Wie können moderne Automobilstähle klimafreundlicher hergestellt werden, ohne Kompromisse bei Sicherheit und Zuverlässigkeit einzugehen? Dieser Frage geht das europäische Forschungsprojekt HYDRO-QP unter Koordination der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) nach, das heute gestartet ist. Forschende aus Industrie und Wissenschaft aus vier Ländern untersuchen, wie Wasserstoff und Verunreinigungen aus dem Recycling die Leistungsfähigkeit moderner hochfester Stähle beeinflussen.
Die Stahlindustrie steht vor einer doppelten Herausforderung: Um ihre CO₂-Emissionen zu senken, muss sie den Einsatz von recyceltem Stahl deutlich ausweiten. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an moderne Werkstoffe. Hochfeste Stähle für Fahrzeugkarosserien etwa müssen leicht verformbar, belastbar und im Einsatz zuverlässig sein. Mit dem Recycling gelangen jedoch auch unerwünschte Elemente wie Zinn oder Kupfer als Verunreinigungen in den Werkstoff. Über ihren Einfluss auf Stähle für besonders anspruchsvolle Anwendungen ist bislang wenig bekannt.
Zu diesen gehören insbesondere sogenannte Quench-and-Partitioning-Stähle, die im Mittelpunkt des Projekts HYDRO-QP stehen. Sie zählen zu den modernsten hochfesten Stählen und werden zunehmend für sicherheitsrelevante Fahrzeugbauteile eingesetzt. Durch ihre hohe Festigkeit und gute Umformbarkeit ermöglichen sie leichtere Fahrzeugstrukturen und leisten damit einen Beitrag zur Energie- und Ressourceneffizienz. Gleichzeitig reagieren diese Werkstoffe empfindlich auf Wasserstoff, der während der Herstellung oder später im Betrieb in den Stahl eindringen kann. Bereits geringe Mengen können die Bildung von Rissen begünstigen und die Lebensdauer von Bauteilen beeinträchtigen.
„Wenn wir künftig mehr Recyclingstahl einsetzen wollen, müssen wir verstehen, wie sich Wasserstoff und Verunreinigungen aus dem Recycling auf moderne Hochleistungsstähle auswirken. Digitale Methoden und KI helfen uns dabei, diese komplexen Zusammenhänge schneller und präziser zu entschlüsseln“, sagt Projektkoordinator Tilmann Hickel von der BAM.
Ein besonderer Schwerpunkt von HYDRO-QP liegt auf der digitalen Materialforschung. Dazu werden in dem Projekt experimentelle Werkstoffforschung, datengetriebene Simulationsverfahren und Methoden des Maschinellen Lernens miteinander verknüpft.
Die Forschenden stellen gezielt Modellstähle mit unterschiedlichen Gehalten an recyclingbedingten Elementen her und analysieren deren Verformungsverhalten unter Wasserstoffeinfluss. Zum Einsatz kommen dabei hochauflösende Mikroskopieverfahren, Röntgenanalysen und mechanische Belastungstests. Ergänzt werden die Untersuchungen durch Multiskalensimulationen, die Einblicke bis auf die atomare Ebene ermöglichen. Die gewonnenen Daten fließen in digitale Modelle ein, die künftig die Entwicklung neuer Werkstoffe beschleunigen und mit denen sich Materialeigenschaften besser vorhersagen lassen sollen.
Die BAM bringt ihre Expertise in der Materialinformatik und im Materialdesign, der datengetriebenen Werkstoffentwicklung, Materialsimulationen sowie der Analyse von Degradationsmechanismen ein. Darüber hinaus ist das Wasserstoff-Kompetenzzentrum H2Safety@BAM in das Projekt eingebunden. Hydro-QP fügt sich in die kürzlich skizzierte Materialstrategie der BAM ein, die darauf zielt, Hochleistungswerkstoffe robuster, nachhaltiger und gleichzeitig sicher zu gestalten.
Die Ergebnisse können dazu beitragen, den Anteil von Recyclingmaterial in hochwertigen Stahlanwendungen zu erhöhen. Gleichzeitig schaffen sie die wissenschaftlichen Grundlagen für neue, widerstandsfähigere Stähle sowie digitale Werkzeuge zur Vorhersage ihrer Eigenschaften. Europäische Stahlunternehmen könnten dadurch künftig nachhaltiger produzieren und ihre Wettbewerbsfähigkeit stärken.
Damit leistet das Projekt einen Beitrag zu einer ressourcenschonenden Stahlproduktion, zu klimafreundlicheren Wertschöpfungsketten und zur Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Stahlindustrie.