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Thermodynamische Modellierung der Gefügevorgänge beim HFI-Schweißen

Simulierte Manganverteilung bei 1500 °C (links) und Auswertung einer Mikrosondenmessung an einer HFI-Schweißnaht zur Quantifizierung der Mn-Abreicherung in der Ferritlinie (rechts)
Simulierte Manganverteilung bei 1500 °C und Auswertung einer Mikrosondenmessung

Die Mannesmann Line Pipe GmbH verfügt seit Kurzem über ein innovatives Modell zur Vorhersage der Abreicherung von Legierungselementen in der Fügelinie beim HFI-Schweißen. Eine solche Abreicherung kann die mechanisch-technologischen Eigenschaften des Rohrs beeinträchtigen. Für dieses bekannte Phänomen gibt es bislang in der Literatur keine wissenschaftlich fundierte Erklärung. Außerdem fehlt es an etablierten Verfahren, um diese Beobachtung zu quantifizieren.

Das Unternehmen hat die Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH damit beauftragt, thermodynamische Modellierungen der dabei ablaufenden Gefügevorgänge durchzuführen. Als erster Schritt wurde ein Verfahren erarbeitet, um die Elementabreicherung auf Basis von Elektronenstrahlmikrosonden-Messungen (ESMA) abzuleiten. Hierzu wird die Verschiebung der Dichteverteilungen der jeweiligen Legierungselemente in Ferritlinie und Grundwerkstoff bewertet. Als zweiter Schritt wurde ein innovatives phänomenologisches Modell entwickelt, basierend auf integrierter Simulation zur qualitativen und quantitativen Vorhersage der Elementumverteilung. Dieses Modell beruht auf rein physikalischen Annahmen und bezieht sich auf thermodynamische Berechnungen der Umverteilung von Legierungselementen während der betrachteten Gefügevorgänge. Die Vorhersagen des Modells decken sich mit experimentellen Untersuchungen an Betriebsmaterial aus einem breiten Werkstoffspektrum.

Die daraus resultierenden neuen Erkenntnisse erlauben Mannesmann Line Pipe eine wissensbasierte gezielte Anpassung der Prozessführung zur Optimierung der Produkteigenschaften.


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