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4. Experimentelle Datenbasis
Mit größerem Wärmeeintrag und sinkender Abkühlzeit wird die Entstehung der Phasen, wie unterer
Bainit und Martensit mit niedriger Umwandlungstemperatur und schlechten Zähigkeitseigenschaften
begünstigt. Grundsätzlich bestehen die Nähte aus einer Mischung der Ferritphasen, die zwar
unterschiedliche Umwandlungsmechanismen aber eine ähnliche Struktur besitzen, s. Bild 4.1.
Oberer Bainit
Ferrit mit sek. Phase
Korngrenzenferrit
Bild 4.1: Die typischen Ferritphasen einer Schweißnaht
Widmanstätten Ferrit
Acicularer Ferrit
Eine dieser Phasen ist der Widmanstätten Ferrit, der sich an den Korngrenzen bildet und durch parallel
angeordnete Ferritplatten, die durch dünne Schichten mit austenitischem Gefüge getrennt sind,
gekennzeichnet wird. Der Ferrit mit sekundärer Phase (FSP) gehört zu der Ferritphase, die sich
bezüglich der Entstehung zwischen dem Widmanstätten Ferrit und dem oberen Bainit befindet. Diese
sekundäre Phase wird durch die Diffusion des Kohlenstoffs während der Abkühlung zwischen den
Ferritlamellen gebildet und enthält neben den Karbiden martensitische und austenitische Bestandeile,
die die Zähigkeit deutlich reduzieren. Eine ähnliche Struktur findet sich auch beim oberen Bainit mit
dem Unterschied, dass die länglichen Ferritlamellen hier viel schmaler und deswegen nicht eindeutig
unter dem Lichtmikroskop zu erkennen sind. Mit der abnehmenden Abkühlzeit sinkt auch der Anteil
am Kohlenstoff, der die Lamellengrenze erreicht. Dies führt zur Bildung des unteren Bainits mit den
Karbiden innerhalb der Ferritlamellen. Die bainitische und martensitische Phasen mit der niedrigen
Umwandlungstemperatur haben hohe Härtewerte und die schlechtere Zähigkeitseigenschaften.
Dahingegen wird im Hinblick auf die Verbesserung der Zähigkeit der Hybridnaht ein Gefüge mit
einem großen Anteil an acicularen Ferrit angestrebt. Der aciculare Ferrit bildet sich bevorzugt an nichtmetallischen
Einschlüssen [HON95] wie Titannitriden (TiN), Oxiden (Al2O3, SiO2, MnO2) und
Sulfiden (MnS). Ein ausreichender Gehalt an Sauerstoff und Titan ist die Voraussetzung für die
Entstehung des acicularen Ferrits. Die Mikrostruktur des acicularen Ferrits besteht aus kleinen zufällig
orientierten nadelförmigen Ferritlanzetten, die keine Ausscheidungen enthalten. Die höhere Zähigkeit
gegenüber anderen Ferritphasen resultiert aus der Verringerung der effektiven Korngröße und aus der
zufälligen Orientierung der Lanzetten, die den Rissfortschritt erschweren [MOO03]. Die Entstehung
des acicularen Ferrits wird durch den Einsatz von Zusatzdraht gefördert, der in der Decklage des SG
viele nicht-metallische Einschlüsse liefert.
Aufgrund des niedrigen Kohlenstoffgehalts besteht der Grundwerkstoff des Stahls S355-12 primär aus
ferritischem Gefüge mit wenigen dazwischenliegenden Perlitkörnern, s. Bild 4.2. Im Schweißgut sind
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