CD-Labor for Wissensbasierte Entwicklung fortschrittlicher Stähle

Laborleiter Ronald Schnitzer bei der Atomsondentomographie mithilfe derer der atomare, chemische Aufbau von Wekrstoffen untersucht werden kann.
Beispielhaftes Ergebnis einer Atomsondenmessung. Jeder rote Punkt entspricht einem gemessenen Fe-Atom und die blauen Bereiche geben Anreicherungen von Ni- und Al-Atomen wieder.

Dieses CD-Labor erforscht die Grundlagen zur Herstellung fortschrittlicher Stähle mit reduziertem CO2-Fußabdruck. Es leistet somit einen wesentlichen Beitrag zu den aktuellen Schlüsselthemen wie Nachhaltigkeit, Energieeinsparung und Recycling.

Projekte zur Entwicklung von Stählen werden bereits in naher Zukunft eine umweltorientierte Zielsetzung haben. Um den CO2-Ausstoß zu reduzieren, strebt die Stahlindustrie eine Erhöhung des Schrottanteils in ihrer Produktion an. Die eingesetzte Herstelltechnologie muss dafür von der Hochofenroute auf Elektrolichtbogenöfen umgestellt werden. Durch den erhöhten Schrotteinsatz erhöht sich jedoch die Menge an unerwünschten Begleit- und Spurenelementen.

Es ist wichtig, die Menge und chemischen Zusammensetzung dieser Spurenelemente zu kennen und in weiterer Folge ihren Einfluss auf die Nano- und Mikrostruktur, die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit des Stahls zu bestimmen. Ein genaues Verständnis dieser Parameter ist die Voraussetzung für die Entwicklung von Stählen mit geringerem CO2-Fußabdruck und somit auch der Hauptforschungsschwerpunkt dieses CD-Labors.

Der Forschungsansatz umfasst experimentelle Methoden gepaart mit Simulationen und Berechnungen. Dabei werden skalenübergreifende Methoden, startend von der atomaren Ebene, bis hin zur Anwendung von Bauteilen eingesetzt. Die detaillierte Charakterisierung der Verunreinigungen mittels spektroskopischer und tomographischer Analysemethoden trägt dabei zum Verständnis von Materialien auf atomarer Ebene bei. Zeit- und kostenintensive experimentelle Methoden werden durch die computergestützte Materialwissenschaft, wie ab initio Berechnungen unterstützt, um den Aufwand zu minimieren. Wie sich der erhöhte Gehalt an Begleit- und Spurenelementen auf die Stabilität, Bildung und Umwandlung von Phasen und Ausscheidungen auswirkt, wird im Rahmen von sogenannten CALPHAD-Berechnungen (CALculation of PHAse Diagrams) untersucht. Die computergestützten Berechnungen und Modelle werden wiederum durch umfassende experimentelle Untersuchungen der tatsächlich im Stahl entstandenen Mikrostruktur und der daraus resultierenden Struktur-Eigenschafts-Beziehungen validiert.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses CD-Labor Forschungen auf atomarer Ebene bis hin zum fertigen Stahlwerkstück ermöglicht und die Validierung zwischen Experimenten und Berechnungen auf allen Ebenen umsetzt. Durch diesen Ansatz wird die wissensbasierte Entwicklung von Hochleistungsstählen, die mit geringen CO2-Emissionen hergestellt werden, ermöglicht. Darüber hinaus wird dadurch der Weg für das aufstrebende Gebiet des virtuellen Materialdesigns geebnet.

Wärmebehandlung von Hochleistungsstählen, um gezielt bestimmte Mikrostrukturen und Eigenschaften erstellen zu können.

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