Stoffaustausch zwischen aufsteigenden kalottenförmigen Blasen und in Eisenschmelzen gelösten Elementen

Theoretische Untersuchung des Stoffüberganges zwischen flüssigem Eisen mit Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff und einer aufsteigenden kalottenförmigen Blase aus inertem Spülgas und/oder Kohlenmonoxid im Hinblick auf die einzelne oder gleichzeitige Entfernung von Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Stickstoff und Wasserdampf in Abhängigkeit von der Masse der Blase, der Badhöhe, dem Elementgehalt des Bades und dem Auβendruck für verschiedene Orte des Bades. Erörterung der Bedeutung der Anwesenheit grenzflächenaktiver Stoffe. Angaben zur Entfernung des im Bad gelösten Stickstoffs und Wasserstoffs in Abhängigkeit von der Entkohlung.     

Untersuchungen über die Auflösung von Stickstoff in Schmelzen von nichtrostenden,mit Chrom,Mangan, Nickel und Stickstoff legierten Stählen

Versuche zur Ermittlung des Gehaltes an löslichem Stickstoff, des Aktivitätskoeffizienten und der Wirkungsparameter sowie der freien Lösungsenthalpie des Stickstoffs in einer mit Chrom, Mangan, Nickel und Stickstoff legierten Stahlschmelze bei 1600°C und einem Stickstoffdruck von 0,79 at. Überprüfung der Ergebnisse graphisch nach C. W. Sherman und J. Chipman, nach dem Reihenansatz von C. Wagner und durch das Äquivalenzverfahren nach E. Schürmann. Ableitung von Gleichungen für den Einfluß von Temperatur und Legierungselementen auf den Höchstgehalt an gelöstem Stickstoff.     

Das Gußgefüge von Reineisen bei unterschiedlichen Gehalten an nichtmetallischen Beimengungen

Abhängigkeit der Primärkorngröße vom Kohlenstoffgehalt zwischen 0,001 und 0,025%, der kritische Kohlenstoffgehalt für den Übergang von der stengeiförmigen zur globularen Kornausbildung, der Einfluß von Schwefelgehalten zwischen 0,01 und 0,25% bei Sauerstoffgehalten zwischen 0,001 und 0,080%, der Einfluß von Stickstoff zwischen 0,001 und 0,027% bei unterschiedlichen Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalten des Reineisens auf seine Primärkornausbildung, Kornstruktur nach Änderung der Schmelz- und Abgußbedingungen.     

Untersuchungen über den Einfluß von gelöstem Kohlenstoff und Stickstoff auf die Dämpfungs- und Festigkeitseigenschaften eines unberuhigt vergossenen kohlenstoffarmen Stahles

Aufnahme von Dämpfung-Temperatur-Kurven eines unberuhigt vergossenen Stahles mit 0,035% C, <0,01% Si, 0,34% Mn, 0,055% P, 0,030% S und 0,015% N und ihre Zerlegung in je eine Summenkurve der Kohlenstoff -und Stickstoffdämpfung. Überprüfung durch Aufnahme der Dämpfungskurven von einfach übersättigten Proben. Dämpfungsverhalten nach Abschrecken von Temperaturen über Ai. Zusammensetzung der Summenkurven für die Kohlenstoff- und Stickstoffdämpfung aus symmetrischen Resonanzkurven. Einfluβ von gelöstem Kohlenstoff und Stickstoff auf die Festigkeitseigenschaften.     

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.     

Der gegenwärtige Stand der röntgenographischen Ermittlung von Spannungen

Gegenwärtiger Stand der röntgenographischen Ermittlung von Spannungen und Eigenspannungen im Hinblick auf Erkenntnisse und Anwendung bei Eisen und Stahl. Errechnung der röntgenographischen Elastizitätskonstanten aus den Werten der Einkristalle für homogene Werkstoffe und Abschätzung der röntgenographischen Elastizitätskonstanten für heterogene Werkstoffe. Anwendung röntgenographischer Spannungsmeßverfahren zur Lösung metallphysikalischer und technologischer Fragen. Wege zur Berücksichtigung von Mikroeigenspannungen. Messung und Entstehung von Verformungseigenspannungen.     

Strömungs- und Mischungsprobleme in flüssigen Phasen bei metallurgischen Reaktionen

Bedeutung der Mischungsvorgänge für Stoff- und Wärmetransport sowie für Eigenschaften der Produkte. Beispiele für Mischungsvorgänge flüssiger Phasen bei der Eisen- und Stahlerzeugung. Stofftransport durch Diffusion und Strömung in einem Wirbelballen. Vergleich von diffusionsmäßigem Stofftransport und Konzentrationsausgleich in Wirbelströmungen bei flüssigem Stahl, Gasen und flüssiger Schlacke. Die Mischungszeit als Funktion dimensionsloser Kenngrößen, insbesondere der Reynolds-Zahlen in Mischgefäßen. Angabe von Modellbeispielen: Zulauf von Stahl mit unterschiedlicher Temperatur in eine halbgefüllte Pfanne. Einfluß der Schlackenviskosität auf die Emulsionsbildung von Stahl und Schlacke.     

Ermittlung der Aktivitäten der Komponenten eines Mischlösungsmittels aus seiner Gasaufnahmefähigkeit

Beschreibung der Konzentrationsabhängigkeit der Gaslöslichkeit für verdünnte Lösungen durch Potenzreihen. Ermittlung der Aktivitäten von binären und ternären Mischlösungsmitteln aus deren Gasaufnahmefähigkeit. Überprüfung der theoretisch abgeleiteten Gleichungen durch Auswertung von Versuchen zur Löslichkeit von Wasserstoff oder Stickstoff in den flüssigen Systemen Eisen-Nickel, Eisen-Silizium, Nickel-Chrom und Nickel-Kupfer. Vergleich der berechneten Aktivitäten mit Werten aus Aktivitätsmessungen nach anderen Verfahren. Folgerungen aus der versuchsmäβigen Überprüfung der abgeleiteten Gleichungen.     

Wasserstoffdiffusion in flüssigem Eisen und seinen Legierungen mit Chrom,Mangan, Nickel und Silicium

Verknüpfung einer analytischen Näherungslösung zur Beschreibung der Strömung im Tiegel mit der Differentialgleichung für konvektive Diffusion. Berechnung von Wasserstoffdiffusionskoeffizienten aus Messungen der Stoffübergangskoeffizienten von Wasserstoff und Stickstoff an schwach bewegten Eisenschmelzen in Abhängigkeit von Temperatur und Legierungsgehalt. Ermittlung der charakteristischen Strömungsgeschwindigkeit U₀.     

Betriebsuntersuchungen und Berechnungsverfahren zur Aufstellung des energetisch optimalen Walzplanes für das Walzen auf kontinuierlichen Warmband-Fertigstraßen

Aufteilung des Energiebedarfs beim Walzen. Darstellung der Verformungs- und der Verlustarbeiten in Bestimmungsgleichungen und Zurückfuhrung auf verformungs- und anlagetechnische Kenngrößen. Prüfung bekannter Rechenverfahren und Ableitung neuer Beziehungen für die Kenngrößen auf Grund von Betriebsuntersuchungen. Beurteilung der Ausgangsgleichung für die Walzarbeit beim Bandwalzen auf kontinuierlichen Straßen über die Verteilung der Stichabnahmen auf die einzelnen Walzgerüste und die Wahl des Geschwindigkeitsniveaus. Angabe von Richtlinien zur Aufstellung von Stichplänen mit den geringsten Energiekosten für Planung und Betrieb.     

Neuere Untersuchungen über das Aluminium-Sauerstoff-Gleichgewicht in Eisenschmelzen

Laboratoriumsuntersuchungen zur Ermittlung des Gleichgewichtes für die Desoxydation von sauerstoffhaltigen Eisenschmelzen mit Aluminium unter Anwendung einer Kalk-Tonerde-Schlacke zur Raffination der Schmelze und bei Spülen der Schmelze mit hochreinem Argon. Erörterung der Einflüsse von nicht abgeschiedenen feinen Oxidsuspensionen und von metastabilen Übersättigungserscheinungen auf die in früheren Arbeiten gefundenen Abweichungen der Versuchswerte von thermodynamisch berechneten Gleichgewichtswerten. Bestimmung der Wirkungsparameter e₀^Al für die Wirkung von Aluminium auf Sauerstoff bei 1600, 1650 und 1700 °C und Berechnung der Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten für die Reaktion zwischen Aluminium und Sauerstoff im flüssigen Eisen. Ermittlung der Wirkung von Mangan und Silicium auf die Gleichgewichtslage der Desoxydationsreaktion mit Aluminium. Aus Abschätzungen der Einschlußgrößen und der Wachstumszeiten durch Diffusion sowie aus elektronenmikroskopischen Untersuchungen der Oxidsuspensionen Folgerungen über in der Schmelze verbleibende Oxidpartikel als Grund für Abweichungen vom berechneten Gleichgewicht. Anhang mit der Berechnung der freien Grenzflächenenergien für die Tonerdeabscheidung unter neutraler Gasatmosphäre sowie unter Kalk-Tonerde-Schlacken.     

Zur Löslichkeit des Stickstoffs in Reineisen und austenitischen Chrom-Nickel-Stählen

Ermittlung der Löslichkeit von Stickstoff in reinem Eisen im α-, δ- und γ-Gebiet und der Wirkung von Nickel und Mangan auf die Löslichkeit im γ-Eisen. Erörterung der Stickstofflöslichkeit in Chrom- und Chrom-Nickel-Stählen unter Berücksichtigung der Lösung von gasförmigem Stickstoff und Ausscheidung als Chromnitrid. Ermittlung der maximalen Löslichkeit des Stickstoffs in Abhängigkeit von Chromgehalt und Temperatur.     

Über den Einfluß von Wärme- und Stoffübergang bei heterogenen Reaktionen zwischen Gasen und dichten Festkörpern

Allgemeine Betrachtung über heterogene Reaktionen zwischen Gasen und Feststoffen und Erörterung der maßgebenden Gleichungen für den Abbau von festen Ausgangsstoffen: Darstellung der Bedeutung von Stoffübergang, Porendiffusion, chemischer Kinetik, Wärmeübergang und Wärmeleitung für den Reaktionsablauf. Definition einer neuen Beziehung für die Reaktionsgeschwindigkeit für geringe Gleichgewichtsabweichungen in der Gasphase zur Beschreibung des Einflusses der einzelnen Teilschritte. Als Beispiel Darstellung des Einflusses von Wärme- und Stoffübergang auf den Reaktionsablauf.     

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.     

Einflüsse auf die Austenitkorngröße von Einsatzstählen

Mit dem Bericht soll ein Überblick über Einflüsse der Stahlherstell- und Stahlverarbeitungsbedingungen auf die Austenitkorngröße von Einsatzstählen gegeben werden. Für die Feinkornbeständigkeit der Einsatzstähle haben Aluminiumnitride vor anderen Feinkornbildnern vorrangige Bedeutung. Im ersten Teil dieses Berichtes, der die Erfahrungen deutscher Stahlhersteller zusammenfaßt, werden einige dem Schrifttum entnommene, wichtige Zusammenhänge der Auflösungs- und Ausscheidungsbedingungen, insbesondere für Aluminiumnitride, dargestellt. Im zweiten Teil werden die wichtigsten Bedingungen der derzeit gültigen nationalen und internationalen Normen für die Austenitkorngrößenprüfung der Einsatzstähle beschrieben und kritisch verglichen. Im dritten Teil werden Ergebnisse von betrieblichen Untersuchungen und Laboruntersuchungen an unterschiedlichen Einsatzstählen mitgeteilt. Es wird der Einfluß der Fertigungsbedingungen, insbesondere der Wärmebehandlungen, der Warm- und Kaltumformung auf die Austenitkorngröße der Einsatzstähle gezeigt und der Versuch unternommen, die Untersuchungsergebnisse metallkundlich zu deuten.     

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.     

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.     

Abschätzung mittlerer Werte für die Diffusion von Kohlenstoff,Sauerstoff, Wasserstoff,Stickstoff und Schwefel in festem und flüssigem

Zusammenstellung und kritische Auswertung des Schrifttums. Ermittlung ?wahrscheinlicher” Diffusionswerte in Abhängigkeit von der Temperatur in Gamma-, Delta- und flüssigem Eisen für Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Schwefel. Erörterung der relativen Größe der Diffusionskoeffizienten zueinander und der Änderung der Diffusionskoeffizienten bei Phasenumwandlungen.     

Strömung und Wärmeübergang in Schüttungen mit rotationssymmetrischen Oberflächenprofilen und Kornverteilungen

Theoretische Berechnung der Geschwindigkeits- und Gasdruckverteilung in Schüttungen. Gemessene Gasdruckverteilung und Folgerungen für die Strömungsverhältnisse. Messung von Geschwindigkeitsprofilen über Schüttungen mit verschiedenen rotationssymmetrischen Oberflächenprofilen; Abhängigkeit von der mittleren Höhe, vom Oberflächenprofil und von der Korngröße der Schüttung sowie vom Winddurchsatz. Anwendung auf die Strömung im Hochofen. Strömungsmessungen im Schüttungsinneren.     

Verdampfungsvorgänge beim Umschmelzen von Stahl im Vakuumlichtbogenofen

Untersuchung der Verdampfungsgeschwindigkeit von Mangan und Stickstoff aus Stahlschmelzen. Darstellung mit Hilfe des Verdampfungsgrades “Konzentration vor dem Umschmelzen durch Konzentration nach dem Umschmelzen”. Einfluβ der Temperatur und des Aktivitätskoeffizienten auf den Verdampfungsgrad. Ableiten einer Beziehung zwischen dem Verdampfungsgrad und anderen Einfluβgröβen des Vakuumlichtbogenschmelzens unter Annahme einer Reaktion 1. Ordnung für den Verdampfungsvorgang. Vergleich des so ermittelten Verdampfungskoeffizienten mit Schrifttumsangaben. Anwendung auf weitere verdampfende Begleitelemente des Stahls.