Temperatur-Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften in martesitisch-austenitischen nichtrostenden Stählen erzielt durch "Quenching and Partitioning" (Q&P)-Wärmebehandlungsverfahren

• Antragsteller: Professor Javad Mola, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 254704745

Quenching und Partitioning (Q&P) ist ein Verfahren zur Stabilisierung von Austenit in der Mikrostruktur von Stählen, um dadurch die Festigkeits-Duktilitäts-Kombinationen zu verbessern. Mit Hilfe eines vereinfachten Q&P-Verfahrens, mit Abschrecken auf Raumtemperatur (RT) und einem Partitionierungsschritt bei 450 °C, wurden verschiedene Austenitanteile in hochkohlenstoffhaltigen rostfreien Stählen mit 13 % Cr und Zusätzen von Co, Si, Mn und N eingestellt. Die Zugeigenschaften wurden anschließend im Temperaturbereich von 20 ºC bis 200 ºC bestimmt. Aufgrund der unzureichenden C-Anreicherung des Austenits und der geringen Stabilität des Austenits gegenüber der deformationsinduzierten martensitischen Umwandlung waren die Bruchdehnungen bei RT sehr gering. Infolge der erhöhten Stabilität des Austenits, wurden bei 200 ºC günstige Kombinationen von Festigkeit und Duktilität erreicht (z. B. eine Zugfestigkeit (Rm) von 1520 MPa und eine Gleichmaßdehnung (Ag) von 25 % für den siliziumhaltigen Stahl). Ein wichtiges Ziel der zweiten Phase des Projektes ist die Entwicklung der Prozessbedingungen für das Q&P-Verfahren, die Stähle mit Rm x Ag > 30.000 MPa% bei RT adressieren. Dies soll dadurch erreicht werden, dass die Stähle aus der ersten Projektphase auf Temperaturen unter 0 °C abgeschreckt werden, um so den Martensitanteil zu erhöhen. Da Martensit den für den Partitionierungsschritt benötigten Kohlenstoff liefert, erhöht eine Erhöhung seines Anteils die C-Anreicherung im Austenit. Die Wirkung des Martensitanteils auf die Partitionierung wird anschließend durch Röntgenbeugungsmethoden untersucht. Zementitbildung im Martensit ist ein Prozess, der mit der C-Anreicherung im Austenit in den Q&P-Stählen konkurriert. TEM-Untersuchungen zeigten, dass diese unerwünschte Reaktion in dem siliziumhaltigen Stahl fehlte. Trotzdem, war die C-Anreicherung im Austenit im Stahl nicht höher als in dem Si-freien Stahl, bei dem eindeutig Zementitbildung auftrat. Daher wird der Zustand, in dem sich der Kohlenstoff befindet, in dem siliziumhaltigen Stahl durch hochauflösende analytische Methoden untersucht. Die thermische Vorgeschichte des Austenits in Q&P-Stählen führt zur Entwicklung von Druckspannungen im Partitionierungsschritt. Da die C-Anreicherung von Austenit mit einer Volumenexpansion verbunden ist, wird das Vorliegen von Druckspannungen im Austenit als Barriere gegen die Partitionierung angesehen. Dementsprechend wird geprüft, ob die Anwendung einer äußeren Zugspannung während des Partitionierungsschritts die Anreichung von Kohlenstoff im Austenit unterstützt. Den letzten Untersuchungsgegenstand bildet die Vorverformung des Austenits, die die Kinetik der athermischen martensitischen Umwandlung beeinflusst. Da der Austenit in den mit dem vereinfachten Q&P-Verfahren behandelten Stählen leicht in Martensit umwandelte, wird der Einfluss der Vorverformung zwischen 200 °C und 400 °C auf die Kinetik der deformationsinduzierten Martensitbildung bei RT untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen