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Die Temperaturen können steigen

Warmfester ferritisch-martensitischer Werkstoff für den Turbinenbau
Die Temperaturen können steigen

Durch einen besseren Wirkungsgrad von Kraftwerken lassen sich Ressourcen optimal nutzen. Erreicht werden kann dies über eine Erhöhung von Betriebstemperatur oder Prozessdruck. Das hat Auswirkungen auf die beim Turbinenbau eingesetzten Stähle. Speziell für Temperaturen zwischen 620 und 650 °C wurde der Werkstoff CB2 entwickelt.

Der Beitrag stammt von der Schmolz + Bickenbach Guss GmbH, Krefeld

„Ziel war es, auf Basis bereits bekannter warmfesten 9- bis 12-%- Chrom-Stähle einen Werkstoff für Temperaturen bis 650 °C zu entwickeln und damit einen Übergang zu den ab 700 °C eingesetzten Nickel-Basis-Legierungen zu schaffen“, erklärt Dr. Petra Becker, Leiterin Forschung & Entwicklung bei Schmolz + Bickenbach Guss. Dabei sah sich das Unternehmen vor allem mit zwei Herausforderungen konfrontiert: Wie können bei der Erschmelzung im Induktionsofen trotz des nahezu 10 %igen Chromanteils Stickstoffgehalte mit geringsten Toleranzen realisiert werden und wie kann eine optimale Schweißbarkeit gewährleistet werden?
Knackpunkt Zeitstandfestigkeit
Ausgangspunkt der Entwicklung waren die Erfahrungen mit dem Werkstoff GX23CrMoV12-1 (1.4931) sowie ähnlichen warmfesten 9- bis 12-%-Chrom-Stählen. Im ersten Schritt wurde eine Legierungsoptimierung vorge-nommen. Außer auf eine Modifikation einzelner Elemente wurde dabei besonderes Augenmerk auf das Verhältnis von Bor zu Stickstoff gelegt: Durch dessen gezielte Einstellung wird die Ausscheidung von feinstverteiltem Bornitrid realisiert. „Sowohl beim Schmelzen und Gießen als auch beim Schweißen gilt es sicherzustellen, dass die optimalen Grenzwerte für Stickstoff eingehalten werden. Hier muss unter Umständen mit speziellen Schutzgasatmosphären gearbeitet werden“, erläutert Becker. Andernfalls kann es zu negativen Auswirkungen auf die Zeitstandfestigkeit des Werkstoffs kommen. Aktuell testet Schmolz + Bickenbach die Zeitstandeigenschaften von Grundwerkstoff und Schweißnaht. Hierbei werden unter konstanter Zugbeanspruchung und Ofentemperatur die Veränderungen des Werkstoffs beobachtet sowie die Zeit bis zum Bruch der Probe empirisch ermittelt.
Technische Daten
Der ferritisch-martensitische Werkstoff CB2 (GX13CrMoCoVNbNB10-1-1) hat eine
  • Streckgrenze von $490 N/mm²
  • Zugfestigkeit von $690 N/mm²
  • Dehnung von $15 % sowie
  • eine Kerbschlagarbeit von $27J.
„Im Ergebnis konnten wir einen Werkstoff mit einer deutlich erhöhten Warmfestigkeit entwickeln, der Betriebstemperaturen zwischen 620 und 650 °C erlaubt. Damit wurde die Grundlage für eine Verbesserung des Wirkungsgrads von Kraftwerken geschaffen“, so Becker. Dabei profitiert man nicht nur von einer Effizienzsteigerung, sondern durch einen reduzierten CO2- Ausstoß wird gleichzeitig auch die Umwelt entlastet. Interessant ist der Werkstoff CB2 in erster Linie für Turbinenhersteller. Darüber hinaus sind aber auch Einsatzszenarien denkbar, die unter Last und bei erhöhten Einsatztemperaturen nur eine verhältnismäßig geringe Korrosionsbeständigkeit erfordern.
Schmolz + Bickenbach,
Tel.: 02151 764-1257, E-Mail: v.jansen@schmolz-bickenbach.de
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