Rozwój stali dla energetyki

Spośród przedstawionych na rys. 4 stali praktyczne zastosowanie w eksploatowanych w Polsce konwencjonalnych blokach o mocy 360 MW oraz w nowych na nadkrytyczne parametry pary znalazł gatunek T/P91 i sporadycznie T/P92 i NF12, stal oznaczana w Europie jako VM12-SHC [2, 12, 15].

W zmodernizowanych blokach o mocy 360 MW na podwyższone parametry pary oraz w eksploatowanych i budowanych blokach nadkrytycznych na wężownice przegrzewaczy pary zastosowane są stale austenityczne [12, 19, 20]. Charakteryzują się one wysoką wytrzymałością na pełzanie oraz odpornością na wysokotemperaturową korozję i odporność na utlenianie w parze wodnej.

Materiały te można podzielić na cztery grupy w zależności od zawartości chromu: 15Cr, 18Cr, 20-25Cr.  Dla uzyskania wysokiej żarowytrzymałości tych stali wprowadza się takie pierwiastki, jak: Mo, Nb, Ti, V, W, N, B, Co, których stężenie wynosi od kilku dziesiątych do kilku procent. Etapy rozwoju tej grupy stali przedstawiono na rys. 5.

Wpływ dodatków w zależności od charakteru oddziaływania na strukturę i związane z nią właściwości stali dzieli sią na 6 podstawowych grup [8, 9, 16]:

• tworzące roztwór stały γ, austenityczną osnowę stali – (Fe, Ni, Cr),
• międzywęzłowe umacniające osnowę i tworzące fazy wtórne – M(C, N),
• rozpuszczające się w austenicie i działające umacniająco – (Mo, W, V, Co),
• stabilizujące węgliki i azot – ( Ti, Nb, Ta, Zr),
• zwiększające dyspersją faz wtórnych i modyfikujące procesy wydzieleniowe na granicach ziaren – (B, Zr),
• zapewniające umocnienie fazami międzymetalicznymi, w tym głównie fazą γ’ – Ni₃ (Ti, Al).

Rys. 5. Rozwój stali austenitycznych na urządzenia w energetyce [2]

W stopach żelaza wzrost własności wytrzymałościowych związany jest z ograniczeniem swobodnego przemieszczania się dyslokacji w sieci metalu, na co mają wpływ składniki podstawowe oraz celowo wprowadzone dodatki stopowe. Ich wpływ  na mechanizm umocnienia  przedstawiają rys. 6 oraz tabela 3.

Rys. 6. Zmiana umocnienia austenitu stali chromowo-niklowej w temperaturze pokojowej pod wpływem pierwiastków rozpuszczonych w osnowie (1 – pierwiastki miedzywęzłowe, 2 – pierwiastki substytucyjne ferrytotwórcze, 3 – pierwiastki  austenitotwórcze) [18]

Tabela 3. Wpływ pierwiastków na strukturę i własności stali austenitycznych [16]