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Hochwarmfeste ferritisch-martensitische Stähle mit 9-12 Gew.-% Chromgehalt werden wegen ihrer hohen Kriechfestigkeit und ihres gleichzeitig guten Oxidationswiderstands erfolgreich als Konstruktionswerkstoff für Hochtemperaturbauteile in Kraftwerken eingesetzt. Die zunehmend zyklische Fahrweise konventioneller Kraftwerke im lastflexiblen Betrieb führt zu häufigen Last- und Temperaturwechseln, die von den Bauteilen sicher ertragen werden müssen. Schnelle Lastwechsel verursachen vor allem in dickwandigen Bauteilen erhebliche thermische und mechanische Beanspruchungen. Während unter stationären Betriebs¬bedingungen der Lebensdauerverbrauch von der Werkstoffschädigung durch Kriechen dominiert wurde, verstärkt sich im zyklischen Betrieb die Schädigung durch Ermüdungsprozesse.
In der hier vorgestellten Arbeit wird am Beispiel des ferritisch-martensitischen Stahls P92 untersucht, welche Auswirkungen zyklische Fahrweisen auf die Schädigungsprozesse und Lebensdauern dieser Stähle haben. Das Versuchsprogramm kombiniert deshalb Standardtests mit betriebsnahen mechanischen Versuchen unter überlagerter Kriech-, Ermüdungs- und Temperaturwechselbeanspruchung. Diese werden im vorliegenden Beitrag anhand erster Versuchsergebnisse vorgestellt. Ziel der Arbeiten ist, die auftretenden mechanischen Effekte darzustellen und die zugrunde liegenden Schadensmechanismen durch umfangreiche mikroanalytische/fraktographische Nachuntersuchungen des Probenmaterials zu identifizieren.
Ermüdungsverhalten, Lebensdauer und Schädigungsprozesse von P92 unter zyklischen Betriebsbedingungen
(2016)
Schnelle Lastwechsel mit hohen Temperaturgradienten führen zu thermischen und mechanischen Beanspruchungen v.a. in dickwandigen Bauteilen. Daraus ergibt sich ein komplexes Lastkollektiv, bei dem der Werkstoff sowohl durch Kriechermüdung als auch durch thermomechanische Ermüdung (TMF) geschädigt wird. Welche Auswirkungen hat eine gleichzeitige Änderung von Temperatur, mechanischer Beanspruchung und Arbeitsmedium auf die Schädigungsprozesse?
Schnelle Lastwechsel führen v.a. in dickwandigen Kraftwerksbauteilen zu starken thermischen und mechanischen Beanspruchungen, da sich hohe Temperaturgradienten über der Wand des Bauteils einstellen. Es ergeben sich komplexe Lastkollektive aus zeitlich veränderlichen Spannungen/Dehnungen und Temperaturen, die formal einer Kombination aus Kriechbeanspruchung, Kriechermüdung und thermomechanischer Ermüdung (TMF) entsprechen.