Una nuova lega resistente alle alte temperature
La generazione di energia termica continuerà ancora per lungo tempo, ma la massima efficienza richiede temperature più elevate possibili. Alte temperature comportano un degrado accelerato dei metalli, il che può essere risolto con le nuove leghe di acciaio. Il progetto Z-ULTRA (Z phase strengthened steels for ultra-supercritical power plants), finanziato dall’UE, ha sviluppato una tale lega. Le leghe utilizzate in precedenza per i medesimi scopi contenevano un 9 % di cromo, con un limite termico di 615 °C, oltre al quale tali leghe presentavano corrosione. La nuova lega contiene il 12 % di cromo, ottenuto grazie allo sfruttamento dell’altrimenti indesiderabile fase Z (Z-phase), anziché optare per eliminarla. Lo studio ha dovuto trovare composizioni chimiche e trattamenti termici che portassero alla nucleazione controllata di particelle finemente disperse relative alla fase Z. Il team ha sviluppato sette nuove leghe di prova. La resistenza allo scorrimento delle leghe ha dimostrato un miglioramento del 30 % rispetto ai migliori acciai al cromo 9 % esistenti. Anche la resistenza all’ossidazione ha dimostrato eccellenti prestazioni. Grazie agli strumenti sviluppati dal progetto, i ricercatori hanno stabilito che sono possibili ulteriori miglioramenti in quanto a resistenza a scorrimento. Per esempio, degli strumenti di modellizzazione multi-scala hanno supportato lo sviluppo di leghe rinforzate in fase Z, grazie alla stesura di dettagli relativi ai percorsi verso tale fase. In aggiunta, i ricercatori hanno sviluppato dei metodi di saldatura per i nuovi acciai. Non sono state rilevate crepe o altri difetti. Il consorzio ha migliorato il processo di produzione per includere 12 tonnellate di forgiatura e grandi sezioni di saldatura. Anche in questo caso, non sono stati rilevati gravi crepe. Il materiale risultante ha dimostrato un’eccellente resilienza, sebbene la tensione di snervamento fosse più bassa del previsto, per le applicazioni turbina-rotore. I ricercatori hanno installato dei tubi di dimostrazione per caldaie presso due centrali ucraine. Il team ha valutato le proprietà di resistenza alla corrosione delle leghe, confermando che il tasso di ossidazione è stato molto basso e che lo strato di ossido si è dimostrato sottile e omogeneo. Gli strati di corrosione erano notevolmente più spessi sul lato della superficie del tubo relativo ai gas di combustione. Le proprietà di corrosione hanno dato prova di essere accettabili fino a 647 °C. Le nuove proprietà di resistenza alle alte temperature e alla corrosione relative alle nuove leghe con alto contenuto di cromo prodotte grazie al progetto Z-ULTRA si sono dimostrate adatte per applicazioni presso centrali termiche che operano a temperature elevate. I risultati indicano un più efficiente funzionamento di tali impianti, e ridotte emissioni di biossido di carbonio.
Parole chiave
Lega ad alta temperatura, centrali elettriche, cromo, Z-ULTRA, fase Z
