Motivation

Kontinuierliche Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubilder (ZTU, engl. CCT) stellen wertvolle Hilfsmittel für die Verarbeitung aller Arten von Vergütungsstählen dar und liefern wesentliche Informationen über die Festkörperphasenumwandlung von Austenit während des Abkühlens. Die Abkühlkurven können beispielsweise auch zur Vorhersage des Risikos der Oberflächendefektbildung beim Stranggießen im Zusammenhang mit der Ausscheidung von Ferrit in der Richtzone verwendet werden. Die experimentelle Charakterisierung von CCT-Diagrammen erfolgt üblicherweise im Labor Maßstab unter Anwendung der Dilatometrie. Die Bestimmung der Umwandlungstemperaturen basiert auf der unterschiedlichen Ausdehnung von Austenit, Perlit, Bainit und Martensit bei Temperaturänderungen. In aktuellen Forschungsstudien werden weitere in-situ Methoden, wie Hochtemperatur-Laserscanning-Konfokalmikroskopie (HT-LSCM) oder die dynamische Differenzkalorimetrie (DSC), häufig verwendet, um Phasenumwandlungen während thermischen Zyklen zu messen.

In der Vergangenheit wurden unterschiedliche semi-empirische Modelle zur Berechnung der Festkörper-Phasenumwandlungen entwickelt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit soll ein bereits bestehendes ZTU-Modell mit der Aufbereitung neuer Messdaten der Literatur und eigenständigen Untersuchungen verbessert werden. Der Fokus liegt dabei auf der Bestimmung der Austenit-Ferrit-Umwandlung bei langsamer Abkühlung (< 1 °C/s). Diese Abkühlbedingungen werden üblicherweise an der Oberfläche von Brammen während des Vergießens festgestellt. Mit den optimierten Modellparametern sollen Testrechnung mit einem kürzlich entwickelten numerischen Modell für Brammenstranggießanlagen durchgeführt werden und damit die Bildung von Ferrit in der Richtzone bei definierter Kühlstrategie festgestellt werden.

Diese Arbeit findet in Zusammenarbeit mit dem Industriepartner voestalpine Stahl Linz GmbH statt.

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Arbeitspakete

• Definition des relevanten Legierungsbereichs gemeinsam mit voestalpine Stahl Linz GmbH
• Umfangreiche Literaturstudie zu Messdaten von isothermen und kontinuierlichen Umwandlungsschaubildern (TTT, CCT) und systematische Aufbereitung der experimentellen Parameter (chemische Zusammensetzung, Austenitkorngröße und thermische Randbedingungen)
• Berechnungen der von Festphasenumwandlungen mit einem vorhandenen ZTU-Modell und Evaluierung der Ergebnisse
• Praktische Messungen zu ausgewählten Stahllegierungen in Kooperation mit voestalpine Stahl Linz GmbH
  • Auswahl bereits vorhandener Dilatometermessdaten (Abkühlung 1 °C/s) und untersuchter Stahlgüten
  • Charakterisierung der Austenit-Ferrit und Austenit-Perlit Umwandlung bei langsamer Abkühlung (< 1 °C/s) mittels DSC, optional verfügbar: Hoch-Temperatur Laser Scanning Konfokalmikroskopie (HT-LSCM)
  • Untersuchung des Einflusses der Austenitkorngröße auf die Phasenumwandlungen durch je zwei unterschiedliche Haltetemperaturen je Legierung
  • Versuchsmatrix: 5 Legierungen zu je 2 Haltetemperaturen und 3 Abkühlraten
• Optimierung der Modellparameter für die Austenit-Ferrit Umwandlung und thermische Berechnungen mit einem numerischen Stranggießmodell
• Dokumentation und Verfassung der schriftlichen Arbeit