Lösungsglühen von Carbiden bei relativ niedrigen Temperaturen und Überprüfung mit elektrochemischen Methoden

In der vorliegenden Arbeit wird über Wärmebehandlungen zur Lösung von Chromcarbiden als Vorbeugungsmaßnahme zur Verhinderung der interkristallinen Korrosion berichtet. Vor dem Hintergrund einer möglichen Energieeinsparung wurde ein Temperaturbereich gewählt, der knapp unter dem der industriellen Praxis von 1050°C liegt. Gleichzeitig werden die elektrochemischen Untersuchungsmethoden der Anfälligkeit für interkristalline Korrosion den genormten Methoden gegenübergestellt, um die Anwendungsmöglichkeiten und ihre Verläßlichkeit zu bewerten und einzustufen. Die Ergebnisse zeigen, daß dem Kornzerfall durch Wärmebehandlungen bei 950°C entgegengewirkt werden kann. In vielen Fällen wird diese Temperatur, die rund 100°C unter der in der Industrie angewandten liegt, eine bedeutende Energieeinsparung beinhalten. Allerdings ist diese niedrige Lösungsglühtemperatur nur für molybdänfreie Stähle anzuwenden; für molybdänhaltige, nichtrostende Stähle ist bei Gehalten über rd. 2,5 % Mo eine höhere Lösungsglühtemperatur nach wie vor erforderlich. Das elektrochemische E.P.R.-Verfahren ist eng mit den Versuchen A, C und E der Norm ASTM-A-262 verknüpft. Diese Tatsache wie auch die Einfachheit, Schnelligkeit und der zerstörungsfreie Charakter führen die Autoren zu der Überzeugung, daß die elektrochemische Methode ein idealer Test zur Ermittlung der Anfälligkeit für interkristalline Korrosion ist.     

Die von dispergierten Gasblasen induzierte Leistung und Flüssigkeitsbewegung in einer Stahlschmelze

In dieser Arbeit wird das früher entwickelte, digitale Simulationsmodell so erweitert, daß neben den bereits früher berücksichtigten Parametern nun die Arbeit und Leistung quantitativ erfaßt werden können, die ein in eine Flüssigkeit dispergiertes Gas vollbringt. Außerdem werden mit aktuellen Energiebilanzen zwischen der dispergierten Phase und dem Dispersionsmittel bei gleicher Berücksichtigung der Stofftransportgänge induzierte Flüssigkeitsgeschwindigkeiten, Volumenströme in den unterschiedlichen Zonen des Bades, Zirkulationszeiten und die Mischzeiten in Abhängigkeit vom Volumenstrom des eingeblasenen Rührgases und/oder seiner Rührleistung ermittelt. Die Ergebnisse des Simulationsmodells wurden mit Schrifttumsdaten verglichen, die Übereinstimmung ist erstaunlich gut. Die von den im Bad dispergierten Blasen induzierte Leistung steigt mit dem Gesamt-Gasdurchsatz und der Badhöhe. Sie ist in einer spezifisch schwereren Flüssigkeit höher. Bei Stoffaustausch wird im Bad eine höhere Leistung produziert, diese Leistungssteigerung wird größer, wenn der auf die einzelne Düse entfallende Teilstrom vom gesamten Rührgasstrom sinkt. Daher sollte bei gleichbleibendem Gesamtgasdurchsatz der Durchsatz pro Düse kleiner werden; dies geschieht, indem man die Zahl der Düsen erhöht. Im gewählten Beispiel für die Untersuchung der Stofftransport-Wirkung ergibt sich, daß man bei ablaufendem Stoffaustausch mit nur rund 1/10 des Inertgasdurchsatzes die gleiche Leistung im Bad induzieren kann wie ohne Stoffaustausch. Die Flüssigkeitsgeschwindigkeiten im Blasenkegel steigen mit dem Gasvolumenstrom und sind in einer spezifisch schwereren Flüssigkeit höher. Sobald ein Stoffaustausch möglich ist, weil beispielsweise zusätzlich Gase im Bad entstehen können, ist mit höheren Geschwindigkeiten im Blasenkegel zu rechnen. Für die gewählte Stahlzusammensetzung sind etwa dreifach höhere Geschwindigkeiten erzielbar, wenn die Mitwirkung der flüchtigen Badkomponenten berücksichtigt und Injektionsgas sehr feinverteilt (kleiner Gasdurchsatz pro Düse) eingeblasen wird. Die Mischzeiten werden kleiner, wenn der Gesamt-Gasdurchsatz steigt. Sie werden mit steigender Badhöhe deutlich kleiner, weil die größere Badhöhe mehr ?Rührleistungsgewinn? erlaubt, solange es im Bad zu keinen Mäanderbewegungen kommt. Die Mischzeiten fallen bei wachsender Leistung. Die massebezogenen Leistungen steigen und die Mischzeiten fallen dementsprechend, wenn die flüssige Phase schwerer wird, wenn der Gasdurchsatz pro Düse und/oder die Düsenzahl steigen (dann wächst der Gesamtgasdurchsatz), wenn die Badhöhe wächst und der Baddurchmesser kleiner wird und wenn Stoffaustausch stattfindet.     

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.     

Strömung expandierender Gase durch verdichtete Haufwerke

Die bei der Durchströmung von Schüttungen verwendeten Widerstandsgesetze stützen sich auf charakteristische Kenngrößen von Schüttgütern, die eine absolut lose Strukturierung besitzen. Bei einem derart ideal vorliegenden Haufwerk geht man davon aus, daß eine stochastische und gleichmäßige Anordnung von Strömungskanälen existiert, wobei jegliche Veränderung des Durchströmungsverhaltens bei einer Neuorientierung der Schüttung eindeutig durch eine zu messende Veränderung ihrer Gesamtporosität beschrieben werden kann. Geringe Drücke bei leicht plastizierbaren Stoffen durch Lagerung bzw. Transport und Füllung oder zusätzliche thermische Beeinflussung im Betrieb führen jedoch zu einer teilweisen Verdichtung des Feststoffes und damit zu einem Zusetzen von Strömungskanälen, so daß die für die Durchströmung eines Gases zur Verfügung stehende Porosität geringer wird als dies die meßtechnisch erfaßbare Veränderung der Gesamtporosität beschreiben könnte. Dies führt dazu, daß der Druckverlust auch bereits bei leicht verdichteten Schüttgütern höher ausfallen kann und damit eine Durchströmbarkeit vorliegt, die geringer ist als die aus den normalen Widerstandsgesetzen für lose Schüttungen ermittelte.     

Erwärmung von Brammen und Knüppeln ohne Randentkohlung durch Kohlenstoffrestauration

Die Erwärmung von kohlenstoffreichem Stahl in oxidierenden Atmosphären führt zur Randentkohlung. Anhand eines vereinfachten mathematischen Modells wird nachgewiesen, daß die Randentkohlung unmittelbar im Anschluß an die Erwärmung wieder rückgängig gemacht werden kann. Das Wärmgut wird hierzu nach Erreichen der Ziehtemperatur in einer kohlenstoffabgebenden Atmosphäre wieder aufgekohlt. Das Verfahren wird als Kohlenstoffrestauration bezeichnet. Für die Guterwärmung kann ein weitgehend konventionell aufgebauter Wärmofen verwendet werden. Die Kohlenstoffrestauration findet in einem zweiten Ofen statt, dessen Atmosphäre durch Teilverbrennung geeigneter Brennstoffe erzeugt wird. Eine Wärmeübertragung an das Gut ist in diesem Ofen nicht vorgesehen. Die Brennstoffe müssen so zusammengesetzt sein, daß bei ihrer Teilverbrennung erstens eine ausreichende thermische Enthalpie freigesetzt wird, mit der die Atmosphäre auf die Wärmguttemperatur erwärmt und Wärmeverluste ausgeglichen werden können und daß zweitens das teilverbrannte Gas noch aufkohlend gegenüber dem randentkohlten Stahl wirkt. Es wird gezeigt, daß Brennstoffe mit einem Atomverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff von H/C < 2 beide Bedingungen im allgemeinen gleichzeitig erfüllen. Wärmofen und der Ofen zur Kohlenstoffrestauration sind energetisch gekoppelt, indem das verbrauchte noch brennfähige Aufkohlungsgas im Wärmofen als Brennstoff eingesetzt wird. Die Kohlenstoffrestauration erfordert deshalb einen geringeren Energieaufwand als bisher übliche Verfahren zur Wiederaufkohlung von Stahl. Der Zeitbedarf für die Kohlenstoffrestauration ist aufgrund der hohen Prozeßtemperatur der Wärmzeit des Gutes ähnlich.     

Entgasung von Metallschmelzen mit Blasenschwärmen

Mit dem bereits früher vorgestellten Simulationsmodell wird der Stofftransport durch Blasenschwärme untersucht, wobei die kontinuierliche Konzentrationsabnahme der im Bad gelösten Stoffe, der relative Gasgehalt der Schmelze und die Geschwindigkeit der Blasen im Schwarm zusätzlich berücksichtigt wurden. Dabei wurde festgestellt, daß aufsteigende Blasen keine stationäre Geschwindigkeit erreichen, sondern infolge des Stoffübergangs eine (fast konstante) Beschleunigung erfahren, die mit der Ergiebigkeit des Stoffübergangs größer wird. Der relative Gasgehalt ist infolge des Stoffübergangs deutlich größer als der reinen Spülgasmenge entspricht. Der zusätzliche wechselseitige Spüleffekt weiterer gasförmiger Stoffe in der Blase für die anderen in der Schmelze gelösten Gase wird mehrfach verdeutlicht. Der komplizierte wechselseitige Einfluß der operativen Parameter wie Gasdurchsatz und Außendruck sowie der Badzusammensetzung wird im System Stahl/Ar anhand des Stickstoffübergangs untersucht. Zwei weitere indirekte Beweise für die Güte des Modells werden durch Vergleiche der ermittelten mittleren Stoffübergangskoeffizienten mit Schrifttumskorrelationen und der Modellergebnisse für die Wasserstoffentfernung aus Aluminium mit Betriebsergebnissen für die SNIF- und ASR-Verfahren erbracht.     

Mathematisches Modell zur dynamischen Abdichtung beim Eingießen und gleichzeitigem Erstarren von Stahl in einer mitlaufenden Kokille

In dem vorliegenden Forschungsbericht wurde der Frage nachgegangen, unter welchen Voraussetzungen ein dynamisches Abdichten des Spaltes zwischen einer waagerecht liegenden Düse und beweglichen Kokillenwänden gegenüber eindringendem Metall in einer Gießanlage mit mitlaufender Kokille möglich ist. Dazu wurde ein mathematisches Modell entwickelt, welches das thermische und hydrodynamische Gleichgewicht zwischen in den Spalt einströmendem flüssigem Metall und abströmendem Erstarrten beschreibt. Es wird deutlich, daß immer flüssiges Metall in den Spalt einströmt. Wie weit dieses jedoch einfließt, hängt für Stahl hauptsächlich von den Parametern Gießgeschwindigkeit und Wärmedurchgangswiderstand zwischen dem Erstarrten und der Kokillenoberfläche ab. Wird insbesondere eine gute Wärmeabfuhr an die Kokillenwände erzielt, so kann die Eindringtiefe dieselbe Größenordnung wie die Spalthöhe annehmen. Darüber hinaus wurde abgeschätzt, unter welchen Voraussetzungen Schwingungen der Eindringtiefe durch Oberflächenspannungseinfluß auftreten können. Diese mit dem Oberflächenspannungseinfluß berechneten Eindringtiefen sind jedoch kleiner als diejenigen, die mit Hilfe des mathematischen Modells ermittelt wurden. Dieses liefert folglich Werte, die man als ?nach oben hin abgeschätzt” bezeichnen kann. Mit Hilfe des vorgestellten mathematischen Modells läßt sich zeigen, daß die dynamische Abdichtung eines Spaltes zwischen Düse und sich bewegender Kokillenwand möglich ist. Dabei weisen die Ergebnisse Größenordnungen auf, die technisch zu realisieren sind.     

Zur Korngröße von Werkzeugstählen und deren Einfluß auf einige Eigenschaften

Nach einer einleitenden Erörterung der unterschiedlichen Auffassungen über die Bedeutung der Austenitkorngröße für die Eigenschaften der Schnellarbeitsstähle wird gezeigt, daß im Vergleich zu anderen Metallen und Legierungen Schnellarbeitsstähle grundsätzlich eine feinkörnige Struktur aufweisen. Aus thermodynamischer Sicht muß dieser feinkörnige Zustand jedoch als unnatürlich bezeichnet werden. Die Möglichkeiten zur Veränderung der Austenitkorngröße durch legierungstechnische Maßnahmen, Wärmebehandlung und Verformung werden dargestellt. Aus den Versuchsergebnissen an Proben verschiedener Korngröße ist zu schließen, daß Härteannahme, Anlaßbeständigkeit, Schneidleistung und Zähigkeit keine kennzeichnende Abhängigkeit von der Austenitkorngröße zeigen. Auch bei den Warmarbeitsstählen ist kein Einfluß der Austenitkorngröße auf die Kerbschlagarbeit zu erkennen. Hieraus ist zu folgern, daß eine Bewertung der Gebrauchseigenschaften der Schnell- und Warmarbeitsstähle nur mit Hilfe der Korngrößenmessung unzulässig ist.     

Optimierung kontinuierlich betriebener Durchlauföfen mit Hilfe von Teilbilanzen

Bei der energetischen Optimierung von Durchlauföfen ist insbesondere die Frage zu beantworten, in welcher Weise der Gesamtprozeß von seinen Teilprozessen - wie z. B. Vorwärmung des Gutes in der Vorwärmzone, Erwärmung des Gutes im beheizten Ofenteil und Luftvorwärmung im Rekuperator - beeinflußt wird. Dazu ist es zweckmäßig, außer einer Gesamtbilanz Teilbilanzen für die einzelnen Prozeßstufen aufzustellen. Die Verknüpfungen zwischen den Wirkungsgraden der Teilprozesse mit den entsprechenden Wirkungsgraden für den Gesamtprozeß liefern dann die gesuchten Beziehungen. Dabei zeigt sich, daß es aus energetischen Gründen gleichgültig ist, ob eine Wärmerückgewinnung durch Vorwärmung des Wärmgutes oder durch Vorwärmung der Verbrennungsluft erreicht wird. Es hängt aber von der Art des Brennstoffes ab, in welchem Maße eine Luftvorwärmung möglich ist. Insbesondere bei Öfen mit Schwachgasbeheizung (Gichtgas) ist eine relativ hohe Gutvorwärmung erforderlich, was bekanntlich zu Bauformen mit langer Vorwärmzone führt. Zur Bestimmung der im einzelnen benötigten Ofenlängen sind die maßgebenden Gleichungen für die Wärmeübertragung und gegebenenfalls für den Ausbrandverlauf hinzuzuziehen.     

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.     

Untersuchungen zum Hydratationsverhalten von synthetischen Magnesiowüstiten

Eine ausreichende Raumbeständigkeit ist die notwendige Voraussetzung für die Verwendung von Stahlwerksschlacken als Baustoff mit höheren qualitativen Anforderungen im Straßenbau. Die Raumbeständigkeit kann durch Mineralphasen gefährdet werden, die mit Feuchtigkeit unter Volumenzunahme hydratisieren. Zu den hydratisierbaren Mineralphasen zählen Freikalk und in MgO-reichen Schlacken auch bestimmte MgO-Phasen. Mikroskopische Untersuchungen an MgO-reichen LD-Schlacken zeigen, daß das MgO größtenteils in Form von Magnesiowüstiten – Mischkristallen zwischen MgO und FeO/MnO – gebunden vorliegt. Während reines MgO hydratisierbar ist, verhalten sich FeO und MnO inert gegenüber Feuchtigkeit. Anhand von synthetisch hergestellten Magnesiowüstiten unterschiedlicher Zusammensetzung wurde geprüft, welche Mischkri-stalle als hydratisierbar einzustufen sind. Dazu wurden Hydratationsversuche bei unterschiedlichen Temperatur-/Druck-Bedin-gungen durchgeführt. Bei 84°C/0,53 bar war zur Stabilisierung der Magnesiowüstite ein (FeO + MnO)-Gehalt von 30% notwendig, bei 215°C/21 bar lag dieser Gehalt bei 60%. Da sich die Bedingungen bei der Prüfung im Labor von denen in der Straße deutlich unterscheiden, ist die Festlegung eines (FeO + MnO)-Grenzgehalts, durch den Magnesiowüstite unter den in einer Straße herrschenden Bedingungen stabilisiert werden, zur Zeit noch nicht möglich. Solange die Übertragbarkeit der Laborergebnisse auf die Praxis noch nicht nachgewiesen ist, wird der unter den sehr scharfen Autoklavbedingungen ermittelte MgO-Grenzgehalt von 40% zugrunde gelegt. Als hydratisierbares MgO – oder auch MgO_frei in Analogie zu CaO_frei – werden somit ungebundenes MgO und Magnesiowüstite mit > 40% MgO bezeichnet.     

Einfluß der Bainitausbildung auf die Zähigkeit von unlegierten Baustählen

Bei dem Zweikomponentengefüge Bainit sollte der Einfluß der Ausbildungsform auf die Zähigkeitseigenschaften, hier repräsentiert durch die Kerbschlagarbeit, untersucht werden. In Proben aus zwei Stählen, deren Zusammensetzungen den Sorten StE 690 bzw. StE 355 entsprechen, wurden durch unterschiedliche Wärmebehandlungen oder durch Variation des Mangangehaltes verschiedenartige Bainitstrukturen eingestellt. Es wurde gefunden, daß die Bainitstruktur einen sehr starken Einfluß auf die Temperaturlage der Kerbschlagarbeit-Temperatur-Kurven ausübt. Ein Übergang von feinnadeligem zu körnigem Bainit führt zu einer Verschiebung der Übergangstemperatur von über 100 K. Dieser starke Einfluß wird dadurch erklärt, daß bei nadeligem Bainit die Nadelbreite und bei körnigem Bainit die ehemalige Austenitkorngröße für die effektive Korngröße maßgebend sind.     

Breitung beim Warmwalzen auf geneigter Bahn

Zur Erweiterung der Grundlagen des Warmwalzens wurde das Walzen auf geneigter Bahn experimentell und theoretisch analysiert. Den Schwerpunkt der Arbeit stellt eine Untersuchung des Breitungsverhaltens dar. Basierend auf den Versuchsdaten wird eine Breitungsformel angegeben, die für Walzbahnneigungswinkel bis 60° anwendbar ist und als Sonderfall auch das Flachwalzen beinhaltet. Ausgehend vom Satz der ?Oberen Schranke“ wurde ein Rechenmodell entwickelt, das die Berechnung der Breitung für beliebige Walzbahnneigungswinkel kleiner als 60° ermöglicht. Während die Anwendung der Breitungsformel aufgrund ihrer einfachen Handhabung eher für den praktischen Einsatz im Walzbetrieb sinnvoll erscheint, ist die mit wesentlich größerem Rechenaufwand verbundene Modellrechnung in rechnergestützten Systemen zur Stichplanoptimierung einsetzbar oder als Ansatz für die Entwicklung weiterer mathematischer Modelle zu werten.     

Einfluß von Probengröße und Umformgeschwindigkeit auf die Aufnahme von Fließkurven

Bei der Aufnahme von Fließkurven ist der exakte Einfluß von Probengröße und Umformgeschwindigkeit auf die Fließspannung strittig. Zur quantitativen Ermittlung wurden in Zylinderstauchversuchen für die Werkstoffe Ck45 und X 10 CrNiTi 18 9 bei verschiedenen Umformgeschwindigkeiten und Probengrößen Fließkurven aufgenommen und die Temperaturentwicklung in den Versuchsproben gemessen. Die Untersuchungen haben folgendes gezeigt: Infolge der Umwandlung von Umformarbeit in Wärme nimmt die für die Fließspannung maßgebliche Probentemperatur während der Umformung zu. Diese ?Verfälschung” der Umformtemperatur der Probe wird durch die jeweils vorliegende Wärmeableitung in die Versuchswerkzeuge mehr oder weniger stark kompensiert. Sowohl Probengröße als auch Umformgeschwindigkeit haben über die Beeinflussung dieser Wärmeableitung einen erheblichen Einfluß auf die Fließspannung, wobei bei der Umformgeschwindigkeit dieser Einfluß teilweise den primären, festigkeitssteigernden Einfluß mehr als aufhebt. Nach den vorliegenden Ergebnissen führt die auf Fließkurven aufbauende Berechnung von Umformprozessen nur dann zu exakten Werten, wenn die thermomechanischen Verhältnisse bei Umformprozeß und Fließkurvenaufnahme ähnlich sind. In anderen Fällen ist es allerdings möglich, die jeweils benötigten Fließkurven unter Berücksichtigung der Temperaturverhältnisse mit relativ hoher Genauigkeit aus adiabaten oder isothermen Fließkurven näherungsweise rechnerisch zu bestimmen.     

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.     

Möglichkeiten zur Beeinflussung von Umwandlungstemperaturen am Beispiel zweier hochlegierter Warmarbeitsstähle

Mit Hilfe einer dilatometrischen Meßeinrichtung erfolgte zunächst für die zwei vergleichend gegenübergestellten Stähle × 30 WCrV 9 3 und × 30 WCrV 5 3 die Bestimmung von Zeit-Temperatur-Austenitisierungs-Schaubildern mit dem Parameter der Martensitbildungstemperatur. Hierbei ist festzustellen, daß bei gleichen Aufheizgeschwindigkeiten und Austenitisierungstem-peraturen die martensitische Umwandlung bei dem höher wolframhaltigen Stahl früher eintritt als bei dem Vergleichswerkstoff. Hieraus ist abzuleiten, daß der erhöhte Wolframgehalt die Umwandlungsträgheit des Austenit abbaut. Ferner wurde der Frage nachgegangen, in welcher Weise Phasenveränderungen auftreten, wenn Formänderungen im Phasengebiet des unterkühlten Austenit mit langen Phasenanlaufzeiten der Perlitbildung vorgenommen werden. Für beide Stähle gilt gleichermaßen, daß umforminduzierte Spannungen das Phasenfeld des Perlit zu kürzeren Zeiten verschieben, wobei jedoch die bekannten Zusammenhänge der Keimbildung und des Keimwachstums erhalten bleiben. Aufgrund der um 100°C höher gewählten Austenitisierungstemperatur und der hiermit einhergehenden Karbidauflösung tritt eine Austenitstabilisierung ein, die bei dem Stahl × 30 WCrV 9 3 durch den Wolframgehalt nicht wieder rückgängig gemacht werden kann. Insofern stellt sich dieser Stahl im Vergleich zum Stahl × 30WCrV 5 3 als Umwandlungsträger dar. Schließen sich dem Umformvorgang eine isotherme Haltephase mit einer teilperlitischen Phasenumwandlung und ein folgender Abkühlvorgang an, ist ein zeitabhängiger Anstieg der Martensit- (Bainit-) Bildungstemperatur zu beobachten. Formänderungen selbst senken durch den von ihnen erzeugten Eigenspannungszustand diese Umwandlungstemperatur.     

Ein empirisch-theoretisches Verfahren zur Berechnung von Verzerrungen und Umformgraden beim Induktivbiegen von Rohren

Am Beispiel des Biegens mit induktiver Erwärmung wird eine empirisch-theoretische Methode zur Berechnung der Verzerrungen im Rohr vorgestellt. Die Empirie wird benutzt, um die Geometrie des Rohres nach dem Biegen zu beschreiben. Über theoretische Ansätze werden hieraus dann die Dehnungen berechnet. Ein Vergleich von Messungen mit gerechneten Werten ergab, daß der theoretische Teil die auftretenden Längsdehnungen bei gegebener Geometrie gut wiedergibt. Die Geometrie selbst wird durch die Empirie nur dann ausreichend gut beschrieben, wenn für die Einflußgröße Vorschubkraft der jeweilige Meßwert und nicht der theoretische Wert eingesetzt wird. Dies heißt, daß die in dieser Größe enthaltenen Einflußgrößen wie Temperatur, Materialeigenschaften etc. gesondert zu berücksichtigen sind.     

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.     

Thermisches Betriebsverhalten einer Bandsinteranlage

Es wird ein vereinfachtes mathematisches Modell vorgestellt, mit dessen Hilfe das thermische Betriebsverhalten einer Bandsinteranlage in Abhängigkeit verschiedener Parameter wie Koksgrusgehalt oder Feuchte der Sintermischung beschrieben werden kann. Das Modell enthält als Grundgleichung die instationäre Wärmetransportgleichung, die mit einem modifizierten Newton-Euler-Verfahren gelöst wird. Es ist so konzipiert, daß es in ein umfassendes Energiemodell für ein Hüttenwerk integriert werden kann. Es dient damit im weiteren Sinne als Hilfsmittel für die Energiesteuerung im Hüttenwerk. Durch Simulationsrechnungen wird der Einfluß von Wärm- und Wärmebehandlungshauben über dem Sinterband auf die Leistungsfähigkeit der Sinteranlage aufgezeigt. Je nach Abdeckungsgrad des Sinterbandes durch Wärmhauben und den dort herrschenden Temperaturen kann bis zu 15% Koksgrus eingespart werden.     

Modelluntersuchungen zum Zusammenhang zwischen Aufblasbedingungen und Spritzvolumen beim Sauerstoffblasverfahren

Die Untersuchung des Zerteilungsvorganges von Flüssigkeiten durch einen auftreffenden Gasstrahl für Modellsysteme des Sauerstoffaufblasverfahrens hat gezeigt, daß die Instabilität der Vertiefung als entscheidende Größe für das pro Zeiteinheit verspritzte Flüssigkeitsvolumen anzusehen ist. Durch Einsatz moderner digitaler Auswertemethoden zur Ermittlung der Vertiefungsabmessungen, auch als Funktion der Zeit, konnten Beziehungen zwischen den Aufblasbedingungen, dem Vertiefungsvolumen, der Änderungsgeschwindigkeit des Vertiefungsvolumens und der verspritzten Flüssigkeitsmenge abgeleitet werden. Auf Basis dieser Beziehungen wurde die Eindringtiefe des Gasstrahls in die Flüssigkeit als bestimmende Größe für das als Tropfen verspritzte Flüssigkeitsvolumen ermittelt. Das anhand der Modellsysteme ermittelte Spritzvolumen stimmt größenordnungsmäßig mit den für Betriebskonverter bekannten Werten überein. Die Ergebnisse machen auch verständlicher, warum in der Praxis Maßnahmen zur Steigerung der Durchmischungsintensität des Konverterbades zusätzlich zum Aufblasen von oben angewendet werden.