Untersuchungen zur Nutzung gepulster Laserstrahlsysteme zur Kontrolle des Kornwachstums und der Ausscheidungskinetik von ferritischen nichtrostenden Stählen

Vorhabenbeschreibung:

Ferritische nichtrostende Stähle mit mindestens 12 Gew.-% Chrom zeichnen sich durch eine exzellente Beständigkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion sowie Hochtemperaturoxidation aus. Ferner weisen die ferritischen Güten ein Legierungskonzept ohne Nickel auf, wodurch der Legierungszuschlag gegenüber austenitischen nichtrostenden Stählen deutlich reduziert ist. Infolge dessen erstarren die ferritischen Güten im kubisch-raumzentrierten Gitter, welches durch geringe Löslichkeit interstitieller Elemente sowie hohe Diffusionsgeschwindigkeiten gekennzeichnet ist. So neigen ferritische nichtrostende Stähle beim Schmelzschweißen zu ausgeprägter Grobkornbildung sowie Ausscheidung chromreicher Korngrenzenphasen, wodurch die Schweißnahtduktilität und –korrosionsbeständigkeit herabgesetzt und interkristalline Korrosion induziert werden kann. Jene Phänomene können auch durch Nutzung von Dauerstrich-Lasersystemen und ihrer vergleichsweise geringen Energieeinträge nicht vermieden werden. Häufig werden daher Schweißkonstruktionen im Hinblick auf ihre chemische Beständigkeit durch die Nutzung von austenitischen nichtrostenden Stählen überdimensioniert, bei denen die Gefahren deutlich vermindert sind. Da das gepulste Laserstrahlschweißen durch nahezu freie Pulsformung eine definierte Wärmeeinbringung in die Fügepartner erlaubt, untersucht das geplante Forschungsvorhaben die Nutzung von pulsmodulierten Laserstrahlsystemen zur Maximierung der Kristallisationskeimdichte und, subsequent, Vermeidung der Grobkornbildung bei ferritischen nichtrostenden Stählen. Durch die im Vergleich zu Dauerstrichsystemen gesteigerte Fluenz und hierdurch verstärkte Abkühlraten und -gradienten wird eine Ausscheidung von chromreichen Phasen vermieden, wodurch die interkristalline Korrosionsbeständigkeit steigt. Derart können substantielle Einsparungspotentiale bei den materialbezogenen Fertigungskosten realisiert und die Wettbewerbsfähigkeit von KMU nachhaltig gesteigert werden.