Einfluss der Festigkeit und des Wasserstoffgehalts von Baustählen auf die flüssigmetallinduzierte Spannungsrisskorrosion bei Feuerverzinken
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die mechanische Charakterisierung der verwendeten handelsüblichen Baustähle S235JR, S355J2 und S460N zeigte, dass mit zunehmender Verformung die Festigkeit der Stähle zunimmt, während die Brucheinschnürung abnimmt. Die infolge des Rundknetens hervorgerufene Kaltverfestigung ist nicht über den Querschnitt konstant, sondern in der Mitte der Rundstäbe höher, weshalb die Proben für die anschließenden Untersuchungen aus der Stabmitte entnommen wurden. Anhand von Wasserstoffbeladeproben wurde die Wasserstoffaufnahme in einer Salzsäurelösung für die unterschiedlichen Werkstoffzustände quantifiziert. Mit zunehmendem Verformungsgrad nimmt die Wasserstoffaufnahme zu, wobei der Werkstoff S235JR am meisten Wasserstoff aufnahm. Dies konnte durch den schlechten Reinheitsgrad erklärt werden. Effusionsversuche bei 80 °C und 210 °C haben gezeigt, dass mit steigender Temperatur und Auslagerungszeit der Wasserstoff den Stahl wieder verlässt. Begleitende Wasserstoffpermeationsmessungen verdeutlichten, dass mit steigendem Verformungsgrad die Diffusion stark verzögert wird. Bei gleichen Verformungsgraden konnten keine wesentlichen Unterschiede der verschiedenen Werkstoffe hinsichtlich des Diffusionskoeffizienten festgestellt werden. Die Zugversuche an definiert mit Wasserstoff beladenen Proben haben gezeigt, dass mit abnehmendem Wasserstoffgehalt die Brucheinschnürung des unbeladenen Werkstoffzustandes wieder erreicht wurde. Wird zusätzlich zum metallurgisch vorhandenen Wasserstoff ein Wasserstoffgehalt von unter 1,0 ppm eingebracht, so tritt in keinem der drei Werkstoffe unabhängig vom Verformungsgrad eine wasserstoffinduzierte Rissbildung auf. Die Ausgangszustände der Werkstoffe S235JR, S355J2 und S460N zeigten bei den Zugversuchen im flüssigen Zinkbad die geringsten Brucheinschnürungen und damit die stärkste Lotrissanfälligkeit. Mit zunehmendem Verformungsgrad nahm das Brucheinschnürungsverhältnis zu. Die am stärksten verformten Werkstoffzustände der Werkstoffe S235JR und S355J2 zeigten keine Beeinflussung der Brucheinschnürung, das Bruchverhalten war ausschließlich duktil. Hingegen verharrten die Brucheinschnürungen für die hoch verfestigten Werkstoffzustände des S460N bei etwa 80 % gegenüber der Brucheinschnürung an Luft bei 450 °C. Die Ergebnisse der Zeitstandversuche in flüssigem Zink decken sich mit den Zugversuchen an den unterschiedlichen Werkstoffzuständen, denn mit zunehmendem Verformungsgrad nimmt die Zeit bis zum Bruch der Proben zu. Während bei den Ausgangszuständen unterhalb etwa 90 % der Warmzugfestigkeit kein Versagen innerhalb von 1000 Sekunden Prüfdauer mehr auftritt, sind bei den höheren Verformungsgraden 95 % der Warmzugfestigkeit bei 450 °C notwendig, um einen Bruch hervorzurufen, der zudem duktil ist. Die Zugversuche künstlich mit Wasserstoff beladener Proben im flüssigen Zinkbad haben gezeigt, dass eine Schädigung einzig auf das flüssige Metall zurückzuführen ist. Der eingebrachte Wasserstoff liefert keinen Beitrag zur flüssigmetallinduzierten Rissbildung, was sich an der Ausbildung der Bruchflächen als auch an den Brucheinschnürungswerten zeigte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Anfälligkeit kaltverfestigter Baustähle für verzögerte Rissbildung. Tagung Gefüge und Bruch, Bochum 2011
Happek, B.; Luithle, A.; Pohl, M.
- Evaluation of the SCC-Susceptibility of Cold Worked Structural Steels using Local Hydrogen Measurements. International Hydrogen Conference, Wyoming 2012
Luithle, A.; Suter, T.; Pohl, M.
