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Projekt
Entwicklung von austenitischen Crossover-Stählen auf der Basis von Schrottrecycling durch experimentelle und numerische Hochdurchsatzuntersuchung von P-S-P-Korrelationen und inverses datengetriebenes Design
Fachliche Zuordnung
Mechanik
Förderung
Förderung seit 2025
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 562096836
Stahlherstellung ist für etwa 25% der weltweiten industriellen CO2-Emissionen verantwortlich. Daher ist der Übergang von der primären zur sekundären Stahlproduktion durch erhöhte Recyclingraten (bis zu 100%) ein Schlüssel zur Reduzierung klimaschädlicher Effekte und zur Erreichung der globalen Nachhaltigkeitsziele. Der hohe Anteil an Legierungselementen erfordert jedoch entweder die Verwendung von hochwertigem, präzise sortiertem Schrott (teuer, aufwändige Logistik) oder die Zugabe geeigneter Rohstoffe (Begrenzung des Schrott-/Recyclinganteils). Eine mögliche Lösung bieten austenitische, rostfreie Crossover-Stähle, d. h. Mischungen verschiedener Sorten rostfreien Stahls, die eine Herstellung aus 100% Recyclingmaterial ermöglichen. Diese Stähle wurden bisher jedoch noch nicht entwickelt und der potenzielle Einfluss von Begleitelementen auf die hervorragenden mechanischen Eigenschaften (hohe Festigkeit, Kaltverfestigung und Duktilität sowie hervorragende Widerstandsfähigkeit unter extremen Bedingungen) muss noch grundlegend untersucht werden. Daher werden im diesem Projekt zwei Aspekte adressiert: (i) die resultierenden chemischen Zusammensetzungen von Crossover-Stählen werden stark von genormten Sorten abweichen, und (ii) der Anteil an Begleitelementen (z. B. P, S, Cu) wird zwangsläufig erhöht. Eine eingehende Untersuchung dieser Aspekte, insbesondere des Einflusses unterschiedlicher chemischer Zusammensetzungen auf die resultierende Mikrostruktur und das mechanische Verhalten, erfordert geeignete Methoden zur Herstellung von Proben im Hochdurchsatzverfahren und die anschließende quantitative Bewertung der Prozess-Struktur-Eigenschaften (P-S-P)-Beziehungen durch eine Kombination von experimentellen und numerischen Ansätzen. Auf Grundlage dieser P-S-P-Verknüpfungen ist es unser Ziel, eine datengetriebene inverse Designstrategie zu entwickeln, um neuartige Edelstahl-Mischungen auf Basis von 100% Recyclingmaterial zu finden. Außerdem wollen wir den Einfluss von Verunreinigungen in den Zusammensetzungen auf die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften untersuchen. Im Ergebnis ermöglicht das inverse Design die Definition von Mischungen aus recyceltem Stahl mit mechanischen Eigenschaften, die mindestens so gut sind, wie die eines vorgegebenen Referenzmaterials. Zu den wichtigsten Innovationen dieses Projekts gehört die Betrachtung von Verfestigung und Festigkeit, d. h. die Kopplung zwischen Schädigung und Plastizität sowie die Schädigung an den Korngrenzen. Eingebunden in ein umfassendes Designkonzept (Hochdurchsatz-Screening, -Synthese und -Charakterisierung in Kombination mit einem auf maschinellem Lernen basierenden inversen Design) wollen wir dadurch die Rolle unterschiedlicher Schrottmischungen und Verunreinigungen verstehen und bewerten. Zu den berücksichtigten effektiven Eigenschaften gehört insbesondere die Schädigungstoleranz, die eine Voraussetzung für die Entwicklung robuster Legierungen mit verbesserter Nachhaltigkeit ist.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
