Transferprojekt T4: Einfluss der Mikrostruktur auf die Wasserstoffversprödung in Cr-haltigen hoch Mangan Stählen

Dr. T. Hickel, Prof. Dr. rer. nat. J. Neugebauer (Max-Planck Institut für Eisenforschung, Düsseldorf)

Abb. 1 T4 Wasserstoff-Karbid-Wechselwirkung
Abb. 1 T4 Wasserstoff-Karbid-Wechselwirkung

Es ist bekannt, dass die Beimischung von Legierungs­kompenten wie Al, Si und Cr zu hoch-Mn (TWIP) Stählen sowohl deren Mikrostruktur und Verformungs­eigenschaften beeinflusst, als auch deutliche Auswirkungen auf die verzögerte Rissbildung durch Wasserstoff­versprödung haben kann. So wurde experimentell beobachtet, dass die Veränderung des Anteils von Mn und insb. C zur Bildung von Fe-haltigen Karbiden in Form von interkristallinen Ausscheidungen führen kann, die sich nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften von TWIP- und TRIP-Stähle auswirken. Das Zusammenspiel zwischen Al auf der einen und Mn sowie C auf der anderen Seite scheint dabei aber eine zentrale Rolle zu spielen. Demnach unterdrückt Al nicht nur die genannte Karbidbildung in austenitischen Korngrenzen, sondern reduziert auch die Tendenz zur verzögerten Rissbildung erheblich. Diese Beobachtung liefert einen möglichen Schlüssel zu der Frage, wie Al sich auf die Wasserstoff­versprödung auswirkt, nämlich indirekt über die Verhinderung von interkristalliner Karbid-Bildung.

Auch durch die Veränderung des Cr-Gehalts, was wegen der erzielten Korrosions­beständigkeit für Anwendungen relevant ist, wird die Mikrostruktur in hoch-Mn Stählen erkennbar beeinflusst. Durch eine Cr-Beimischung wird zum einen der Ferrit stabilisiert und daher ein zweiphasiges Gefüge erzeugt. Zum anderen wird durch Cr die Bildung Fe-haltiger Karbide zugunsten einer Vielzahl von Cr-Karbiden deutlich reduziert. Letztere können sowohl innerhalb des Austenits als auch in der Ferrit-Austenit Phasengrenze entstehen. Über den Einfluss dieser Karbide auf die Tendenz zur verzögerten Rissbildung im Rahmen der Wasserstoff­versprödung ist aber bisher wenig bekannt.

 

 

 

 

Abb. 2 T4 Wasserstoff-Karbid-Wechselwirkung
Abb. 2 T4 Wasserstoff-Karbid-Wechselwirkung

Im Rahmen dieses Transferprojekts soll daher für industrielle Legierungen der Einfluss von Al und Cr auf die Wasserstoff­versprödung im Kontext der Karbid-Bildung untersucht werden. Ein solches Projekt profitiert einerseits von der vorherigen ab initio basierten Untersuchung zur Karbid-Bildung in hoch-Mn Stählen und andererseits von den Berechnungen zur Wechselwirkung der Stähle mit Wasserstoff. Es führt diese Voruntersuchungen innerhalb einer neuen Fragestellung zusammen. Dabei sollen folgende Aspekte theoretisch und experimentell betrachtet werden:

  • Der Einfluss von Al, Cr sowie Si im Zusammenspiel mit dem C-Gehalt auf die Phasenstabilitäten und Verformungsmechanismen (TRIP, TWIP) in hoch-Mn Stählen.
  • Die Unterdrückung der Bildung von (interkristallinen) Karbiden durch Al und Cr.
  • Die Wechselwirkung dieser Karbide mit Wasserstoff und der daraus resultierende Einfluss auf die verzögerte Rissbildung.

SZMF wird das Projekt mit Probenmaterial, experimentellen Charakterisierungen und Beladungsversuchen unterstützen. Vor allem aber bringt SZMF die Erfahrungen und aktuellen Probleme in der industriellen Umsetzung in die Forschung ein.