Investigations on Hydrogen Embrittlement of Advanced High Strength Steels for Automotive Applications

Gao, Qi; Bleck, Wolfgang (Thesis advisor); Zander, Brita Daniela (Thesis advisor)

Aachen (2017)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Kurzfassung

Die Verwendung von höchstfesten Stählen in Automobilen hat eine hohe Bedeutung bei der Verringerung des Fahrzeuggewichts und damit bei der Reduzierung der CO2-Emissionen. Der Einsatz dieser Stähle ist jedoch zum Teil noch limitiert. Ein Grund dafür ist die bei diesen Stählen potentiell auftretende Wasserstoffversprödung, die daher in den Materialwissenschaften und in der Automobil-Industrie eine bedeutende Rolle spielt, um diese Stähle industriell einsetzen zu können. Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit liegt auf der Untersuchung des wasserstoffinduzierten Sprödbruchverhaltens von Stählen mit einer Zugfestigkeit von 1180 MPa, für den Einsatz in Karosseriebauteilen. Die Stähle wurden in verschiedenen mechanischen und umformtechnischen Versuchen, die die Verhältnisse bzw. die Beanspruchungen der Stähle bei der Produktion sowie der Verwendung im Fahrzeug widerspiegeln, untersucht und bewertet. Nachfolgend erfolgte eine Validierung anhand von bauteilähnlichen Versuchen aus dem Karosseriebau zum Abgleich der Ergebnisse zwischen Laborversuchen und Realität. Gleichzeitig erfolgte auf Basis dieser Bewertungen ein Vergleich der verschiedenen Prüfmethoden im Hinblick auf die Eignung als Standard für zukünftige Untersuchungen zur Wasserstoffversprödung. Zusätzlich wurden die wichtigsten Einflüsse der Materialien sowie der Verarbeitungsprozesse auf die wasserstoffinduzierte Rissbildung von höchstfesten Stählen für Karosserieanwendung bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass zwei Methoden sehr geeignet sind, um die Wasserstoffversprödung von höchstfesten Stählen für Karosserieanwendung zu bewerten: Versuche mit U-Biege-Proben, die in korrosive Medien getaucht werden und Stufenversuche, bei denen eine Last an zugprobenähnliche Geometrien in korrosiver Umgebung stufenförmig gesteigert wird. Faktoren wie die Anwesenheit von Restaustenit, ein hohes Kohlenstoffäquivalent und eine große Korngröße steigern die Wasserstoffversprödungsneigung. Entgegengesetzt wirkt die Zugabe von Carbid-Bildnern wie Ti und Nb sowie von Cr, Mo und N, die die Anfälligkeit gegen Lochkorrosion vermindern. Im Herstellungsprozess haben Schweißpunkte sowie hohe Spannungen an der Kante, wie sie beim Stanzen auftreten, einen negative Einfluss auf die Neigung zur Wasserstoffversprödung. Weitere untersuchte und bewertet Einflüsse sind die Dehnungszustände im Umformprozessen sowie verschiedene korrosive Einflüsse. Die Arbeit bietet damit einen wissenschaftlich fundierten Beitrag zur Bewertung der Wasserstoffversprödung von höchstfesten Stählen für den sicheren Einsatz von höchstfesten Stählen in Karosseriebauteilen.

Einrichtungen

  • Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]
  • Lehrstuhl für Werkstofftechnik der Metalle und Institut für Eisenhüttenkunde [522110]

Identifikationsnummern