Stellen Sie sich vor, Sie betreiben Geräte bei extremen Temperaturen von über 700 °C unter hohem Druck. Welches Material kann eine sichere und stabile Leistung unter solch anspruchsvollen Bedingungen gewährleisten? Die Antwort liegt in Nickelbasislegierungsstahl. Mit seiner außergewöhnlichen Kriechfestigkeit und hohen Festigkeit ist dieses fortschrittliche Material für anspruchsvolle industrielle Anwendungen unverzichtbar geworden.

Nickelbasislegierungsstahl besteht hauptsächlich aus Nickel als Hauptelement, das mit zusätzlichen Elementen wie Chrom, Molybdän und Eisen angereichert wird, um seine Eigenschaften zu optimieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Stählen bietet er mehrere deutliche Vorteile:

• Hochtemperaturfestigkeit und Kriechbeständigkeit: Behält außergewöhnliche Festigkeit bei erhöhten Temperaturen bei und widersteht gleichzeitig Kriechverformungen, was ihn ideal für Hochtemperaturanwendungen macht.
• Hervorragende Korrosionsbeständigkeit: Zeigt eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber korrosiven Umgebungen, einschließlich Säuren, Laugen und Salzen, und gewährleistet so eine lange Lebensdauer.
• Hervorragende Schweißbarkeit: Ermöglicht die Herstellung komplexer Strukturbauteile durch zuverlässige Schweißverfahren.
• Tieftemperaturverhalten: Bestimmte Güten behalten auch bei kryogenen Bedingungen eine gute Zähigkeit, wodurch ihr Anwendungsbereich erweitert wird.

Die Advanced Ultra-Supercritical-Technologie stellt einen Durchbruch in der Effizienz der Stromerzeugung und der Emissionsreduzierung dar. A-USC-Kraftwerke arbeiten mit Dampfparametern von über 700 °C und erfordern Materialien mit außergewöhnlichen Leistungseigenschaften. Nickelbasislegierungsstahl ist für die Herstellung von A-USC-Turbinen unerlässlich geworden.

Konventionelles Design: 1000-MW-A-USC-Turbinen verwenden typischerweise eine TC4F-Konfiguration mit vier Gehäusen: ein einströmiges Hochdruckgehäuse (VHP), ein Hochdruckgehäuse (HP), ein zweiströmiges Mitteldruckgehäuse (IP) und zwei zweiströmige Niederdruckgehäuse (LP). Das VHP-Gehäuse arbeitet bei einem Druck von 35 MPa.

Modifiziertes Design: Einige Designs kombinieren die VHP- und HP-Gehäuse zu einer einzigen Einheit, um die Gesamtlänge und den Materialverbrauch zu reduzieren, was jedoch die Effizienz und Rotorstabilität beeinträchtigt.

700-MW-A-USC-Design: Diese Turbinen integrieren typischerweise HP- und IP-Gehäuse. Kühlsysteme sind strategisch im VHP-Gehäuse und zwischen den HP/IP-Gehäusen angeordnet, mit zusätzlicher Kühlung für Rotor-Schweißverbindungen.

• HP- und IP-Turbinenschaufeln: Die hohen Einlasstemperaturen und Festigkeitsanforderungen machen Nickelbasislegierungen zum Material der Wahl.
• Rotoren: Unverzichtbar für die Aufrechterhaltung von Festigkeit und Kriechbeständigkeit unter extremen Bedingungen.
• Turbinengehäuse: Ausgewählte Hochtemperaturbereiche von VHP- und HP-Gehäusen verwenden Nickelbasislegierungen.

Es werden fortschrittliche Kühltechniken eingesetzt, um die Integrität der Komponenten zu erhalten:

• Schaufelkühlung: Verwendet gekühlten Dampf aus dem VHP- und HP-Turbinenabgas
• Rotorkühlung: Spezielle Kühlung von Schweißverbindungen verlängert die Lebensdauer

• Produktionsrohre: Nickelbasislegierungen bieten kritische Korrosionsbeständigkeit in Hochproduktionsbohrungen gegen H2S, CO2 und Chloride.
• Verdichtergehäuse: Ausgewählt für kryogene Anwendungen, bei denen herkömmliche Materialien spröde werden.

Materialien wie Alloy 600 und Edelstahl dienen als wichtige Strukturkomponenten in Reaktoren, obwohl Spannungsrisskorrosion (SCC) in Hochtemperaturwasserumgebungen eine Herausforderung darstellt, die laufende Forschung erfordert.

Die außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit macht diese Legierungen ideal für Geräte, die aggressive chemische Medien handhaben.

Nickelbasislegierungsstähle werden nach Mikrostruktur und Zusammensetzung kategorisiert:

• Martensitische Edelstähle
• Duplex-martensitisch-ferritische Stähle
• Austenitische Edelstähle
• Nickelbasislegierungsstähle

Tarim-Ölfeld: Implementierte Verbundbeschichtungs-Korrosionsschutzrohre mit AOC-2000T- oder CK-54-Innenbeschichtungen, um Temperaturen von 140 °C und korrosiven Medien wie Säuren, Laugen, Salzen, Cl-, CO2 und H2S standzuhalten.

Sauergasfelder: Benötigt Spezialmaterialien oder Korrosionsinhibitoren, um SCC und elektrochemische Korrosion in H2S/CO2-Umgebungen zu verhindern.

SCC stellt einen erheblichen Versagensmechanismus für Nickellegierungen und Edelstähle in bestimmten Umgebungen dar. Studien konzentrieren sich auf:

• Schlupf-Auflösungs-/Oxidationsmechanismen
• Alterungsbedingte kristalline Ordnungsprozesse
• Initiierungszeitpunkt und Aktivierungsenergie
• Spannungs-/Dehnungsraten-Effekte
• Elektrodenpotentialvariationen

Nickelbasislegierungsstähle ermöglichen weiterhin technologische Fortschritte in Branchen, die extremen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind. Die zukünftige Entwicklung wird sich konzentrieren auf:

• Leistungsoptimierung durch Legierungsdesign
• Fortschrittliche Fertigungstechniken
• Erweiterte Anwendungstechnik
• Verbessertes Verständnis von Versagensmechanismen

Da sich die industriellen Anforderungen in Richtung höherer Effizienz und anspruchsvollerer Umgebungen entwickeln, werden diese fortschrittlichen Materialien eine zunehmend wichtige Rolle bei der Unterstützung des technologischen Fortschritts spielen und gleichzeitig die Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit gewährleisten.