Warmfeste 9–12% Chromstähle sind die vorherrschenden Konstruktionswerkstoffe für den Gas- und Dampfturbinenbau, welche die Hauptlast bei der Energieerzeugung tragen. Zur Steigerung des Turbinen-Wirkungsgrades sind Werkstoffe erforderlich, welche bei erhöhten betrieblichen Anforderungen die notwendigen mechanischen Eigenschaften aufweisen. Aus diesem Grund werden 9–12% Chromstähle seit Jahren modifiziert und weiterentwickelt.

Einen neuen Ansatz in der Legierungsentwicklung stellen warmfeste 9–12% Chromstähle mit Mikroduplexstruktur dar. Dabei handelt es sich um Werkstoffe mit zweiphasiger Mikrostruktur, bestehend aus ca. 30 Vol.% Austenit in einer Matrix aus angelassenem Martensit. Basis dieser Mikrostruktur ist die aussergewöhnliche chemische Zusammensetzung. Sie ist gekennzeichnet durch hohe Gehalte an Mangan und Nickel sowie die Substitution von Kohlenstoff durch Stickstoff.

Im Rahmen der Legierungsentwicklung wurde die Wirkungsweise der einzelnen Legierungselemente sowohl experimentell als auch theoretisch mit Hilfe von thermodynamischen Rechnungen mittels ThermoCalc® untersucht. Im Mittelpunkt stand dabei die langzeitige Gefügestabilität des Austenits im Temperaturbereich von 450°C–600°C.

Das neuartige Legierungskonzept bietet eine hohe Kriechfestigkeit und eine gute Kombination von Festigkeit und Zähigkeit. Dadurch empfehlen sich Mikroduplexstähle für den Einsatz in zukünftigen Gasturbinen höchsten Wirkungsgrades.
 

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Leiterin EMPA Akademie
Dr. Anne Satir