Wie wir wissen, ist Stahl umso härter, je höher der Kohlenstoffgehalt ist. Wenn dem Stahl Kohlenstoff zugesetzt wird, wird Eisenkarbid ausgeschieden. Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt nimmt die Wasserstoffschrumpfungsrate zu, während die Wasserstoffdiffusionsrate deutlich abnimmt. Bei der Verwendung von Stahl mit mittlerem oder hohem Kohlenstoffgehalt für Komponenten und Wellen ist eine wirksame Kontrolle der Karbide in der Mikrostruktur von entscheidender Bedeutung. Stähle mit mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt werden in vielen Anwendungen häufig verwendet. Für den Verfahrenstechniker sind Stäbe mit höherem Kohlenstoffgehalt anfällig für Mehrfachrisse.
Elektrochemische Experimente zeigen, dass die anodische Auflösungsreaktion um die Matrix herum durch Fe-C-Verbindungen beschleunigt wird. Der Volumenanteil von Eisencarbid in der Mikrostruktur erhöht den geringen Wasserstoffüberwiderstand des Carbid-Duplex. Auf der Oberfläche von Stahl lässt sich leicht Wasserstoff erzeugen und adsorbieren. Wasserstoffatome dringen in den Stahl ein und der Volumenanteil kann sich erhöhen. Schließlich kann die Beständigkeit des Materials gegen Wasserstoffversprödung deutlich reduziert werden. Die erhebliche Verringerung der Korrosionsbeständigkeit und Wasserstoffversprödung von hochfestem Stahl schadet nicht nur den Eigenschaften des Stahls, sondern schränkt auch die Anwendung des Stahls erheblich ein. Wenn beispielsweise Automobilstahl verschiedenen korrosiven Umgebungen wie Chloriden ausgesetzt wird, kann es unter Druck zu Spannungsrisskorrosion (SCC) kommen, die eine ernsthafte Bedrohung für die Sicherheit der Automobilkarosserie darstellt.
Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt sinkt der Wasserstoffdiffusionskoeffizient und die Wasserstofflöslichkeit steigt. Defekte wie Ausfällungen (Einfangstellen für hydrophobe Atome von Wasserstoffatomen), Potentiale und Hohlräume, die Kohlenstoff enthalten, sind proportional zum Kohlenstoffgehalt, wodurch der Kohlenstoffgehalt zunimmt, wodurch der Kohlenstoffgehalt zunimmt, der Wasserstoff unterdrückt. Da der Kohlenstoffgehalt proportional zur Wasserstofflöslichkeit ist, ist der Wasserstoffdiffusionskoeffizient des 1045-Stahlstabkerns umso kleiner und die Wasserstofflöslichkeit umso höher, je größer der Volumenanteil ist. Die Wasserstofflöslichkeit enthält auch Informationen über diffundierbaren Wasserstoff, sodass die Anfälligkeit für Wasserstoffversprödung am höchsten ist. Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt nimmt der Diffusionskoeffizient von Wasserstoff ab und die Wasserstoffkonzentration an der Oberfläche steigt, was durch Wasserstoffüberspannungströpfchen auf der Stahloberfläche verursacht wird. Die Ergebnisse des dynamischen Spannungspolarisationstests zeigen, dass je höher der Kohlenstoffgehalt der Probe ist, desto mehr Kohlenstoff an der kathodischen Reduktionsreaktion (Wasserstofferzeugung) und der anodischen Auflösungsreaktion beteiligt ist. Als Kathode wird Karbid mit einem im Vergleich zur peripheren Matrix erhöhten Volumenanteil bei geringer Wasserstoffüberspannung verwendet.
Die Ergebnisse des elektrochemischen Wasserstoffpenetrationstests zeigen, dass der Diffusionskoeffizient von Wasserstoff umso kleiner und die Löslichkeit umso höher ist, je größer der Kohlenstoffgehalt und der Carbidvolumenanteil im Probenstab sind. Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt nimmt die Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung ab. Zugversuche mit langsamer Dehngeschwindigkeit bestätigen, dass die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion umso geringer ist, je höher der Kohlenstoffgehalt ist. Wenn die Wasserstoffreduktionsreaktion und die in die Probe injizierte Wasserstoffmenge zunehmen, kommt es zu einer anodischen Auflösungsreaktion, die die Bildung der Gleitzone beschleunigt. Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt kommt es zur Ausscheidung von Karbiden im Stahl. Unter Einwirkung elektrochemischer Korrosionsreaktionen steigt die Möglichkeit einer Wasserstoffversprödung. Die Kontrolle der Ausscheidung und des Volumenanteils von Karbiden ist eine wirksame Methode, um die Korrosionsbeständigkeit und Wasserstoffversprödungsbeständigkeit von Stahlstäben sicherzustellen.
Der Einsatz von Stahl 1045 mit mittlerem Kohlenstoffgehalt für Automobilteile ist aufgrund der Verringerung der Wasserstoffversprödungsenergie, die durch Korrosion in wässrigen Lösungen entsteht, begrenzt. Tatsächlich hängt diese Empfindlichkeit gegenüber Wasserstoffversprödung eng mit dem Kohlenstoffgehalt zusammen, und Eisencarbid (Fe2,4C/Fe3C) fällt unter Bedingungen niedriger Wasserstoffüberspannung aus. Lokale Oberflächenkorrosionsreaktionen, die durch Spannungsrisskorrosion oder Wasserstoffversprödung verursacht werden, können durch Wärmebehandlung entfernt werden.
