Design, Entwicklung und Charakterisierung von Advanced High Strength Steels (AHSS)

Kraftstoffeinsparung und Sicherheitsaspekte sind die treibenden Kräfte für den stetig steigenden Einsatz von höherfesten Stählen in der Automobilindustrie. Aktuell wird an der dritten Generation der Advanced High Strength Steels geforscht, bei denen in einer martensitischen oder bainitischen Matrix eine beträchtliche Menge an Restaustenit durch Kohlenstoffumverteilung stabilisiert wird. Der metastabile Restaustenit wandelt bei Belastung in festen Martensit um und erhöht dadurch die Umformbarkeit. Dieser Mechanismus kann gezielt bei der Herstellung komplexer Geometrien oder im Falle eines Zusammenstoßes zur Aufnahme von Energie genutzt werden. Ein grundlegendes Verständnis des Zusammenhangs zwischen chemischer Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften ist essenziell für eine weitere Verbesserung des Eigenschaftsprofiles dieser höchstfesten Stähle.

Ein vielversprechendes Wärmebehandlungskonzept der dritten Generation Advanced High Strength Steels stellt das sogenannte „Quenching-and-Partitioning“ dar. Dabei wird der Stahl im Anschluss an eine vollständige Austenitisierung auf eine Temperatur zwischen Martensitstart- und –endtemperatur abgeschreckt („Quenching“), um einen definierten Anteil an Martensit zu erzeugen. In einem zweiten Schritt wird der Kohlenstoff vom übersättigten Martensit in den verbleibenden Austenit umverteilt („Partitioning“), und dieser dadurch stabilisiert. Um ein grundlegendes Verständnis des Zusammenhangs zwischen Wärmebehandlung, Phasenentwicklung und Kohlenstoffumverteilung zu erhalten, wurden in-situ Wärmebehandlungen im Synchrotron am DESY in Hamburg durchgeführt. Die Aufzeichnung der Beugungsmuster während des gesamten Wärmebehandlungszyklus ermöglicht eine zeitaufgelöste Bestimmung der Phasenanteile und ihres Kohlenstoffgehaltes. Diese Erkenntnisse konnten in weiterer Folge mit den mechanischen Eigenschaften korreliert werden und bilden die Grundlage für eine Optimierung der Wärmebehandlungsparameter.

Während des gesamten Wärmebehandlungszyklus werden die Beugungsmuster aufgezeichnet, mit Hilfe derer Rückschlüsse auf die Phasenanteile und ihren jeweiligen Kohlenstoffgehalt gezogen werden können. Durch Korrelation mit den mechanischen Eigenschaften können dadurch die Wärme-behandlungsparameter optimiert werden.