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

Im Foyer des Eingang Nord wendet sich die High Potential Area speziell an den Nachwuchs
10.03.2026

wire & Tube 2026 mit High Potential Area und ecoMetals

Das Düsseldorfer Fachmesseduo präsentiert zwei Initiativen, die es in sich haben

Draht Düsseldorf Industrie Kabel Messe Nachwuchs Rohstoffe Stabstahl Tube Unternehmen
Mehr erfahren
09.03.2026

wire 2026 mit prallem Forumsprogramm

Als Teil des Rahmenprogramms der Fachmesse für Draht und Kabel sind auf der ‚Forum Stage Cable & Wire‘ spannende Tagesforen und Diskussionsrunden geplant

Anlagen Anlagenbau Draht Entwicklung Essen EU Industrie Innovation Italien Kabel Messe Nachhaltigkeit Tube USA Zusammenarbeit
Mehr erfahren
Rechtsanwältin Melina Jenkner von Heidemann Küthe Rechtsanwälte
09.03.2026

HOK Maschinenbau übernimmt Vermögenswerte der SCHUBERT GROUP

Mit Wirkung zum 1. März 2026 übernimmt die HOK Maschinenbau GmbH aus Hückeswagen im Rahmen einer übertragenden Sanierung die Vermögenswerte sowohl der Schubert Maschinen-...

Anlagen Anlagenbau Automation Automobil Bonn Bund Deutschland Energie Ennepetal Erfolgsfaktor Ergebnis Essen EU Gesellschaft Handel Industrie ING KI Lieferung Mannheim Maschinenbau Messtechnik Metallverarbeitung Modernisierung Optimierung Presse Pressen Reparatur Restrukturierung Sanierung Service Stabstahl Stahl Steuerung Technik TEMA Umformen Umformtechnik Unternehmen Wirtschaft
Mehr erfahren
Primetals Technologies wird eine Pelletieranlage, drei Pfannenöfen und zwei RH-Entgaser an SAIL IISCO liefern. Das Foto zeigt Vertreter beider Unternehmen bei der Vertragsunterzeichnung.
05.03.2026

SAIL IISCO kooperiert mit Primetals Technologies

Steel Authority of India Limited (SAIL), ein führender indischer Stahlproduzent, erweitert sein IISCO-Stahlwerk in Burnpur und wählte dafür Primetals Technologies als Lie...

Anlagen Antrieb Deutschland Digitalisierung Draht EU Greenfield-Projekt HZ Indien Industrie ING KI Legierungen Lieferung Ltd Ltd. Metallurgie Optimierung Partnerschaft Primetals Produktion Prozessoptimierung Sensoren Spezialstahl Stahl Stahlindustrie Stahlwerk Steuerung Temperatur Unternehmen USA Vakuumpumpe Zusammenarbeit
Mehr erfahren
David Algermissen, Abteilungsleiter Sekundärrohstoffe/Schlackenmetallurgie im FEhS – Institut für Baustoff-Forschung, welches das Projekt koordiniert hat: „Die Arbeiten mit diesem großartigen Konsortium waren sehr erfolgreich. Es konnte sowohl Basiswissen rund um die Elektroroheisenschlacke aufgebaut werden bis hin zu Pilotversuchen zur Erzeugung von Hüttensand 2.0 im Tonnenmaßstab und die Prüfung im Zement und Beton. Nächste Schritte sind die normativen und rechtlichen Rahmenbedingungen, damit das Material auch zeitnah seinen Weg in den Markt finden kann, sobald die Schlacke bei thyssenkrupp entsteht.“ Das im Jahr 2021 gestartete Forschungsvorhaben „SAVE CO2“ von thyssenkrupp Steel, Heidelberg Materials, dem Institut für Technologien der Metalle der Universität Duisburg-Essen, Fraunhofer UMSICHT und FEhS-Institut wurde im Rahmen der Fördermaßnahme KlimPro-Industrie vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt sowie der Europäischen Union/NextGenerationEU gefördert und durch den DLR Projektträger betreut.
05.03.2026

Schlacken aus dekarbonisierter Stahlherstellung für Zement geeignet

Neue Schlacken, die bei der dekarbonisierten Stahlherstellung auf der Direktreduktionsroute im Einschmelzer entstehen, eignen sich als latent hydraulische Bindemittel in...

Bund CO2 CO2-Emissionen Direktreduktion Duisburg Einsatzstoffe Eisenschwamm Emissionen Energie Ergebnis Essen EU Forschung Forschungsprojekt Fraunhofer Hochofen Industrie ING Klima Metallurgie Produktion Roheisen Rohstoffe Schmelze Stahl Stahlherstellung Technik Thyssen thyssenkrupp Umwelt Wirtschaft
Mehr erfahren