Kriechgleichungen für warmfeste Kraftwerksstähle

FKM 1999 Vorhaben Nr. 202
Kurzfassung:
Für den Einsatz warmfester Stähle im Kraftwerks- und Anlagenbau werden im gesamten Beanspruchungsbereich der Komponenten gültige Kriechgleichungen benötigt. Sie werden nach ihrer Entwicklung an Einzelwerkstoffen an das jeweilige mittlere Kriechverhalten der Stahlsorte angepasst. Das erfolgt auf der Grundlage zeittemperaturparametergestützter Streubandauswertun- gen, die mit Hilfe eines Programms DESA durchgeführt werden. Um eine über die Wirkung des Zeittemperaturparameters mögliche Vorprägung dieser Kriechgleichungen auszugleichen, bedürfen diese einer unabhängigen überprüfung und gegebenenfalls Optimierung. Das ist auf der Basis einer Kriechkurvenverdichtung mit einem Programm KUSA möglich. Dieses Programm kann auch dazu benutzt werden, die Spannungserhöhung an den Proben infolge Zunderverlustes auszugleichen, um auf dieser Grundlage eine vom Zundereinfluss befreite mittlere Kriechgleichung aufzustellen. Im Vorhaben wurden mit diesen Methoden Kriechgleichungen für wichtige Kraftwerksstähle entwickelt und verbessert. Als experimentelle Grundlage wurden an diesen Stählen umfangreiche Zeitstandversuche in weitem Beanspruchungsfeld durchgeführt und ergänzt. Die aufgestellten Kriechgleichungen beruhen auf dem bewährten Konzept der modifizierten Garofalo-Gleichung. Sie ist in der Lage, die plastische Anfangsdehnung sowie das Primär-, Sekundär- und Tertiärkriechen mit hoher Genauigkeit zu beschreiben. Erstmals wurden auf diesem Wege parametergestützte Kriechgleichungen für die Stahlsorten 14 MoV 6 3 für Rohrleitungen, GS-17 CrMoV 5 11 für Gussgehäuse und X' 3 CrNiMoN 17 13 für Rohrleitungen aufgestellt. Beim ,'- Stahlguss GS-17 CrMoV 5 11 wurde auch erstmals eine Kriechgleichung eines Einzelwerkstoffes aufgestellt. Bei einem weiteren Stahl, X 19 CrMoVNbN 11 1.fQr-~Schrauben, wurde wegen des heterogenen Verhaltens einiger Einzelwerkstoffe die Kriechgleichung als Besonderheit sofort für die Stahlsorte aufgestellt. Eine optimierte kriechkurvengestützte Gleichung wurde für einen 1 % CrMoNiV-Stahl für Turbinenwellen und größere Schmiedestücke nach SEW 555 erstellt. Außerdem wurde für diesen Stahl eine zunderunabhängige optimierte Kriechgleichung aufgestellt, die bei großen Bauteilquerschnitten eine überkonservative Berechnung vermeidet. Die Gleichungen sind für die Berechnung von statisch oder quasi statisch beanspruchten Bauteilen im Kriechbereich geeignet und durch Nachrechnung von Verifizierungsversuchen abgesichert. Zur Anwendung werden die Gleichungen in Form eines Programmpaketes KARA FW als User Subroutinen für Finit-Element-Programmsysteme wie ABAQUS bereitgestellt. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.

Berichtsumfang:
76 S., 134 Abb., 28 Tab., 110 Lit.

Beginn der Arbeiten:
01.07.1995

Ende der Arbeiten:
30.06.1998

Zuschussgeber:
AVIF - Nr. A94

Forschungsstelle:
Institut für Werkstoffkunde Technische Universität Darmstadt

Bearbeiter:
Prof. Dr.-lng. C. Berger Dr.-lng. J. Granacher, Dr.-lng. J. Kostenko

Obmann des Arbeitskreises:
Dr.-lng. H. Bartsch, ABB Power Generation Ltd.

Vorsitzender des Beirates:
Prof. Dr.-lng. Kipphan Heidelberger Druckmaschinen AG, Heidelberg