TY - THES

T1 - Einfluss von Legierungselementen auf die Eigenschaften von niedriglegiertem, warmfestem CrMoV-Schweißgut

AU - Schrittwieser, Daniel

N1 - gesperrt bis 31-01-2027

PY - 2022

Y1 - 2022

N2 - Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde, in Kooperation mit der Firma voestalpine Böhler Welding, der Einfluss der wichtigsten Karbidbildner Cr, Mo, V und C auf die mechanischen Eigenschaften eines kriechfesten, bainitischen 2,25Cr-1Mo-0,25V-Schweißgutes untersucht und jeweils mit der Mikrostruktur korreliert. Die Auswertung wurde, unter Zuteilung eines oberen und unteren Grenzwertes für jedes Element, mit einem voll faktoriellen 2^4-Design of Experiment (DoE) durchgeführt. Die 16 resultierenden, mit Stabelektroden geschweißten Legierungen, wurden anhand von Stereomikroskopie, Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Elektronenrückstreubeugung, Rastertransmissionselektronenmikroskopie und hochenergetischer Röntgenbeugung mittels Synchrotronstrahlung untersucht. Die Auswertung zeigte ein eher spießiges, bainitisches Gefüge mit einer höheren Zähigkeit durch einen steigenden Cr-Gehalt, sowie einen positiven Einfluss eines höheren Mo-Gehaltes auf die Festigkeit, jedoch nicht auf die Kriechbeständigkeit. Des Weiteren zeigte sich, dass mit steigendem C-Gehalt die Anzahl der feinen und groben Karbide und Karbonitride steigt, was zu einer Erhöhung der Festigkeit und Kriechbeständigkeit, sowie zu einer Verringerung der Zähigkeit führt. Die grob/fein-Verteilung dieser Ausscheidungen wird hauptsächlich vom V-Gehalt gesteuert, wobei sich mit steigendem V-Gehalt vor allem feine MX-Karbonitride (M=Metall, X=Kohlenstoff oder Stickstoff) bilden. Aufgrund des stabilisierenden Effektes dieser feinen Ausscheidungen auf das Gefüge und die Versetzungs-Substruktur bei erhöhter Temperatur, sind diese hauptverantwortlich für eine gute Kriechbeständigkeit. Basierend auf diesen Struktur-Eigenschaftsbeziehungen empfiehlt sich für ein Schweißgut mit hoher Kriechbeständigkeit und gleichzeitig akzeptabler Festigkeit und Zähigkeit ein hoher V-Gehalt, sowie ein mittlerer C- und niedriger Cr- und Mo-Gehalt, bezogen auf die verwendeten Grenzwerte. Darüber hinaus bestätigte sich in dieser Masterarbeit, dass ein DoE ein geeignetes statistisches Werkzeug für die gezielte Untersuchung der Einflüsse von Legierungselementen und deren Kombinationen auf die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur ist.

AB - Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde, in Kooperation mit der Firma voestalpine Böhler Welding, der Einfluss der wichtigsten Karbidbildner Cr, Mo, V und C auf die mechanischen Eigenschaften eines kriechfesten, bainitischen 2,25Cr-1Mo-0,25V-Schweißgutes untersucht und jeweils mit der Mikrostruktur korreliert. Die Auswertung wurde, unter Zuteilung eines oberen und unteren Grenzwertes für jedes Element, mit einem voll faktoriellen 2^4-Design of Experiment (DoE) durchgeführt. Die 16 resultierenden, mit Stabelektroden geschweißten Legierungen, wurden anhand von Stereomikroskopie, Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Elektronenrückstreubeugung, Rastertransmissionselektronenmikroskopie und hochenergetischer Röntgenbeugung mittels Synchrotronstrahlung untersucht. Die Auswertung zeigte ein eher spießiges, bainitisches Gefüge mit einer höheren Zähigkeit durch einen steigenden Cr-Gehalt, sowie einen positiven Einfluss eines höheren Mo-Gehaltes auf die Festigkeit, jedoch nicht auf die Kriechbeständigkeit. Des Weiteren zeigte sich, dass mit steigendem C-Gehalt die Anzahl der feinen und groben Karbide und Karbonitride steigt, was zu einer Erhöhung der Festigkeit und Kriechbeständigkeit, sowie zu einer Verringerung der Zähigkeit führt. Die grob/fein-Verteilung dieser Ausscheidungen wird hauptsächlich vom V-Gehalt gesteuert, wobei sich mit steigendem V-Gehalt vor allem feine MX-Karbonitride (M=Metall, X=Kohlenstoff oder Stickstoff) bilden. Aufgrund des stabilisierenden Effektes dieser feinen Ausscheidungen auf das Gefüge und die Versetzungs-Substruktur bei erhöhter Temperatur, sind diese hauptverantwortlich für eine gute Kriechbeständigkeit. Basierend auf diesen Struktur-Eigenschaftsbeziehungen empfiehlt sich für ein Schweißgut mit hoher Kriechbeständigkeit und gleichzeitig akzeptabler Festigkeit und Zähigkeit ein hoher V-Gehalt, sowie ein mittlerer C- und niedriger Cr- und Mo-Gehalt, bezogen auf die verwendeten Grenzwerte. Darüber hinaus bestätigte sich in dieser Masterarbeit, dass ein DoE ein geeignetes statistisches Werkzeug für die gezielte Untersuchung der Einflüsse von Legierungselementen und deren Kombinationen auf die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur ist.

KW - structure-property relationships

KW - Design of Experiment

KW - creep-resistant weld metal

KW - 2

KW - 25Cr-1Mo-0

KW - 25V-steel

KW - Struktur-Eigenschaftsbeziehungen

KW - Design of Experiment

KW - warmfestes Schweißgut

KW - 2

KW - 25Cr-1Mo-0

KW - 25V-Stahl

M3 - Masterarbeit

ER -