Neuer Stahl ist leicht und extrem fest

Teure Titanlegierungen sind zugleich extrem stabil und leicht. Diese Vorteile wollen Materialforscher auch in neuen, günstigen Stahllegierungen vereinen. Mit der Zugabe des Leichtmetalls Aluminium konnten schon erste leichte Stähle entwickelt werden, die sich allerdings als spröde erwiesen und an Festigkeit einbüßten. Diesen Nachteil konnten Wissenschaftler nun mit einem neuen Stahl beseitigen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, war der neue Werkstoff leichter als herkömmliche Stähle, gut verformbar und fester als Titanlegierungen.

Stahl unter dem Mikroskop

„Unsere Entdeckung weist einen neuen Weg für die Produktion leichter Stahllegierungen auf“, sind Sang-Heon Kim und seine Kollegen vom Institute of Ferrous Technology im südkoreanischen Pohang überzeugt. In ihrem Laborofen schmolzen sie Eisen, Mangan, Aluminium, Kohlenstoff und Nickel unter einer schützenden Argonatmosphäre zu einem vierzig Kilogramm schweren Stahlbarren. Diesen walzten sie bei 1050 Grad Celsius erst zu einem drei Millimeter starken, und abgekühlt zu einem nur noch einen Millimeter dünnen Blech. Danach heizten sie ihren neuen Werkstoff noch einmal auf bis zu 900 Grad Celsius auf und schreckten ihn mit Wasser ab.

Das nachträgliche, 15-minütige Aufheizen des eigentlich schon fertig gewalzten Stahlblechs hatte große Auswirkungen auf die Stabilität. Denn so konnten spröde Einschlüsse – B2-Partikel genannt – besser verteilt und teilweise beseitigt werden. Hochaufgelöste Mikroskopaufnahmen offenbarten den Forschern diesen Wandel im inneren Aufbau bis auf Bruchteile von Mikrometern genau. Die Folge: Festigkeit und Verformbarkeit des Stahls nahmen zu. Zahlreiche Belastungsversuche zeigten, das der neue, leichte Stahl eine Zugfestigkeit von bis zu einem Gigapascal erreichte. Damit war er sogar stabiler als eine gängige Titanlegierung mit Anteilen aus Aluminium und Vanadium.

Kim und seine Kollegen sind überzeugt, dass ihr Fertigungsverfahren zu einer neuen Klasse von hochfesten Leichtstählen führen wird. Damit könnte der vielseitige und trotzdem oft als antiquiert eingeschätzte Werkstoff zu einer günstigen Alternative von Titanlegierungen avancieren.