Untersuchungen von mikrolegierten Stählen im 2. Duktilitätsminimum

Abstract

Der Stranggussprozess stellt heute das bei weitem wichtigste Verfahren zum Vergießen von Stahl weltweit dar. Probleme mit Rissbildung in Stahlgussbrammen hängen ursächlich mit dem Duktilitätsverlust des Stahls im Temperaturbereich von 600-1200 °C während der Abkühlphase des Prozesses zusammen. Die Warmverformbarkeit zweier aluminiumberuhigter, mikrolegierter Stähle im zweiten Duktilitätsminimum wurde mittels Heißzugversuchen untersucht. Die dabei auftretenden Versprödungsmechanismen sind einerseits das Auftreten dünner, verformungsinduziert gebildeter Ferritsäume an den Austenit¬korngrenzen, andererseits die von den vorhandenen Legierungselementen abhängige Bildung von Ausscheidungen im Gefüge. Die untersuchten Stähle haben eine ähnliche chemische Zusammensetzung, unterscheiden sich aber in ihrem Titan- und Mangangehalt. Diese Arbeit konzentrierte sich speziell auf die Entstehung und die Auswirkungen der Ausscheidungen Aluminiumnitrid und Mangansulfid bei unterschiedlichen Abkühlraten. Die Auswertung der mit zwei verschiedenen Temperaturprogrammen durchgeführten Heißzug¬versuche lieferte durch die Bestimmung der Brucheinschnürung den Duktilitätsverlauf als Funktion der Temperatur. Licht- und transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen der Proben gaben Aufschluss über das Gefüge und die vorhandenen Ausscheidungen. Die Ergebnisse zeigten eine sehr starke Abhängigkeit der Duktilität von der thermischen Vorgeschichte, was beim titanarmen Stahl je nach Abkühlkurve zu teils erheblichen Duktilitätseinbußen führte. Als Hauptursache der Versprödung konnten im Gefüge verteilte Aluminiumnitride ausgemacht werden, die gehäuft bei Temperaturen mit geringer Duktilität auftraten. Den ebenfalls vorhandenen Mangansulfiden hingegen konnten keine duktilitätsmindernden Eigenschaften nachgewiesen werden. Der titanreiche Stahl zeigte sehr gute Duktilität bei allen Versuchstemperaturen, was auf die positiven Effekte der stickstoffbindenden Wirkung des Titans und die Feinkörnigkeit des Gefüges zurückgeführt wurde. Die Versprödung durch Aluminiumnitrid konnte bei diesem Stahl durch die Titanzugaben wirksam unterbunden werden.

Today, continuous casting is by far the most important method worldwide for producing steel. Problems with crack formation in the steel slabs are a result of the ductility loss in the temperature range of 600-1200 °C during the cooling process. The hot workability of two aluminium-killed, micro-alloyed steels was investigated by using hot tensile tests. The main embrittling mechanisms are thin, deformation-induced ferrite layers at the austenite grain boundaries and the formation of precipitates within the structure, depending on the alloying elements. The examined steels have a similar chemical composition, but significantly differ in the amount of titan and manganese additions. This study especially focused on the formation and the effects of the precipitates aluminium nitride and manganese sulfide at different cooling rates. Hot tensile tests were carried out using two temperature programs and showed the development of ductility at the test temperatures by evaluating the reduction of area of the samples. Optical and transmission electron microscopy was used to examine the surface structure and the existing precipitates. The results showed a very strong dependence of ductility on the thermal history, which resulted in a considerable ductility loss of the low titan steel depending on the cooling rate. Increased amounts of aluminium nitride were found in areas of low ductility and were therefore identified as the main cause of embrittling. The detected manganese sulfides, however, haven´t proven to have any embrittling influence. The high titan steel showed very good ductility at all test temperatures due to both the beneficial effects of the ability of titan to remove nitrogen and its fine grain size. Embrittlement caused by aluminium nitride was prevented successfully by titan additions in this steel.