Совершенствование микроструктурного дизайна Re-содержащей 10%Cr-3%Co мартенситной стали для тепловых электростанций

Настоящий проект посвящен продолжению совершенствования микроструктурного дизайна Re-содержащих сталей, которые могут быть использованы в качестве материала изготовления для элементов котлов и паропроводов, а также лопаток и роторов паровых турбин для тепловых электростанций, работающих на суперсверхкритических параметрах (ССКП) пара (T = 600-620°С, Р = 250-300 атмосфер). В настоящее время угольные тепловые электростанции России, работающие при параметрах пара 545-560°С и 140-240 атмосфер, выработали свой ресурс и подлежат замене. За счет повышения параметров пара до ССКП планируется повысить КПД до 41-44% и сократить вредные тепловые выбросы. В РФ на данный момент отсутствуют материалы, отвечающие требованиям для энергетического оборудования нового поколения. Создание новых жаропрочных материалов для энергетики определяет прогресс технико-экономических показателей тепловых электростанций, работающих на угле. В рамках Проекта 2019 были проведены работы по совершенствованию микроструктурного дизайна Re-содержащей 10%Cr-3%Co стали путем изменения химического состава стали, а именно изменение соотношения вольфрама и молибдена, добавление меди и повышение содержания бора (патент на изобретение № 2757923 «Жаропрочная сталь мартенситного класса» от 25.10.2021 г.). Было выплавлено две плавки 10%Cr-3%Co сталей с различным содержанием меди (0,2%Cu и 0,8%Cu). Анализ механических свойств на ползучесть и микроструктурных изменений показал, что свойства обеих новых Re-содержащей 10%Cr-3%Co сталей с модифицированными химическими составами не уступают другим 9-10%Cr-3%Co сталям, включая коммерческие сплавы, а в области кратковременной ползучести сталь с высоким содержанием меди (0,8%Cu) даже превосходит аналогичные стали. Однако, появление перелома на кривой длительной прочности для стали с 0,8%Cu указывает на то, что термическая обработка этой стали нуждается в корректировке. Совершенствование микроструктурного дизайна Re-содержащей 10%Cr-3%Co стали с высоким содержанием меди (0,8%Cu) в рамках Проекта 2022 будет направлен на подбор режима термической обработки с последующей проверкой свойств на ползучесть. Поскольку изменение термической обработки может ухудшить ударную вязкость стали, то появляется необходимость в проведении сравнительного анализа влияния термической обработки на ударную вязкость. Напротив, новая Re-содержащая 10%Cr-3%Сo сталь с низким содержанием меди (0.2%Cu) демонстрирует невысокое сопротивление ползучести при приложенных напряжениях от 200 до 120 МПа, однако, для этой стали отсутствует перелом на кривой длительной прочности и зависимости минимальной скорости ползучести от приложенного напряжения. Анализ пороговых напряжений показал, что величина пороговых напряжений этой стали составляет 98 МПа. Таким образом, продолжающееся испытание при приложенном напряжении 100 МПа имеет критически важное значение, поскольку близко к величине порогового напряжения. Более того, для этой стали целесообразно выполнить работы по определению малоцикловой усталости и температуры хрупко-вязкого перехода. Дальнейшее продолжение работ по совершенствованию микроструктурного дизайна Re-содержащей 10%Cr-3%Co стали путем изменения термической обработки позволит обеспечить изготовление критических элементов угольных энергоблоков. В литературе эти научные данные отсутствуют, также как и Re-содержащая сталь, которая поставляется в виде турбин и не продается на открытом рынке. В случае успеха проекта будут предложены новые модификации химических составов Re-содержащих сталей с подобранными термическими обработками, которые могут иметь рекордные характеристики жаропрочности среди всех высокохромистых сталей мартенситного класса, что обуславливает сохранение актуальности и практической значимости проекта.