Wärmebehandlung, Mikrostruktur und Eigenschaften von TRIP-Stählen ohne Haltezeit während der Bainitumwandlung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Franz-Xaver Wagner
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 281456923

Dieses Projekt, das in Kooperation mit Kollegen aus Tschechien geplant ist, befasst sich mit TRIP-Stählen. Deren Mikrostrukturen bestehen in der Regel aus Ferrit, Bainit und stabilisiertem (Rest-)Austenit und können durch geeignete Legierungskonzepte und spezielle thermo-mechanische Behandlungen erzeugt werden. TRIP-Stähle können Festigkeiten über 1000 MPa bei guter Duktilität (Bruchdehnung um die 30%) erreichen. Allerdings sind dafür Anteile von 10-15% an stabilisiertem Austenit erforderlich und ein in der Praxis großes Problem besteht darin, dass man bei der thermo-mechanischen Behandlung eine Haltezeit bei der Bainit-Temperatur im Bereich von 300 - 450 °C einstellen muss, um Bainit zu bilden und den Austenit zu stabilisieren: die aufwändige Regelung dieses Halte-Intervalls schränkt die Nutzung von TRIP-Stählen massiv ein. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens besteht daher darin, neue Processing-Ansätze genau zu untersuchen, bei denen das Halte-Intervall durch kontinuierliches Kühlen ersetzt werden kann. Zudem sollen die dabei entstehenden Mikrostrukturen und die daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften genau charakterisiert werden. Drei niedriglegierte Stähle mit chemischen Zusammensetzungen, die den TRIP-Effekt ermöglichen, werden experimentell untersucht: (i) legiert mit Silizium und Mangan; (ii) Substitution von Silizium mit einem anderen Element; (iii) mikrolegiert mit Niob zur Feinkornbildung. Konventionelle TRIP-Wärmebehandlungen werden systematisch mit den neuartigen Prozess-Routen ohne Halte-Intervall verglichen. Um diese neuen Ansätze voll ausnutzen zu können, muss der Einfluss der kontinuierlichen Abkühlung auf die Stabilisierung des Austenits und die Umwandlung ausreichender Mengen von Bainit genau verstanden werden. Insbesondere die Morphologie der stabilisierten Austenit-Bereiche muss im Detail charakterisiert werden. Während die Weiterentwicklung der Legierungskonzepte und der Processing-Routen von den Partnern in Pilsen vorangetrieben wird, liegt das Hauptaugenmerk des hier beschriebenen Projektes daher auf mikrostrukturellen und mechanischen Untersuchungen. Dazu zählen metallographische, elektronenmikroskopische und röntgenographische Untersuchungen für die quantitative Analyse von Phasenanteilen, Stabilität und Morphologie des Restaustenits sowie mechanische Prüfung (auch: erste zyklische Versuche), um das makroskopische mechanische und Umwandlungsverhalten umfassend zu charakterisieren. Speziell die Stabilität des Austenits soll im Detail untersucht werden; Nanoindentation wird durchgeführt, um auch das mechanische Verhalten einzelner Gefügebestandteile zu analysieren. Dieses Gemeinschaftsprojekt stellt damit umfangreiche Informationen über die komplexen Zusammenhänge zwischen Processing, Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften neuer TRIP-Stähle bereit, die eine bainitische Haltezeit überflüssig machen und damit die zukünftige Verbreitung von kostengünstigen TRIP-Stählen maßgeblich unterstützen könnte

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Bohuslav Masek
• Kooperationspartnerin: Dr.-Ing. Hana Jirková, Ph.D.