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Dissertation zum Thema Al-freier Einsatzstahl

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Um bei der Herstellung einsatzgehärteter Bauteile die Wirtschaftlichkeit zu steigern, kann
die Aufkohlung bei erhöhten Temperaturen oberhalb 1000 C erfolgen. Eine derartige
Temperaturerhöhung erfordert allerdings eine Optimierung von Prozessketten und Werkstoffen,
um eine ausreichende Feinkornbeständigkeit durch stabile Ausscheidungen sicherzustellen.
In dieser Arbeit wurde die Ausscheidungsentwicklung in einem (Al,Nb,Ti)-
mikrolegierten Stahl 25MoCr4 experimentell und numerisch untersucht. Zusätzlich wurde
für verschiedene Prozessketten der Einfluss der Prozessparameter auf die Feinkornbeständigkeit
des Stahls bei 1050 C mittels einer Simulation der Ausscheidungskinetik
analysiert. Diese Rechenergebnisse können bei der Identifikation von optimalen Prozessbedingungen
helfen.
Mit Hilfe der numerischen Prozess- und Werkstoffsimulation wurde eine Werkstoffoptimierung
zur Verbesserung des Reinheitsgrads im Stahl 25MoCr4 vorgenommen. Es
wurde vorgeschlagen, mittels einer Substitution von Aluminium durch Niob die Feinkornbeständigkeit
sicherzustellen. Die erforderliche Niob-Menge wurde mittels einer thermodynamischen
Simulation ermittelt. Das vorgeschlagene Mikrolegierungskonzept mit einem
Nb-Gehalt von 0,0823 Gew.-% und einem Al-Gehalt unterhalb von 0,003 Gew.-%
wurde auf Feinkornbeständigkeit, Stranggießbarkeit, mikroskopischen Reinheitsgrad und
Warmumformbarkeit untersucht und mit dem klassischen (Al,Nb,Ti)-mikrolegierten Stahl
25MoCr4 verglichen. Weiterhin wurde die Ausscheidungsentwicklung bei verschiedenen
Prozessketten berechnet. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass der neue Alreduzierte
Werkstoff neben einem verbesserten Reinheitsgrad auch eine deutlich verlängerte
Feinkornbeständigkeit bei der Temperatur 1050 C hat.
Bei solchen hohen Nb-Gehalten ist das Seigerungsverhaltens von Niob während der
Erstarrung relevant. Diese Thematik wurde mittels einer kinetischen Simulation für die
mikroskopische Seigerung von Niob untersucht. Dabei wurde der Einfluss von Abkühlgeschwindigkeit,
sekundärem Dendritenarmabstand und Legierungselementengehalt auf
die Nb-Verteilung während der Erstarrung numerisch analysiert. Anhand aller Ergebnisse
wurden verschiedene Vorschläge für eine weitere Prozess- und Werkstoffoptimierung
formuliert und diskutiert.

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Konovalov, Sergey
12.2007 - 04.2014 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Eisenhüttenkunde der RWTH-Aachen

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