Entstehung, Modifikation und Verminderung von Einschlüssen bei Si-beruhigten Stählen am Beispiel von Wälzlagerstahl

Abstract

Der Reinheitsgrad der Wälzlagerstähle spielt eine entscheidende Rolle für die Lebensdauer bei der Anwendung. Oxidische Einschlüsse, die während des Stahlherstellungsprozesses entstehen, beeinträchtigen den Reinheitsgrad, was zum vorzeitigen Versagen der Bauteile (Wälzlager) führen kann. Das Ziel dieser Dissertation ist, die Mechanismen der Entstehung und Maßnahmen zur Verminderung von nichtmetallischen oxidischen Einschlüssen während der Fertigung und im Fertigmaterial Si-desoxidierter Wälzlagerstähle bei der Saarstahl AG zu beschreiben. Neben den sich während der sekundärmetallurgischen Behandlung bildenden, die Sauer-stoffentwicklung in der Stahlschmelze beeinflussenden Mikroeinschlüssen, wurde die Ent-stehung der im Fertigprodukt als Einzelereignisse vorliegenden, den Reinheitsgrad beein-trächtigenden Makroeinschlüsse untersucht. Darüber hinaus wurden Verbesserungsmaßnahmen zur Beschleunigung von Sauerstoff-abbau, Verringerung der Einschlussdichte und Verbesserung des Makroreinheitsgrades bei Wälzlagerstählen abgeleitet. Der Fokus der Untersuchungen lag auf der Optimierung der Legierung, Anpassung der Schlackenführung und Ursachenforschung zur Entstehung der albitischen Einschlüsse. Anschließend wurde das Verformungsverhalten der Makro-einschlüsse im gewalzten Produkt in Abhängigkeit von ihrer chemischen Zusammenset-zung untersucht und deren Einfluss auf die Stahleigenschaften dargelegt.

Cleanliness of bearing steels plays a major role in the product’s lifetime in any application. Oxide inclusions, which form during the steelmaking process, degrade the steel cleanliness and lead to an earlier failure of elements (bearings). The aim of this dissertation is to describe the formation mechanisms of, and the methods to abate, non-metallic oxide inclusions during the steelmaking process and in finished product of Si-deoxidized bearing steels manufactured at Saarstahl AG. In addition to the formation of micro inclusions during the secondary steelmaking, which affect the oxygen content in the steel melt, the origin of macro inclusions, which exist as single occurrences in the finished product and lead to a degradation of the cleanliness, was investigated. Furthermore, improvement measures for accelerating the oxygen removal, decreasing the inclusion density and enhancing the macro steel cleanliness in bearing steels were de-duced. These investigations were focused on the optimization of alloying, adjustment of steelmaking slags and the origin of albite inclusions. Subsequently, the deformation be-havior of the macro inclusions in the rolled material in dependence on their chemical com-position was investigated and their influence on the steel properties was demonstrated.