TY - THES

T1 - Untersuchungen zur Fehlerquellenidentifikation an Stahlproben durch Nutzung des SILENOS-Prüfsystems

AU - Klußmann, Zacharias

N1 - gesperrt bis 30-06-2022

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - Mit steigender Zugfestigkeit reagieren Stähle in der Regel empfindlicher auf nichtmetallische Einschlüsse (NME). Deshalb ist es notwendig, die Anzahl, Größe, Form und Zusammensetzung von nichtmetallischen Einschlüssen, den sogenannten Reinheitsgrad, zu kontrollieren. Gängige Qualitätssicherungsmethoden konzentrieren sich vor allem auf Einschlüsse mit einer Größe von weniger als 20 μm und detektieren größere Einschlüsse nurmehr zufällig. Doch gerade Einschlüsse mit einer Größe von mehr als 20 μm haben einen verheerenden Einfluss auf die Verarbeitbarkeit von Stahl und die Lebensdauer des Produkts. Um die Prozesssteuerung und Qualitätssicherung im Hinblick auf den Makro- und Mesoreinheitsgrad zu verbessern, wurde von HKM das SILENOSPrüfsystem entwickelt. Dazu werden großformatige Brammen- und Rundproben mit definierter Schichtdicke abgefräst und die jeweilige Oberfläche automatisiert auf Einschlüsse untersucht. Ziel dieser Arbeit ist, die Leistungsfähigkeit des Laserspektrometers (LIBS) des SILENOS-Prüfsystems zu charakterisieren sowie die Möglichkeit einer Fehlerquellenidentifikation anhand von einer quantitativen Elementbestimmung zu prüfen und einen Einstieg in diese zu geben. Nach einer kurzen Einleitung und der Vorstellung der Prozessroute der Stahlherstellung bei den Hüttenwerken Krupp Mannesmann (HKM) werden im dritten Kapitel dieser Arbeit nichtmetallische Einschlüsse, ihre Herkunft und Unterscheidung kurz erläutert. Dies geschieht besonders mit Blick auf das SILENOS-Prüfsystem. Es folgt die Vorstellung und Beschreibung von vier etablierten Methoden zur Bestimmung des metallurgischen Reinheitsgrads, woran sich die Erläuterung und ein Vergleich des SILENOS-Prüfsystems, als neue Methode, anschließt. Auch der Stereometrie ist ein Abschnitt des Kapitels gewidmet, da diese zu den Grundlagen aller Verfahren zählt. Zu Beginn des vierten Kapitels wird die aktuelle Leistungsfähigkeit und mögliche Verbesserungen des Laserspektrometers des erst seit 2015 aufgebauten SILENOS-Prüfsystems umrissen. Dafür wurden verschiedene Versuche durchgeführt, um mögliche Limitierungen und Probleme zu erkennen. Auch auf die Visualisierung der, vom Laserspektrometer generierten, Daten soll in diesem Kapitel eingegangen werden. Im fünften Kapitel dieser Arbeit schließlich werden verschiedene potentielle Fehlerquellen mit SILENOS untersucht und ihre Spektren aufgenommen. Eine Schwierigkeit bestand unter anderem darin, die Proben so aufzubereiten, dass diese im Laserspektrometer zu untersuchen waren. Die aufgenommenen Spektren werden anschließend mit Blick auf ihre Eignung für die Einschlussklassifikation untersucht und verglichen. Die letzten beiden Kapitel geben anschließend eine Übersicht über die Ergebnisse und einen Ausblick auf noch ungelöste Fragestellungen.

AB - Mit steigender Zugfestigkeit reagieren Stähle in der Regel empfindlicher auf nichtmetallische Einschlüsse (NME). Deshalb ist es notwendig, die Anzahl, Größe, Form und Zusammensetzung von nichtmetallischen Einschlüssen, den sogenannten Reinheitsgrad, zu kontrollieren. Gängige Qualitätssicherungsmethoden konzentrieren sich vor allem auf Einschlüsse mit einer Größe von weniger als 20 μm und detektieren größere Einschlüsse nurmehr zufällig. Doch gerade Einschlüsse mit einer Größe von mehr als 20 μm haben einen verheerenden Einfluss auf die Verarbeitbarkeit von Stahl und die Lebensdauer des Produkts. Um die Prozesssteuerung und Qualitätssicherung im Hinblick auf den Makro- und Mesoreinheitsgrad zu verbessern, wurde von HKM das SILENOSPrüfsystem entwickelt. Dazu werden großformatige Brammen- und Rundproben mit definierter Schichtdicke abgefräst und die jeweilige Oberfläche automatisiert auf Einschlüsse untersucht. Ziel dieser Arbeit ist, die Leistungsfähigkeit des Laserspektrometers (LIBS) des SILENOS-Prüfsystems zu charakterisieren sowie die Möglichkeit einer Fehlerquellenidentifikation anhand von einer quantitativen Elementbestimmung zu prüfen und einen Einstieg in diese zu geben. Nach einer kurzen Einleitung und der Vorstellung der Prozessroute der Stahlherstellung bei den Hüttenwerken Krupp Mannesmann (HKM) werden im dritten Kapitel dieser Arbeit nichtmetallische Einschlüsse, ihre Herkunft und Unterscheidung kurz erläutert. Dies geschieht besonders mit Blick auf das SILENOS-Prüfsystem. Es folgt die Vorstellung und Beschreibung von vier etablierten Methoden zur Bestimmung des metallurgischen Reinheitsgrads, woran sich die Erläuterung und ein Vergleich des SILENOS-Prüfsystems, als neue Methode, anschließt. Auch der Stereometrie ist ein Abschnitt des Kapitels gewidmet, da diese zu den Grundlagen aller Verfahren zählt. Zu Beginn des vierten Kapitels wird die aktuelle Leistungsfähigkeit und mögliche Verbesserungen des Laserspektrometers des erst seit 2015 aufgebauten SILENOS-Prüfsystems umrissen. Dafür wurden verschiedene Versuche durchgeführt, um mögliche Limitierungen und Probleme zu erkennen. Auch auf die Visualisierung der, vom Laserspektrometer generierten, Daten soll in diesem Kapitel eingegangen werden. Im fünften Kapitel dieser Arbeit schließlich werden verschiedene potentielle Fehlerquellen mit SILENOS untersucht und ihre Spektren aufgenommen. Eine Schwierigkeit bestand unter anderem darin, die Proben so aufzubereiten, dass diese im Laserspektrometer zu untersuchen waren. Die aufgenommenen Spektren werden anschließend mit Blick auf ihre Eignung für die Einschlussklassifikation untersucht und verglichen. Die letzten beiden Kapitel geben anschließend eine Übersicht über die Ergebnisse und einen Ausblick auf noch ungelöste Fragestellungen.

KW - HKM

KW - SILENOS

KW - Nichtmetallische Einschlüsse

KW - NME

KW - MIDAS

KW - OES-PDA

KW - EN10247

KW - REM-EDX

KW - Ultraschall

KW - Funkenspektrometrie

KW - LIBS

KW - Laserspektrometrie

KW - Reinheitsgrad

KW - Stahlreinheit

KW - Fingerprint

KW - HKM

KW - SILENOS

KW - nonmetallic inclusions

KW - NMI

KW - MIDAS

KW - SEM-EDX

KW - LIBS

KW - OES-PDA

KW - steel cleanness

KW - ultrasonic

KW - fingerprint

KW - EN10247

M3 - Masterarbeit

ER -