Vorstellungen über Entstehung,Wachstum und Abscheidung von Desoxidationsprodukten in Stahlschmelzen

Erörterungen zur homogenen Keimbildung und zur Berechnung der kritischen Übersättigung bei der Desoxidation von Eisenschmelzen mit Mangan. Behandlung des Wachstums der Desoxidationsprodukte durch Diffusion und Kollision. Aussagen über die zeitliche Verteilung der Desoxidationsprodukte unter Berücksichtigung von Stokes- und Gradient-Kollision. Angaben über die Bedeutung der Grenzflächenspannung zwischen Schmelze und Einschluß für die Abscheidung der Desoxidationsprodukte.     

Elektrolytische Desoxidation von Eisenschmelzen

Übersichtsbericht zur elektrolytischen Desoxidation von Eisenschmelzen mit Hilfe von Festelektrolytzellen aus dotiertem ZrO₂ oder ThO₂. Laborversuche zur elektrolytischen Desoxidation von Eisenschmelzen bei Gehalten an gelöstem Sauerstoff zwischen 0,050 und 0,00002%. Einfluß der Stromstärke, des Rührens der Schmelze, der Reoxidation der Schmelze über die Gasphase und die Auflösung feuerfester Oxide sowie der Elektronenteilleitfähigkeit der Festelektrolyte auf die Desoxidationsgeschwindigkeit und die erzielbaren Endsauerstoffgehalte der Eisenschmelzen.     

Berechnung der Fließkurven von Kerbstäben

Berechnung der Fließkurven von Flachstäben mit Bohrung unter Zugbeanspruchung, von Flachstäben mit Außenkerben unter Zug- oder Biegebeanspruchung sowie von Rundstäben mit Außenkerben unter Zugbeanspruchung. Vergleich der berechneten Fließkurven mit Versuchswerten. Zusammenhang zwischen Kerbwirkung und Stützwirkung. Bedeutung dieses Zusammenhanges für die Belastbarkeit eines Bauteils.     

Gleichgewicht und Kinetik der Ausscheidung von Tonerde im System Eisen—Sauerstoff—Aluminium bei 1600° C

Berechnung der Gleichgewichte zwischen Aluminium und Sauerstoff aus thermodynamischen Daten. Versuche zur Ausscheidung und Reduktion von Tonerde in flüssigen Eisenschmelzen bei 1600°C. Ermittlung des Wirkungs-parameters e_O^Al aus Ausscheidungsversuchen. Bedeutung von Übersättigung und metastabiler Grenze für die Keim-büdung von Tonerde und Einfluβ der Oberflächenspannung. Untersuchung des Mechanismus der Tonerdeausscheidung in Diffusionsversuchen und Angabe der Diffusionskoeffizienten D_Al und D_O- Erörterung der Bedingungen für periodisch auftretende Fällungszonen sowie der Bedeutung der Wachstumsgeschwindigkeit auf die Erkennbarkeit der Ausscheidungen. Zusammenhänge zwischen Teilchengröβe und Ort und Zeit der Ausscheidung.     

Modellvorstellungen zum Wasserstofftransport aus Eisen unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen von Gasen mit Metalloberflächen

Übersicht über die Temperaturabhängigkeit des Wasserstoffdiffusionskoeffizienten in Eisen und Stahl zwischen Raumtemperatur und 300 °C und über Theorien zur Deutung der Abweichungen. Hinweise auf den hemmenden Einfluß der Phasengrenzreaktionen. Erörterung der Wechselwirkungen von Gasen mit Metalloberflächen und des besonderen Einflusses von Sauerstoff. Entwicklung von Modellvorstellungen über die Effusion des Wasserstoffs aus Eisen. Schlußfolgerungen für saubere und verunreinigte Probenoberflächen und Hinweise zur Beseitigung der hemmenden Auswirkungen der Phasengrenzreaktionen. Ableitung von Versuchsvorschriften für die Messung ?wahrer? Diffusionskoeffizienten des Wasserstoffs.     

Reaktionen zwischen feuerfesten Stoffen des Systems SiO2–Al2O3 und manganhaltigen Eisenschmelzen

Laboratoriumsuntersuchungen über das Verhalten von Schamotte-, Mullit-, Sillimanit- und Bauxitsteinen in Eisenschmelzen mit Mangangehalten bis zu 2% bei 1600°C. Beschreibung des Ablaufes der Reaktionen zwischen Schmelze und Stein, Untersuchung der Eigenschaften der Reaktionsprodukte sowie Ermittlung des Einflusses von Silizium und Aluminium auf die Reaktionen. Vergleich mit Ergebnissen aus Betriebsuntersuchungen und Folgerungen aus den Versuchsergebnissen für Beiriebsverhältnisse.     

Einfluß von Temperatur und Haltedauer beim Spannungsarmglühen auf den Abbau innerer Spannungen und die mechanisch-technologischen Eigenschaften von Stahl 22 NiMoCr 3 7

An einer Bramme aus einer Schmelze des Stahles 22 NiMoCr 3 7 mit rd. 0,2% C, 0,6% Mn, 0,45% Cr, 0,6% Mo und 0,95% Ni Durchführung von Untersuchungen über den Einfluß der Temperatur und der Haltedauer beim Spannungsarmglühen auf die mechanischen Eigenschaften und den Abbau von inneren Spannungen durch Ermittlung der Kennwerte im Zugversuch bei 20 und 350 °C, der Übergangstemperatur im Kerbschlagbiegeversuch für Kerbschlagzähigkeiten von 27 J und 41 J und 50% Anteil an kristallinem Bruchgefüge sowie der Übergangstemperatur im Fallgewichtsversuch (NDT-Temperatur) an bei Temperaturen im Bereich von 450 bis 730 °C jeweils bis zu 100 h geglühten, der Bramme in Querrichtung entnommenen Proben. Härtemessungen in der Wärmeeinflußzone von IIW-Aufschweißproben nach entsprechenden Glühungen. Zeitstand-Zugversuche bei Temperaturen von 450 bis 730 °C mit unterschiedlicher Beanspruchungshöhe und -dauer bis zum Erreichen einer bleibenden Dehnung von wenigstens 0,2%. Erörterung der Ergebnisse mit Folgerungen, besonders für den durch die Verringerung der Härte und die Parameter im Zeitstandversuch mittelbar gekennzeichneten Abbau von inneren Spannungen sowie (hieraus resultierend) für eine vereinfachte Glühbehandlung von Schweißverbindungen.     

Zeitverhalten thermischer Walzspaltänderungen beim Kaltwalzen von Band

Thermische Walzspaltänderungen als mögliche Maßnahme zur Verbesserung der Planheit von Kaltband. Berechnung der zeitlichen Durchmesseränderung einer unbelasteten Walze nach einer sprungartigen Kühlungsänderung. Ermittlung der größtmöglichen Änderungsgeschwindigkeit und der Dauer des vollständigen Ausgleichs. Zusammenhang von Durchmesseränderung und Walzspaltänderung unter Last. Schlußfolgerungen für die Anwendung im Betrieb.     

Die Anwendung eines mathematischen Modells auf die Regelung eines Wärmofens

Kopplungsgrößen zur Automatisierung von Walzstraßen unter Einbeziehung der Wärmöfen. Brammenziehtemperatur, zulässiger größter Temperaturunterschied, Verarbeitungszeit. Eigenschaften eines mathematischen Modells zur Regelung von Wärmöfen unter Berücksichtigung der Walzstraße. Arbeit im ?On-line”-Betrieb. Aufbau des Modells in drei Teilen. Die Temperaturfeldberechnung, die Berechnung der optimalen Heizmitteltemperaturverteilung sowie die Berechnung der örtlichen und zeitlichen Überlagerung. Berechnung des Temperaturfeldes über die bekannten Differenzenverfahren. Ermittlung eines Verfahrens zur Bestimmung der optimalen Heizmitteltemperatur aus dem thermokinetischen Gleichgewicht zwischen dem zu betrachtenden Körper und seiner Umgebungstemperatur. Berücksichtigung der zeitlichen Randbedingungen. Kurze Beschreibung des Programms.     

Bruchmechanische Überprüfung der Integrität des Primärkühlmittel-Eintrittsstutzens eines Druckwasser-Reaktordruckbehälters unter Zugrundelegung eines Kühlmittelverlust-Störfalles

Sicherheitstechnische Beurteilung eines Primärkühlmittel-Eintrittsstutzens mit Oberflächenrissen bei Eintritt eines Kühlmittelverlust-Störfalles. Voraussagen über kritische Rißgrößen während der Einspeisung von Kühlwasser. Bruchmechanische Berechnung unter Zugrundelegung des wahren Spannungsprofils sowie eines kontinuierlichen Umfangsrisses. Berücksichtigung der Bruchzähigkeit K_1c des Werkstoffes entsprechend dem Temperaturgradienten über die Wanddicke. Ermittlung von K_l-Faktoren mit Hilfe eines Computerprogrammes für verschiedene Stutzenquerschnitte in Abhängigkeit von der Rißtiefe und mit den für bestimmte Zeitintervalle erhaltenen Spannungsprofilen. Vergleich des Verlaufs der K-Faktoren mit dem Verlauf der Bruchzähigkeit.     

Die Erstarrungsfront beim Lichtbogenschweißen von Stahl in Abhängigkeit von den Schweißbedingungen

Erörterung der Grundlagen über die Primärkristallisation des Schweißgutes beim Lichtbogenschweißen unter besonderer Berücksichtigung des Einflusses der Schmelzbadform auf die Warmrißanfälligkeit. Unterpulverschweißen mit 15 und 50 cm/min Schweißgeschwindigkeit und 300 bis 700 A Stromstärke bei einer Lichtbogenspannung von 30 V für die Ermittlung der Erstarrungsfronten. Möglichkeiten zur Beeinflussung ihrer Form sowie Zusammenhang zwischen der Schmelzbadform und der Warmrißneigung der Schweißungen.     

Die Sauerstoffaktivität im System Eisen–Sauerstoff und ihre Beeinflussung durch Zusatzelemente bei Temperaturen der Stahlherstellung

Angaben aus dem Schrifttum zur Wirkung von Nickelzusätzen auf die Sauerstoffaktivität in flüssigem Eisen. Aktivitätsuntersuchungen mit Wasserdampf/Wasserstoff- und Kohlendioxyd/Kohlenmonoxyd-Gemischen. Bestimmung des Wirkungsparameters e^Ni_O und des Aktivitätskoeffizienten. Ermittlung der Gleichgewichtskonstanten für die Lösung von Sauerstoff in flüssigem Eisen und Nickel aus den verschiedenen Gasgemischen.     

Einfluß des Probenvolumens auf die Bruchdehnung beim sprödartigen Bruch und die Übergangstemperaturen zu anderen Bruchformen im Zusammenhang mit der Bruchwahrscheinlichkeit

Ableitung einer Verteilungsfunktion der Bruchdehnung von Proben gleicher Größe anhand der Ferritrißbildung unter Berücksichtigung veränderlicher Bruchwahrscheinlichkeit. Ermittlung eines Zusammenhangs zwischen Bruchdehnung und Probenvolumen für konstante, für dehnungsabhängige und für spannungsabhängige Bruchwahrscheinlichkeit. Hinweise auf die Volumenabhängigkeit der Übergangstemperaturen. Vergleich der theoretisch abgeleiteten Beziehungen mit Versuchsergebnissen an unlegierten Stählen mit Kohlenstoffgehalten von 0,02 bis 0,43%.     

Berechnung der Gleichgewichtszusammensetzungen und Rußgrenzen im System C–CH4–H2–CO–H2O–CO2

Rechenprogramm zur Ermittlung der thermodynamischen Gleichgewichte im System C–CH₄–H₂–CO–H₂O–CO₂. Hinweise auf die Anwendungsmöglichkeiten der Rechnungen, und zwar auf die Kohlevergasung, auf die Spaltung von Kohlenwasserstoffen zur Reduktionsgaserzeugung, auf Oxidations- und Reduktionsvorgänge oder auf Ent- und Aufkohlungsreaktionen. Berechnung der Gleichgewichtszusammensetzungen in der Gasphase, der Rußgrenzen und der Aktivitäten von Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff in Abhängigkeit von Temperatur und Gesamtdruck. Erörterung des Verlaufs der Rußgrenzen mit Hilfe der Gleichgewichte für den Methanzerfall und die Boudouard-Reaktion.     

Form und Größe von Gasblasen in Wasser,Quecksilber und flüssigem Eisen

Erörterung der theoretischen Grundlagen zur Berechnung der Einflußgrößen auf Blasengestalt und Blasenbewegung in Flüssigkeiten. Darstellung des Aufstiegsmechanismus der Gasblasen für Reynolds-Zahlen Re<2 bis Re>5000. Modellversuche zur Ermittlung der Form der Gasblasen in Wasser und Quecksilber bei Raumtemperatur sowie in flüssigem Eisen bei 1600°C. Aussagen über die gegenseitige Beeinflussung von schnell aufeinanderfolgenden Blasen und über die Koaleszenz der Blasen.     

Das Verhalten von Phosphor beim Einschmelzen von Eisenschwamm

Beschreibung der Reaktionen bei der Entphosphorung von Stahlschmelzen unter besonderer Berücksichtigung der Verarbeitung von Eisenschwamm. Aufstellung eines Schlackenmodells mit einem pO-Wert als Basizitätsmaß und einem pFe-Wert als Maß für die Oxidationsfähigkeit der Schlacke. Versuche zur Entphosphorung beim kontinuierlichen Einschmelzen von Eisenschwamm im Induktionstiegelofen. Ermittlung der Phosphorverteilung in Abhängigkeit von Temperatur und Schlackenzusammensetzung des Systems CaO—MgO—FeO—SiO₂—Al₂O₃. Aussagen über die Beurteilung der Erze auf ihre Eignung für die Direktreduktion sowie über ihre kostengünstige Weiterverarbeitung zu Stahl.     

Berstsicherheit von Reaktordruckbehätterstutzen unter Innendruck

Bruchmechanische Beurteilung von Stutzeneckenrissen von Reaktordruckbehältem unter Innendruckbeanspruchung. Berechnung von K_l-Faktoren für verschiedene zugrunde gelegte Risse an der Innenecke eines Kühlmitteleintrittsstutzens eines Druckwasserreaktors mit Hilfe eines Finite-Element-Programms. Einführung von besonderen Elementen für den Bereich der Rißspitze sowie genauer Verfahren zur Ableitung von K_l-Werten für vier verschiedene Rißgrößen gemeinsam mit ihren Abweichungen um das Rißprofil herum. Vergleich der errechneten K_l/-Faktoren mit den Ergebnissen für unterschiedliche, rißbehaftete Modelle, zum Teil unter Verwendung von Näherungslösungen.     

Stoffaustausch zwischen flüssigem Eisen und Schlacke beim Sprühraffinationsverfahren

Erläuterung des Sprühraffinationsverfahrens, bei dem eine Schmelze mit inertem Gas verdüst wird und die entstehenden Metalltropfen durch eine Raffinationsschlacke fallen. Erörterung der Gesetzmäßigkeiten für die Stoffaustauschvorgänge zwischen Metalltropfen und Schlacke. Bestimmung der mittleren Tropfengröße beim Versprühen von kohlenstoffgesättigtem Roheisen. Untersuchung der Wirkung der Sprühraffination am Beispiel der Entschwefelung des Roheisens mit Schlacken des Systems CaO–CaF₂–Al₂O₃ bei 1600 °C. Ermittlung des Stoffübergangskoeffizienten des Schwefels für den umgekehrt transitorischen Phasenkontakt und Vergleich mit Werten bei anderen Techniken des Phasenkontaktes Metall-Schlacke.     

Genauigkeit der Verfahren zur Ermittlung des Strahlungswärmeaustausches zwischen Gasen und grauen Oberflächen

Bedeutung der Gasstrahlung. Gasstrahlung — Konvektion, Gasstrahlung — leuchtende Flammenstrahlung, Wesen der Gasstrahlung. Strahlungswärmeaustausch zwischen Gasen und grauen Oberflächen. Zeitliche Folge der Messungen und hieraus abgeleitete Verfahren zur Ermittlung der Strahlung von Kohlendioxyd und Wasserdampf; Einflu$sZ vereinfachter Absorptionsglieder auf die Genauigkeit des Strahlungswärmeaustausches. Graphische Ermittlung des Strahlungswärmeaustausches nach den Me$sZergebnissen von H. C. Hottet u. R. B. Egbert. Genauigkeit der Rechenverfahren nach A. Schach, W. Geck, C.-A. Landfermann und H. Schwiede$sZen für die Strahlung von Kohlendioxyd und Wasserdampf. Errechnung neuer Gebrauchsformeln für ihre Emissionsgrade; Abweichungen des Strahlungswärmeaustausches, berechnet mit den neuen Formeln sowie mit den Näherungsformeln nach A. Schock, von den Me$sZwerten für Abgase aus Koksofengas, Erdgasen und Heizöl S.     

Simulation des Profilwalzens mit Hilfe von Werkstoffmodellen und der Finite-Elemente-Methode

Eine Grundvoraussetzung für die Einführung der thermomechanischen Behandlung beim Profilwalzen ist die Beherrschung der örtlichen Vorgänge im Walzspalt. Hierzu bietet sich die Finite-Elemente-Methode (FEM) als Hilfsmittel zur Ermittlung der örtlichen Prozeßparameter Vergleichsformänderung, Vergleichsformänderungsgeschwindigkeit und Temperatur an. Werkstoffmodelle können zur Beschreibung der örtlichen physikalisch-metallurgischen Vorgänge in einem Material und zur weiteren Entwicklung der FEM verwendet werden. Über die möglichen Wege für die Simulation des Profilwalzens mit FEM und Werkstoffmodellen sowie durch Verwendung von Warmumformsimulationen am IBF und am IEHK wird in dieser Arbeit berichtet. Walzungen im Labormaßstab von 4 Stichen der Kaliberreihe Oval-Quadrat werden Rechenergebnissen für die Stahlsorten C 35 und 50 CrV 4 gegenübergestellt. Ergebnisse aus Versuchswalzungen und Warmzugsimulationen für die Stahlsorte 50 CrV 4 werden verglichen und diskutiert. Erläuterungen über die allgemeine Anwendung der hier verwendeten Arbeitsroutine werden am Ende dieser Arbeit gemacht. Die Ergebnisse zeigen die Bedeutung dieser Arbeitsroutine für die Simulation des Profilwalzens.