Bei Fahrzeugen mit Wasserstoffantrieb (Brennstoffzelle und WasserstoffVerbrennung) sowie bei den dafür erforderlichen Tankstellen kommt der Wasserstoff mit einer Vielzahl von Werkstoffen in Berührung. Die meisten metallischen Werkstoffe zeigen eine Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften durch diesen Kontakt mit Wasserstoff. Dieses Phänomen ist allgemein als Wasserstoffversprödung" bekannt, im englischen als "hydrogen environment embrittlement (HEE)" bezeichnet. Bei Screening-Tests wurde festgestellt, dass austenitische Chrom-Nickel-Stähle mit Nickelgehalten > 12.5% (z.B. der Stahl 1.4435) weitgehend immun gegen HEE sind, weswegen diese Werkstoffe momentan die am häufigsten verwendeten Werkstoffe für Wasserstoffanwendungen sind. Ein weiterer häufig verwendeter Werkstoff ist der härtbare Stahl 1.4944 (A286) mit Nickelgehalten von ca. 25%. Werkstoffe mit Nickelgehalten < 10%, insbesondere die im Vergleich günstigen Stähle 1.4301 mit Nickelgehalten um 8%, zeigen eine starke Wasserstoffversprödung, so dass diese Werkstoffe i.d.R. nicht eingesetzt werden. Bei Chrom-Nickel-Stählen mit Nickelgehalten zwischen 10 und 12% (z.B. Stahl 1.4404 bzw. AISI316L) gibt es extrem schwankende Ergebnisse, so dass diese Werkstoffe in Ausnahmen ebenfalls eingesetzt werden. Die Preise dieser Stähle werden in erster Linie durch den sogenannten Legierungszuschlag (LZ) bestimmt. Es ist zu erkennen, dass im Jahr 2003 der LZ der Stähle 1.4301 und 1.4435 ungefähr gleich bei etwa 500 €/t lag. Insbesondere aufgrund des gestiegenen Nickelpreises stieg der LZ von 1.4301 auf etwa 2000 €/t in 2006 und der von 1.4435 auf knapp 4500 €/t. Dies bedeutet eine Preiserhöhung um den Faktor 4 bis 9, je nachdem, welcher Stahl betrachtet wird. Ferner ist zu erkennen, dass der LZ für 1.4435 doppelt so hoch ist wie der für 1.4301, obwohl der Unterschied im Nickelgehalt nur etwa 4% beträgt. Für automobile und stationäre Serienanwendungen sind die Preise insbesondere für 1.4435 nicht wettbewerbsfähig. Für die Zukunft der mobilen Wasserstoffanwendungen ist es daher essentiell, günstige Werkstoffe zu entwickeln, die keine Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften unter dem Einfluss von Wasserstoff zeigen. Das Ziel dieses Projektes war es, einen kostengünstigen austenitischen Stahl mit einem minimalen Gehalt an Legierungselementen zu entwickeln, der für automobile und stationäre Wasserstoffanwendungen verwendet werden kann, ohne sicherheitsrelevante Gesichtspunkte zu vernachlässigen. Dabei sollten auch den Ursachen für die ausgeprägte Streuung der mechanischen Kennwerte austenitischer Stähle bei Prüfung in Wasserstoff in Abhängigkeit des Nickelgehaltes nachgegangen werden. Gezeigt wir dazu dazu exemplarisch die Zunahme der Streuung der relativen Brucheinschnürung in Wasserstoff und Luft für austenitische Stähle mit Nickelgehalten zwischen 8 und 13 Ma.-% Prozent. Gerade für den Bereich niedriger Gehalte von weniger als 11 Ma.-% nimmt die Streuung stark zu, was aus technischer Sicht einen deutlichen Nachteil darstellt.
HYDEE - Entwicklung eines wasserstoffversprödungsresistenten austenitischen Stahles mit minimalenm Legierungsgehalt. Schlussbericht. Laufzeit des Vorhabens: 01.10.2008 bis 30.09.2012
2012
34 Seiten, 28 Bilder, 11 Tabellen, 16 Quellen
Report
Deutsch
TIBKAT | 2013
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