Einfluss von diffusiblem Wasserstoff auf die mechanischen Eigenschaften von hochfesten Mehrphasenstählen unter Berücksichtigung der Kaltverfestigung

In der Arbeit wird der Einfluss von diffusiblem Wasserstoff auf die mechanischen Eigenschaften der hochfesten Mehrphasenstähle RA-K 40/70 (1.0947), DP-K 980 (1.0944), CP-W 1000 (1.8997) und MS-W 1200 (1.0965) unter Berücksichtigung der Kaltverfestigung untersucht. Zu diesen Stählen liegen bislang kaum Untersuchungen vor, durch die der Einfluss von Wasserstoff auf deren mechanische Eigenschaften, insbesondere der verzögerten Rissbildung, unter praxisnahen Bedingungen beurteilt werden kann.

Ziel der Arbeit war es, die zur Rissbildung führenden kritischen Wasserstoffkonzentrationen der Versuchswerkstoffe zu bestimmen und sie in Korrelation zur Werkstofffestigkeit, den wirkenden Zugspannungen und elastischen Kristallgitterdehnungen im Werkstoff zu setzen. Da bei hochfesten Stählen bereits sehr geringe Wasserstoffgehalte eine verzögerte Rissbildung auslösen können, wurde in Kooperation mit der TU-Braunschweig das HCA-Verfahren (Hydrogen Collecting Analysis) zur hochgenauen Wasserstoffanalyse entwickelt, womit eine exakte und reproduzierbare Analyse von Gehalten < 0,01 ppm ermöglicht wurde. Bei den Stählen RA-K 40/70, DP-K 980 und CP-W 1000 konnten kritische lokale Kerbspannungen in der Größenordnung von ca. 1000 MPa bestimmt werden, was nach dem Hook'schen Gesetz einer elastischen Gitterdehnung von ungefähr 0,4 % entspricht. Für den Stahl MS-W 1200 konnten in etwa doppelt so hohe kritische Spannungen und Dehnungen gemessen werden, die zu einer verzögerten Rissbildung im Werkstoff führen.

Das Verhalten von Wasserstoff in Bereiche zu diffundieren in denen das metallische Gitter elastisch gedehnt ist, bewirkt eine lokale Wasserstoffanreicherung im Werkstoff. Durch eine elektrochemische Polarisation der Werkstoffoberfläche mit Hilfe einer Mikrokapillare wurde diese Wasserstoffanreicherung an gespannten Kerbzugproben experimentell nachgewiesen. Die Positionen der analysierten Wasserstoffmaxima stimmen gut mit den Positionen der mittels FEM berechneten Kerbspannungsmaxima überein.