A Framework for Modeling the Mechanical Behavior of Tempered Martensitic Steels at High Temperatures

Zur Abbildung des mechanischen Verhaltens von martensitischen Stählen wird in der vorliegenden Arbeit ein Phasenverbundmodell beispielhaft anhand des martensitischen Stahls X20CrMoV12-1 vorgestellt. Dabei wird der Werkstoff als Mischung zweier Phasen dargestellt. Während die sogenannte ,,weiche‘‘ Phase das Innere der Subkörner sowie Bereiche mit einer niedrigen Versetzungsdichte beschreibt, bezieht sich die ,,harte‘‘ Phase auf die Korngrenzen und Regionen mit einer hohen Versetzungsdichte. Weiterhin werden eine Rückspannung und eine Entfestigungsvariable eingeführt. Das vorgestellte Modell ermöglicht so die Beschreibung von geschwindigkeitsabhängigen inelastischen Verformungen unter Berücksichtigung von Ver- und Entfestigung.
Das mehrachsige Modell wird anhand von umfangreichen Versuchsdaten kalibriert und in die Finite-Elemente-Methode implementiert. Den Abschluss dieser Arbeit bildet die Simulation der Auswirkungen eines Kaltstarts gefolgt von einem Warmstart auf einen Rotor in einem Kraftwerk. Im Zuge einer thermischen Analyse wird basierend auf den Dampftemperaturen das Temperaturfeld im Rotor ermittelt. Dieses dient als Grundlage für die nachfolgende strukturmechanische Berechnung, in der die Spannungs- und Verzerrungszustände im Rotor mittels des entwickelten Phasenverbundmodells bestimmt werden.