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Die Dekarbonisierung der Stahlindustrie stellt eine der zentralen Herausforderungen auf dem Weg zu einer klimaneutralen Grundstoffproduktion dar. Der vermehrte Einsatz von Stahlschrott im Elektrolichtbogenofen (ELBO) bei der Stahlherstellung ermöglicht eine signifikante Reduktion der CO₂-Emissionen [1], geht jedoch zwangsläufig mit erhöhten Gehalten an Begleitelementen einher [2,3], insbesondere an Kupfer [4]. Diese Verunreinigungselemente lassen sich oftmals nur begrenzt oder, von einem ökonomischen Standpunkt aus gesehen, gar nicht aus der Stahlschmelze entfernen [4] und beeinflussen daher maßgeblich das Umwandlungsverhalten sowie die sich bildenden Ausscheidungen und deren Einfluss auf die mechanische Eigenschaften [5].
Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss verschiedener Kupfergehalte auf das Umwandlungs- und Ausscheidungsverhalten einer untereutektoiden Stahlgüte untersucht. Das Umwandlungsverhalten wurde mittels Dilatometrie, makroskopischer Härtemessung sowie licht- und rasterelektronenmikroskopischer Aufnahmen für ein breites Spektrum an Abkühlraten charakterisiert. Die Bildung kupferreicher Ausscheidungen sowie deren chemische Zusammensetzung in einer perlitischen Mikrostruktur und einem vergütetem Zustand wurde mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie in einem Transmissionselektronenmikroskop und mittels Atomsondentomographie analysiert.
Die Ergebnisse zeigen, dass Kupfer eine ausgeprägte hemmende Wirkung auf die diffusionsgesteuerte Umwandlungskinetik besitzt. Mit zunehmendem Kupfergehalt verschiebt sich der Umwandlungsbeginn zu niedrigeren Temperaturen bzw. längeren Zeiten, wodurch die Bildung displaziver Phasen begünstigt wird. Darüber hinaus kommt es zu einer signifikante Ausscheidung kupferreicher Partikel, die sich bevorzugt an den Grenzflächen zwischen Ferrit und Zementit befinden.
Referenzen
[1] R. Maier, T. Gerres, A.Tuerk, F. Mey, Glob. Environ. Change, 2024, 86, 102846.
[2] I. Daigo, K. Tajima, H. Hayashi, D. Panasiuk, K. Takeyama, H. Ono, Y. Kobayashi, K. Nakajima, T. Hoshino, ISIJ Int., 2021, 61, 498.
[3] D. Raabe, M. Jovičević-Klug, D. Ponge, A. Gramlich, A. Kwiatkowski Da Silva, A. N. Grundy, H. Springer, I. Souza Filho, Y. Ma, Annu. Rev. Mater. Res., 2024, 54, 247.
[4] K. E. Daehn, A. C. Serrenho, J. Allwood, Metall. Mater. Trans. B, 2019, 50, 1225.
[5] L. Hatzenbichler, M. Gocnik, P. Haslberger, M. Galler, A. Stark, O. Glushko, J. Keckes, R. Schnitzer, Steel Res. Int., 2025, 2500172.