Unelastisches Materialverhalten von modernen Chromstählen

Moderne Chromstähle sind weit verbreitete Werkstoffe für Komponenten in Kraftwerken. Aufgrund ihres komplexen Gefüges weisen diese Stähle eine gute Kriechbeständigkeit auf. Dennoch ist eine zuverlässige Vorhersage des durch Temperatur und thermische Belastung verursachten Verformungszustandes für die Auslegung von Kraftwerkskomponenten unerlässlich. Zu diesem Zweck wird ein Materialmodell verwendet, das auf einem Ansatz der Kontinuumsmischungstheorie basiert. Dabei wird die Mikrostruktur als unelastische harte und unelastische weiche Phase dargestellt, um die konstitutive Gleichung der Mischung abzuleiten. Darüber hinaus wird die Entwicklung der Mikrostruktur durch die Evolutionsgleichung der inneren Zustandsgrößen beschrieben, die in die konstitutive Gleichung eingehen. Die Parameter des Materialmodells werden anhand einaxialer Materialtests für verschiedene Spannungs- und Temperaturniveaus kalibriert. Zur Verifizierung muss das kalibrierte Materialmodell das Materialverhalten für nicht konstante Spannungen vorhersagen. Schließlich wird das Materialmodell in einen kommerziellen FE-Code implementiert, um die Strukturanalyse des Bauteils durchzuführen.

Inelastic material behavior of advanced chromium steels

Advanced chromium steels are widely used materials for components in power plants. Due to their complex microstructure these steels show a good creep resistance. Nevertheless a reliable prediction of the deformation state caused by temperature and thermal load is essential in the design process of power plant components. To this end a material model based on a continuum mixture theory approach is utilized. Therefore the microstructure is represented as an inelastic hard and inelastic soft phase to derive constitutive equation of the mixture. Furthermore evolution of the microstructure is described by evolution equation of inner state variables, which enter the constitutive equation. Material model parameters are calibrated against uni-axial material tests for different stress and temperature levels. For verification purpose the calibrated material model has to predict material behavior for non constant stresses. Finally the material model will be implemented in a commercial FE-code to perfume the structural analysis of component.