Thyssenkrupp

30 / HD – Hochduktile mikrolegierte Feinkornbaustähle
HD-Güte: Karbid-frei
Konventionelle hochfeste Güte: grobe Karbide
Bild 2 / Rasterelektronenmikroskop: Vergleich stark verformter Gefüge
7 µm
7 µm
über den Auslaufrollgang und wird zu Coils aufgewickelt. Bereits auf
dem Auslaufrollgang hat die Temperaturführung entscheidenden Einfluss
auf das Ausscheidungswachstum. Im Coil setzt sich das Ausscheidungswachstum
schließlich fort, wenn dieses nicht gezielt abgekühlt wird.
Neben der Prozessfahrweise hat auch die Menge an Kohlenstoff
entscheidenden Einfluss auf die Ausscheidungsgröße. So steigt die Größe
des Korngrenzenzementits mit der Menge an Kohlenstoff im Werkstoff
an. Mehr Kohlenstoff führt dann zu einer höheren Wahrscheinlichkeit
der Rissbildung.
Bild 3 / Kragenzugversuch, oben: HD-Güte, unten: konventionelle hochfeste Güte
Da der Kohlenstoff jedoch auch die Funktion der Festigkeitssteigerung
hat, kann er nicht einfach eliminiert werden. Schließlich soll der Werkstoff
nicht nur gut umformbar, sondern auch stark beanspruchbar sein.
Um möglichst vielfältige Anwendungen des neuen Werkstoffes zu ermöglichen,
wurde die zu erreichende Mindeststreckgrenze auf 700 MPa
festgelegt. In diesem Festigkeitsbereich kann der Werkstoff in sicherheitsrelevanten
Bauteilen zum Einsatz kommen / Bild 3 /.
Es galt also ein Legierungselement zu finden, um die Diffusion des
festigkeitssteigernden Kohlenstoffes zu reduzieren. Dieses müsste die
Entstehung der Ausscheidungen im Werkstoff hemmen und gleichzeitig
die Festigkeit des Werkstoffes erhöhen.
Niob zur Festigkeitssteigerung
Das zielführende Konzept sah vor, nur Nano-Ausscheidungen zuzulassen.
Diese Ausscheidungen sollten die Festigkeit gezielt steigern
und die Ausscheidungskinetik durch Verlangsamung der Kohlenstoffdiffusion
beeinflussen.
Als Legierungselement fiel Niob in die engere Auswahl und hat sich
für diesen Zweck als bestens geeignet erwiesen. Niob ist auf atomarer
Ebene deutlich größer als das umgebende Eisen. Durch Einbau von Niob
in das Fe-Gitter entstehen daher Gitterverzerrungen. Diese stehen den
Kohlenstoffatomen bei deren Diffusion im Weg und verlangsamen so
den Diffusionsprozess. Die Ausscheidungsgröße der Carbonitride kann
dadurch gezielt gemindert werden.
Ausscheidungsgröße, Festigkeit und Kohlenstoffgehalt des Werkstoffes
stehen miteinander in direktem Zusammenhang. Eine hohe
Anzahl kleiner Nano-Ausscheidungen steigert die Festigkeit auch bei
abgesenktem Kohlenstoffgehalt. Eine mittlere Zugfestigkeit von 750 MPa
kann daher bereits bei geringen Kohlenstoffgehalten erzielt werden.
Bild 4 / Coil-Dusche zur Fixierung des eingestellten Gefüges
ThyssenKrupp techforum 1 I 2012