TY - THES

T1 - Kornfeinung hochlegierter Stähle durch heterogene Keimbildung

AU - Koloszar, Rainer

N1 - gesperrt bis 16-09-2019

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit wurden in Zusammenarbeit von der Böhler Edelstahl GmbH & Co KG und dem Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie in Leoben, Schmelzversuche zur Kornfeinung der drei hochlegierten Stähle X1CrNiMoCuN20-18-7, X5CrNiNb18-10 und X40CrMoV5-1 durchgeführt. Das Ziel der Versuche war es, ein völlig globulitisches, feinstkörniges Erstarrungsgefüge der ausgewählten Stähle, durch endogene, nichtmetallische Einschlüsse als Keimstellen zu erreichen. Anhand einer umfangreichen Literaturrecherche wurden potentielle Keimstellen mit guter Kornfeinungswirkung für die drei Stähle gesucht. Das Ergebnis zeigt, dass nichtmetallische Einschlüsse der Seltenen Erden als besonders effektive Keimstellen für die untersuchten Stähle geeignet sein sollten. Als Kornfeinungsmittel wird daher eine kommerziell verfügbare Fe-Si-Cr-Ce-Legierung mit 13 % Cergehalt verwendet. Um die Wirkung der cerhaltigen Einschlüsse zu überprüfen wurden zahlreiche Proben mit Blockgewichten zwischen 200 g und 12 kg gegossen. Alle Blöcke wurden zertrennt und angeätzt um das Gussgefüge visuell beurteilen zu können. Blöcke mit erkennbarer Kornfeinung wurden mittels Rasterelektronenmikroskop näher untersucht. Es werden Einschlussanalysen und Partikeldichtemessungen durchgeführt. Das Erstarrungsgefüge des Stahls X1CrNiMoCuN20-18-7 konnte durch Legieren mit Cer bei ausreichend hohen Al-Gehalten korngefeint werden. Ohne das Legieren von Cer tritt eine gerichtete Erstarrung bis in das Zentrum der Laborblöcke auf, während Cer und Aluminium eine globulitische Erstarrung bewirken. Grund dafür ist die Anwesenheit von AlCeO3-Einschlüssen, welche aufgrund ihres geringen Misfits zur austenitischen Stahlmatrix besonders effektive Keimstellen für die Primärkristalles des Stahls darstellen. Die Stähle X5CrNiNb18-10 und X40CrMoV5-1 konnten durch Legieren mit Cer nicht korngefeint werden. Als Ursache dafür wird die deltaferritische Erstarrung der beiden Stähle angenommen. Der Misfit zwischen Deltaferrit und AlCeO3 scheint die Keimbildung zu erschweren.

AB - Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit wurden in Zusammenarbeit von der Böhler Edelstahl GmbH & Co KG und dem Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie in Leoben, Schmelzversuche zur Kornfeinung der drei hochlegierten Stähle X1CrNiMoCuN20-18-7, X5CrNiNb18-10 und X40CrMoV5-1 durchgeführt. Das Ziel der Versuche war es, ein völlig globulitisches, feinstkörniges Erstarrungsgefüge der ausgewählten Stähle, durch endogene, nichtmetallische Einschlüsse als Keimstellen zu erreichen. Anhand einer umfangreichen Literaturrecherche wurden potentielle Keimstellen mit guter Kornfeinungswirkung für die drei Stähle gesucht. Das Ergebnis zeigt, dass nichtmetallische Einschlüsse der Seltenen Erden als besonders effektive Keimstellen für die untersuchten Stähle geeignet sein sollten. Als Kornfeinungsmittel wird daher eine kommerziell verfügbare Fe-Si-Cr-Ce-Legierung mit 13 % Cergehalt verwendet. Um die Wirkung der cerhaltigen Einschlüsse zu überprüfen wurden zahlreiche Proben mit Blockgewichten zwischen 200 g und 12 kg gegossen. Alle Blöcke wurden zertrennt und angeätzt um das Gussgefüge visuell beurteilen zu können. Blöcke mit erkennbarer Kornfeinung wurden mittels Rasterelektronenmikroskop näher untersucht. Es werden Einschlussanalysen und Partikeldichtemessungen durchgeführt. Das Erstarrungsgefüge des Stahls X1CrNiMoCuN20-18-7 konnte durch Legieren mit Cer bei ausreichend hohen Al-Gehalten korngefeint werden. Ohne das Legieren von Cer tritt eine gerichtete Erstarrung bis in das Zentrum der Laborblöcke auf, während Cer und Aluminium eine globulitische Erstarrung bewirken. Grund dafür ist die Anwesenheit von AlCeO3-Einschlüssen, welche aufgrund ihres geringen Misfits zur austenitischen Stahlmatrix besonders effektive Keimstellen für die Primärkristalles des Stahls darstellen. Die Stähle X5CrNiNb18-10 und X40CrMoV5-1 konnten durch Legieren mit Cer nicht korngefeint werden. Als Ursache dafür wird die deltaferritische Erstarrung der beiden Stähle angenommen. Der Misfit zwischen Deltaferrit und AlCeO3 scheint die Keimbildung zu erschweren.

KW - high alloyed steels

KW - nucleation

KW - grain refinement

KW - heterogeneous nucleation

KW - Kornfeinung

KW - hochlegiert

KW - Edelstahl

KW - heterogene Keimbildung

M3 - Masterarbeit

ER -