Abstract
The increasing use of hot stamped high strength steels like 22MnB5 (1.5528) for complex crash relevant structural components in the vehicle body, and the problem of hydrogen-assisted damage have gained increasing importance in the automotive industry. In the high strength category, hot stamped quenched and tempered steels (tensile strength up to 1600 MPa) are under unfavorable conditions for potential risk of hydrogen embrittlement, e. g., at elevated hydrogen input, in the presence of increased tensions, and in the further processing of these steels. Peculiarities of boron-alloyed quenched and tempered steel are coating systems that are applied to the steel substrate prior to hot stamping and they serve as a protection against scaling during austenitization. These coating systems, aluminum-silicon (+AS150) and zinc (+Z140) which are most commonly used, have significant influence on the diffusion and desorption of diffusible hydrogen in thin 22MnB5 sheets. The investigations of the hydrogen transport described in this paper are carried out by thermal desorption analysis (TDA). This measurement method allows the determination of activation energies and pre-exponential diffusion coefficients of hydrogen for the different coating variants of 22MnB5 by different temperature regimes (heating rates). Furthermore, the corresponding diffusion coefficients of the studied states are determined. Based on these results, an estimate of desorption is carried out, and then empirically tested by isothermal analyzes.
Kurzfassung
Durch den zunehmenden Einsatz höchstfester formgehärteter Vergütungsstähle wie dem 1.5528/22MnB5 für komplexe crashrelevante Strukturbauteile in der Fahrzeugkarosserie hat die Problematik der wasserstoffunterstützten Schädigung auch in der Automobilindustrie vermehrt an Bedeutung gewonnen. In den hohen Festigkeitsbereichen formgehärteter Vergütungsstähle (Rm bis zu 1600 MPa) besteht unter ungünstigen Bedingungen, z. B. bei erhöhtem Wasserstoffeintrag und bei dem Vorliegen erhöhter Zugspannungen, etwa bei der weiteren Verarbeitung dieser Stähle potentiell das Risiko einer Wasserstoffversprödung. Eine Besonderheit des verwendeten borlegierten Vergütungsstahls bilden Schichtsysteme, die vor dem Formhärten auf das Stahlsubstrat aufgetragen werden. Sie dienen als Verzunderungsschutz während der Austenitisierung. Diese Schichtsysteme, den häufigsten Einsatz finden Aluminium-Silizium (+AS150) und Zink (+Z140), haben maßgeblichen Einfluss auf das Diffusions- und Desorptionsverhalten von diffusionsfähigem Wasserstoff in 22MnB5-Feinblechen. Die in der Arbeit beschriebenen Untersuchungen zum Wasserstofftransport erfolgen unter Zuhilfenahme der thermischen Desorptionsanalyse. Diese Messmethodik erlaubt durch verschiedene Temperaturregime (Aufheizgeschwindigkeiten) die Bestimmung von Aktivierungsenergien und präexponentiellen Diffusionskoeffizienten von Wasserstoff für die unterschiedlichen Beschichtungsvarianten des 22MnB5. Im Folgenden werden die zugehörigen Diffusionskoeffizienten der untersuchten Zustände bestimmt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird eine Abschätzung der Desorption vorgenommen und anschließend empirisch durch isotherme Analysen überprüft.
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