Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Lebensdauerbewertung von ferritisch-martensitischen Stählen für Kraftwerke, Wärmespeicher und thermische Solaranlagen unter Berücksichtigung von Kriech-Ermüdungsverformungsinteraktion und Streubandlage

Ferritisch-martensitische Stähle werden u. a. für hochbelastete Komponenten in Wärmespeichern und Kraftwerken eingesetzt, die zum Ausgleich der Schwankungen durch die vorrangige Nutzung erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung im Residuallastbetrieb gefahren werden müssen. Mit zunehmender Betriebsdauer steigt somit das Versagensrisiko der ursprünglich auf Kriechbeanspruchung ausgelegten Bauteile. Für die Lebensdauerbewertung bei lastflexibler Anlagenfahrweise existieren etablierte Regelwerke. Die häufigen Start-Stopp-Zyklen tragen jedoch wesentlich zur Werkstoffentfestigung bei und führen zu beschleunigtem Kriechen in den anschließenden stationären Betriebsphasen, was durch die Regelwerke nicht berücksichtigt wird. Außerdem werden bei der Bewertung der Kriechschädigung die individuellen Kriecheigenschaften des verbauten Stahls nicht herangezogen.

In diesem Vorhaben soll daher ein Konzept entwickelt werden, welches durch die Ermittlung des aktuellen Materialzustands und der Streubandlage des verbauten Werkstoffs eine wesentlich verbesserte Lebensdauerbewertung von kriech-ermüdungsbeanspruchten Komponenten aus ferritisch-martensitischen Stählen erlaubt. Der besondere Fokus liegt auf der Entwicklung und Validierung eines mehrachsig formulierten Werkstoffmodells, welches die in betriebsnahen Versuchen mit quasi elastischer Verformung bei Lastwechseln beobachtete Kriech-Ermüdungsverformungsinteraktion und zyklische Werkstoffentfestigung beschreiben kann, eine praktikable Anpassung an die Streubandlage des tatsächlich verbauten Stahls anhand von Dehnungsmessungen an Komponenten erlaubt und für die Lebensdauerbewertung auf Basis von Betriebsdaten eingesetzt werden kann.

Die angestrebten Forschungsergebnisse bieten zahlreichen Agierenden bei der rechnerischen Auslegung, der Instrumentierung, dem Betrieb, der wiederkehrenden zerstörungsfreien Prüfung und insbesondere der Überwachung kritischer Bauteilen wichtige Vorteile. KMUs sind hierbei vielseitig eingebunden.