Ein neuer Stahlguss-Werkstoff wird geboren-Von der Idee uber die Forschung zu Pilotkomponenten und zur kommerziellen Produktion von Grosskomponenten

摘要

Stahlgussstucke aus kriechbestandigen Stahlen spielen eine Schlusselrolle fur hoch beanspruchte Komponenten im Hoch-und Mittel-druck-Teil der Turbinen fossil befeuerter Kraftwerke, Innen-, Aussen-und Ventilgehause, Einlassstutzen und Krummer sind Beispiele fur diese kritischen Komponenten, die aus warmfesten Cr-Mo-V-legiertem Stahlguss hergestellt werden. Abbildung I zeigt den Schnitt durch eine Dampfturbine, in dem die genannten Stahlgusskomponenten zu erkennen sind, HP bedeutet hierin Hochdruckteil, IP Mitteldruckteil, LP Niederdruckten, Die wichtigste Kenngrosse im Kraftwerksprozess ist der Wirkungsgrad und mit dem Wirkungsgrad wird der CO_2-Ausstoss wesentlich bestimmt In Abbildung 2 ist die CO_2-Emission uber dem Wirkungsgrad aufgetragen. Bei einer Wirkungsgradsteigerung von 37 auf 47 percent kann der CO_2-Ausstoss um 22 percent reduziert werden, Dies wurde am Beispiel eines 750 MW Kraftwerkes 700,000 Tonnen CO_2/Jahr entsprechen. Im Zuge der Entwicklung zu immer hoheren Wirkungsgraden der Kraftwerke werden die Dampfparameter kritischer und die Werkstoffe mussen im Hinblick auf ihre Kriechbestandigkeit permanent verbessert werden. Man spricht hier von ultrasuperkritischen Kraftwerken, in denen speziell Druck und Temperatur der Dampfprozesse bedeutend erhoht werden, Naturlich mussen auch die Stahlguss-Werkstoffe an die steigenden Anforderungen angepasst werden. Eine Stahlgiesserei kann die Entwicklungsarbeit in solchen Dimensionen alleine' nicht betreiben, alle Hersteller von Kraftwerkskomponenten erarbeiten gemeinsam die optimalen Zusammensetzungen, Testschmelzen, Zeitstanduntersuchungen, Untersuchungen der Mikrostruktur, Pilotkomponenten, usw. Der gegenstandliche Artikel zeigt einerseits die Rolle einer Stahlgiesserei im europaischen COST-Programm, in dessen Rahmen die neuen Werkstoffe entwickelt werden, weiters soll dargestellt werden, wie diese neuen 9-12 percent Cr Stahlgusstypen von der Entwicklung in die kommerzielle Produktion schwerer Gussstucke ubergeleitet werden. Die damit verbundenen Probleme, die einzelnen Prozess-Entwicklungsstufen und ein Vergleich mit den gewohnten niedrig legierten Werkstoffen soljen aufgezeigt werden Nach Auswahl der vielversprechendsten Legierung aus den untersuchten Laborschmelzen wurden Schwelssversuche mit den ebenfalls im-Rahmen von COST hergestellten, meist artgleichen Test-Elektroden durchgefuhrt, Grundwerkstoff und Schweissverbindung werden sowohl im Hinblick auf MikroStruktur, Kriechbestandigkeit, mechanisch technologische Eigenschaften und Schweissbarkeit untersucht Warmebehandlungsversuche sind notwendig, um optimale Eigenschaften zu erzielen. Basierend auf diesen Untersuchungen werden Pilotgussstucke und Platten fur Schweiss-Verfahrensprufungen abgegossen, um die Giessbarkeit und Schweissbarkeit von grosseren Komponenten zu verifizieren, bzw. eventuell notwendige Anpassungen der Zusammensetzung, der Warmebehandlung oder der Schweissparameter vorzunehmen. Parallel zu den in COST weitergehenden Zeitstanduntersuchungen werden die Werkstoffe in die kommerzielte Fertigung von Grosskomponenten eingefuhrt. Dabei sind prozessbedingte Probleme, wie Desoxydation, Erstarrungsverhalten, Warmebehandlung mit langen-Haltezeiten, Schweissen am Gussstuck, Spannungen, usw. zu losen. Mittlerweile konnten mehr als 200 Teile mit einem maximalen Einzelgewicht von 60 Tonnen erfolgreich hergestellt werden. Die fortgefuhrten Entwicklungen im Rahmen von COST 536 (Laufzeit 2004 bis 2009) stellen naturlich eine weitere Herausforderung auch fur die Stahlgiesser dar.