Influence of phosphorus on high-temperature phase transformations in steel

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Im Allgemeinen wird Phosphor als unerw�nschtes Begleitelement und als Sch�dling bei der Stahlherstellung betrachtet. W�hrend der Erstarrung f�hrt die starke Anreicherung von Phosphor in der interdendritischen Schmelze zu einer deutlichen Absenkung der Solidustemperatur. Die auftretende Seigerungstendenz ist dabei von der Erstarrungsabfolge im Peritektikum des Fe-C Diagramms abh�ngig und nimmt mit steigendem Kohlenstoffgehalt zu. Die signifikante Aufweitung des Erstarrungsintervalls f�hrt in weiterer Folge zu einer erh�hten Hei�rissempfindlichkeit des Stahls. Heutzutage wird Phosphor trotz seiner negativen Auswirkungen auf die Produktqualit�t spezifisch als kosteng�nstiges Legierungselement im Stahl verwendet. Beispielsweise wirkt Phosphor als effektiver Mischkristallverfestiger und verbessert die elektrischen Eigenschaften von siliziumhaltigen Elektroblechen. In phosphorlegierten Stahlg�ten liegt der Leigerungsgehalt bei 0.10 % und ist damit deutlich h�her als in der Stahlherstellung �blicherweise angestrebt: Hochreine St�hle enthalten weniger als 0.01 %P w�hrend die Toleranz bei Baust�hlen mit einem Maximalwert von 0.05 % etwas gro�z�giger ausgelegt wird. Im Stranggie�prozess wird der erstarrende Strang hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt, welche durch Ausbauchung, Biegen und Richten des Strangs sowie durch thermische Gradienten innerhalb der Strangschale entstehen. Zugspannungen an der Erstarrungsfront k�nnen in Kombination mit der erh�hten Hei�rissbildungsneigung von phosphorlegierten St�hlen zu einer deutlichen Beeintr�chtigung der Produktqualit�t f�hren. Die Anpassung der Prozessparameter f�r das Vergie�en von phosphorlegierten St�hlen ist daher von gr��ter Bedeutung. F�r die erfolgreiche Optimierung der Gie�parameter ist dabei die exakte Kenntnis von Phasenumwandlungstemperaturen und thermodynamischen Daten des Stahls unumg�nglich. In der vorliegenden Arbeit wurde daher der Einfluss von Phosphor auf die Hochtemperaturphasenumwandlungen von Stahl anhand des Fe-P Phasendiagramms sowie mehrerer vertikaler Schnitte im tern�ren Fe-C-P System untersucht. Fokus lag hierbei auf der Bedeutung f�r den Stranggie�prozess. Im experimentellen Teil wurden die in-situ Techniken der Dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC), der Hochtemperatur-Laserscanning- Konfokalmikroskopie (HT-LSCM), der Hochtemperatur-R�ntgenbeugung (HT-XRD) und der Dilatometrie zur Bestimmung der Umwandlungstemperaturen eingesetzt. Neben der klassischen DSC-Analyse wurde ein neuartiger Ansatz zur Kopplung von DSC und HT-LSCM Beobachtungen entwickelt, um die Phasengrenzlinien des geschlossenen �?-loops� im bin�ren Fe-P System zu rekonstruieren. Unter Ber�cksichtigung der neu gewonnenen experimentellen Erkenntnisse wurde eine CALPHAD-basierende (Calculation of Phase Diagrams), thermodynamische Optimierung des Fe-P und Fe-C-P durchgef�hrt. Erstmals erfolgte die Beschreibung der Fl�ssigphase in diesem Legierungssystem mit dem modifizierten quasichemischen Modell (MQM). Die experimentellen Daten sowie die thermodynamischen Berechnungen konnten genutzt werden, um ein Mikroseigerungsmodell zur Beschreibung der Erstarrung von Stahl unter stranggie��hnlichen Bedingungen zu verbessern. Spezieller Fokus lag hierbei auf phosphorlegierten St�hlen.

Details

Titel in ÜbersetzungEinfluss von Phosphor auf Hochtemperatur-Phasenumwandlungen in Stahl
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2021