Bestimmung des α-Martensit-Gehalts in Stahltanks für die Lagerung von flüssigem Wasserstoff

Neue Technologien für effiziente und umweltfreundliche Energieversorgungssysteme gewinnen immer mehr an Bedeutung. Ein Bespiel dafür ist die Wasserstofftechnologie, die sowohl als Speichermedium als auch als Treibstoff ein großes Potenzial bietet. Allerdings stellt die Lagerung des Wasserstoffs eine besondere Herausforderung dar, denn diese erfolgt zum Teil in tiefkalter, flüssiger Form in speziellen Stahltanks. Dabei sind sicherheitstechni­sche Aspekte zu beachten, denn im Fall des Versa­gens von Bauteilen besteht die Gefahr des unkontrollierten Entweichens von Wasserstoff und der Bil­dung zündfähiger Gemische (z. B. mit Sauerstoff). Deshalb ist die Materialprüfung äußerst wichtig.

Als Grundmaterial für die Herstellung von Wasserstoff-Tanks dient meist austenitischer Stahl. Das kubisch flächenzentrierte Gefüge von austenitischen Stählen befindet sich jedoch in metastabilem Zustand. Schon beim Herstellungsprozess der Tanks durch Kaltverformung kann es zu Transformationen in das martensitische, tetragonal raumzentrierte Gefüge kommen.

Auch das Unterschreiten der MS-Temperatur (martensite start) ist kritisch. Bei langsamer Abkühlung wandelt sich Austenit in eine Mischung aus Ferrit und Zementit um. Kühlt man Auste­nit jedoch sehr schnell ab ("Abschrecken" des Stahls, um diesen zu härten), so kann sich kein Ferrit bzw. Ze­mentit bilden, da es gar nicht erst zu einer entsprechen­den Diffusion des Kohlenstoffs kommt. Als Folge dieser diffusionslosen Transformation bildet sich ebenfalls Martensit.

Ein zu hoher Anteil Martensit ist bei der Nutzung als Wasserstoff-Tank allerdings nicht erwünscht, denn an den Martensit-Korngrenzen kann sich Wasserstoff einlagern, was zum Bruch des Materials führen kann (Versprödung oder Kälterissbildung). Deshalb ist die Überwachung des Martensit-Anteils durch genaue Messungen erforderlich.

Ein einfaches Verfahren dazu beruht auf dem magnet-induktiven Messprinzip. Das ursprünglich für die Bestimmung des Ferrit-Gehaltes von Stahl entwickelte FERITSCOPE® FMP30 von Fischer wurde weiterentwickelt und erlaubt nun auch die Bestimmung des α-Martensit-Gehalts. Den Wechsel in den Martensit-Messmodus kann der Anwender durch wenige Klicks in der Software selbständig vornehmen.

Abb. 1: FERITSCOPE FMP30 mit Sonde FGAB1.3-Fe für die Messung von Martensit

Die Berechnung des Martensit-Gehaltes basiert dabei auf dem von Talonen et al. ermittelten Zusammenhang zwischen Ferrit- und Martensitgehalt (Comparison of different methods for measuring strain induced α-Martensite content in austenitic steels, Materials Science and Technology, Dec 2004).

Um die Risiken eines Materialbruchs durch einen zu hohen Martensit-Anteil erkennen und so Folgeschäden vermeiden zu können, kann der α-Martensit-Gehalt in Wasserstoff-Tanks mit dem FERITSCOPE® FMP30 auf einfache, kostengünstige und schnelle Art und Weise bestimmt werden. Ihr Ansprechpartner von Fischer steht Ihnen gerne für weitere Informationen zur Verfügung.

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