Browsing by Author "Devrient, Bastian"

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    Untersuchungen zum Einfluss der dynamischen Reckalterung auf die mediumgestützte Risskorrosion von niedriglegierten Stählen in sauerstoffhaltigem Hochtemperaturwasser
    (2007) Devrient, Bastian; Roos, Eberhard (Prof. Dr.-Ing. habil.)
    Die dynamische Reckalterung kann das plastische Verformungsverhalten von entsprechend anfälligen un- und niedriglegierten Stählen erheblich beeinflussen. Im Zwischengitter niedriglegierter Stähle gelöste Kohlenstoff- und Stickstoffatome verändern sowohl im Grundwerkstoff als auch im Schweißzusatzwerkstoff die mechanischen Kennwerte wie Festigkeit und Duktilität in Abhängigkeit von der Temperatur und der Dehnrate in der Weise, dass es unter bestimmten Kombinationen aus Temperatur und Dehnrate zu einer lokalisierten Verfestigung aufgrund der Begünstigung von planaren Gleitprozessen kommt. Hierdurch werden makroskopisch gemessene Festigkeitskennwerte angehoben, und gleichzeitig die Duktilität der Werkstoffe reduziert. An verschiedenen niedriglegierten Stählen für druckumschließende Komponenten von Kernkraftwerken wurde daher das plastische Verformungsverhalten hinsichtlich des Einflusses der dynamischen Reckalterung auf eine Festigkeitssteigerung mit gleichzeitiger Reduzierung der Duktilität und insbesondere die Lokalisierung der Dehnung in langsamen Zugversuchen unter entsprechend kritischen Parametern untersucht. Zunächst wurden die Werkstoffe auf Basis mechanischer Werkstoffprüfungen in weniger und stark gegen dynamische Reckalterung anfällige niedriglegierte Stähle eingeteilt, und Bewertungskriterien für dynamische Reckalterung abgeleitet. Die Reckalterungsempfindlichkeit niedriglegierter Stähle ist jedoch wegen unterschiedlichem Gehalt an interstitiellem Stickstoff im Gitter nicht nur werkstoffabhängig sondern kann auch chargenabhängig sein, weshalb nicht von einer grundlegenden Anfälligkeit von warmfesten Feinkornbaustählen der Kraftwerkstechnik gegen dynamische Reckalterung auszugehen ist. Für mikrostrukturelle Untersuchungen der Dehnungslokalisierung wurden Gefügezustände verschiedener plastischer Dehnungen erzeugt und anschließend hinsichtlich lokaler Verformung analysiert. Hierbei wurde die EBSD-Methode zur Analyse lokaler Dehnungen im Werkstoffgefüge und der sich bildenden Kleinwinkelkorngrenzen herangezogen. Mittels dieser Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die auf Basis von mechanischen Versuchen als gegen dynamische Reckalterung stark anfällig eingestuften Werkstoffe eine ausgeprägte lokalisierte Verformung aufweisen und somit die auf einzelne Gleitebenen kumulierte Dehnung vergleichsweise hohe Beträge annimmt. Ferner wurden anhand verformter Oberflächen die Gleitstufenhöhe bzw. die Rauhigkeit und Welligkeit von Gleitstufen analysiert. Diese Untersuchungen zeigen, dass die Gleitstufenhöhe, bei entsprechend hoher Reckalterungsanfälligkeit der Werkstoffe und plastischer Verformung unter kritischen Verformungsparametern (Temperatur und Dehnrate), im Bereich der Dicke bzw. größer als gebildete oxidische Deckschichten aus Magnetit auf niedriglegiertem Stahl in sauerstoffhaltigem Hochtemperaturwasser (z.B. an einer Rissspitze) ist. Daraus ist zu schließen, dass bei entsprechender Anfälligkeit eines Werkstoffs gegen dynamische Reckalterung von einer Begünstigung von lokalen Verletzungen der oxidischen Deckschichten in sauerstoffhaltigem Hochtemperaturwasser z.B. im Bereich einer aktiven Rissspitze ausgegangen werden muss. Dies wiederum kann zur Triggerung korrosiver Metallauflösung an Rissspitzen niedriglegierter Stähle in sauerstoffhaltigem Hochtemperaturwasser und somit zu kontinuierlichem Risswachstum mit beschleunigter Risswachstumsrate unter konstanter Belastung bei vergleichsweise niedrigen Spannungsintensitätsfaktoren mit entsprechend kritischer Dehnrate an der Rissspitze führen. Ebenso kann hinsichtlich Rissinitiierung bei dynamischer Reckalterung an glatten Oberflächen aufgrund lokaler Verformung von einer bevorzugten Rissinitiierung an niedriglegierten Stählen in sauerstoffhaltigem Hochtemperaturwasser im Bereich von Gleitlinien ausgegangen werden, sofern es durch dynamische Reckalterung zur Bildung von hohen Gleitstufen und damit zur lokalen Verletzung der oxidischen Schutzschicht kommt. Daher ist die Anfälligkeit gegen dynamische Reckalterung als weiterer wichtiger Werkstoffparameter für die Bewertung und Diskussion mediumgestützter Risskorrosion niedriglegierter Stähle in sauerstoffhaltigem Hochtemperaturwasser anzusehen. Für das mediumgestützte Risswachstum niedriglegierter Stähle in sauerstoffhaltigem Hochtemperaturwasser ist die dynamische Reckalterung keine notwendige Einflussgröße, begünstigt aber bei stark reckalterungsempfindlichen Werkstoffen die Rissbildung an glatten Oberflächen und das mediumgestützte Risswachstum. Für korrosionstechnische Bewertungen niedriglegierter Konstruktionswerkstoffe in sauerstoffhaltigem Hochtemperaturwasser ist sie daher von entscheidender Bedeutung und sollte stets berücksichtigt werden.