Qualifizierung von 12CrCoMo als neuer Werkstoff für den Dampfkesselbau

Projektnummer 221

Ziel des Projekts ist die Qualifizierung und Charakterisierung des neuen Kesselbaustahls 12CrCoMo für den Einsatzbereich über 620 °C. Als maßgebende Anforderungen für den wirtschaftlichen Einsatz können hierbei genannt werden:

  • Ausreichend hohe Zeitstandfestigkeit,
  • gute Verarbeitbarkeit - insbesondere Schweißbarkeit -, ohne nachhaltige Beeinflussung der Grundwerkstofffestigkeit,
  • Oxidationsbeständigkeit.

Basierend auf den Erfahrungen bei der Entwicklung vergleichbarer Stähle weist dieser Stahl auf Grund seiner chemischen Zusammensetzung das Potenzial für eine Zeitstandfestigkeit von 100 MPa bei 620 °C auf. Wegen des Cr-Gehalts kann von einer ausreichenden Oxidationsbeständigkeit auch in diesem Temperaturbereich ausgegangen werden.

Ziel ist die Erstellung einer zuverlässigen und ausreichenden Daten- und Wissensbasis für die Auslegung und den Betrieb von Kesselkomponenten mit dem neuen Werkstoff. Hierzu werden Untersuchungen zu den mechanisch-technischen Eigenschaften typischer Schweißverbindungen (WIG; WIG-E; WIG-E/UP, WIG = Wolfram-Inert-Gas, E = elektrisch, UP = unter Pulver) im Ausgangszustand und unter Betriebseinsatzbedingungen, zum Zeitstandverhalten unter besonderer Berücksichtigung des Langzeitverhaltens sowie intensive Untersuchungen des Gefügezustands erfolgen. Letztere werden schwerpunktmäßig den Ausgangszustand des Grundwerkstoffs in Abhängigkeit von den Wärmebehandlungsparametern (Austenitisierungstemperatur, Anlasstemperatur, Haltezeiten) in Bezug auf Korngröße, Gefügebestandteile, Homogenität des Gefüges, Härte und charakteristische Ausscheidungen beschreiben.

Zur Gewährleistung einer ausreichenden Untersuchungstiefe werden Licht-, Rasterelektronen- und Transmissionselektronen-Mikroskopie eingesetzt. Mit Hilfe eines solchen "Gefügeatlas" können Beurteilungen des Ausgangsgefüges im Hinblick auf die vollzogene Wärmebehandlung durchgeführt werden. Über die Simulation des Wärmeeinflusszonen-Gefüges in einer Gleeble-Anlage können über Lang- und Kurzzeitstandversuche Aussagen über die Stress-Relief-Empfindlichkeit beim Schweißen, die Schädigungsentwicklung in Form von Kriechporenbildung (zusammen mit Untersuchungen an Schweißverbindungen), die für die numerische Berechnung von Schweißverbindungen erforderlichen Stoffgesetze sowie die Lower-Bound-Grenze des Zeitstandbruchverhaltens im Langzeitbereich abgeleitet werden.

Die Untersuchungen bilden die Grundlage für die Auslegung und den Betrieb von Bauteilen des modernen Dampferzeugerbaus, sie dienen zur Qualitätssicherung bei der Bestellung von neuen Komponenten und werden auch möglicherweise Eingang in das Regelwerk finden. Ferner eignen sich die Untersuchungsergebnisse für die Beurteilung des Schädigungsablaufs in den Komponenten und können demzufolge auch in der späteren Überwachung verwendet werden.

Das Projekt wird von der MPA Stuttgart unter der Projektleitung von Dr. K. Maile und Dr. A. Klenk durchgeführt. Der VGB-Fachausschuss "Werkstoffe und Qualitätssicherung" begleitet die Untersuchungen fachlich.

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Projektergebnisse

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