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.     

Einfluß der Keimbildung auf die Reduktionsgeschwindigkeit von Eisenoxyden

Beschreibung der Versuchsanordnung und Versuchsdurchführung für das Messen der Reduktionsgeschwindigkeit von künstlich hergestellten Probekörpern aus Hämatit, Magnetit und Wüstit im Temperaturbereich von 200 bis 500 °C bei Reduktion mit Wasserstoff. Einflüsse von Inertgas- und Wasserdampfzumischungen auf die Reduktionsgeschwindigkeit. Deutung der Versuche bezüglich eines Mechanismus für die Keimbildung von Eisen und Erörterung des Einflusses der Keimbildung auf den Ablauf der Reduktion von Eisenoxyden.     

Beitrag der flüchtigen Badkomponenten im Rührgas zur Rührleistung und Mischzeit zu verschiedenen Zeitpunkten des Frischens

Die bisherige gute Bewährung der Methode der digitalen Systemsimulation ermutigte zu dem Versuch einer Simulierung einiger Vorgänge im Konverter zu bestimmten, isoliert betrachteten Zeitpunkten unter realen Bedingungen. Ausgehend von jeweils vorgegebenen Badzusammensetzungen werden die Folgen einer Inertgaszufuhr zu einem 250-t-Stahlbad untersucht. Mit fortschreitendem Frischverlauf steigt die von den Gasblasen im Bad induzierte Leistung deutlich an. Die bei gleichbleibendem Inertgaseinsatz durch den Konverterboden erzielte Rührleistung hängt im starken Maß von der Konzentration der in der Schmelze vorhandenen flüchtigen Komponenten ab. Beispielsweise erlaubt erst ein günstiger werdendes Sauerstoffangebot für den Badkohlenstoffgehalt eine verstärkte CO-Bildung. Die zusätzliche Gasentwicklung erhöht sehr deutlich die erzielbare Rührleistung. Die Beiträge der einzelnen Gassorten in den aufsteigenden Blasen zur Gesamtleistung sind zu den verschiedenen betrachteten Zeitpunkten unterschiedlich. Bei hohen Badkohlenstoffgehalten dominiert der Beitrag des Argons, der (obwohl auch er wächst) bei späteren Zeitschnitten zunehmend und deutlich von dem des CO-Anteils übertroffen wird. Die Untersuchung der Zusammensetzung der Gasblasen beim Verlassen des Stahlbades zeigt deutlich den Einfluß der Badzusammensetzung. Bei Frischbeginn bestehen die Gasblasen überwiegend aus Argon, bei Frischende überwiegend aus CO; Rührgas und das Reaktionsgas CO verhalten sich fast spiegelbildlich. Beim Stickstoff macht sich sein Minimum im Badgehalt bemerkbar. Die Geschwindigkeiten des Stahlbades über den Rührgas-Einblaselementen und in den äußeren Zonen der Schmelze werden mit fortschreitendem Frischverlauf immer höher und steigen mit dem Volumenstrom des pro Kanal eingeblasenen Rührgases. Die Mischzeiten im Stahlbad werden mit zunehmendem Gesamtrührgasdurchsatz und zunehmendem Stofftransport in die Rührgasblasen kürzer. Die Simulationsergebnisse erlauben eine Deutung für die im Schrifttum zu beobachtende immer häufigere Nennung niedriger spezifischer Rührgasströme: Sie erzeugen bei Frischbeginn relativ große Mischzeiten (und fördern damit die Schlackenbildung), erzielen jedoch bei Frischende fast die gleichen niedrigen Mischzeiten wie höhere spezifische Rührgasströme.     

Versuchsmethodik für Laboruntersuchungen zum Zusammenhang zwischen Herstellungsbedingungen,Gefüge und Werkstoffeigenschaften

Wegen ihrer großen Bedeutung unter den heutigen Herstellungsverfahren wurden thermomechanische Behandlungen durch Warmflachstauchversuche mit dem Warmumformsimulator (Wumsi) des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung durchgeführt. Die gegenüber anderen Simulationsverfahren vergleichsweise großen Wumsi-Proben erlaubten erstmalig mit aus ihnen entnommenen 1/2 CT-Proben auch die Durchführung von Bruchmechanikversuchen an im Labor thermomechanisch behandeltem Stahl. Hierbei wurden die Meßwerte mit einem Laborrechnersystem für die spätere Auswertung gespeichert. Die beschriebene Versuchsmethodik wird exemplarisch mit Versuchsergebnissen an dem Vergütungsstahl 50 CrMo 4 illustriert. Neben einer thermomechanischen Behandlung mit vier simulierten Walzstichen wurde eine konventionelle Vergleichsvariante erzeugt; die Proben wurden bei verschiedenen Temperaturen angelassen. Sowohl bei den Ergebnissen der Zug- und Kerbschlagbiegeversuche, als auch bei den bruchmechanischen Kennwerten Rißzähigkeit K_Ic und J_R-Rißwiderstandskurven zeigte sich die Verbesserung der Werkstoffeigenschaften durch die thermomechanische Behandlung gegenüber denen nach der konventionellen Behandlung.     

Warmfließkurven austenitischer Chrom-Nickel-Stähle

Aus den Meßdaten für die im Warmzugversuch ermittelten Warmfließkurven der austenitischen Stähle X 2 CrNi 18 9 (Werkstoff-Nr. 1.4306) und X 10 CrNiNb 18 9 (Werkstoff-Nr. 1.4550) wurde mittels Regressionsanalyse eine Berechnungsgleichung für die Fließspannung erstellt. Diese ermöglichte die Berechnung der Fließspannung für beliebige Umformgrade, -temperaturen und -geschwindigkeiten im Rahmen der untersuchten Bereiche. Die so berechneten Fließspannungen stimmten mit den gemessenen Werten gut überein. Abschließende Gefügeuntersuchungen verdeutlichten den Beginn bzw. Ablauf der Rekristallisation bei beiden untersuchten Stählen: Die Zugabe von Niob behindert danach die Rekristallisation.     

Kinetik des Sauerstoffabbaus aus Wüstit innerhalb seines Homogenitätsbereichs und bei beginnender Eisenausscheidung

Reduktionsversuche an Wüstit in einer Vakuumapparatur mit reinem Wasserstoff bei pH₂ < 0,1 Torr. Ermittlung der Geschwindigkeit des Sauerstoffabbaus in Abhängigkeit von der Leerstellenkonzentration des Wüstits und der Temperatur. Beschleunigung der Reaktion durch auftretendes metallisches Eisen. Angabe von Geschwindigkeitsgleichungen für die freie und die mit porösem Eisen bedeckte Wüstitoberfläche. Vergleich der Reduktionsgase Wasserstoff und Kohlenmonoxid.     

Einfluß des Sauerstoffs auf die Ausbildung von Aluminiumoxiden in Eisenschmelzen

Die Ausbildung und Beeinflussung von Aluminiumoxiden bei Reoxidation wurden in Laborschmelzen mit einer kombinierten Sauerstoff-Meß- und Dosierzelle untersucht. Die Konzentrationsgrenzen und die Stoffstromdichten, die für die Bildung bestimmter Einschlußformen bestimmend sind, wurden in vordesoxidierten Proben ermittelt. Zusätzlich wurde das Verhalten bei veränderlichen Sauerstoffstromdichten und bei gleichzeitiger Beaufschlagung mit Sauerstoff und reinem Aluminium von gegenüberliegenden Seiten aus untersucht. Aus den generellen Richtungen der Stoffströme darf möglicherweise nicht auf die örtlich aktuellen Stoffströme geschlossen werden, da bestimmte Einschlußformen an zunächst nicht erwarteten Stellen, aber reproduzierbar, auftraten. Grenzflächenaktive Wirkung des in Eisen gelösten Sauerstoffs ist als Ursache nicht auszuschließen. Umbildungen in der Morphologie oder Auflösungen von schon gebildeten Phasen fanden – zumindest unter den hier vorliegenden Versuchsbedingungen – nicht statt, wohl aber Neubildungen an anderen Orten nach der bekannten Abfolge der Einschlußbildung.     

Fortschritte in der quantitativen Mikrobereichsanalyse von Stickstoff in Stahl

Die Mikrobereichsanalyse von Stickstoff im Gefüge der Stähle wurde weiterentwickelt. Dazu wurden Röntgen-Mikrosonden in zehn Laboratorien und Augerelektronen-Mikrosonden in zwei Laboratorien eingesetzt. Verschiedene Serien von Eich- bzw. Standardproben wurden hergestellt und charakterisiert, um damit die Voraussetzung der quantitativen Bestimmung der Stickstoffmassenanteile zu schaffen. Es hat sich herausgestellt, daß eine Standardprobe, bestehend aus homogenem Fe₄N, in den meisten Fällen hervorragend geeignet ist, um die Massenanteile von Stickstoff in Stählen mit bis zu 8 % Stickstoff-Massenanteil ohne ZAF-Korrektur zu bestimmen. Die erreichten Nachweisgrenzen für den Anteil von Stickstoff im Stahl, die meßtechnisch praktikabel sind, betragen für die Röntgen-Mikroanalyse (XMA) 0,02 % Massenanteil und für die Augerelektronen-Mikroanalyse (AES) 0,1 %. Die Richtigkeit der Stickstoffbestimmung wurde mit den verschiedenen Serien der im Rahmen dieser Arbeit hergestellten Standardproben ermittelt. Außerdem wurde das ZAF-Korrekturverfahren nach Büchner und Pitsch so modifiziert, daß es jetzt nicht nur für Stickstoff, sondern auch für die anderen leichten Elemente verwendbar ist. Die AES weist im Vergleich zur XMA einige Besonderheiten auf, die auch bei der Analyse des Stickstoffs sichtbar wurden. Die Richtigkeit der mit AES bestimmten Stickstoff-Massenanteile wurde mit den Standardproben überprüft. Die erarbeitete Analysentechnik wurde computergestützt bei austenitischen Chrom-Nickel-Stählen angewendet.     

Untersuchungen zur Schmelzreduktion beim Aufblasen von Kohlenmonoxid auf Eisenoxidschmelzen

Im Rahmen der Untersuchungen zu den grundlegenden Vorgängen bei der Schmelzreduktion wurden die Komplexe Reduktionsgrad, Reduktionsgeschwindigkeit, Bildung von Reaktionsschichten, die den Stofftransport hemmen, Phasentrennung der Reaktionsprodukte und Reaktionsordnung näher behandelt. Eisenoxidschlacken werden durch aufgeblasenes Kohlenmonoxid bei 1 550°C reduziert. Bei diesen Versuchen findet der Kontakt zwischen den flüssigen Oxiden und dem Reduktionsgas an der Schmelzoberfläche statt. Hohe Gasmengen bewirken verbesserte Stoffumsätze. Durch eine notwendige Vorgabe an Al₂O₃, experimentell bedingt durch die FeO-Aggressivität auf das Tiegelmaterial, scheiden sich während der Reduktion Reaktionsschichten, die den Stofftransport hemmen, in Form von Spinellen aus. Im gleichen Sinne wirken CO_n-haltige Schäume. Aus den Versuchsergebnissen ist abzuleiten, daß die Reduktion von flüssigen Oxiden durch Kohlenmonoxid keinem einheitlichen Reaktionsgesetz gehorcht. Wesentliche Einflußgröße ist die Blasrate. Der Ablauf der Versuche ist durch eine Abdeckelung der Blasmulde gekennzeichnet. Der Stoffumsatz erfolgt nun über die oberflächennahe Spinellschicht sowie über Kanäle zwischen den Spinellen.     

Erfassung von Rißbildung und Rißwachstum von Oberflächenrissen mit Potentialmethode,Aufweitungsmessung und Schallemission

In der vorliegenden Arbeit werden Ergebnisse vorgestellt, die im Rahmen eines Forschungsprogrammes bei sieben Behälterversuchen und den entsprechenden begleitenden Untersuchungen gewonnen wurden. Ein Ziel der Arbeit war, Verfahren und Versuchstechniken zu entwickeln, die eine zuverlässige Einbringung von Rissen in gekerbte Behälter durch pulsierenden Innendruck erlauben. Dabei standen zwei Probleme im Vordergrund: Die experimentelle Erfassung der Rißbildung im Kerbgrund und die Bestimmung der Tiefe von Oberflächenrissen während der Schwellbeanspruchung. Bei den Versuchen hat sich gezeigt, daß die Entstehungsphase von Oberflächenrissen mit Potentialmethode, Aufweitungsmessung und Schallemission erfaßt werden kann. Zur Verfolgung des Tiefenwachstums haben sich Potentialmethode und Aufweitungsmessung bewährt. Für diese Verfahren werden Kalibrierkurven in übertragbarer Form angegeben, welche die Meßgrößen Potential bzw. Aufweitung mit der Rißtiefe verknüpfen. Mit derartigen Kurven kann die Einbringung von Oberflächenrissen in Behälter und Platten vollautomatisch überwacht werden. Darüber hinaus ergibt sich für die Potentialmethode im Rahmen der zerstörungsfreien Prüfung die Möglichkeit, die Abmessungen örtlich bekannter Oberflächenfehler abzuschätzen.     

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.     

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.     

Anwendung eines Simulationsmodells zur Berechnung der Blechprofile beim Kaltwalzen breiter Bleche auf einem Sendzimir-Sexto-Walzgerüst

Zur Überprüfung und Ergänzung eines Modells zur Simulation von Walzungen auf einem Sendzimir-Sexto-Walzwerk wurden Rechnungen durchgeführt. Deren Ergebnisse wurden mit Daten aus Betriebsmessungen verglichen. Die gute Übereinstimmung zwischen berechneten und gemessenen Werten bestätigt die Anwendbarkeit des Modells. In weiteren Rechnungen wird deutlich, daß mit diesem Gerüst eine Walzwerkskonzeption zur Verfügung steht, die insbesondere bei großen Blechbreiten die Erzeugung planen Walzgutes ermöglicht. Mit abnehmender Blechbreite wird jedoch auch hier die Beherrschung der Planlage schwieriger; die in den einzelnen Stichen erzielbaren Dickenabnahmen werden durch die Anforderungen an die Blechplanheit begrenzt. Eine höhere Ausnutzung der zulässigen Walzkräfte kann durch eine Vergrößerung des Stellbereiches der Stützwalzenbombierung und/oder durch eine Änderung des Arbeitswalzenschliffes erreicht werden.     

Bestimmung von Fließkurven mit dem Warmflachstauchversuch

Zur Bestimmung von Fließkurven werden Warmflachstauchversuche mit dem Warmumformsimulator (Wumsi) des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung durchgeführt. Aus den Meßdaten Werkzeugweg, Stauchkraft und Probentemperatur sowie aus den Abmessungen der Probe wie Anfangsdicke, Anfangsbreite und mittlere Stauchfläche werden Fließkurven unter Anwendung der elementaren Plastomechanik berechnet. Die Auswertung der Fließkurven liefert die Fließgrenze, die maximale Spannung und den Verlauf des differentiellen n-Wertes. Weiterhin wird eine neue Methode angewendet, um die Reibungsverhältnisse beim Warmflachstauchen zahlenmäßig zu berücksichtigen. Aus dem Temperaturverlauf während der Umformung und der Kenntnis der Temperaturabhängigkeit der Fließspannung werden temperaturkorrigierte Fließkurven berechnet. An Beispielen wird erläutert, wie Fließkurven zur Interpretation metallkundlicher Vorgänge genutzt werden können, die während der Umformung ablaufen.     

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.     

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.     

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.     

Anwendung bruchmechanischer Methoden auf Zugproben mit Mittenriß

Um die Übertragbarkeit von bruchmechanischen Kennwerten zu überprüfen, wurden zur Ergänzung früherer Untersuchungen mit Kompaktproben (CT-Proben) nunmehr Versuche mit Zugproben mit Mittenriß durchgeführt. Die Proben hatten eine Breite von 50 bzw. 100 mm und eine Dicke von 12,5 bzw. 25 mm und waren aus einem mittelfesten Baustahl St 52-3 und einem hochfesten Vergütungsstahl 30 CrNiMo 8 gefertigt. Um verschiedene Konzepte der Bruchmechanik erfassen zu können, erfolgten die Versuche in einem weiten Temperaturbereich von ? 196°C bis Raumtemperatur. Bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs von ? 196°C trat instabile Rißausbreitung ein, und die linear elastische Bruchmechanik mit dem Werkstoffkennwert K_Ic erwies sich als das geeignete Werkzeug zur Beschreibung der Ergebnisse. Bei höheren Temperaturen (oberhalb von etwa ? 60°C), bei denen die Rißausbreitung stabil erfolgte und mit großer plastischer Verformung verbunden war, wurden Rißwiderstandskurven bestimmt, und zwar vorzugsweise JR-Δa-Kurven. Die auf dem J-Integral beruhende Methode von Shih und Kumar konnte erfolgreich zur Berechnung der Höchstlasten der Zugproben mit Mittenriß aus den Rißwiderstandskurven von Kompaktproben eingesetzt werden. Mit der Methode der plastischen Grenzlast wurden die gemessenen Höchstlasten vielfach stark unterschätzt.     

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.     

Untersuchungen zur Schmelzreduktion von Eisenoxidschmelzen durch eingeblasenes bzw. durchgeblasenes Kohlenmonoxid sowie durch festen Kohlenstoff

Eisenoxidschlacken werden durch unterschiedliche Reduktionsmittel bei 1550°C reduziert. Die Untersuchungen zum Reduktionsverhalten mittels Kohlenmonoxid unterteilen sich in Einblas- und Durchblasversuche. Ferner erfolgt ein Angebot von festem Kohlenstoff. Im Rahmen dieser Untersuchungen werden die Komplexe Reduktionsgrad, Reduktionsgeschwindigkeit, Bildung von Reaktionsschichten, die den Stofftransport hemmen, sowie Phasentrennung der Reaktionsprodukte behandelt. Die Versuchsergebnisse zeigen, daß die Einblas- bzw. Durchblasversuche im Vergleich zu früher vorgestellten Aufblasversuchen bei jeweils gleichen Blasraten und Versuchszeiten insgesamt höhere Reduktionsgeschwindigkeiten erzielen. Darüber hinaus ergeben sich bei den Versuchen mit festem Kohlenstoff noch ungleich höhere Werte für die erreichten Endreduktionsgrade und Reduktionsgeschwindigkeiten. Allen Versuchen gemeinsam ist das unerwünschte Ausscheiden von festen Spinellen aufgrund einer notwendigen Vorgabe an Al₂O₃ bzw. MgO, experimentell bedingt durch die FeO-Aggressivität gegenüber dem Tiegelmaterial. Im gleichen negativen Sinne wirken CO_n-Schäume oder -Dispersionen. Die Reduktion von flüssigen Oxiden durch ein- und durchgeblasenes Kohlenmonoxid sowie festen Kohlenstoff gehorcht keinem einheitlichen Reaktionsgesetz. Instationäre Verhältnisse lassen keine Aussage über Reaktionsordnungen zu.