TY - THES

T1 - Untersuchung möglicher Anlassversprödung in perlitischen Stählen mit erhöhten Gehalten an Spurenelementen

AU - Stockinger, Lucia-Maria

N1 - gesperrt bis 05-11-2029

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Die Reduktion von CO2-Emissionen in der Stahlproduktion ist ein zentraler Schritt zur Eindämmung des Klimawandels. Angesichts der Tatsache, dass die Stahlindustrie etwa 7 % der weltweiten CO2-Emissionen verursacht, rückt die Transformation der Stahlherstellung von der Hochofenroute zur umweltfreundlicheren Elektrostahlroute zunehmend in den Fokus. Der verstärkte Einsatz von Schrott im Elektrolichtbogenofen führt zwar zu einer Senkung der Emissionen, erhöht jedoch den Gehalt unerwünschter Spurenelemente wie Cu, Cr, Mo, Sn, Zn, As, Sb und Ni. Diese Arbeit untersucht den Einfluss dieser Spurenelemente auf die mechanischen Eigenschaften für eine Auswahl verschiedener perlitischer Stahlgüten, insbesondere im Hinblick auf die Gefahr der Anlassversprödung bei Wiedererwärmung. Hierzu wurden Proben aus dem konventionellen Hochofenprozess, die als Referenzlegierung dienten, mit Proben von Versuchslegierungen verglichen, die das Material aus dem Elektrolichtbogenofen repräsentierten. Basierend darauf wurden Wärmebehandlungen zur Simulation der Wiedererwärmung durchgeführt, um infolgedessen den Einfluss der unerwünschten Spurenelemente zu untersuchen. Dabei kamen Kerbschlagbiegeversuche in Kombination mit Vickers-Härtemessungen, Lichtmikroskopie und Bruchflächenanalysen mittels Stereomikroskopie sowie Rasterelektronenmikroskopie zum Einsatz. Ergänzend wurden Messungen mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie und Glimmentladungsspektroskopie durchgeführt. Bei der untereutektoiden Stahlgüte trat eine Zähigkeitsminderung der Versuchslegierung auf, die bereits im unbehandelten Zustand begann und auch nach der Anlassbehandlung anhielt. Der Bruchtyp wechselte nicht von transkristallin auf interkristallin, was auf das Ausbleiben einer Anlassversprödung hinweist. Eine Untersuchung mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie des Rasterelektronenmikroskops identifizierte eine erhöhte Anzahl an Mangansulfiden in der Versuchslegierung als potenzielle Ursache der Versprödung, was durch die Ergebnisse der Glimmentladungsspektroskopie bestätigt wurde. Bei der eutektoiden Stahlgüte zeigte sich ebenfalls eine Zähigkeitsminderung der Versuchslegierung, jedoch war diese mit einer hohen Streuung der Messwerte verbunden, sodass keine eindeutige Aussage über eine mögliche Versprödung getroffen werden konnte. Auch hier trat kein interkristalliner Bruch auf, der auf eine Anlassversprödung hindeuten würde. Ähnlich wie die eutektoide Stahlgüte zeigte auch die übereutektoide Güte keine signifikanten Zähigkeitsunterschiede. Die Auswertung der durchgeführten Untersuchungen ergab, dass der erhöhte Gehalt an Spurenelementen im Schrott nur einen marginalen Einfluss auf die Zähigkeit sowie auf die Versprödung und Anlassversprödung perlitischer Stähle ausübte. Die signifikante Zähigkeitsminderung der Versuchslegierung der untereutektoiden Stahlgüte konnte auf den erhöhten Gehalt an Mangansulfiden zurückgeführt werden.

AB - Die Reduktion von CO2-Emissionen in der Stahlproduktion ist ein zentraler Schritt zur Eindämmung des Klimawandels. Angesichts der Tatsache, dass die Stahlindustrie etwa 7 % der weltweiten CO2-Emissionen verursacht, rückt die Transformation der Stahlherstellung von der Hochofenroute zur umweltfreundlicheren Elektrostahlroute zunehmend in den Fokus. Der verstärkte Einsatz von Schrott im Elektrolichtbogenofen führt zwar zu einer Senkung der Emissionen, erhöht jedoch den Gehalt unerwünschter Spurenelemente wie Cu, Cr, Mo, Sn, Zn, As, Sb und Ni. Diese Arbeit untersucht den Einfluss dieser Spurenelemente auf die mechanischen Eigenschaften für eine Auswahl verschiedener perlitischer Stahlgüten, insbesondere im Hinblick auf die Gefahr der Anlassversprödung bei Wiedererwärmung. Hierzu wurden Proben aus dem konventionellen Hochofenprozess, die als Referenzlegierung dienten, mit Proben von Versuchslegierungen verglichen, die das Material aus dem Elektrolichtbogenofen repräsentierten. Basierend darauf wurden Wärmebehandlungen zur Simulation der Wiedererwärmung durchgeführt, um infolgedessen den Einfluss der unerwünschten Spurenelemente zu untersuchen. Dabei kamen Kerbschlagbiegeversuche in Kombination mit Vickers-Härtemessungen, Lichtmikroskopie und Bruchflächenanalysen mittels Stereomikroskopie sowie Rasterelektronenmikroskopie zum Einsatz. Ergänzend wurden Messungen mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie und Glimmentladungsspektroskopie durchgeführt. Bei der untereutektoiden Stahlgüte trat eine Zähigkeitsminderung der Versuchslegierung auf, die bereits im unbehandelten Zustand begann und auch nach der Anlassbehandlung anhielt. Der Bruchtyp wechselte nicht von transkristallin auf interkristallin, was auf das Ausbleiben einer Anlassversprödung hinweist. Eine Untersuchung mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie des Rasterelektronenmikroskops identifizierte eine erhöhte Anzahl an Mangansulfiden in der Versuchslegierung als potenzielle Ursache der Versprödung, was durch die Ergebnisse der Glimmentladungsspektroskopie bestätigt wurde. Bei der eutektoiden Stahlgüte zeigte sich ebenfalls eine Zähigkeitsminderung der Versuchslegierung, jedoch war diese mit einer hohen Streuung der Messwerte verbunden, sodass keine eindeutige Aussage über eine mögliche Versprödung getroffen werden konnte. Auch hier trat kein interkristalliner Bruch auf, der auf eine Anlassversprödung hindeuten würde. Ähnlich wie die eutektoide Stahlgüte zeigte auch die übereutektoide Güte keine signifikanten Zähigkeitsunterschiede. Die Auswertung der durchgeführten Untersuchungen ergab, dass der erhöhte Gehalt an Spurenelementen im Schrott nur einen marginalen Einfluss auf die Zähigkeit sowie auf die Versprödung und Anlassversprödung perlitischer Stähle ausübte. Die signifikante Zähigkeitsminderung der Versuchslegierung der untereutektoiden Stahlgüte konnte auf den erhöhten Gehalt an Mangansulfiden zurückgeführt werden.

KW - temper embrittlement

KW - tramp elements

KW - scrap

KW - transformation of steel production

KW - Anlassversprödung

KW - Spurenelemente

KW - Schrott

KW - Transformation Stahlproduktion

M3 - Masterarbeit

ER -