Kurzbeschreibung der Problemstellung

Ein kritischer Faktor beim Stranggießen ist die Entstehung von Oberflächenrissen, welche die Qualität verringern oder im schlimmsten Fall zu einer direkten Verschrottung des erzeugten Halbzeuges führen. Insbesondere Spurenelemente wie z.B. Kupfer, Zinn und Nickel, welche infolge der gesteigerten Nutzung von Elektrolichtbogenöfen verstärkt in die Stahlherstellung eingeschleust werden, können die Rissempfindlichkeit signifikant begünstigen. Ein weiterer, nicht zu unterschätzender Punkt sind die thermischen Bedingungen im Zuge der Herstellung. Durch Abhebungen der Strangschale von der Kokille kommt es zur Ausbildung von thermischen Hot Spots auf der Strangoberfläche, welche Oxidationsvorgänge deutlich verstärken. Da die Sauerstoffaffinität von Kupfer, Zinn und Nickel im Vergleich zu Eisen gering ist, reichern sich diese Elemente bevorzugt im Bereich des Interface Stahl/Zunder an und begünstigen Vorgänge wie Flüssigmetallinfiltration und selektive Oxidationsvorgänge von Korngrenzen. Diese Defekte führen im Fall einer Belastung (z.B. das Richten des Strangs) zu einer Spannungskonzentration und können dadurch als Keime für eine Rissbildung wirken.

Im Rahmen der Literaturstudie sollen die möglichen Schädigungsmechanismen von Cu und Sn recherchiert werden. Weiters soll erarbeitet werden, wie sich Ni in Kombination mit Cu und Sn bzw. alleine verhält. Neben dem Einfluss auf die Oxidation ist insbesondere der Effekt auf die Oberflächenduktilität von Interesse. Zur Untersuchung der Wirkung von Spurenelemente und der thermischen Abkühlbedingungen auf die Rissempfindlichkeit wird der am Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie entwickelte IMC-B Test (In-situ Material Characterization by Bending) verwendet. Dieser ermöglicht eine Untersuchung der Rissbildung unter kontrollierten atmosphärischen und Temperaturbedingungen. Zusätzlich wird mittels thermogravimetrischen Laborexperimenten die Hochtemperaturoxidation unter kontrollierten Laborbedingungen simuliert und die Ergebnisse mit jenen der in-situ Proben abgeglichen, um deren Aussagekraft bewerten.

Inhalt:

• Literaturstudium über die Auswirkung der Spurenelemente Kupfer, Zinn und Nickel auf die Hochtemperaturoxidation von Stahl. Welche Auswirkungen sind auf die Oberflächenrissbildung beim Stranggießen zu erwarten. Der Schwerpunkt liegt auf dem Element Nickel.
• Begleitung und Durchführung von Oxidations- und Biegeversuche für unterschiedliche mit Spurenelementen gezielt legierten Stählen
• Metallographische Auswertung hinsichtlich Oxidation und Rissbildung
• Ermittlung der Zusammenhänge von Vorschädigungen an der Biegeprobe mit der Fehlerbildung im Biegeversuch; Vergleich der Ergebnisse mit vorangegangen Versuchen, Wie hängt die Rissausbildung mit den Parametern Abkühlbedingung und chemische Zusammensetzung zusammen
• Dokumentation und Verfassung der schriftlichen Arbeit