Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Perspektivische Entwicklung und Auswirkungen von Legierungselementen in Stahlschrott auf Produktion und Eigenschaften von Gusseisen

Bei der Herstellung von Gusseisen ist Stahlschrott aufgrund seines Kostenvorteils der wichtigste Rohstoff neben Roheisen. In kleinen und mittelständischen Eisengießereien (KMU) liegt der Anteil bei bis zu 60% und in großen Seriengießereien bei bis zu 90%. Allgemein richtet sich der Stahlschrottanteil nach dem C-Gehalt des Roheisens und der Reinheit des Schrotts. Der Anteil und die Vielfalt an Legierungselementen in Stählen steigen insbesondere in jüngerer Zeit deutlich durch den vermehrten Einsatz hochfester Stähle, beispielsweise im PKW-Karosseriebau. Langfristig ist durch den vermehrten Einsatz solcher Stähle mit einer sich deutlich verändernden Stahlschrottlandschaft und einer abnehmenden Verfügbarkeit unlegierter Schrotte zu rechnen, wodurch erhebliche Probleme hinsichtlich einer kostengünstigen Gusseisenproduktion entstehen. Insbesondere in KMU-Gießereibetrieben besteht kein ausreichendes Wissen hinsichtlich dieser Entwicklung und dem Einfluss der vermehrt auftretenden Legierungselemente auf die verschiedenen Gusseisenwerkstoffe. In diesem Projekt werden daher die Auswirkungen der wichtigsten dieser Elemente auf das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften von Gusseisen mit Lamellen- und Kugelgraphit systematisch untersucht und Lösungen zur Einhaltung der Toleranz, auch bei Anwesenheit mehrerer Elemente, entwickelt. Die Ergebnisse werden den Gießereien über eine Datenbank zur Verfügung gestellt, mit deren Hilfe eine Vorhersage der Perlit- und Karbidmenge im Gefüge für die am Spektrometer gemessene chemische Zusammensetzung möglich ist, wodurch Ausschuss vermieden werden kann. Ferner werden über thermodynamische Simulationen in FactSage die Möglichkeiten zur Entfernung bestimmter Elemente aus der Schmelze durch den Einsatz von Schlacken untersucht. Für den möglichen Einsatz und Nutzen dieser Maßnahmen wird eine Kosten-Nutzen-Analyse durchgeführt. Das Projekt verschafft den Gießereibetrieben hierdurch langfristig einen erheblichen Wettbewerbsvorteil.

Ergebniszusammenfassung:

1. Zukünftige Entwicklungstrends für Stahllegierungen und daraus resultierend Antizipation der zukünftig zu erwartenden Begleitelemente wurden erfasst.

Anwendung: Die Bewertung und Identifikation von potenziell kritischen Elementen für den eigenen Prozess werden vereinfacht/ermöglicht. Tolerierbare Gehaltgrenzen für dieses Element können bereits jetzt für den Einkauf von Schrotten festgelegt werden. Entsprechend wird eine „Vorbereitung“ auf die zu erwartenden, zukünftig verfügbaren Stahlschrotte möglich.

2. Die Relevanz von Eingangsprüfungen und detaillierten Absprachen mit Lieferanten wurde herausgearbeitet.

Anwendung: Die Festlegung von individuellen Absprachen mit den Schrottlieferanten und eine konsequente Kontrolle des Wareneingangs können die Schwankungen in der chemischen Zusammensetzung der Schmelze im Schmelzbetrieb eindämmen.

3. Die Einflüsse der Elemente Al, B, Mo und Ti auf das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften von drei Gusseisenwerkstoffen wurden untersucht und quantifiziert.

Anwendung: Diese Zusammenhänge können für die eigene Bewertung von Strahlschrotten im Einkauf und der Schmelze vor dem Abstich im Prozess konsultiert werden. Vorliegende, kritische Begleitelemente können hinsichtlich ihrer Neigung zur Karbidbildung oder Graphitentartung besser eingeschätzt werden. Angemessene Reaktionen im Schmelzprozess können zügig geplant und umgesetzt werden. Darüber hinaus wird hierdurch auch der gezielte Einkauf von bestimmten Schrottsorten für die Herstellung von bestimmten Gusseisensorten unterstützt. Je nach Ziellegierungen können günstigere Schrotte eingesetzt werden, ohne die Qualität des Gusses zu mindern.