Im Rahmen des durchgeführten Entwicklungsprojektes wurde eine Werkstoffgüte speziell für thermomechanisch stark belastete Komponenten von Abgasanlagen entwickelt. Aus steigenden Betriebstemperaturen von Abgasanlagen, bedingt durch höhere Abgastemperaturen bis 950 °C, die aus Hubraumreduzierung bei gleichbleibenden oder steigenden Motorenleistungen resultieren, ergeben sich hohe Anforderungen an das Material hinsichtlich Warmfestigkeit, Kriechbeständigkeit, thermomechanischer Beständigkeit, aber insbesondere auch hinsichtlich der Korrosions- und Zunderbeständigkeit. Am Markt verfügbare ferritische Werkstoffe wie 1.4509 oder 1.4521 erfüllen die steigenden Anforderungen nur bedingt. In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern wurde unter dem Namen Ferrit950" ein ferritischer Chromoxidbildner entwickelt, dessen thermomechanischen Eigenschaften durch zusätzliche Mischkristallverfestigung auf Basis der Elemente Molybdän und Wolfram und Korngrenzenstabilisierung mittels Laves-Phasen Ausscheidung verbessert wurden. Im Rahmen der Projektbearbeitung wurden verschiedene Legierungskonzepte simulativ konzipiert und mittels Laborschmelzen thermomechanisch, mechanisch und technologisch charakterisiert. Eine vorteilhafte chemische Einschränkung wurde halbindustriell abgegossen, thermomechanisch und technologisch charakterisiert und zu Prototypen verarbeitet und betestet. Die beschriebenen Ergebnisse deuten auf eine Wirksamkeit von Laves-Phasen- und Karbonitrid-basierten Verfestigungsmechanismen hin. Gleichzeitig war eine Verarbeitbarkeit des Werkstoffes durch relevante Technologien gegeben. Vorausgesetzt der technischen Umsetzbarkeit auf großserientechnische Schmelzen und der abschließenden Validierung der Materialeigenschaften wird daher ein künftiger Einsatz des Ferrit950 in höchsttemperaturbelasteten Abgaskomponenten (Krümmerschalen, Vorrohre, Katalysatoren) erwartet. Der Umfang des Einsatzes und damit auch die erreichbaren Effekte zur Reduzierung von CO2 - Emissionen und Steigerung der Energieeffizienz hängen aber von der ausstehenden Bewertung der wirtschaftlichen Vor- und Nachteile des Materialeinsatzes durch den OEM bzw. Endnutzer ab.

    Within the funded research project, a ferritic stainless steel grade, intended for exhaust applications exposed to high exhaust temperatures, was developed and characterized. Due to elevated exhaust temperatures as a result of engine downsizing, material requirements regarding high temperature strength, creep resistance, thermomechanical properties as well as hot and wet corrosion properties are increasing. Available ferritic stainless steel grades do not meet these requirements. Therefore, a ferritic, chromium oxide based stainless steel grade was developed by the project group, showing improved thermomechanical properties due to molybdenum- and tungsten induced solid solution strengthening as well as grain boundary stabilization by means of laves-phase and carbonitride precipitation. Different chemical compositions were designed based on simulation software and subsequently thermomechanically, mechanically and technologically characterized. A beneficial chemical composition was casted, rolled, experimentally characterized and used for prototyping. It was found, that solid solution and precipitation strengthening improved the themomechanical properties, while the processability regarding cold forming was impacted, but still sufficient for component manufacturing. Provided that the positive results obtained from laboratory heats can be validated based on prototypes manufactured from industrial-heat strip, an application of the developed material in exhaust components exposed to highest temperatures (manifolds, pipes, converter) is expected for future projects. However, a quantification of attainable sale volumes and related CO2 savings is highly dependent on the appraisal of technical advantages and benefits of the material application by OEMs and customers.


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    Title :

    Herstellung und Charakterisierung von PKW Krümmerprototypen aus einem ferritischen Chromoxidbildner. Teilprojekt. Verbundprojekt: Entwicklung von Höchstleistungswerkstoffen für Hochtemperatur-Wärmeübertrager und Pkw-Abgasanlagen "Ferrit950". Abschlussbericht


    Contributors:


    Publication date :

    2012


    Size :

    36 Seiten, 25 Bilder, 5 Tabellen, 1 Quelle


    Type of media :

    Report


    Type of material :

    Print


    Language :

    German