Wie beeinflussen Mikrolegierungselemente die Ausscheidung von Carbonitriden und deren Auswirkung auf die Rissanfälligkeit in mikrolegierten Stahlblöcken?

Der Ausscheidungsprozess von Vanadium-Carbonitriden (V(C,N)) in mikrolegierten Stählen verläuft temperaturabhängig und ist stark vom Vanadiumgehalt abhängig. Bei einem Stickstoffgehalt von etwa 0,0045 % beginnt die Ausscheidung von V(C,N) bei steigenden Vanadiumanteilen früher, nämlich bei Temperaturen von etwa 915 °C (0,04 % V), 935 °C (0,06 % V) und 960 °C (0,08 % V). Die Ausscheidung ist jedoch nicht linear über den gesamten Temperaturbereich, denn die endgültige Ausscheidung erfolgt bis etwa 640 °C, wobei die Geschwindigkeit der Ausscheidung im Hochtemperaturbereich vergleichsweise langsam ist. Bei 840 °C ist erst rund 30 % der Gesamtmenge an V(C,N) auskondensiert. Da die Temperatur an den Kanten des Strangs in der kontinuierlichen Stranggussanlage üblicherweise zwischen 750 und 840 °C liegt, beeinflusst die Kühlstrategie entscheidend die Ausscheidung. Eine leicht erhöhte Temperatur über 840 °C in der Geradstrecke kann die Kornrand-Ausscheidung von V(C,N) reduzieren, was zu einer verbesserten Duktilität und einer geringeren Rissanfälligkeit führt.

Bor (B) als Mikrolegierungselement spielt eine besondere Rolle, da es in der Stahlmatrix eine starke Mikrosegregation zeigt und als Boritrid (BN) ausscheidet. Die Ausscheidung von BN beginnt bei Temperaturen zwischen 1000 und 1100 °C und ist meist bei etwa 850 °C abgeschlossen. Der Temperaturbereich der BN-Ausscheidung ist deutlich enger als bei Nb(C,N) oder V(C,N), und die Ausscheidung erfolgt relativ schnell. Aufgrund der erheblichen Kornrand-Segregation von Bor kann die Ausscheidung von BN an den Austenitkorngrenzen sehr konzentriert erfolgen, insbesondere während des Stranggussprozesses in der Form. Dort sind die Kornrandkonzentrationen bis zu 30-fach erhöht, was die Ausscheidungstemperatur an den Korngrenzen erhöht und die Ausscheidungsmenge von BN signifikant steigert.

Diese konzentrierte Ausscheidung von BN in den Ecken der Stahlblöcke hat eine stark negative Wirkung auf die Hochtemperaturduktilität, da sie die Kornrandfestigkeit erhöht und somit die Neigung zu Querkratzrissen beim Umformen des Strangs verstärkt. Besonders kritisch ist, dass in der Praxis die Temperatur in der Form oft über 950 °C liegt, während der Strang noch erstarrt, was bedeutet, dass der Großteil der BN-Ausscheidung bereits in der Form abgeschlossen ist. Die Wärmeübertragung an den Ecken des Strangs ist durch die dynamische Schalentstehung und die Luftspalte oft vermindert, was eine konzentrierte BN-Ausscheidung begünstigt und die Rissanfälligkeit erhöht. Diese Tatsache macht die Risskontrolle bei B-haltigen Stählen besonders schwierig, da traditionelle Maßnahmen zur Kontrolle von Eckrissen hier oft unzureichend sind.

Die Menge an BN, die bei der Erstarrung ausscheidet, reagiert sehr sensitiv auf geringfügige Änderungen des Bor- und Stickstoffgehalts. So steigt die Ausscheidungstemperatur und die Gesamtausscheidungsmenge von BN deutlich an, wenn der Boranteil von 0,0008 % auf 0,0020 % erhöht wird, während der Stickstoffgehalt konstant bei 0,0045 % liegt. Ein langsamer Rückgang der BN-Ausscheidung setzt bei etwa 950 °C ein, was wiederum den engen Temperaturrahmen der Ausscheidung unterstreicht.

Für die Optimierung der Gusstechnik und die Vermeidung von Rissen an den Ecken der Stahlblöcke ist es somit entscheidend, nicht nur die thermodynamischen Bedingungen, sondern auch die Mikrosegregation von B zu kontrollieren und durch angepasste Legierungszusammensetzung (reduzierter B- und N-Gehalt) sowie Prozessparameter die BN-Ausscheidung an Korngrenzen zu minimieren. Dabei ist die Steuerung der Temperaturprofile in der Form ein weiterer entscheidender Hebel, um die Ausscheidung von Carbonitriden und Boritriden gezielt zu beeinflussen und die mechanischen Eigenschaften der Stähle zu erhalten.

Darüber hinaus ist zu verstehen, dass die Ausscheidungsprozesse nicht isoliert betrachtet werden dürfen. Das Zusammenspiel von Legierungselementen, Temperaturverläufen und kinetischen Faktoren während der Erstarrung beeinflusst maßgeblich die Mikrostrukturentwicklung und damit die mechanischen Eigenschaften und die Rissanfälligkeit. Insbesondere die Kombination von hohen Kornrand-Ausscheidungen und eingeschränkter Duktilität bei hohen Temperaturen verlangt eine umfassende Prozesskontrolle sowohl auf der chemischen als auch auf der thermischen Ebene. Die gezielte Modifikation der Mikrolegierungselemente und der Prozessparameter kann so zur Verbesserung der Werkstoffleistung und Reduktion von Defekten im Stranggussprozess beitragen.

Einfluss von Mikrolegierungen auf die Karbonitrit-Fällung in Stahl: Thermodynamik und Kinetik

Die Fällung von Mikrolegierungs-Carbonitriden in Stahl ist ein komplexer Prozess, der maßgeblich durch die thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften der jeweiligen Legierungselemente beeinflusst wird. Besonders für Elemente wie Titan (Ti), Niob (Nb), Vanadium (V) und Bor (B) sowie deren Karbonitrit-Verbindungen sind die Fällungsmechanismen und die damit verbundenen Temperaturen von entscheidender Bedeutung für die Stahlqualität und die Kontrolle der Mikrohärte. In diesem Zusammenhang ist die Untersuchung der sogenannten PTT-Kurven (Precipitation Temperature-Time Kurven) eine gängige Methode, um den Verlauf der Fällung bei unterschiedlichen Temperaturen und Nukleationsmechanismen zu analysieren.

Die PTT-Kurven für Ti(C, N) zeigen unter verschiedenen Nukleationsmechanismen, nämlich an Korngrenzen, an Versetzungen und die homogene Nukleation, charakteristische C-Kurven. Es lässt sich feststellen, dass der höchste Nukleationsratenwert und die günstigste Wachstumszeit der Karbonitrite am sogenannten „Nasenpunkt“ der Kurve erreicht werden. Bei niedrigem Kohlenstoffgehalt in Mikroleistungsstählen tritt dieser Nasenpunkt bei Temperaturen von etwa 1290 °C für die Korngrenzen-Nukleation auf, während er bei der Versetzungs- und homogenen Nukleation etwas niedriger liegt, zwischen 1100 und 1120 °C. Diese Temperatur stellt einen wichtigen Indikator für die genaue Steuerung der Fällung dar, da sie den Zeitraum markiert, in dem die Karbonitrite am effektivsten wachsen können. Durch eine Erhöhung der Kühlrate kann dieser Zeitraum verkürzt und somit das Wachstum der Karbonitrite gehemmt werden.

Besonders im Hinblick auf die thermodynamischen Aspekte der Ti(C, N)-Fällung ist es von Interesse, dass die Fällungstemperaturen erheblich steigen, wenn der Gehalt an Titan und Stickstoff im Stahl zunimmt. Dies zeigt sich auch in den PTT-Kurven, die bei höheren Titan- und Stickstoffgehalten signifikant höhere Nasenpunkt-Temperaturen aufweisen. So erreicht der Nasenpunkt der Korngrenzen-Nukleation bei einem Ti-Gehalt von 0,03% und einem Stickstoffgehalt von 0,0045% bereits 1585 °C. Die PTT-Kurven verdeutlichen, dass mit der Zunahme der Elemente Ti und N im Stahl die Temperaturen, bei denen die Fällung am effizientesten erfolgt, ansteigen.

Für die Fällung von Nb(C, N) unter verschiedenen Nukleationsmechanismen zeigen die PTT-Kurven, dass mit zunehmendem Niob- und Stickstoffgehalt die Nasenpunkt-Temperatur nur geringfügig steigt, im Gegensatz zu den Ti(C, N)-Fällungen. Bei einem Stickstoffgehalt von 0,0045% und einem Niobgehalt von 0,025% bis 0,045% steigt die Temperatur der Korngrenzen-Nukleation von etwa 870 °C auf 932 °C. Die stabilen Temperaturen für die homogene Nukleation und die Versetzungsnukleation bleiben jedoch bei etwa 720 °C. Diese Eigenschaften machen Nb(C, N) zu einem wichtigen Bestandteil in der mikrolegierten Stahlerzeugung, insbesondere bei der Steuerung der Sekundärkühlung in der kontinuierlichen Gießung.

Im Fall von V(C, N) und BN zeigt sich ein ähnliches Verhalten, wenn auch mit einigen Unterschieden. Für Vanadiumhaltige Stähle kann bei höheren Vanadium- und Stickstoffgehalten ein S-Kurven-Verlauf beobachtet werden, was auf eine ausgeprägte Nichtlinearität der Phasenumwandlungsenergie in einem bestimmten Temperaturbereich hinweist. Bei Vanadiumgehalten von 0,04% bis 0,08% und Stickstoffgehalten von 0,0045% bis 0,006% verschiebt sich die Nasenpunkt-Temperatur von etwa 780 °C auf 850 °C, wobei sich die Temperatur bei der homogenen Nukleation nur geringfügig verändert. Diese Erkenntnisse sind entscheidend für die Optimierung der Kühlstrategien, da sie helfen, die kritischen Temperaturbereiche für die Fällung zu identifizieren und die Stahlqualität zu beeinflussen.

Im Hinblick auf Bor-haltige Stähle zeigt die PTT-Kurve für BN eine ähnliche C-Kurven-Charakteristik wie die der anderen Legierungselemente. Die Nasenpunkt-Temperatur für BN unter der homogenen Nukleation und der Versetzungsnukleation steigt mit zunehmendem Bor- und Stickstoffgehalt stärker an als bei Ti, Nb und V, was auf die starke Wirkung dieser Elemente auf die Fällungstemperaturen hinweist. Diese Eigenschaft macht Bor zu einem wertvollen Mikrolegierungselement, insbesondere für die Feinabstimmung der Fällungskinetik in hochleistungsfähigen Stählen.

Die Thermodynamik und Kinetik der Mikrolegierungs-Carbonitrid-Fällung in Stählen ist von zentraler Bedeutung für das Verständnis der Stahlherstellung und die gezielte Steuerung der Mikrohärte und Festigkeit des Endprodukts. Die Optimierung des Fällungsprozesses, insbesondere durch eine präzise Kontrolle der Kühlraten und der chemischen Zusammensetzung, ist entscheidend für die Qualität des fertigen Stahls. Ein tiefgehendes Verständnis der PTT-Kurven und der zugrunde liegenden thermodynamischen Prinzipien ermöglicht es, diese Prozesse effizient zu steuern und die gewünschten Materialeigenschaften zu erzielen.

Implementierung der Technologie zur Kontrolle von Eckenrissen in dünnwandigen Stahlplatten

Die in der Stahlproduktion auftretenden Eckenrisse in dünnwandigen Stahlplatten stellen eine bedeutende Herausforderung dar. Diese Risse, die vor allem in der Nähe der Ecken der Stahlplatte entstehen, resultieren oft aus einem unzureichenden Abkühlungsprozess während der Herstellung und der schnellen Bildung von Mikrolegierungs-Carbonitriden, die in den Körnergrenzen der Ecke ausfallen und die Zähigkeit der Struktur verringern. Der Einsatz neuer Technologien zur Kontrolle dieser Risse hat in den letzten Jahren signifikante Fortschritte gemacht, insbesondere durch die Verbesserung der Kühlsysteme und der Modifikation von Formen und Gießprozessen.

Basierend auf einer strategischen Herangehensweise zur Kontrolle von Eckenrissen in dünnwandigen Stahlplatten und der tatsächlichen Produktion der SCP-Dünnplatten-Gießtechnologie in einem heimischen Stahlwerk wurde die enge Kupferplatte des Gießers in eine Gaussian-konvexe gekrümmte Oberflächenstruktur umgewandelt. Dies hatte zur Folge, dass die Kühlung in den entscheidenden Bereichen der Stahlplatte verbessert wurde. In der ursprünglichen Gießform war die Kühlung im Bereich des schmalen Fußrollers unzureichend, was zu einer ungleichmäßigen Abkühlung und damit zu einer schlechten Qualität der Gussprodukte führte. Daher wurde ein neues, dynamisch steuerbares Wasserversorgungssystem mit größerem Durchfluss entwickelt, das mit der Stahlgüte und der Gießgeschwindigkeit synchronisiert werden kann.

Das Ergebnis dieser Veränderung ist ein innovativer, offline montierter Gießprozess, bei dem der schmale Teil der Form mit der Gaussian-konvexen Oberfläche und das neue Kühlsystem miteinander kombiniert wurden. Dies hat eine signifikante Verbesserung in der Mikrountersuchung des Stahlwerkstücks zur Folge, insbesondere in den Bereichen, in denen sich die Carbonitride ablagern. Die Temperaturkontrolle in diesen Bereichen ist entscheidend, da die Präzipitation von Mikrolegierungs-Carbonitriden direkt mit der Zähigkeit der Materialstruktur in der Nähe der Ecke der Platte zusammenhängt. Die neue Technologie hat die Größe der abgelagerten Carbonitride deutlich verringert und dafür gesorgt, dass diese gleichmäßig und in feiner Verteilung in der Matrix verstreut sind.

Besonders hervorzuheben ist, dass das schnelle Abkühlen in der Zone des schmalen Fußrollers in der neuen Form dazu beiträgt, dass die Wärmeleitfähigkeit des Stahls während des gesamten Gießprozesses effizienter wird. Die feiner ausgebildeten Austenitkörner, die durch die hohe Kühlrate in der Nähe der Ecke entstehen, verbessern die Duktilität des Materials und verringern das Risiko von Rissen erheblich. Im Gegensatz dazu führte der traditionelle Gießprozess zu einer weniger kontrollierten Abkühlung, was zu einer gröberen Körnung und einer ungleichmäßigen Verteilung von Prezipitaten an den Körnergrenzen führte – ein wesentlicher Faktor für die Entstehung von Eckenrissen.

Diese Technologie hat die Produktion von mikrolegerierten Stahlplatten erheblich verbessert, insbesondere bei der Herstellung von Stahlgüten wie Qste500TM. Seit ihrer ersten Implementierung in der zweiten Hälfte des Jahres 2017 hat sich die Häufigkeit von Randrissen in warmgewalzten Coils dramatisch verringert. So ging die Rate der Randrissbildung bei Qste500TM-Coils von durchschnittlich 6,75 % auf lediglich etwa 0,025 %. Dies zeigt, dass der neue Gießprozess nicht nur die Qualität des Endprodukts verbessert, sondern auch die Produktionskosten durch die Reduzierung von Ausschuss und Nachbearbeitungsaufwand senkt.

Die Technologie zur Kontrolle von Eckenrissen hat sich nicht nur in der experimentellen Phase als erfolgreich erwiesen, sondern auch in der kontinuierlichen Anwendung in der Stahlproduktion. Die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Duktilität in den Ecken der dünnwandigen Stahlplatten, hat es ermöglicht, die Leistung der Produkte zu steigern und gleichzeitig die Effizienz der Produktion zu erhöhen. Die kombinierte Anwendung der Gaussian-konvexen Oberfläche des Gießers und der verbesserten Kühlung hat sich als äußerst vorteilhaft herausgestellt, da sie eine präzise Steuerung der Temperatur im Gießprozess ermöglicht und somit die Gefahr von Rissen im Material minimiert.

Die präzise Kontrolle der Prezipitationszone der Carbonitride und die Optimierung der Abkühlraten haben nicht nur die mechanischen Eigenschaften der Stahlplatten verbessert, sondern auch die thermodynamischen Bedingungen während des Gießprozesses optimiert. Diese Technologie hebt die Bedeutung einer präzisen Kühlsteuerung hervor, die für die Herstellung von Stahl mit hoher Qualität und langer Lebensdauer entscheidend ist.

Darüber hinaus ist es für den Leser wichtig zu verstehen, dass die kontinuierliche Verbesserung der Gießprozesse nicht nur auf die Technologie selbst beschränkt ist, sondern auch die Notwendigkeit einer umfassenden Optimierung der gesamten Produktionskette betont. Die Entwicklung und Implementierung neuer Technologien zur Risskontrolle in dünnwandigen Stahlplatten erfordert nicht nur technisches Wissen, sondern auch eine enge Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Abteilungen der Stahlwerke, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Dies schließt sowohl die Ingenieure, die die Produktionsprozesse überwachen, als auch die Fachleute, die für die Qualitätssicherung und -kontrolle verantwortlich sind, ein.

Der Fortschritt in der Gießtechnologie zeigt, dass durch präzise Steuerung und innovative Ansätze zur Lösung bestehender Probleme signifikante Verbesserungen in der Stahlproduktion erzielt werden können. Der Schlüssel zur erfolgreichen Implementierung liegt in der Fähigkeit, neue Technologien kontinuierlich zu testen und zu optimieren, um den sich ständig ändernden Anforderungen der Industrie gerecht zu werden.

Wie bestimmt man die optimalen Parameter für das Oberflächen-Abschreckverfahren von mikrolegierten Stahlschlacken?

Die Entwicklung der Oberflächen-Abschrecktechnologie bei kontinuierlich gegossenen Stahlplatten ist von entscheidender Bedeutung für die Steuerung der Mikrostruktur und die Vermeidung von Defekten. Insbesondere bei Nb-haltigen mikrolegierten Stählen ist das präzise Einstellen der Abschreckparameter essenziell, um die Ausscheidung von Carbonitriden und die Kornfeinung optimal zu beeinflussen.

Die wesentlichen Parameter des Abschreckprozesses sind die Starttemperatur, die Abkühlrate und die Endtemperatur des Abschreckens. Die Starttemperatur ist maßgeblich für den Installationsort der Abschreckvorrichtung am kontinuierlichen Gießband. Sie muss so gewählt werden, dass in einer definierten Oberflächenschicht der Platte die Carbonitride noch nicht ausgefällt sind und die Mikrostruktur vollständig austenitisch vorliegt. Somit wird verhindert, dass bereits eine Umwandlung von Austenit zu Ferrit stattfindet, was sich negativ auf die Homogenität und Festigkeit der Stahloberfläche auswirken würde. Experimentelle Untersuchungen zeigen, dass bei Nb-Al-haltigen mikrolegierten Stählen eine Startabschrecktemperatur von über 800 °C notwendig ist, um die Ausbildung von proeutektoider Ferritstruktur zu vermeiden. Ideal ist sogar eine Starttemperatur über 950 °C, da Carbonitride ab etwa 1050 °C zu precipiteren beginnen, wobei die kritische "Nasenpunkt"-Temperatur zwischen 900 und 950 °C liegt.

Die metallographische Analyse der abgeschreckten Proben bei verschiedenen Temperaturen bestätigt diese Erkenntnisse: Bei Temperaturen ab 900 °C entsteht überwiegend lathförmiger Martensit, ohne Ferritbildung an den Korngrenzen. Sinkt die Temperatur auf 800 °C oder darunter, bilden sich an den Korngrenzen zunehmend Ferritschichten und widmanstättenartige Strukturen, was auf eine beginnende γ → α-Phasenumwandlung hindeutet. Dies ist ein Zeichen für unzureichende Kontrolle der Mikrostruktur durch das Abschreckverfahren.

Die Abkühlrate beim Abschrecken beeinflusst maßgeblich die Mikrostruktur und die Größe sowie Verteilung der Carbonitride. Ein schnelleres Abkühlen fördert die Martensitbildung und verhindert grobe Ausscheidungen, während eine zu langsame Abkühlung das Kornwachstum und unerwünschte Phasen begünstigen kann. Daraus folgt, dass die zur Verfügung stehende Wassermenge und die Intensität der Kühlung präzise auf die Temperaturführung abgestimmt sein müssen, um die gewünschte Mikrostruktur zu gewährleisten.

Die Endtemperatur des Abschreckens ist ebenfalls kritisch, da sie die Länge der Abschreckzone und somit die Wärmeübergangszeit beeinflusst. Sie muss so gewählt sein, dass die Stahloberfläche nach dem Abschrecken noch eine ausreichende Temperatur zum erneuten Austenitisieren aufweist, was eine weitere Kornfeinung ermöglicht. Praktische Erfahrungen zeigen, dass bei einer Abschrecktiefe von ca. 10 mm eine Temperatur von mindestens 820 °C erreicht werden sollte, um eine erfolgreiche Rekristallisation und Kornfeinung zu garantieren.

Neben den experimentellen Ergebnissen ist es wichtig, die thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften der Carbonitride in Nb-Al-mikrolegiertem Stahl zu verstehen. Die gezielte Steuerung der Ausscheidung dieser Mikrolegierungsbestandteile ist entscheidend für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und die Verhinderung von Oberflächenrissen.

Das Zusammenspiel all dieser Faktoren – Starttemperatur, Abkühlrate und Endtemperatur – erfordert eine umfassende Berücksichtigung der jeweiligen Produktionsbedingungen und Stahlzusammensetzung. Nur so kann eine maßgeschneiderte Abschrecktechnologie entwickelt werden, die die Oberflächenqualität der kontinuierlich gegossenen Stahlplatten nachhaltig verbessert.

Es ist von großer Bedeutung, dass der Leser versteht, dass die Abschrecktechnologie nicht isoliert betrachtet werden kann. Die Wärmeübertragung, das Materialverhalten und die mikrostrukturellen Veränderungen interagieren komplex und dynamisch. Die optimale Prozessführung erfordert deshalb eine interdisziplinäre Betrachtung, welche metallurgische, thermodynamische und technologische Aspekte vereint. Weiterhin sollte berücksichtigt werden, dass unterschiedliche Stahlgüten und Legierungskonzentrationen eine individuelle Anpassung der Abschreckparameter erfordern, um die Vorteile der Carbonitride-Ausfällung und Kornfeinung voll auszuschöpfen. Eine ganzheitliche Prozesssteuerung ist somit Grundvoraussetzung für die Qualitätskontrolle in der Stahlerzeugung.

Wie beeinflusst die Oberflächenhärtung die mechanischen Eigenschaften von Mikrolegerstählen bei unterschiedlichen Abkühlraten?

Im Bereich der Metallurgie stellt das Verständnis der Phasenübergänge bei verschiedenen Abkühlraten einen entscheidenden Faktor für die Entwicklung von Mikrolegerstählen dar. Besonders bei der Herstellung von Stahlhalbzeugen, wie zum Beispiel Stranggießlingen, ist die Kontrolle des Phasenübergangs in Verbindung mit der Abkühlgeschwindigkeit von großer Bedeutung, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erzielen und Rissbildungen durch thermische Spannungen zu verhindern.

Wenn eine Kühlrate von etwa 30 °C/s erreicht wird, lässt sich feststellen, dass bei dieser Rate der gesamte Austenit im Stahlprobenmaterial direkt in Martensit umgewandelt wird. Eine detaillierte Betrachtung der metallographischen Struktur bei unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten, im Vergleich zum kritischen Punkt der Wärmeausdehnungs-Kurve, ermöglicht die Erstellung der statischen CCT-Kurve (Continuous Cooling Transformation) des untersuchten Stahls. In dieser Kurve werden verschiedene Phasen des Stahls wie Austenit (A), Ferrit (F), Perlit (P), Bainit (B) und Martensit (M) dargestellt, die bei unterschiedlichen Temperaturen auftreten, abhängig von der Kühlrate.

Mit zunehmender Kühlrate verschieben sich die Übergangstemperaturen für die Phasenübergänge hin zu niedrigeren Werten. Dies ist auf die Diffusionsprozesse zurückzuführen, die bei schnellerer Kühlung eine geringere Zeit zur Umwandlung der Phasen lassen. So zeigt sich, dass bei einer Kühlrate von 0,2 °C/s die Austenit-zu-Ferrit-Übergangstemperatur bei etwa 695 °C beginnt und bei einer Kühlrate von 30 °C/s auf etwa 528 °C sinkt. Diese Änderung zeigt sich insbesondere in der kinetischen Differenz der freien Energie zwischen den neuen und alten Phasen. Dadurch wird die treibende Kraft für den Phasenübergang verringert, was zu einer niedrigeren Übergangstemperatur führt.

Ein wichtiger Aspekt in der Stahlproduktion ist, dass die Martensitbildung aufgrund seiner hohen Rissanfälligkeit in der Praxis vermieden werden muss. In diesem Zusammenhang wird die Abkühltemperatur auf der Oberfläche des Stranggießlings in der Regel so angepasst, dass sie oberhalb der Martensitbildungstemperatur bleibt. Die kritische Obergrenze für diese Temperatur liegt bei etwa 400–450 °C, da bei niedrigeren Temperaturen Martensit entsteht, der die mechanische Integrität des Werkstücks gefährden würde.

Die mechanischen Eigenschaften der gehärteten Stahloberflächen spielen eine wesentliche Rolle im Hinblick auf die Duktilität und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Rissbildung. Um diese Eigenschaften zu testen, werden thermische Simulationstests durchgeführt, bei denen sowohl der traditionelle heiße Ladeprozess als auch der Oberflächenhärtungsprozess untersucht werden. Bei den Tests zeigt sich, dass die Zugfestigkeit und der Bruchdehnungsgrad (RA) unter dem Oberflächenhärtungsprozess signifikant besser sind als bei herkömmlichen Verfahren. Die Zugfestigkeit, die den maximalen Widerstand eines Werkstücks gegen gleichmäßige plastische Verformung beschreibt, nimmt mit steigender Temperatur ab. Beim traditionellen Ladeprozess zeigt sich eine stärkere Tendenz zur Rissbildung, da der Werkstoff weniger Duktilität aufweist, insbesondere bei Temperaturen um 800 °C. Im Gegensatz dazu zeigt der Oberflächenhärtungsprozess auch bei diesen hohen Temperaturen eine verbesserte Festigkeit und Dehnung.

Die Bruchdehnung (RA) ist ein weiterer wichtiger Parameter zur Beurteilung der heißen Duktilität von Stahl. Ein höherer RA-Wert bedeutet eine bessere Fähigkeit des Materials, thermischen Spannungen ohne Rissbildung zu widerstehen. In der Forschung wird ein RA-Wert von 60 % als Schwelle für hohe Duktilität angesehen, während ein Wert unter 40 % auf eine erhöhte Rissneigung hindeutet. Der Oberflächenhärtungsprozess führt zu einer höheren Bruchdehnung, insbesondere bei Temperaturen um 800 °C, wodurch das Material weniger anfällig für Risse während des Erwärmungsprozesses wird.

Abschließend lässt sich feststellen, dass die gezielte Oberflächenhärtung durch optimierte Abkühlprozesse die mechanischen Eigenschaften von Mikrolegerstählen signifikant verbessert. Dies führt zu einer höheren Festigkeit und Duktilität, was das Risiko von Rissbildungen in der Produktionskette verringert und die Qualität des Endprodukts sichert.

Neben den grundlegenden thermischen und mechanischen Aspekten ist es ebenfalls von Bedeutung, dass die tatsächliche Anwendung und Implementierung solcher Technologien in der Industrie durch fortschrittliche Simulationen und präzise Prozesssteuerung unterstützt werden muss, um die Effizienz und Effektivität der Herstellung von Mikrolegerstählen zu maximieren. Dabei spielt auch die Überwachung der Mikrostrukturveränderungen in Echtzeit eine Schlüsselrolle, um frühzeitig auf unerwünschte Phasenübergänge oder Rissbildung reagieren zu können.