Beschreibung
P 1308 – Verbesserte Zähigkeitsanforderungen für hochfeste Stähle im Druckbehälterbau
Ziel dieser Arbeit war es neue Zähigkeitsanforderungen für HSLA Stähle, basierend auf schädigungsmechanischen Verfahren, zu definieren, um so die Möglichkeit zu schaffen höherfeste Stähle verstärkt anzuwenden und ihre Ressourcen auszunutzen.
Um dieses Ziel erreichen zu können, war es zunächst notwendig bereits bestehende Modelle zu präzisieren und zu erweitern. Dabei wurden in dieser Arbeit insbesondere auf die Aspekte temperaturabhängige Werkstoffparameter und Umsetzbarkeit in Bezug auf nominale Parameter eingegangen. Die Modellanpassungen zur Simulation der nominalen Parameter beziehen sich dabei Primär auf die Fließkurve. Hier wurde eine bereits bestehende Methode gewählt um basierend auf Streckgrenze, Zugfestigkeit und Gleichmaßdehnung, Fließkurven herleiten zu können. So werden wichtige und einfach zu ermittelnde Kenngrößen, die durch Normen größtenteils gegeben sind, als Grundlage verwendet. Das Verfahren ist somit möglichst simpel und effizient.
Der zweite, für das schädigungsmechanische Modell, wichtige Aspekt ist die Temperaturabhängigkeit der Modellparameter. Zunächst wurde ein basierend auf der Wahl der Nominalfließkurven effizientes und präzises Konzept entwickelt, welches eine Anpassung der Fließfunktion mit der Temperatur gewährleistet. Die erzielten Ergebnisse sind dabei deutlich besser als die mit bisher am IEHK verfügbaren Modell. Außerdem konnten durch diese Kontinuität die duktilen Werkstoffparameter mit veränderlicher Temperatur konstant gehalten werden.
Darüber hinaus wurde in dieser Arbeit ein innovativer auf dem Spannungszustand beruhendes Verfahren entwickelt um den für die Zähigkeit essentiellen und auf dem Wechsel des Bruchmechanismus beruhenden Temperaturübergang im Kerbschlagbiegeversuch präzise darstellen zu können. Die Kombination dieser Schritte erlaubt die Simulation von nominalen Zähigkeitsanforderungen im KSBV und deren Übertragbarkeit auf Bauteile.
Basierend auf dieser Methodik wurden Zähigkeitsanforderungen werkstoffseitig hergeleitet und auf unterschiedliche Modelldruckbehälter angewandt. Durch die Ergebnisse konnten Maximallasten für Stähle der Festigkeitsklasse 690 MPa aus kritischen Druckbehälterdetails hergeleitet werden. Das Projektziel eine vereinfachte, über schädigungsmechanische Werkstoffsimulationen hergeleitete, Zähigkeitsanforderung zu definieren wurde somit erreicht.
Veröffentlichung:
April 2022
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. S. Münstermann, J. Langenberg, M.Sc., Prof. Dr.-Ing. M. Feldmann, R. Kühne, M. Sc., SFI/IWE
