Entkohlung

Entkohlung ist ein Prozess der Werkstofftechnik und bezeichnet die Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes von metallischen Werkstoffen. Dies kann gezielt im Zuge der Stahlherstellung sowie bei einer Wärmebehandlung oder ungewollt als eine Form der Hochtemperaturkorrosion auftreten.

Die bewusste Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes von Stahl wird im Zuge der Stahlherstellung im Sauerstoffblaskonverter durchgeführt. Dabei wird Sauerstoff in den Konverter geblasen, was als Frischen bezeichnet wird, und somit ein hoher Anteil des Kohlenstoffs des Roheisens verbrannt. Bei der dabei stattfindenden Reaktion handelt es sich somit um eine Oxidation.

Die gezielte Entkohlung spielt auch bei der Herstellung des sogenannten Tempergusses eine wesentliche Rolle. Temperguss ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff mit einem Kohlenstoffanteil von etwa 2,8 bis 3,4%. Aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung erstarrt Temperguss bei der Herstellung im Vergleich zu anderen Gusseisenwerkstoffen ohne Graphitbildung. Der dabei entstehende Temperrohguss ist sehr hart und spröde. Erst durch eine nachfolgende Wärmebehandlung, das sogenannte Tempern, bei der eine Entkohlung stattfindet, wird die Duktilität auf ein entsprechendes Maß angehoben.

Von wenigen Ausnahmen abgesehen, ist die Entkohlung meist eine ungewollte Reaktion des Werkstoffes mit seiner Umgebung. Durch diese Reaktion nimmt der Kohlenstoffgehalt oberflächennaher Bereiche von metallischen Legierungen als Folge einer Wärmebehandlung, einer Warmumformung oder bei dem Einsatz in heißen Gasen ab. Da der Kohlenstoffgehalt bevorzugt am Rand der Werkstoffe abnimmt, wird dieser Vorgang häufig auch als Randentkohlung bezeichnet. Die Abnahme des Kohlenstoffgehaltes führt dabei zu einer Abnahme der Härte und Festigkeit der Randschicht. Dies wirkt sich besonders negativ auf die Dauerhaftigkeit dynamisch beanspruchter Bauteile aus, weil dabei gerade die entkohlte Randzone mit ihrer geringeren Festigkeit der höchsten Belastung ausgesetzt ist und somit an diesen Stellen bevorzugt Risse auftreten können.

zum Schutz der Werkstücke vor Entkohlung wird daher bei der Herstellung die Wärmebehandlung oftmals in Schutzgas durchgeführt. Dabei handelt es sich um inerte Gase, die keine negativen Beeinflussungen des Werkstoffes hervorrufen. Bei dem Einsatz von Stählen sind besonders heiße wasserstoffhaltige Gase für die Entkohlung verantwortlich. Wenn diese Gase zusätzlich noch unter erhöhtem Druck stehen, z. B. Druckwasserstoffangriff, kann die Entkohlung bereits bei Temperaturen oberhalb von etwa 200 °C auftreten und zu einer massiven Entkohlung führen.

Die ungewollte Entkohlung und die damit verbundene Verschlechterung der Eigenschaften von eingesetzten Werkstoffen kann durch eine Optimierung der Legierungszusammensetzung positiv verbessert werden. Im Sinne der Dauerhaftigkeit von Maschinen und Anlagen ist daher der Einsatz von geeigneten Hochtemperaturwerkstoffen notwendig. Zusätzlich können fallweise aufgebrachte Hochtemperatur-Korrosionsschutzschichten die Entkohlungsbeständigkeit erhöhen.

Englische Übersetzung(en):

decarburisation, decarburization