Einfluß von chemischer Zusammensetzung und Herstellungsbedingungen auf die Rißanfälligkeit Te-Iegierter Automatenstähle

Heißzugversuche und begleitende metallkundliche Untersuchungen wurden durchgeführt, um Festigkeit und Zähigkeit von Automatenstählen beim Stranggießen und Warmumformen in der 1. Hitze durch geeignete Versuchsführung im Labormaßstab zu bestimmen. Dabei galt es, den Einfluß des Legierungselementes Tellur in Gehalten von 0–0,047% festzulegen. Es zeigte sich eine starke Abhängigkeit der Festigkeit, der Zähigkeit und des Bruchverhaltens von dem durch die Versuchsführung gegebenen Gefügezustand, der Prüftemperatur und der Zerreißgeschwindigkeit. Im Heißzugversuch nach partiellem Aufschmelzen der Proben ?in situ” zeigen alle untersuchten Stähle einen extrem starken Abfall der Brucheinschnürungswerte im Bereich des zweiten Zähigkeitsabfalls. Dieser wird auf eine Ausscheidung von z.T. flüssigen, sehwefelreichen Phasen, insbesondere auf den Austenitkorngrenzen, aufgrund abnehmender Schwefellöslichkeit und langsamer Mangandiffusion bei sinkender Temperatur zurückgeführt. Sensibilisierungsversuche im Temperaturgebiet der Warmumformung wurden an zuvor partiell aufgeschmolzenen Proben sowie an Proben im industriell erzeugten Gußzustand und im vorgewalzten Zustand der Stahlsorte 9 SMnPb 28 mit und ohne Tellur durchgeführt. Während die Festigkeitswerte keine Abhängigkeit vom Tellurgehalt zeigen, weisen sämtliche tellurlegierten Proben unterhalb von 1150°C deutlich niedrigere Brucheinschnürungswerte auf als die entsprechenden tellurfreien Varianten. Verantwortlich hierfür ist eine Flüssigmetallversprödung, die durch aufschmelzende Bleitelluride verursacht wird.     

Die Prandtl-Zahlen der flüssigen Metalle Eisen und Nickel

Erörterung der Bedeutung der Prandtl-Zahl als Kenngröβe für die Untersuchung des Wärmetransports bei Konvektion. Abschätzung der Prandtl-Zahlen für flüssiges Eisen zwischen Schmelzpunkt und 2000°C sowie für flüssiges Nickel am Schmelzpunkt mit dem Schrifttum entnommenen Angaben über die dynamische Viskosität, die spezifische Wärme und die Wärmeleitfähigkeit der flüssigen Metalle.     

Einfluß der δ-γ-Umwandlung des Eisens auf den Wärmeübergang zwischen Block und wassergekühlter Kupferkokille

Gießversuche mit Reineisen sowie mit ferritischen Fe-V- und Fe-Si-Legierungen im Vakuuminduktionsofen. Thermische Messungen des Erstarrungsablaufes in einer wassergekühlten Kupferkokille. Messung der Wärmeflußdichte zwischen Block und Kokille bei Gießen und Erstarren unter Vakuum ohne Gaswärmeleitung im Spalt. Ermittlung der Wärmeübergangskoeffizienten. Aussagen zur Spaltbildung mit einem Strahlungsmodell und anhand der dilatometrisch bestimmten Längenänderung bei der Abkühlung. Einfluß der δ-γ-Umwandlung des Eisens auf die Spaltbildung in unterschiedlich zusammengesetzten Stählen und mögliche Folgerungen für die Vergießbarkeit in Stranggießkokillen.     

Einfluß unterschiedlicher Gase im Spalt auf den Wärmeübergang zwischen Block und wassergekühlter Kupferkokille

Gießversuche im Vakuuminduktionsofen an Reineisen mit ausgeprägter Spaltbildung. Thermische Analyse des Erstarrungsablaufes in einer wassergekühlten Kupferkokille. Ermittlung des Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Block und Kokille durch kontinuierliche Messung der Wärmeflußdichte beim Gießen und Erstarren mit unterschiedlichen Gasen: Ar, N₂, CO, O₂, ?H₂O?, ?H₂S?, He und H₂ im Spalt. Reaktionen der Gase an der Eisenoberfläche unter Berücksichtigung des Gastransportes im Spalt. Oberflächenbeschaffenheit der Blöcke. Ableitung des Erstarrungsgesetzes aus einer Wärmebilanz. Deutung der Gaswärmeleitung im Spalt aufgrund der Wärmeleitfähigkeit der Gase und der mikroskopischen und makroskopischen Spaltbreite.     

Aufnahme von Tonerde durch Stranggießpulver

Anhand von mit Aluminium desoxidierten Eisenschmelzen wird die Tonerdeaufnahmegeschwindigkeit handelsüblicher Stranggießpulver untersucht. Die Tonerdeaufnahmevermögen der untersuchten Gießpulver liegen über 20 Gew.-%, so daß sie sich in dieser Beziehung in der Praxis gut bewähren können. Die Abhängigkeit der Tonerdeaufnahmegeschwindigkeit von der Basizität (CaO/SiO₂) zeigt ein Minimum. An der Phasengrenze Gießpulver/Schmelze beträgt der anfängliche Tonerdeübergang 1,78 mg/cm².s.     

Die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Stampfmassen aus Schmelzkalk (Kristallkalk)

Aufgabenstellung und kurze Übersicht über die Grundzüge der Verfahren zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit, Beschreibung einer neuen Apparatur zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Stampfmassen, die Wärmeleitfähigkeit von Stampfmassen aus Quarzit, Elektromagnesia und Schmelzkalk im ungesinterten und gesinterten Zustand, experimentelle Untersuchungen mit Infrarot-Photographien an Einkristallen aus Schmelzkalk, Hinweis auf die Bedeutung der Strahlung bei höheren Temperaturen.     

Diffusion von Silizium in schmelzflüssigen Kalk-Kieselsäure-Tonerde-Schlacken

Ermittlung der Diffusionskoeffizienten von Silizium in flüssigen Schlacken in Abhängigkeit vom Kalk-Kieselsäure-Verhältnis und vom Tonerdegehalt für 15 bis 60% SiO₂ und 15 bis 40% Al₂O₃ in der Schlacke und Temperaturen von 1500 bis 1600°C. Aus der Aktivierungsenergie der Diffusion Rückschlüsse auf den Aufbau der Schlacken und auf den Diffusionsmechanismus. Aussagen zum Einfluβ von Kalk und Tonerde auf die Beständigkeit des Kieselsäuregitters. Vergleich der Diffusionskoeffizienten von Silizium und Kalzium in der flüssigen Schlacke.     

Die elektrolytische Dissoziation flüssiger Schlacken und ihre Bedeutung für metallurgische Reaktionen

Ableitung eines mathematischen Transportmodells des Schwefels für die zeitlich quantitative Angabe der Schwefelverteilung zwischen Metall und Schlacke. Stand der heutigen Erkenntnisse für den Entschwefelungsmechanismus zwischen Bad und Schlacke. Angabe von allgemeinen Transportgleichungen des Schwefels ohne und mit Berücksichtigung der Diffusion des Schwefels im Metall und in der Schlacke. Erörterung des Schwefeltransportes zwischen kohlenstoffgesättigten Eisenschmelzen und flüssigen kalkhaltigen Schlacken. Bedeutung des Einflusses von Silizium auf die Schwefelaktivität und für die Grenzflächenreaktionen. Kritische Betrachtung zur Definition der Gleichgewichtskennzahl K_Si,S.     

Die Bestimmung des Wasserstoffgehaltes von flüssigem Stahl

Beschreibung der Probenahme von Stählen mit Eisengehalten größer als 95% aus Strangguß- und Blockgußkokillen und einer Apparatur zur Bestimmung des Wasserstoffgehaltes. Entnahme durch geschütztes Tauchen von Quarzgutrohren. Füllen in Tiefen bis zu 250 mm mit ferrostatischem Druck. Umgehung der Probenahme aus oberflächennahen Schichten des Stahlbades zur Vermeidung von Verlusten durch das bisher übliche Einsaugen des flüssigen Stahles in das Quarzgutrohr. – Wasserstoffbestimmung durch Warmauslagerung der Proben im Stickstoffträgergasstrom mit einer Wärmeleitfähigkeitszelle. Elektronische Integration der Meßspannung einer Thermistorbrücke über die Entgasungszeit der Probe.     

Das Heißdrahtverfahren zur Messung der Wärmeleitfähigkeit von feuerfesten Baustoffen und Isoliersteinen

Beschreibung des Versuchsaufbaus und der Meß- und Regeleinrichtungen des Heißdrahtverfahrens. Erörterung der theoretischen Grundlagen und Aufstellung einer Bestimmungsgleichung für die Wärmeleitfähigkeit λ. Fehlerbetrachtung. Versuchsergebnisse an Isolier- und Feuerleichtsteinen sowie an Schamotte- und Korundsteinen bei Temperaturen bis zu 1500 °C.     

Einfluß der Kaltverformungsart und der natürlichen und künstlichen Alterung auf die Verschiebung der Übergangstemperatur der Kerbschlagzähigkeit allgemeiner Baustähle

Mit DVM-Proben aus den unberuhigt vergossenen Stählen USt 35.2 mit 0,135% C und 0,40% Mn und USt 37-1 mit 0,040% C und 0,34% Mn im normalgeglühten, im über Ac₃ geglühten und langsam (im Ofen) abgekühlten sowie im vergüteten Zustand, im 4, 7 oder 10% kalt verformten Zustand, im quer- und längsgestauchten, im gereckten sowie im gezogenen Zustand, nach viertel-, halb- und neunjähriger Auslagerung, im nicht angelassenen oder bei 250 °C 1 h angelassenen Zustand Aufnahme von Kerbschlagzähigkeit-Temperatur-Kurven zur Untersuchung des Einflusses der Wärmebehandlung, des Grades und der Art der Kaltverformung sowie der natürlichen und künstlichen Alterung auf die Kerbschlagzähigkeit. Folgerung für die Beurteilung der natürlichen Alterung allgemeiner Baustähle bei Raumtemperatur.     

Die Aktivität des Eisenoxyds in FeO-MgO-SiO2-Schlacken bei 1600°C

Berechnung der Aktivität des Eisenoxyds in kieselsäuregesättigten Schlacken. Ermittlung der Aktivität des Eisenoxyds auf der Soliduslinie für an Magnesiumoxyd und an Kieselsäure gesättigte Schhcken. Abschätzung der Aktivität des Eisenoxyds im flüssigen Bereich des Systems FeO–MgO–SiO₂.     

Die Phosphorgehalte im Eisen unter Schlacken des Systems CaO–FeOn–P2O5–SiO2 bei 1600°C

Phosphorgehalte im flüssigen Eisen bei entmischten silikophosphatgesättigten Schlacken. Schaubild für die Phosphorgehalte des Eisenbades im System Fe–CaO–FeO_n–P₂O₅–SiO₂. Einfluβ der Kieselsäure auf das Gleichgewicht der Entphosphorung. Metallurgische Betrachtungen über die Phosphorgehalte im Eisen unter phosphatischen Stahlwerksschlacken.     

Reaktionen sauerstoffaffiner Begleitelemente des Eisens mit eisenoxidhaltigen basischen Schlacken

Laboratoriumsversuche zur Untersuchung des zeitlichen Verlaufs der Reaktionen zwischen den im flüssigen Eisen gelösten Legierungselementen Silicium, Aluminium und Mangan und eisenoxidhaltigen basischen Schlacken im Temperaturbereich von 1600 bis 1780 °C. Ermittlung des Zeitgesetzes und des geschwindigkeitsbestimmenden Teilschrittes der Reaktionen. Aussagen über den Reaktionsablauf bei gleichzeitiger Reaktion zweier Legierungselemente mit der CaO-SiO₂-FeO_n-Schlacke, besonders über den Einfluß der Reaktionswärme auf die Stoffübergangsgeschwindigkeit. Anwendung der gefundenen Gesetzmäßigkeiten zur Berechnung der Aluminiumverschlackung während der Vakuumbehandlung nach dem Umtaufverfahren, während der Spülgasbehandlung und während des Vergießens.     

Das Hochofenschlackensystem Al2O3–CaO–MgO–SiO2 bei 1600, 1500 und 1400 °C

Beschreibung von Sättigungsflächen im System Al₂O₃–CaO–MgO–SiO₂ durch isotherme Schnitte im Konzentrationsbereich der Hochofenschlacken für 1600, 1500 und 1400 °C. Räumliche Tetraederdarstellungen und quantitative Grundrißprojektionen nach Überprüfung und Neufestlegung der Grenzflächen des homogenen Schlackenraumes durch Sättigungsschmelzen. Vollständige Darstellung des Grundsystems Al₂O₃–CaO–SiO₂ für 1600, 1500 und 1400 °C. Beispiel für die Anwendung der quantitativen Grundrißprojektion zur Einschätzung der Heterogenität von flüssigen Hochofenschlacken.     

Tonerde und Kieselsäure im Vergleich bei den Reaktionen kalkreicher Schlacken mit Eisenschmelzen im Graphittiegel

Zum Schrifttum über das Verhalten der Tonerde im Vergleich zur Kieselsäure in Hochofenschlacken. Der Vorteil, die Reaktionen sogleich in den Vielstoffsystemen zu verfolgen. Die heftigen Gasausbrüche bei den Reaktionen zwischen siliziumarmen (<0,05 % Si), aber schwefelreichen (1 % S) Eisenschmelzen und CaO(50 %)-Al₂O₃-Schlacken im Graphittiegel bei 1550°C. Die eigenartige Benetzung des Graphits durch diese Schlacken. Das schlagartige Beruhigen des Überkochens und Schäumens der CaO(50 %)-Al₂O₃-Schlacken bei Zusatz des Reduktionsmittels Silizium zur Eisenschmelze. Das Verhalten von CaO(50 %)-Al₂O₃-SiO₂-Schlacken gegenüber Eisenschmelzen und Graphit bei der Entschwefelung, der Rückschwefelung, der Eisen- und Manganverschlackung und der Kieselsäurereduktion. Die Verknüpfung der Gehalte der flüssigen Phasen über die Querreaktionen. Nickelschmelzen an Stelle der Eisenschmelzen. Die Reaktionen von CaO(50 %)-CaF₂-Schlacken mit Eisenschmelzen im Graphittiegel. Die so verschiedene Wirkung von Kieselsäurezusätzen gegenüber Tonerdezusätzen zu diesen Schlacken. Die Reduktion der Tonerde. Hinweise auf die Nitrid- und Karbidbildung in solchen Schlacken.     

Untersuchungen zur Wärmeübertragung bei der Spritzwasserkühlung von Stahlplatten

Mittels eines instationären Untersuchungsverfahrens wurde der Wärmeaustauschvorgang bei der Wasserabspritzung in einem sich auf die Kühlstrecke einer Warmwalzanlage beziehenden Bereich untersucht. Es wurde der Einfluß von Wasserbeaufschlagungsdichte, Oberflächenstoßdruck, Wasserschicht und Material auf den Wärmetransport überprüft. Die gesamte Oberflächenwärmestromdichte wurde als passende Größe zur Beschreibung der Wärmeübertragung bei der Wasserabkühlung besonders im Bereich der instabilen Filmverdampfung ausgewählt. Quantitativ wurde diese Größe unter verschiedenen Abkühlbedingungen ermittelt. Nach Forderung der Kühlungssimulationsaufgabe wurde die ?Stepwise Regression Procedure“ verwendet, um die Form und die entsprechenden Parameter der Regressionsformeln festzustellen. Die Ergebnisse für X 5 CrNi 18 8 wurden dargestellt. Solche mathematische Darstellungen können Wärmerandbedingungen in den Bereichen der stabilen und instabilen Filmverdampfung sowie der Blasenverdampfung kontinuierlich erfassen. Die Ergebnisse enthalten die wichtigsten Einflußfaktoren, wie einerseits Oberflächentemperatur (150–850°C) und andererseits Wasserbeaufschlagungsdichte (300–1500 l/(m² · min)). Diese Methode eignet sich als Grundlage zur Ermittlung der Wärmerandbedingungen unter den verschiedenen simulierten Kühlungsbedingungen und stellt somit den Ansatz eines zuverlässigen Modells zur Simulation und Optimierung des Warmwalzprozesses bzw. des Wärmebehandlungsprozesses und schließlich auch der ganzen Anlage dar.     

Mathematisches Modell zur Berechnung der Sumpfgeometrie bei Stranggieß-und Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren

Beschreibung eines mathematischen zweidimensionalen Modells zur Bestimmung des stationären Temperaturfeldes und des Sumpfprofils beim Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren und beim Stranggießverfahren. Angaben einer analytischen Lösung des Wärmeleitproblems für Zylinderprofile und Rechteckquerschnitte. Erfassung der Erstarrung in einem numerischen Modell unter Berücksichtigung einer Wärmequelle im Erstarrungsintervall bei Legierungen und durch eine Phasenübergangsbedingung bei Reinmetallen. Erörterung über die Anwendungsbereiche der mathematischen Lösungen für die verschiedenen Betrachtungsweisen.     

Das Aluminium als Reduktionsmittel bei den Reaktionen zwischen. Eisenschmelzen und Hochofenschlacken im Graphittiegel

Das Schrifttum über den Einfluß des Aluminiums im flüssigen Roheisen auf den Schwefelaustausch mit Kalk-Kieselsäure-Tonerde-Schlacken und die Bedenken dagegen. Die Wirkung gleicher Anfangsaluminiumgehalte der Eisenschmelzen bei Schlacken steigender Basizität. Die Bildung von Aluminiumsulfid. Steigende Aluminiumgehalte bei anfangs gleicher Schlacke. Versuche zum Ablauf der Reaktionen. Die Aussagen der Stoffbilanzen. Die Beziehungen zwischen den Endgehalten der Eisenschmelzen und der Schlacken.     

Einfluß unterschiedlicher Nickel- und Molybdängehalte auf die Hochtemperaturfestigkeits- und -Zähigkeitseigenschaften austenitischer Chrom-Nickel-Stähle nach Abkühlung aus der Schmelze

An austenitischen Chrom-Nickel-Stählen mit 18% Cr wurde in Heißzugversuchen nach vorangegangenem Aufschmelzen und Erstarren der Proben der Einfluß von Ni-Gehalten zwischen 8 und 13% und von Mo-Gehalten zwischen O und 3,4% auf die Hochtemperaturfestigkeit- und -Zähigkeit ermittelt. Als Kenngrößen für die Rißanfälligkeit beim Stranggießen und Warmumformen werden das wahre Erstarrungsintervall und die Brucheinschnürung bei 1000°C benutzt. Mitzunehmendem Ni- und abnehmendem Mo-Gehalt wurde eine erhöhte Erstarrungsrißanfälligkeit festgestellt. Zur Klärung der Ursachen wurden von hohen Temperaturen abgeschreckte Proben metallographisch untersucht. Bei Cr_äq/Ni_äq = 1,45 erfolgt der Übergang von primär ferritischer zur primär austenitischer Erstarrung. Für die Erstarrungsrißanfälligkeit ist weniger die Art der Primärerstarrung sondern die während der Erstarrung gebildete Menge an δ-Ferrit von Bedeutung.