Klärung des Betriebsverhaltens von Schweißverbindungen zwischen Rohren aus T91 bzw. E911 X3 CrNiMoN 17-13 bei 625 °C unter kombinierter thermischer und mechanischer Belastung

Projektnummer 213

Im Rahmen eines über die Forschungsvereinigung der Arbeitsgemeinschaft der Eisen und metallverarbeitenden Industrie e. V. (AVIF) geförderten Vorhabens "Werkstoffe-Mischnaht" (AVIF 109) wurde u. a. ein Konzept zur Bewertung des Betriebsverhaltens von Rohrmischverbindungen erarbeitet.

Die Ergebnisse dieses Vorhabens sind in folgenden Veröffentlichungen zu finden:

  • R.-U. Husemann, Q. Chen, W. Bendick, J. Heeschen, V. Denner, W. Burget, T. Hollstein, R. Mohrmann, A. Klenk, J. Schemmel, Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben A109, Werkstoffe-Mischnaht; Düsseldorf, Freiburg; März 2001.
  • W. Burget, T. Hollstein, R. Mohrmann, "Verhalten von Rohrmischverbindungen zwischen 9% Chrom-Stählen T91 und E911 und dem Stahl X3 CrNiMo 17-13 unter Innendruck und zyklischer Temperaturbelastung: Experiment und nummerische Simulation"; VGB-Konferenz "Werkstoffe und Schweißtechnik im Kraftwerk 1998", Hannover,14./15. Oktober 1998.
  • W. Burget, T. Hollstein, R. Mohrmann, V. Denner, "Simulation des Verformungsverhaltens und Eigenschaften von Rohrmischverbindungen zwischen den 9% Chromstählen T91 und E911 und dem Stahl X3 CrNiMoN 17-13 unter Innendruck und zyklischer Temperaturbeanspruchung bis 625°C", 22. Vortragsveranstaltung der AGW und AGH, VDEh, Düsseldorf, 26. November 1999.

Damit kann das Potential der neuen 9-12%Cr-Stähle für Mischschweißverbindungen besser ausgenutzt werden. Das Verhalten der geschweißten Bauteile wird dabei auf der Basis lokaler Beanspruchungen, die sich als Folge kombinierter thermisch-mechanischer Betriebsbeanspruchungen in den Mischverbindungen ergeben, beschrieben. Wesentliches Merkmal der neuen Bewertung ist dabei die Übertragbarkeit der Beschreibung des Verhaltens der Mischverbindungen von einachsigen Beanspruchungen, wie sie für alle Fälle der genormten Werkstoffqualifizierung und -prüfung vorliegt, auf bauteilrelevante mehrachsige und kombinierte Belastungszustände, wie sie z. B. für den Betrieb von Rohrmischverbindungen in Anlagen charakteristisch sind.

Das Ziel des Projektes ist die Verifizierung dieses Bewertungskonzepts für das Langzeitverhalten geschweißter Rohrmischverbindungen durch aufeinander abgestimmte Bauteilversuche und numerische Simulationsrechnungen. Dies soll auf der Basis bereits vorhandener Ergebnisse des AVIF-Projektes und durch folgende Untersuchungsschritte für Rohrmischverbindungen zwischen 9%-Cr-Stahl T91 (bzw. E911) und dem austenitischen Stahl 1.4910 erreicht werden:

  • Einbeziehung der langzeitigen einachsigen Zeitstandeigenschaften der Bereiche der Wärmeeinflußzone des T91 (Grobkorn, Feinkorn, interkritische WEZ) in vorliegende Werkstoffmodelle zur Beschreibung der komplexen Beanspruchung,
  • Qualifizierung zuvor optimierter Rohrmischverbindungen im Bauteilversuch bis 5000 h Gesamtversuchszeit,
  • Verifizierung des Konzeptes zur Vorhersage des Verformungs- und Versagensverhaltens auf der Basis von FE-Rechnungen für die o. g. Bauteilversuche,
  • Anwendung des Konzeptes zur Lebensdauervorhersage für verfügbare Bauteilversuche an Rohrmischverbindungen.

Das Projekt wird vom Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik, Freiburg, unter der Leitung von Dr. Thomas Hollstein durchgeführt. Die Koordination des Projektes liegt bei Helmut Salomon, FDBR, und Dr. Thomas Hollstein. Der VGB-Fachausschuss "Werkstoffe und Qualitätssicherung" begleitet die Untersuchungen fachlich.

Ansprechpartner

Projektergebnisse

  • Abschlussbericht
  • VGB-Fachtagung "Werkstoffe und Qualitätssicherung 2004", Dortmund, Vortrag 7.