Kriechmodellierung von Cr-Stählen

Projektnummer 200

Im Rahmen des VGB-Schwerpunkt-Forschungsprogramms "Neue Werkstoffe für Kraftwerke" (NWK) beteiligt sich der VGB an einem Gemeinschafts-Forschungsprojekt von schwedischen und dänischen VGB-Mitgliedsunternehmen.

Das Projekt wird in der Zeit vom 1. April 1999 bis zum 31. Dezember 2001 an der Chalmers Technical University Göteborg, von Prof. Andrén, und am Royal Institute of Technology, Stockholm, von Prof. Agren, bearbeitet. Die VGB-Beteiligung wird vom VGB-Fachausschuss "Werkstoffe und Qualitätssicherung" befürwortet und begleitet.

Ziel des Forschungsprojektes ist die Modellierung des Kriechvorgangs von modifizierten 12%-Cr-Stählen. Mit deren Hilfe sollen verlässliche Voraussagen des Kriechens und der Restlebensdauer ermöglicht werden.

Das Projekt basiert auf der Modellierung der simultanen Entstehung, des Wachstums und der Verfestigung der Phasen eines modifizierten 12%-Chromstahls. Die Modellierungsarbeiten sind kurz vor der Fertigstellung und bereits zum Teil experimentell verifiziert. Es schließt sich die Arbeit an einem Berechnungsmodell für die Kriechraten als Funktion der Belastung und der Zeit an. Dabei wird das Kriechmodell benutzt, das in Erlangen von Prof. Blum entwickelt wurde. In der gegenwärtigen Form erfordert dieses Modell als Eingangsgrößen experimentelle Beobachtungen der Mikrostrukturentwicklung. Inzwischen können experimentell gewonnene Mikrostrukturdaten ersetzt werden durch Berechnungen. Als Folge davon soll sich daher eine Modellentwicklung anschließen, die auf den grundsätzlichen thermodynamischen und kinetischen Berechnungen beruht. Das vollständige Modell umfasst auch Teilmodellierungen der zeitlichen Veränderungen von Dislokationsdichten und Feinkorn. Daneben ist zu berücksichtigen, in welchem Umfang der Kriechprozess die Phasentransformation beeinflusst. Diese Teilmodelle werden gleichzeitig mit dem Gesamtmodell für die Kriechrate entwickelt. Eine weitere Zusammenarbeit mit einer Arbeitsgruppe von Prof. Cerjak in Graz ist als Teil der Bearbeitung der COST522-Programms geplant.

Nach Abschluss der Modellierungsarbeiten wird das Modell durch Vergleiche mit mikroskopischen Daten der Universität Chalmers verifiziert, daneben mit Kriechdaten von ELSAM/ELKRAFT, ABB STAL und VOLVO AERO, mit Feldversuchsdaten von VATTENFALL, mit Mikrostruktur- und Kriechdaten aus den Programmen COST501 und 522 sowie mit weiteren Daten aus japanischen Testprogrammen.

Das endgültige Ergebnis, ein Programmsystem zur Modellierung von Kriechprozessen auf Basis der Zusammensetzung und der Temperatur-Spannungsbelastungen, stellt eine wichtige Zusammenführung des in den vergangenen Jahren stark gewachsenen Wissens über die Mikrostruktur von Materialien dar und ermöglicht gleichzeitig dessen praktische Anwendung.