Stel je voor dat je apparatuur bedient bij extreme temperaturen van meer dan 700°C onder intense druk. Welk materiaal kan een veilige en stabiele prestatie garanderen onder zulke veeleisende omstandigheden? Het antwoord ligt in nikkelgebaseerd legeringsstaal. Met zijn uitzonderlijke kruipweerstand en hoge sterkte is dit geavanceerde materiaal onmisbaar geworden voor uitdagende industriële toepassingen.

Nikkelgebaseerd legeringsstaal is voornamelijk samengesteld uit nikkel als het belangrijkste legeringselement, versterkt met extra elementen zoals chroom, molybdeen en ijzer om de eigenschappen te optimaliseren. In vergelijking met conventionele staalsoorten biedt het verschillende duidelijke voordelen:

• Hoge temperatuursterkte en kruipweerstand: Behoudt uitzonderlijke sterkte bij verhoogde temperaturen en is bestand tegen kruipvervorming, waardoor het ideaal is voor toepassingen bij hoge temperaturen.
• Superieure corrosiebestendigheid: Toont uitstekende weerstand tegen corrosieve omgevingen, waaronder zuren, basen en zouten, wat een lange levensduur garandeert.
• Uitstekende lasbaarheid: Vergemakkelijkt de fabricage van complexe structurele componenten door middel van betrouwbare lasprocessen.
• Prestaties bij lage temperaturen: Bepaalde kwaliteiten behouden een goede taaiheid, zelfs in cryogene omstandigheden, waardoor hun toepassingsbereik wordt uitgebreid.

Advanced Ultra-Supercritical technologie vertegenwoordigt een doorbraak in de efficiëntie van energieopwekking en emissiereductie. A-USC-installaties werken met stoomparameters van meer dan 700°C, wat materialen met buitengewone prestatie-eigenschappen vereist. Nikkelgebaseerd legeringsstaal is essentieel geworden voor de productie van A-USC-turbines.

Conventioneel ontwerp: 1000MW A-USC-turbines gebruiken doorgaans een TC4F-configuratie met vier behuizingen: een enkele-stroom zeer hoge druk (VHP) behuizing, hoge druk (HP) behuizing, dubbele-stroom tussenliggende druk (IP) behuizing en twee dubbele-stroom lage druk (LP) behuizingen. De VHP-behuizing werkt bij een druk van 35 MPa.

Gewijzigd ontwerp: Sommige ontwerpen combineren de VHP- en HP-behuizingen in een enkele eenheid om de totale lengte en het materiaalgebruik te verminderen, hoewel dit ten koste gaat van een deel van de efficiëntie en de rotorstabiliteit.

700MW A-USC-ontwerp: Deze turbines integreren doorgaans HP- en IP-behuizingen. Koelsystemen worden strategisch geplaatst in de VHP-behuizing en tussen HP/IP-behuizingen, met extra koeling voor rotorlasverbindingen.

• HP- en IP-turbineschoepen: De hoge inlaattemperaturen en sterkte-eisen maken nikkelgebaseerde legeringen het materiaal bij uitstek.
• Rotoren: Essentieel voor het behouden van sterkte en kruipweerstand onder extreme omstandigheden.
• Turbinebehuizingen: Geselecteerde hogetemperatuurgebieden van VHP- en HP-behuizingen gebruiken nikkelgebaseerde legeringen.

Geavanceerde koeltechnieken worden gebruikt om de integriteit van de componenten te behouden:

• Schoepkoeling: Gebruikt gekoelde stoom van de VHP- en HP-turbine-uitlaat
• Rotorkoeling: Gespecialiseerde koeling van lasverbindingen verlengt de levensduur

• Productiebuizen: Nikkelgebaseerde legeringen bieden cruciale corrosiebestendigheid in hoogproductieve putten tegen H2S, CO2 en chloriden.
• Compressorbehuizingen: Geselecteerd voor cryogene toepassingen waar conventionele materialen bros worden.

Materialen zoals Alloy 600 en roestvrij staal dienen als essentiële structurele componenten in reactoren, hoewel spanningscorrosie (SCC) in omgevingen met hoge watertemperaturen een uitdaging blijft die voortdurend onderzoek vereist.

De uitzonderlijke corrosiebestendigheid maakt deze legeringen ideaal voor apparatuur die agressieve chemische media verwerkt.

Nikkelgebaseerde legeringsstaalsoorten worden gecategoriseerd op basis van microstructuur en samenstelling:

• Martensitische roestvast staalsoorten
• Duplex martensitisch-ferritische staalsoorten
• Austenitische roestvast staalsoorten
• Nikkelgebaseerde legeringsstaalsoorten

Tarim-olieveld: Implementeerde composiet-gecoate corrosiebestendige buizen met AOC-2000T of CK-54 interne coatings om temperaturen van 140°C en corrosieve media, waaronder zuren, basen, zouten, Cl-, CO2 en H2S, te weerstaan.

Zure gasvelden: Vereist gespecialiseerde materialen of corrosieremmers om SCC en elektrochemische corrosie in H2S/CO2-omgevingen te voorkomen.

SCC vertegenwoordigt een significant faalmechanisme voor nikkellegeringen en roestvast staal in specifieke omgevingen. Studies richten zich op:

• Slip-dissolutie/oxidatiemechanismen
• Leeftijdsgebonden kristallijne ordeningsprocessen
• Initiatietiming en activeringsenergie
• Effecten van spanning/rekensnelheid
• Variaties in elektrodepotentiaal

Nikkelgebaseerde legeringsstaalsoorten blijven technologische vooruitgang mogelijk maken in industrieën die te maken hebben met extreme bedrijfsomstandigheden. Toekomstige ontwikkelingen zullen zich richten op:

• Prestatie-optimalisatie door legeringsontwerp
• Geavanceerde productietechnieken
• Uitgebreide toepassingstechniek
• Verbeterd begrip van faalmechanismen

Naarmate de industriële eisen evolueren naar hogere efficiëntie en meer uitdagende omgevingen, zullen deze geavanceerde materialen een steeds vitalere rol spelen bij het ondersteunen van technologische vooruitgang en tegelijkertijd de operationele veiligheid en betrouwbaarheid waarborgen.