"Quenching & Partitioning" : Wärmebehandlung an martensitisch nichtrostenden Stählen

Abstract

Das Wärmebehandlungskonzept des „Quenching and Partitioning” (Q&P) wurde zur Optimierung der mechanischen Eigenschaften niedriglegierter Stähle entwickelt. Die Kombination aus unterbrochenem Härten gefolgt von einem Anlassen bei niedriger Temperatur erzeugt ein Gefüge aus angelassenem Martensit und kohlenstoffstabilisiertem Restaustenit. Daraus resultiert eine ausgewogene Kombination aus hoher Festigkeit und moderater Verformbarkeit. Die Anwendung des Q&P-Prozesses auf martensitisch nichtrostende Stähle hat das Potential sowohl die Festigkeit als auch die Verformbarkeit niedriglegierter Q&P-Werkstoffzustände zu übertreffen. Der Werkstoff 1.4034 stellt dabei einen Sonderfall dar, da während des Anlassens im Rahmen der Q&P-Wärmebehandlung der Austenitgehalt deutlich gesteigert wird (Austenitreversion). In der vorliegenden Arbeit wurde die Gefügeentwicklung während der Q&P-Behandlung an zwei martensitisch nichtrostenden Stählen detailliert untersucht. Ein besonderer Fokus lag dabei auf dem Effekt der Austenitreversion. Dabei wurde erstmals die zerstörungsfreie Wirbelstromprüfung zur Charakterisierung derartiger Werkstoffgefüge genutzt. Die mechanischen Eigenschaften wie auch die Korrosionsbeständigkeit wurden umfangreich analysiert. Für den Werkstoff 1.4034 wurden durch die Q&P-Wärmebehandlung hochfeste, moderat verformbare Zustände mit hoher Korrosionsbeständigkeit erzeugt und mit den entsprechenden Mikrostrukturen korreliert. Erstmalig wurde die Q&P-Wärmebehandlung am stickstofflegierten Werkstoff 1.4108 erprobt. Dabei konnte gezeigt werden, dass Stickstoff sowohl zur Stabilisierung von Restaustenit beiträgt, wie auch eine Austenitreversion unterstützt. Die, durch die Q&P-Wärmebehandlung erzeugten, Zustände sind hinsichtlich der Gefüge und mechanischen Eigenschaften dem Werkstoff 1.4034 ähnlich. Die Korrosionsbeständigkeit ist signifikant höher.

The heat treatment concept of ’Quenching and Partitioning’ (Q&P) was developed for the optimisation of the mechanical properties of low alloyed steels. The combination of interrupted hardening and low temperature tempering leads to a microstructure of tempered martensite and carbon stabilised retained austenit. The result is a balanced combination of high strength and medium formability. The application of the Q&P heat treatment on martensitic stainless steel enables the further increase of strenght and formability. The steel 1.4034 is an outstanding material, because the fraction of retained austenite is increased during the Partitioning (austenite reversion). In the present work the influence of a Q&P treatment on the development of the microstructure was in-depth analysed for two different martensitic stainless steels. Thereby, a special focus was the charakterisation of austenite reversion. For the first time a non-destructive testing method was used for the charakterisation of these microstructures. The mechanical properties, as well as the corrosion behavior were extensivly analysed. For the steel 1.4034 the Q&P treatment led to high strength and moderate formable conditions with a high corrosion resistance, which were correlated with the microstructure. For the first time the Q&P heat treatment was applied on the nitrogen allyed steel 1.4108. It could be shown, that Nitrogen is sufficent to stabilise and reverse retained austenite. The Q&P conditions are similar to the steel 1.4034, regarding microstructure and mechanical behaviour. The corrosion resistance is significantly higher.