Charakterisierung und Modellierung der Mikrostrukturentwicklung während des interkritischen Glühens von Mittel-Mn-Stählen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ulrich Krupp, seit 2/2021
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410335988

Mittel-Mn-Stähle (MMnS) erfreuen sich aufgrund ihrer ausgezeichneten Kombination von Zugfestigkeit (1-1,5 GP) und Bruchdehnung (30-60%) einem wachsenden Interesse der Industrie, was auf den höheren Anteil an Restaustenit, verglichen mit klassischen TRIP-Stähle, zurück zu führen ist. Der Schlüssel zur Herstellung dieser Stähle ist die interkritische Glühung (IA), bei der ein Teil des Martensits oder Ferrits zurück in Austenit umgewandelt wird und die gelösten Elemente zwischen Ferrit und Austenit partitioniert werden. Dieses Umwandlungsprozess entscheidet über die späteren Eigenschaften. Sowohl der Anteil als auch die Zusammensetzung der gebildeten Austenitkörner wird in diesem Prozess eingestellt und bestimmt folglich über die mechanische Stabilität der Restaustenitkörner die für den TRIP-Effekt entscheidendend sind. Zur Steuerung dieses Prozesses ist ein tiefgehendes Verständnis der Mikrostruktur von Nöten.Vorläufige Untersuchungen zeigen jedoch Diskrepanzen zwischen den experimentellen Messungen und den theoretischen Vorhersagen aus der klassischen diffusiven Transformationstheorie: (a) Mn-Atome diffundieren schneller und partitionieren schneller als von der klassischen Diffusionstheorie erwartet; (b) Von der Theorie wird ein scharfer Mn-Konzentrationsgradient im Austenit vorhergesagt, was einen Mn-Peak nahe der Austenit / Ferrit-Phasengrenzfläche bereits nach kurzer Zeit zur Folge hätte, der jedoch bisher experimentell nicht nachgewiesen werden kann. Diese Abweichungen stellen eine große Herausforderung für die genaue Prozessschritt dar. Zur Lösung der offenen Fragen wollen wir zwei Ansätze verfolgen: (a) genaue experimentelle Messung der Gefügeveränderung während der Transformation. Hierzu soll hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HR-TEM) und Atomsonden-Tomographie (APT) angewandt werden, um das Mn-Konzentrationsprofil nahe der Phasengrenzfläche genau zu bestimmen. (b) In-situ-Messung der Transformationskinetik durch Hochenergie-Synchrotron-Röntgenbeugung (SYXRD), die zuverlässigere Ergebnisse als Ex-situ Messungen generiert. In einem weiteren Schritt soll ein neuer Ansatz für die Diffusionskinetik formuliert werden, die nicht nur den Mechanismus erklärt, sondern auch die schnelle Verteilung von Mn-Atomen während der Rücktransformation quantitativ modellieren kann. Das Ergebnis dieser Arbeit soll wesentlich dazu beitragen, den IA-Prozess und die hierfür entscheidende Vorhersagequalität für Mn-Stähle zu verbessern und bessere Materialeigenschaften für MMnS zu erreichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Haiwen Luo, Ph.D.
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Bleck, bis 1/2021