Seigerungen

27.01.2021 | Artikel der Salzgitter Flachstahl GmbH


Stahl weist vielfältige Einsatzmöglichkeiten auf, bei denen es jeweils auf bestimmte Materialeigenschaften besonders ankommt. Neben der äußeren Beschaffenheit wie z. B. der Abmessung oder den mechanisch-technologischen Materialeigenschaften, spielt auch die innere Beschaffenheit eine Rolle.

Ein Teilaspekt der inneren Qualität sind sogenannte Seigerungen. Man kann sich diese rein optisch wie Wachstumsringe bei Bäumen vorstellen. Ähnlich wie Wachstumsringe, die aufgrund unterschiedlicher Zellgrößen und Zellzusammensetzung im Jahresverlauf entstehen, stellen sich Seigerungen als einzelne und zum Teil wiederkehrende Zeilen im Gefüge dar und bestehen aus lokalen Elementanreicherungen.

Bei der Erzeugung von Brammen wird flüssiger Stahl mittels kontinuierlichem Stranggießverfahren in den festen Zustand überführt. Bei der Salzgitter Flachstahl sind vier Stranggießanlagen im Einsatz.

Beim Vergießen können sogenannte Seigerungen entstehen. Dabei unterscheidet man zwischen Mikro- und Makroseigerungen.
Mikroseigerungen entstehen im Zuge einer dendritischen Erstarrung, sind lokal begrenzt und sehr fein verteilt. Aufgrund von unterschiedlichen, temperaturabhängigen Löslichkeiten von Legierungselementen (fest/flüssig), kommt es zu Konzentrationsunterschieden bei der Bildung von Mischkristallen. Durch ein Diffusionsglühen können solche Seigerungen auf Kristallebene grundsätzlich wieder aufgelöst werden.

Makroseigerungen können mehrere Ursachen haben. Kommt es beispielsweise zu einer Strangausbauchung (Bulging), so entsteht an der Erstarrungsfront eine zusätzliche mechanische Spannung. Solche Spannungen können auch durch Biegeprozesse (z.B. beim Rückbiegen der Bramme in Kreisbogenanlagen) am Strang entstehen. Aufgrund dieser Zugspannung und der kurz nach der Erstarrung noch niedrigen Festigkeit des Materials kann es an der Erstarrungsfront zu einer Bildung von kleinen Anrissen kommen. Die vor der Erstarrungsfront mit Legierungselementen angereichte Schmelze wird in diese Anrisse hineingesaugt und dort eingeschlossen (die sogenannte Heißrissseigerung).

Des Weiteren ist eine Entstehung von Makroseigerungen beim Übergang von der flüssigen in die feste Phase möglich. Durch den Volumenschwund kommt es im Kernbereich zu einem Unterdruck, der ein Ansaugen von angereicherter Restschmelze aus umgebenden Dendritenzwischenräumen bewirkt. Durch einen Einsatz der sogenannten Softreduction wird die Strangschale zusammengedrückt, was den Volumenschwund kompensiert und ein Nachfließen der angereicherten Restschmelze reduziert, aber nicht vollständig beseitigt.

Das Auswalzen dieser in den Brammen auftretenden Seigerungen führt final zu den längsgestreckten zeiligen Gefügestrukturen.
Schwefel, Phosphor, Kohlenstoff und Mangan sind typische Elemente, die in Seigerungen angereichert zu finden sind.
Seigerungserscheinungen resultieren aus Konzentrationsunterschieden. Aufgrund von Geometrie und Abkühlbedingung ergeben sich daher auch unterschiedliche Brammenerstarrungsverläufe.

Der Übergang zwischen einer werkstofftypischen Zeiligkeit und einer Seigerung ist z.T. fließend und kann eine Herausforderung an die Weiterverarbeitung darstellen.

Eine einheitliche Beschreibung und metallografische Bestimmung von Seigerungen sind derzeit nicht genormt. Das erschwert eine Vergleichbarkeit verschiedener Messungen bzw. lässt diese überhaupt nicht zu. Einzelne Labore haben daher aufgrund ihrer individuellen Erfahrungen eigene Prüfbedingungen (u.a. Probenvorbereitung, Ätzung, Einwirkdauer, …) entwickelt. Unterschiedliche Haltezeiten im Ätzmittel beispielsweise bewirken deutlich unterschiedliche Ergebnisse und damit Interpretationsmöglichkeiten:

Seigerungen können abhängig von der Stahlzusammensetzung und der Brammengeometrie nicht immer vermieden werden. Vor allem hochlegierte Stähle weisen aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung vermehrt Seigerungen auf. Deren Intensität hängt dabei u.a. von den Erstarrungsbedingungen, der Breite des Erstarrungsintervalls und der Diffusionsgeschwindigkeit der Legierungselemente ab.

Die Salzgitter Flachstahl arbeitet kontinuierlich daran, Seigerungen zu minimieren. So wird das ausgewalzte Band beispielsweise regelmäßig hinsichtlich des Auftretens möglicher Seigerungen kontrolliert. Hierbei wird klassifiziert zwischen „mittigen Seigerungen“ (= das mittlere ½ der Banddicke) und „nicht mittigen Seigerungen“ (= die jeweils äußeren ¼ der Banddicke).

Bei Konstruktion und Prüfung des jeweiligen Endproduktes sind eventuell auftretende Seigerungen im Vorfeld einer Festlegung von Werkstoff und Herstellprozess ebenso zu berücksichtigen wie z.B. nicht völlig vermeidbare nichtmetallische Einschlüsse. Eine Reduzierung von C, Mn, P oder S können - sofern technisch umsetzbar - positive Effekte zeigen.

Für weitergehende Fragen steht Ihnen unsere technische Kundenberatung gerne zur Verfügung.