In-situ Beanspruchung und PWHT der physikalisch simulierten Grobkornwärmeeinflusszone (GKWEZ) auf 1010 MPa in a) Zugeinheit des Dilatometers, Bruchtopografie für b) Heizrate von Φ = 33,3 K/h (Makroansicht), c) Detail des interkristallinen Bruchs, d) Heizrate von Φ = 100 K/h (Makroansicht) und e) entsprechend veränderte Bruchtopografie
Quelle: BAM, FB9.4 Denis, Czeskleba; BAM FB9.4; Jonathan, Nietzke; BAM FB9.4; Michael Rhode; BAM FB9.4
In der Energiewirtschaft findet der hochwarmfeste Stahl 13CrMoV9-10 Anwendung in Komponenten wie Druckbehältern (petrochemische Industrie) und Ausrüstungsgegenständen in der Öl- und Gasindustrie. Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien werden CrMoV-Stähle auch in Komponenten von bspw. Geothermiekraftwerken und in Konzentratoren von Solarthermie-Kraftwerken eingesetzt, wo ihre hochwarm- und kriechfesten Eigenschaften von wesentlichem Vorteil sind. Die Komponenten werden typischerweise durch Unterpulverschweißen (UP) verbunden. Allerdings neigt dieser Stahl zu Spannungsrelaxationsrissen (SRR), wenn die nach dem Schweißen obligatorische Wärmebehandlung (PWHT) nicht korrekt durchgeführt wird. Traditionelle PWHT-Parameter, die durch empirische Erfahrungen und konventionelle Schweißexperimente bestimmt werden, berücksichtigen oft nicht die erhöhten Eigenspannungen, die durch die umgebende strukturelle Steifigkeit verursacht werden.
Diese Studie stellt eine neuartige, effiziente und präzise Methodik vor, um die Auswirkungen unterschiedlicher Spannungsniveaus und Heizraten auf die Anfälligkeit der Grobkornzone (GKZ) gegenüber SRR zu untersuchen. Hierfür wurden Proben thermisch behandelt, um eine GKZ zu simulieren und anschließend während der PWHT repräsentativen Spannungsniveaus ausgesetzt. Die resultierenden Daten wurden mathematisch analysiert, um wechselseitige Effekte zu identifizieren. Dies ermöglicht die Erfassung von Materialveränderungen, wie das Wachstum von Karbiden an den Korngrenzen im µm-Maßstab, und liefert einen integrierten Wert über das gesamte Probenvolumen.
Diese neue Methodik bietet daher eine verbesserte Bewertung der SRC-Anfälligkeit von SAW-Mikrostrukturen in kriechfesten Stählen. Dieser Einblick kann die Herstellungs- und Wartungsprotokolle in der Energiewirtschaft erheblich verbessern und die Sicherheit und Langlebigkeit entscheidender Komponenten gewährleisten.
Investigation of stress relief crack susceptibility of CrMoV steels coarse grain HAZ via simulation of uniaxial stress conditions during PWHT
Denis Czeskleba, Jonathan Nietzke, Michael Rhode, Thomas Kannengiesser
veröffentlicht in Welding in the World, 308, pages 1–9 (2023).
BAM Abteilung Komponentensicherheit
BAM Fachbereich Integrität von Schweißverbindungen