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Entwicklung und Charakterisierung von austenitischen Nanocluster-ODS-Stählen für Hochtemperaturanwendungen

Dipl.-Ing. Sascha Seils

Motivation

Ein Hauptaugenmerk der Fragestellungen an eine moderne Energieversorgung liegt auf der effizienten und ökologischen Energieerzeugung und -umwandlung, sowie ihrer Speicherung. Konventionelle Hochtemperatur-Stähle sind bei Temperaturen bis etwa 600 °C einsetzbar. Eine Steigerung der Einsatztemperatur in Wärmekraftmaschinen würde den Wirkungsgrad erhöhen und damit gleichzeitig den CO2-Ausstoß senken. Untersuchungen an ferritischen ODS-Stählen (ODS = oxide dispersion-strengthened) offenbarten bereits eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen. Weitere Verbesserungen werden vom Einbringen oxidischer Partikel in Austenit erwartet, dessen Festigkeiten, sowie Kriech- und Oxidationsbeständigkeit denen, des reinen Ferrits überlegen sind. Eine weitere interessante Eigenschaft austenitischer ODS-Stähle ist deren hohe Strahlungsbeständigkeit, die diesen Werkstoff bei der Konstruktion zukünftiger Fusionsreaktoren eine bedeutende Rolle spielen lassen könnte.

Ziele

  • Herstellung eines austenitischen ODS-Stahls mittels pulvermetallurgischer Prozessroute in Kooperation mit den Projektpartnern
  • Verständnis der Bildung sogenannter Nanocluster und deren Entwicklung während der Werkstoffherstellung
  • Sammlung von Erfahrungswerten zur Anpassung des ODS-Stahls an vorgegebene Anforderungsprofile

Untersuchungen

  • Parameterstudie zur pulvermetallurgischen Synthese eines austenitischen ODS-Stahls
  • Mikrostrukturelle Charakterisierung des ODS-Stahls mittels Rasterelektronenmikroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie
  • Charakterisierung der oxidischen Nanocluster durch 3D-Atom-Probe-Tomography
  • Untersuchung der Nanoclusterbildung in Abhängigkeit verschiedener Legierungselemente
  • Bewertung der mikrostrukturellen Entwicklung bei hohen Temperaturen und unter Ionenbestrahlung