Trendthema Forschung
Chemische Heterogenität innerhalb der Mikrostruktur führt zu einer verbesserten Beständigkeit gegen wasserstoffinduzierte Rissbildung - Bild: MPIE
14.07.2021

Wie die Ausbreitung Wasserstoff-induzierter Risse in Stählen gestoppt wird

Während Politik, Industrie und Forschung darauf hinarbeiten, Wasserstoff als nachhaltigen Energieträger zu nutzen, ist die Wasserstoffversprödung von hochfesten Legierungen zu einem der Hauptprobleme geworden, die die Realisierung der Wasserstoffwirtschaft behindern. Hochfeste Legierungen werden in der Automobil- und Luftfahrtindustrie nicht nur für den Bau von Leichtbaukomponenten benötigt, sondern auch in Bauteilen, die zur Speicherung und zum Transport von Wasserstoff eingesetzt werden. Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung (MPIE) und ihre Kolleg*innen von der Tsinghua University China und der Norwegian University of Science and Technology haben einen Weg gefunden, wasserstoffinduzierte Risse in hochfesten Stählen zu stoppen. Das Forscherteam veröffentlichte ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nature Materials.

„Stähle machen 90 % des weltweiten Marktes für Metalllegierungen aus und hochfeste Stähle können besonders anfällig für Wasserstoffversprödung sein. Deshalb war es unser Ziel, eine kostengünstige, skalierbare Strategie zu finden, um hochfeste Stähle unter Beibehaltung ihrer mechanischen Leistungsfähigkeit widerstandsfähiger gegen Wasserstoff zu machen.“, erklärt Dr. Binhan Sun, Postdoktorand, Themenleiter für Wasserstoffversprödung in Hochleistungslegierungen am MPIE und Erstautor der Publikation.

Die Wissenschaftler*innen implementierten manganreiche Bereiche in die Mikrostruktur des Stahls, um Risse abzustumpfen und Wasserstoff darin einzufangen und so die Rissausbreitung zu stoppen. „Wir haben unsere Methode mit hochfesten Manganstählen getestet, in denen wir eine extrem hohe Anzahldichte (über ~2 × 1018 m-3) von manganreichen Pufferzonen erzeugt haben. Diese Pufferzonen stellen Sackgassen für Risse dar, indem sie scharfe Risse abstumpfen. Dadurch wird der Stahl doppelt so widerstandsfähig gegen Wasserstoff wie herkömmliche chemisch homogene Stähle, unabhängig davon, wann und wie Wasserstoff in das Material eingedrungen ist“, sagt Dr. Dirk Ponge, Leiter der MPIE-Gruppe „Mechanism-based Alloy Design“, der das Forschungsprojekt betreut. Die vorgestellte Methode lässt sich prinzipiell auf über 10 etablierte Stahlsorten anwenden. Mögliche Anwendungen sehen die Wissenschaftler*innen auch für andere Legierungssysteme (z.B. mehrphasige Titanlegierungen), die fest, duktil und wasserstoffbeständig sein sollen. Bevor jedoch das Spektrum der Legierungen erweitert wird, wollen die Forscher*innen nun verschiedene Methoden finden, um Pufferzonen mit chemischer Heterogenität innerhalb des Gefüges präzise zu erzeugen. Diese verschiedenen Methoden könnten den Effekt der Rissbeständigkeit weiter verstärken und besser zu den etablierten industriellen Verarbeitungsrouten passen.

(Quelle: Max-Planck-Institut für Eisenforschung)

Schlagworte

AutomobilChinaEisenforschungEnergieErgebnisEUForschungForschungsprojektIndustrieINGLegierungenLeichtbauMax-Planck-InstitutMPIePolitikStahlStrategieTransportWasserstoffWirtschaft

Verwandte Artikel

Laborversuch im 1-kg-Maßstab
29.09.2026

Outokumpu stellt EvoMaterials vor

Proprietäre Technologieplattform für die Herstellung CO₂-armer hochangereicherter Metalle – auf dem Weg zur Pilotproduktion

Bund Chrom DSV Emissionen Entwicklung EU Europa Forschung HZ Industrie ING Innovation KI Klima Legierungen Lieferketten Outokumpu Patent Produktion Projektmanagement Unternehmen USA Vereinbarung Verteidigung Vorstand Werkstoff Werkstoffe Wettbewerb Wirtschaft
Mehr erfahren
28.09.2026

steelbuy: Neue Plattform von tk accelis in den USA gestartet

Die Plattform unterstützt die Strategie von tk accelis, in Nordamerika zu expandieren und die Digitalisierung von Lieferketten voranzutreiben

Aluminium Blech Bleche Coils Digitalisierung Edelstahl EU Handel Industrie ING Lieferketten Modernisierung Nordamerika Service Stahl Stahlhandel Stahlindustrie Stahlwerk Strategie Tk accelis Unternehmen USA Verkauf Verlag Vertrieb
Mehr erfahren
25.09.2026

CO₂-Rechnung für Stahl könnte sich verdoppeln

EUROFER schätzt, dass die steigenden EU-CO₂-Abgaben den konventionellen Hochofenstahl nach 2030 drastisch verteuern werden

Dekarbonisierung Emissionen Energie Entwicklung Essen EU EUROFER Europa Handel Hochofen HZ IBU Importe Industrie ING Investition Klima Klimaneutraler Stahl Messe Schrott Transformation Unternehmen Verkauf Verlag Wettbewerb Wirtschaft Zahlen Zertifikat
Mehr erfahren
24.09.2026

Rohstahlerzeugung im August 2026: Weiterhin verhaltene Erholung

Die Rohstahlproduktion in Deutschland hat im August 2026 mit einem Plus von 1,7 Prozent im Vorjahresvergleich nur leicht zugelegt.

Deutschland EU Hochofen ING Konverter Produktion Rohstahlproduktion Schrott Stahl Stahlerzeugung Stahlproduktion Wirtschaft Wirtschaftsvereinigung
Mehr erfahren
Nicklas Magnusson, Leiter Sustainability & Safety bei Ovako
23.09.2026

Erstellung von Umweltproduktdeklarationen optimieren

Mit seiner digitalen Lösung kann Ovako, ein skandinavische Stahlhersteller, Umwelt-Produkt-Deklarationen (EPD) für Stahlprodukte in nur wenige Minuten erstellen.

Emissionen Energie Ergebnis Essen EU IBU Industrie ING KI Lieferketten Ltd Nachhaltigkeit Ovako Produktion Produktionsprozess Rohstoffe Spezialstahl Stahl Transport Umwelt Umweltproduktdeklaration USA Zusammenarbeit
Mehr erfahren