9 % bis 12 % Cr-Stähle - Auslegung, Herstellung, Betrieb und Sicherheitskonzepte - VGBE-TW 531

Der vorliegende Bericht stellt die Entwicklung der warmfesten martensitischen 9 % bis 12 %-Cr-Stähle, den in Deutschland aktuell vorliegenden Erkenntnisstand über die qualitätsgerechte Herstellung und Verarbeitung dieser Stähle und Methoden der Auslegung und des sicheren Betriebs mit anzuwendenden Sicherheitskonzepten dar. Die Entwicklung der warmfesten martensitischen Stähle mit den verschiedenen Entwicklungsschritten hin zum heutigen 9 % bis 12 %-Cr-Stahl wird beschrieben, wobei die bei der Entwicklung zu berücksichtigenden Aspekte, wie die Verarbeitbarkeit und die Zeitstandfestigkeiten, genauso aufgegriffen werden wie werkstofftechnische Grundlagen und besondere Effekte bei der Stahlerzeugung. Die qualitätsgesicherte Herstellung und Verarbeitung folgt nach der Übersicht der Regelwerksfestlegungen der Produktionsfolge von der Umformung beim Schmieden und der Rohrherstellung über die Warm- oder Kaltbiegung der Rohre mit ihren nachfolgenden Wärmebehandlungen bis hin zu den Anforderungen des Schweißens der Halbzeuge. Während die Auslegung in einer kurzen Übersicht dargestellt ist, werden Betriebsaspekte mit den wiederkehrenden Prüfungen und der begleitenden Lebensdauerüberwachung und die Analyse von Betriebsdaten zur Lebensdauerberechnung ausführlich erläutert. Bekannte Schadensfälle, Erkenntnisse zum spezifischen Oxidationsverhalten der hier betrachteten Werkstoffe sowie aktuelle Fragestellungen zur Bewertung der Kriechduktilität und eine Aufführung weitergehender Bewertungskonzepte zur Integrität und Lebensdauerbewertung runden die Zusammenstellung der relevanten Informationen rund um den Betrieb von Komponenten aus warmfesten martensitischen Stählen ab. Die sehr ausführliche Beschreibung der metallurgischen Grundlagen dienen auch dem Verständnis, dass die hochentwickelten Stahlguten einer gewissenhaften Verarbeitung und Nutzung bedürfen, um die anwendungsgerechten Eigenschaften einzustellen und zu erhalten. Die Autoren des vorliegenden TW-Berichts ordnen die neuen martensitischen Werkstoffe als einen Erfolg für die technische Umsetzung von modernen Kraftwerken ein und verweisen auf die bisher gesammelten guten Betriebserfahrungen in Europa. Diese basieren mit Stand Ende 2022 für den Grade 92 auf dem Erfahrungsrückfluss aus insgesamt 13 Anlagen von vgbe Mitgliedsunternehmen mit ca. 11,5 GW Gesamtleistung, Anlagengrößen im Bereich 660 MW bis 1100 MW, FD/HZÜ-Temperaturen 600 °C/620 °C sowie max. Laufzeiten bei 3 Anlagen im Bereich 80.000 Bh (Betriebsstunden) und einer Gesamtsummenlaufzeit von ca. 570.000 Bh. Für den Grade91 liegen für FD-/HZÜ-Temperaturen im Bereich 560 bis 580°C noch umfangreichere Erfahrungen aus sehr vielen Anlagen mit > 100.000 Bh und für fünf Anlagen sogar schon im Bereich 175.000 Bh bis 200.000 Bh vor. Dieses Kompendium zu Entwicklung, Verarbeitung und Betrieb von warmfesten martensitischen 9 % bis 12 %-Cr-Stählen dient als Einführung für den Anwender in der konventionellen Kraftwerkstechnik sowie in den zukünftigen Energiewandlungsanlagen.