Einfluss von Niob auf Austenitkornwachstum in ternären Fe-C-Nb Systemen

Serena Tourey

Nr.: 154

Niob wird in mikrolegierten Stählen in Gehalten von 0,02 – 0,1 % zur Kornfeinung und Ausscheidungsverfestigung verwendet. Niob bildet mit Kohlenstoff Karbide und mit Stickstoff Nitride im Stahl, welche in einem temperatur- und konzentrationsabhängigen stöchiometrischen Verhältnis als Nb(C,N) vorliegen. Nb(CN) hemmt das Austenitkornwachstum durch den Zener-Pinning Effekt.

Die Beobachtung des Austenitkornwachstums erlaubt deshalb Rückschlüsse auf die Existenz von kornwachstumshemmenden Ausscheidungspopulation. Für die Ausscheidung von Aluminiumnitrid wurde diese Methode im Rahmen einer Dissertation entwickelt und für die Parametrisierung von Ausscheidungsberechnungen verwendet. Nun soll im Rahmen einer weiterführenden Dissertation am Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie, diese Methode auch für Nb(CN)-Ausscheidungen entwickelt werden.

Im Rahmen der ausgeschriebenen Bachelorarbeit sollen dafür die Herstellung und Homogenisierung der Proben durchgespielt und die Eignung der Proben für Kornwachstumsbeobachtungen am HT-LSCM kritisch geprüft werden.

Kurzbeschreibung der Problemstellung:

Im Rahmen dieser Arbeit sollen an der HFU des Lehrstuhls für Eisen- und Stahlmetallurgie Proben geschmolzen werden, um erste empirische Erkenntnisse hinsichtlich der benötigten Legierungsmenge von Si3N4 zu gewinnen, da eine Aufstickung von Stählen mit den verfügbaren Ressourcen und der gegebenen Infrastruktur eine Herausforderung darstellt und vorher noch nie in diesem Sinne durchgeführt wurde. Mit Hilfe eines LECO ON736 wird der Stickstoffgehalt der Probe gemessen, um den tatsächlichen Stickstoffgehalt der Proben zu ermitteln, und durch ein Funkenspektrometer Spectromaxx (OES) die chem. Zusammensetzung der Legierung ermittelt.

Anschließend werden die Proben in der Metallographie präpariert und im „High Temperature – Laser Scanning Confocal Microscope“ (HT-LSCM) untersucht. Dadurch können die Austenitkorngrößen als Funktion der Temperatur und der Zeit ermittelt werden und somit wertvolle Informationen über die Ausscheidungsbildung und -verteilung auf Basis von Niob bereitstellen.

Die Probenmatrix sollte sich an folgender Tabelle orientieren:

w.t.% C

w.t.% Nb

w.t.% Si

w.t.% N

Probe 1

0,1

0,08

0,5

Zielwert 80-100 ppm

Probe 2

0,2

0,08

0,5

Zielwert 80-100 ppm

Probe 3

0,3

0,08

0,5

Zielwert 80-100 ppm

Die Arbeit sollte jedenfalls umfassen:

  • Literatur: Nb(C,N) Ausscheidungsbildung im Stahl, Thermodynamische Hintergründe, Festigkeitssteigernde Mechanismen im Stahl, Zenner-Pinning Force, Kornwachstum im Austenit
  • Computergestützte Thermodynamik und Kinetik mit Hilfe von FactSage und MatCalc
  • Experimente: 3 verschiedene Proben mit je 3 unterschiedlichen Austenitisierungstemperaturen inklusive einer Wiederholung pro Versuch, wenn möglich (Probe und Temperatur), insgesamt also mindestens 9 und maximal 18 HT-LSCM Untersuchungen
  • Auswertung: Korngrößenvermessung, als Funktion der Temperatur und der Zeit, Anfang und Ende des Wachstums
  • Diskussion und Interpretation der Ergebnisse

Advisors

Christian Bernhard

Ao.Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont.
Vice-Head of Institute - Secondary Metallurgy and Casting

Maximilian Kern

Dipl.-Ing.
High Temperature Confocal Microscopy
2021-11-29T08:30:29+01:00
Go to Top