Investigations of ferritic/martensitic super heat resistant 11-12 %Cr steels for 650 °C power plants

✍ Scribed by K.-H. Mayer; A. Scholz; Y. Wang

• Publisher: John Wiley and Sons
• Year: 2006
• Tongue: English
• Weight: 329 KB
• Volume: 37
• Category: Article
• ISSN: 0933-5137
• DOI: 10.1002/mawe.200600049

✦ Synopsis

The investigations of advanced ferritic/martensitic 11 -12 %Cr steels for 650 C power plant components focus on the improvement of high-temperature creep properties with respect to chemical composition. The claim of the DFG research work was the development of new heat-resistant 12 %Cr ferritic-martensitic steels with sufficient creep and oxidation resistance for a 650 C application by using basic principles and concepts of physical metallurgy on the basis of the state of art and to overcome the usual trial and error industrial alloy development. Efforts are focussed on a 100,000h creep strength of 100MPa at 650 C in combination with a sufficient corrosion resistance by a Cr content of 12 % with contents 4-5 %W, 3.4-5,5 %Co,V, B and 1 %Cu as well as the choice of Ta or Ti instead of Nb. The results demonstrate that the aim is not to realize with the used alloying concept. In the long term range all 12 %Cr melts have a lower creep rupture strength than the advanced 9 %Cr piping steel P92. A high creep strength could be reached with a 0.06 % Ta alloyed 11 %Cr melt, which is in addition alloyed with a higher C and B content and as well as with lower W and Co portions. The results indicate in accordance with the finding of other steel researcher that a lower Cr content allows more effectiveness for the alloying partners respectively for the generation of more stable precipitates.

Keywords: Creep behaviour 11-12 % CrWCo(Cu)B(V,Ta,Ti) steels Untersuchungen an fortschrittlichen ferritisch-martensitischen 11 -12 %Cr Sta ¨hlen, die in Dampfkraftwerken bis 650 C zum Einsatz kommen, konzentrieren sich auf Hochtemperaturkriecheigenschaften unter Beru ¨cksichtigung der chemischen Zusammensetzung. Ziel des DFG-Forschungsprojekts war die Entwicklung neuer hochwarmfester ferritisch-martensitischer 12 % Cr-Sta ¨hle mit ausreichendem Kriech-und Oxidationswiderstand bis zu einer Anwendungstemperatur von 650 C. Es wurde dabei versucht, die Prinzipien und Konzepte der physikalischen Metallurgie gema ¨ß des aktuellen Standes der Technik anzuwenden, um die herko ¨mmliche "Trial and Error"-Entwicklungsmethode der industriellen Legierungsentwicklung zu u ¨berwinden. Das Konzept konzentrierte sich auf eine 100,000h Kriechfestigkeit von 100MPa bei 650 C in Kombination mit einer ausreichenden Oxidationsbesta ¨ndigkeit durch einen Cr-Anteil von 12 %. Weitere Legierungselemente waren 4-5 % W, 3,4-5,5 % Co, V, B und 1 % Cu sowie wahlweise Ta oder Ti als Ersatz fu ¨r Nb. Die Ergebnisse zeigen, dass das angestrebte Ziel nicht mit der eingeschlagenen Strategie erreichbar ist. Im Langzeitbereich weisen alle 12 % Cr-Legierungen eine niedrigere Zeitstandfestigkeit auf als der bereits etablierte 9 %Cr-Rohrstahl P92, der bis ca. 620 C eingesetzt werden kann. Eine ho ¨here Kriechfestigkeit mit einer ausreichenden Oxidationsbesta ¨ndigkeit konnte mit einer 11 %Cr/0,006 %Ta-Schmelze erzielt werden, die daru ¨ber hinaus gegenu ¨ber den anderen Versuchsschmelzen mit mehr C und B sowie mit weniger W und Co legiert ist. Die Ergebnisse zeigen, in U ¨bereinstimmung mit anderen Forschungsergebnissen, dass ein geringerer Cr-Gehalt mehr Wirksamkeit fu ¨r die Legierungspartner zur Verbesserung der Kriechfestigkeit ermo ¨glicht.

Schlu ¨sselworte: Kriechverhalten, 11-12 %CrWCo(Cu)B(V, Ta, Ti)-Sta ¨hle