W ostatnich latach produkcja stali w Polsce spadała, za to szybko wzrastał import dochodząc do. 80% krajowego zużycia. Wpłynął na to wzrost cen emisji CO2 oraz energii elektrycznej. Jednocześnie wzrastał krajowy popyt na stal. Prace Łukasiewicz-Instytutu Metalurgii Żelaza w Gliwicach mogą przyczynić się do zahamowania tego niekorzystnego trendu oferując nowe technologie.
W 2021 r. Instytut odnosił sukcesy na wystawach międzynarodowych zdobywając 13 medali za swoje wynalazki. Te osiągnięcia kontynuuje w 2022 r. Na targach INTARG 2022 w Katowicach nagrodzono trzy ważne rozwiązania.
W kopalni trwalszy chodnik
Opracowano innowacyjną generację stali przeznaczonych do stosowania w górnictwie, cechującą się wysoką wytrzymałością i podwyższoną odpornością korozyjną na działanie agresywnych środowisk korozyjnych. W wyniku prac zestawiono cztery składy chemiczne oraz wykonano wytopy doświadczalne. Podstawą były wyniki obliczeń termodynamicznych za pomocą programu ThermoCalc oraz programu JMatPro. Przyjęto założenia, że skład chemiczny stali doświadczalnej będzie się cechował takim samym równoważnikiem węgla, jak stal odniesienia S550W, która obecnie jest stosowana do wytwarzania kształtowników typu V na obudowy chodnikowe w kopalniach węgla kamiennego. Modyfikacja stali polega na zastąpieniu manganu chromem, niklem, miedzią i molibdenem. Nowo opracowany skład chemiczny stali mikrostopowej, cechuje się strukturą ferrytyczno-perlityczną, znacznie podwyższoną odpornością korozyjną oraz porównywalnymi właściwościami mechanicznymi w stosunku do obecnie wykorzystywanej stali S550W.
Autorzy: dr inż. Łukasz Poloczek, prof. dr hab. Roman Kuziak, dr inż. Artur Mazur.
Jak lepiej cynkować?
Cynkowanie zanurzeniowe blach stalowych jest obecnie podstawowym procesem produkcji cienkich blach stosowanych w przemyśle maszynowym, motoryzacyjnym i budownictwie. Do precyzyjnego badania jakości powłok cynkowych opracowano symulator laboratoryjny procesu ocynkowania zanurzeniowego. Został skonstruowany i wdrożony w Łukasiewicz-IMŻ w Gliwicach. Symulator odtwarza warunki procesowe występujące w przemysłowych liniach ciągłego wyżarzania do produkcji blach AHSS stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym. Zaawansowane stale wysokowytrzymałe stosowane w samochodach to gatunki o minimalnej wytrzymałości na rozciąganie wynoszącej 440 MPa. Stale AHSS osiągają wysoką wytrzymałość w wyniku precyzyjnej kontroli składu chemicznego oraz szybkości nagrzewania i chłodzenia. Symulator składa się z dwóch obszarów roboczych. Próbka z blachy jest podgrzewana za pomocą cewki indukcyjnej w atmosferze N2+5%H2. Zastosowanie tej atmosfery redukuje tlenki żelaza obecne na powierzchni blachy, a więc oczyszcza metal, co jest niezbędne przed zanurzeniem próbki w roztopionym stopie, z którego wykonana jest powłoka. W dolnej części symulatora znajduje się tygiel grafitowy umieszczony w piecu indukcyjnym, w którym, w atmosferze Ar topi się stop użyty do cynkowania. Temperatura ciekłego stopu jest mierzona za pomocą termopar w celu uzyskania wymaganej różnicy temperatur w stosunku do temperatury próbki arkusza. Gdy próbka i kąpiel osiągną żądaną temperaturę, próbkę zanurza się w kąpieli. Minimalny czas zanurzania wynosi około 2 s. Symulator wykorzystywany jest w eksperymentach fizycznych mających na celu dobór składu chemicznego powłok oraz parametrów cynkowania ogniowego do zastosowania w liniach przemysłowych.
Autorzy: prof. dr hab. Roman Kuziak, dr hab. inż. Krzysztof Radwański, dr inż. Artur Mazur, mgr Ryszard Molenda.
Lepsza szyna – bezpieczniej w pociągu
Zużycie szyn kolejowych to jeden z ważnych składników kosztów w kolejnictwie, a także przyczyna wielu awarii a nawet katastrof. By to zużycie ograniczyć, opracowano w Ł-IMŻ, stal wielofazową do produkcji szyn premium o wysokiej odporności na zużycie i zmęczenie. Wynalazek dotyczy wielofazowej stali bezwęglikowej, składającej się zasadniczo z bainitu. Termin bainit odnosi się do mikrostruktury stali uzyskanej pośrednio w trakcie przemiany austenitu w perlit, a powyżej temperatury przemiany austenitu w martenzyt, wspomaganego efektem TRIP, czyli jednoczesnym zachowaniem ciągliwości i wytrzymałości. Stal wielofazowa jest w tym wypadku wykorzystywana do produkcji szyn kołnierzowych Vignole (typowe szyny stosowane powszechnie na kolei) o podwyższonej trwałości użytkowej, a w szczególności o zwiększonej odporności na zużycie i zmęczenie kontaktowe, w porównaniu z szynami chłodzonymi powietrzem ze stali perlitycznych po walcowaniu na gorąco. Pożądane właściwości szyn uzyskuje się podczas chłodzenia w nieruchomym powietrzu po walcowaniu bez konieczności wykonywania obróbki izotermicznej – tzw. bainityzacji. Austenit szczątkowy występuje w ilości większej niż 12% objętości. Tę cechę szyn uzyskuje się przez odpowiednie stopowanie stali średniowęglowej oraz dodanie tytanu w ilości powodującej wzmocnienie wydzieleniowe ferrytu bainitycznego przez nanocząstki węglika tytanu. Ponadto skład chemiczny stali zawiera: 0,28% C, 1,1% Si, 2,5% (Mn+Cr). Własności mechaniczne szyn wykonanych z tej stali są następujące: Rp0,2>700 MPa, Rm>1200 MPa, A10>20%, 400–450 HB.
Autorzy: dr hab. inż. Krzysztof Radwański, prof. dr hab. Roman Kuziak.
Mikrostruktura stali na jednym z etapów przemiany bainitycznej
