CMT-Bericht 1/2004: Erschließung des hochfesten Stahls für den Schiffbau

W. Fricke, C. Weißenborn, L. Eggert
Technische Universität Hamburg-Harburg, Arbeitsbereich Schiffstechnische Konstruktionen und Berechnungen

G. Huismann
Universität der Bundeswehr, Hamburg

Das Forschungsprojekt Erschließung des hochfesten Stahls für den Schiffbau wurde gefördert von der gemeinnützigen Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.  Zweck der Stiftung ist die Förderung der Forschung auf dem Gebiet der Stahlverarbeitung und -anwendung in der Bundesrepublik Deutschland. Geprüft wurde das Forschungsvorhaben von einem Gutachtergremien der Forschungsvereinigung der Arbeitsgemeinschaft der Eisen und Metall verarbeitenden Industrie e.V. (AVIF), das sich aus Sachverständigen der Stahl anwendenden Industrie und der Wissenschaft zusammensetzt. Begleitet wurde das Projekt von einem Arbeitskreis des Center of Maritime Technologies e.V.

Der Bericht kann beim FSM bestellt werden. Bitte senden Sie eine E-Mail an info(at)fsm-net.org

Zusammenfassung

Im Hinblick auf mögliche Anwendungen des hochfesten Stahls mit Streckgrenzen von bis zu 690 MPa in dickwandigen Bereichen der Schiffskonstruktion wurden verschiedene Untersuchungen durchgeführt. Die experimentellen Untersuchungen konzentrierten sich auf die Schwingfestigkeit von Strukturdetails, die in den Längsverbänden des Schiffskörpers praktisch unvermeidbar sind und somit die Dimensionierung bestimmen: freie Blechkanten, Stumpfstöße ohne und mit Dickensprung sowie Längsspantstöße mit Abschweißlöchern. Im Vergleich zu den bislang verwendeten normal- und höherfesten Stählen mit einer Streckgrenze von bis zu 355 MPa ergaben sich für den untersuchten hochfesten Stahl zum Teil gleiche und zum Teil etwas höhere Schwingfestigkeiten. Mit Untersuchungen zur Rauhigkeit und zum Eigenspannungszustand der Blechkanten sowie zum Nahtprofil der Stumpfstöße konnte das Schwingfestigkeitsverhalten erklärt werden. Allerdings wurden einige nachteilige Fertigungseinflüsse identifiziert, zu denen kleinere Heißrisse in den Stumpfstößen an dickeren Blechen sowie Anrisse gehören, die von entfernten Montagehilfsschweißungen ausgingen. Die erstgenannten Probleme sind jedoch weniger dem hochfesten Stahl als vielmehr der Verwendung rutiler Fülldrähte zuzuordnen. Ein Vergleich der Hauptspantquerschnitte von mittelgroßen Containerschiffen, für die in den oberen Längsverbänden bei der Dimensionierung verschiedene Stahlfestigkeiten angenommen wurden, zeigt, dass bei auf übliche Weise geschweißten Schiffskonstruktionen aus hochfestem Stahl aus Betriebsfestigkeitsgründen höchstens etwa doppelt so hohe Spannungen wie beim normalfestem Stahl zugelassen werden sollten, wobei in dem Fall an vielen Stellen die Kerbwirkung durch konstruktive oder fertigungstechnische Maßnahmen zu verringern ist. Bezogen auf das gesamte Stahlgewicht wären damit Einsparungen von knapp 5 % im Vergleich zum höherfestem Stahl möglich.