Anwendungsspezifische Gefügeentwicklung in mikrolegiertem bainitischem Warmband

  • Application specific microstructure development in microalloyed bainitic hot strip

Menzel, Max; Bleck, Wolfgang Peter (Thesis advisor); Prahl, Ulrich (Thesis advisor)

Aachen (2019)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019

Kurzfassung

Beim Warmwalzen von bainitischen Stählen müssen Zeit und Temperatur in engen Grenzenkontrolliert werden, um ungewünschte Phasenanteile an Ferrit oder Martensit zu vermeiden. Zur Auslegung eines sicheren Prozessfensters für die Produktion von bainitischen Stählen wurden die Einflüsse der Prozessparameter auf die Phasenumwandlung und die Endeigenschafteneines Molybdän-Niob-Titan-Vanadium-mikrolegierten und eines Titan-mikrolegierten Stahls untersucht. Anhand von Dilatometerversuchen wurde der Einfluss der Prozessparameter auf die bainitische Phasenumwandlung geprüft. Des Weiteren wurden unter der Verwendung eines Simulators für thermomechanische Behandlungen weitere Versuche mit der Möglichkeit zur Entnahme von Sekundärproben durchgeführt, um den direkten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften Festigkeit und Zähigkeit zu charakterisieren. Die erzielten Ergebnisse wurden unter Zuhilfenahme eines Transmissionselektronenmikroskops, der Elektronenstrahlmikroanalyse sowie des Verfahrens der Nanoindentation kritisch begutachtet. Im Besonderen zeigte sich, dass die thermomechanische Behandlung in dem höher mikrolegierten Stahl zu einer Steigerung der Streckgrenze und Zugfestigkeit führt. Dies liegt zum einen in der Phasenumwandlung und zum anderen in verformungsinduzierten Ausscheidungen begründet. Die Beeinflussung der Verfestigung unter plastischer Verformung kann durch die Kühlstrategie über eine Einstellung der Sekundärphase erfolgen. Grobe Martensit /Austenit (MA) Strukturen senken die Zähigkeit, wohingegen fein verteilte MA-Strukturen das Verfestigungsvermögen erhöhen. Durch eine zu rasche Abkühlung kann der Kohlenstoff nicht in die MA-Strukturen diffundieren und wird größtenteils in Form von Karbiden ausgeschieden, die die Festigkeit erhöhen, sich jedoch negativ auf die Verfestigung unter plastischer Verformung auswirken. Der nur Titan-mikrolegierte Stahl zeigte sich in seinen Eigenschaften unsensibel gegenüber den Prozessparametern. Ferner wurden die Erkenntnisse aus den Materialversuchen zur Entwicklung eines Ratenmodells in Kombination mit einem Nukleationsmodell verwendet, um die Phasenumwandlung sowie die Ausprägung der bainitischen Mikrostruktur modellieren zu können. Die Anwendung des Ratenmodells gewährleistet, dass prozesssicher eine vollständige bainitische Mikrostruktureingestellt werden kann. Darüber hinaus kann so die Umwandlungskinetik gezielt beeinflusst werden, um die Umwandlung zeitlich zu beschleunigen oder zu verzögern. Die gekoppelte mikrostrukturelle Modellierung über das Nukleationsmodell lässt Rückschlüsse auf die finalen mechanischen Eigenschaften zu. Das Modell wurde anhand einer Pilotwalzung an der Pilotfertigung von thyssenkrupp Steel Europe evaluiert. Die Modellanwendung ermöglichte es die Gefügeausprägungen vorherzusagen und mit den mechanischen Eigenschaften zu korrelieren.

Einrichtungen

  • Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]
  • Lehrstuhl für Werkstofftechnik der Metalle und Institut für Eisenhüttenkunde [522110]