ingotu staženinami a ředinami, přičemž rozsah jejich škodlivosti byl snížen eliminací masivních trhlin nalezených v případě analýz struktury ingotů 8K8.4 a 8K13.0.

The main issue described in the dissertation thesis is the quality of ingots made of selected types of tool steels designed for the manufacture of large 8t forgings of the tools subjected to high stress under hot operating conditions. An example of the above mentioned steel grade is the steel Cr-Mo-V-Si per ČSN 419552 or the steel per ČSN 419554 or their equivalents per the foreign standard DIN 17350 – steel grade X38CrMoV51 or X40CrMoV51. The dissertation thesis deals with the issues concerning the manufacture of ingots from the above steels, where the quality of steels is one of the basic conditions to make sound forgings. The above issues are related to reduced plastic properties in high-carbon-content steels in combination with alloying elements, chromium, molybdenum and vanadium. In case of production of large forgings where it is not possible to ensure the required deformation in the axial part of an ingot by forming, it is necessary to achieve the required inside quality by reduction of the proportion of internal defects in the original semi-product itself, i.e. in the ingot. The dissertation thesis deals with the possibilities to find a solution to partly eliminate such defects in the ingot. The dissertation thesis is aimed to the utilization and application of the results of modelling and simulation of the process of casting and solidification of tool-steel ingots with a view to the internal quality and elimination of macro-segregations. On the basis of the results of numerical simulation performed under the MAGMAsoft® software conditions, the design of the new shape of a mould with 8K9.2 designation has been executed. The results of numerical simulation of the process of steel casting and ingot solidification in the mould 8K9.2 have shown that, in comparison with the original ingot 8K8.4, there is a significant decrease of the risk of the occurrence of defects defined by the Niyama criterion. After verification during experimental and operating heats it was possible to say that in case of the newly designed ingot 8K9.2 there is a considerable improvement in the internal quality of tool-steel ingots in comparison with the ingot 8K8.4. It has been shown that in all tested ingots 8K9.2 there is a lower occurrence of shrinkage cavities and shrinkage porosities in the axial part of the ingot body. The range of their harmfulness was reduced by the elimination of great cracks disclosed in the case of the analyses of the structure of the ingots 8K8.4 and 8K13.0.