Macro- and Microscopic Properties of Gradient Ultra High Strength Thermo-Mechanically Rolled Seamless Steel Tubes

Titel in Übersetzung: Makro- und mikroskopische Eigenschaften von Ultra Hochfesten Thermo-Mechanisch gewalzten nahtlosen Stahlrohren

Gerald Winter

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Höchstfeste thermomechanisch gewalzte nahtlose Stahlrohre (UHSTMRT) werden als Struktur- und Designelemente in den unterschiedlichsten technischen Anwendungen eingesetzt und müssen den vorliegenden statischen, dynamischen, thermischen und chemischen Belastungen standhalten. Künftige Entwicklungen von UHSTMRT können nur auf Basis von Expertise über die Auswirkung der eingebrachten und sich über die Rohrwand veränderten Strukturgradienten, dessen Entstehung sowie deren gezielte Generierung im Produktionsprozess als auch die eingestellten Funktionseigenschaften des Rohres erfolgen. Die Beaufschlagung der Rohroberfläche mit Wasser unmittelbar nach dem letzten Umformaggregat zum Entziehen der Prozesswärme führt in Abhängigkeit der Intensität zur Ausbildung von komplexen Mikrostrukturen, Eigenspannungen und Phasengradienten. Um diese komplexen Struktur- und Funktionseigenschaften betrachten zu können, sind umfangreiche und präzise Untersuchungsmethoden auf mehreren Größen-Skalen erforderlich. Diese Untersuchungen dienen zur Erfassung des Einflusses der Kühlintensität und der resultierenden lokalen Eigenschaften wie Zähigkeit, Streckgrenze, Zugfestigkeit und Dauerfestigkeit des Rohres. In dieser Arbeit wurden hochauflösende und aufwendige Untersuchungsmethoden angewendet, um die makroskopischen Eigenschaften der gewalzten Rohre und der lokal vorliegenden Eigenschaften und deren Wechselwirkungen innerhalb der Gradienten zu ermitteln. Labor- und hochenergetische Strahlungstechniken wie Synchrotron-Strahlung wurden zur Charakterisierung der Eigenschaften von thermomechanisch gewalzten Rohren aus zwei neu entwickelten schweißbaren Legierungskonzepten angewendet. Um die globalen und lokalen Eigenschaften der Rohre zu ermitteln, wurden Proben aus kompletten Rohrsegmenten sowie Kleinstproben angefertigt und geprüft. Die Kleinstproben zur Bestimmung der lokalen mechanischen Eigenschaften mittels Zug und Kerbschlagversuch wurden aus bestimmten Lagen der Rohrwand gefertigt. Ergänzend zu den mechanischen Eigenschaften wurden unter Verwendung von Röntgenbeugung, Moessbauer Spektroskopie, Transmissionselektronenmikroskopie und Lichtmikroskopie auch die Eigenspannungen und die Mikrostruktur über die Rohrwand ermittelt. Durch den Einsatz dieser Multi-Methoden und Multi-Skalen Untersuchungen war es möglich einen umfangreichen Pool an Parametern zu generieren, bestehend aus den Phasen, Gefügemorphologien, Versetzungsdichten, Eigenspannungsprofile, Zugfestigkeiten, Streckgrenzen, Zähigkeit und Härteprofile in Abhängigkeit der Position entlang der Rohrwand. Nach dem Vorliegen der Untersuchungsdaten wurden diese mit den Produktionsbedingungen und den Kühlgradienten zusammengeführt, um die Entstehung der Gradienten und deren Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften des Rohres zu bewerten. Der Rohrkühlprozess nach dem Streckreduzierwalzen wurde parallel zu den Untersuchungen mit der Finiten Elemente Software DEFORMHT simuliert. Das Modell zur Berechnung neuer Legierungen wurde mit den ermittelten Untersuchungsergebnissen laufend validiert und optimiert.
Titel in ÜbersetzungMakro- und mikroskopische Eigenschaften von Ultra Hochfesten Thermo-Mechanisch gewalzten nahtlosen Stahlrohren
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Keckes, Jozef, Beurteiler B (intern)
  • Buchmayr, Bruno, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2015

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • makro- und mikroskopische Eigenschaften
  • nahtloses Stahlrohr
  • ultra hoch fest
  • Thermo-mechanisch gewalzt
  • Synchrotron
  • XRD
  • Eigenspannungen
  • Röntgenbeugung
  • Mössbauer Spektroskopie
  • TEM
  • Spritzwasserkühlung
  • Thermomechanische Behandlung

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