Einsatz des warmfesten Stahles 7CrMoVTiB10-10 (T24) als Rohrwerkstoff im 600-Grad-Kraftwerk - Besondere Qualitätssicherungsmaßnahmen zur Vermeidung der Bildung von Spannungsrissen

Abstract

Für die Herstellung von Dampferzeugeranlagen wurden in der Vergangenheit Stähle wie der 13CrMo4-5 (T12), 16Mo3 und St35.8 III eingesetzt. In den Jahren nach 1990 wurde alternativ der Membranwerkstoff 7CrMoVTiB10-10 (ASTM-Bezeichnung T24) vorrangig in Europa mit dem Ziel entwickelt, den Anlagenwirkungsgrad signifikant zu erhöhen. Er weist gegenüber dem 13CrMo4-5 (T12) deutlich verbesserte Festigkeitskennwerte auf. Der T24 wurde nach seiner Qualifizierung in verschiedenen europäischen Dampferzeugeranlagen als Membranwandwerkstoff eingesetzt. Im Jahr 2010 wurde erstmals berichtet, dass in T24-Schweißverbindungen in Membranwänden im Anschluss an die Druckprobe während der Inbetriebnahme eines neu errichteten Kessels, Risse aufgetreten sind. Als Ursache für die Schäden an den Rohrstumpfnähten wird die wasserstoffinduzierte Spannungsrisskorrosion angenommen, wobei die Schikorr-Reaktion als potentieller Bildungsmechanismus für den atomaren Wasserstoff vermutet wurde. Nach Bekanntwerden der Risse in den Schweißnähten begann eine intensive Diskussion im Kreis der Kraftwerksbetreiber, der Kesselhersteller, der Stahl- und Schweißzusatzwerkstoffhersteller sowie der Forschungseinrichtungen. Zum Zeitpunkt der Schadens-Ereignisse wurde mit der Herstellung und Fertigung der ersten Dampf- und Druckgerätebauteile für den Neubau Block 9 des Grosskraftwerks Mannheim begonnen. Auch für den Block 9 war der T24 als wesentlicher Membranwerkstoff vorgesehen. Es war zwingend notwendig, das Risiko einer der Anrissbildung über gezielte Untersuchungen und Qualitätssicherungsmaßnahmen einzuschränken. Dazu wurden neben Recherchen zum Stand der Technik und des Wissens die folgenden Untersuchungen zum Teil in Zusammenarbeit mit der MPA Stuttgart durchgeführt und im Rahmen dieser Arbeit ausgewertet: - Analyse der Gefüge und Mikrostruktur, Aufnahme des Härteprofils im Zusammenhang mit dem Festigkeits- und Verformungsverhaltens von Grundwerkstoff, schweißsimulierten Proben und Schweißnähten nach unterschiedlichen Wärmebehandlungen - lichtmikroskopische und transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen an wärmebehandelte Grundwerkstoff- und schweißsimulierten T24-Proben sowie an realen Schweißverbindungen aus dem Block 9 - Analyse des Anrisspotenzials in Abhängigkeit von der Gefügeausbildung beim Schweißen und Möglichkeiten dessen Reduzierung sowie Durchführung von Verfikationsversuchen mit bauteilnahen Proben - Überprüfung der Ausbildung rissempfindlichen Gefüges in den vom GKM geschweißten Rundnähten von Block 9. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wurden die möglichen Einflüsse auf eine Sensibilisierung gegenüber der Spannungsrissanfälligkeit ermittelt und besondere Qualitätssicherungsmaßnahmen im Hinblick auf die Vermeidung der Bildung von Spannungsrissen während der Herstellung, Montage und Inbetriebnahme abgeleitet und erprobt.