Prakt. Met. Sonderband 30 (1999) 89
o Mikrostrukturelle Griinde fiir die hohe Kriechfestigkeit des neuen
he modifizierten 9% Cr-Stahls mit Bor und Kobalt
330
eines Paul Nowakowski, Krystina Spiradek, Günter Zeiler
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ork. Osterreichisches Forschungszentrum Seibersdorf GmbH " Boehler-Edelstahl GmbH
„och Bereich Werkstofftechnik Postfach 96
A-2444 Seibersdorf A-8605 Kapfenberg
1. Kurzfassung
Der modifizierte 9%Cr-Stahl mit 1.5%Mo, 1%Co und ca. 100ppm Bor ist eine neue Stahlvariante
! für die Herstellung von Rotoren für die modernen kalorischen Dampfkraftwerke, die sich durch den
den Einsatz von Frischdampf mit den superkritischen Dampfparametern von 600°C und 300 bar aus-
zeichnen. In der vorliegenden Arbeit werden das Kriechverhalten und die mikrostrukturelle Ent-
wicklung dieser Stahlsorte während der Verformung bei 650°C und 100 bzw. 120 MPa Anfangs-
Tug spannung gezeigt. Ein modifiziertes Potenzgesetz zu Beschreibung des Werkstoffverhaltens im
enist Bereich der minimalen Kriechrate bei 650°C wird vorgestellt. Die Veränderungen des Gefüges hin-
van sichtlich der wichtigen mikrostrukturellen Elemente (Größe und Dichte der M23C6-Ausscheidun-
we? gen, Versetzungsstrukturen) werden mit dem Gefiige des Ausgangsmaterials verglichen. Durch die
efüge Korrelation mit dem Kriechverhalten lassen sich die ausgezeichneten Kriecheigenschaften dieser
te bei Stahlsorte erklären. Das Verhalten der M23C6-Ausscheidungen während der Verformung wird als
entscheidend in Hinblick auf die hohe Kriechfestigkeit dieses Werkstoffes gewertet.
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2. Einleitung
0 sind
it zU Ein Schwerpunkt der Forschungs- und Entwicklungstätigkeit auf dem Gebiet der Energieerzeugung
Matrix aus den fossilen Brennstoffen ist die Erhöhung des effektiven Wirkungsgrades der kalorischen
id Dampfkraftwerke [1]. Ein höherer Wirkungsgrad bedeutet geringeren Brennstoffverbrauch, somit
geringere Emission an NO, und CO, sowie geringere Betriebskosten [2]. Die Maßnahmen zur Stei-
gerung des Wirkungsgrades der Kraftwerke reichen von neuen Anlagekonzepten (wie die Etablie-
rung von zwei Zwischenüberhitzern) bis zu einer möglichst großen Senkung des Luftüberschusses
oder der Abgastemperatur im Sinne des Carnot-Prozesses. Eine wesentliche Steigerung des Wir-
kungsgrades läßt sich über die vertretbare Erhöhung der Parameter des Frischdampfes von der
rae „klassischen“ Kombination 540°C/250 bar auf die „superkritischen‘“ Werte 600°C/300 bar erzielen
[3]. Daraus ergeben sich höhere Anforderungen an die mit dem Frischdampf in Kontakt stehenden
vl Werkstoffe. Insbesondere gilt das für die Läuferwerkstoffe der Turbine, die durch die Rotation zu-
sätzlich hohen Kräften ausgesetzt sind. In dieser Arbeit wird ein neuer Rotorwerkstoff (9%Cr-Stahl
ger mit 1.5%Mo, 1%Co und 100ppm Bor) vorgestellt, der diesen hoheren Anforderungen gerecht wer-
den soll. Er wurde im Rahmen des europäischen COST-5S01-Projektes konzipiert, hergestellt und
, getestet. Die vorliegenden Ergebnisse aus den Kriechversuchen (nach über 21000 h bei 650°C)
erlauben die Vermutung, daß er die wichtigste Anforderung von einer 10°h-Zeitstandfestigkeit von
100 MPa bei 600°C [4] deutlich übertreffen wird. Anhand der mikrostrukturellen Entwicklung
während der Kriechverformung und des Kriechverhaltens bei 650°C werden die Gründe für die
auszeichnete Kriechfestigkeit abgeleitet.
