Hochleistungsfähiger martensitischer, hitzebeständiger Stahl 10Cr11Co3W3NiMoVNbNB – Lieferanten und Hersteller aus China

Kernfunktionen und Anwendungen

• Ausgezeichnete Festigkeit bei hohen Temperaturen und hohe Kriechfestigkeit: Es behält seine hohe Dauerfestigkeit auch bei hohen Temperaturen (z. B. 660 °C) bei. Beispielsweise muss die Bruchzeit des Materials bei einer Prüftemperatur von 660 °C und einer Prüfspannung von 245 MPa mindestens 100 Stunden betragen.
• Gute Anti-Entspannungs-Leistung: Dies ist für Hochtemperaturschrauben von entscheidender Bedeutung und gewährleistet, dass während des Langzeitbetriebs eine ausreichende Dichtungsvorspannung aufrechterhalten wird.
• Ausgezeichnete Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit: Enthält etwa 11 % Chrom, was ihm eine gute Stabilität in Hochtemperatur-Dampfumgebungen verleiht.
• Höhere Zähigkeit: Durch eine geeignete Wärmebehandlung lässt sich ein gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit erzielen.
• Strenge Anforderungen an die chemische Zusammensetzung und Reinheit: Äußerst strenge Kontrolle schädlicher Elemente wie Silizium (Si) und Aluminium (Al) (Si≤0,10 %, Al≤0,015 %) und Streben nach extrem hoher Stahlreinheit zur Reduzierung nichtmetallischer Einschlüsse.

• Hochtemperaturschrauben und -muttern für Dampfturbinen: Wird hauptsächlich zur Verbindung des Hochtemperaturbereichs von ultra-superkritischen Anlagen verwendet, was seine typischste Anwendung darstellt.
• Dampfturbinenschaufeln: Wird zur Herstellung von Hochdruck- oder Mitteldruckrotorschaufeln für ultra-superkritische Anlagen verwendet.
• Andere Hochtemperaturkomponenten: wie beispielsweise Ventile, Wellen und andere wichtige Bauteile, die in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hohem Druck funktionieren müssen.

Chemische Zusammensetzung

Die chemische Zusammensetzung von 10Cr11Co3W3NiMoVNbNB ist präzise ausgelegt, und der Gehaltsbereich jedes Elements wird streng kontrolliert, um seine hohe Leistungsfähigkeit zu gewährleisten. Die genaue Zusammensetzung ist in der folgenden Tabelle dargestellt:

Mechanische Eigenschaften

Die Eigenschaften von Stahl werden durch Wärmebehandlung erzielt. Seine mechanischen Eigenschaften hängen vom jeweiligen Wärmebehandlungsverfahren ab.

Nach ordnungsgemäßer Härte- und Anlasswärmebehandlung müssen die mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur im Allgemeinen die folgenden beispielhaften Anforderungen erfüllen oder übertreffen (spezifische Anforderungen unterliegen Produktnormen oder technischen Vereinbarungen):

Wärmebehandlungssystem

Die Wärmebehandlung spielt eine entscheidende Rolle für die Leistungsfähigkeit des Stahls 10Cr11Co3W3NiMoVNb. Die Auswirkungen verschiedener Wärmebehandlungssysteme auf seine Eigenschaften wurden untersucht:

• Abschrecken (Austenitisieren): Das Erhitzen und Halten (Öl- oder Luftkühlung) erfolgt typischerweise im Bereich von 1080 °C bis 1120 °C. Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Erhöhung der Abschrecktemperatur innerhalb dieses Bereichs die Hochtemperaturbeständigkeit des Materials (unter Anlassbedingungen von 660 °C) verbessern kann. Beispielsweise beträgt die Bruchzeit des Materials bei 660 °C/275 MPa nach dem Abschrecken bei 1130 °C und 1140 °C mehr als 100 Stunden.
• Härten: Die Anlasstemperatur beeinflusst maßgeblich das Verhältnis von Festigkeit und Zähigkeit eines Werkstoffs. Nach dem Abschrecken bei 1100 °C führt ein Anlassen zwischen 600 °C und 700 °C zu einer deutlichen Abnahme der Zugfestigkeit und Streckgrenze, während die Kerbschlagzähigkeit (Schlagenergie) deutlich zunimmt. Die Wahl der Anlasstemperatur muss ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit, Duktilität und Zähigkeit gewährleisten.

Schmelzprozess

Die Herstellung von 10Cr11Co3W3NiMoVNbNB ist aufgrund der extrem niedrigen Anforderungen an den Silizium- und Aluminiumgehalt sowie der Notwendigkeit einer präzisen Kontrolle des Boranteils bei gleichzeitig extrem hoher Stahlreinheit äußerst anspruchsvoll. Herkömmliche Vakuuminduktionsofen-Verfahren sind zwar effektiv, aber kostspielig und ineffizient.

Moderne Schmelztechnologien nutzen heutzutage ein Zweiprozessverfahren, das einen AOD-Ofen (Argon-Sauerstoff-Entkohlung) und einen LF-Ofen (Pfannenofen) kombiniert. Durch eine Reihe von Verfahren zur Kontrolle von Sauerstoff, Silizium, Aluminium und Schlacke erreicht diese Technologie eine präzise Steuerung der Zusammensetzung der leicht erodierbaren Elemente Silizium, Aluminium und Bor bei gleichzeitig hoher Stahlreinheit. Der so hergestellte Fertigstahl weist extrem niedrige Anteile nichtmetallischer Einschlüsse (alle Einschlüsse haben eine Korngröße von ≤ 1,0) und einen Sauerstoffgehalt von ≤ 35 ppm auf und erfüllt damit die Anforderungen anspruchsvoller Anwendungen.

Zusammenfassung und Ausblick

10Cr11Co3W3NiMoVNbNB (Co3W3) ist ein hochtechnologischer, leistungsstarker, martensitischer, hitzebeständiger Stahl. Durch Mehrkomponenten-Verbundverstärkung und extrem strenge Reinheitskontrollen erzielt er eine Kombination aus hoher Festigkeit, hoher Kriechfestigkeit und ausgezeichneter Zähigkeit bei Temperaturen bis zu 630 °C. Dadurch ist er ein bevorzugter Werkstoff für wichtige Hochtemperaturkomponenten in ultra-superkritischen thermischen Kraftwerken.

Da die globale Energiewirtschaft weiterhin nach effizienten und sauberen Stromerzeugungstechnologien strebt, wird die Nachfrage nach leistungsstärkeren ultra-superkritischen Kraftwerken weiter steigen. Dies stellt höhere Anforderungen an fortschrittliche Hochtemperaturwerkstoffe wie 10Cr11Co3W3NiMoVNbNB und unterstreicht deren breites Anwendungspotenzial. Die weitere Optimierung von Schmelzprozessen zur Kostensenkung sowie die Vertiefung der Forschung und Stabilisierung von Wärmebehandlungsverfahren zur vollen Ausschöpfung des Leistungspotenzials des Materials bleiben zentrale Forschungsbereiche.