Beschreibung der Gefügeentwicklung in der Grobblecherzeugung mithilfe von statistisch modellierten und thermodynamisch simulierten Mikrostrukturen

Abstract

Die mechanischen Eigenschaften von Grobblechen werden maßgeblich durch die Mikrostruktur beeinflusst. Ein möglichst feines austenitisches Gefüge ist hierbei wünschenswert, da hierdurch das ferritische Gefüge nach der Phasenumwandlung ebenfalls fein wird, und sich somit positiv auf die gewünschten Eigenschaften auswirkt. Der einfachste Weg, dies zu realisieren, wären möglichst hohe Umformgrade und möglichst geringe Umformtemperaturen beim Warmwalzen. Dies ist jedoch aufgrund der dabei sehr hohen Kräfte auf das Walzgerüst aus prozesstechnischer Sicht nicht möglich. Neue Legierungskonzepte erlauben es jedoch, die gewünschte Mikrostruktur zu erzielen, während man nicht mehr auf eine extreme Wahl der Prozessparameter angewiesen ist. Mikrolegierungselemente wie Niob und Titan haben diesbezüglich einen sehr großen Einfluss. Ihre Ausscheidungen, welche sie primär zusammen mit Kohlenstoff und Stickstoff bilden, sind bei richtig gewählter Prozessführung dazu in der Lage, die zwangsläufig auftretende Kornvergröberung zu reduzieren und die Rekristallisation zu verzögern oder kurzfristig ganz zu unterbinden. Da das durch die Deformation verfeinerte Gefüge auf diese Weise zwischen den einzelnen Walzstichen weniger stark vergröbert, können somit vergleichsweise feinkörnige Mikrostrukturen eingestellt werden, ohne auf hohe Umformgrade angewiesen zu sein. Die Fenster, in welchen alle Prozessparameter so zusammenspielen, dass der gewünschte Effekt erzielt wird, sind jedoch sehr eng, weshalb eine genaue Kenntnis der Einflussgrößen und deren Beeinflussung untereinander, von äußerster Wichtigkeit ist. Die Ermittlung dieser Prozessfenster, der Einflussgrößen, als auch deren Überlagerungen, sollen in dieser Arbeit ermittelt werden. Hierzu werden sowohl Kornwachstums- als auch Rekristallisationsexperimente an verschiedenen Schmelzen im Labormaßstab durchgeführt. Die daraus gewonnenen Kornwachstums- und Rekristallisationskinetiken dienen als Validierung für eine selbst entwickelte Simulation. Mit deren Hilfe soll es zukünftig möglich sein, für ähnliche Stähle die Parameter für günstige Prozessfenster zu ermitteln, um auf diese Weise die Herstellungsprozesse für neuentwickelte Stähle zu optimieren.

The mechanical properties of heavy plate are significantly influenced by its microstruc- ture. A microstructure with the finest possible austenitic grain is desirable, as this results in a similarly fine ferritic microstructure after phase transformation, which has a beneficial effect on the desired material properties. The simplest way to achieve this would be through the highest possible degrees of deformation and the lowest possible forming temperatures during hot rolling. However, from a process engineering perspec- tive, this is not feasible due to the extremely high forces exerted on the rolling stand. New alloying concepts, however, make it possible to achieve the desired microstructure without relying on such extreme choices of process parameters. Microalloying elements such as niobium and titanium have a significant influence in this regard. Their preci- pitates, primarily formed with carbon and nitrogen, can—given appropriately selected processing conditions—effectively reduce the inevitable grain coarsening and delay or even temporarily suppress recrystallization. As a result, the microstructure refined by deformation experiences less coarsening between rolling passes, allowing the production of comparatively fine-grained microstructures without requiring high degrees of defor- mation. However, the process windows in which all parameters interact to produce the desired effect are very narrow, making a precise understanding of the influencing variables and their interdependencies critically important. This study aims to determine these process windows, the influencing parameters, and their interactions. To this end, both grain growth and recrystallization experiments will be conducted on various laboratory-scale heats. The grain growth and recrystalli- zation kinetics obtained from these experiments will serve to validate a self-developed simulation. With the aid of this simulation, it should be possible in the future to de- termine favorable process window parameters for similar steels, thereby optimizing the manufacturing processes for newly developed steel grades.