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04.06.2009

Stahl – entscheidend ist, was drin ist

Europäische Norm bewegt die Stahlbranche

Ein einheitliches Verfahren zur Bestimmung des Stahlreinheitsgrade war längst überfällig. Seit Juli 2007 gilt in Europa die neue Norm zur Stahlreinheitsgradbestimmung EN10247. Darüber sprachen Anja Schué und Jürgen Paul, Leica Microsystems, Wetzlar, mit Dipl.-Ing. Damian Moll, Leiter der Metallografie der AG der Dillinger Hüttenwerke (Dillinger Hütte) und Obmann der Arbeitsgruppe EN10247 des Stahlinstituts VDEh.

Herr Moll, wie wichtig sind die Lichtmikroskopie und die Bilddokumentation für Ihre Arbeit?

Moll Generell ist die Lichtmikroskopie neben den mechanisch-technologischen Prüfungen eines der grundlegenden Verfahren für Stahluntersuchungen. Sie begleitet die Stahlproben von der Präparation bis zu automatisierten Untersuchungen mithilfe der Bildanalyse. Die Lichtmikroskopie liefert Informationen über die Mikrostruktur des Stahls.

Dipl.-Ing. Damian Moll, Leiter der Metallografie der Dillinger Hütte

Das Gefüge der Proben kann aufgrund zahlreicher Wärmebehandlungen unterschiedlich ausgebildet sein. Mithilfe der Lichtmikroskopie können wir das Gefüge qualitativ und quantitativ beurteilen. Dabei werden Parameter wie Korngröße, Ausbildung und Verteilung unterschiedlicher Phasen oder Gehalt und Verteilung nichtmetallischer Einschlüsse für die Beurteilung der Proben herangezogen. Aus der Mikrostruktur der Proben gewinnen wir Kenntnisse über makroskopische Eigenschaften, die wiederum in die gezielte Entwicklung von neuen Stahlqualitäten einfließen.

Die Metallografie befasst sich im Wesentlichen mit Mikrostrukturen und deren Abbildung. Deshalb kommen wir nicht ohne Bilddokumentation und Archivierung aus. In unseren Bilddatenbanken stecken Wissen und wertvolle Erfahrungen, auf die wir jederzeit zurückgreifen können.

Welchen Stellenwert nimmt die Stahlreinheitsgradprüfung bei nichtmetallischen Einschlüssen ein?

Oxidische Einschlüsse im Stahl

Oxidische Einschlüsse im Stahl

Moll Die Reinheitsgradprüfung ist eine der am häufigsten angewandten metallografischen Prüfungen am Werkstoff Stahl. Nichtmetallische Einschlüsse, die als Oxide und Sulfide vorkommen, befinden sich in geringen Mengen in jedem Stahl. Form, Zusammensetzung und Verteilung der Einschlüsse sind durch Produktionsprozesse wie Schmelzverfahren, Desoxidationsverfahren, Legierungsbestandteile,  Gießtechnik und Formgebung bedingt. Einschlüsse haben meist einen negativen Einfluss auf Werkstoffeigenschaften. Je nach Verwendungszweck, Einsatzbedingungen und gewünschten Eigenschaften der Endprodukte können und sollen Menge, Form, Größe, chemische Zusammensetzung und Eigenschaften der Einschlüsse unterschiedlich bewertet werden.

Für die Reinheitsgradprüfung setzen wir neben der manuellen Prüfung auch die automatisierte Bildanalyse ein. Sie vereinfacht die sonst zeitaufwendigen Methoden der quantitativen Bestimmung des Stahlreinheitsgrads.

Das Komplettsystem Leica Steel Expert für die vollautomatische Reinheitsgradbestimmungvon Stählen

Das Komplettsystem Leica Steel Expert für die vollautomatische Reinheitsgradbestimmungvon Stählen

Was war der Hintergrund für die Einführung der neuen europäischen Norm?

Moll Im Zusammenhang mit der europäischen Normung von Anforderungen an Stähle entstand der dringende Bedarf, ein einheitliches Verfahren zur Stahlreinheitsgradbestimmung festzulegen. Bereits 1988 hat das Europäische Komitee für Eisen- und Stahlnormung ECISS die Ausarbeitung der neuen EN 10247 beschlossen. Diese wurde 1998 als Entwurf veröffentlicht und im Juli 2007 als gültige Norm eingeführt. Während einer zweijährigen Übergangszeit konnte in Deutschland die DIN 50602 noch als gültige Norm angewandt werden.

Wie sehen Sie die Akzeptanz der neuen Norm in der Stahlindustrie?

Moll Die europäische Norm basiert auf dem bisher in der Praxis angewandten Untersuchungsverfahren. Auch die Standard-Auswerteverfahren ähneln den bisherigen Auswertemethoden. Für Anwender bietet die Norm eine einfachere und eindeutigere Klassierung der Einschlüsse durch eindeutige Einschlussdefinitionen und Regeln der Teilchenzusammenführung. Der Aufbau der neuen Bilderrichtreihe auf der Basis mathematischer Beziehungen und die physikalischen Dimensionen der ermittelten Werte erleichtern ebenfalls die Vergleichbarkeit der Ergebnisse. Die neue Norm ermöglicht durch die der Bildreihe zugrunde liegenden mathematischen Algorithmen und eindeutigen Regeln zur Bewertung von Einschlüssen auch den Einsatz von Bildanalysesystemen. Deren Hersteller wurden aktiv in die Arbeit der VDEh-Arbeitsgruppe einbezogen.

Inzwischen erkennen immer mehr Anwender die Vorzüge der neuen Norm, diese wird immer öfter angewandt. Nicht zuletzt, um neue Erfahrungswerte nach EN 10247 für die Qualitätssicherung zu ermitteln. Jeder neue Standard braucht aber eine gewisse Gewöhnungsphase. Deshalb wird die Akzeptanz mit jeder neuen Auswertung und mit jedem Erfahrungsaustausch zwischen Kunde und Stahllieferant steigen.

Bestimmen Ihre Kunden die verwendeten Qualitätsstandards oder haben Sie hier freie Hand?

Moll Qualitätsprüfungen stellen sicher, dass Produkteigenschaften die spezifizierten Anforderungen des Kunden erfüllen. Art und Umfang solcher Prüfungen sind entweder in verpflichtenden Regelwerken festgelegt oder auftragsbezogen zwischen Kunde und Lieferant vereinbart.

Wie sehen Sie die Zukunft des Werkstoffs Stahl?

Moll Seit mehr als 3000 Jahren ist der Werkstoff Stahl Grundlage für den technischen Fortschritt. Die richtungsweisenden technischen Entwicklungsschübe wie Dampfmaschine, Eisenbahn, Automobil, Nachrichtentechnik, Raumfahrt und Computertechnik hätte es ohne Stahl nicht gegeben. Ständig werden neue Stähle entwickelt und vorhandene weiterentwickelt. Um nur ein Beispiel zu nennen: Wurden 1889 noch 7 000 t Stahl für die Errichtung des Eiffelturms gebraucht, könnten wir diesen heute mit 2 000 t bauen. Und die Entwicklung ist noch lange nicht am Ende. Hinzu kommt, dass Stahl problemlos recycelbar und somit ein nachhaltig einsetzbarer Werkstoff ist. Stahl ist ein spannender, hochmoderner Werkstoff, der noch viel Potenzial für zukünftige Anwendungen hat.

Die Dillinger Hütte stellt Grobbleche her, die bis zu 400 mm dick, 5,2 m breit und 36 m lang sein können. Die Brammen aus Strangguss werden bei einer Temperatur von 1200 °C mit einer Kraft von bis zu 11000 Tonnen an den Walzgerüsten in die gewünschte Dicke und Länge ausgewalzt.

Die Dillinger Hütte stellt Grobbleche her, die bis zu 400 mm dick, 5,2 m breit und 36 m lang sein können. Die Brammen aus Strangguss werden bei einer Temperatur von 1200 °C mit einer Kraft von bis zu 11000 Tonnen an den Walzgerüsten in die gewünschte Dicke und Länge ausgewalzt.

Europäische Norm

Das in der europäischen Norm festgelegte Verfahren beruht auf der Analyse einer definierten Prüffläche eines metallografischen Schliffs im ungeätzten Zustand. Die Probe muss aus einer vorgeschriebenen Stelle des Produkts entnommen sein. Die mindestens 200 mm 2 große Prüffläche wird mit einer geeigneten Vergrößerung nach nichtmetallischen Einschlüssen abgesucht. Die Standardvergrößerung beträgt 100x, möglich sind auch 50x oder 200x. Die Einschlüsse werden über einen Vergleich mit Bildern einer Richtreihe bewertet. Die Norm gilt für Teilchen mit einer Länge von 3 bis 1410 µm und eine Breite ab 2 µm.

Vollautomatische Reinheitsgradbestimmung

Das Komplettsystem Leica Steel Expert besteht aus einer High-End-Software, dem automatisierten inversen Industriemikroskop Leica DMI5000 M – alternativ den aufrechten Mikroskopen Leica DM4000 M oder DM6000 M – und einer hochsensiblen Farbkamera. Nichtmetallische Einschlüsse aller gängigen Stahlsorten werden basierend auf Farbe, Helligkeit, Form und Anordnung vollautomatisch klassifiziert und bewertet. Die Messdaten sind als Rohdaten und in Form standardkonformer Ergebnisse simultan zur Messung verfügbar. Leica Steel Expert unterstützt alle internationalen Standards zur Stahlreinheitsgradbestimmung: ASTM E45 A, D, E, ISO 4967 A, B, DIN 50602 K, M, JK und JIS 0555. Darüber hinaus ist die mathematisch exakt definierte europäische Stahlreinheitsgradnorm EN 10247 in vollem Umfang implementiert.

Das Gespräch führten Anja Schué und Jürgen Paul, Leica Microsystems, Wetzlar.

Literaturhinweis

1 Moll, D.; Wehrstedt, A.: Für die Bestimmung nichtmetallischer Einschlüsse in Stählen mit Richtreihenbildern gilt jetzt DIN EN 10247:2007-07. DIN Mitteilungen, Zeitschrift für deutsche, europäische und internationale Normung, Ausgabe 3, März 2009, S. 32-39

2 DIN EN 10247:2007 Metallografische Prüfung des Gehaltes nichtmetallischer Einschlüsse in Stählen mit Bildreihen, Beuth Verlag Berlin

Anja Schué
T 06441 29-2201
anja.schue <AT> leica-microsystem.com

Damian Moll
T 06831 47-3993
damian.moll <AT> dillinger.biz

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