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Vortrag

Experimentelle Charakterisierung und Simulation der Schädigungsentwicklung in Vorgerüst-Arbeitswalzen

Mittwoch (04.12.2019)
15:55 - 16:15 Uhr

Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Schädigungsmechanismen durch thermomechanische Ermüdung und Hochtemperaturkorrosion eines Warmarbeitsstahls für Vorgerüst-Arbeitswalzen im Walzprozess. Wiederholter Kontakt mit dem Walzgut sowie darauffolgende Wasserkühlung haben alternierende Spannungszustände an der Walzenoberfläche zur Folge, welche letztlich zur thermomechanischen Materialermüdung führen. Aufgrund langer Kontaktzeiten mit der Bramme, sowie hohen Temperaturen kommt es in Vorgerüsten zudem zu Hochtemperaturkorrosion an der Walzenoberfläche. Eine Wechselwirkung von Oxidation und thermomechanischer Ermüdung ist dabei wahrscheinlich. Die Vorgänge im Werkstoff bei dieser Art der Anwendung sollen deshalb erforscht werden.

Der Walzprozess wurde mit der FEM Software ABAQUS simuliert. Die so errechneten Temperatur- und Spannungsverläufe dienen als Grundlage für Oxidationsuntersuchungen und thermomechanische Ermüdungsexperimente. Thermogravimetrie-Laborversuche wurden an Luft und in wasserdampfhaltiger Atmosphäre bei 600 bis 800 °C durchgeführt. Die dabei erzeugten Oxidschichten dienten als Referenz, um Rückschlüsse auf die maximalen Oberflächentemperaturen im Walzprozess erhalten zu können. Darüber hinaus wurden Proben aus Walzen nach dem Einsatz untersucht und mit den Proben aus den Laborexperimenten verglichen.

Die Untersuchungen der Walzenproben wiesen ein Netzwerk aus radialen Rissen nach, die von der Oberfläche aus in die Tiefe wachsen. In Kombination mit unterhalb der Oberfläche verlaufenden tangentialen Rissen führen diese zu Mikroausbrüchen und sind damit maßgeblich für den Verschleiß. Alle Rissflanken sowie die Walzenoberfläche sind zudem oxidiert, was auf eine Wechselwirkung zwischen Oxidationsverhalten und thermomechanischer Ermüdung der Legierung hindeutet. Die Oxidschicht setzt sich aus Cr2O3, FeCr2O4 und Fe2O3 zusammen und war durch Laborversuche unter wasserdampfhaltiger Atmosphäre bei 700 °C reproduzierbar. Darüber hinaus konnte die Simulation die Hypothese verifizieren, dass die tangentialen Risse durch Hertzsche Pressung unterhalb der Oberfläche entstehen, die radialen Risse aber thermomechanisch induziert werden. Im nächsten Schritt sollen thermomechanische Ermüdungsexperimente durchgeführt werden.

Sprecher/Referent:
Kai Fota
Universität Siegen
Weitere Autoren/Referenten:
  • Andreas Cestonaro
    Gontermann-Peipers GmbH
  • Peter Heisterkamp
    Gontermann-Peipers GmbH
  • Frieder Spannagel
    Gontermann-Peipers GmbH
  • Dr. Hartmut Jacke
    Gontermann-Peipers GmbH
  • Dr. Bronislava Gorr
    Universität Siegen
  • Prof. Dr. Hans-Jürgen Christ
    Universität Siegen