Dualphasenstähle

Dualphasenstähle (DP-Stähle) sind moderne Stähle, deren Grundgefüge, wie der Name bereits verrät, aus zwei sehr verschiedenen Bestandteilen besteht: aus Ferrit und Martensit. Diese ungewöhnliche Kombination verleiht dem Stahl auch ein ungewöhnliches Eigenschaftsprofil. Er zeigt gleichzeitig eine hohe Zugfestigkeit und eine gute Kaltumformbarkeit. Ein Vertreter der Stahlgruppe ist der Stahl HCT980X. Seine Streckgrenze liegt im Bereich 600-750 MPa und seine Zugfestigkeit beträgt 980-1100 MPa (Quelle: salzgitter-flachstahl.de). Diese Werte bedeuten, dass das Streckgrenzenverhältnis des DP-Stahls sehr niedrig ist, was auf ein erhebliches „Sicherheitspotential“ bei unbeabsichtigter Überlastung oberhalb der zulässigen Spannung hinweist. Ein Beispiel für die gute Kaltumformbarkeit des DP-Stahls zeigt Abb. 1. An den Enden eines geschweißten Rohrs wurden mithilfe von kurzem Rollieren bei Raumtemperatur zwei Flansche erzeugt. Dabei kommt es zu einer deutlichen Kaltverfestigung.

                       

    Abb. 1 Umformen eines DP-Stahls                Abb 2. Eigenschaften von Mehrphasenstählen
Neben Ferrit und Martensit können im Stahlgefüge auch Bainit und Restaustenit vorhanden sein. Der Stahl wird nach dem Sauerstoffblasverfahren im Konverter erschmolzen und in der Sekundärmetallurgie einer Legierungsbehandlung unterzogen. Er ist aluminiumberuhigt und erreicht seine hohe Zugfestigkeit durch definierte Zugabe von z. B. Mangan, Chrom, Molybdän oder Silizium sowie weitere Mikrolegierungselemente.
Die Besonderheit dieser Stähle ist, dass sie trotz der hohen Zugfestigkeit eine ausreichende Verformbarkeit (Bruchdehnung von 10 %) aufweisen und damit auch für Bauteile mit komplexer Form geeignet sind. Eine hohe Festigkeit am Bauteil wird durch das Zusammenwirken von Work-Hardening Effekt und Bake-Hardening Effekt erreicht. Unter dem Work-Hardening Effekt versteht man die Festigkeitszunahme durch den Umformvorgang, bei dem zu einer Kaltverfestigung kommt. Die Festigkeitszunahme durch Bake-Hardening Effekt erfolgt durch die Wärmeinwirkung bei der Einbrennlackierung.
Dualphasenstähle werden zu den Mehrphasenstählen gezählt. Es ist ein Sammelbegriff für eine Gruppe moderner Stähle, die gezielt und vor allem für die Automobilindustrie entwickelt wurden. Zu dieser Entwicklung führte das Bestreben, leichte Fahrzeuge zu bauen. Diese Stähle zeichnen sich durch eine Kombination aus hoher Festigkeit und guter Kaltumformbarkeit aus. Der Einsatz dieser Stähle ermöglicht eine deutliche Verminderung der Materialdicken bei Fahrzeugbauteilen, was letztlich zu einem verminderten Kraftstoffverbrauch und damit zu reduzierten Emissionen führt.
Neben den Dualphasenstählen gehören zu dieser Gruppe: Restaustenitphasen-Stähle (RA-Stähle), Complexphasen-Stähle (CP-Stähle) und Martensitphasen-Stähle (MS-Stähle).
Alle Mehrphasenstähle haben genau abgestimmte Zusammensetzungen. Die Gefüge dieser Stähle sind gezielt als Mischung weicher und harter Gefügebestandteile wie Ferrit, Bainit, Restaustenit und Martensit aufgebaut. Oft werden spezielle und komplizierte Verfestigungsmechanismen genutzt. In Abb. 2 ist ein Vergleich der mechanischen Eigenschaften von Mehrphasenstählen, konventionellen Stählen und Aluminiumlegierungen dargestellt. Daraus lässt sich deutlich erkennen, wie groß das Anwendungspotential dieser Stähle ist.
Die maßgeschneiderte Kombination von Eigenschaften wie Festigkeit und Verformbarkeit sowie Verschleißbeständigkeit und Schweißeignung führt zur zunehmenden Anwendung der Mehrphasenstähle für verschiedene gewichtssparende Bauteile. Dadurch sind diese Stähle wahre Materialien der Zukunft.