Eisenschmelzen und Hochofenschlacken im Graphittiegel bei längerer Schmelzdauer

Die starke Veränderlichkeit des Siliziumgehaltes von Eisenschmelzen unter Silikat-Sulfidschlacken im Graphittiegel. Vier verschiedene CaO-MgO(10%)-Al₂O₃(10%)-SiO₂-Schlacken reagieren 5 min bis 6 h lang bei 1550 °C mit siliziumarmen, aber schwefelreichen Eisenschmelzen. Der Umsatz des Kohlenstoffs bei verschieden oxydierenden Bedingungen zu Anfang. Die Verknüpfung der Konzentrationen von Silizium, Mangan, Eisen und Schwefel als Folge der Querreaktionen. Die umgesetzten Mengen, das weite Überwiegen der Kieselsäurereduktion durch Kohlenstoff. Berechnung des Ablaufes der Einzelreaktionen und des Gesamtumsatzes aus demjenigen einer Reaktion mit Hilfe der Kennzahlen der Querreaktionen.     

Die Gleichgewichte zwischen Eisen und kalkgesättigten,schwefelhaltigen Eisenoxydschlacken bei 1400 und 1600°C

Versuchsdurchführung. Schlackengleichgewichte im System Fe–O–Ca–S sowie im Teilsystem FeO_n–CaO–CaS–FeS. Metall-Schlacken-Gleichgewichte. Mikroskopische Untersuchungen. Raummodell Fe–O–Ca–S für 1600 und 1400°C. Erörterung der Ergebnisse im Hinblick auf die Entschwefelung unter oxydierenden Bedingungen.     

Ermittlung der Rißzähigkeit aus den Werkstoffkenngrößen Streckgrenze und Spaltbruchspannung hochfester Stähle für unterschiedliche Beanspruchungsbedingungen

Zur Ermittlung der Rißzähigkeit aus den Werkstoffkenngrößen Streckgrenze und Spaltbruchspannung, die in kostengünstigeren Verfahren bestimmt werden können, wurden durch Verknüpfung zweier Modellvorstellungen die Rißzähigkeitswerte errechnet und mit den experimentell gefundenen Werten verglichen. Die Kenngrößen Streckgrenze und Spaltbruchspannung wurden für die Stähle St 52-3 und 34 NiCrMo 74 im Zug- und Biegeversuch in Abhängigkeit von Temperatur und Dehngeschwindigkeit aufgenommen. Die Untersuchungen ergaben, daß bei Rißausbreitung durch Spaltbruch der Einfluß von Temperatur und Dehngeschwindigkeit auf die Rißzähigkeit mit Hilfe des dargestellten Ansatzes abgeschätzt werden kann, wenn die jeweilige Streckgrenze sowie die Spaltbruchspannung und die werkstoffspezifische Größe Δx_c gegeben sind.     

Mechanismus der Rostbildung auf witterungsbeständigem Stahl

Untersuchungen an einem witterungsbeständigen Stahl mit rd. 0,08% 0, 0,09% P, 0,8% Cr, 0,3% Cu und 0,4% Ni zur Ermittlung des Bildungsmechanismus der bei der Korrosion an Luft entstehenden Deckschichten sowie der physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Deckschichten mit Hilfe von chemischen, lichtmikroskopischen, elektronenoptischen und Röntgenbeugungsverfahren. Deutung der Ergebnisse an Hand einer Beschreibung des Reaktionsablaufes unter Bildung von Sperrschichten.     

Untersuchung über die Abbindung des Schwefels in kalkgesättigten Schlacken duch Oxisulfide unter Beteiligung des dreiwertigen Eisens

Der Einfluß der CaO- und FeO_n-Gehalte der Schlacke auf die Entschwefelung ist seit langem bekannt. Nach neueren Untersuchungen jedoch zeigen die Schwefelverteilungswerte unter oxidierenden Bedingungen eine Abhängigkeit auch vom Eisen-(III)-oxid-Gehalt. Ausgehend von der Hypothese der Bildung von Fe³⁺-haltigen Oxisulfiden wurde deshalb in dieser Arbeit die Möglichkeit der Abbindung des Schwefels durch Kalkferrite untersucht. Dazu wurden Glühversuche mit Tabletten aus FeS und 2 CaO.Fe₂O₃ in Gasatmosphären mit festgelegtem Sauerstoffpartialdruck bei Temperaturen von 900 bis 1400°C durchgeführt. Die geglühten Proben wurden im Diffraktometer sowie mit der Mikrosonde untersucht. Im System Ca—Fe—S—O wurde ein Oxisulfid I gefunden, dessen Zusammensetzung als 3CaS.2Fe₂O₃ (Fe₄Ca₃S₃O₆) angegeben werden kann. Das darin enthaltene dreiwertige Eisen erklärt die bei steigenden Fe³⁺-Gehalten zunehmenden Schwefelverteilungswerte. Es konnte weiterhin ein zweites Oxisulfid II (2CaS.Fe₂O₃) bestätigt werden, das jedoch für die Schwefelabbindung in Stahlwerksschlacken von untergeordneter Bedeutung ist. Die d_hklWerte beider Oxisulfide wurden bestimmt und mit den Angaben anderer Autoren über Oxisulfide verglichen. Die Schwefelabbindung ist abhängig vom eingestellten Sauerstoffpartialdruck. Bei niedrigen po₂, d.h. stark reduzierenden Bedingungen, liegt der Schwefel als CaS vor. Bei höheren po₂ wird der Schwefel ausschließlich als Oxisulfid I abgebunden, wogegen am Übergang von reduzierenden zu oxidierenden Bedingungen nebeneinander CaS sowie Oxisulfid I und II existieren. In reinen FeO_n-Schlacken liegt der Schwefel nur als an Fe gebunden vor.     

Über den Einfluß eines örtlich veränderlichen Reibwertes auf die Berechnung der Kräfte bei technischen Umformverfahren

Erfassung der Randschubspannung zwischen Werkzeug und Werkstück durch die Einführung eines veränderlichen Reibwertes. Abhängigkeit des Reibwertes von Druck, (Relativ-Geschwindigkeit und Temperatur aus vorliegenden physikalischen Untersuchungen der Reibverhältnisse; Reibgesetze aus Auswertung des einschlägigen Schrifttums. Vergleich verschiedener Reibgesetze bei den Umformverfahren Ziehen, Bandwalzen und Stauchen mit Hilfe der elementaren Theorie. Folgerungen für die Anwendung eines örtlich veränderlichen Reibwertes bei der Berechnung plastischer Umformvorgänge.     

Untersuchung über die metallurgischen Eigenschaften und das Schwellverhalten von Eisenerzen,Sintern und Pellets

Verhalten von Erzen, Sintern und Pellets während der Reduktion außerhalb des Hochofens und unter den Bedingungen während der Verhüttung. Einfluß der Temperatur und des Reduktionsgrades auf die Festigkeit, Porigkeit und das Schwellen von Erzen, Sintern und Pellets. Untersuchungen mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops und einer Mikrosonde.     

Kinetische Untersuchungen der Oxidation des Vanadins von Roheisen mit sodahaltigen Schlackengemischen

Die Kinetik der Oxidation des Vanadins von Roheisen mit Soda wurde mit Hilfe von Rührversuchen und Injektionsversuchen bei verschiedenen Bedingungen untersucht. Für die Geschwindigkeit der Entvanadinisierung spielt die Sodamenge eine große Rolle. Je mehr Soda bei den Versuchen verwendet wird, desto besser wird entvanadinisiert. Die Geschwindigkeit der Entvanadinisierung verlief am wirkungsvollsten, wenn die Soda unter Zugabe von Fe₂O₃ oder Na₂SO₄ als Oxidationsmittel in das Roheisen eingeblasen wurde. Der Einfluß der Temperatur auf die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen Vanadin und Soda ist nicht groß. Die Ausgangsschlacke sollte SiO₂-Gehalte unter 10 % enthalten.     

Untersuchungen zur Kinetik der Entschwefelung kohlenstoffgesättigten Eisens durch schwachbasische synthetische Hochofenschlacken bei gleichzeitiger Oxidation des Schwefels aus der Schlacke

Grundsätzliche Betrachtungen und experimentelle Untersuchungen bei 1400°C zur Kinetik des Schwefelüberganges aus kohlenstoffgesättigtem Eisen über die schwachbasische hochofenartige Schlacke in das stark oxidierende Gas mit den beiden Entschwefelungsreaktionen an der Phasengrenze Eisen–Schlacke unter reduzierenden Bedingungen und an der Phasengrenze Schlacke–Gas unter oxidierenden. Erklärung der verschiedenen Versuchsergebnisse mit der Modellvorstellung von zwei in der Schlackenschicht getrennten Reaktionsflächen.     

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.     

Reduktion chromoxidhaltiger Silikate durch siliziumhaltige Eisenschmelzen im Graphittiegel

Besonderheiten der Reduktion chromoxidreicher Silikate durch das Silizium der Eisenschmelzen und den Graphit des Tiegels bei 1400 und 1550°C. Schwefelarme Silikate und solche mit (S) = 1,6%. Silizium als starkes Reduktionsmittel. Hemmung der Chromoxydation bei steigenden Siliziumgehalten der kohlenstoffreichen Eisen-Chrom-Schmelzen. Einfluβ des Basengrades der Silikate. Eisenschmelzen mit geringen Chromgehalten. Ausschlaggebende Bedeutung der kleinen Chromgehalte der Silikate. Silikate mit anfangs 0,5 oder 1% B₂O₃ und 2% TiO₂. Ansprechen der kleinen Gehalte von Bor und Titan in den Eisenschmelzen auf die reduzierenden Bedingungen. Eisen-Chrom-Schmelzen mit 9% Ni unter Silikaten verschiedenen Basengrades mit (S) = 0,5 oder 2%. Die Stickstoffaufnahme der Metallschmelzen und der Silikate unter den verschiedenen Bedingungen.     

Zum Einfluß von Temperatur und Beanspruchungsgeschwindigkeit auf die Rißzähigkeit von Baustählen mit unterschiedlicher Festigkeit

Untersuchungen an zwei territisch perlitischen Stählen und an einem bainitischen Stahl mit Streckgrenzenwerten zwischen 330 N/mm² und 630 N/mm². Ermittlung der Rißzähigkeit K_lc in Abhängigkeit von der Temperatur bei Beanspruchungsgeschwindigkeiten zwischen dem quasistatischen Versuch und schlagartiger Beanspruchung. Meßtechnische Voraussetzungen für die Durchführung von Bruchmechanikversuchen bei hohen Beanspruchungsgeschwindigkeiten. Ermittlung der kritischen Rißaufweitung δ_c und Vergleich der an kleinen 1 CT-Proben ermittelten K_lc-Werte mit den Ergebnissen von 2 CT-Proben. Unterschiede zwischen den aus instrumentierten Kerbschlagversuchen ermittelten Ergebnissen und den an instrumentierten CT-Proben gemessenen K_ld-Werten. Darstellung der Rißzähigkeit K_lc in Abhängigkeit von der im Kerbgrund berechneten Dehngrenze.     

Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit in synthetischen Gießpulvern

Die Wärmeleitfähigkeit synthetischer Schlacken im Dreistoffsystem Al₂O₃—CaO—SiO₂ mit und ohne CaF₂- und/oder Na₂O-Zugaben wird im festen, fest/flüssigen und flüssigen Zustand mit Hilfe eines modifizierten stationären Hohlzylinderverfahrens bestimmt. Die untersuchten Schlacken dienen als Grundlage für die chemische Zusammensetzung der Gießpulver für das Stranggießen von Stahl und entsprechen in einigen Fällen den Gießschlacken, die nach der Kohlenstoffverbrennung und Karbonatzersetzung aus dem Gießpulver in der Stranggießkokille entstehen. Mit steigender Temperatur nimmt die Wärmeleitfähigkeit bei den untersuchten Schlacken fast linear zu. Im fest/flüssigen Übergang spielt die Schmelzenthalpie bei der Ausbildung eines Maximums der Wärmeleitfähigkeit innerhalb des Schmelzintervalls eine entscheidende Rolle. Schließlich nimmt die Wärmeleitfähigkeit im flüssigen Zustand mit zunehmender Temperatur ab. Der Al₂O₃-Gehalt übt keinen Einfluß auf die Wärmeleitfähigkeit im flüssigen Zustand aus. CaF₂- und/oder Na₂O-Zugaben führen dagegen zu einer Abnahme der Wärmeleitfähigkeit im gesamten untersuchten Temperaturbereich.     

Über die Löslichkeit des Phosphors in Eisen und Eisen-Kohlenstoff-Legierungen unterhalb 1000°C

Schrifttumsübersicht über die Löslichkeit des Phosphors in Eisen. Eigene Untersuchung der Phosphorlöslichkeit mit Hilfe von Diffusionspaaren Fe₃P/Reineisen und Fe₃P[kohlenstoffhaltiges Eisen mit bis zu rd. 0,6% C. Untersuchung der Phosphorverteilung mit der Mikrosonde und Messung der Mikrohärte nach Diffusionsglühungen bei Temperaturen zwischen 600 und 910°C. Erörterung der Versuchsergebnisse.     

Die NH-Bestimmung – Möglichkeit zur getrennten Erfassung von gelöstem Stickstoff und unterschiedlichen Nitriden in Stählen

Weiterentwickeltes Verfahren zur Heißextraktion von Stahlspänen mit Wasserstoff (N_H-Bestimmung) und Anwendung bei der Untersuchung stickstoffhaltiger Phasen in niedriglegierten Chrom- und Chrom-Vanadium-Stählen. Mit Hilfe einer automatisierten Apparatur Bestimmung der Menge des gelösten Stickstoffs und des Anteils der jeweils vorhandenen Nitride.     

Die Beeinflussung der Kohlenstoff- und Sauerstoffaktivität im flüssigen Eisen durch Vanadin,Zinn und Antimon

Untersuchung des Einflusses der Elemente Vanadin, Zinn und Antimon auf die Kohlenstoff- und Sauerstoffaktivität im flüssigen Eisen bei 1600 °C über Kohlenmonoxid-Kohlendioxid-Hilfsgasgleichgewichte. Angabe der Wirkungsparameter ?^X_C, e^X_C sowie ?^X_O und e^X_O für Zusammensetzungen bis 1,2% [V], bis 50% [Sn] und bis 20% [Sb]. Berechnung der Einflüsse von Kohlenstoff und Sauerstoff auf die Aktivitäten der Legierungselemente Vanadin, Zinn und Antimon mit Hilfe der Kreuzrelation. Vergleich der Ergebnisse mit Schrifttumsangaben.     

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.     

Einfluß hoher Dehngeschwindigkeiten auf die Ausbildung der Streckgrenze ferritischer Stähle im Bereich tiefer Temperaturen

An Stählen mit einer Streckgrenze zwischen 150 und 1300 N/mm² Untersuchung des Spannung-Zeit-Verlaufs im Schlagzugversuch mit Dehngeschwindigkeiten von 8,4 · 10^–4 bis 2,5 · 10² s^–1 bei Prüftemperaturen von + 20 bis –196 °C. Einfluß der Korngröße und der Streckgrenze bei statischer Beanspruchung auf die Temperatur- und Dehngeschwindigkeitsabhängigkeit der Streckgrenze bei dynamischer Beanspruchung. Rechnerische Überprüfung der Ergebnisse mit Hilfe der Hall-Petch-Beziehung. Vergleich von Untersuchungsergebnissen an glatten und gekerbten Proben.     

Der Einfluß des Kerbradius auf die Kollaps- und die Initiierungsgrenztemperatur schweißbarer Baustähle

Kollapsgrenztemperatur T_gy, Initiierungsgrenztemperatur T_i. Einfluß des Kerbradius bei verschiedenen Probengrößen, werkstoffmechanische Zusammenhänge. Einfluß des plastischen Spannungskonzentrationsfaktors, der Spaltbruchfestigkeit und der Streckgrenze auf T_gy. Abschätzung des Einflusses des Kerbradius und der Probengröße auf den plastischen Spannungskonzentrationsfaktor mit Hilfe der Fließlinientheorie und der Spannungen entsprechend dem HRR-Feld. Bedeutung der Ergebnisse für die Sicherheitsanalyse. T_i als Grenztemperatur für die Anwendung elastisch-plastischer Bruchmechanik hinsichtlich Initiierung und Wachstum stabiler Anrisse. Ermittlung von T_i mit gekerbten Proben, insbesondere bei Schweißverbindungen. Einfluß des Kerbradius auf Initiierungskennwerte.     

Emissionsgradmessungen zur Verbesserung der berührungslosen Temperaturmessung an Stählen unter Berücksichtigung von Oxidationsvorgängen

Die beschriebene Versuchseinrichtung ermöglicht es, Oxidationsvorgänge an Stählen unter definierten Bedingungen vorzunehmen und dabei zugleich Emissionsgradmessungen durchzuführen. Apparative Probleme wie eine freistehende Probenhalterung und -heizung, Erzielung isothermer Meßflächen und exakte Messung ihrer Temperatur, gleichmäßige und zugleich schnell umstellbare Gasanströmung der Probe sowie Fragen der Gasaufbereitung konnten in zufriedenstellender Weise gelöst werden. Die erreichte Meßunsicherheit von ca. 5 bis 15 % erlaubt es, die Tendenzen der von einem bestimmten Gas infolge Temperatur und Zeit an verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Oberflächen bewirkten Emissionsgrad-Veränderungen aufzuzeigen. Die jeweils erzeugten Proben stehen für Analysen der gebildeten Oxide zur Verfügung. Die Auswertung der Messungen liefern sowohl die Emissionsgrade bei den Wellenlängen 0,71, 0,85, 1,0, 1,6 und 2,1 μm und den Gesamtemissionsgrad als auch die, mit den jeweiligen Strahlungspyrometern gemessenen, scheinbaren Temperaturen während der gesamten Beobachtungszeit in laufender Folge als Zahlenwerte. Für Temperaturmessungen in der betrieblichen Praxis können die Anwender aus den ermittelten Emissionsgrad-Zeitdiagrammen unmittelbar die geeignete örtliche Anordnung der Strahlungspyrometer bestimmen. Die einzustellenden Emissionsgrade können aus den Ergebnistabellen abgelesen werden. Die Ergebnisse lassen sich auch zur Beurteilung von Messungen mit Verhältnispyrometern heranziehen. Systematische Messungen an verschiedenen Stählen mit unterschiedlichen Oberflächenbehandlungen in Verbindung mit Analysen und Strukturbestimmungen der Oxidfilme sollen Aussagen ermöglichen, die für die Anwendung der pyrometrischen Temperaturmessung zu erheblichen Verbesserungen führen. Die Untersuchungen der Oxidschichten werden von H. J. Grabke, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH in Düsseldorf durchgeführt. Die bisher vorliegenden Messungen an Baustahl, Kohlenstoffstahl und hochlegiertem Stahl sind im Forschungsbericht ⁹) beschrieben.