Oberflächenqualität peritektisch erstarrender Kohlenstoffstähle : Vergleich zwischen Strangguss und Bandguss

Wans, Jochen; Senk, Dieter

doi:HT014830056

Oberflächenqualität peritektisch erstarrender Kohlenstoffstähle : Vergleich zwischen Strangguss und Bandguss = Surface quality of peritectic carbon steels : comparison between continuous and strip casting

Wans, Jochen (Author)

2006

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Jochen Wans

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2006

UmfangGetr. Zählung : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2006

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Senk, Dieter (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2006-04-10

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-15202
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/61302/files/Wans_Jochen.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Bandgießen (Genormte SW) ; Benetzung (Genormte SW) ; Erstarrung (Genormte SW) ; Oberflächenriss (Genormte SW) ; Schnelle Erstarrung (Genormte SW) ; Strangguss (Genormte SW) ; Topographie (Genormte SW) ; Wärmestromdichte (Genormte SW) ; continuous casting (frei) ; peritectic steels (frei) ; strip casting (frei) ; surface cracks (frei) ; wetting (frei) ; Gießrollenoberflächenstruktur (frei) ; Kontraktion (frei) ; peritektischer Kohlenstoffstahl (frei) ; Ingenieurwissenschaften (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Peritektisch erstarrende Kohlenstoffstähle zeichnen sich während der Erstarrung in der Kokille auf Grund der delta - gamma Transformation durch die Zunahme der Dichte aus. Die Folge sind Schrumpfspannungen mit der Gefahr der Rissbildung.Ziel der Arbeit ist es, den Einfluss bandgießspezifischer Verfahrensparameter, speziell der Abkühlung, auf die peritektische Reaktion und damit verbunden auf die Oberflächenqualität eines peritektisch erstarrenden C-Stahls zu untersuchen.Im ersten Abschnitt der Untersuchungen wurde der qualitative Zustand der Brammenoberflächen peritektisch erstarrender Stähle ermittelt und gezeigt, welche Verbesserungsmöglichkeit der Oberflächenqualität durch die Optimierung des Gießpulvers bei Strangguss besteht.Im zweiten Abschnitt wurden basierend auf der chemischen Zusammensetzung der im Strangguss untersuchten Stähle drei Bandgießkampagnen durchgeführt. Innerhalb der Kampagnen wurde jeweils ein Kohlenstoffbereich zwischen 0,06 und 0,17 Gew.-% überprüft. Die Kampagnen unterschieden sich lediglich durch die Gießrollenoberflächentopographie. Es kamen reguläre, offen und geometrisch ähnliche Strukturen zum Einsatz, die über das Rändelverfahren erzeugt wurden.Es wurde überprüft, ob die Strukturen zu unterschiedlichem Abkühl- bzw. Erstarrungsverhalten der Legierungen führen. Es wurde vorausgesetzt, dass sich ein Einfluss auf die peritektische Reaktion in der Qualität der Gussbänder ausdrückt.Der erhebliche Rissbefall der Bänder aus der 1. Kampagne war begleitet von einem unzureichenden Benetzungsverhältnis der Schmelze auf der Gießrollenoberfläche. Die Topographie der Gießrollen war als Abdruck auf den Bandoberflächen nur in Ausnahmefällen erkennbar. Der Rissbefall steigt mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt an, ein Maximum um 0,1 Gew.-% Kohlenstoff wurde nicht ermittelt.Die Veränderung der Anordnung und Größe der Strukturelemente der Gießrollentopographie in der 2. Kampagne führte zu überwiegend rissfreien Bändern. Der wesentliche Unterschied ist das sehr gute Benetzungsverhalten der Schmelzen bedingt durch die Anpassung der Struktur. Die unverformten Bänder zeigen deutlich die inverse Struktur der Gießrollenoberflächen. Die Folge der intensiven Benetzung ist eine gleichmäßige Wärmeabfuhr.Die Resultate der 3. Kampagne mit einer überarbeiteten Gießrollenstruktur bestätigen die Ergebnisse 2. Kampagne.Die verfahrensspezifische, hohe Abkühlrate beim Bandgießen reicht isoliert betrachtet nicht aus, um die Folgen der peritektische Reaktion positiv zu beeinflussen. Es lässt sich aber bei den extremen Abkühlraten über geeignete Topographien der Gießrollenoberflächen der Rissbefall nachhaltig reduzieren. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Intensität der Benetzung das entscheidende Kriterium für eine gleichmäßige Erstarrung ist, die der Rissbildung entgegen wirkt.

Peritectic carbon steels, produced by conventional continuous casting, show slab surface defects as a consequence of the shrinkage caused by the delta-gamma transformation. Unsteady heat flux conditions between strand shell and mould plate leads to an irregular solidification.By following the hypothesis, that the cooling rate has an effect to the peritectic reaction, twin roll strip cast trials were done at a pilot strip caster at RWTH Aachen University. Local cooling rates of -1000 K/s in combination with an eightfold higher heat flux compared to continuous casting are typical for strip casting process. The indication for effects from the strip casting process to the peritectic reaction was on the one hand the steady heat flux and on the other hand the strip surface quality.Trials were performed in 3 campaigns with the chemical analyses of peritectic carbon steels known from continuous casting. The campaigns just distinguish between the casting roll surfaces structure and the range of carbon content. All other process parameters were constant. The casting roll surface was developed from a fine, hexagonal open structure to a coarse hexagonal structure. The structure is regular and was produced by knurling. The carbon range was 0.06 to 0.17 wt %.The result of the 1st campaign was that nearly all strips were attack by many cracks. The number of cracks rises to higher carbon content up to 0.17 wt %. The maximum of defects around 0.1 wt % of carbon, known from continuous casting, was not found. By proofing the strip surfaces, it was found out that the steel melt didn’t wet the roll surface intensive. An unsteady solidification process was the result.The results of the 2nd campaign were different. Just very few cracks were remaining at the strip surfaces. No dependence between carbon content and number of crack were found. Once again the critical range around 0.1 wt % carbon wasn’t noticeable by strips produced with the twin roll casting process.The important different in comparison to the first campaign was an excellent wetting behaviour between steel melt and roll surface. An imprint of the roll surface structure was found at all strip surfaces. A homogenous heat flux and solidification condition exists.The results of the 3rd series, performed with a further regular roll surface structure, confirm the above explained facts. The geometric shape and adjustment were again diversifying to coarser values.The work could demonstrate that the twin roll process is suitable for the production of peritectic carbon steel grades. The key factor for solidification and heat flux is the wetting condition at the roll surface. Steel specific roll surface structures are required.

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