Darstellung des schmelzenspezifischen Zeitstandbruchverhaltens ausgewählter warmfester Stähle auf der Grundlage der Datenaufbereitung über Neuronale Netze

Projektnummer 316

Stähle weisen bei höheren Beanspruchungstemperaturen ein zeitabhängiges Dehnungsverhalten (Kriechen) auf. Hochtemperaturbauteile müssen demzufolge auf der Basis zeitabhängiger Kennwerte ausgelegt werden.

Die Zeitstandfestigkeit weist eine Streubandbreite von ±20 % in Spannungsrichtung auf. Die Ursache für die Streuung der Werte liegt in der Mikrostruktur der jeweiligen Werkstoffschmelze begründet.

Aus der Streuung kann eine Erhöhung der Bruchzeit um bis zu mehreren 100 % (bei +20 %) oder eine Verkürzung um bis zu 80 % (bei -20 %) bezogen auf den Mittelwert resultieren. Sowohl die Auslegung als auch die Bewertung der Restlebensdauer wird auf der Grundlage der unteren Streubandgrenze der Zeitstandfestigkeit durchgeführt.

Im Rahmen des Vorläuferprojektes 273 (AVIF 198) konnte das Potenzial von Data-Mining-Werkzeugen (Neuronale Netze) für die Eingrenzung und quantitative Bewertung von mikrostrukturell bedingten Streuungen der Zeitstandfestigkeitskennwerte in der Anwendung auf den martensitischen Stahl X20CrMoV12-1 überzeugend nachgewiesen werden.

Im Rahmen dieses Anschlussvorhabens sollen die gewonnenen Erkenntnisse auf andere Werkstoffe angewandt und anhand dieses Datenmaterials vertieft werden.

Folgende Arbeiten sind vorgesehen:

  1. Anwendung auf die warmfesten Stähle, die in den derzeitigen Kraftwerksneubauprojekten bereits eingesetzt werden (P91 sowie P92, je nach Verfügbarkeit des Datenmaterials).
  2. Bestimmung der Unsicherheit aus der Methode selbst.
  3. Ergänzung der Merkmalswerte mit zusätzlichen Größen, die bei den 9-12%-Chromstählen Einfluss auf die Zeitstandfestigkeit im Langzeitbereich haben und daher geeignet sind, die Empfindlichkeit des neuronalen Netzes zu stärken und die Genauigkeit zu verbessern.
  4. Querverbindung zum Forschungsprojekt 274 (Schädigungsentwicklung III, AVIF 229). Die in diesem Vorhaben laufenden mikrostrukturellen Untersuchungen bzw. Bauteilberechnungen sollen mit Auswertungen des neuronalen Netzes unterstützt und die Ergebnisse verglichen werden.

Das Projekt wird unter Koordination der FDBR -Forschungsstiftung von Juli 2008 bis September 2010 unter der Leitung von Dr. Karl Maile (MPA Stuttgart) und Dr. Wolfhart Müller (IMF Freiberg) durchgeführt. Es wird unter der Projektnummer 257 maßgeblich aus Mitteln der Forschungsvereinigung der Arbeitsgemeinschaft der Eisen und Metall verarbeitenden Industrie e.V. (AVIF ) finanziert. Das Vorhaben wird durch die Arbeitsgruppe W 12 ("Restlebensdauer") der Arbeitsgemeinschaft Warmfeste Stähle betreut. Seitens VGB begleitet der Fachausschuss Werkstoffe und Qualitätssicherung die Untersuchungen.