Innere Rissbildung in Stranggussbrammen im Bereich der Gamma -> Alpha Umwandlungstemperaturen

Abstract

90% des heutigen Stahlverbrauchs werden mittels kontinuierlichem Strangguss hergestellt. Stranggussbrammen sind von der Kokille bis zum Stoßofen thermischen und mechanischen Spannungen unterworfen, welche wiederum zu lokalen Verformungen führen. Der für diese Arbeit wichtige Bereich einer Stranggussanlage ist die sekundäre Kühlzone (700°C -1000°C), in der auch das Richten der Bramme vonstatten geht. Laut Literatur kommt es im Temperaturbereich von ca. 700°C-1000°C zur Bildung von verformungsinduziertem Ferrit an den ursprünglichen Austenitkorngrenzen und zur Bildung von Sekundärausscheidungen (Karbonitride) in diesem, was einen Einbruch der Duktilität (II.<br />Duktilitätsminimum) zur Folge hat. Ferritsäume sind duktiler als die Austenitkörner, deshalb konzentriert sich die plastische Verformung in diesem Bereich, was zu inneren Rissen führen kann.<br />Proben aus der oberflächennahen Schicht einer Stranggussbramme eines Baustahls werden mittels einer Gleeble Apparatur bis Bruch bzw. bis zu einer bestimmten Dehnung gezogen. Der Bereich der Prüftemperaturen liegt nach einer Austenitisierung zwischen 700-800°C, wo ein Duktilitätsminimum beobachtet wird. Die Charakterisierung des Gefüges und der Bruchoberfläche via Lichtmikroskop bzw. REM wird zur ursächlichen Begründung der Duktilitätsunterschiede herangezogen. Die Risseinleitung bei Warmzugproben wird mittels Röntgen-Computer Tomografie (XCT) untersucht. Aufnahme der Beugungsspektren (Synchrotron Strahlung/Grenoble) dienen zur Quantifizierung der Phasenumwandlungstemperaturen bzw. Phasenanteile einer Austenit - Ferrit Umwandlung.<br />Ziel dieser Arbeit ist eine ursächliche Beschreibung der Schädigungsmechanismen in Stahlbrammen bei Zugbeanspruchung in der Nähe des Zweiphasengebietes, in Abhängigkeit von Legierungselementen, Austenitisierung, Temperaturgeschichte und Verformungsablauf im Hinblick auf erhöhte Zuverlässigkeit in der Brammenbehandlung.<br />

Continuously cast steel slabs are subject to thermal and mechanical stresses from the mold to the reheating furnace, which can cause local deformations in the slabs. The secondary cooling area of a continuous casting plant is important, where the bending and straightening of the slabs take place. Due to that straightening at a temperature range of 1000°C to 700°C, the ferrite forms as thin films arround the austenite grains. This deformation induced ferrite is softer than the austenite grains which causes strain concentrations in these films during straightening. The result is, that the thin ferrite films can induce cracks transverse to the casting direction.<br />In this study the influence of the deformation induced ferrite to the so called 2nd ductility minimum, which occurs during the cooling of a continuously cast slab of a plain carbon steel is examined in detail.<br />Furthermore the deformation induced ferrite formation is investigated by means of hot tensile tests at different temperatures and strain rates.<br />Specimens taken from the surface near region of continuously cast low carbon steel slabs are prepared for tensile tests performed in a Gleeble machine. Specimens are cooled from austenitizing to deformation temperature between 700°C and 800°C. Stress-strain curves are evaluated and correlated to the microstructure developed during deformation in the range of 0.2 to 1 total true strain. Strain rates in the range of 3,3*10-3 - 0,3/s are applied. The deformation induced ferrite formation is quantified. The changes in ductility are correlated to the microstructure. Damage indication is documented by x-ray tomography and metallography.