Entwicklung und Charakterisierung von modernen 9-12% Cr-Stählen für ultraeffiziente Dampfkraftwerke mit niedrigem Emissionsgrad unter besonderer Berücksichtigung von neuen mikrostrukturellen Modellierungsansätzen

Forschungsprojekt P 13802Werkstoffe für ultraeffiziente DampfkraftwerkeH. CERJAK11.10.1999 Mit diesem Projekt werden die Verpflichtungen erfüllt, die der Antragsteller im Rahmen der Europäischen Forschungs-Initiative COST 522 eingegangen ist (Tasks A5 und A6, Mitarbeit bei "Common Activities"). Die Förderung dieses Projektes wurde sowohl von der europäischen Gemeinschaft als auch vom österreichischen Ministerium für Wissenschaft und Verkehr befürwortet. Für höhere Frischdampftemperaturen in kalorischen Kraftwerken existieren Bestrebungen, die häufig verwendeten austenitischen Rohrwerkstoffe durch ferritisch- martensitische Stähle zu ersetzen. Die ferritisch-martensitischen Stähle haben gegenüber den Austeniten die Vorteile einer besseren Wärmeleitfähigkeit (besseres Anfahrverhalten der Kraftwerke - thermische Ermüdung), der geringeren Kosten und des höheren Widerstandes gegen Spannungsriß-Korrosion. Durch die angestrebte Erhöhung der Temperaturen in kalorischen Kraftwerken ist es möglich, den Wirkungsgrad zu steigern und gleichzeitig die Emissionen zu senken. In den letzten Jahrzehnten wurden diese Stähle durch die ,trial and error" -Methode d.h. prinzipiell experimentell weiterentwickelt. Dadurch konnten aber keinerlei grundlegenden Erkenntnisse und Verständnis über die Einfluß-Parameter auf das Kriechverhalten und Ihre Wechselwirkungen gewonnen werden. Das Ziel dieses Projektes ist es, als wesentlicher Teil der neuen europäischen Forschungs-Initiative COST 522, mittels grundlegender Überlegungen und Computer orientierter Methoden eine physikalisch fundierte Beschreibung des Hochtemperatur-Verhaltens und der Stabilität dieser Stähle zu erhalten. Die aktuellen Bestrebungen der Kraftwerksbetreiber gehen in die Richtung der sogenannten USC-Bedingungen("Ultra-Super-Critical" - p>=300 bar und T>=600C), der diese Stähle genügen sollen. Durch die komplexe Mikrostruktur und das Verhalten moderner Stähle unter Betriebs-Bedingungen, ist die lange angewandte versuchsorientierte Methodik nicht mehr zielführend und effizient. Dieser Forschungsansatz ermöglicht es aber die vielfachen Einflußfaktoren, wie das von der Mikrostruktur gesteuerte Kriechverhalten (wie z.B. durch die Ausscheidungs- und Versetzungskinetik), physikalische Parameter wie die Selbstdiffusion und die Entwicklung der Schädigung zu berücksichtigen. Basierend auf der erfolgreichen Forschungsarbeit, die im Rahmen von COST 501/III durchgeführt wurde, wurde durch die Komplexität des gesamten Problems eine Aufteilung in vier Teilbereiche vorgenommen: * Anwendung verfeinerter Untersuchungsmethoden für die Kinetik der Mikrostruktur deren Ergebnisse gleichzeitig eine Basis für die Verifikation der Modelle bzw. des gesamten Konzeptes darstellen; * Die mathematische Beschreibung der Phasen im Gleichgewicht sowie die Beschreibung der Ausscheidungskinetik. Die basierenden thermodynamischen Modelle sollen auch dafür verwendet werden physikalisch basierte Parameterkonzepte zu entwickeln die eine rasche Optimierung gewährleisten; * Das Modellieren des Verformungsverhalten basierend auf der Kinetik und den parallel ablaufenden Prozessen betreffend die Mikrostruktur auf physikalischer Basis; * und schließlich die Modellierung der Schädigungs-Entwicklung unter Berücksichtigung der Mikrostruktur und verfeinerter Ansätze z.B. für die Nukleation von Poren (intra- und transgranulare Schädigung). Besonders hinzuweisen ist hierbei auf die starke Verknüpfung der vier Teilbereiche, die es schlußendlich ermöglichen soll das Kriechverhalten dieser komplexen Stähle nicht nur nachfolgend sondern vorhersagend zu beschreiben.