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Influence of initial thermomechanical treatment on high temperature properties of laves phase strengthened ferritic steels = Einfluss der initialen thermomechanischen Behandlung auf die Hochtemperatur-Eigenschaften von Lavesphasen-verfestigten ferritischen Stählen



VerantwortlichkeitsangabeMichal Talík

ImpressumJülich : Forschungszentrum Jülich GmbH, Zentralbibliothek 2016

Umfangxxiii, 130 Seiten : Illustrationen, Diagramme

ISBN978-3-95806-175-0

ReiheSchriften des Forschungszentrums Jülich : Reihe Energie & Umwelt ; 338


Dissertation, RWTH Aachen University, 2016

Druckausgabe: 2016. - Onlineausgabe: 2016. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2017


Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
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Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2016-03-04

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-116546
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/680188/files/680188.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/680188/files/680188.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Mechanik (411110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
creep (frei) ; thermomechanical treatment (frei) ; modelling (frei) ; material development (frei) ; Laves phase (frei) ; ferritic steels (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung und die Bewertung der mechanischen Eigenschaftenvon ferritischen HiperFer (High perfomrance Ferite) Hochleistungsstählen mit einem Chromgehalt von 17 Gew%, deren Verfestigung durch Ausscheidung intermetallischer Laves-Phasenpartikel erreicht wird. Diese sollen in zukünftigen, ultrasuperkritischen Kraftwerksprozessen mit verbesserten Wirkungsgraden eingesetzt werden. Hierzu sind erheblich verbesserte Materialien mit hoher Beständigkeit gegen Heißgas- und Dampfoxidation sowie ausreichender Kriech- und Zeitstandfestigkeit erforderlich. Die Arbeit konzentrierte sich auf die Charakterisierungder Kriecheigenschaften eines 17Cr2.5W0.5Nb0.25Si Versuchsstahls. Zusätzlich wurdenKleinstschmelzen (17Cr3W0.5Nb0.25Si und 17Cr3W0.9Nb0.25Si), um den Einfluß geänderterchemischer Zusammensetzungen auf das Ausscheidungsverhalten zu analysieren. Die Kriechfestigkeit von HiperFer Stählen wird durch eine möglichst homogene Verteilung feiner, thermodynamisch stabiler Laves-Phasenpartikel erreicht, während hohe Korrosionsbeständigkeit durch den vergleichsweise hohen Chromgehalt gewährleistet wird. Die Versuchsstähle wurdenauf der Basis thermodynamischer Modellierung (Thermocalc) hinsichtlich Vermeidung der spröden (Fe,Cr)-sifgma Phase und Maximierung des Gehalts der verfestigenden C14 Laves-Phase vom Fe2Nb –Typ optimiert. Alle Versuchsstähle wurden bei 650 °C ausgelagert, um die Rolle der chemischen Zusammensetzung und des thermomechanischen Behandlungszustandes auf das Ausscheidungsverhalten bewerten zu können. Die Ausscheidung der Laves-Phase erfolgt schnell (im Bereich einiger Minuten bis hin zu maximal 2 Stunden), ihre Größe nimmt innerhalb von1,000 Stunden nicht nennenswert zu. Die experimentell beobachtete Entwicklung der Teilchengröße wurde mit thermodynamischen Modellrechnungen (TC-Prisma) vergleichen. Die Kriecheigenschaften des 17Cr2.5W0.5Nb0.25Si Versuchsstahls in unterschiedlichen thermomechanischen Behandlungszuständen (unterschiedlicher Walzverfahren und Wärmebehandlungen)wurden bei 650 °C geprüft. Vergrößerte Umformgrade wirkten sich positiv aus, was nichtnur auf Warm-Kalt-Verfestigung, sondern auch auf die Beschleunigung der Laves-Phasenausscheidungzurückzuführen ist. Rekristallisationsgeglühtes Material zeigte dagegen deutlich geringere Zeitstandfestigkeit. Um dem entgegenzuwirken, wurden zwei vielversprechende Wärmebehandlungen zur Wiederherstellung der Zeitstandfestigkeit (bis auf das Niveau des gewalzten Materials) identifiziert. Tempern bei 540 °C beschleunigt die Bildung der Laves-Phase und reduziertderen Größe. Kurzzeitige Wärmehandlung bei 800 °C bewirkt eine dichte Belegung der Korngrenzen mit Laves-Phasenteilchen, ohne nachteiligen Einfluss auf die Morphologie der bei Betriebstemperatur im Korninneren ausgeschiedenen Partikel. Die dichte Belegung der Korngrenzen bewirkt eine Verzögerung des Korngrenzengleitens, somit eine Verlängerung der Tertiärkriechphase und auf dieser Grundlage verbesserte Zeitstandfestigkeit.

The aim of this work was to design 17 wt%Cr Laves phase strengthened HiperFer (Highperfomrance Ferrite) steels and evaluate their properties. This class of steel is supposed to be used in Advanced Ultra Super Critical power plants. Such cycles exhibit higher eciencyand are environmentally friendly, but improved materials with high resistance to reside/steam oxidation and sucient creep strength are required. The work focused on the characterization of creep properties of 17Cr2.5W0.5Nb0.25Si heat resistant steel. Small batches of steels with nominal compositions of 17Cr3W0.5Nb0.25Si and 17Cr3W0.9Nb0.25Si were used to analyze the inuence of chemical composition on the precipitation behaviour in comparison to17Cr2.5W0.5Nb0.25Si steel. Creep strength of HiperFer steels is ensured by ne dispersion of thermodynamically stable Laves phase particles, while maintaining high corrosion resistance by a relatively high chromium content. Design of HiperFer steels was accomplished by thermodynamic modeling (Thermocalc) with the main tasks of elimination of the unwelcome brittle (Fe,Cr)- phase and maximization of the content of the strengthening C14 Fe2Nb type Laves phase particles. Long term annealing experiments of all HiperFer steels were performed at 650 °C in order to evaluate the role of chemical composition and initial thermo-mechanical treatment state on precipitation behaviour. Laves phase particles formed quickly after few hours and the size of precipitates did not change signicantly within 1,000 hours. The observed development of Laves phase particles was compared with thermodynamical calculations (TC-Prisma). The creep properties of 17Cr2.5W0.5Nb0.25Si steel in dierent initial thermo-mechanical treatment states were tested at 650 °C. The inuence of dierent cold rolling procedures, and heat treatments was investigated. Increased cold rolling deformation had a positive efect resulting not only from work hardening, but from the acceleration of Laves phase particle precipitation.The recrystallization annealed material exhibited signicantly shorter creep life in comparison to the rolled material. Two promising heat treatments restoring the creep strength up to the level of rolled material were identied. Tempering at 540 °C accelerates the formation and reduces the size of strengthening Laves phase precipitates. Short term tempering at 800 °C causesdense precipitation of Laves phase particles at grain boundaries without detrimental inuence on the morphology of Laves phase particles in the grain interiors. Dense precipitation of coarse Laves phase particles causes a retardation of grain boundary sliding in the later periods of creep exposure.

OpenAccess:
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Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book

Format
print, online

Sprache
English

Externe Identnummern
HBZ: HT019196497

Interne Identnummern
RWTH-2016-11654
Datensatz-ID: 680188

Beteiligte Länder
Germany

 GO


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The record appears in these collections:
Document types > Theses > Ph.D. Theses
Document types > Books > Books
Faculty of Mechanical Engineering (Fac.4)
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411110

 Record created 2016-12-16, last modified 2023-04-08