Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6657

Mechanische und fraktographische Charakterisierung des niedrigaktivierbaren Chromstahls F82H-mod im spröd-duktilen Übergangsbereich

Mario Walter

Zusammenfassung
Gegenstand dieser Arbeit ist die Überprüfung der grundsätzlichen Anwendbarkeit der Methode des Local Approach auf die niedrigaktivierbaren Fusionsreaktorstähle im spröd-duktilen Übergangsbereich, am Beispiel des Chromstahls F82H-mod. Dazu wurden Serien unterschiedlich gekerbter und angerissener Rundzugproben im Temperaturbereich -150°C bis Raumtemperatur zerrissen und die mechanischen Bruchparameter ermittelt. Diese werden als Eingangsdaten für die Parameterbe-stimmung des Modells benötigt. Zur Überprüfung der Grundannahmen des Local Approach wurden im Anschluss die Bruchflächen der Proben, sowie ausge-wählte Axialschliffe von gebrochenen Proben im Rasterelektronenmikroskop (REM) unter-sucht und qualitativ als auch nach Möglichkeit quantitativ ausgewertet.

Die numerischen Ergebnisse zeigen, dass lediglich das Versagen von Proben mit kleinen Kerbradien (d.h. hohe Spannungsmehrachsigkeit), untersucht bei -150°C, problemlos mit der Methode beschrieben werden kann. Dies ist anhand der mechanischen und fraktographischen Untersuchungen dadurch erklärbar, dass nur diese Proben sämtliche Grundannahmen des Modells erfüllen und durch reinen transkristallinen Spaltbruch versagen. Ausgelöst wird dies durch das Überschreiten einer kritischen, lokalen Spannung an einer charakteristischen Schwachstelle. Alle anderen Proben weisen im Gegensatz dazu unterschiedliche kritische Ereignisse auf, die zum Versagen führen und dementsprechend zu unverträglichen numerischen Ergebnissen. Eine Übertragbarkeit der Ergebnisse von nichtgeschädigten Strukturen auf angerissene Strukturen ist  aus dem gleichen Grund ebenfalls nicht möglich. Um das Modell auf den untersuchten Stahl gerade im Übergangsbereich anzuwenden, ist eine Modi-fizierung unumgänglich.

Mechanical and fractographic characterization of the low activation chrome-steel F82H-mod in the brittle-ductile transition region

Abstract
The subject of this work is the examination of the basic applicability of the method of the Local Approach on low activation fusion reactor structural steels in the brittle- ductile transition region, by the example of the chrome-steel F82H-mod. Therefore series of differently notched and pre-cracked round specimen were destroyed at  temperatures within the range -150°C to ambient temperature. The mechanical break parameters were determined, which are needed as input data for the parameter generation of the model. For the examination of the basic assumptions of the Local Approach, the fracture surfaces of the samples, as well as selected axial cross sections of broken specimens, were qualitatively and if possible also quantitatively evaluated by Scanning Electro Microscopy (SEM).

The numeric results show that the failure can be described by this method without problems only for samples with small notch radii (i.e. high stress-multi-axiality), at -150°C. On the basis of the mechanical and fractographic investigations is explainable, that only these samples fulfill all basic assumptions of the model and fail by pure cleavage fracture. For this effect a critical local stress at a characteristic weak point must be exceeded. On all other samples several different critical events leading to failure and accordingly to incompatible numeric results. For the same reason a transferability of the results of non-damaged structures to pre-cracked structures is likewise not possible. In order to apply the model to the examined steel even in the transition region, a modification is inevitable.

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