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In der sich ständig weiterentwickelnden Landschaft der Materialwissenschaft und -technik, Duplex Steel hat sich als Vorreiter bei der Bewältigung der Herausforderungen moderner industrieller Anwendungen entwickelt. Duplex Steel kombiniert überlegene mechanische Festigkeit mit außergewöhnlicher Korrosionsbeständigkeit und bietet eine einzigartige Lösung, die die Lücke zwischen herkömmlichen austenitischen und ferritischen Edelstählen überbrückt. Die zweiphasige Mikrostruktur verbessert nicht nur die Leistung, sondern bietet auch erhebliche Kostenvorteile in anspruchsvollen Umgebungen.
Die Bedeutung von Duplexstahl erstreckt sich über verschiedene Branchen, einschließlich Öl und Gas, chemischer Verarbeitung, Meeresentwicklung und Bau. Da die Branchen zunehmend harte Betriebsbedingungen ausgesetzt sind, wird die Notwendigkeit von Materialien, die extremen Drücken, Temperaturen und ätzenden Elementen standhalten können, von größter Bedeutung. Dieser umfassende Leitfaden befasst sich mit den Feinheiten der Duplex -Stahlqualität, ihrer Eigenschaften und der Breite ihrer industriellen Anwendungen. Durch die Erforschung der wissenschaftlichen Grundlagen und praktischen Überlegungen wollen wir Ingenieuren, Designer und Materialspezialisten eine detaillierte Ressource bereitstellen, die die Leistung und Langlebigkeit in ihren Projekten optimieren möchten.
Im Kern der bemerkenswerten Eigenschaften von Duplex Steel liegt die einzigartige Mikrostruktur, die durch eine ungefähr gleiche Mischung aus Austenit- und Ferritphasen gekennzeichnet ist. Diese zweiphasige Struktur, die oft als 'Duplex bezeichnet wird, wird durch eine präzise Kontrolle der Legierungselemente und thermischen Behandlungen während des Stahlherstellungsprozesses erreicht. Die resultierende Mikrostruktur verleiht eine Kombination aus hoher Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsresistenz, die in einphasigen Stählen unerreichbar ist.
Die austenitische Phase in Duplexstahl ist in der Struktur konventioneller Kubikum (FCC) und trägt zur Duktilität und Zähigkeit des Materials bei. Es ermöglicht dem Stahl, während der Verformung Energie zu absorbieren und die Widerstandsfähigkeit gegen Schlagkräfte zu bieten. Andererseits hat die ferritische Phase eine körperzentrierte Kubikstruktur (BCC), die hohe Festigkeit und Resistenz gegen Spannungskorrosionsrisse (SCC) verleiht. Durch die Kombination dieser beiden Phasen erzielt Duplex Steel einen synergistischen Effekt, der die Vorteile beider Mikrostrukturen nutzt und gleichzeitig ihre individuellen Mängel mildern.
Das Gleichgewicht zwischen Austenit und Ferrit wird durch die Zugabe von Legierungselementen fein abgestimmt. Chrom (CR) und Molybdän (MO) sind Ferritstabilisatoren, die die Korrosionsresistenz und -festigkeit verstärken. Nickel (Ni) und Stickstoff (N) sind Austenitstabilisatoren, die Duktilität und Zähigkeit verbessern. Die genaue Zusammensetzung bestimmt das Phasenbilanz und folglich die mechanischen und korrosionsbeständigen Eigenschaften des Stahls.
Die Dual-Phase-Mikrostruktur verleiht Duplexstahl mit mehreren wichtigen Vorteilen:
Verbesserte Stärke: Die ferritische Phase trägt zu höheren Ertrag und Zugfestigkeit bei, die häufig die von standardmäßigen austenitischen rostfreien Stählen doppelt so doppelt sind.
Verbesserte Zähigkeit: Die austenitische Phase bietet selbst bei niedrigeren Temperaturen eine hervorragende Zähigkeit und Schlagkraft.
Überlegene Korrosionsresistenz: Hohe Chrom-, Molybdän- und Stickstoffspiegel verleihen der Lochfraß, Spaltkorrosion und SCC eine außergewöhnliche Resistenz.
Kosteneffizienz: Der reduzierte Nickelgehalt im Vergleich zu austenitischen Stählen führt zu niedrigeren Materialkosten und Preisstabilität.
Diese Vorteile machen Duplexstahl zu einem attraktiven Material für Anwendungen, bei denen sowohl die mechanische Integrität als auch die Widerstand gegen harte Umgebungen von entscheidender Bedeutung sind.
Duplexstahl umfasst eine Reihe von Klassen, die auf bestimmte Leistungsanforderungen zugeschnitten sind. Die Hauptkategorien sind Mager -Duplex, Standard Duplex, Super Duplex und Hyper Duplex. Jede Klasse unterscheidet sich in seiner Zusammensetzung von Legierungselementen, die seine mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit beeinflussen.
Lean Duplex-Noten wie UNS S32101 (LDX 2101) und UNS S32304 sind so konzipiert, dass sie eine kostengünstige Alternative zu standardmäßigen austenitischen Edelstählen bieten. Durch die Reduzierung des Nickel- und Molybdängehalts halten magere Duplex -Stähle eine gute Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei und minimieren gleichzeitig die Legierungskosten. Diese Noten eignen sich für Anwendungen wie Lagertanks, strukturelle Komponenten und Wasseraufbereitungssysteme, in denen eine mäßige Korrosionsbeständigkeit ausreicht. Nickel -Nickel
| Pren | des Grades UN -Zahl Chrom | (%) Molybdän ( | %) | %) | ( |
|---|---|---|---|---|---|
| LDX 2101 | S32101 | 21 | 1.5 | 0.3 | 26 |
| 2304 | S32304 | 23 | 4 | 0.1 | 26 |
*PREN (Äquivalent -Zahl der Lochfestvermögen) =%Cr + 3,3 (%MO) + 16 (%n). Ein höherer PRE zeigt eine bessere Lochfraßkorrosionsbeständigkeit an.
Standard Duplex -Noten, insbesondere UNS S32205 (2205), sind die am häufigsten verwendeten Duplexstähle. Mit einer ausgewogenen Zusammensetzung von Chrom, Nickel, Molybdän und Stickstoff bietet 2205 eine hervorragende Kombination aus Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, die für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist.
Zu den wichtigsten Eigenschaften von 2205 Duplexstahl gehören:
Ertragsfestigkeit: ≥ 450 MPa (65 ksi)
Zugfestigkeit: 620 - 820 MPa (90 - 119 KSI)
Dehnung: ≥ 25%
Pren: 35 - 36
Anwendungen für Standard -Duplex -Klassen umfassen chemische Verarbeitungsgeräte, Rohrleitungen, Druckbehälter und Meerestrukturen, bei denen eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist.
Super Duplex -Noten, einschließlich UNS S32750 (2507) und UNS S32760, werden für extreme Umgebungen mit hohem Chloridgehalt und erhöhten Temperaturen entwickelt. Diese Stähle enthalten erhöhte Chrommengen (24-26%), Molybdän (3-4%) und Stickstoff, was zu PREN-Werten über 40 führt.
Merkmale von Super Duplex -Noten:
Außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit: Überlegene Leistung gegen Lochfraß und Spaltkorrosion.
Höhere Festigkeit: Ertragsstärken ≥ 550 MPa (80 kSI), geeignet für Hochdruckanwendungen.
Resistenz gegen SCC: Hervorragende Resistenz gegen Stresskorrosionsrisse in aggressiven Umgebungen.
Super Duplex -Stähle sind für Offshore -Öl- und Gasxploration, Unterwassergeräte und Entsalzungsanlagen von entscheidender Bedeutung, bei denen Materialversagen keine Option ist.
Hyper Duplex -Stähle repräsentieren die neuesten Fortschritte und bieten noch höhere PREN -Werte (> 48). Noten wie UNS S32707 und UNS S33207 sind für die anspruchsvollsten Anwendungen wie Tiefseeöl-Brunnen und hochkarrosive chemische Verarbeitung ausgelegt. Ihre außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit und ihre mechanischen Eigenschaften überschreiten die Grenzen der Leistung, erfordern jedoch während der Herstellung eine akribische Handhabung.
Die chemische Zusammensetzung von Duplexstahl ist ein empfindliches Gleichgewicht, das seine Phasenstruktur und Eigenschaften vorschreibt. Zu den wichtigsten Legierungselementen gehören:
Chrom (CR): Verbessert die Korrosionsresistenz und stabilisiert die ferritische Phase.
Nickel (NI): Stabilisiert die austenitische Phase und verbessert die Zähigkeit und Formbarkeit.
Molybdän (MO): Erhöht die Resistenz gegen Lochfraße und Spaltkorrosion.
Stickstoff (N): stärkt die austenitische Phase und verbessert die Lochfraßresistenz.
Mangan (MN): Hilft bei der Desoxidation und kann Nickel in gewissem Maße ersetzen, wodurch die Kosten gesenkt werden.
Das Verständnis der Rolle jedes Elements ist entscheidend für die Auswahl der entsprechenden Note für bestimmte Servicebedingungen. Beispielsweise ist ein höherer Molybdängehalt in chloridreichen Umgebungen von wesentlicher Bedeutung, um Korrosion zu verhindern.
Die mechanischen Eigenschaften von Duplex Steel sind ein Eckpfeiler seines Nutzens in industriellen Anwendungen. Die Kombination aus hoher Ertragsfestigkeit, Zugfestigkeit und Zähigkeit bietet Vorteile bei der Entwurfseffizienz und der materiellen Wirtschaft.
Die erhöhte Streckgrenze von Duplexstahl ermöglicht es Ingenieuren, Komponenten mit dünneren Wänden zu entwickeln, ohne die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen. Diese Verringerung der Materialdicke führt zu Gewichtsersparnis und Kostensenkungen der Herstellung, Transport und Installation.
Beispielsweise kann die Verwendung von Duplex -Stahl bei der Druckbehälterkonstruktion zu erheblichen Materialeinsparungen im Vergleich zu austenitischen Edelstählen führen. Die höher zulässigen Spannungswerte ermöglichen dünnere Abschnitte bei der Aufrechterhaltung der Sicherheitsmargen.
Duplexstahl weist aufgrund seiner hohen Festigkeit und Zähigkeit eine hervorragende Ermüdungsbeständigkeit auf. Diese Eigenschaft ist in Anwendungen, die einer zyklischen Belastung ausgesetzt sind, von entscheidender Bedeutung, z. B. Drehmaschinen, Pumpenwellen und strukturelle Komponenten, die Wind- oder Wellenwirkung ausgesetzt sind. Die Fähigkeit des Materials, wiederholte Spannungszyklen standzuhalten, erweitert die Lebensdauer und verbessert die Zuverlässigkeit.
Die Aufprallzählung von Duplexstahl bleibt über einen weiten Temperaturbereich hoch. Dieses Merkmal ist bei Anwendungen von entscheidender Bedeutung, bei denen plötzliche Lasten oder Auswirkungen auftreten können, wie z. B. Transportinfrastruktur, Kräne und Bergbaugeräte. Die Härte des Materials sorgt dafür, dass sie Energie absorbieren kann, ohne die Sicherheit und Haltbarkeit zu verbessern.
Korrosionsbeständigkeit ist ein definierendes Merkmal von Duplexstahl, der seine Auswahl für harte Umgebungen erheblich beeinflusst. Die Leistung des Materials gegen verschiedene Formen der Korrosion gewährleistet die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit in kritischen Anwendungen.
Lochfraßkorrosion tritt auf, wenn eine lokalisierte Aufnahme des passiven Films auf der Oberfläche des Stahls zur Bildung kleiner Gruben führt. Die Korrosion von Spalten ist ähnlich, tritt jedoch in engen Räumen auf, in denen die Umwelt aufgrund stagnierender Bedingungen aggressiver wird.
Das hohe Chrom- und Molybdängehalt von Duplex Steel verstärkt die Stabilität des passiven Films und widerspricht der Initiierung dieser lokalisierten Angriffe. Der PRE ist ein nützlicher Indikator für den Widerstand, wobei höhere Werte eine bessere Leistung bedeuten. Super-Duplex-Klassen mit Pren ≥ 40 sind besonders wirksam bei der Verhinderung von Lochfraß- und Spaltkorrosion in Meerwasser und anderen chloridreichen Umgebungen.
SCC ist eine spröde Fraktur, die unter dem kombinierten Einfluss von Zugstress und einer ätzenden Umgebung auftritt. Austenitische rostfreie Stähle sind in Chlorid-haltigen Umgebungen in Temperaturen über 60 ° C (140 ° F) für SCC anfällig.
Die ferritische Phase von Duplex Steel verbessert die Resistenz gegen SCC erheblich und ermöglicht die Verwendung in Umgebungen, in denen austenitische Stähle versagen würden. Dieser Widerstand ist für Komponenten von entscheidender Bedeutung, die erhöhten Temperaturen und Chloridionen wie Wärmetauschern und Prozessrohrleitungen in Chemiepflanzen ausgesetzt sind.
Intergranuläre Korrosion tritt aufgrund der Ausfällung von Chromcarbiden oder Sigma -Phase entlang der Korngrenzen auf. Duplexstahl ist aufgrund seiner ausgewogenen Zusammensetzung und kontrollierten Wärmebehandlungsprozesse weniger anfällig für diese Form der Korrosion. Während des Schweißen- und Wärmebehandlung muss jedoch darauf geachtet werden, die Bildung von schädlichen Phasen zu verhindern.
Die Vielseitigkeit von Duplex Steel zeigt sich in seiner breiten Palette an industriellen Anwendungen. Seine Fähigkeit, anfordernden Bedingungen standzuhalten, macht es in Sektoren, in denen die materielle Leistung für Sicherheit und Effizienz von entscheidender Bedeutung ist, unverzichtbar.
Die Öl- und Gasindustrie tätig in einigen der anspruchsvollsten Umgebungen, sowohl Onshore als auch Offshore. Duplexstahl wird ausgiebig verwendet für:
Durchflusslinien und Rohrleitungen: Transport von Öl-, Gas- und Multiphasenflüssigkeiten unter hohem Druck.
Unterwasserausrüstung: Verteiler, Bäume und Nabelschneider, die korrosiven Meerwasser und hohen Drücken ausgesetzt sind.
Prozessschiffe: Separatoren, Wäsche und Wärmetauscher, die Sauergas und aggressive Chemikalien umgehen.
Die hohe Festigkeit von Duplex Steel verringert die Wandstärke, senkt das Gewicht und die Installationskosten, was für Offshore -Plattformen besonders vorteilhaft ist, bei denen die Gewichtspflicht zu einer erhöhten Nutzlastkapazität oder einer verringerten strukturellen Anforderungen führt.
In der chemischen Industrie sind Materialien einer Vielzahl von korrosiven Substanzen ausgesetzt, einschließlich Säuren, Alkalien und Chloriden. Duplexstahl wird ausgewählt für:
Reaktorgefäße: Umgang mit aggressiven chemischen Reaktionen unter Druck.
Rohrleitungssysteme: Transport von korrosiven Flüssigkeiten in den Verarbeitungsanlagen.
Wärmetauscher: Effizient übertragen, Wärme zu übertragen, während sie Korrosion und Verschmutzung widerstehen.
Der Materialsbeständigkeit gegen SCC und lokalisierte Korrosion sorgt für die Zuverlässigkeit und verringert das Risiko von Lecks oder katastrophalen Fehlern, dem Schutz von Personal und der Umwelt.
Die Meeresumgebung ist aufgrund des Vorhandenseins von Salzwasser und Chloriden von Natur aus korrosiv. Duplexstahl wird in verschiedenen Meeresanwendungen verwendet:
Schiffbau: Strukturkomponenten, Propellerwellen und Ballastsysteme.
Küsteninfrastruktur: Brücken, Pfeiler und Meereswände, die eine langfristige Haltbarkeit erfordern.
Meereshardware: Befestigungselemente, Ausstattung und Deckausrüstung, die harten Bedingungen ausgesetzt sind.
Die Langlebigkeit von Duplex Steel in Meeresumgebungen führt zu reduzierten Wartungs- und Lebenszykluskosten, was es trotz höherer anfänglicher Materialkosten zu einer kostengünstigen Wahl macht.
Die Entsalzung ist entscheidend für die Bereitstellung von Frischwasser in trockenen Regionen. Die Prozesse beinhalten hohe Temperaturen und Kochsalzlösung, die stark ätzend sind. Duplexstahl wird verwendet in:
Verdampferkammern: Korrosion aus heißen Salzlösungslösungen.
Rohrleitungen und Ventile: Umgang mit Hochdruckseeträgern und Permeatströmen.
Wärmetauscher: Effizienter thermischer Übertragung mit minimaler korrosionsbedingter Abbau.
Die überlegene Leistung des Materials gewährleistet die Zuverlässigkeit und Effizienz von Entsalzungsbetrieb und unterstützt die lebenswichtige Wasserversorgungsinfrastruktur.
Die Produktion von Zellstoff und Papier umfasst aggressive Chemikalien wie Natriumhydroxid und Chlorverbindungen. Duplexstahl wird in:
Verdauungssteiger: Stang chemische Reaktionen während der Zellstoffverarbeitung.
Bleichgeräte: Korrosion gegen Chlordioxid und andere Bleichmittel widerstehen.
Weiße Spirituosen -Panzer: Kaustische Lösungen über lange Zeiträume sicher lagern.
Die Haltbarkeit des Materials verringert Ausfallzeiten und Wartung und verbessert die Produktivität und die Rentabilität in der Branche.
Die Arbeit mit Duplexstahl erfordert die Einhaltung spezifischer Herstellung und Schweißpraktiken, um seine vorteilhaften Eigenschaften zu erhalten. Das Verständnis dieser Überlegungen ist für Hersteller und Hersteller von entscheidender Bedeutung.
Schlüsselfaktoren beim Schweißen Duplexstahl sind:
Wärmeeingangsregelung: Übermäßige Wärme kann zur Bildung intermetallischer Phasen wie Sigma -Phase führen, die das Material verleihen.
Auswahl der Füllmaterial: Wenn Sie übereinstimmende oder leicht überbewertete Füllstoffe verwenden, wird das gewünschte Phasenbilanz in der Schweißzone gewährleistet.
Interpass -Temperatur: Die Aufrechterhaltung geeigneter Temperaturen zwischen Schweißgängen verhindert eine Überhitzung und das Phasenungleichgewicht.
Wärmebehandlung nach dem Schweigen: Im Allgemeinen sind nicht erforderlich, können jedoch für dicke Abschnitte oder kritische Anwendungen erforderlich sein.
Wenn Sie sich an empfohlene Schweißverfahren halten, stellt die mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit der Schweißverbindung den erforderlichen Standards ein.
Die Bearbeitung Duplexstahl erfordert die Berücksichtigung seiner arbeitsberechtigten Tendenz und hohen Festigkeit. Empfehlungen umfassen:
Verwendung von starre Werkzeugen: Minimiert Schwingung und Geschwätz.
Scharfe Schneidwerkzeuge: Reduziert die Arbeitsverhärtung und Werkzeugkleidung.
Angemessener Kühlmittel: Steuert Wärme und verlängert das Werkzeugleben.
Optimierte Schneidgeschwindigkeiten und -futter: Gleiche Produktivität und Werkzeugintegrität.
Die Bildung von Operationen kann aufgrund der Stärke des Materials höhere Kraft erfordern. Die Ausrüstung muss in der Lage sein, die erhöhten Belastungen zu behandeln, und im Werkzeugdesign sollten die Rückstände vorliegen.
Duplex -Stahl stellt einen Höhepunkt in der metallurgischen Technik dar und bietet eine beispiellose Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die zweiphasige Mikrostruktur entsperren Leistungsfähigkeiten, die die strengen Anforderungen moderner industrieller Anwendungen entsprechen. Von den Tiefen des Ozeans in Offshore -Bohrungen bis zur kritischen Infrastruktur von Chemiepflanzen und Entsalzungsanlagen steht Duplex -Stahl als Material der Wahl für Ingenieure, die Zuverlässigkeit und Effizienz anstreben.
Die fortgesetzten Fortschritte bei Duplex -Stahlnoten, einschließlich der Entwicklung von Super- und Hyper -Duplexvarianten, zeigen das sich entwickelnde Potential des Materials. Durch das Verständnis des komplizierten Gleichgewichts seiner Zusammensetzung und der Überlegungen bei der Herstellung können Fachkräfte die Vorteile von vollständig nutzen Duplexstahl , Innovation und Nachhaltigkeit in ihren jeweiligen Bereichen.
1. Welche Bedeutung hat der Pren -Wert in Duplexstahl?
Die Lochfraßwiderstandsäquivalentzahl (PRE) ist eine prädiktive Messung der Resistenz eines Edelstahls gegen Lochkorrosion, insbesondere in Chlorid-haltigen Umgebungen. Es wird basierend auf den Prozentsätzen von Chrom, Molybdän und Stickstoff in der Legierung berechnet. Ein höherer Pren zeigt einen besseren Lochfraßbeständigkeit an. Duplex -Stähle mit höheren PREN -Werten sind für aggressivere Umgebungen geeignet.
2. Gibt es besondere Überlegungen beim Schweißen von Duplexstahl?
Ja, Schweiß -Duplexstahl erfordert die Kontrolle der Wärmeeingangs- und Kühlraten, um das gewünschte Gleichgewicht der Austenit- und Ferritphasen aufrechtzuerhalten. Übermäßige Wärme kann zur Bildung intermetallischer Phasen führen, die die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit verringern. Die Verwendung geeigneter Füllstoffmaterialien und das Einhalten an empfohlenen Schweißverfahren ist für erfolgreiche Schweißnähte von wesentlicher Bedeutung.
3. Kann Duplexstahl bei hohen Temperaturen verwendet werden?
Duplexstahl ist im Allgemeinen für Temperaturen bis zu 300 ° C (572 ° F) geeignet. Eine längere Exposition gegenüber höheren Temperaturen kann aufgrund der Bildung der Sigma -Phase oder anderer intermetallischer Verbindungen zu Verspritzung führen. Für Anwendungen, die Widerstand mit höherem Temperatur erfordern, sollten andere Materialien oder bestimmte Klassen für solche Bedingungen berücksichtigt werden.
4. Wie ist Duplex -Stahl mit austenitischen Edelstählen wie 316L im Vergleich?
Duplexstahl bietet eine höhere Streckgrenze und ermöglicht dünnere Abschnitte und Gewichtseinsparungen. Es bietet auch eine überlegene Resistenz gegen Stresskorrosionsrisse und Lochfraß in Chloridumgebungen. Austenitische Stähle wie 316L haben eine bessere Formbarkeit und eignen sich besser für Anwendungen, die eine umfangreiche Kältearbeit erfordern oder wo Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen erforderlich ist.
5. Ist Duplex -Stahlmagnet?
Ja, Duplexstahl ist aufgrund seiner ferritischen Phase magnetisch. Die magnetischen Eigenschaften des Materials können für Sortierungs- und Identifizierungszwecke nützlich sein. Dies steht im Gegensatz zu austenitischen rostfreien Stählen, die im Temperieren im Allgemeinen nichtmagnetisch sind.
6. Welche Faktoren beeinflussen die Auswahl einer Duplex -Stahlqualität?
Die Selektion hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich der Betriebsumgebung (Temperatur, Druck, Korrosiven), mechanischen Festigkeitsanforderungen, Kostenüberlegungen und Verfügbarkeit. Die Schwere der ätzenden Bedingungen und die Notwendigkeit hoher Festigkeit steuern, ob ein schlanker, Standard-, Super- oder Hyper -Duplex -Grad angemessen ist.
7. Wie trägt Duplex Steel zur Nachhaltigkeit im Ingenieurwesen bei?
Duplexstahl ermöglicht das Design von dünneren, leichteren Strukturen aufgrund seiner hohen Festigkeit und reduzierter Materialverbrauch. Sein überlegener Korrosionswiderstand erweitert die Lebensdauer von Komponenten und verringert die Häufigkeit von Ersatz und Wartung. Diese Faktoren tragen zur Ressourceneffizienz und zu einer geringeren Auswirkungen der Umwelt auf den Lebenszyklus eines Projekts bei.
