TY - THES

T1 - Auswirkungen intergranularer Oxidation auf die Oberflächenrissbildung beim Stranggießen von Stahl

AU - Gaiser, Georg

N1 - gesperrt bis null

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der Hochtemperaturoxidation und deren Auswirkungen auf die Oberflächenrissbildung beim Stranggießen für einen 0,17 % C Stahl mit unterschiedlichen Gehalten an Silizium. Oxidationsvorgänge eines mit Silizium legierten Stahls können bei ausreichend hoher Temperatur zur Ausbildung einer flüssigen Fayalit-Wüstit Phase an der Stahloberfläche führen. Die flüssige Phase kann die Matrix entlang der Austenitkorngrenzen infiltrieren, wodurch intergranulare Defekte entstehen. Diese führen bei einer nachfolgenden Zugbelastung, wie sie beim Richten an der Oberfläche im Innenbogen des Stranges auftritt, zur Spannungskonzentration und somit zu einer erleichterten Rissbildung. Das Studium der Oberflächenrissbildung und der Oxidation erfolgte mit dem am Lehrstuhl für Eisen und Stahlmetallurgie (LfESM) entwickelten „In-Situ Material Characterization–Bending“ (IMC-B) Test und mittels „Simultaner thermischer Analyse“ (STA). Zur Bestimmung des Einflusses der Temperatur wurden die Untersuchungen für zwei unterschiedliche Kühlstrategien durchgeführt. Die Auswertung der Proben erfolgte über die Bestimmung der Rissanzahl, der kritischen Dehnung zur ersten Rissbildung, der Tiefe und Häufigkeit von intergranularen Defekten und der Massenzunahme infolge der Verzunderung. Eine hohe Anzahl und Tiefe von intergranularen Defekten bildet sich ausschließlich in Legierungen mit Silizium aus und unter der Voraussetzung eines Kühlzyklus mit entsprechend hoher Oxidationstemperatur. Für diese Kühlstrategie zeigen siliziumfreie Legierungen aufgrund der fehlenden intergranularen Defekten keine erhöhte Rissbildung, wohingegen die Silizium legierten Stähle ein ausgeprägtes Rissnetzwerk ausbilden. Die Entwicklung dieser Rissnetzwerke im Biegeversuch ist auf die Anwesenheit von intergranularen Defekten zurückzuführen. Für alle untersuchten Legierungen startet der für die Biegung kritische Temperaturbereich bei 850 °C und erstreckt sich bis zumindest 900 °C, wobei eine Erhöhung des Gehalts an Silizium in den Legierungen eine Aufweitung/Vergrößerung des kritischen Temperaturbereichs zu höheren Temperaturen bewirkt.

AB - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der Hochtemperaturoxidation und deren Auswirkungen auf die Oberflächenrissbildung beim Stranggießen für einen 0,17 % C Stahl mit unterschiedlichen Gehalten an Silizium. Oxidationsvorgänge eines mit Silizium legierten Stahls können bei ausreichend hoher Temperatur zur Ausbildung einer flüssigen Fayalit-Wüstit Phase an der Stahloberfläche führen. Die flüssige Phase kann die Matrix entlang der Austenitkorngrenzen infiltrieren, wodurch intergranulare Defekte entstehen. Diese führen bei einer nachfolgenden Zugbelastung, wie sie beim Richten an der Oberfläche im Innenbogen des Stranges auftritt, zur Spannungskonzentration und somit zu einer erleichterten Rissbildung. Das Studium der Oberflächenrissbildung und der Oxidation erfolgte mit dem am Lehrstuhl für Eisen und Stahlmetallurgie (LfESM) entwickelten „In-Situ Material Characterization–Bending“ (IMC-B) Test und mittels „Simultaner thermischer Analyse“ (STA). Zur Bestimmung des Einflusses der Temperatur wurden die Untersuchungen für zwei unterschiedliche Kühlstrategien durchgeführt. Die Auswertung der Proben erfolgte über die Bestimmung der Rissanzahl, der kritischen Dehnung zur ersten Rissbildung, der Tiefe und Häufigkeit von intergranularen Defekten und der Massenzunahme infolge der Verzunderung. Eine hohe Anzahl und Tiefe von intergranularen Defekten bildet sich ausschließlich in Legierungen mit Silizium aus und unter der Voraussetzung eines Kühlzyklus mit entsprechend hoher Oxidationstemperatur. Für diese Kühlstrategie zeigen siliziumfreie Legierungen aufgrund der fehlenden intergranularen Defekten keine erhöhte Rissbildung, wohingegen die Silizium legierten Stähle ein ausgeprägtes Rissnetzwerk ausbilden. Die Entwicklung dieser Rissnetzwerke im Biegeversuch ist auf die Anwesenheit von intergranularen Defekten zurückzuführen. Für alle untersuchten Legierungen startet der für die Biegung kritische Temperaturbereich bei 850 °C und erstreckt sich bis zumindest 900 °C, wobei eine Erhöhung des Gehalts an Silizium in den Legierungen eine Aufweitung/Vergrößerung des kritischen Temperaturbereichs zu höheren Temperaturen bewirkt.

KW - Oberflächenrisse

KW - Silizium

KW - Oxidation

KW - Intergranulare

KW - Stranggießen

KW - IMC-B Test

KW - surface cracks

KW - silicon

KW - oxidation

KW - intergranular oxidation

KW - continuous casting

KW - IMC-B test

M3 - Masterarbeit

ER -