Separation of surface, subsurface and volume fatigue damage effects in AISI 348 steel for power plant applications

A wide range of industries including energy, chemistry, pharmacy, textiles, food and drink, pulp and paper, etc. is using stainless steels. Metastable austenitic steels such as used in power plants and chemical industry are subjected to cyclic mechanical and thermal loading in air as well as under the influence of corrosive media. This paper provides an overview on different nondestructive and electrochemical measurement techniques, which allow differentiating fatigue damage effects in total strain controlled multiple and constant amplitude tests with respect to damage appearance on surface, in subsurface area as well as in volume of specimens or components microstructure. In addition to conventional mechanical stress-strain hysteresis curves, electrical resistance, magnetic and open circuit potential measurements have been applied to characterize the cyclic deformation behavior of the metastable austenitic steel AISI 348 (X10CrNiNb18-9) in laboratory air and in distilled water. Based on these results obtained, the paper provides an outlook on the possibility for an efficient (remaining) fatigue life evaluation approach, which is adapted to the needs of the application areas.

Rostfreie Stähle finden in einer Vielzahl von Industriezweigen Anwendung, u. a. in der Energie-, Chemie- und Pharmaziebranche sowie in der Textil-, Nahrungsmittel- und Papierindustrie. In Kraftwerken und Chemiebetrieben eingesetzte metastabile austenitische Stähle sind im Betriebszustand neben mechanischen zyklischen Beanspruchungen auch häufig gleichzeitig wirkenden thermischen und korrosiven Beanspruchungen ausgesetzt. Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über zerstörungsfreie und elektrochemische Messtechniken, die eine Unterscheidung der Ermüdungs- und Schädigungsvorgänge während totaldehnungsgeregelter Mehrstufen- und Einstufen-Versuche in Abhängigkeit des Auftretens an der Oberfläche, im oberflächennahen Bereich sowie im Volumen von Proben oder Bauteilen erlauben. Zusätzlich zu etablierten Kennwerten aus mechanischen Spannungs-Dehnungs-Hystereseschleifen, wurden elektrische Widerstands- und magnetische Kenngrößen, sowie das elektrochemische Ruhepotential erfasst, um das zyklische Verformungsverhalten des metastabilen austenitischen Stahls X10CrNiNb18-9 (1.4546) an Luft und in destilliertem Wasser zu charakterisieren. Basierend auf den erzielten Ergebnissen wird als Ausblick eine effiziente Methode zur Bestimmung der Rest-Lebensdauer vorgestellt.