TY - THES

T1 - Methodenentwicklung zur Herstellung von stickstofflegierten Stählen mittels Laborschmelzen und deren thermodynamischen Charakterisierung im Hochtemperaturbereich

AU - Donauer, Patrick

N1 - nicht gesperrt

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Die Kontrolle von Stickstoff in der Stahlherstellung ist von hoher Bedeutung und gewinnt zusehends an Relevanz. Stickstoff als unauffälliger, jedoch essentieller Bestandteil des Stahls beeinflusst maßgeblich die Materialeigenschaften. Die vorliegende Arbeit behandelt eine Methodenentwicklung zur Herstellung von stickstoffhaltigen Stahlproben im Labor und die thermische Analyse dieser Stähle. Für die Laborprobenherstellung wurde ein Setup zur Einstellung des N2-Partialdrucks in Abhängigkeit der chemischen Analyse der Schmelze für einen kleinen Labor-Induktionsofen (Hochfrequenzumschmelzanlage) entwickelt. Mittels gezielter Ar-N2 Partialdruckmischungen wurden im Rahmen dieser Arbeit Proben der Systeme Fe-Cr-N, Fe-Mn-N, Fe-Nb-C-N mit dem gewünschten Ziel-Stickstoffgehalt hergestellt. Besonders niedriglegierte Stähle und Fe-10%Cr Legierungen konnten bis hin zu höchsten N-Gehalten sehr zuverlässig hergestellt werden. Der zweite Teil der Arbeit fokussierte sich auf die thermische Analyse von Fe-Cr-N Stählen mittels Differenz-Thermoanalyse (DTA) und Dynamischer-Differenzkalorimetrie (DSC) zur Bestimmung der Phasenumwandlungstemperaturen im Hochtemperaturbereich. Vorversuche an einer Simultanen-Thermischen-Analyse (DTA-TG) mit einer gekoppelten Abgasanalyse mittels eines Massenspektrometers (QMS) konnten aufzeigen, dass bereits beim Aufheizen unter Ar-Atmosphäre einer Fe-10Cr-0,1N Legierung der Stickstoff ab 1200°C aus der Probe herausdiffundiert und sich somit die chemische Analyse der Probe ändert. Für die DSC-Anlage wurde ein Versuchskonzept mit einer softwaregesteuerten Ar-N2 Gasmischung zur Stabilisierung des N2-Partialdruckes während der Messung entwickelt. Jedoch dominierten unerwünschte oberflächliche Oxidationsvorgänge durch den Restsauerstoffgehalt im Stickstoffgas, sodass mit den derzeit verfügbaren technischen Möglichkeiten keine sichere Messung von stickstofflegierten Stählen möglich ist.

AB - Die Kontrolle von Stickstoff in der Stahlherstellung ist von hoher Bedeutung und gewinnt zusehends an Relevanz. Stickstoff als unauffälliger, jedoch essentieller Bestandteil des Stahls beeinflusst maßgeblich die Materialeigenschaften. Die vorliegende Arbeit behandelt eine Methodenentwicklung zur Herstellung von stickstoffhaltigen Stahlproben im Labor und die thermische Analyse dieser Stähle. Für die Laborprobenherstellung wurde ein Setup zur Einstellung des N2-Partialdrucks in Abhängigkeit der chemischen Analyse der Schmelze für einen kleinen Labor-Induktionsofen (Hochfrequenzumschmelzanlage) entwickelt. Mittels gezielter Ar-N2 Partialdruckmischungen wurden im Rahmen dieser Arbeit Proben der Systeme Fe-Cr-N, Fe-Mn-N, Fe-Nb-C-N mit dem gewünschten Ziel-Stickstoffgehalt hergestellt. Besonders niedriglegierte Stähle und Fe-10%Cr Legierungen konnten bis hin zu höchsten N-Gehalten sehr zuverlässig hergestellt werden. Der zweite Teil der Arbeit fokussierte sich auf die thermische Analyse von Fe-Cr-N Stählen mittels Differenz-Thermoanalyse (DTA) und Dynamischer-Differenzkalorimetrie (DSC) zur Bestimmung der Phasenumwandlungstemperaturen im Hochtemperaturbereich. Vorversuche an einer Simultanen-Thermischen-Analyse (DTA-TG) mit einer gekoppelten Abgasanalyse mittels eines Massenspektrometers (QMS) konnten aufzeigen, dass bereits beim Aufheizen unter Ar-Atmosphäre einer Fe-10Cr-0,1N Legierung der Stickstoff ab 1200°C aus der Probe herausdiffundiert und sich somit die chemische Analyse der Probe ändert. Für die DSC-Anlage wurde ein Versuchskonzept mit einer softwaregesteuerten Ar-N2 Gasmischung zur Stabilisierung des N2-Partialdruckes während der Messung entwickelt. Jedoch dominierten unerwünschte oberflächliche Oxidationsvorgänge durch den Restsauerstoffgehalt im Stickstoffgas, sodass mit den derzeit verfügbaren technischen Möglichkeiten keine sichere Messung von stickstofflegierten Stählen möglich ist.

KW - Stickstofflöslichkeit

KW - Sievertsches Gesetz

KW - Fe-Cr-N

KW - Fe-Mn-N

KW - Probenherstellung

KW - Thermische Analyse

KW - Nitrogen solubility

KW - Sievert's law

KW - Fe-Cr-N

KW - Fe-Mn-N

KW - Sample preparation

KW - Thermal analysis

U2 - 10.34901/mul.pub.2024.072

DO - 10.34901/mul.pub.2024.072

M3 - Masterarbeit

ER -