Einfluss von Alkalimetallen auf nichtmetallische Einschlüsse in der Stahlmatrix

Benjamin Suppan

doi:10.34901/mul.pub.2026.059

Einfluss von Alkalimetallen auf nichtmetallische Einschlüsse in der Stahlmatrix

Translated title of the contribution: Influence of alkalielements on non-metallic inclusions in steel matrix

Benjamin Suppan

Chair of Ferrous Metallurgy (220)

Research output: Thesis › Master's Thesis

Abstract

To meet the increasing demands upon the mechanical properties of modern steels, the importance of non-metallic inclusions in steel is increasing. The requirements for number, size, morphology, and chemical composition of NMIs in steels are becoming increasingly stringent, making the control of inclusions an essential aspect in the production of modern steels. Inclusion treatment in secondary metallurgy is a vital means of ensuring the necessary degrees of purity. In addition to slag treatment, direct modification of inclusions is also becoming an increasingly important area for improving the mechanical properties of steels. This work compares methods for introducing alkali elements into steel melts and using them to modify non-metallic inclusions. Na and K were used as carbonates for this purpose, and various methods of charging the melt were tested. Carbonate-filled steel tubes and self-produced pellets were used for this purpose. These were then added to a steel melt covered with slag, and their behavior and handling were evaluated. It was determined that adding pellets was the better method, two steel samples were treated with Na2CO3 and K2CO3 pellets, respectively. To determine how the treatment affects non-metallic inclusions and whether indirect and/or direct modification occurred, the steel samples were analyzed using SEM/EDX measurements, and the data was evaluated. The discovery of alkalis in the NMI indicates that direct modification has occurred. Indirect modification has been verified by changes in the number, ECD and chemical composition of the NMI.

Translated title of the contribution	Influence of alkalielements on non-metallic inclusions in steel matrix
Original language	German
Qualification	Dipl.-Ing.
Awarding Institution	Montanuniversität
Supervisors/Advisors	Preißer, Nikolaus, Co-Supervisor (internal) Steinlechner, Stefan, Co-Supervisor (internal) Michelic, Susanne, Supervisor (internal)
Award date	19 Dec 2025
DOIs	https://doi.org/10.34901/mul.pub.2026.059
Publication status	Published - 2025

Bibliographical note

embargoed until 10-11-2030

Keywords

Non-metallic inclusions
modification of non-metallic inclusions
steel cleaness

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10.34901/mul.pub.2026.059Licence: CC BY

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Final published version, 2.69 MB
Embargo ends: 10/11/30

Cite this

@mastersthesis{1028b3263ac743b483d020c87ea49586,

title = "Einfluss von Alkalimetallen auf nichtmetallische Einschl{\"u}sse in der Stahlmatrix",

abstract = "Um den steigenden Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften von modernen St{\"a}hlen gerecht zu werden, nimmt die Bedeutung der Kontrolle der nichtmetallischen Einschl{\"u}sse im Stahl stetig zu. Die Anforderungen an Anzahl, Gr{\"o}{\ss}e, Morphologie und chemische Zusammensetzung der Einschl{\"u}sse in St{\"a}hlen werden fortlaufend strenger, womit deren Kontrolle ein wesentlicher Aspekt der Herstellung von modernen St{\"a}hlen ist. Hierbei ist die Behandlung in der Sekund{\"a}rmetallurgie ein wichtiges Mittel, um die geforderten Reinheitsgrade zu gew{\"a}hrleisten. Neben der Schlackenbehandlung wird auch die direkte Modifikation von Einschl{\"u}ssen ein immer wichtigeres Gebiet, um die mechanischen Eigenschaften gew{\"a}hrleisten zu k{\"o}nnen. Im Zuge dieser Arbeit werden Methoden verglichen, um Alkalielemente in Stahlschmelzen einzubringen und mit diesen die nichtmetallischen Einschl{\"u}sse zu modifizieren. Daf{\"u}r wurden Na und K als Karbonate verwendet und verschiedenen M{\"o}glichkeiten des Chargierens in die Schmelze getestet. Daf{\"u}r wurden mit Karbonat gef{\"u}llte Stahlr{\"o}hrchen und selbsthergestellte Tabletten verwendet. Diese wurden im Anschluss in eine mit Schlacke bedeckte Stahlschmelze zugegeben. Anschlie{\ss}end werden das Verhalten und die Handhabung evaluiert. Die Tablettenzugabe hat sich als die bessere Methode herausgestellt und zwei Stahlproben wurden jeweils mit Na2CO3- und K2CO3-Tabletten behandelt. Um festzustellen, wie sich die Behandlung auf nichtmetallische Einschl{\"u}sse auswirkt und ob eine indirekte und/oder eine direkte Modifikation erfolgte, wurden die nichtmetallischen Einschl{\"u}sse in den Stahlproben mittels REM/EDX-Messung analysiert und die Daten ausgewertet. Dadurch, dass Alkalien in den NME gefunden wurden, ist die direkte Modifikation nachgewiesen. Die indirekte Modifikation wurde durch die Ver{\"a}nderung der Anzahl, des ECDs und der chemischen Zusammensetzung der NME gezeigt.",

keywords = "Nichtmetallische Einschl{\"u}sse, Modifikation von Einschl{\"u}ssen, Stahlreinheit, Non-metallic inclusions, modification of non-metallic inclusions, steel cleaness",

author = "Benjamin Suppan",

note = "gesperrt bis 10-11-2030",

year = "2025",

doi = "10.34901/mul.pub.2026.059",

language = "Deutsch",

school = "Montanuniversit{\"a}t Leoben (000)",

}

TY - THES

T1 - Einfluss von Alkalimetallen auf nichtmetallische Einschlüsse in der Stahlmatrix

AU - Suppan, Benjamin

N1 - gesperrt bis 10-11-2030

PY - 2025

Y1 - 2025

N2 - Um den steigenden Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften von modernen Stählen gerecht zu werden, nimmt die Bedeutung der Kontrolle der nichtmetallischen Einschlüsse im Stahl stetig zu. Die Anforderungen an Anzahl, Größe, Morphologie und chemische Zusammensetzung der Einschlüsse in Stählen werden fortlaufend strenger, womit deren Kontrolle ein wesentlicher Aspekt der Herstellung von modernen Stählen ist. Hierbei ist die Behandlung in der Sekundärmetallurgie ein wichtiges Mittel, um die geforderten Reinheitsgrade zu gewährleisten. Neben der Schlackenbehandlung wird auch die direkte Modifikation von Einschlüssen ein immer wichtigeres Gebiet, um die mechanischen Eigenschaften gewährleisten zu können. Im Zuge dieser Arbeit werden Methoden verglichen, um Alkalielemente in Stahlschmelzen einzubringen und mit diesen die nichtmetallischen Einschlüsse zu modifizieren. Dafür wurden Na und K als Karbonate verwendet und verschiedenen Möglichkeiten des Chargierens in die Schmelze getestet. Dafür wurden mit Karbonat gefüllte Stahlröhrchen und selbsthergestellte Tabletten verwendet. Diese wurden im Anschluss in eine mit Schlacke bedeckte Stahlschmelze zugegeben. Anschließend werden das Verhalten und die Handhabung evaluiert. Die Tablettenzugabe hat sich als die bessere Methode herausgestellt und zwei Stahlproben wurden jeweils mit Na2CO3- und K2CO3-Tabletten behandelt. Um festzustellen, wie sich die Behandlung auf nichtmetallische Einschlüsse auswirkt und ob eine indirekte und/oder eine direkte Modifikation erfolgte, wurden die nichtmetallischen Einschlüsse in den Stahlproben mittels REM/EDX-Messung analysiert und die Daten ausgewertet. Dadurch, dass Alkalien in den NME gefunden wurden, ist die direkte Modifikation nachgewiesen. Die indirekte Modifikation wurde durch die Veränderung der Anzahl, des ECDs und der chemischen Zusammensetzung der NME gezeigt.

AB - Um den steigenden Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften von modernen Stählen gerecht zu werden, nimmt die Bedeutung der Kontrolle der nichtmetallischen Einschlüsse im Stahl stetig zu. Die Anforderungen an Anzahl, Größe, Morphologie und chemische Zusammensetzung der Einschlüsse in Stählen werden fortlaufend strenger, womit deren Kontrolle ein wesentlicher Aspekt der Herstellung von modernen Stählen ist. Hierbei ist die Behandlung in der Sekundärmetallurgie ein wichtiges Mittel, um die geforderten Reinheitsgrade zu gewährleisten. Neben der Schlackenbehandlung wird auch die direkte Modifikation von Einschlüssen ein immer wichtigeres Gebiet, um die mechanischen Eigenschaften gewährleisten zu können. Im Zuge dieser Arbeit werden Methoden verglichen, um Alkalielemente in Stahlschmelzen einzubringen und mit diesen die nichtmetallischen Einschlüsse zu modifizieren. Dafür wurden Na und K als Karbonate verwendet und verschiedenen Möglichkeiten des Chargierens in die Schmelze getestet. Dafür wurden mit Karbonat gefüllte Stahlröhrchen und selbsthergestellte Tabletten verwendet. Diese wurden im Anschluss in eine mit Schlacke bedeckte Stahlschmelze zugegeben. Anschließend werden das Verhalten und die Handhabung evaluiert. Die Tablettenzugabe hat sich als die bessere Methode herausgestellt und zwei Stahlproben wurden jeweils mit Na2CO3- und K2CO3-Tabletten behandelt. Um festzustellen, wie sich die Behandlung auf nichtmetallische Einschlüsse auswirkt und ob eine indirekte und/oder eine direkte Modifikation erfolgte, wurden die nichtmetallischen Einschlüsse in den Stahlproben mittels REM/EDX-Messung analysiert und die Daten ausgewertet. Dadurch, dass Alkalien in den NME gefunden wurden, ist die direkte Modifikation nachgewiesen. Die indirekte Modifikation wurde durch die Veränderung der Anzahl, des ECDs und der chemischen Zusammensetzung der NME gezeigt.

KW - Nichtmetallische Einschlüsse

KW - Modifikation von Einschlüssen

KW - Stahlreinheit

KW - Non-metallic inclusions

KW - modification of non-metallic inclusions

KW - steel cleaness

U2 - 10.34901/mul.pub.2026.059

DO - 10.34901/mul.pub.2026.059

M3 - Masterarbeit

ER -