Flüssigmetallversprödung durch Zn in Mn-haltigen Stählen mit erhöhtem Austenit-Anteil (T07*)

• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 29898171

Motiviert durch die steigenden Anforderungen, das Fahrzeuggewicht zu senken und die Sicherheit der Insassen zu erhöhen, wurde die Klasse der ‚Advanced High Strength Steels‘ (AHSS) für die Automobilindustrie entwickelt. Hier sind insbesondere mittel- undhoch-Mn Stähle von hoher Bedeutung. Ähnlich wie bei bereits etablierten Stählen werden die neuen Stahlsorten für den Karosseriebau zum Schutz vor Korrosion mit Zn beschichtet. Das Schweißen von mit Zn aktiv beschichteten AHSS-Stahlblechen und -teilen kann jedoch zu Flüssigmetallversprödung (LME) führen, die den Korrosionsschutz und die Unfallsicherheit einschränkt. Dies gilt insbesondere für Stähle mit einer Bruchfestigkeit von mehr als 800 MPa. Daher ist das seit langem bekannte Phänomen LME in den letzten zwei Jahrzehnten wieder in den Fokus der Stahlzulieferer gerückt. Was AHSS mit einem erhöhten Mn-Gehalt von gängigen Stahlsorten unterscheidet, ist die erhebliche Menge an Austenit, durch die sowohl die Umformbarkeit als auch das Crashverhalten (Absorption der Aufprallenergie) verbessert werden. Dies könnte ein zentraler Grund dafür sein, dass LME für einige dieser AHSS ein schwerwiegendes Phänomen darstellt, was jedoch noch nicht eindeutig nachgewiesen wurde. Das Ziel des beantragten Projekts ist es daher, die Rolle von Austenit für LME in Mn-haltigen hochfesten Stählen systematisch zu untersuchen. Das Projekt nutzt dazu experimentelle und Simulationsmethoden, die zuvor im Sonderforschungsbereich „Stahl - ab initio“ entwickelt wurden, sowie die dort gewonnenen Erkenntnisse zu mittel-Mn Stählen, um diese auf die Wechselwirkung von Zn mit Korngrenzen in diesen Stählen zu übertragen. LME wird als ein Multiskalenphänomen untersucht, wobei die materialbezogenen Prozesse auf atomarer Ebene im Mittelpunkt stehen werden. Zu diesem Zweck werden ab initio-Methoden eingesetzt, um das Zusammenspiel von Chemie, Struktur und Dekohäsion in Korngrenzen aufzudecken. Auf der experimentellen Seite wird eine korrelative Untersuchung von Struktur und Chemie durchgeführt, indem Atomsonden-Tomographie mit Rasterelektronen-Mikroskopie und Transmissionselektronen-Mikroskopie kombiniert wird. Alle Untersuchungen zum Austenit werden mit ähnlichen Situationen im Ferrit verglichen, um die besondere Rolle dieser Phase für LME zu klären. Entsprechend werden vom Anwendungspartner verschiedene Stahlsorten bereitgestellt, verarbeitet und charakterisiert, die unterschiedliche Mengen an Austenit und eine Zugfestigkeit zwischen 800 und 1400 MPa enthalten. Der kombinierte Ansatz zielt darauf ab, Schlüsselmechanismen für LME zu identifizieren, um die Widerstandsfähigkeit von AHSS gegen LME systematisch zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche (Transferprojekt)
• Teilprojekt zu: SFB 761: Stahl - ab initio. Quantenmechanisch geführtes Design neuer Eisenbasis-Werkstoffe
• Antragstellende Institution: Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
• Unternehmen: Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH
• Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter: Dr. Tilmann Hickel; Dr.-Ing. Stefanie Sandlöbes-Haut; Dr. Mira Todorova