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.     

Experimentelle Untersuchungen der Strömungen,Turbulenz und Teilraumausbildung an Kaltmodellen gasgerührter Mischreaktoren

Im Rahmen dieser Arbeit wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen an Wasser- und Quecksilbermodellen bodengeblasener Reaktoren durchgeführt, um ein mathematisches Modell zur Beschreibung der Durchmischungsvorgänge weiterzuentwickeln. Dieses mathematische Modell beruht auf der Einteilung des Gesamtsystems in Subsysteme, die als ideale Mischer miteinander im Stoffaustausch stehen. Die Strömungsverhältnisse sowie ungefähre Anzahl, Lage und Größe der Teilräume wurden unter Variation der Gasvolumenströme, der Gefäßdurchmesser und der Füllstandshöhen zunächst mit Hilfe des Lichtschnittverfahrens erfaßt. Lichtschnittuntersuchungen mit Fluoreszen als Tracer dienten zur Beobachtung des Mischverhaltens der Einzelteilräume sowie zur Bestimmung der Gesamtmischzeiten. Mit einem Laser-Doppler-Anemometer wurden sowohl die großräumigen als auch die lokalen Strömungs- und Turbulenzprofile ermittelt. Aus den so erhaltenen Daten wurden die genaue Lage und die Größe der Teilräume sowie die Stoffaustauschströme zwischen diesen bestimmt. Weiterhin wurden Konzentrationsmessungen an Quecksilbermodellen durchgeführt. Der Vergleich dieser Messungen mit den an Wassermodellen erhaltenen Strömungs- und Turbulenzprofilen führte zu einer Einteilung in fünf Teilsysteme, mit der bei Anwendung des mathematischen Modells gute Übereinstimmung zu gemessenen Werten erzielt werden konnte.     

Austenitkornwachstum normalgeglühter und vergüteter Feinkornbaustähle in der Wärmeeinflußzone einer Schweißnaht

Es wird ein Modell zur rechnerischen Vorhersage der Austenitkorngröße in der WEZ einer Schweißnaht entwickelt. Grundlage des Modells ist das Gesetz des isothermischen Austenitkornwachstums. Es wird gezeigt, daß dieses Gesetz das isothermische Austenitkornwachstum normalgeglühter Feinkornbaustähle vom Typ StE 355 und StE 460 sowie vergüteter Feinkornbaustähle vom Typ StE 690 prinzipiell richtig beschreibt. In einem Computerprogramm wird dieses Gesetz mit dem Temperatur-Zeit-Verlauf des Schweißzyklus, der in kleine isothermische Abschnitte zerlegt wird, verknüpft. Dadurch wird es möglich, das isothermische Wachstumsgesetz der Berechnung der Austenitkorngröße in der WEZ einer Schweißnaht zugrundezulegen. Die Übereinstimmung zwischen berechneter und an realen Schweißnähten gemessener Austenitkorngröße ist gut. Mit Hilfe des entwickelten Modells werden der Einfluß der Spitzentemperatur, des Wärmeeinbringens, der Anfangsaustenitkorngröße und der Vorwärmtemperatur auf die Austenitkorngröße in der WEZ ermittelt. Für den Einfluß des Wärmeeinbringens wird eine Formel angegeben.     

Modellmäßige Beschreibung des Temperaturfeldes eines Sinterprozesses

Im Rahmen einer Dissertation stellte sich die Aufgabe, die Partikelfiltration in einem Sinterprozeß modellmäßig zu beschreiben, der von Sinterabgas durchströmt wird. Dazu wurde ein Modell des Temperaturfeldes im Sinterprozeß entwickelt. Die Beschreibung dieses Temperaturmodells wird in dieser Arbeit ausführlicher als in der Dissertation dargestellt. Ausgehend von der Differentialgleichung für den Wärmetransport wird mit vorgegebenen, idealisierenden Modellannahmen eine analytische Lösung gefunden, mit der der örtliche und zeitliche Temperaturverlauf des Sinterprozesses berechnet werden kann. Beim Vergleich von gemessenen Temperaturdaten und berechneten Modellwerten wird eine gute Übereinstimmung festgestellt. Neben der Überprüfung von Parametereinflüssen ist das Modell auch zur Überprüfung von numerischen Modellansätzen geeignet.     

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.     

Schnelle Ermittlung des Kohlenstoff- und Schwefelgehaltes in hochlegierten Stählen und Legierungen mit Hilfe eines Infrarotanalysators

Eine Anlage zur raschen Bestimmung des Kohlenstoff- und Schwefelgehaltes wurde auf die Einsatzmöglichkeit im Routinebetrieb eines Edelstahlwerkes getestet. Mit Hilfe eines Untersuchungsprogramms wurden die Linearität, die Standardabweichung, der Variationskoeffizient sowie der Einfluß des Zuschlagmittels geprüft. Extreme Untersuchungsbedingungen zur Überprüfung des Memory-Effektes wurden angewendet. Die Zeitverkürzung des gesamten Analysenablaufes durch den Einsatz der Anlage und eine darauf abgestimmte Probenahme wird angeführt.     

Simulation des Profilwalzens mit Hilfe von Werkstoffmodellen und der Finite-Elemente-Methode

Eine Grundvoraussetzung für die Einführung der thermomechanischen Behandlung beim Profilwalzen ist die Beherrschung der örtlichen Vorgänge im Walzspalt. Hierzu bietet sich die Finite-Elemente-Methode (FEM) als Hilfsmittel zur Ermittlung der örtlichen Prozeßparameter Vergleichsformänderung, Vergleichsformänderungsgeschwindigkeit und Temperatur an. Werkstoffmodelle können zur Beschreibung der örtlichen physikalisch-metallurgischen Vorgänge in einem Material und zur weiteren Entwicklung der FEM verwendet werden. Über die möglichen Wege für die Simulation des Profilwalzens mit FEM und Werkstoffmodellen sowie durch Verwendung von Warmumformsimulationen am IBF und am IEHK wird in dieser Arbeit berichtet. Walzungen im Labormaßstab von 4 Stichen der Kaliberreihe Oval-Quadrat werden Rechenergebnissen für die Stahlsorten C 35 und 50 CrV 4 gegenübergestellt. Ergebnisse aus Versuchswalzungen und Warmzugsimulationen für die Stahlsorte 50 CrV 4 werden verglichen und diskutiert. Erläuterungen über die allgemeine Anwendung der hier verwendeten Arbeitsroutine werden am Ende dieser Arbeit gemacht. Die Ergebnisse zeigen die Bedeutung dieser Arbeitsroutine für die Simulation des Profilwalzens.     

Auflösungsverhalten von Dolomit in Stahlwerksschlacken sowie Grenzen der Löslichkeit und Folgen für den Feuerfestverschleiß

Das Auflösungsverhalten von gebranntem Dolomit wurde durch Schmelzversuche ermittelt, bei denen stahlwerksähnliche Schlakken mit einem Dolomittiegel reagierten. Die Auflösung des Tiegelmaterials in der Schlacke wurde dabei sowohl unter dem Aspekt des Schlackenbildners Dolomit als auch aus der Sicht MgO-haltigen Feuerfestmaterials ausgewertet. Es konnte verfolgt werden, wie die beiden unverbunden nebeneinander vorliegenden Hauptkomponenten des Dolomitkalks, CaO und MgO, entsprechend ihren jeweils treibenden Kräften, den Abständen zur Sättigung, unterschiedlich schnell in Lösung gehen. Trotz bevorzugter Auflösung des CaO erreicht das MgO wegen eines geringeren Abstandes zur Sättigung eher die Löslichkeitsgrenze, unterstützt durch den Effekt, daß bereits gelöstes CaO die MgO-Sättigungsgehalte erniedrigt, während umgekehrt MgO die CaO-Löslichkeit zunächst durch Zurückdrängen der Dicalciumsilikat-Ausscheidung (?C₂S-Nase”) deutlich, dann an der eigentlichen Kalksättigung noch leicht erhöht. Die Auflösung kommt durch eine rasche Sättigung an MgO zwar nicht völlig zum Stillstand, wird aber stark verlangsamt, so daß die metallurgisch wichtige Kalksättigung bei alleinigem Einsatz von Dolomitkalk als Schlackenbildner nicht erreicht werden kann. Darüberhinaus wird die Schlacke infolge der Übersättigung an MgO heterogen und viskos. Die Auflösung von magnesitischem Feuerfestmaterial konnte simuliert werden, indem nur das Verhalten der MgO-Komponente des Dolomits zu Beginn des Versuchs betrachtet wurde. Die verschleißmindernde Wirkung von MgO-Vorgaben zur angreifenden Schlacke wurde nachgewiesen. Ferner konnten durch Annahme einer diffusionsgesteuerten Auflösung in der ersten Phase des Versuchs Stoffübergangskoeffizienten des CaO und des MgO gewonnen werden.     

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.     

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.     

Spülentgasung von Stahlschmelzen mit Kohlenmonoxid oder Argon

Vergleich der Spülentgasung durch eine Kohlenmonoxid- oder Argonblase bei unterschiedlichen Übersättigungsverhältnissen zur Festlegung günstiger Verfahrensbedingungen an Hand von Rechnungen mit einem bereits früher abgeleiteten mathematischen Modell für den Stoffaustausch zwischen aufsteigenden Gasblasen und flüssigem Stahl. Ergebnisse zur Spülwirkung für eine Anfangsblasengröße von 10^–7 mol, eine Badhöhe von 50 cm, eine Badtemperatur von 1600 °C, einen Außendruck von 0,987 atm und eine Zusammensetzung der Schmelze mit 0,20% C, 0,015% S, 0,0010% N und 0,0006% H bei Sauerstoffgehalten zwischen 0,0066 und 0,0320%. Erörterung des Mechanismus für das Verschwinden und Wachsen von Kohlenmonoxidblasen.     

Untersuchung der Abhängigkeiten des Ablösevolumens einzelner Gasblasen mit einem Simulationsmodell

Mit einem früher¹) entwickelten, mathematischen Modell zur Simulierung der Vorgänge bei der Entstehung, Ablösung und Bewegung einzelner Blasen, die an Düsen gebildet werden, werden Abhängigkeiten des Ablösevolumens von den Flüssigkeitseigenschaften sowie von konstruktiven und operativen Parametern untersucht. Die Ergebnisse des Simulationsmodells werden mit experimentellen Daten aus dem Schrifttum verglichen. Die Übereinstimmung ist überraschend gut. Als Vorteil des Simulationsmodells stellte sich unter anderem heraus, daß bei der Untersuchung des Einflusses der physikalischen Eigenschaften der flüssigen Phase wie Dichte, Viskosität und Grenzflächenspannung der Einfluß der Veränderung eines einzelnen Parameters unter Konstanthalten aller übrigen untersucht werden konnte, was in Experimenten mit realen Flüssigkeiten nicht möglich ist. Das Blasenablösevolumen steigt (grob gesprochen) mit zunehmender Grenzflächenspannung sowie abnehmender Dichte und ist unabhängig von der dynamischen Viskosität, solange diese unter etwa 100 mPas bleibt. Bei kleinen Laplace-Kostanten ist es unabhängig von der Laplace-Konstanten, erst bei höheren Werten dieser Konstante hängt das Ablösevolumen deutlich von ihr ab. Die Tendenz zur Annäherung an ein Grenzgesetz ist deutlich. Der Düsenquerschnitt hat bei kleinen Gasdurchsätzen großen Einfluß auf das Ablösevolumen, sein Einfluß sinkt mit zunehmendem Gasdurchsatz, bei hohem Gasangebot wächst das Ablösevolumen deutlich mit dem Gasdurchsatz, auch hier ist die Annäherung an ein Grenzgesetz unverkennbar. Kleine Ablösevolumina bedeuten durch die damit verbundene feine Dispergierung des Gases eine große Grenzflächenentfaltung. Maßnahmen zur Erzielung kleiner Ablösevolumina werden angegeben.     

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.     

Maßnahmen zur Verbesserung der Richtigkeit von Stahlanalysen mit Automaten

Das Verhältnis der Vergleichbarkeit zwischen den Laboratorien zu der Wiederholbarkeit innerhalb der Laboratorien bei der Erstellung von analytischen Informationen läßt auf systematische Unterschiede zwischen den Laboratorien schließen. Die so konstatierte unterschiedlich gute Beschreibung der Realität soll durch Erzeugen analytischer Informationen größtmöglicher Richtigkeit verbessert werden. Das wird erreicht durch Referenz; das ist eine definierte Atomzahl des Analyten, die nach einer Voranalyse durch Rekonstitution der Probenportion in Form einer festen oder flüssigen Lösung den gleichen physikalischen und chemischen Bedingungen ausgesetzt wird wie die Analysenprobe. Es werden der Produktion angepaßte sekundäre Referenzproben erzeugt für die Eichkontrolle der Analysengeräte nach mehreren Methoden. Dabei soll schließlich durch minimalen Aufwand eine maximale Übertragung des Vertrauens in die Referenz auf den Analyten in der Analysenprobe gesichert werden.     

Beitrag zur Korrosion weicher,unlegierter Stähle in Natronlauge

In diesem Bericht werden Untersuchungsergebnisse mitgeteilt, die einen Beitrag zur Klärung des Korrosionsmechanismus weicher Stähle in heißer, konzentrierter Natronlauge darstellen. An Stahlproben der Sorte St 12, aber mit C-Gehalten von 0,06 bis 2,27%, wurden in 70°C heißer, gesättigter Natronlauge Stromdichte-Potential-Kurven aufgenommen. Neben einem Stromdichte-Maximum bei ca. -0,85 V (U_H), das der Ferritauflösung zuzuordnen ist, trat ein zweites Maximum bei ca. -0,68 V auf, das mit dem Zementitgehalt der Legierungen linear zunimmt und durch die Zementitauflösung verursacht wird. An Proben aus St 12 mit 0,06 % C, bei denen durch eine geeignete Wärmebehandlung die Ferritkorngrenzen stark mit Zementit belegt waren, wurden unter einer Zugspannung von 0,85 · R_m in der o.a. Natronlauge Korrosionsversuche von 100 h Dauer durchgeführt. Im Potentialbereich des ersten Maximums (-0,87 bis -0,82 V) trat nur ein Angriff des Ferrits ein. Korngrenzen wurden nicht angegriffen. Bei höheren Potentialen (über -0,75 V) erfolgte zunehmend die Bildung interkristalliner Risse, verursacht durch die Auflösung des Korngrenzenzementits. Bei -0,68 V kam es nach 60 h zum Bruch. Nach diesen Untersuchungen wird die interkristalline Korrosion weicher Stähle in heißer, konzentrierter Natronlauge durch aktive Auflösung des Korngrenzenzementits verursacht.     

Grundlagen des Thermocoil-Verfahrens zur Herstellung höherfester Betonstähle auf Drahtwalzanlagen

Die anlagentechnischen und technologischen Bedingungen von modernen Drahtwalzanlagen bieten besondere Möglichkeiten zur Herstellung von höherfesten Betonstählen durch thermomechanische Behandlung. Vorverformungen in der Vor- und Mittelstaffel und die hohe und schnelle Endumformung im Drahtblock führen zu einem sehr feinkörnigem Austenitgefüge am Ende des Umformprozesses, das durch eine auf die chemische Zusammensetzung des Stahles abgestimmte Druckwasserkühlung im Anschluß an den Walzprozeß in ein entsprechend feinkörniges Sekundärgefüge, gegebenenfalls kombiniert mit einer partiellen Vergütung (Vergütung der Randzone), umgewandelt werden kann. Die zeitliche Veränderung der Temperaturverteilung über den Querschnitt im Verlauf der Druckwasserkühlung und des nachfolgenden Temperaturausgleichs an Luft läßt sich mit geeigneten mathematischen Modellen berechnen, so daß aus den bekannten Zusammenhängen zwischen Eigenschaften, Struktur und Abkühlbedingungen die anlagentechnischen Parameter für die thermomechanische Behandlung von Betonstählen auf Drahtwalzanlagen rechnerisch ermittelt werden können. Die Beherrschung der beim Durchlauf durch die Wasserkühlstrecke auf den Walzdraht wirkenden Bremskräfte erfordert eine spezielle Technologie für den Betrieb der Drahttreiber.     

Untersuchungen zur Löslichkeit,Korngrenzensegregation und chemisch-analytischen Bestimmung des Tellurs im Eisen

Die Löslichkeit von Tellur in Eisen wurde durch licht- und elektronenmikroskopische Prüfung von Fe–Te-Legierungen auf Ausscheidungen bestimmt. In α-Eisen bei 700°C sind etwa 50 ppm und bei 850°C 120 ppm löslich, in γ-Eisen lösen sich bei 930°C 5 ppm und bei 1000°C 22 ppm Te. Bei höheren Konzentrationen wird FeTe_0,9 festgestellt. In Fe–Mn–Te-Legierungen wird das Te als Mangantellurid gebunden, dieses bildet Einschlüsse gemeinsam mit Mangansulfid. In Fe–Ti–Te-Legierungen wird nur ein kleiner Anteil Te in Titansulfiden gelöst. Tellur segregiert an die Korngrenzen von α- und γ-Eisen und bewirkt interkristallinen Bruch. Die mit AES bestimmten Korngrenzenkonzentrationen nehmen mit der Lösungskonzentration zu und erreichen bei Überschreiten der Löslichkeit einen Sättigungswert. Die Korngrenzensegregation nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Tellur bewirkt eine auffallende Facettierung der Korngrenzflächen, es entstehen Strukturen mit Terrassen und Stufen. Die Proben brechen hierdurch bereits während der Auslagerung an den Korngrenzen auf und zeigen Kornzerfall. In Mn-haltigen Proben wird keine Korngrenzensegregation des Te beobachtet, wenn das Tellur völlig vom Mangan abgebunden ist; in diesem Fall ist der interkristalline Anteil der Bruchflächen sehr gering. Die chemische Bestimmung von Tellur in Eisen und Stählen kann sehr vorteilhaft mit der Atomabsorptionsspektroskopie durchgeführt werden, es wurden die Flammen- und die Graphitrohrmethode untersucht. Die Bestimmung kleiner Tellurgehalte in Stählen durch Atomisieren im Graphitrohr wird durch Chlorid, Chrom, Mangan und Nickel beeinflußt. Zu einer deutlichen Optimierung des Atomisierungsablaufs führt das Atomisieren von einer in das Graphitrohr eingeführten Plattform. Lediglich Mangan vermindert dann die Intensität des Absorptionssignals. Es wird eine Nachweisgrenze von 0,2 ppm Tellur bei einer relativen Standardabweichung von 30% erreicht. Mit der Flammentechnik gelingt die Bestimmung bis zu 50 ppm Tellur.     

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.     

Korngrenzenkarbidausscheidungen im Warmarbeitsstahl X 40 CrMoV 51

Ziel der Arbeit war es, die Ausscheidungskinetik von Korngrenzenkarbiden nach homogenisierenden Hochglühungen zu ermitteln, die Karbidphasen zu identifizieren und deren Auswirkungen auf die Schlagbiegearbeit zu prüfen. Es konnte gezeigt werden, daß bereits nach kurzer Zeit zwischen 950 und 850°C (<10 s) Korngrenzenkarbidausscheidungen auftreten, die nach Ablauf des hier untersuchten Zeitraumes (1000 s) ein dichtes Netzwerk bilden. Durch röntgenographische Verfahren wurden die Karbidphasen MC (deutlich), sowie M₇C₃ und M₂₃C₆ (schwach) nachgewiesen. Eine Ermittlung der genauen chemischen Zusammensetzung der Karbide war aufgrund ihrer geringen Größe nicht möglich. Für die Praxis bedeutet dieses Ergebnis, daß bei großen Abmessungen nach dem Diffusionsglühen oder nach hohen Warmformgebungstemperaturen mit versprödenden Karbidausscheidungen zu rechnen ist, die beim Vergüten nicht beseitigt werden. Schlagbiegeversuche ergaben, daß eine Korngrenzenversprödung die Übergangstemperatur wie auch die Brucharbeit stärker beeinträchtigen als eine Kornvergröberung allein. Zu klären ist, ob dieses ?Netz” durch eine nachträgliche Warmumformung zertrümmert bzw. durch eine thermomechanische Behandlung vermieden werden kann. Dies wird Gegenstand einer nachfolgenden Untersuchung sein.     

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.