Langzeitversprödung von hitzebeständigem CrNi-Stahlblech und -Schweißgut durch Sigma-Phase

Zur Beurteilung der Versprödungsneigung des hitzebeständigen Stahles X 7CrNi2314 (AISI309) und von Schweißgut (X 12 CrNi25 21) AISI 310 für eine Betriebsbeanspruchung bei 630°C wurden Glühversuche bis zu 30 000h Dauer durchgeführt. Das austenitische Blechmaterial weist einen geringen Anteil an feinzeilig angeordnetem Ferrit auf (ca. 2 %), der sich im Verlauf der Glühbehandlung bei 630°C in Sigma-Phase und Austenit umwandelt. Obwohl damit ein Absinken der Kerbschlagzähigkeit verbunden ist, darf nicht von einer eigentlichen Versprödung gesprochen werden. Die stark anisotrope Verteilung der Sigma-Phase kann sich allerdings bei einer Beanspruchung quer zu den Zeilen ungünstig auswirken. Für die untersuchten vollaustenitischen Schweißgutproben ist kennzeichnend, daß die RT-Kerbschlagzähigkeit oberhalb 1 000 bis 3 000 h verstärkt abfällt. Die Ursache dieser Versprödung liegt in einer zunehmenden Ausscheidung von Sigma-Phase entlang den Austenitkorngrenzen. Die Ergebnisse zeigen, daß zur Beurteilung der Versprödungsneigung in einem Temperaturbereich deutlich unterhalb der optimalen Sigma-Bildungsbedingungen, Langzeitversuche mit mehr als 1000 h Glühdauer notwendig sind.     

Aufkohlungsversuche an hitzebeständigen Chrom-Nickel-Stählen und -Legierungen bei Temperaturen von 900 bis 1150 °C

Kohlenstoffaufnahme von 16 hitzebeständigen Chrom-Nickel-Stählen und -Legierungen mit 17 bis 60% Cr, bis zu 72% Fe und 8 bis 80% Ni nach 200 h Glühdauer in Kohlegranulat bei 900 bis 1150 °C. Einfluß von Glühtemperatur und Nickelgehalt auf den Höchstwert der Kohlenstoffaufnahme im oberflächennahen Bereich und auf die Eindringtiefe des Kohlenstoffs. Metallographische Hinweise auf die Bildung von Randschichten. Vergleich mit Betriebserfahrungen bei Rohren für die Äthylenerzeugung.     

Zur Abschätzung der Sprödbruchsicherheit von Turbinenwellen

Sprödbruchuntersuchungen an Grundwerkstoff und Schweißverbindungen von vier Vergütungsstählen mit rd. 0,2 bis 0,35% C, 0,3% Si, 0,6% Mn, 0,8 bis 2,0% Cr, 0,4 bis 0,7% Mo, bis rd. 2,2% Ni und bis 0,1 % V. Ermittlung kennzeichnender Übergangstemperaturen in Kerbschlagbiegeversuchen sowie der Bruchzähigkeit in Schleuderversuchen an innengekerbten Scheiben mit 600 mm Dmr. und in Bruchmechanikversuchen. Statische Biegeversuche an Kleinproben. Allgemeiner Zusammenhang zwischen Bruchzähigkeit, Kerbschlagzähigkeit und Rißauffangübergangstemperatur (FATT) für ferritische Stähle mit 390 bis 1175 N/mm² Streckgrenze. Errechnung der Sicherheit gegen Sprödbruch bei geschweißten und geschmiedeten Turbinenwellen unter Berücksichtigung der möglichen Anfangsgröße von Fehlstellen und deren Wachstum unter Betriebsbedingungen.     

Untersuchungen des Umwandlungsverhaltens von Eisen-Mangan-Legierungen durch Dämpfungsmessungen im Bereich von rd. 1 Hz

Dämpfungsmessungen mit einem Torsionspendel (Frequenz rd. 1 Hz) beim Erwärmen und Abkühlen von zuvor 1 h bei 950 °C geglühten Drahtproben aus Eisen-Mangan-Legierungen mit 0,007 bis 0,009% C und rd. 1 bis 18,5% Mn. Einfluß unterschiedlicher Temperaturen und Haltezeiten beim Glühen sowie der Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Glühen, ferner Einfluß eines Kohlenstoffgehaltes von 0,02% bei der Legierung mit rd. 1% Mn. Aufstellen eines Schaubildes über die Phasenumwandlungen im System Eisen–Mangan an Hand der Meßergebnisse.     

Einfluß des Molybdängehaltes auf die Zeitstandfestigkeit von Chrom-Vanadin-Stählen mit unterschiedlicher Streckgrenze bei Raumtemperatur

Auswertung der Ergebnisse von Zeitstandversuchen an Stählen mit rd. 0,5% Cr, 0,25% V und 0 bis 0,95% Mo im Hinblick auf den Einfluß des Molybdängehaltes und der Streckgrenze bei Raumtemperatur auf die Zeitstandfestigkeit bei Beanspruchungszeiten bis zu 200 000 h. Folgerungen für die zweckmäßige Kombination von Molybdängehalt und Streckgrenze bei Raumtemperatur vor allem für die langen Beanspruchungszeiten.     

Temperatur- und Frequenzabhängigkeit des Spannung-Dehnung-Verhaltens von Baustahl bei Wechselbeanspruchung

Wechselentfestigungsversuche am Stahl Ck 10 mit Spannungsamplituden unterhalb der Streckgrenze im Temperaturbereich ± 70°C und bei Beanspruchungsfrequenzen zwischen 0,01 und 10 Hz. Ermittlung des Einflusses der Temperatur und der Beanspruchungsfrequenz auf den Beginn und den Verlauf der Wechselentfestigung. Beobachtung einer ausgeprägten Frequenzabhängigkeit der Lastwechselzahl für den Beginn der Wechselentfestigung bei tiefen Temperaturen und/oder hohen Beanspruchungsfrequenzen. Rückgang der Frequenzabhängigkeit mit steigender Temperatur und/oder kleiner werdender Beanspruchungsfrequenz. Im Temperaturbereich über 0°C und bei einer Frequenz kleiner als 1 Hz weitgehendes Verschwinden des Temperatur- und Frequenzeinflusses auf die Lastwechselzahl für den Beginn der Wechselentfestigung. Deutung der Versuchsergebnisse auf der Grundlage thermisch aktivierbarer Prozesse, nämlich der spannungsinduzierten Diffusion von Kohlenstoffteilchenatomen an Versetzungen.     

Einfluß der Warmverformung auf das Umwandlungsverhalten und das Gefüge von verschiedenen niedriglegierten Stählen

Bei der Ermittlung von kontinuierlichen ZTU-Schaubildern unter dem Einfluß einer Warmverformung von rund 50% wurde festgestellt, daß die Wechselbeziehungen zwischen der verformungs- und legierungsbedingten Realstruktur des Austenits und den Umwandlungsvorgängen bei der anschließenden Abkühlung sich stark auf die Kinetik der γ/α-Umwandlung auswirkt. Änderungen im Löslichkeitsverhalten und in der Diffusionskinetik der Legierungselemente sowie in der Selbstdiffusion des Eisens als Folge der durch die bei der Umformung eingebrachten Gitterfehler im Austenit beeinflussen sowohl die Keimbildung als auch das Wachstum der verschiedenen Umwandlungsphasen. Die Ergebnisse von Versuchen an mehreren niedriglegierten Kohlenstoffstählen zeigen auf, daß die Austenitumwandlung zu Ferrit und Perlit durch eine erhöhte Konzentration an Gitterleerstellen infolge der Warmumformung beschleunigt wird. Die martensitische Umwandlung wird ebenso von der Defektstellenkonzentration im verformten Austenit in dem Sinne beeinflußt, daß die Martensit-Starttemperatur M_s im Vergleich zum unverformten Zustand zu etwa 30 bis 40°C niedrigeren Werten verschoben wird. Es liegen Beweise vor, daß die Erniedrigung der M_s-Temperatur zusätzlich mit der Entstehung einer starken {123} ?412?-Austenittextur verknüpft ist. Bei umwandlungsträgen Stahlsorten wurden beim kontinuierlichen Abkühlen umwandlungsfreie Bereiche zwischen der Ferrit/Perlit- und Bainitstufe als Folge der Warmumformung festgestellt. Teilweise wird die bainitische Umwandlung völlig unterdrückt. Die Ausbildung einer starken Textur im Austenit vor der Bainitumwandlung führt zu einer Senkung der Bainit-Starttemperatur von bis zu 100°C bei höheren Abkühlraten.     

Einfluß des Spannungsarmglühens auf die mechanischen Eigenschaften und das Gefüge von schweißsimulierend wärmebehandelten Proben aus warmfesten Feinkornbaustählen

Untersuchung der Eigenschaften des grobkörnigen Gefüges im wärmebeeinflußten Bereich neben einer Schweißnaht an simulierend wärmebehandelten Proben von sechs Feinkornbaustählen, nämlich 17 MnMoV 6 4, 17 MnNiMoV 5 4, 17 MnNiMoNb 6 6, 22 NiMoCr 3 7, 17 MnNiMo 5 4 und 17 NiCrMo 10 6. Einfluß des Spannungsarmglühens vorwiegend bei 580 °C bis 100 h Dauer auf Härte und Kerbschlagzähigkeit. Ermittlung der Übergangstemperatur für die Kerbschlagzähigkeit, der Bruchzähigkeit und der Rißfortschrittgeschwindigkeit. Zeitstandversuche bis 100 h Dauer vorwiegend bei 580 °C an glatten und gekerbten Proben sowie Entspannungsversuche an glatten Proben. Zusammenhang zwischen Zeitstandkerbempfindlichkeit, Zeitbruchdehnung, Entspannungsverhalten und Rißbildung bei Spannungsarmglühen. Abgrenzung der Bedingungen für das Entstehen von Rissen beim Spannungsarmglühen.     

Einfluß verschiedener Dehnungszustände auf das Umwandlungsverhalten eines Stahls

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde das Umwandlungsverhalten des Stahles 100 Cr 6 in Abhängigkeit vom Dehnungszustand für zwei Probengeometrien und verschiedene Abkühlgeschwindigkeiten verfolgt. Durch Anlegen einer Zugkraft im Bereich der Warmumformung wurde in den Proben ein Dehnungszustand erzeugt, der von der Probengeometrie (mit und ohne Kerbe) und von der Belastung abhängt. Um eine von äußeren Spannungen unbeeinflußte Gefügeumwandlung zu erzielen, war eine Entlastung der Proben nach der Warmumformung bei 800°C erforderlich. Die Bestimmung der Umwandlungstemperaturen erfolgte gleichzeitig mit den Methoden der Dilatometrie und der Differential-Thermoanalyse. Aus den Versuchsergebnissen konnte gezeigt werden, daß im Vergleich zum unverformten Zustand der Beginn und das Ende der perlitischen Umwandlung durch die Warmumformung des Stahls zu höheren Temperaturen und zu kürzeren Zeiten verschoben werden. Dabei waren abhängig von Probengeometrie oder Dehnungsverteilung unterschiedlich große Verschiebungen festzustellen.     

Mathematische Beschreibung der Bildung von globularem Zementit in Stahl Cq 35 in Abhängigkeit von Kaltverformung,Glühtemperatur und Glühdauer

Energetische Voraussetzungen im Perlit zur Einformung des Zementits. Ermittlung des Zementit-Einformungsgrades an Proben aus Stahl Cq 35 nach Kaltumformen durch Stauchen, Recken oder Tordieren mit jeweils unterschiedlichem Umformgrad und anschließendem Glühen bei Temperaturen von 820 bis 970 K (547 bis 697 °C) mit Haltezeiten bis zu 10 h. Mathematische Auswertung der Versuchsergebnisse im Hinblick auf die Vergleichsformänderung sowie auf die Abhängigkeit des Einformungsgrades und der Einformungsgeschwindigkeit von Temperatur und Haltedauer.     

Einfluß des Gefügezustandes und der Gefügebeständigkeit auf die Zeitstandfestigkeit niedriglegierten vanadincarbidhaltigen Schweißgutes

Glühversuche von 5 000 h Dauer bei 600 °C, Gefügeuntersuchungen und Zeitstandversuche bei 525 bis 600 °C bis rd. 16 000 h Dauer an drei verschiedenen Schweißgutzusammensetzungen mit rd. 0,05 % C, 0,3 % Si, 0,7 % Mn, 0,6 bis 1,1 % Cr, 0,5 bis 0,95 % Mo, 0,3 % V und bis 0,5 % W. Bedeutung des Kohlenstoffgehaltes für die Ausscheidungsverfestigung durch Vanadincarbid. Einfluß der Gefügebeständigkeit in Abhängigkeit vom Molybdän- und Wolframgehalt auf die Zeitstandfestigkeit.     

Quantitative Beschreibung der Härteänderungen während Neutronenbestrahlung und Ausheilung bei schweißbaren Vergütungsstählen für Reaktordruckbehälter

Änderung der Härte eines Mangan-Molybdän-Nickel-Stahles mit 0,22% C, 1,44% Mn, 0,51 % Mo und 0,63% Ni sowie eines Nickel-Chrom-Molybdän-Vanadin-Stahles mit 0,19% C, 1,57% Cr, 0,51% Mo, 3,88% Ni und 0,2% V durch Bestrahlung mit Neutronen-fluenzen bis 4,5 · 10²⁰ n/cm² bei Temperaturen bis 300 °C und während einer anschließenden Auslagerung bei Temperaturen bis 550 °C. Entwicklung mathematischer Ansätze zur Beschreibung des zeitlichen Ablaufs der Härtezunahme während der Bestrahlung und der Härteabnahme während der Ausheilung unter verschiedenartigen Bedingungen. Zusammenhang zwischen Härtezunahme und Anstieg der Streckgrenze sowie der Übergangstemperatur im Kerbschlagbiegeversuch.     

Vergleich zwischen gemessenen und berechneten Spannungen in einer Walze für verschiedene Belastungsfälle

Messung der Biegespannungen in der äußeren Faser einer Kaltwalze von 155 mm Durchmesser mit Dehnungsmeßstreifen. Veränderung der Krafteinleitung in den Walzenballen bei gleichbleibender Belastung und Stützweite. Untersuchung des Einflusses der Belastungsbreite und der geometrischen Form der Belastungswerkzeuge auf die Kerbspannungen am Übergang Zapfen-Ballen und Vergleich der im Versuch ermittelten Spannungen mit den nach der elementaren Festigkeitslehre berechneten.     

Zur isothermen Reduktion von Eisenerzpellets mit Kohlenmonoxid,Wasserstoff und deren Gemischen

Die isotherme Reduktion von Eisenerzpellets mit Kohlenmonoxid, Wasserstoff und deren Gemischen bei Temperaturen zwischen 700 und 1000°C wird experimentell und theoretisch untersucht. Die Meßergebnisse folgen weitgehend einem Rechenmodell, das den topochemischen Verlauf einer oder mehrerer simultaner Reaktionen 1. Ordnung beschreibt und so eine detaillierte Analyse der experimentellen Befunde erlaubt. Die Reduktion mit reinem Wasserstoff ist um etwa eine Größenordnung schneller als die mit reinem Kohlenmonoxid. In Gemischen macht sich die beschleunigende Wirkung des Wasserstoffs besonders bei geringen Zusätzen bemerkbar. So sinkt die Reduktionsdauer auf weniger als die Hälfte, wenn dem Kohlenmonoxid 10% Wasserstoff zugesetzt werden. Die Reduktion durch Kohlenmonoxid ist bei der verwendeten Pelletgröße von 1,3 cm wesentlich diffusionsbestimmt, die durch Wasserstoff dagegen mehr reaktionsbestimmt. Der aus den Meßwerten ermittelte Porendiffusionskoeffizient wächst bei der Reduktion mit Kohlenmonoxid proportional zur fünften bis sechsten Potenz der Absoluttemperatur, was auf eine entsprechende Temperaturabhängigkeit der Porenstruktur schließen läßt. Demgegenüber zeigt jedoch der Porendiffusionskoeffizient bei der Reduktion mit Wasserstoff ein annähernd ideales Verhalten mit einem Temperaturexponenten um 1,5. Die ebenfalls aus den Meßwerten ermittelten Aktivierungsenergien und Häufigkeitsfaktoren der Phasengrenzreaktion liegen für die Reduktion mit Kohlenmonoxid bei 60 kJ/mol bzw. 1000 cm/s und für die Reduktion mit Wasserstoff bei 50 kJ/mol bzw. 700 cm/s. Einer engeren Eingrenzung der Werte steht hier jedoch ebenso wie bei den Porendiffusionskoeffizienten die relativ starke Streuung der aus den Messungen gewonnenen Punkte entgegen.     

Zur Untersuchung von Ausscheidungsvorgängen in warmfesten Stählen mit rd. 12% Cr bei 500 und 600 °C

Metallographische, elektronenmikroskopische und röntgenographische Untersuchung des Gefügezustandes von sieben verschiedenen warmfesten Stählen mit rd. 0,20% C, rd. 12% Cr und Gehalten an Molybdän bis 2,2%, Vanadin bis 1,11% und Wolfram bis 3,97% nach dem Lösungsglühen bei 1300 °C und Abschrecken in Wasser sowie nach anschließendem Glühen bei 500 und 600 °C während 0,5 bis 5000 h. Gehalt an δ-Ferrit im lösungsgeglühten Zustand. Nachweis der aufeinanderfolgenden Carbidausscheidungsreaktionen im angelassenen Martensit und der Bildung von Lavesphase in δ-Ferrit bei Anwesenheit von Molybdän oder Wolfram. Härteänderung in Abhängigkeit von der Glühdauer. Einfluß der Keimbildungsbedingungen auf den Anstieg der Härte durch Ausscheidung von M₇C₃.     

Zur Bestimmung von Eisensulfid und Mangansulfid in unlegierten Stählen

Isolierung der Sulfide als Voraussetzung für ihre Analyse. Unvollständige Trennung der Sulfide von den Carbiden, Oxiden und Nitriden in den Isolaten. Unterschiedliches Verhalten von FeS und MnS gegenüber Wasserstoff bei höheren Temperaturen. Die Trennung von Eisen- und Mangansulfid durch Glühen der Isolate unlegierter Stähle im Wasserstoffstrom bei 750 °C. Ergebnisse der Bestimmungen von Eisen- und Mangansulfid in Eisenlegierungen und unlegierten Stählen.     

Zeitstandfestigkeit bei 700 bis 1000 °C von hitzebeständigen Chrom-Nickel-Stahlgußsorten und -Schmiedestählen für Industrieöfen und für Reformerrohre in der Erdölchemie

In Zeitstandversuchen bei 700 bis 1000 °C ermittelte Werte der Zeitstandfestigkeit für 1000 und 10 000 h Beanspruchungsdauer von sieben hitzebeständigen Stahlgußsorten mit rd. 0,10 bis 0.45% C, 0,8 bis 1,5% Si, 20 bis 28% Cr, 20 bis 48% Ni und gegebenenfalls mit Gehalten an Kobalt, Niob und Wolfram sowie einiger Schmiedestähle mit vergleichbarer chemischer Zusammensetzung. Graphischnumerische Extrapolation auf 100 000 h Beanspruchungsdauer. Einflußgrößen auf die Vorhersagegenauigkeit des Extrapolationsverfahrens. Zuverlässigkeit der extrapolierten Werte der 100000–h-Zeitstandfestigkeit bei Temperaturen oberhalb 950 °C. Vergleich der Zeitstandfestigkeit von Stahlguß und Schmiedestählen.     

Messung von Phasen im Sinter und die Auswirkung bestimmter Phasen auf den Koksverbrauch im Hochofen

Mit einem Bildanalysesystem werden die im Sinter mit unterschiedlicher Basizität sich ändernden Phasenanteile gemessen. Die bei höher basischem Sinter vermehrt auftretenden Schwierigkeiten der Differenzierung der Sinterphasen werden auf die Überlappung der Grauwertreflexionsbereiche von Kalkferriten und Magnetit zurückgeführt. In Gleichgewichtsmessungen mit CO/CO₂-Gemischen in einer Thermowaagenanlage konnte gezeigt werden, daß insbesondere der C₂F nahezu unabhängig von der Temperatur erst bei einer Gaszusammensetzung von CO₂’ = 21 % zu Eisen und CaO umgesetzt wird. Dieses Ergebnis ist um so mehr von Bedeutung, als daß alle Arten der Kalkferrite während ihrer Reduktionsumsetzung diesen Ferrit C₂F bilden. Für den Sauerstoffaustausch zwischen absinkendem Möller und aufsteigendem reduzierendem Gas bedeutet die Reduktion der Ferrite C₂F, CF und CF₂ bei 900°C für die den Brennstoffverbrauch bestimmende Wüstitecke eine Verschiebung sowohl in Richtung mehr abzubauenden Sauerstoffes als auch zu höherem Reduktionspotential. Für eine ausgeglichene Wärme- und Sauerstoffbilanz im Hochofen bedeutet dies, daß das Reduktionsvermögen des aufsteigenden Gases an der den Brennstoffverbrauch bestimmenden Wüstitecke höher liegen muß. Dies hat zur Folge, daß zunehmende Kalkferritanteile im Sinter zu einem Anstieg des Brennstoffverbrauches führen.     

Einfluß von Mangan auf die Umwandlungen im festen Zustand und Übertragbarkeit der Ergebnisse auf Schweißungen an Gußeisen mit Kugelgraphit

Messung der Temperaturänderung in Abhängigkeit von der Zeit in unterschiedlichen Abständen einer Schweißnaht von Platten aus Gußeisen mit Kugelgraphit. Nachahmung der dabei ermittelten Temperatur-Zeit-Folgen bei der Abkühlung von Probeplättchen aus Kugelgraphit-Gußeisen mit rd. 3,3 bis 3,6% C, 2,6 bis 2,9% Si und 0,007 bis 0,4% Mn, Gefügeuntersuchungen und Härtemessungen an den Plättchenproben. Einfluß von unterschiedlichen Haltezeiten im Austenitgebiet und Einfluß von Mangan auf den Übergang zu martensitischer Umwandlung; Vergleich der Ergebnisse mit Befunden an Schweißnähten.     

Einfluß langsamer Temperaturwechsel auf das Kriechen von Chrom-Molybdän-Vanadin-Stahlguß mit rd. 1% Cr im Zeitstandversuch

Zeitstandversuche bei 500 und 550°C bis rd. 20 000 h Dauer an einem warmfesten ferritischen Stahlguß GS-17 CrMoV 5 11 mit 0,16% C, 0,43%Si, 0,76% Mn, 1,35% Cr, 1,02% Mo und 0,26%V in den Wärmebehandlungszuständen 950°C 6 h/Luft + 710°C 12 h/Ofen und 950°C 6 h/Öl + 710°C 12 h/Öl. Zeitstandversuche mit regelmäßigen langsamen Temperaturwechseln von 450 bis 500, von 500 bis 550 und von 525 bis 575°C bis rd. 10 000 h Dauer. Vergleich der Zeitdehnlinien für Zeitstandversuche mit gleichbleibender und mit veränderlicher Temperatur. Gegenüberstellung der mittleren und der scheinbaren Versuchstemperatur. Scheinbare Aktivierungsenergie für Kriechen bei hohen und bei niedrigen Spannungen. Metallkundliche Deutung der Versuchsergebnisse.