Thermomechanisches Ermüdungsverhalten eines ferritisch-austenitischen Duplexstahles
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zweiphasige Duplexstähle bestehen aus einer austenitischen und einer ferritischen Phase und können aufgrund ihrer sehr guten Korrosionsbeständigkeit, ihrer hohen Festigkeit und ihres guten zyklischen Ermüdungsverhaltens in einem weiten Spektrum technischer Anwendungen eingesetzt werden. Das sind zum einen der Off-shore-Bereich, Anlagen der chemischen Industrie und der Öl-Industrie sowie im Energiesektor. In einigen Anwendungen kann es dabei zu Temperaturwechselbeanspruchungen kommen (z.B. in Wärmetauschern), die schließlich zu thermomechanischer Ermüdung führen können. In der ersten Förderperiode wurden das thermomechanische Ermüdungsverhalten (TMF) eines Duplexstahles und zweier einphasiger Vergleichslegierungen (ein ferritischer sowie ein austenitischer Stahl) zwischen 100°C und 350°C sowie als Referenz das isotherme Ermüdungsverhalten erforscht. Dabei wurden interessante Ergebnisse zur dynamischen Reckalterung und zur Mikrostrukturevolution erzielt. Erste Untersuchungen wurden zum Verhalten randschichtbehandelter (nitrierter) Proben durchgeführt. Im zweiten Projektabschnitt sollte systematisch die Auswirkung der dynamischen Reckalterung erforscht werden. Weiterhin wurden TMF Versuche in einem Intervall von 350°C – 600°C durchgeführt, in dem aus bisheriger Sicht eine Anwendung aufgrund der 475°C-Versprödung ausgeschlossen wird. Die Ergebnisse wurden, analog zum ersten Förderungszeitraum, mit der Entwicklung der Mikrostruktur korreliert. Des Weiteren wurde das Ausscheidungs- und Auflösungsverhalten der spinodalen Entmischung untersucht. Hierzu diente die Überwachung der Curie-Temperatur während der thermomechanischen Ermüdungsversuche. Die Ausscheidung einer weiteren Phase wurde bei TMF-Versuchen beobachtet und als G-Phase identifiziert. Aufbauend auf den Ergebnissen des ersten Projektzeitraumes wurden Proben bei niedrigerer Temperatur (380 °C) im Plasmanitrierverfahren nitriert. Somit kam es nicht zur spinodalen Entmischung. In den thermomechanischen Ermüdungsversuchen wurden allerdings die gleichen Lebensdauern wie bei den nicht nitrierten Proben erreicht. Das heißt, dass eine Nitrierschicht in diesem Fall nicht zu einer Lebensdauerverlängerung geführt hat, wie angenommen. Dennoch führte das Plasmanitrieren zu einer Eigenschaftsverbesserung des Duplexstahles.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Thermo-mechanical fatigue behaviour of a duplex stainless steel, Int. J. Fatigue, 37 (2012), 86–91
R. Kolmorgen, H. Biermann
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Deformation and microstructure evolution of a duplex stainless steel under out-of-phase thermo-mechanical fatigue, Materials at High Temperatures, 30 (2013), 77-82
R. Kolmorgen, A. Weidner, H. Biermann
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Thermo mechanical fatigue behaviour of a duplex stainless steel in the range of 350°C to 600°C, Int. J. Fatigue, 65 (2014), 2-8
R. Kolmorgen, H. Biermann
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Thermomechanische Ermüdung. In: Moderne Methoden der Werkstoffprüfung, Hrsg. H. Biermann und L. Krüger, Wiley-VCH, 2014, S. 159-180
R. Kolmorgen und H. Biermann
