[Back]

H. Schreiner:
"Experimentelle Analyse des Einflusses von Nickel auf die Heißduktilität von Stahl";
Supervisor: P. Estermann, E. Kozeschnik, C. Blankart; E308 und Institut für Eisenhüttenkunde RWTH Aachen, 2021; final examination: 2021-11-19.

Die chemische Zusammensetzung mikrolegierter Stähle beeinflusst das Duktilitätsverhalten maßgeblich. Während des Stranggussprozesses ist der erstarrende Stahl mechanischen als auch thermischen Belastungen ausgesetzt, die eine hohe Verformbarkeit voraussetzen, ohne zu reißen. Stähle mit einem hohen Nickelgehalt sind gekennzeichnet von Rissen, die innerhalb des Biege- und Richtvorgangs ausgelöst werden,
was auf die Duktilitätsabnahme zurückzuführen ist. Ursächlich für den Verlust der Duktilität sind die sich bildenden Ausscheidungen sowie korngrenzschwächenden Mechanismen, die dazu führen, dass der Werkstoff in diesem Temperaturbereich bei geringer
Verformung Risse bildet und spröde bricht. Der Zusammenhang des erhöhten Nickelgehalts und dem Einbruch der Heißduktilität konnte bisher noch nicht vollständig erklärt werden. Aus diesem Grund werden Untersuchungen an Stahlproben mit unterschiedlich hohen Nickelgehalten durchgeführt.
In der vorliegenden Arbeit werden vier speziell gefertigte Stahllegierungen mit unterschiedlich hohem Nickel-, Molybdän- und Titangehalt im Heißzugversuch bis zum
Bruch belastet und anschließend untersucht. Die schrittweise Erhöhung der Legierungselemente legt die Unterschiede und die Veränderungen auf die Brucheinschnürung offen. Die Ermittlung der Brucheinschnürung spiegelt den tatsächlichen Duktilitätsverlauf innerhalb des zweiten Duktilitätsminimums wider, wodurch ein Vergleich
der Proben möglich wird. Die gebrochenen Proben werden am Lichtmikroskop, Rasterelektronenmikroskop und an der Elektronenstrahlmikrosonde auf das Gefüge,
Bruchverhalten und Verteilung der Elemente hin untersucht.
Die Erhöhung des Nickelgehalts führt innerhalb des Duktilitätsminimum II zu einer Abnahme der Brucheinschnürung. Es konnte bei allen gemessenen Temperaturen ein
Duktilitätsverlust festgestellt werden, der auf die Nickelerhöhung zurückzuführen ist.
Nickel weitet das Austenitgebiet aus, wodurch die Ferritbildung erst bei tieferen Temperaturen stattfindet und die Verbesserung der Duktilität somit verzögert wird. Da Nickel keine Ausscheidungen bildet, sich dennoch negativ auf die Heißduktilität auswirkt,
muss davon ausgegangen werden, dass ein Korngrenzeneffekt vorliegt, durch den die
Korngrenzkohäsion geschwächt wird. Die versprödende Wirkung konnte mithilfe der
REM-Aufnahmen bestätigt werden. Das spröde Bruchverhalten wird durch den interkristallinen Bruchverlauf gekennzeichnet. Durch die Erhöhung des Molybdängehalts wird der negative Effekt der Duktilitätsabnahme weiter verstärkt. Große Risse
entlang der Bruchflächen kennzeichnen das Gefüge und die abnehmende Duktilität,
was zur Ausweitung des Duktilitätsminimums führt. Die Titanerhöhung führt sowohl zur
Verbesserung als auch zur leichten Abnahme der Duktilität. In den lichtmikroskopischen Aufnahmen konnten die Titaneinschlüsse festgestellt werden. Die Bildung grober Titanausscheidungen, die weniger schädlich sind als feine, führen zur Verbesserung der Duktilität. Mögliche Segregationseffekte des Titans mit Nickel könnten ursächlich für die Duktilitätsabnahme sein, die zur Schwächung der Korngrenzen beitragen.