Dualphasenstahl

Als DP-Stahl (Dualphasenstahl) werden alle Stähle bezeichnet, deren Gefüge aus einer ferritischen (weichen) Matrix besteht, in die eine überwiegend martensitische (festigkeitssteigernde) Zweitphase inselförmig an den Korngrenzen eingelagert ist. Der Anteil an Martensit liegt gewöhnlich bei maximal 20 %. Mit einem höheren Martensitanteil kann eine größere Zugfestigkeit erreicht werden, jedoch geht die Bruchdehnung zurück. Durch diese ambivalente Gefügekombination weist der Dualphasenstahl eine relativ niedrige und somit für den Umformprozess günstige Streckgrenze mit einer hohen Zugfestigkeit auf. Die niedrige Streckgrenze, was mit einer frühen Plastifizierung des Werkstoffes gleichgesetzt werden kann, ist vor allem bei komplexeren Bauteilen von großem Vorteil. Typische Anwendungsbeispiele für diese Stähle sind flache streckgezogene Profile in Autotüren, festigkeitsrelevante Trägerstrukturen und energieabsorbierende Bauteile, sowie Stahlfelgen.

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Für die Entwicklung dieser neuen Leichtbaustähle war vor allem ein Zulegieren von Mangan (0,8-2 %), Silizium (0,1-0,5 %) und Aluminium (bis 0,2 %) sowie eine neuartige Wärmebehandlung verantwortlich. Zum einen sind die genannten Elemente leichter als Eisen, zum anderen zwingen sie das Kristallgitter in bestimmte Strukturen, welche mit zur hohen Duktilität beitragen. Die Wärmebehandlung im Zweiphasengebiet von Ferrit und Austenit (siehe Abbildung) bewirkt das typische zweiphasige Gefüge aus Ferrit und Martensit. Martensit entsteht durch die schnelle Abkühlung aus Austenit, während Ferrit in seiner Struktur annähernd unverändert bleibt.

Die Idee zur Herstellung der Dualphasenstähle reicht in die 70er Jahre zurück. In dieser Zeit wurde durch das Erwärmen des ferritisch-perlitischen Stahls im Zweiphasen-Gebiet (siehe Abbildung, α+γ-Gebiet) mit anschließend schneller Abkühlung eine neuartige Stahlsorte mit bis dahin stahluntypischen Eigenschaften entdeckt. Durch das rasche Abkühlen dieser Stähle wird die Gefügeumwandlung von Austenit in Martensit ermöglicht.

Heute weiß man, dass Dualphasenstähle sowohl durch eine konventionelle Abkühlung aus dem reinen γ-Gebiet (in der Abbildung mit einem blauen Punkt markiert) als auch durch die Abkühlung aus dem α+γ-Gebiet (in der Abbildung mit einem roten Stern markiert) hergestellt werden können. Die erhöhten Anteile an Mangan, Silizium und teilweise auch Chrom führen dazu, dass die Umwandlung von Austenit in Perlit verzögert wird und somit eine anteilige Umwandlung in Martensit bzw. angelassenen Martensit auch bei geringeren Abkühlgeschwindigkeiten erreicht wird.

Die Dualphasenstähle werden im Moment genormt und sind im Entwurf prDIN-EN 10336 zu finden. Dualphasenstähle sind nicht mit Duplexstählen zu verwechseln, die zu gleichen Teilen aus Ferrit und Austenit bestehen!