Struktura stali S304H po 20 000 godzin starzenia

Zaprezentowane w artykule wyniki badań stanowią element charakterystyk materiałowych stali nowej generacji, które wykorzystane są w pracach projektowych urządzeń ciśnieniowych kotłów parowych a także w pracach diagnostycznych podczas eksploatacji.

Nierdzewne stale austenityczne

Na całym świecie obserwuje się duże zapotrzebowanie na tworzywa metaliczne o właściwościach takich jak odporność na korozję, dobra odkształcalność plastyczna czy spawalność. Nierdzewne stale austenityczne posiadają wymienione cechy, co sprawia, że często wykorzystywane są m.in. w przemyśle chemicznym i petrochemicznym jak również energetyce.

Stal S304H stosowana jest w budowie elementów ciśnieniowych kotłów o nadkrytycznych parametrach pracy. W pracy zaprezentowano wyniki badań mikrostruktury po starzeniu przez 20 000 godzin w temperaturze 650 a także 700°C. Badania mikrostruktury wykonano, wykorzystując skaningową a także transmisyjną mikroskopię elektronową. Identyfikację występujących wydzieleń przeprowadzono przy użyciu transmisyjnej mikroskopii elektronowej.

Wprowadzenie – czas starzenia

Podstawowym parametrem określającym nowoczesność bloku energetycznego jest jego sprawność a także spełnianie wymagań ekologicznych w zakresie minimalnej emisji gazów cieplarnianych oraz szkodliwych zanieczyszczeń.

Zastosowanie nadkrytycznych parametrów pary pozwala na podniesienie sprawności bloków energetycznych do wartości powyżej 45%. Równocześnie lepsze warunki spalania paliw stałych zmniejszają emisję zanieczyszczeń do powietrza. Stąd do budowy części ciśnieniowej kotłów o nadkrytycznych parametrach pary wymaga się zastosowania nowych materiałów o coraz wyższych właściwościach mechanicznych [1-8].

Wśród elementów krytycznych części ciśnieniowej kotła należy wyróżnić między innymi rury cienkościenne przegrzewaczy pary, których materiały w instalacjach o parametrach nadkrytycznych mogą pracować w temperaturze do ok. 650°C a także ciśnieniu 25-30 MPa. Na elementy przegrzewacza pary o tak wysokich parametrach coraz szersze zastosowanie znajdują stale odporne na korozję wysokotemperaturową o strukturze austenitycznej, do których zalicza się także stal Super 304H, która została opracowana w latach 90. ubiegłego stulecia.

Zastosowanie stali Super 304H

W tab. 1 przedstawiono bloki na parametry nadkrytyczne polskiej energetyki, gdzie znalazła zastosowanie stal Super 304H.

Charakterystyka stali S304H

Stal S304H (X10CrNiCuNb18-9-3) charakteryzuje się wysoką żaroodpornością a także wytrzymałością na pełzanie, która wynosi 68 MPa w temperaturze 700°C dla 100 000 godzin. Jest to wynik silnego umocnienia roztworowego a także wydzieleniowego [9, 10]. Dla materiałów, z których wykonuje się elementy kotła, opracowywane są charakterystyki, mające na celu pozyskanie wiedzy na temat ich zachowania się w warunkach eksploatacyjnych [11-13]. Ze względu na specyficzny charakter pracy materiałów stosowanych w energetyce, budowanie charakterystyk ich właściwości użytkowych jest długotrwałe i sięga kilkunastu lat [9, 14]. Rys. 1 podaje zakres temperatur wydzielania się faz wtórnych badanej stali, natomiast nie uwzględnia on wartości ilościowych i zależnych od nich właściwości. W poniższym opracowaniu przedstawiono analizę wyników badań materiału gotowego elementu w postaci wężownicy przegrzewacza pary, wykonanej ze stali Super 304H.

Materiał do badań

Materiał do badań stanowił wycinek rury wężownicy przegrzewacza pary o wymiarach ø 42,4 x 8,8 mm wykonanej ze stali Super304H. Skład chemiczny badanej stali w odniesieniu do wymagań normy przedstawiono w tab. 2.

Galeria

Zobacz więcej