Einfluss von Ausscheidungen und γ[gamma]/α[alpha] Umwandlung auf die Zähigkeit mikrolegierter Stähle im II. Duktilitätsminimum

Abstract

Stranggussbrammen sind in der Sekundärkühlzone hohen thermischen und mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, dieser Prozessabschnitt stellt somit einen potentiellen Gefahrenbereich hinsichtlich Rissbildung dar. Am meisten betroffen davon ist die Strangschale, da die Belastungen durch Umlenkrollen zur Strangführung, Spritzwasser zur Kühlung sowie der ferrostatische Druck im Inneren von dieser bestehenden Randschicht aufgenommen werden müssen. Hinzu kommt, dass im Temperaturbereich zwischen 1200°C° und 600°C verschiedene duktilitätsmindernde Mechanismen auftreten, welche die Rissbildung begünstigen. Dieser Temperaturbereich wird in der Literatur als II. Duktilitätsminimum bezeichnet. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Untersuchung verschiedener Einflussfaktoren, welche die Charakteristik des Duktilitätsverlaufes mikrolegierter Stähle maßgeblich prägen. Es wird gezeigt, dass der Verlauf des II. Duktilitätsminimums empfindlich auf Veränderungen der Wärmebehandlung reagiert. Für die experimentellen Untersuchungen werden Proben aus der Randschale von Stranggussbrammen entnommen und in einem thermo-mechanischen Simulator Gleeble1500 wärmebehandelt. Metallographische und transmissions-elektronen-mikroskopische Untersuchungen werden durchgeführt, um die duktilitätsmindernden Mechanismen "Ausscheidungen" und "Korngrenzenferrit" zu untersuchen. Im Temperaturbereich oberhalb der Austenit-Ferrit-Umwandlung kann der Duktilitätsverlust eindeutig der Wirkung von Ausscheidungen zugeschrieben werden. Größe und Verteilung der Partikel spielen dabei eine entscheidende Rolle. Bei niedrigeren Temperaturen beginnt der Austenitzerfall an den Korngrenzen, die damit verbundene zunehmende Dicke des Korngrenzenferritfilms lässt die Duktilität wieder ansteigen. Ausscheidungskinetik sowie Korngrenzenferritwachstum werden numerisch für verschiedene Zusammensetzungen ermittelt. Die Ergebnisse empirischer Untersuchungen werden den Ergebnissen entwickelter numerischer Methoden gegenübergestellt. Die vorgestellten numerischen Modelle erweisen sich als brauchbare Methode, den qualitativen Verlauf des II. Duktilitätsminimums vorherzusagen.

Ingots, processed by continuous casting, are subject to high thermal and mechanical stresses during secondary cooling. This process step represents a potential risk factor with regard to cracking. Especially the outer strand shell is affected most, since stresses caused by the deflection pulleys, the cooling water and the ferrostatic pressure from the liquid inside the shell must be carried by the strand shell. Additionally, the formation of cracks is favored due to different operating mechanisms leading to a ductility trough in the temperature range between 1200°C and 600°C. This temperature range is called "second minimum of ductility" in technical literature. Main focus of the present study is given to the investigation of different factors influencing the ductility behavior of low-alloyed steels. Experimental work is carried out on samples, taken from the surface near strand shell and heat treated in a thermo-mechanical simulator Gleeble1500. Light-optical and transmission electron microscopy is used to study the effects caused by precipitation and ferrite growing at grain boundaries. The ductility reduction, which occurs above the temperature of austenite-ferrite-transformation, can be attributed to the effect of precipitates. At lower temperatures the austenite-ferrite-transformation begins at the grain boundaries. The associated increasing thickness of the ferrite film can increase the ductility again. Experimental findings are compared to simulation results and it can be shown, that the applied numerical methods are an appropriate method to give reliable predictions of the quantitative and qualitative behavior of the II minimum of ductility.