Einfluss der Schmelzrate auf die Charakteristiken nichtmetallischer Einschlüsse beim Elektroschlacke-Umschmelzen unter Schutzgas

Summary

A rd750 mm ESR-ingot of the steel grade 1.4938 was remelted under protective gas atmosphere in a short collar mould. A CaF₂-CaO-Al₂O₃-standard-ESR-slag was used for remelting. The investigations were done by using three different meltrates during remelting of the entire ingot. After stable conditions were achieved, the liquid metal pool was marked by adding solid tungsten granulate. To investigate the cleanliness of the ingot in the condition as cast, samples from the surface, half radius and centre of the ingot were taken along the marked pool. An automated method of the SEM-EDX-analysis was applied for the characterization of non-metallic inclusions (NMI). The classification of the NMI was carried out for type, size and quantitiy and was related to the meltrate. The main non-metallic inclusion types were determined as Al₂O₃, calcium-aluminate and Al-rich oxisulfides. The best cleanliness was found in the ingot area where the lowest meltrate was applied. An increasing cleanliness from surface to centre was established in each ingot area. The explanation of the relationship between cleanliness and meltrate is given by a thermodynamic equilibrated approach of the ESR process.

Zusammenfassung

An der ESU-Gleittiegelanlage der Breitenfeld AG wurde bei dreimaliger Variation der Schmelzrate ein ø750 mm Block der Stahlmarke 1.4938 mit einer CaF₂-CaO-Al₂O₃-Standard-ESU-Schlacke unter Schutzgas umgeschmolzen. Nach dem Erreichen der jeweils gewünschten Abschmelzbedingungen diente die Zugabe eines Feststoffgranulats zur Markierung des flüssigen Metallpools. Anschließend erfolgte das Zerteilen des Blockes und die Entnahme repräsentativer Proben (Gussgefüge) entlang des markierten Pools an den Positionen Rand, R/2 und Zentrum. Die Methode der automatisierten REM-EDX-Analyse zur Charakterisierung der detektierten nichtmetallischen Einschlüsse (NME) folgte. Die Klassifizierung der NME wurde für jede Blockzone und Probenposition nach Typ, Größe und Menge vorgenommen und mit der Schmelzrate in Beziehung gesetzt. Al₂O₃ und Al-reiche Oxisulfide wurden am häufigsten detektiert. Die Blockzone mit der geringsten Schmelzrate ergab die vergleichsweise beste Stahlreinheit, wobei diese vom Rand in Richtung Zentrum zunahm. Eine ansatzweise Erklärung des Zusammenhangs zwischen abnehmender Stahlreinheit mit steigender Schmelzrate wurde mit einer thermodynamischen Gleichgewichtsbetrachtung des ESU-Prozesses gegeben.