Christian Doppler Laboratory for Knowledge-based Design of Advanced Steels (KnowDAS) – from ab initio methods to components produced with low CO2 emissions
Projekte zur Entwicklung von Stählen werden bereits in naher Zukunft eine umweltorientierte Zielsetzung haben. Um den CO2-Ausstoß zu reduzieren, strebt die Stahlindustrie eine Erhöhung des Schrottanteils in ihrer Produktion an. Die eingesetzte Herstelltechnologie muss dafür von der Hochofenroute auf Elektrolichtbogenöfen umgestellt werden. Durch den erhöhten Schrotteinsatz erhöht sich jedoch die Menge an unerwünschten Begleit- und Spurenelementen.
Für anspruchsvolle Anwendungen ist es bedeutend die Menge und Art dieser Spurenelemente zu kennen und in weiterer Folge ihren Einfluss auf die Nano- und Mikrostruktur, die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit des Stahls zu bestimmen. Ein genaues Verständnis dieser Parameter ist die Voraussetzung für die Entwicklung von Stählen mit geringerem CO2-Fußabdruck und somit auch der Hauptforschungsschwerpunkt dieses CD-Labors.
Der Forschungsansatz umfasst experimentelle Methoden gepaart mit Simulationen und Berechnungen. Dabei werden skalenübergreifende Methoden, startend von der atomaren Ebene, bis hin zur Anwendung von Bauteilen eingesetzt. Die detaillierte Charakterisierung der Verunreinigungen mittels spektroskopischer und tomographischer Analysemethoden trägt dabei zum Verständnis von Materialien auf atomarer Ebene bei. Zeit- und kostenintensive experimentelle Methoden werden durch die computergestützte Materialwissenschaft, wie ab initio Berechnungen unterstützt, um den Aufwand zu minimieren. Die computergestützten Berechnungen und Modelle werden wiederum durch umfassende experimentelle Untersuchungen der tatsächlich im Stahl entstandenen Mikrostruktur und der daraus resultierenden Struktur-Eigenschafts-Beziehungen validiert.
Somit ermöglicht dieses CD-Labor Forschungen auf atomarer Ebene bis hin zum fertigen Stahlwerkstück und setzt die Validierung zwischen Experimenten und Berechnungen auf allen Ebenen um. Durch die Revolution der Stahlherstellung leistet diese CD-Labor somit einen wesentlichen Beitrag zu den aktuellen Schlüsselthemen wie Nachhaltigkeit, Energieeinsparung und Recycling.