Correlations of microstructural and mechanical anisotropy of ultra-high strength steels

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Um den Anforderungen eines erhöhten Nutzlast- zu Eigengewichtsverhältnisses gerecht zu werden, kommen beim Bau von Mobilkranarmen ultrahochfeste (UHF) Stähle zum Einsatz. Thermomechanisch gewalzte und direktgehärtete (TM + DQ) Stähle bieten durch die systematische Kombination von Mikrolegierungselementen (MLE), Prozesssteuerung und das anschließende Direkthärten aus der Walzhitze wirtschaftliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Vergütungsstählen. So können durch TM-Walzen bei gleichem Kohlenstoffgehalt deutlich höhere Festigkeitswerte erzielt werden und die gleichzeitige Kornfeinung erhöht zudem die Zähigkeit. Das Eigenschaftsprofil dieser Stähle wird durch eine Anlassbehandlung abgerundet. Die dadurch resultierende Anlasserweichung wird durch den oben genannten Festigkeitsvorteil kompensiert. Dennoch fördert diese Kombination aus MLE und den niedrigen Walzendtemperaturen (WET) eine Anisotropie der mechanischen Eigenschaften. Das im Walzprozess begründete Strecken des Austenitkorns hat zur Folge, dass sich die Längs- und Querwerte des Biege- und Kerbschlagbiegeversuch deutlich unterscheiden. Um ein Verständnis der Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehungen von UHF Stählen zu erhalten, wurde der Einfluss von Prozessparametern und der MLE auf die zugrundeliegenden mikrostrukturellen Prozesse und die resultierende Austenitkornstruktur untersucht. Dadurch soll ein Zusammenhang mit der Anisotropie hergestellt werden. Um die ehemaligen Austenitkörner sichtbar zu machen, wurde eine metallographische Methode entwickelt, die es schließlich ermöglicht, deren Größe und Streckung zu cha-rakterisieren. Mittels Doppelschlagversuchen am Dilatometer wurde der Einfluss der MLE auf die Entwicklung der Mikrostruktur untersucht, die wiederum mit Hilfe der neu entwickelten metallographischen Methode dargestellt wurde. Darauf aufbauend wurden neue Legierungen konzipiert und am Warmwalzsimulator ausgewalzt, um schließlich den Einfluss der MLE und Prozessparameter auf die mechanischen Eigenschaften zu studieren. Diese Unter¬suchungen ergaben eine erhöhte Orientierungsabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften mit abnehmender WET. Eine direkte Korrelation zwischen dem sogenannten pancaking und der mechanischen Anisotropie wurde jedoch nicht festgestellt. Ein reaustenitisiertes, globulares Austenitgefüge wies ähnliche Anisotropie auf als ein TM gewalztes und direktgehärtetes. Nb und V tragen beide zur Anlassbeständigkeit bei, das Festigkeitsplus durch V wird jedoch von einer Anlassversprödung und somit einer Abnahme der Kerbschlagzähigkeit begleitet. Intensive Austenitisierungsglühungen verringern die Anisotropie, eine Texturvererbung verhindert unter Umständen jedoch die vollständige Auslöschung der mechanischen Anisotropie. Insgesamt konnten wichtige Erkenntnisse über die Zusammenhänge von Prozessparametern, Mikrolegierungselementen und der Mikrostruktur auf die resultierenden mechanischen Eigenschaften von UHS-Stählen gewonnen werden.

Details

Titel in ÜbersetzungZusammenhänge zwischen der mikrostrukturellen und mechanischen Anisotropie von ultrahochfesten Stählen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2019