Fachartikel

Stahlschrotte und ihr Einfluss auf die Gusseisenproduktion
VON ADALBERT KUTZ, BJÖRN PUSTAL, ANDREAS BÜHRIG-POLACZEK, AACHEN, KURT BEGHYN, GENT UND VINCENT PUTTERIE, ISABELLE TOLLENEER, LÜTTICH

Der steigende industrielle Bedarf und Einsatz von hochfesten Stahlsorten beeinflussen die Zusammensetzung der Stahlschrotte, welche Gießereien für die Herstellung von Gusseisen zur Verfügung stehen. Vermehrt auftretende Begleitelemente können starken Einfluss auf die Eigenschaften der vergossenen Werkstoffe haben. Das Forschungsvorhaben identifiziert diese problematischen Elemente und untersucht deren Einfluss auf das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften von drei Gusseisenlegierungen.

Zahlreiche Gießversuche und Berechnungen sollen im Forschungsprojekt SmartScrap den Einfluss störender Begleitelemente aus eingesetzten Stahlschrotten auf die Qualität von Gusseisenlegierungen klären. FOTO: RWTH AACHEN

Die gestiegenen Anforderungen an die Festigkeit von Stählen haben die zunehmende Entwicklung von mikro- und höher legierten Stahlsorten vorangetrieben. Nach Ende des Produktlebenszyklus stehen diese dann als Stahlschrotte unter anderem den Gießereien bei der Herstellung von Gusseisen zur Verfügung. Sollte sich die Entwicklung zu höher- und hochfesten Stahlsorten fortsetzen, wird die Verfügbarkeit von gering legierten Schrotten am Markt knapp und für manche Gießereien der Einsatz von höher legierten Stahlschrottsorten unausweichlich. Entsprechend wichtig ist ein fundiertes Wissen über den Einfluss der dadurch eingebrachten, unerwünschten Begleitelemente zur Produktion von qualitativ hochwertigem Gusseisen.

Um in einer Schmelzerei angemessen auf veränderte Zusammensetzungen von Einsatzstoffen, wie etwa hoch- oder mikrolegierte Stahlschrotte, reagieren zu können, müssen die Einflüsse der zusätzlichen, meist störenden Begleitelemente sehr genau bekannt sein. Unter dieser Prämisse wurden in den letzten Jahren mehrere Forschungsvorhaben durchgeführt, welche gezielt den Einfluss von karbidbildenden Elementen auf die Gusseisensorten EN-GJS-400-15 (IGF 15803 N) und EN-GJS-500-14 (IGF 18555 N) untersucht haben. Mit dem europäischen CORNET-Forschungsvorhaben „SmartScrap – Perspective Development and Impact of Alloying Elements in Scrap Material on Production and Properties of Cast Iron“ wurden diese Untersuchungen fortgesetzt und auf weitere Elemente und Werkstoffe ausgeweitet. Das Vorhaben wurde von den belgischen Forschungseinrichtungen Sirris und CRM-Group sowie dem Gießerei-Institut (GI) der RWTH Aachen durchgeführt. In diesem Beitrag wird auszugsweise ein Überblick über die durchgeführten Arbeiten und ermittelten Ergebnisse gegeben.

Ziel des Forschungsvorhabens war die Ermittlung der zukünftig vermehrt auftretenden Begleitelemente in Stahlschrotten und eine systematische Untersuchung ihrer Einflüsse auf das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften von Gusseisenlegierungen. Hierfür wurden EN-GJL-250, EN-GJS-400-15 und EN-GJS-600-3 als Ziellegierungen ausgewählt. Die CRM-Group ist als Partner der Stahlindustrie an der Entwicklung moderner Stähle beteiligt. Sie hatte die Aufgabe, die perspektivische Entwicklung der Stahl-Legierungskonzepte darzustellen. Außerdem erfasste CRM in einer Umfrage unter flämischen und deutschen Gießereien die verschiedenen Herangehensweisen und Ansätze zur Qualitätssicherung, welche in den Gießereien beim Einsatz der Schrotte verfolgt werden. Im späteren Projektverlauf führte CRM zyklische Untersuchungen am Werkstoff EN-GJS-600-3 durch. Sirris und das GI untersuchten den Einfluss der Begleitelemente Aluminium (Al), Bor (B), Molybdän (Mo) und Titan (Ti) auf das Gefüge und die quasistatischen mechanischen Eigenschaften der drei Gusseisenlegierungen. Diese Begleitelemente wurden zu Projektbeginn auf Basis der Entwicklungsexpertise der CRM-Group im Bereich der Stahlwerkstoffe zusammen mit dem projektbegleitenden Ausschuss (PbA) festgelegt. Weitere relevante und potenziell schädliche Begleitelemente waren Inhalt der vorher genannten Forschungsvorhaben und wurden in diesem Rahmen nicht behandelt.

Mit dem Ziel eines umfassenden Modells zur Eigenschaftsvorhersage wurde am GI das im Vorhaben „Quantitative Vorhersage und experimentelle Analyse von Karbiden in hochsiliziumhaltigem Gusseisen mit Kugelgraphit“ entwickelte Mikroseigerungsmodell weiter angepasst. Des Weiteren wurden erste Ansätze zur Vorhersage einer durch Aluminium und Titan herbeigeführten Grafitentartung mittels der Software Micress umgesetzt. Stichpunktartige Untersuchungen der Speisungseigenschaften und der Bearbeitbarkeit in Abhängigkeit der zugegebenen Elemente sowie ein Übertragbarkeitsversuch der Ergebnisse auf ein industrielles Bauteil vervollständigten die Arbeiten. Im Fokus dieses Beitrags stehen neben einer kurzen Darstellung der Umfrageergebnisse vor allem die Untersuchungen der Begleitelementeinflüsse auf die Eigenschaften der GJS-Legierungen und der abschließende Übertragungsversuch für ein Bauteil aus EN-GJS-400-15.

Weitere Informationen:
Gießerei-Institut der RWTH Aachen
Intzestraße 5
52072 Aachen
Univ. Prof. Dr.-Ing.
Andreas Bührig-Polaczek
Tel.: +49 241 80-96791
Adalbert Kutz, M.Sc.
E-Mail: a.kutz(at)gi.rwth-aachen.de
Web: www.gi.rwth-aachen.de


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pdf-Datei aus "GIESSEREI" Heft 9/2020 Seiten 24-31
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