Werkstoffqualifizierung für das 700/720 °C Kraftwerk (MARCKO 700)

Projektnummer 281

Bei der Anhebung der Dampfparameter auf Temperaturen im Bereich bis 720 °C kommt dem Werkstoff eine zentrale Bedeutung zu. Martensitische 9 - 12%Cr-Stähle können bei dieser Temperatur nicht eingesetzt werden, stellen jedoch den Strukturwerkstoff in weiten Bereichen des Kraftwerks dar, in denen die Temperatur nicht die erwähnten Spitzenwerte erreicht.

Im Bereich des Dampferzeugers sind die Haupt- und Schlüsselkomponenten die dünnwandigen Rohre der Membranwand und des Überhitzers sowie die dickwandigen Komponenten Sammler und Rohrleitung. Für die Komponente Membranwand liegen Basisdaten für den neuen deutschen Werkstoff 7CrMoVTiB10-10 bereits vor. Dieser Werkstoff soll das Temperaturfenster zwischen 490 und 535 °C Materialtemperatur abdecken. Für Temperaturen oberhalb von ca. 535 °C kommen aus Oxidationsgründen Werkstoffe aus dem COST522- und MARCKO-DE2-Programm (12CrCoMo und Alloy 617) zum Einsatz.

Diese Werkstoffe weisen einen zunehmenden Grad an Komplexität – z. B. im Hinblick auf chemische Zusammensetzung und Wärmebehandlung – auf, die sich aus Anforderungen an die zeit- bzw. temperaturabhängige Festigkeit/Duktilität ergibt.

Während im Bereich bis 550 °C vorwiegend niedrig legierte Stähle zum Einsatz kamen, deren Langzeitverhalten (Festigkeit, Verformung, Kriechen) gut erforscht war, ist diese Basis für die martensitischen Stähle nur noch eingeschränkt und bei den Nickelbasiswerkstoffen nur lückenhaft vorhanden. Neben den reinen Kennwerten bezieht sich dies verstärkt auf die großtechnische Verarbeitung der neuen Werkstoffe.

Dadurch ergibt sich - angesichts des hohen Wertschöpfungspotentials, z. B. eines Großkessels - für den Hersteller ein nicht vertretbares wirtschaftliches, aber auch haftungsrechtliches Risiko, das nur im Rahmen eines öffentlich geförderten Gemeinschaftsvorhabens abgetragen werden kann.

Die in diesem Vorhaben durchzuführenden experimentellen Untersuchungen (Zeitstand- und Bauteilversuche) schaffen die Grundlage für die wissenschaftliche Bewertung des Langzeitverhaltens der Werkstoffe 7CrMoVTiB10-10, 12CrCoMo und Alloy 617 unter Betriebsbedingungen und damit für ihre Zulassung als Konstruktionswerkstoffe im Druckbehälterbau gemäß der europäischen Richtlinie für Druckgeräte.

Die Ergebnisse des Vorhabens werden es ermöglichen, werkstoffangepasste wiederkehrende Prüfungen zu planen. Ferner eröffnen sich Möglichkeiten, moderne Methoden der Auslegung (Design by Analysis) zu nutzen, die im Gegensatz zur Standardauslegung (Design by Formula) das Werkstoffpotenzial voll ausnutzen können.

Das Projekt wird vom 1. August 2004 bis zum 30. Juni 2008 unter der Leitung von Prof. Dr. Karl Maile, Materialprüfungsanstalt Stuttgart, durchgeführt. Es wird maßgeblich aus Mitteln des BMWi (Verbundprogramm MARCKO: „Material-Realisierung CO2-armes Kohlekraftwerk“, Vorhabennummer 0326894) und der Forschungsvereinigung der Arbeitsgemeinschaft der Eisen und Metall verarbeitenden Industrie e. V. (AVIF, Projektnummer 215) finanziert. Seitens VGB, der sich an der Industriefinanzierung beteiligt, begleitet der Fachausschuss "Werkstoffe und Qualitätssicherung" die Untersuchungen.

Das Projekt ist fachlich dem VGB-Schwerpunktforschungsprogramm „Neue Werkstoffe für Kraftwerke” (NWK) zugeordnet und schliesst an das Forschungsprojekt 198 an (AVIF 130, BMWi 0327062).