Flocken in Stahl nach Entschwefelung und Vergießen im Strang Teil II

Transkript

1 Flocken in Stahl nach Entschwefelung und Vergießen im Strang Teil II Angeliefert wurden Grobbleche aus dem Stahl H 60-3 (St 450). Diese Stahlcharge war in einem neu errichteten Sauerstoffaufblaswerk erschmolzen worden. Man entschwefelte die Schmelze in der Pfanne und goss sie im Strang ab. Angaben zum Wasserstoffgehalt fehlten. Daraus war zu schließen, dass man auf die Entgasung (Vakuumbehandlung) verzichtet hatte. Es sollte die Zähigkeit dieses Stahles in Dickenrichtung geprüft werden, ob also ein isotropes Bruchverhalten vorliegt. Um Proben der üblichen Abmessungen zu erhalten, schweißte man gleichartige Bleche quer an (über Kehlnähte). Damit entstand eine sogenannte Kreuzformprobe. Aus diesem kreuzförmigen Gebilde wurden Zug- und Kerbschlagproben gefertigt. Eine der Zugproben brach schon, als man sie entgraten wollte. Eine weitere Zugprobe gelangte unversehrt in die Prüfmaschine, versagte dann aber völlig spröde. Andere Proben wiederum erbrachten die gewünschten Werte (Einschnürung). Die Bruchstelle der beiden Ausfallproben lag streng in der Blechmitte. Hier fand sich auf dem angeätzten Schliff ein dunkler Streifen, der sich bei höherer Vergrößerung als Zone mit Zwischenstufengefüge erwies. Die Kerbschlagproben wurden auf die Mittenzone orientiert und verhielten sich mehr oder weniger spröd. Zur fraktographischen Untersuchung kamen die von Hand gebrochene Zugprobe sowie zwei Kerbschlagproben. Von diesen war eine spröd und eine halbwegs duktil gebrochen (Probe A bzw. Probe B).

2 Untersuchung der Zugprobe (Bruch beim Entgraten) Die Probe hat einen rechteckigen Querschnitt, bei einer Breite von 6 mm. Die Bruchfläche ist sehr eben ausgebildet. In der Übersichtsaufnahme heben sich schwach einige Rissnester ab (Bild 1). Bild 1: Teilübersicht der Zugprobe; Rissnester Näher betrachtet wird ein Rissnest aus der ungefähren Probenmitte. Es findet sich ein transkristallines Bruchgefüge, das von größeren Einschlüssen durchsetzt ist. Das Rissfeld ist von schmalen Scherzonen umgeben (Bild 2). Bild 2: Rissnest; transkristallines Bruchgefüge mit dunklen Einschlüssen, Abreißgrate oben und unten, einzelne Oxideinschlüsse überstrahlen Bild 1)

3 Das Bruchgefüge ist feinfacettiert. Die Einschlüsse sind verflacht, wirken aber noch relativ kompakt und dienen als lokale Riss-Starter; es haben sich mikroskopische Fischaugen ausgebildet (Bild 3 und Bild 4). Die Einschlüsse ließen sich erwartungsgemäß als Eisen-Mangan-Sulfide identifizieren. Bild 3: Einschlüsse als Riss-Starter Bild 2) Bild 4: Feine Facetten strahlen vom Einschluss ab Bild 3)..

4 Für die schmalen Abreißzonen fand sich eine Wabenstruktur als Kennzeichen des Verformungsbruches (Bild 5). Bild 5: Wabenstruktur im Scherbereich Bild 2, unten) Vereinzelt waren auch Zonen mit transkristallinem Spaltbruch zu sehen (Bild 6). Bild 6: gröbere Spaltflächen Teildiskussion: Die Bruchfläche war sehr eben ausgebildet, da sich der Bruch streng an der Zone der Mittenseigerung orientiert hatte. Feine transkristalline Facetten nahmen ihren Ausgang an Sulfideinschlüssen, wie es für Wasserstoffversprödung der weicheren Stähle typisch ist (Minifischaugen). Der Anteil des Gewaltbruches war sehr gering und zeigte sich vorwiegend als Scherkämme, ausnahmsweise auch als Spaltflächen.

5 Untersuchung der Kerbschlagproben Probe A (spröd) In der Überschicht wirkt das Bruchgefüge eben und lamellar (Bild 7). Bild 7: Übersichtsaufnahme von Kerbschlagprobe A, kaum Verformung Betrachtet wird ein Rissfeld unterhalb des Kerbgrundes; die Einschlüsse wurden frei gelegt (Bild 8). Bild 8: zentraler Probenbereich; Einschlüsse erkennbar Bild 7)

6 Man kann sehen, dass die Einschlüsse als Riss-Starter gedient haben, sich also wieder Fischaugen ausgebildet haben (Bild 9 und Bild 10). Bild 9: Einschlüsse als lokale Bruchzentren Bild 8) Bild 10: kompakter Einschluss als Riss-Starter Bild 9)

7 Betrachtet wird ein weiterer Bereich; links finden sich Fischaugen, nach rechts wird das Gefüge körnig (Bild 11). Bild 11: links Fischaugen, rechts Körnigkeit Bild 7) Die Primärkorngrenzen wurden freigelegt (Bild 12). Bild 12: Korngrenzflächen Bild 11, rechts)

8 Probe B (halbduktil) Ein einzelnes Rissfeld liegt vertieft. Dort wurden die Einschlüsse freigelegt; diese haben als Bruchzentren gedient (Fischaugen). Eingebettet ist das Rissfeld in Scherbruch (Bild 13). Bild 13: Übersicht eines vertieften Rissfeldes von Kerbschlagprobe B, Einschlüsse; breite Scherzone Teildiskussion: In unterschiedlichem Umfang waren wiederum Fischaugen zu sehen. Als Ausnahme zeigte sich körniges Gefüge, wie man es für die Wasserstoffversprödung der hochfesten Stähle findet; hier hat die seigerungsbedingte Aufhärtung voll durchgeschlagen. Der Restbruch war duktil erfolgt. Gesamtdiskussion Mit der Bildung von Minifischaugen an Sulfideinschlüssen und dem Freilegen von Korngrenzflächen lag ein Bruchgefüge vor, wie es für eine Wasserstoffversprödung typisch ist. Die Strukturen dieser Flocken waren ausgezeichnet erhalten. Der Bruch ist erst nach dem Anschweißen der Verstärkungen eingetreten, infolge der Schrumpfungsbehinderung. Das Bruchverhalten der einzelnen Proben war davon geprägt, inwieweit Anteile der Flocken erfasst wurden. Deren Lage war streng von der Mittenseigerung bestimmt. Die lokale Erhöhung der Härte ließ den Bruch stellenweise auch interkristallin verlaufen. Die Anwesenheit der Sulfideinschlüsse ergibt sich daraus, dass neben dem Kohlenstoff auch der Schwefel stark seigert. Die Bleche waren defektfrei ausgeliefert worden (im Gegensatz zu dem im Teil I behandelten Fall). Sie enthielten aber noch Wasserstoff in einer Menge, die bei Anwesenheit einer Mittenseigerung kritisch war. Eine Normung zur Gewährleistung einer bestimmten Duktilität der Stähle in Dickenrichtung ( Z-Güte ) erfolgte in der DDR im Jahre Für den Stahl H 60-3 wurde eine Entgasung vorgeschrieben [1]. Literatur [1] TGL 22426, Gruppe 21100: Fachbereichstandard Schweißbare Feinkornbaustähle (1987) Martin Möser, 07. September 2011