Un nouvel alliage à haute température
Les centrales thermiques resteront en service pendant longtemps, mais pour un rendement maximal, les températures les plus élevées doivent être atteintes. Cela implique une dégradation plus rapide du métal, un problème qui peut être résolu grâce à de nouveaux alliages. Le projet Z-ULTRA (Z phase strengthened steels for ultra-supercritical power plants), financé par l'UE, a mis au point un tel alliage. Les modèles précédents contenaient 9 % de chrome, dont la limite thermique est de 615°C, une température au-delà de laquelle ces alliages se corrodaient. Le nouvel alliage contient 12 % de chrome, un résultat possible grâce à l'exploitation de cette phase Z d'ordinaire jugée indésirable. Les chercheurs devaient trouver les compositions chimiques et les traitements thermiques favorisant la nucléation contrôlée de particules en phase Z finement dispersées. L'équipe a mis au point sept nouveaux alliages à tester. La résistance au fluage est de 30 % supérieure à celle des meilleurs aciers à bas de chrome à 9 %. La résistance à l'oxydation est également excellente. Les chercheurs ont établi que de nouvelles améliorations de la résistance au fluage étaient possibles grâce aux outils mis au point par le projet. Ainsi, les systèmes de modélisation multi-échelle ont favorisé la conception d'alliages renforcés en phase Z en précisant les séquences menant à la formation de celle-ci. Les chercheurs ont également mis au point de nouvelles méthodes de soudage pour ces nouveaux aciers. Aucune fissure ni aucun autre défaut n'ont été observés. Le groupe a augmenté le processus de production afin d'inclure des pièces de forge de 12 tonnes et des soudures sur de vastes sections. Cette fois non plus, aucune fissure n'a été constatée. Le matériau a fait état d'une excellente résistance aux chocs, bien que la limite d'élasticité soit inférieure aux valeurs attendues pour un usage en rotor de turbine. Les chercheurs ont installé des tubes de démonstration dans les chaudières de deux centrales ukrainiennes. Le groupe a analysé la résistance à la corrosion. Ils ont confirmé que le taux d'oxydation était très faible et que la couche d'oxyde était mince et homogène. Les couches de corrosion étaient bien plus épaisses sur la surface du tube en contact avec les effluents gazeux. La corrosion était acceptable jusqu'à 647°C. Les propriétés de résistance à la corrosion et à la chaleur des nouveaux alliages à forte concentration en chrome du projet Z-ULTRA se sont avérées très utiles pour les centrales à haute température. Elles impliquent une exploitation plus rentable de ces sites et une diminution des émissions de dioxyde de carbone.
Mots‑clés
Alliage à haute température, centrales électriques, chrome, Z-ULTRA, phase Z
