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.     

Dauerschwingverhalten nichtrostender Stähle unter gleichzeitiger korrosiver Beanspruchung,Teil 2: Schwingungsrißkorrosionsverhalten

In dieser Arbeit werden die bisher am Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Mechanische Technologie der Universität Kaiserslautern durchgeführten Untersuchungen auf dem Gebiet des Schwingungsrißkorrosionsverhaltens nichtrostender Stähle dargestellt. Eine Prüfapparatur zur Durchführung von Dauerschwingversuchen bei kontrollierter elektrochemischer Korrosion wird beschrieben. Die dynamischen Festigkeitskennwerte des untersuchten Stahles X 5 CrTi 12 (1.4512) liegen bei überlagerter Korrosion durch das Modellkondensat wesentlich unter den an Luft ermittelten Werten. Eine Dauerschwingfestigkeit kann erwartungsgemäß nicht bestimmt werden. Der Einfluß der Elektrolyttemperatur von maximal 80°C auf die Schwingfestigkeit ist bei den gewählten Versuchsparametern von untergeordneter Bedeutung. Durch Messung des zeitlichen Verlaufs des freien Korrosionspotentials kann ein Zusammenhang zwischen der Lebensdauer der Schwingproben und der Länge der sich einstellenden Potentialstufen festgestellt werden. Durch Aufprägen geeigneter elektrochemischer Potentiale im potentiostatischen Halteversuch ist eine deutliche Erhöhung der Zeitschwingfestigkeit gegenüber dem unkontrollierten Zustand möglich.     

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.     

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.     

Kriechrißverhalten typischer Kraftwerksbaustähle

Zur Auslegung und Überwachung von Hochtemperaturbauteilen für Kraftwerke und thermische Anlagen werden Kenntnisse über das Kriechrißverhalten unter langzeitiger Beanspruchung benötigt. Auf der Basis von Kriechrißversuchen sind für wichtige Kraftwerksbaustähle geometrie- und beanspruchungsunabhängige Beschreibungen zur Kriechrißeinleitung und zum Kriechrißfortschritt zu gewinnen. An vier Kraftwerksbaustählen wurden mit Proben unterschiedlicher Form und Größe Kriechrißversuche in einem weiten Beanspruchungsbereich durchgeführt. Dabei wurden Kriechrißgeschwindigkeiten bis herab zu 5 · 10^?5 mm/h bei Versuchsdauern bis zu 14 000 h erreicht. Die Kriechrißgeschwindigkeit der bei 550°C untersuchten Stähle 30 CrMoNiV 4 11, X 22 CrMoV 12 1 und X 20 CrMoV 12 1 läßt sich mit dem Parameter C₂^* in deutlich engeren Streubändern beschreiben als mit den Parametern C₁^* und K_l. Nur für den bei 450°C untersuchten Stahl X 12 CrNiMo 12 2 eignet sich der Parameter K_l besser zur Beschreibung der Kriechrißgeschwindigkeit. Die Kriechrißeinleitung läßt sich mit einem Zwei-Kriterien-Diagramm abschätzen, das für größere Proben und damit vermutlich auch für größere Bauteile eher überkonservativ ist.     

Untersuchungen zum Einfluß höherer Mo-Gehalte auf das Korrosionsverhalten von höherfesten nichtrostenden ferritisch-austenitischen Stählen

An geschmiedeten Proben unterschiedlicher Wärmebehandlungsquerschnitte aus ferritisch-austenitischen Stählen mit 20–28% Cr, 1,5–6% Mo, ca. 5% Ni, bis ca. 1,5% Cu und bis zu je 0,25% Nb, V und N wurden Untersuchungen auf interkristalline Korrosion, Lochtraß- und Spaltkorrosion in Cl-haltigen Medien, Salpetersäurebeständigkeit und Spannungsrißkorrosion durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse sind wie folgt: Die untersuchten Stähle erwiesen sich selbst bei größeren Mengen an Ausscheidungen auf den Korn- und Phasengrenzen als beständig gegen interkristalline Korrosion im verschärften Strauß-Test. Ursache hierfür ist die unkritische Cr-Verarmung aufgrund der verhältnismäßig geringen Cr-Abbindungsrate in den auftretenden Nitridmodifikationen. Die Lochfraß- und besonders die Spaltkorrosionsbeständigkeit gegen Cl-Ionen wird ab 3,2% Molybdän sprungartig verbessert. Ab ～4% Mo führt die zunehmende Ausscheidungsmenge besonders bei größeren Wärmebehandlungsquerschnitten wieder zu einem Rückgang der Spaltkorrosionsbeständigkeit. In konzentrierter siedender HNO₃ nimmt die Materialverlustrate mit zunehmendem Mo-Gehalt und mit sinkender Abkühlgeschwindigkeit, entsprechend steigendem Wärmebehandlungsquerschnitt, infolge erhöhter Ausscheidungsmenge auf den Korngrenzen zu. Das SpRK-Verhalten zeigt keine bemerkenswerte Abhängigkeit vom Mo-Gehalt. Ein ferritisch-austenitischer Stahl mit rd. 25% Cr, 3,5% Mo, 5% Ni und festigkeitssteigernden Legierungszusätzen von Nb, V, N, der auch Cu-Gehalte von über 1% enthalten kann, weist bei gleichen Festigkeitskennwerten wie X 4 CrNiMoNbVN 27 6 2 wesentlich verbesserte Cl-lonenbeständigkeit auf. Der auf 0,03% begrenzte C-Gehalt gewährleistet IK-Beständigkeit im verschärften Strauß-Test. Dieser Stahl, der die Bezeichnung X 3 CrNiMoNbVN 25 6 4 (Werkstoff-Nr. 1.4530) trägt, wurde in der Zwischenzeit vorwiegend in Schmiedestücken mit Wanddicken bis zu ca. 180 mm für chemisch und mechanisch hoch beanspruchte Teile im Maschinenbau eingesetzt.     

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.     

Beitrag zur Charakterisierung der Karbonitride in mikrolegierten Stählen

Zur genaueren Kennzeichnung von Karbonitriden, die in mikrolegierten Stählen auftreten, kann ein thermodynamisch abgeleitetes Mischungsmodell aus der Literatur zur Bestimmung der Stöchiometrie herangezogen werden. Im Fall von zwei metallischen Mikrolegierungselementen kann das Modell entsprechend erweitert werden, wenn eine starke thermodynamische Ähnlichkeit beider Mikrolegierungselemente vorhanden ist. Hiermit ist eine Beschreibung von vierkomponentigen Verbindungen in Stählen, die z. B. mit Nb und V legiert sind, möglich. Die Wechselwirkung der Karbonitride mit vorhandenen Aluminiumnitriden kann durch Betrachtung einer schrittweisen Aufteilung des Gesamtstickstoffgehaltes für jede erreichte Temperatur bearbeitet werden. Die Berechnung der Karbonitridverbindungen von drei mikrolegierten Stählen, die entweder nur mit Nb bzw. V sowie mit Nb und V legiert sind, zeigt bei Temperaturen oberhalb 900°C einen zunehmenden Austausch des Kohlenstoffs durch Stickstoff mit steigender Temperatur. Im Stahl, der mit Nb und V legiert ist und in dem vierkomponentige Nb,V-Karbonitride berechnet werden können, führt das gegenüber den reinen Nb-Karbonitriden zusätzlich vorhandene Vanadium zu einer Stabilisierung des Kohlenstoffgehaltes und – bei tiefen Temperaturen – des Karbonitrids allgemein. Zur weiteren Vereinfachung und eindeutigen Charakterisierung der Karbonitride können alle bei 900°C gebildeten Verbindungen als beständig angesehen werden. Durch sie wird das Kornwachstumsverhalten dreier unterschiedlicher Stähle sehr gut beschrieben, was insbesondere den Ansatz von vierkomponentigen Verbindungen im Stahl mit zwei metallischen Mikrolegierungselementen rechtfertigt.     

Bruchzähigkeit niedriglegierter Stähle mit heterogenen Martensitgefügen

Für niedriglegierte MnSiCrMoV Versuchsstähle mit drei verschiedenen Kohlenstoffgehalten wurde der Einfluß der heterogenen Martensitgefüge, die durch Schnellaustenitisierung des ferritisch-carbidischen bzw. martensitischen Ausgangsgefüges und anschließendes Abschrecken und Anlassen erzeugt wurden, auf die mechanische Eigenschaften untersucht. Verglichen mit homogenem Martensit ist die Bruchzähigkeit bei martensitischem Gefüge mit geringem C-Gehalt, das Reste ungelöster Carbide bei allen untersuchten Stählen aufweist, ohne größeren Festigkeitsverlust angestiegen. Im Versuchsstahl mit 0,3 % C führt das martensitische Gefüge, das Mikrobereiche mit erhöhtem Anteil an Carbidbildnern enthält, zu einer gleichzeitigen Erhöhung von Festigkeit und Bruchzähigkeit. Das erblich modifizierte Martensitgefüge weist deutlich höhere Festigkeiten – um etwa 150 MPa – auf, ohne daß die Bruchzähigkeit beeinträchtigt wird. Gleichzeitig wird die Übergangstemperatur um etwa 50°C erniedrigt.     

Hochfeste martensitaushärtende Nickelstähle

Metallkundliche Grundlagen für die Entwicklung martensitaushärtender Nickelstähle allgemein und ihres kennzeichnenden Vertreters X 2 NiCoMo 18 8 5 mit rd. 0,02% C, 18% Ni, 8% Co, 5% Mo und Zusätzen an Aluminium und Titan. Mechanische Eigenschaften dieses Stahles (Kennwerte des Zugversuchs bei 20 °C und höheren Temperaturen, Kerbschlagzähigkeit bei 20 °C und niedrigeren Temperaturen, Dauerschwingfestigkeit, auch unter korrosiver Beanspruchung, Langzeitverhalten bei höheren Temperaturen und Bruchzähigkeit) in Abhängigkeit von den Bedingungen bei der Wärmebehandlung. Verhalten des Stahles beim Schweißen. Möglichkeiten zur Weiterentwicklung der Stähle.     

Örtliche Korrosion an Schweißnähten von Bauteilen aus unlegierten oder niedriglegierten Stählen

Im Schrifttum werden häufig Vorstellungen über die Mechanismen von örtlichen Korrosionen an Schweißnähten an unlegierten und niedriglegierten Stählen bei Korrosionsbelastung durch Wässer dargelegt, die im Rahmen der Sauerstoffkorrosion unverständlich sind und für die Deutung der Ursachen solcher Korrosionen nicht herangezogen werden können. In der vorliegenden Arbeit werden die verschiedenen Möglichkeiten der örtlichen Korrosion, die im Bereich von Schweißnähten an unlegierten und niedriglegierten Stählen in Wässern auftreten können, erörtert. Dabei wird von den elektrochemischen und chemischen Grundlagen der Sauerstoffkorrosion und der bei dieser Korrosionsart wirksamen Korrosionselemente ausgegangen. Örtliche Korrosionen an Schweißnähten können durch unterschiedliche chemische Zusammensetzung von Grundwerkstoff und Schweißnaht entstehen. Dabei sind die Gehalte an Schwefel und Silicium von besonderer Bedeutung. Korrosionsanfällige Gefüge im Schweißnahtbereich wie auch Einschlüsse im Stahl in kritischer Größe und Verteilung sind ebenso Ursachen für das Auftreten örtlicher Korrosion an Schweißnähten. Das Ausmaß der örtlichen Korrosion an Schweißnähten in Wässern wird aber auch ganz wesentlich durch mediumseitige Parameter bestimmt. Hierbei handelt es sich vor allem um den Gehalt an Neutralsalzen sowie um die Belüftung. Durch die genannten Einflußgrößen kann der Mechanismus der örtlichen Korrosion an Schweißnähten unlegierter und niedriglegierter Stähle in Wässern verstanden werden. Auf der Grundlage der beschriebenen Erkenntnisse können ferner Untersuchungsverfahren für Schweißnahtkorrosionen, Schutzmaßnahmen sowie korrosionssichere Schweißverfahren entwickelt werden.     

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.     

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.     

Einfluß der Abkühlungsgeschwindigkeit beim Härten auf die Zähigkeit von Warmarbeitsstählen

Gefügeaufbau, Kerbschlagzähigkeit und mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur und erhöhten Prüftemperaturen von bei der Vergütung mit verschiedenen Abschreckgeschwindigkeiten gehärteten Warmarbeitsstählen. Einfluß von Anteilen an Zwischenstufe im Härtungsgefüge und der Stärke der Korngrenzenkarbidausscheidungen auf die Zähigkeit der Warmarbeitsstähle bei Raumtemperatur und erhöhten Temperaturen. Versuche zur Verbesserung der Zähigkeitseigenschaften besonders der Warmzähigkeit von bei der Vergütung mit verringerter Abkühlungsgeschwindigkeit gehärtetem Stahl X 30 WCrV 53 durch Erhöhung des Kohlenstoff-, Vanadin- und Chromgehaltes des Stahles.     

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 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.     

Einfluß von Restaustenit auf die Korngröße des Austenits nach der Reaustenitisierung von Stählen für schwere Schmiedestücke

Die Korngröße des Austenits nach der Reaustenitisierung von Stählen für schwere Schmiedestücke wurde in Abhängigkeit von der Art des Ausgangsgefüges, den Wiedererwärmungsbedingungen und den chemischen Zusammensetzungen untersucht. Besonders wurde der Einfluß von Restaustenit im Ausgangsgefüge auf die Korngröße des Austenits nach erneuter Austenitisierung betrachtet. Nach den Ergebnissen bleibt das Austenitkorn bei der Reaustenitisierung von Gefügen der Martensitstufe und der unteren Bainitstufe grob, wenn bei der Wiedererwärmung werkstoffabhängige Grenzerwärmungsgeschwindigkeiten unterschritten werden. Maßgeblich für eine mit zunehmender Erwärmungsgeschwindigkeit – in Abhängigkeit auch von den örtlichen chemischen Zusammensetzungen – mögliche Austenitkornverfeinerung ist das zeitabhängige Wachsen von Restaustenitfilmen zwischen den Kristalliten des Ausgangsgefüges in Konkurrenz zu den Anlaufzeiten für Keimbildung und -wachstum an den Grenzflächen Carbid/Ferrit. Ist wenig oder kein Restaustenit vorhanden, wie in einigen Gefügen der Bainit- bzw. der Perlitstufe, so entsteht der Austenit unabhängig von den Wiedererwärmungsbedingungen durch Neubildung und Wachsen von Austenitkeimen an den Grenzflächen Ferrit/Carbid. Unter den gegebenen Versuchsbedingungen entstand dabei immer ein feines Austenitkorn.     

Zur Kinetik der Cr23C6-Ausscheidung in rostfreiem Stahl mit 18% Cr und 8% Ni

Die vorliegende Arbeit stellt eine neue Hypothese zur Karbidausscheidung in rostfreien, austenitischen Stählen auf. Diese Karbidbildung verursacht die Anfälligkeit für interkristalline Korrosion. Im Gegensatz zu der verbreiteten Vorstellung, daß die Chromdiffusion der bestimmende Vorgang für die Kinetik ist, wird hier von der Annahme ausgegangen, daß es die Kohlenstoffdiffusion sei. Da die Chromatome substitutionell eingelagert sind, läuft die Chromdiffusion sehr langsam ab; die Diffusion der interstitiell eingelagerten Kohlenstoffatome erfolgt über die Gitterlücken und ist damit um 5 Größenordnungen schneller. Die Hypothese wird gestützt durch die Tatsachen, daß die Kohlenstoffkonzentration in der Legierung viel kleiner als die des Chroms ist, daß die Diffusionswege für Kohlenstoff viel größer sind, der Kohlenstoffübersättigungsgrad jedoch viel kleiner ist und schließlich, daß die Chromdiffusion entlang der Korngrenzen abläuft, wo sie 10⁶ mal schneller abläuft als im Korninneren. Ein Stahl mit 0,08% C wird unterschiedlich lang bei 3 Sensibilisierungstemperaturen angelassen. Der bei der Temperatur flüssiger Luft gemessene elektrische Widerstand der Proben ist – nach einer Oxalsäure-Behandlung – ein Maß für die ausgeschiedene Karbidmenge. Unter Voraussetzung des bekannten Mechanismus’ der Zementitbildung erhält man theoretische Vorstellungen, die auch bei der Chromkarbidbildung Voraussagen ermöglichen, die sich in guter Übereinstimmung mit den experimentell ermittelten Daten befinden.     

Entwicklung,Eigenschaften und Anwendung von konventionell erzeugten hochstickstoffhaltigen austenitischen Stählen

Durch legierungstechnische Maßnahmen lassen sich mit konventionellen Verfahren (Elektrolichtbogenofen, AOD-/VOD-Anlage) hochstickstoffhaltige austenitische Stähle erzeugen, die im lösungsgeglühten Zustand beachtliche Eigenschaften aufweisen. Die Wirkungen des Stickstoffs sind eine Erhöhung der Festigkeit durch Mischkristallverfestigung (und Auscheidungshärtung bei Amagnit 3974 (X 3 CrNiMnMoNbN 23 17 5 3)), eine Erhöhung der Austenitstabilität, die Verzögerung von Ausscheidungsvorgängen sowie eine Verbesserung der Loch- und Spaltkorrosionsbeständigkeit. Nach der Entwicklung von hochfesten unmagnetischen Stählen führte die Legierungsoptimierung zu dem Werkstoff Remanit 4565 S (X 2 CrNiMnMoN 24 17 6 4), der bei hoher Festigkeit eine ausgezeichnete Beständigkeit in zahlreichen Medien aufweist. Aufgrund des günstigen Einflusses von Stickstoff weist dieser Stahl mit nur 4,5 % Molybdän eine höhere Wirksumme PRE und eine höhere Beständigkeit gegen Loch- und Spaltkorrosion auf als die gängigen 6%-Mo-Austenite. Das Schweißen der beschriebenen hochstickstoffhaltigen Stähle ist ohne besondere Vorkehrungen mit allen üblichen Verfahren möglich. Porenbildung tritt nicht auf. Mit dem empfohlenen Schweißzusatz Thermanit NimoC (SG-NiCr 20 Mo 15) lassen sich mit dem WIG- und dem UP-Schweißen an Remanit 4565 S (X 2 CrNiMnMoN 24 17 6 4) Verbindungen herstellen, die ebenso beständig gegen Loch- und Spaltkorrosion sind wie der Grundwerkstoff. Somit steht mit Remanit 4565 S (X 2 CrNiMnMoN 24 17 6 4) eine vielseitige wirtschaftliche Alternative zu 6 %-Mo-Stählen und Nickelbasislegierungen zur Verfügung.     

Eigenschaften eines neuen PM-hergestellten ledeburitischen Chromstahles X 320 CrVMoW 12 51

Neue Herstelltechnologien von Stählen, wie die Pulvermetallurgie, führen zu Produkten mit verbesserten Verarbeitungseigenschaften und Gebrauchseigenschaften, und lösen neue Überlegungen auf dem Gebiet der Werkstoffentwicklung aus. Durch die bessere Warmverformbarkeit der ledeburitischen PM-Chromstähle ist es möglich, Stähle, die schmelzmetallurgisch als nicht oder nur beschränkt schmiedbar galten, wirtschaftlich durch Schmieden oder Walzen umzuformen. Nach theoretischen und empirischen Gesichtspunkten wurde die Legierung X 320 CrVMoW 12 51 als richtungsweisend für die Weiterentwicklung auf dem Gebiet der ledeburitischen 12% Chromstähle ausgewählt. Die Eigenschaftsmerkmale, wie Härte, Zähigkeit, Gefügekenngrößen, Umwandlungsverhalten u.a. wurden in Laborversuchen ermittelt. Die ausgezeichneten metallurgischen und mechanischen Eigenschaften von X 320 CrVMoW 12 51-PM lassen auch gute Gebrauchseigenschaften als Werkzeugstahl in den Einsatzgebieten Schneiden und Stanzen, Sinterpreßtechnik, Fließpressen, Verarbeitung von Kunststoffen mit stark abrasiv wirkenden Bestandteilen erwarten.