Schmelztauchveredelung von hochmanganlegiertem TWIP-Stahl unter Berücksichtigung der wasserstoffinduzierten Rissbildung nach Umformen

Abstract

Die Schmelztauchveredelung von hoch-Mn-legiertem TWIP-Stahl scheitert an mangelnder Zinkbenetzung. Dies begründet sich mit der selektiven Oxidation der Legierungselemente während des Glühens. Weiterhin ist unklar, wie der Prozess die H-induzierte Rissbildung nach Umformen beeinflusst. Ziel der vorliegenden Arbeit stellte dar, für einen TWIP-Stahl die Mechanismen der Glühgas-Metall- und der Schmelztauchreaktion zu beschreiben. Ebenso galt es, die H-induzierte Veränderung der Mikroplastizität im oberflächennahen Gefügebereich zu erfassen. Der experimentelle Kern lag auf der Schmelztauchsimulation und der in-situ-Nanoindentation. Im Wesentlichen resultiert folgender Erkenntnisgewinn: Es wird ein Verfahrensansatz für die reaktive Zinkbenetzung auf einer modifizierten MnO-Schicht (MnO·Femetall-Schicht) vorgestellt. Dies schließt die Neuformulierung der Schmelztauchreaktion Mn-legierter Stähle mit ein, da die aluminothermische MnO-Reduktion hierbei offensichtlich versagt. Weiterhin erfolgt die H-induzierte Rissinitialisierung mit anschließendem Sprödbruch vorzeitig im Fall einer glühbedingten Duktilisierung des oberflächennahen Gefügebereichs. Dies lässt sich mit dem Wechsel von spröder (HEDE) zu duktiler (HELP) Risskeimbildung begründen. Dies eröffnet neue Wege für die Feuerverzinkung Mn-legierter Stähle. Das Phänomen der verzögerten Rissbildung verdeutlicht, wie die lokale Veränderung mikroskopischer Werkstoffeigenschaften die makroskopischen Produkteigenschaften beeinflussen kann.

Hot-dip galvanizing of high-Mn-alloyed TWIP-steels fails due to the lack of Zn wetting. This fact bases upon the selective oxidation of alloying elements during annealing. Additionally, it is unclear, if H-induced delayed cracking is influenced by galvanising process. The present work aims to describe the mechanisms of gas-metal-reaction and reactive Zn wetting of a TWIP-steel. The effect of hydrogen charging on the microplasticity of the sub-surface should also be captured. The experimental procedure focussed on hot-dip process simulation and electrochemical in-situ nanoindentation. Following conclusion could be made: An innovative process approach to realize reactive Zn wetting ontop a modified MnO-layer (MnO·Femetal-layer) was gained. This includes reformulating of the mechanism of wetting reaction of Mn-alloyed steels, because of the model of an aluminothermic MnO reduction obviously fails by hot-dipping of high-Mn-alloyed steels. Furthermore, H-induced crack initialisation with subsequent brittle failure occurred earlier in the case of an annealing-affected sofetening of the sub-surface. Gained results supports processing to hot-dip galvanize (high) Mn-alloyed steels. The phenomenon of delayed cracking clarifies that a local modification of the microscale material properties in the sub-surface is able to essentially affect the macroscale product properties.