10Cr11Co3W3NiMoVNbNB hoogwaardig martensitisch hittebestendig staal

1) Belangrijkste kenmerken

Uitstekende hoge temperatuursterkte en kruipweerstand: Het materiaal behoudt een hoge kruipweerstand bij hoge temperaturen (zoals 660 °C). Bijvoorbeeld, bij een testtemperatuur van 660 °C en een testspanning van 245 MPa moet de breuktijd van het materiaal ≥100 uur zijn.

Goede weerstand tegen ontspanning: Dit is cruciaal voor bouten die aan hoge temperaturen worden blootgesteld en kan ervoor zorgen dat er tijdens langdurig gebruik voldoende afdichtingsvoorspanning behouden blijft.

Uitstekende oxidatie- en corrosiebestendigheid: Bevat ongeveer 11% chroom, wat zorgt voor een goede stabiliteit in omgevingen met hoge temperaturen en stoom.

Hogere taaiheid: Door een juiste warmtebehandeling kan een goede balans tussen sterkte en taaiheid worden bereikt.

Strenge eisen aan chemische samenstelling en zuiverheid: Extreem strikte controle op schadelijke elementen zoals silicium (Si) en aluminium (Al) (Si≤0,10%, Al≤0,015%), en streven naar een extreem hoge staalzuiverheid om niet-metallische insluitingen te verminderen.

2) Typische toepassingen

Stoomturbinebouten en -moeren voor hoge temperaturen: Deze worden hoofdzakelijk gebruikt voor het verbinden van het hogetemperatuurgedeelte van ultra-superkritische eenheden, wat hun meest typische toepassing is.

Stoomturbinebladen: worden gebruikt voor de productie van hogedruk- of middendrukrotorbladen voor ultra-superkritische installaties.

Andere componenten die bestand moeten zijn tegen hoge temperaturen: zoals kleppen, assen en andere belangrijke onderdelen die moeten functioneren in omgevingen met hoge temperaturen en hoge drukken.

De chemische samenstelling van 10Cr11Co3W3NiMoVNbNB is nauwkeurig ontworpen en het gehalte van elk element wordt strikt gecontroleerd om de hoge prestaties te garanderen. De specifieke samenstelling is weergegeven in de volgende tabel:

De eigenschappen van staal moeten worden verkregen door middel van warmtebehandeling. De mechanische eigenschappen zijn afhankelijk van het specifieke warmtebehandelingssysteem.

1) Voorbeelden van mechanische eigenschappen bij kamertemperatuur

Na een juiste afkoelings- en temperingswarmtebehandeling moeten de mechanische eigenschappen bij kamertemperatuur over het algemeen voldoen aan of hoger zijn dan de volgende voorbeeldvereisten (specifieke vereisten zijn afhankelijk van productnormen of technische overeenkomsten):

2) Mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen

De hoge-temperatuurbestendigheid is een belangrijke indicator. Zo is bijvoorbeeld vereist dat de breuktijd onder spanningsomstandigheden van 660℃/245MPa minimaal 100 uur bedraagt.

Warmtebehandeling speelt een cruciale rol in de prestaties van 10Cr11Co3W3NiMoVNb-staal. De effecten van verschillende warmtebehandelingssystemen op de eigenschappen ervan werden onderzocht:

Afschrikken (austenitiseren): Verwarmen en op temperatuur houden (olie- of luchtkoeling) vindt doorgaans plaats in het temperatuurbereik van 1080 °C tot 1120 °C. Onderzoek heeft aangetoond dat het verhogen van de afschriktemperatuur binnen dit bereik de duurzaamheid van het materiaal bij hoge temperaturen kan verbeteren (onder de temperconditie van 660 °C). Zo is de tijd tot breuk van het materiaal na afschrikken bij 1130 °C en 1140 °C bij 660 °C/275 MPa meer dan 100 uur.

Ontlaten: De ontlaattemperatuur heeft een aanzienlijke invloed op de sterkte-taaiheidsbalans van een materiaal. Na afschrikken bij 1100 °C leidt ontlaten tussen 600 °C en 700 °C tot een aanzienlijke afname van de treksterkte en vloeigrens, terwijl de slagvastheid (slagenergie) aanzienlijk toeneemt. De keuze van de ontlaattemperatuur moet een evenwicht vinden tussen de gecombineerde eisen van sterkte, ductiliteit en taaiheid.

Het is belangrijk om te benadrukken dat het optimale warmtebehandelingsproces (temperatuur, verblijftijd, afkoelmethode) moet worden vastgesteld door middel van testen op basis van de specifieke productvorm (staaf, smeedstuk, afgewerkte bout), afmetingen en uiteindelijke prestatie-eisen, en dat daarbij de aanbevelingen van de materiaalfabrikant of relevante technische specificaties moeten worden gevolgd.

Het smelten van 10Cr11Co3W3NiMoVNbNB is een enorme uitdaging vanwege de extreem lage eisen aan het Si- en Al-gehalte en de noodzaak tot nauwkeurige controle van het boorgehalte, terwijl tegelijkertijd een extreem hoge staalzuiverheid moet worden gewaarborgd. Hoewel traditionele vacuüminductieovens effectief zijn, zijn ze kostbaar en inefficiënt.

De huidige geavanceerde smelttechnologie maakt gebruik van een tweeprocesbenadering, waarbij een AOD-oven (Argon Oxygen Decarburization) en een LF-oven (Ladle Refining Furnace) worden gecombineerd. Door middel van een reeks technieken voor de beheersing van zuurstof, silicium, aluminium en slak, bereikt deze technologie een nauwkeurige controle van de samenstelling van de gemakkelijk erodeerbare elementen Si, Al en B, terwijl een hoge staalzuiverheid behouden blijft. Het afgewerkte staal dat met dit proces wordt geproduceerd, vertoont extreem lage niveaus van niet-metallische insluitsels (alle insluitsels hebben een grofheidsgraad van ≤1,0) en een zuurstofgehalte van ≤35 ppm, waarmee volledig wordt voldaan aan de eisen van hoogwaardige toepassingen.

10Cr11Co3W3NiMoVNbNB (Co3W3) is een hightech, hoogwaardig martensitisch hittebestendig staal. Door middel van meercomponentencomposietversterking en extreem strenge zuiverheidscontrole bereikt het een combinatie van hoge sterkte, hoge kruipweerstand en uitstekende taaiheid bij temperaturen tot 630 °C. Dit maakt het een voorkeursmateriaal voor belangrijke componenten die bestand moeten zijn tegen hoge temperaturen in ultra-superkritische thermische energiecentrales.

Naarmate de wereldwijde energie-industrie blijft streven naar efficiënte en schone energieopwekkingstechnologieën, zal de vraag naar hoogwaardige ultra-superkritische eenheden blijven groeien. Dit stelt hogere eisen aan geavanceerde materialen voor hoge temperaturen, zoals 10Cr11Co3W3NiMoVNbNB, wat hun brede toepassingsmogelijkheden aantoont. Verdere optimalisatie van smeltprocessen om de kosten te verlagen en diepgaand onderzoek naar en stabilisatie van warmtebehandelingsregimes om het volledige prestatiepotentieel van het materiaal te benutten, blijven belangrijke onderzoeksgebieden.