TY - THES

T1 - Abkühlung von Stahl mit erhöhten Spurenelementgehalten unter Wasserdampf und Untersuchung der Auswirkung auf die Rissbildung im IMC-Biegeversuch

AU - Lex, Christoph

N1 - nicht gesperrt

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Gelangen Spurenelemente wie Kupfer, Zinn und Nickel über den Einsatz von Schrott in den Rohstahl, lassen sich diese aufgrund ihrer niedrigen Sauerstoffaffinität und Dampfdrücke nicht effektiv entfernen. Beim Vergießen im Stranggießverfahren kommt es anschließend, aufgrund der selektiven Oxidation von Eisen, zur Anreicherung der Spurenelemente an der Strangoberfläche. In der Folge können tiefschmelzende Phasen auftreten, welche die Austenitkorngrenzen infiltrieren und - in Kombination mit einer nachfolgenden mechanischen Belastung - zu Oberflächenschäden führen. Die vorliegende Masterarbeit untersucht die Auswirkungen unterschiedlicher Spurenelementgehalte auf die intergranulare Rissbildung in-situ vergossener Stahlproben und deren mögliche Ursache. Zu diesem Zweck wurde das am Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie entwickelte „In-Situ Material Characterization – Bending“, kurz IMC−Biegeverfahren verwendet und in Summe 19 Biegeproben unterschiedlicher Spurenelementgehalte bei zwei Biegetemperaturen (900 und 1100 °C) untersucht. Im Verlauf dieser Arbeit fand eine Weiterentwicklung des IMC-Biegeversuchs statt, die es ermöglicht eine Abkühlung in wasserdampfhaltigen Atmosphären ähnlich jener der Sekundärkühlzone durchzuführen. Die als kritische Dehnung bewertete Rissbildungsneigung zeigt einen negativen linearen Zusammenhang mit dem als Kupferäquivalent beschriebenen Spurenelementgehalt, wenn Cu und Sn zusammen vorliegen. Bei einer Biegetemperatur von 1100 °C wird eine deutlich höhere kritische Dehnung bei gleichem Kupferäquivalent, im Vergleich zu 900 °C Biegetemperatur, festgestellt. Untersuchungen der Stahl−Oxid Grenzfläche am Rasterelektronenmikroskop bestätigen die Existenz von Kupferphasen mit tiefschmelzender Zusammensetzung, sowohl als okkludierte Partikel, wie auch an Austenitkorngrenzen. Diese Ergebnisse legen ein „Liquid Metal Embrittlement“ als plausible Ursache der Oberflächenheißduktilitätsminderung von spurenelementbehafteten Stählen bei 900 und 1100 °C nahe.

AB - Gelangen Spurenelemente wie Kupfer, Zinn und Nickel über den Einsatz von Schrott in den Rohstahl, lassen sich diese aufgrund ihrer niedrigen Sauerstoffaffinität und Dampfdrücke nicht effektiv entfernen. Beim Vergießen im Stranggießverfahren kommt es anschließend, aufgrund der selektiven Oxidation von Eisen, zur Anreicherung der Spurenelemente an der Strangoberfläche. In der Folge können tiefschmelzende Phasen auftreten, welche die Austenitkorngrenzen infiltrieren und - in Kombination mit einer nachfolgenden mechanischen Belastung - zu Oberflächenschäden führen. Die vorliegende Masterarbeit untersucht die Auswirkungen unterschiedlicher Spurenelementgehalte auf die intergranulare Rissbildung in-situ vergossener Stahlproben und deren mögliche Ursache. Zu diesem Zweck wurde das am Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie entwickelte „In-Situ Material Characterization – Bending“, kurz IMC−Biegeverfahren verwendet und in Summe 19 Biegeproben unterschiedlicher Spurenelementgehalte bei zwei Biegetemperaturen (900 und 1100 °C) untersucht. Im Verlauf dieser Arbeit fand eine Weiterentwicklung des IMC-Biegeversuchs statt, die es ermöglicht eine Abkühlung in wasserdampfhaltigen Atmosphären ähnlich jener der Sekundärkühlzone durchzuführen. Die als kritische Dehnung bewertete Rissbildungsneigung zeigt einen negativen linearen Zusammenhang mit dem als Kupferäquivalent beschriebenen Spurenelementgehalt, wenn Cu und Sn zusammen vorliegen. Bei einer Biegetemperatur von 1100 °C wird eine deutlich höhere kritische Dehnung bei gleichem Kupferäquivalent, im Vergleich zu 900 °C Biegetemperatur, festgestellt. Untersuchungen der Stahl−Oxid Grenzfläche am Rasterelektronenmikroskop bestätigen die Existenz von Kupferphasen mit tiefschmelzender Zusammensetzung, sowohl als okkludierte Partikel, wie auch an Austenitkorngrenzen. Diese Ergebnisse legen ein „Liquid Metal Embrittlement“ als plausible Ursache der Oberflächenheißduktilitätsminderung von spurenelementbehafteten Stählen bei 900 und 1100 °C nahe.

KW - Tramp Elements

KW - Liquid Metal Embrittlement

KW - IMC-bending test

KW - Surface Crack Formation

KW - Spurenelemente

KW - Liquid Metal Embrittlement

KW - IMC-Biegeversuch

KW - Oberflächenrissbildung

U2 - 10.34901/mul.pub.2024.013

DO - 10.34901/mul.pub.2024.013

M3 - Masterarbeit

ER -