11 August 2022
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Valast abrasion resistant steel
Entstehungsprozess: ein Blick hinter die Kulissen - Chemie

Valast® 450: Die richtige Chemie für hohe Fertigungseffizienz eines abriebfesten Stahls

Denkt man an Stahlproduktion, denken viele vermutlich direkt an riesige Bottiche mit glühendem Metall, an großem Funkenflug und gewaltigen Walzgerüsten, die orange-rot leuchtende Brammen zu beeindruckend dünnen Coils walzen. Kaum vorstellbar, dass die meisten dieser Stähle einmal ohne viel Lärm und Krafteinwirkung in einem Labor entwickelt wurden.

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So entstand die chemische Zusammensetzung für den abriebfesten (AR) Stahl Valast® 450 im Forschungs- und Entwicklungszentrum von Tata Steel in Großbritannien. Der verantwortliche Materialwissenschaftler war Dr. Bin Xiao, der Mann, dem wir die Entwicklung der chemischen Analyse von Valast® 450 verdanken.

Bin Xiao erinnert sich an die Anfänge: „Als wir mit der Arbeit an diesem Projekt begannen, wussten wir, dass wir unter großem Erwartungsdruck standen, unser erstes abriebfestes Stahlbandprodukt sehr schnell und gleichzeitig zu einem marktführenden Qualitätsprodukt zu entwickeln. Daher haben wir viele Ressourcen in die Entwicklung investiert, was sich letztlich ausgezahlt hat. Vom Projektbeginn bis zur chemischen Konzeptentscheidung vergingen lediglich drei Monate. Und unser Valast®450 kann sich sehen lassen". 

Bin Xiao  ist sich sicher, dass es in der Anfangsphase, wo es darum ging, ein völlig neues Produkt in kürzester Zeit zu entwickeln, ganz besonders auf das eigene Wissen und die Erfahrung als Materialwissenschaftler ankam: „Natürlich untersuchten wir bereits existierende AR-Stähle, um unsere Zielparameter festzulegen. Außerdem beschäftigte ich mich intensiv mit bereits veröffentlichten Forschungsliteraturen, um die Komplexität der Chemie besser zu verstehen. Somit hatte ich bereits eine gute Vorstellung davon, was wir bei der Labormuster- Entwicklung zu tun hatten", erläutert Bin Xiao.

Das Problem vieler abriebfester (AR)-Stähle besteht darin, dass die Analysenkonzepte hohe Kohlenstoffgehälter, sowie hohe Anteile anderer Mikrolegierungselement beinhalten. Dies sorgt zwar für die notwendige Härte, führt aber zu einem entsprechend hohen Kohlenstoffäquivalenzwert (CEV/CET-Wert), der für viele Anwender ein Problem darstellt. Denn ein hoher CEV-Wert erschwert die Weiterverarbeitung und insbesondere das Schweißen. Tata Steel wollte ein Produkt mit gleichmäßiger Härte und hoher Verschleißfestigkeit bei gleichzeitig hoher Fertigungseffizienz erzielen. Daher setzte das Team um Dr. Bin Xiao eine Hypothese auf, wie insbesondere diese Ziele zu erreichen wären und entwickelte verschiedene Analysenansätze, um die Modelle zu testen. Zusätzlich kam eine Modellierungssoftware zum Einsatz, um eine Vorstellung von möglichen Abkühlungskurven zu erhalten, wenn ein fertiges Produkt auf der Grundlage der verschiedenen Rezepturen verarbeitet würde.

„Diese Simulationen waren zwar hilfreich", so Bin Xiao, „aber es stellte sich heraus, dass die vorhergesagten und dafür notwendigen Härtewerte nicht dem entsprachen, was wir in den anschließenden Anlagenversuchen erreichen konnten".
Daher erstellte das Team um Bin Xiao anschließend mehrere Laborabgüsse mit leicht unterschiedlichen chemischen Analysen. Diese wurden zu einem anderen Werk von Tata Steel transportiert, wo die nächsten Entwicklungsschritte in diversen Laborversuchen stattfanden. Am Ende des erfolgreichen Entwicklungsprozesses konnte Tata Steel bei Valast® 450 einen CET-Wert von unter 0,33 erzielen, sodass alle herkömmlichen Schweißverfahren angewendet werden können. Zudem ist die Verschleißbeständigkeit des AR-Stahls von Tata Steel laut „Abrasiver Verschleißtest ASTM G65“ bis zu 2,5 mal höher als bei einem S355 Baustahl. Für den Anwender beispielsweise aus Bau, Bergbau oder Landwirtschaft ergeben sich dadurch Vorteile, wie verlängerte Lebenszeiten und verringerte Wartungskosten.

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