V on E rn s t K ra yn ik , D ipl.-In gen ieu r.
B ek ann tlich üben eigenartige, noch nicht genü gen d au fgeklärte chem ische V orgä n ge beim H ängen der G ichten im H ochofen einen b e deutenden Einfluß a u f die Zusam m ensetzung der Gase aus.
D a ich längere Z e it hindurch G elegenheit hatte, a u f einem rheinischen H ochofen w erk e die durch das H ängen der G ichten hervorgernfenen Schw ankungen in der Zusam m ensetzung der G ase regelm ä ß ig zu beobachten, dürfte die nachstehende T a b e lle den Fachleuten einiges Interesse bieten und v ielleich t zu r w eiteren A n fkläru ng der V o r gän ge im H ochofen beitragen.
D er fra g lich e Ofen hatte etw a 3 7 0 cbm Raum inhalt. Es w urde bei einem K okssa tze von etw a 9 3 0 k g au f die T on n e Roheisen au f Thom aseisen geblasen . D er M öller enthielt außer Schlacken, Brauneisensteinen, M inetten, R oteisen steinen, Spateisensteinen und schw edischen E rzen etw a 3 bis 5 °/° u ngerösteten B lackband. W ä h ren d des S treiks im R u h rkoh len revier w urde der Ofen redu ziert betrieben. N ach der W iederaufnahm e des vollen B etriebes stellten sich g rö ß ere Störungen ein, die durch H ängen der G ichten herbeigeführt wurden.
D ie Analysen der in der Z eit der Störungen an der G ich t entnommenen Gasproben sind nach
stehend zusam m engestellt.
D ie G ase zeichnen sich aus:
1. durch das A u ftreten g röß e re r M engen Sauerstoff;
2. durch Schw ankungen des G ehaltes an K oh len säure und K o h len ox y d ;
3. durch das A u ftreten von schw eren K ohlen w asserstoffen.
1. Ich nehme an, daß der beträ ch tlich e Sauerstoffgehalt des Gases aus dem W in d e her
rührt. D a es sich um ein sogenanntes kaltes H ängen handelte, sobald g röß e re M engen Sauer
stoff im G ase auftraten, verm ute ich, daß ein T e il des W in d e s a u f seinem W e g e durch die gesin terte B esch icku n g unw irksam b lieb . E in A nbohren des Schachtes in der H öhe des K oh len sackes bestä tigte diese Annahm e. D ie B e
sch icku n g w ar so vollkom m en g e s in te r t, daß das E insch lagen einer Stahlstange unm öglich w ar.
D ie Tem peratur an der G ich t w ar au ßerorden t
lich n iedrig, sobald g rö ß ere M engen Sauerstoff auftraten. W en n auch die G ichttem peratur n ich t immer zu ve rlä ssig ist, m öchte ich doch au f die R eg elm ä ß ig k eit dieser E rsch einu n g h inw eisen.
Beim Stürzen der G ichten wurden neben K oks- und E rzbrock en ungeheure M engen feinen K oh len
staubes ex p losion sartig herausgeschleudert. Nun denke ich m ir, wenn kurz vorh er beim H ängen der G ichten durch die A n alyse g ro ß e Mengen Sauerstoff n achgew iesen w erden konnten, daß bei eintretenden H ochofen explosion en eine in nige B eziehung zw isch en dem S au erstoff und dem feinen K ohlenstaub bestehen muß.
2. D ie S chw ankungen des G ehaltes an K ohlensäure und K oh len oxyd stellte ich stets bei O berfeuer fest. Es handelt sich hier offenbar um die bekannte E rsch ein u n g des H in- und H erschw ankens der R edn k tion svorgä n ge, die .durch H inaufrücken der unteren T em p eratu r
zonen im H och ofen bew irk t w ird. D er zuw eilen auftretende g roß e Ü berschuß an K oh len oxyd ist w ahrscheinlich in fo lg e der Z ersetzu ng der K ohlen säure durch pyroph orischen K ohlenstau b ent
standen.
3. D ie sch w eren K ohlenw asserstoffe konnte ich nur in P roben nachw eisen, die an der G icht entnommen w urden, aber nie in P roben ans der L eitu n g. Ich nehme daher an, daß sie au f dem W e g e in der L eitu n g kondensierten und vom K ondensw'asser des Gases aufgenom men w urden.
D iese Annahm e w urde b estä tig t durch die A n alyse des H och ofen ga sw assers, durch den
1439 Stahl and Eisen. Hochofengase beim Hängen der Gichten. 26. Jahrg. Nr. 24.
15. Dezember 1905. Die „T ern är“ - Stähle. Stahl und Eisen. 1439
Gasen außer den schw eren K ohlenw asserstoffen noch reich lich e Mengen W a ssorstoff nachgew iesen Auftreten der schw eren K ohlenw asserstoffe stets außergew öhnlich heiß w ar, so verm ute ich, daß U ntersuchungen über die mechanischen E igen schaften und den m ikrographischen A u fbau der aus einer m ikrographischen U ntersuchung ziehen lassen.
D a r s t e l l u n g d e s A b h ä n g i g k e i t s v e r h ä l t n i s s e s d e r G e f ü g e b i l d u n g v o m G e h a l t e d e s S t a h l s
15. Dezember 1905. Die „ Ternär“ - Stähle. Stahl and Eisen. 1441
S toßbea n spru ch u n g; die M öglich k eit der B ea r
beitung ist v ö llig von dem dritten Elem ent ab
h än gig.' W e is t der Stahl k a r b i d i s c h e s K le in g efü g e auf, so kann man mit ein iger Ü bung aus dem Vorhandensein von ganz runden K örnchen au f Chromstahl, aus dem A u ftreten von sehr feinen N ädelchen a u f W o lfra m - nnd M olybdänstahl schließen, w ährend man Vanadium stahl an stark au sgebildeten , häufig dreieckigen K örnchen er
k e n n t;* b e zü g lich der E igen sch aften hat man sich denn led iglich der vorstehenden Zusamm en
stellu n g zu bedienen. D ie g r a p h i t i s c h e n
rech t deutlich zu veranschaulichen, sind in die Schaubilder die U n t e r s c h i e d e zw isch en den V ersuchsergebnissen der „ T e r n ä r “ -S tä h le und der gew öh nlichen K o h le n s to ff-S tä h le von ent
sprechendem K ohlenstoffgeh alt ein getra gen ; da
nach stellen also die O rdinaten die D ifferenz der B ru ch festigk eit, b ez w . D ehnung oder S p rö
d ig k eit des betreffenden Spezialstahls und der
selben E igen sch a ft eines gew öh nlichen K ohlen stoffstahls vom gleichen K oh len stoffgeh alt dar.
A u f diese W e is e w ird die zw isch en der G efiige- bildu n g und den m echanischen E igen schaften
Stähle sind als solch e ohne S ch w ierig k eit bereits nach dem P olieren der Schliffe zu erkennen.
D ie b eigefü gten Schaubilder stellen den E in fluß der verschiedenen Elem ente a u f:
1. die B ru ch festigk eit (A b bild. 1 und 2), 2. die D ehnung (A b bild . 3 und 4), 3. die S p röd igk eit (A b b ild . 5 und 6) dar. D ie B edeutung der einzelnen K urven in diesen Schaubildern ergib t sich aus dem F o lg e n d e n : Um den Einfluß der verschiedenen Elem ente au f die m echanischen Eigenschaften des Stahls
* Diese feine Unterscheidung mag auf den ersten B lick etwas gesucht erscheinen, da man annehmen sollte, daß die Form und Anordnung der Karbidkörnchen wesentlich von dem Tem po der Abkühlung beeinflußt w ürde; bei allen Versuchen Guillets jed och , auch bei verschieden schneller Abkühlung, ergaben sich für die I verschiedenen K arbide v ö llig gleichartige Anordnungen, j
X X I V . «
! bestehende Übereinstim m ung besonders deutlich veranschaulicht.
B ei den N i c k e l s t ä h l e n sind die drei W en depu nkte ziem lich s ch a rf a u sg ep rä g t; die D ifferenz der B ru ch festigk eiten steig t zuerst langsam an (P e r lit), erreich t dann p lötzlich einen hohen W e r t, au f w elchem sie sich eine Z eitla n g hält (M arten sit), um dann herabzusinken und ein Minimum zu passieren, nach w elch em sie w ieder langsam an steigt ( y - Eisen). Bem erkens
w ert ist, daß die Ordinate des Maximums bei den n iedriggek oh lten Stählen sehr erheblich (etw a achtm al) g rö ß e r ist als bei den Stählen mit 0 ,8 0 tjo C ; bei den niedriggek ohlten Stählen schließen die V ersu che G uillets mit der E rreich u ng des Y ‘ E isen enthaltenden Stahls ab, w ährend bei den Stählen mit 0 ,8 0 $ C die D ifferenz der B ru ch festigkeiten n egative W erte enthält. D ie
4
--- V » - S t a h l (0,120) --- V a - » (0,800) ---S l - , (0,120) --- Sl - „ (0,800) ... A l - „ (0,120) ---A l - „ (0,800)
Abbildung 1. A bbildung 2.
Mo- ...
Mo-c c
= 0 ,1 2 0= 0 ,800
1442 Stahl und Eisen. Die „T ern är“ - Stähle.. 25. .Jahr». Nr. 24.
D ifferenzen der Dehnungen folgen einem dem eben dargelegten en tgegen gesetzten G esetze. D ie Differenz der S prödigkeiten ist zu A n fa n g an
nähernd g leich Null (P e rlit), nimmt dann p lö tz lich sehr hohe negative W e rte an (M artensit), um sich nach geraum er Z eit w ieder zu sein- hohen positiven W erten zu erheben, w elch e jed o ch nur fü r die h och gek oh lten Stähle sich t
bar sind.
Fü r die M a n g a n s t ä h l e ergeben sich durchw eg dieselben G esetze mit dem einzigen U nterschied, daß die Maxima und M inima der K urven deutlich nach links verschoben sind.
D ie C h r o m s t ä h l e bieten V eranlassung zu besonderen B em erk u n g en : bei den n
iedrig-j k arbid eine positiv e D ifferenz der Dehnungen
; aufw eisen. D ie D ifferenz der Sprödigkeiten ist im A n fa n g sehr g erin g , passiert ein Minimum, w elches bei den h och gek oh lten Stählen (T ro ostit) unbedeutend, b e id en n iedriggek olilten (M artensit) sehr bedeutend ist, und erreich t sch ließ lich für die ersteren den konstanten W e rt N ull, w ährend sie für die letzteren n egativ w ird (D op p el
karbid).
B ei den W o l f r a m s t ä h l e n steig t die D iffe
renz der B ru ch festigk eiten allm ählich an (P e rlit), passiert ein Maximum (A u ftreten des D oppel
karbids) und fä llt dann w ieder langsam ab.
Je höher der K ohlenstoffgeh alt ist, ein um so nie
drig erer G ehalt an W olfra m ist zu r E rreich u ng
---V a -S t a h l = 0,120 --- Y a - „ = O.SOO --- S l- „ = 0 ,1 2 0 ... A l- „ = 0 ,120 --- A l- „ - 0,300
A bbildung 3.
X I - S u h l , c = 0,120 S l - „ 0 0 ,8 8 0
M n - „ 0 ,120
M n „ C = ; 0 ,800
C r- „ C = 0 ,120
- — 4~ C r - S l a h l .'C = 0 ,800 W- „ C = 0 ,1 2 0 W - „ C = 0 ,8 0 0 M o - „ C = 0 ,1 2 0 M o - „ C = 0,800
Abbildung 4.
gekohlten Stählen steig t die D ifferenz der B ru ch festigkeiten stetig an und erreich t sehr hohe W e rte (M artensit), darauf sinkt sie w ieder und b le ib t dann konstant (Stahl m it D oppelkarbid).
F ü r die h och gekoh lten Stähle besteh t dieses G esetz n ic h t: im A n fa n g ist bei diesen die D ifferen z der B ru ch festigk eiten g le ich Null (P e r lit ), dann ste ig t sie an und erhält sich konstant au f etw a 15 k g (T ro o stit oder Martensit und D oppelk a rb id), darauf fä llt sie, um stetig w achsende n egative W e r te anzunehmen. D ie Dehnungen folg en im w esentlichen dem um
gekehrten G e se tz e ; bem erken sw ert ist, daß bei den liochgekohlten Stählen diejenigen mit D
oppel-des Maximums e r fo rd e rlich ; der W e r t oppel-des le tz teren aber ist konstant. D ie D ifferenz der Dehnungen sinkt langsam (P e rlit) und erreicht einen konstanten negativen W e r t (D oppelk arbid), w elch er, absolut genom m en, um so höher ist, je n ied riger der K oh len stoffgeh alt ist. — B e zü g lich der S p rödigk eit g ilt dasselbe G esetz w ie für die D ehnungen.
D ie M o l y b d ä n s t ä h l e scheinen denselben R egeln zu folg en w ie die W o lfr a m stä h le ; b e i den S ch w ierigk eiten aber, w elch e sie der B earbeitung en tgegen setzen , w ar es je d och unm öglich, sie derartig eingehend zu studieren, daß man diese Behauptung mit G ew ißh eit aussprechen könnte.
15. Dezember 1905. Die „Ternär“ - Stähle. Stahl und Eisen. 1443
Das V a n a d i u m b e w irk t zu erst eine stark ansteigende D ifferenz der B ruchfestigkeiten (P e rlit), w elch e dann ein Maximum passiert (g e
sä ttigte E isen-V anadium lösung), und darauf sinkt (P e r lit und D oppelk arbid), um n egative W e r te anzunehmen, w elch e je d o ch b e i niedrigem K oh len stoffgeh alt w ieder p o sitiv w erden, falls der G ehalt an Vanadium entsprechend höher w ird. Die D eh nungen fo lg en dem um gekehrten G e setz e : sie nehmen ab, passieren ein Minimum (das um so au sgesprochen er ist, j e w e n iger K ohlenstoff v o r handen ist), w achsen dann w ieder und nehmen um so höhere positive W e r te an, j e höher g ekoh lt der Stahl ist. D ie D ifferen z der Sprödigkeiten stellt einen Son derfall d a r: sie ist zuerst n egativ
g ek oh lten Stählen sehr g r o ß , b ei h och gekoh lten annähernd g leich N ull.
D as A l u m i n i u m hat, w ie aus der Abbildung ersichtlich , keinen Einfluß au f die B ru ch festig k eit, eben sow en ig w ie au f die D ehnungen der h och gekoh lten Stähle, w ährend die der n ie d rig gekohlten deutlich beeinflußt w ird. D ie D ifferenz der Sprödigkeiten ist bei den letzteren sehr g roß , bei den ersteren gerin g.
E i n f l u ß d e r W ä r m e - u n d a n d e r e r B e h a n d l u n g e n .
A b s c h r e c k e n : Di e p e r l i t i s e b e n Stähle werden durch das A b sch reck en bei guter T e m peratur m artensitisch ; eine Ausnahme bilden nur
V tt-Stnhl = 0 ,120
= 0,80!)
= 0,120
= 0,S00
= 0,120
= 0 ,800
Abbildung 6.
N i - S t a h l, C == 0 ,120 C = 0 ,800 ... M n - „ C = 0 ,120
— . - v — Mn - „ C = 0 ,800 ---C r- „ C = 0 ,120
- 4 - ---h C r - S ta h l, C e 0 ,8 0 0 --- W - „ C = 0 ,1 2 0
---
W -„
0 = 0 ,800 ---v —— M o - „ C = 0 ,1 2 0 ---M o - „ C = 0 ,8 0 0Abbildung 5.
und fä llt sehr rasch (P e r lit), durchläuft ein M ini
mum (g esättig te E isen-V anadium lösung), w ächst w ieder und passiert ein Maximum in dem Moment, w o die M enge des K arbids hinreicht, um B rü ch ig keit zu erzeugen, und nimmt darauf w ieder ab.
B ei den S i l i z i u m s t ä h l e n steigt die D iffe
renz der B ru ch festigkeiten stark an, und zw ar um so mehr, j e h öher der G ehalt an K ohlenstoff ist, passiert dann ein Maximum, w elches bei einem um so niedrigeren Silizium gelialt erreicht w ird, j e m ehr K oh len stoff vorhanden ist. D ie D ifferenz der D ehnungen hat n egative W e rte , die mit dem G ehalt an Silizium w achsen. D ie D ifferenz der S prödigkeiten ist bei
niedrig-die Alum inium stähle, b e i w elchen sich nur dort M artensit bildet, w o vorher P e r lit w ar. D ie E igen schaften des durch A bschrecken in einem Spezialstahl erzeugten M artensits hängen w esen t
lich von der chem ischen Zusam m ensetzung ' ab ; sie lassen sich w ie fo lg t zusam m enfassen: D er durch A bschrecken eines sehr n iedriggekohlten (Maximum 0 ,1 2 % ) Stahles erzeu g te M artensit ist niem als spröde, gan z g leich g ü ltig , w elch e Elem ente (auch M angan ein gesch lossen ) in L e gieru n g sind. D er K ohlenstoff allein fü hrt beim
| A bschrecken S p röd igk eit herbei. U nter den h öhergekolilten Stählen sind die Silizium stähle diejen igen , w elch e die gerin g ste S p rödigk eit,
1444 Stahl und Eiten. Mitteilungen aus dem Eisenhättenlaboratorium. 25. Jahrg. Nr. 24.
senkrecht zur W a lzrich tu n g , aufw eisen. D ie an sich m a r t e n s i t i s c h e n Stähle erleiden durch das A b sch recken keine g ro ß e V eränderung. D ie jen ig e n , w elch e etw as a-E isen enthalten, werden h ärter, diejen igen , w elch e etw as y -E isen ent
halten, w erden w eich er. D ie troostitischen Stähle w erden durch g eeign ete W ä rm ebeh an dlu ng g e h ä r te t; der T roo stit g eh t hierbei in M artensit über. Die y - E i s e n e n t h a l t e n d e n Stähle werden beim A bschrecken m erklich w eich er, ab
w eichend verhalten sich nur die ersten Stähle dieser Serie.
D ie D o p p e l k a r b i d e n t h a l t e n d e n Stähle zerfallen in zw e i G ru ppen : 1. diejenigen , deren K arbide sich dissoziieren oder au flösen , 2. die
jen ig e n , deren K arbide beständig sind. Zur ersten G ruppe gehören die Chrom -, W olfra m - und M olybdänstähle, zu der zw eiten die V ana
diumstähle. D ie letzteren w erden durch A b schrecken nicht b eein flu ßt; bei den ersteren werden g an z verschiedene W irk u n g en h erv or
g e b r a c h t: die Chrom stähle w erden w eich er, w ahrscheinlich unter B ildung von y -E is e n ; W olfra m - und M olybdänstahl w erden bedeutend härter unter B ildu n g von M arten sit; der Grad der H ärtung ist jed och bei den W olfram stäh len dem G ehalt an W o lfra m nich t proportion al, da ein T e il des K arbids u nlöslich b leibt, w enn eine ausreichende M enge W o lfra m vorhanden ist. D ie G r a p h i t e n t h a l t e n d e n Stähle erleiden durch A bschrecken keine V erän derun g.
A u s g l i i h e n : D urch Ausglfthen mit allm äh
lich er A bkühlung w erden alle „T e r n ä r “ -Stähle, mit Ausnahme der ersten y-Eisen enthaltenden Stähle, w eich er. D urch A usglühen m it rasch er Abküh
lu ng an der L u ft w ird dieselbe W ir k u n g e r z ie lt ,
aber die ersten W o lfr a m - und M olybdänstähle mit D oppelk a rb id erleiden durch diese B ehand
lung eine Ä nderung an der O berfläch e; diese w ird m artensitisch.
A n d e r e B e h a n d l u n g e n : D urch K a lt
hämmern werden dieselben W irk u n g en w ie bei den gew öhnlichen KolilenBtoffstählen h erv or- g e r n fe n , ebenso w erden diese E inw irkungen w ie bei den K ohlenstoffstählen durch n achfolgen des Ausglühen beseitigt, außer bei den ersten y-E isen enthaltenden Stählen. W ä h ren d eine Abkühlung mit n achfolgen der erneuter E rw ärm u ng die meisten Stähle nicht beeinflußt, ru ft diese B ehandlung bei den ersten y-E isen enthaltenden Stählen eine deutliche H ärtung h ervor. D iese Stähle machen also eine Ausnahme von der allgem einen K egel, w as sich dadurch erklärt, daß sie eine allotropisch e Um wandlung durchm achen, das y-E isen geht in M artensit über.
H ierm it ist diese R eih e von U ntersuchungen über die Spezialstäh le abgesch lossen und damit etw as m ehr K larh eit über diese für die W issen sch aft außerorden tlich in teressan te, ab er auch für die P rax is au ßerorden tlich w ich tige F rag e geschaffen w orden. D ie Studien G uillets w er
den nach zw ei R ich tu ngen fortg ese tzt w erden : einerseits w ird er g leich a rtig e Untersuchungen über die „q u a tern ä ren “ Stähle, also die N ick el- M angan-, N ickel-Chrom -, N ickel-Vanadium -, Chrom- W olfra m - usw . Stähle anstellen, anderseits die ob ig e A rbeit v ervollstän digen durch ein w eiteres Studium der „ T e r n ä r “ -Stähle, und zw a r hin
sichtlich des elektrischen W id erstan d es, des T ra n s
form ationspunktes, des W ärm ew id erstan des usw.
L a n d o r e . Walter Daelen,
Dipl. H ütteningenieur.