TY - THES

T1 - Charakterisierung von nichtmetallischen Einschlüssen im System Fe-Ce-Al-O

AU - Schmid, Florian

N1 - nicht gesperrt

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - Elemente der Gruppe der seltenen Erden halten neben dem Hochtechnologiesektor auch in der Eisen- und Stahlmetallurgie Einzug. So stellen Ce- und Al-haltige Einschlüsse sehr effektive Keimstellen für die heterogene Erstarrung von Stählen dar. Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Charakterisierung der Einschlussbildung im System Fe-Ce-Al-O(-S). Der Literaturteil beinhaltet sowohl einer kurze Einleitung zur Erstarrung von Stählen, als auch eine Einführung zur Kornfeinung. Darüber hinaus sind ein Vergleich der Ergebnisse früherer Autoren und eigene Berechnungen mit FactSage enthalten. Darauf aufbauend wurden insgesamt dreizehn Versuche mit Reineisen an einem vertikalen Rohrofen durchgeführt. Bei einem fixiertem Al-Gehalt von 100 ppm variierte der Ce-Gehalt zwischen 39 und 280 ppm. Auf Grund der hohen Oxidationsneigung von Cer war es anfangs notwendig die bestmögliche Legierungsweise und Ofenapparatur zu finden, um das maximale Ausbringen der Legierungselemente sicher zu stellen. Im finalen Versuchsdesign wurden Proben im 5-Minuten-Takt entnommen. An diesen erfolgte die Untersuchung ihrer chemischen Zusammensetzung mit Funkenspektrometer bzw. ICP-OES und ihrer Einschlusslandschaft mittels REM-EDX. Der Vergleich der Einschlusslandschaft mit den berechneten Phasendiagrammen im Gleichgewicht zeigte, dass sich durch die lokale Übersättigung zum Legierungszeitpunkt eigentlich instabile Einschlüsse (wie z.B. Ce2O2S) bilden konnten. Diese verarmten im weiteren Verlauf an Cer und Schwefel bzw. nahmen dafür andere Legierungselemente wie Aluminium oder Sauerstoff auf. Verschiedene Modifikationsprozesse der NME bedingt durch Diffusion und Phasenumwandlungen konnten in Folge gezeigt werden. Das System bewegte sich in Richtung größerer, schwefelfreier Partikel. Die gefundenen Einschlüsse konnten unter anderem den Verbindungen Ce2O2S, AlCeO3 und Al11O18Ce zugeordnet werden.

AB - Elemente der Gruppe der seltenen Erden halten neben dem Hochtechnologiesektor auch in der Eisen- und Stahlmetallurgie Einzug. So stellen Ce- und Al-haltige Einschlüsse sehr effektive Keimstellen für die heterogene Erstarrung von Stählen dar. Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Charakterisierung der Einschlussbildung im System Fe-Ce-Al-O(-S). Der Literaturteil beinhaltet sowohl einer kurze Einleitung zur Erstarrung von Stählen, als auch eine Einführung zur Kornfeinung. Darüber hinaus sind ein Vergleich der Ergebnisse früherer Autoren und eigene Berechnungen mit FactSage enthalten. Darauf aufbauend wurden insgesamt dreizehn Versuche mit Reineisen an einem vertikalen Rohrofen durchgeführt. Bei einem fixiertem Al-Gehalt von 100 ppm variierte der Ce-Gehalt zwischen 39 und 280 ppm. Auf Grund der hohen Oxidationsneigung von Cer war es anfangs notwendig die bestmögliche Legierungsweise und Ofenapparatur zu finden, um das maximale Ausbringen der Legierungselemente sicher zu stellen. Im finalen Versuchsdesign wurden Proben im 5-Minuten-Takt entnommen. An diesen erfolgte die Untersuchung ihrer chemischen Zusammensetzung mit Funkenspektrometer bzw. ICP-OES und ihrer Einschlusslandschaft mittels REM-EDX. Der Vergleich der Einschlusslandschaft mit den berechneten Phasendiagrammen im Gleichgewicht zeigte, dass sich durch die lokale Übersättigung zum Legierungszeitpunkt eigentlich instabile Einschlüsse (wie z.B. Ce2O2S) bilden konnten. Diese verarmten im weiteren Verlauf an Cer und Schwefel bzw. nahmen dafür andere Legierungselemente wie Aluminium oder Sauerstoff auf. Verschiedene Modifikationsprozesse der NME bedingt durch Diffusion und Phasenumwandlungen konnten in Folge gezeigt werden. Das System bewegte sich in Richtung größerer, schwefelfreier Partikel. Die gefundenen Einschlüsse konnten unter anderem den Verbindungen Ce2O2S, AlCeO3 und Al11O18Ce zugeordnet werden.

KW - Nonmetallic inclusions

KW - cerium

KW - aluminium

KW - vertical tube furnace

KW - Al11O18Ce

KW - AlCeO3

KW - Ce2O2S

KW - Nichtmetallische Einschlüsse

KW - Cer

KW - Aluminium

KW - Vertikalrohrofen

KW - Al11O18Ce

KW - AlCeO3

KW - Ce2O2S

M3 - Masterarbeit

ER -