P758

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Verbesserte Ausnutzung der Festigkeiten hochfester Druckbehälterstähle
durch Erfassung des Grenzzustands der Tragfähigkeit mit Hilfe der Fließbruchmechanik

Kurze Beschreibung

Der Einsatz hochfester ferritischer Stähle der DIN EN 10028 wird durch die Regeln der europäischen Druckbehälternormen EN 13445 stark behindert, indem mit zunehmenden Streckgrenzen- und Zugfestigkeitsniveau ein immer höherer effektiver Sicherheitsfaktor gegenüber Grenzversagen durch plastischen Bruch gefordert wird. Somit werden schon Stähle wie P355N, aber insbesondere auch moderne Stähle wie P500Q (-QL) und P690Q (-QL) vom Druckbehälterbau ausgeschlossen, bzw. ihre ansonsten erheblichen Vorteile (Zähigkeiten, Materialeinsparungspotenzial, etc.) kommen a priori nicht zur Entfaltung. Die Begründung für diese Benachteiligung liegt darin, dass das Streckgrenzenverhältnis, das im einachsigen Zugversuch ermittelt wird, traditionell als Indikator plastischer Festigkeitsreserven für die Hochlage angesehen wird. Da bei höherfesten Stahlsorten dieses Verhältnis gegen 1 strebt, wird die tatsächlich ausnutzbare Festigkeit überproportional nach unten gedrückt. Neuere Erkenntnisse aus dem Einsatz dieser Stähle in anderen Bereichen wie Off-Shore und neue Möglichkeiten der Berechnung, die in den 90er Jahren entwickelt wurden und heute vor der Anwendung stehen, widersprechen dieser Einschätzung hochfester Stähle. Hier setzt das geplante Forschungsprojekt mit folgenden Zielen an:

- Ersatz der veralteten und auf hochfeste Stähle extrapolierten Bemessungsregeln zur Bestimmung der Festigkeitsausnutzung.
- Entwicklung und Einführung eines realistischen Kriteriums für den Grenzzustand "plastisches Werkstoffversagen in der Hochlage", das auf Grenzdehnung und Spannungsmehrachsigkeit basiert,
- Anwendung neuer Methoden der Werkstoffmechanik in Verbindung mit vorhandenem Know-How der beteiligten Industriepartner
- Erweiterung der Anwendungsgebiete für hochfeste Stähle nicht nur für den Bereich Druckbehälter (Übertragbarkeit)
- Erweiterung der Einsatzgrenzen moderner hochfester Stähle und Substitution von weniger festen Sorten, die auch von Stahlherstellern aus osteuropäischen, asiatischen, nord- und südamerikanischen Märkten hergestellt werden können,
- Schaffung von Nutzungsmöglichkeiten des Technologievorsprungs im Bereich höher- und hochfeste Stähle für Entwicklung und Konstruktion neuer Druckbehälterprodukte, die von der Energiewirtschaft jetzt und in der Zukunft gefordert werden.


Auf dieser Basis können folgende Teilziele erreicht werden, die einen wirtschaftlichen Einsatz hochfester Stähle ermöglichen:

- Ermittlung von realistischen Sicherheitsfaktoren für Streckgrenze und/oder Zugfestigkeit,
- Bereitstellung von realistischen und damit verbesserten Kennwerten für plastische Grenzdehnungen für das Verfahren Design By Analysis,


Um eine schnelle Anwendung der erwarteten Ergebnisse in die Praxis zu erlangen, ist folgende Umsetzungsstrategie geplant:

- Transfer der Ergebnisse über CEN TC 54,
- Durchführung eines Workshops am Ende der Projektlaufzeit,
- Publikation in nationalen und internationalen Fachzeitschriften sowie bei Konferenzen.

Forschungsförderung

FOSTA - Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V.

Partner

Laufzeit

10/2007 - 09/2010

Ansprechpartner

Markus Feldmann