TY - THES

T1 - Statistische Auswertung heißriss-relevanter Prozessparameter im schweren Stahlguss

AU - Berger, Matthias

N1 - gesperrt bis 22-06-2023

PY - 2018

Y1 - 2018

N2 - Die Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung von schwerem Stahlguss ist maßgeblich geprägt vom Grad der Nacharbeitung. Oberflächennahe Heißrisse (Warmrisse) sind ein typisches Fehlerbild, deren Reparatur hohe Kosten verursacht und deren Mechanismen noch nicht hinreichend genau bekannt sind. Neben dem geometrischen Einfluss des Gussmodells, stehen auch metallurgische Einflüsse, wie die chemische Zusammensetzung der Legierung und die Gießtemperatur im Verdacht, die Häufigkeit und das Volumen dieser Risse negativ zu beeinflussen. Während der Einfluss der Geometrie in der Vergangenheit hinreichend untersucht wurde, ist der Einfluss der Metallurgie auf das Phänomen der Heißrisse noch Großteils unbekannt, zumal systematische Untersuchungen nur im Bereich des kontinuierlichen Stranggusses durchgeführt wurden. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der metallurgischen Einflüsse auf das Warmrissvolumen auf Basis einer umfassenden Betriebsdatenanalyse und die Untersuchung der Anfangserstarrung zweier warmfester G17-Legierungen und einer Fe-C-Mn-Legierung mit 1%Mn durch Dippingtests. Um mögliche Zusammenhänge zwischen den Betriebsdaten und den Warmrissen aufzuzeigen, wurden aus den chemischen Analysen der einzelnen Chargen sogenannte „Qualitäts-Vorhersage-Indizes“ mit Hilfe eines Mikroseigerungsmodells berechnet. Zu diesen gehören unter anderem die Dehnung des Werkstoffs zwischen dem Beginn und dem Ende der Erstarrung („mushy-zone“) und der Qualitätsindex des “disturbed strengthening”, der sich auf den Zeitpunkt der Austenitbildung während der Enderstarrung bezieht. Da die Berechnungen der „Qualitäts-Vorhersage-Indizes“ auf thermodynamischen Daten (ThermoCalc - TCFE8.1 und FactSage - FSstel2015) basiert, wurden diese vorab mit Hilfe von Hochtemperatur-DSC-Messungen validiert. Niedriglegierte Stahlgüten wie G17CrMo9-10 und G17CrMoV 5-10-2 werden durch diese Programme thermodynamisch sehr genau beschrieben. Hoch-chromlegierte Güten wie der Gx4CrNi13-4 und Gx5CrNiCu 13-3-1, sowie komplexe Werkstoffe wie der GX12CrMoCoVNbNB9-2-1 und Gx8CrWCoVNbNB 9-3-3 können derzeit noch nicht ausreichend genau durch thermodynamische Berechnung beschrieben werden. Das Ergebnis der Betriebsdatenauswertung war aufgrund der unzureichenden Quantität und Qualität der Daten nicht eindeutig. In erster Linie zeigten sich deutlich ein starker Einfluss des Modells auf die Warmrissvolumina, ein starker Einfluss der Legierungsgruppe, sowie eine positive Tendenz für die Erhöhung der Abgusstemperatur. Die für den Stranggussbereich entwickelten „Qualitäts-Vorhersage-Indizes“ konnten bei den untersuchten Datensätzen nur teilweise – statistisch abgesicherte – Tendenzen aufzeigen. Das könnte allerdings an dem enorm starken Modelleinfluss liegen. Die durchgeführten Trippel-Dipping-Tests bestätigten die bisherigen Versuche des Fe-C-1%Mn-Modellsystems und wurden in dieser Arbeit hinsichtlich der systematischen und digitalisierten Auswertung entscheidend weiterentwickelt. Die Untersuchung der Kohlenstoffvariation der G17CrMoV5-10-2 Legierungen mittels Dippingtest, zeigte die Verschiebung des Maximums der Unebenheit näher an den Punkt cB im hypo-peritektischen Bereich.

AB - Die Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung von schwerem Stahlguss ist maßgeblich geprägt vom Grad der Nacharbeitung. Oberflächennahe Heißrisse (Warmrisse) sind ein typisches Fehlerbild, deren Reparatur hohe Kosten verursacht und deren Mechanismen noch nicht hinreichend genau bekannt sind. Neben dem geometrischen Einfluss des Gussmodells, stehen auch metallurgische Einflüsse, wie die chemische Zusammensetzung der Legierung und die Gießtemperatur im Verdacht, die Häufigkeit und das Volumen dieser Risse negativ zu beeinflussen. Während der Einfluss der Geometrie in der Vergangenheit hinreichend untersucht wurde, ist der Einfluss der Metallurgie auf das Phänomen der Heißrisse noch Großteils unbekannt, zumal systematische Untersuchungen nur im Bereich des kontinuierlichen Stranggusses durchgeführt wurden. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der metallurgischen Einflüsse auf das Warmrissvolumen auf Basis einer umfassenden Betriebsdatenanalyse und die Untersuchung der Anfangserstarrung zweier warmfester G17-Legierungen und einer Fe-C-Mn-Legierung mit 1%Mn durch Dippingtests. Um mögliche Zusammenhänge zwischen den Betriebsdaten und den Warmrissen aufzuzeigen, wurden aus den chemischen Analysen der einzelnen Chargen sogenannte „Qualitäts-Vorhersage-Indizes“ mit Hilfe eines Mikroseigerungsmodells berechnet. Zu diesen gehören unter anderem die Dehnung des Werkstoffs zwischen dem Beginn und dem Ende der Erstarrung („mushy-zone“) und der Qualitätsindex des “disturbed strengthening”, der sich auf den Zeitpunkt der Austenitbildung während der Enderstarrung bezieht. Da die Berechnungen der „Qualitäts-Vorhersage-Indizes“ auf thermodynamischen Daten (ThermoCalc - TCFE8.1 und FactSage - FSstel2015) basiert, wurden diese vorab mit Hilfe von Hochtemperatur-DSC-Messungen validiert. Niedriglegierte Stahlgüten wie G17CrMo9-10 und G17CrMoV 5-10-2 werden durch diese Programme thermodynamisch sehr genau beschrieben. Hoch-chromlegierte Güten wie der Gx4CrNi13-4 und Gx5CrNiCu 13-3-1, sowie komplexe Werkstoffe wie der GX12CrMoCoVNbNB9-2-1 und Gx8CrWCoVNbNB 9-3-3 können derzeit noch nicht ausreichend genau durch thermodynamische Berechnung beschrieben werden. Das Ergebnis der Betriebsdatenauswertung war aufgrund der unzureichenden Quantität und Qualität der Daten nicht eindeutig. In erster Linie zeigten sich deutlich ein starker Einfluss des Modells auf die Warmrissvolumina, ein starker Einfluss der Legierungsgruppe, sowie eine positive Tendenz für die Erhöhung der Abgusstemperatur. Die für den Stranggussbereich entwickelten „Qualitäts-Vorhersage-Indizes“ konnten bei den untersuchten Datensätzen nur teilweise – statistisch abgesicherte – Tendenzen aufzeigen. Das könnte allerdings an dem enorm starken Modelleinfluss liegen. Die durchgeführten Trippel-Dipping-Tests bestätigten die bisherigen Versuche des Fe-C-1%Mn-Modellsystems und wurden in dieser Arbeit hinsichtlich der systematischen und digitalisierten Auswertung entscheidend weiterentwickelt. Die Untersuchung der Kohlenstoffvariation der G17CrMoV5-10-2 Legierungen mittels Dippingtest, zeigte die Verschiebung des Maximums der Unebenheit näher an den Punkt cB im hypo-peritektischen Bereich.

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