Untersuchungen zum Einfluss von Spurenelementen auf das Austenitkornwachstum

Untersuchungen zum Einfluss von Spurenelementen auf das Austenitkornwachstum

Johanna Hofer

Nr.: 782

Die Dekarbonisierung der Stahlindustrie führt zu einem massiven technologischen Wandel, wobei die Umstellung auf die Elektrostahlroute eine zentrale Rolle einnimmt. Dieser Prozess geht jedoch mit einer veränderten Rohstoffbasis einher, da durch den verstärkten Einsatz von Schrott signifikant höhere Gehalte an Begleit- und Spurenelementen in die Schmelze gelangen. Insbesondere Elementen wie Kupfer, Zinn und Nickel, aber auch Molybdän, Schwefel, Phosphor und Stickstoff stellen eine metallurgische Herausforderung dar, da diese die Qualität im Downstream Processing sowie die Eigenschaften des Endprodukts maßgeblich beeinflussen können. Ein entscheidender Faktor für die Verarbeitbarkeit von Stahl ist die Korngröße, deren Entwicklung maßgeblich vom Seigerungsverhalten der oben genannten Elemente an die Korngrenzen abhängt bzw. der Seigerung bei der Erstarrung. Durch den sogenannten Solute Drag Effekt behindern die angereicherten Atome die Korngrenzenbeweglichkeit und beeinflussen somit das Austenitkornwachstum. Zusätzlich begünstigen diese Seigerungszonen die Bildung von Ausscheidungen, die zu einem Pinning der Korngrenzen führen. Dabei besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Korngröße und der Defektanfälligkeit: Gröbere Körner weisen im Vergleich zu feinkörnigem Gefüge eine höhere Konzentration an Ausscheidungen pro spezifischer Korngrenzenfläche auf, was die Neigung zur Rissbildung verstärkt. Im Hinblick auf Kupfer und Zinn führt die Anreicherung an den Korngrenzen zudem zu einer erhöhten Anfälligkeit für Hot Shortness infolge niedrigschmelzender Kupferphasen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, das komplexe Wechselspiel dieser Begleitelemente sowie deren Einfluss auf die Gefügeentwicklung umfassend zu charakterisieren. Basierend auf einer detaillierten Literaturrecherche wird zunächst das Seigerungs- und Ausscheidungsverhalten an den Austenitkorngrenzen sowie die gegenseitige Beeinflussung der Elemente analysiert. Im experimentellen Teil wird die mittlere Austenitkorngröße als Funktion der Zeit durch isotherme Glühversuche an spezifischen Referenzlegierungen quantifiziert. Ein wesentlicher Schwerpunkt liegt hierbei auf der Fragestellung, ob die Seigerung von gewissen Elementen durch die gezielte Interaktion mit anderen Legierungs-/Spurenelementen unterdrückt und somit das Risko für Defekte im späteren Prozess minimiert werden kann. Als Hilfestellung zur Interpretation der experimentellen Daten erfolgt eine Kontrolle mittels der Software MatCalc, worauf aufbauend das Seigerungsverhalten und der Solute Drag Effekt der Spurenelemente in einem spezialisierten In-House Softwaretool modelliert werden.

Advisors

Christian Bernhard

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

Georg Gaiser

Dipl.-Ing. Dr.mont. - Thermal Analysis and Thermodynamics
2026-03-16T09:17:11+01:00
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