Interplay of microstructure, composition, and fracture behavior in hydrogen-induced stress corrosion cracking

Förderinstitution: AIF/FSV

Projektnummer: 21742 N

Projektbearbeiter: Dr. rer. nat. Michael Brilz

Projektlaufzeit: 01.06.2021 – 31.05.2024

Kurzdarstellung

Eine zentrale Herausforderung beim Leichtbau mit hochfesten Stählen ist die erhöhte Anfälligkeit für wasserstoffinduzierte Spannungsrisskorrosion (H-SpRK). Das Auftreten von H-SpRK erfordert das Zusammenwirken dreier Faktoren: ein anfälliger Werkstoffzustand, kritisches Wasserstoffangebot und überlagerte Zugspannungen. Während die Festigkeit des Werkstoffs in der Praxis oft direkt mit der Anfälligkeit für H-SpRK verknüpft wird, zeigen aktuelle Forschungsergebnisse, dass vor allem die Legierungszusammensetzung und Mikrostruktur entscheidend sind. Optimierungen in diesen Bereichen können die Anfälligkeit trotz hoher Festigkeit signifikant reduzieren.

Die sichere Anwendung hochfester Bauteile erfordert fundiertes Wissen über das komplexe Zusammenspiel von Werkstoff, Beanspruchung und Wasserstoffeintrag. Die Anfälligkeit wird durch präzise Werkstoffprüfungen bewertet, etwa mittels Zeitstandversuche, stufenweiser Laststeigerung oder Langsamzugversuchen bei geringen Dehnraten, wie in Normen (z.B. DIN 50969-3, ASTM F-519) beschrieben. Für Stähle mit einer Festigkeit ab 1000 MPa existieren Warnhinweise zur H-SpRK-Anfälligkeit.

Im Bereich von Verbindungselementen hemmt die angenommene Korrelation zwischen Festigkeit und H-SpRK-Anfälligkeit den Einsatz hoch- und ultrafester Schrauben, wodurch Leichtbaupotenziale ungenutzt bleiben. Ziel des beantragten Projekts ist es daher, ein werkstoffkundlich fundiertes Verständnis für die Korrelation mikrostruktureller, chemischer und bruchmechanischer Einflussfaktoren auf die Anfälligkeit gegenüber H-SpRK zu entwickeln. Aufbauend auf Erkenntnissen aus vorherigen Forschungsprojekten sollen aktualisierte Empfehlungen für optimierte Werkstoffwahl und Wärmebehandlung erarbeitet werden, um die Bauteilsicherheit zu erhöhen und die Ressourceneffizienz im Leichtbau zu verbessern.

Förderhinweis

Das IGF-Vorhaben 21742 N der Forschungsvereinigung Forschungsgesellschaft Stahlverformung e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages, gefördert. Die Langfassung des Abschlussberichtes kann bei der FSV, Goldene Pforte 1, 58093 Hagen, angefordert werden.