Deutsch

Hochlegierte Stähle unterliegen in der industriellen Anwendung einem komplexen Belastungskollektiv bestehend aus einer mechanischen, korrosiven und thermischen Beanspruchung. Unzureichende Werkstoffeigenschaften gehen mit einem verschleißbedingten Materialverlust einher, welcher über kosten und energieintensive Instandhaltungsmaßnahmen kompensiert werden muss. Darüber hinaus enthalten bestimmte Stahlgüten einen hohen Anteil an kritischen Elementen, für die von der Europäischen Union ein hohes Versorgungsrisiko vorausgesagt wird. In Zeiten immer knapper werdender Rohstoffressourcen gilt es diese Elemente möglichst effizient einzusetzen oder im Sinne einer nachhaltigen Ressourcenschonung zukünftig durch andere Elemente adäquat zu substituieren. Vor diesem Hintergrund befasst sich die vorliegende Arbeit mit der Entwicklung und Optimierung von nichtrostenden martensitischen und hochwarmfesten austenitischen Stahlgusslegierungen, welche als verschleißbeständige Werkstoffe für technische Anwendungen bei niedriger und erhöhter Temperatur zum Einsatz kommen. Zur Optimierung der Werkstoffeigenschaften wurde der Ansatz eines gezielten Legierungs- und Wärmebehandlungsdesigns verfolgt. Das Ziel im Bereich der nichtrostenden martensitischen Stähle lag in der Einstellung eines δ-ferritfreien martensitischen Gefüges ohne grobe eutektische Karbide, welches durch ein verbessertes Eigenschaftsprofil eine Lebensdauerverlängerung von Schneidwerkzeugen in der Lebensmittelindustrie gewährleistet. Dafür wurde ein neues Werkstoffkonzept sowie eine neuartige zweistufige Austenitisierungsbehandlung (ZSA) erarbeitet, charakterisiert und industriell umgesetzt. Es wird gezeigt, dass der neu entwickelte Stahl in Kombination mit der ZSA eine höhere Korrosionsbeständigkeit, Schlagzähigkeit und Dauerschwingfestigkeit gegen über kommerziellen Stählen erzielt und dadurch ein besseres Verschleißverhalten von dynamisch belasteten Bauteilen gewährleistet. Im Teilbereich der hochwarmfesten austenitischen Stähle konzentrieren sich die Arbeiten auf die Einsparung von versorgungskritischen Elementen. Hier galt es Werkstofflösungen zu finden, die neben einer Eigenschaftsverbesserung, zugleich eine Einsparung der Elemente Kobalt und Wolfram erlauben. In diesem Bereich wird ein neuartiges Legierungskonzept eines kobaltfreien und wolframreduzierten superaustenitischen Stahlguss vorgestellt, welcher ebenfalls industriell hergestellt und getestet werden konnte. Es wird gezeigt, dass der neu entwickelte Stahl bei Anwendungstemperaturen zwischen 600 °C und 800 °C vergleichbare und zum Teil bessere mechanische und tribologische Eigenschaften gegenüber einem kommerziellen hoch kobalt- und wolframhaltigen austenitischen Stahlguss erzielt. Beide Neuentwicklungen leisten somit einerseits durch ihre verbesserten Materialeigenschaften und andererseits durch die Reduzierung von kritischen Elementen einen Beitrag zu einer nachhaltigen Ressourcenschonung und ermöglichen so eine Steigerung der Ressourceneffizienz.

English