Brasilianische Coppe/UFRJ entwickelt neue Technologie zur Bewertung der Rissausbreitungsbeständigkeit von Rohrstählen

de.wedoany.com-Bericht: Forscher des Postgraduiertenprogramms für Metallurgie und Werkstofftechnik (PEMM) an der Coppe/UFRJ (Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia) der Bundesuniversität von Rio de Janeiro haben eine neue Technologie entwickelt, die eine präzisere Bewertung der Rissausbreitungsbeständigkeit von Rohrstählen ermöglicht. Die von Sergio Luis Gonzalez Assias in seiner Doktorarbeit vorgestellte Technologie konzentriert sich auf die Auswirkungen innerer Trennungen, die durch Spaltungen (splits) – sekundäre Risse, die senkrecht zur Hauptrissebene entstehen – auf die Materialeigenschaften verursacht werden.

Die Studie weist darauf hin, dass Spaltungen die Ergebnisse mechanischer Tests erheblich verändern können, was manchmal dazu führt, dass Materialien, die in der Praxis gute Leistungen erbringen, als ungeeignet eingestuft werden. Diese Zurückweisung kann für die Industrie erhebliche wirtschaftliche Verluste bedeuten, die Produktionskosten erhöhen, die Materialausnutzung verringern und die Wettbewerbsfähigkeit in diesem strategischen Bereich beeinträchtigen.

Die Experimente wurden im Labor für Bruchmechanik (LMF) des PEMM durchgeführt und etablierten neue Standards zur Bewertung der Bruchzähigkeit von Stahl. Die Bruchzähigkeit misst die Fähigkeit eines Materials, Energie zu absorbieren und der Rissausbreitung vor dem Bruch zu widerstehen. Die Studie kombiniert hochpräzise experimentelle Tests mit fortschrittlicher numerischer Simulation, um das Verständnis der Spaltungseffekte zu vertiefen und den Materialzertifizierungsprozess zuverlässiger zu gestalten.

Sergio erklärte, dass die Werkzeuge der Bruchmechanik darauf abzielen, kritische Betriebsbedingungen zu bestimmen, wie z. B. kritischen Druck, minimale Betriebstemperatur und die maximal zulässige Rissgröße in der Struktur. Der Schwerpunkt der Forschung liegt nicht auf der Vorhersage der Rissentstehung, sondern auf der Definition sicherer Betriebsgrenzen, die es der Rohrleitung ermöglichen, trotz unvermeidbarer Unstetigkeiten ohne Risiko einer instabilen Rissausbreitung zu arbeiten.

Neben dem wissenschaftlichen Beitrag hat die Forschung ein Anwendungspotenzial für die brasilianische Industrie. Durch die Verbesserung der Bewertungsmethoden für Materialien, die in Rohrleitungssystemen verwendet werden, erhöht die Studie die Glaubwürdigkeit der Analysen, reduziert technische Unsicherheiten und vermeidet Verluste durch unnötigen Materialaustausch, was der Branche hilft, ein hohes Niveau an Qualität, Sicherheit und Innovation aufrechtzuerhalten.

Laut Sergio können diese Techniken für die Materialzertifizierung verschiedener Arten von starren Rohrleitungen verwendet werden, die bei der Förderung, dem Transport und der Produktion von Erdöl, Erdgas und anderen Flüssigkeiten eingesetzt werden.

Er wies darauf hin, dass es im industriellen Maßstab unmöglich ist, vollkommen fehler- oder rissfreie Strukturen herzustellen. Die Methode trägt zu einer besseren Zertifizierung der für die Rohrherstellung verwendeten Materialien bei und gewährleistet eine genauere Bewertung der Rissausbreitungsbeständigkeit. Das entscheidende Problem ist nicht die Entstehung von Rissen an sich, sondern die Fähigkeit des Materials, ihrer Ausbreitung zu widerstehen.

Die Arbeit mit dem Titel „Efeitos e tratamento dos splits na tenacidade à fratura de aços para tubulações do setor de petróleo e gás“ (Auswirkungen und Behandlung von Spaltungen auf die Bruchzähigkeit von Stählen für Rohrleitungen in der Erdöl- und Erdgasindustrie), die von Professor Hector Kotik vom PEMM und dem Projektkooperationsprofessor Juan Elías Perez Ipiña betreut wurde, wurde ausgewählt, um das PEMM in der nationalen Phase des Prêmio Capes de Tese 2026 zu vertreten.