Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
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Z-Ultra Stahlentwicklung: Z-Phasen-verstärkte Stählen für superkritische Dampfkraftwerken

Abgeschlossenes Forschungsprojekt

Als wichtigster Industriewerkstoff ist Stahl mit mehr als 2500 Sorten hoch spezialisiert für unterschiedliche Anwendungen. Kleinste Änderungen der Zusammensetzung können das Materialgefüge auf atomarer Skala ändern und das Materialverhalten »im Großen« verbessern. Das Konsortium des EU-Projekts Z-Ultra unter Leitung des Fraunhofer IWM entwickelte neue 12%-Chrom-Stähle für Hochtemperaturanwendungen, die bis zu 30% fester als herkömmliche 9%-Chrom-Stähle sind und im Kraftwerk längere Zeit höhere Temperaturen und Drücke aushalten. Atomistische Simulationsmethoden unterstützten hierbei die Stahl-Entwickler dabei, die Legierungen zielgerichtet zu entwickeln.

Projektbeschreibung

Das Z-Ultra-Projekt widmete sich der Entwicklung von Z-Phasen-verstärkten Stählen für den Einsatz in ultra-superkritischen Dampfkraftwerken. Diese Kraftwerke erfordern Materialien mit hervorragender Kriechfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei Temperaturen über 650°C, um die Effizienz zu steigern und den CO₂-Ausstoß zu reduzieren.

Ziel des Projekts war die Entwicklung neuer martensitischer 12%Cr-Stähle, die durch gezielte nanoskalige Z-Phasen-Ausscheidungen stabilisiert werden und dadurch eine langfristige Hochtemperaturbeständigkeit aufweisen.

Teilvorhaben Fraunhofer IWM: Materialmodellierung, Simulation und experimentelle Charakterisierung der entwickelten Z-Phasen-verstärkten Stähle

  • Entwicklung von Modellen zur Vorhersage der Z-Phasen-Bildung, Kriechfestigkeit und mechanischen Eigenschaften
  • Untersuchung der Mikrostruktur, Oxidation, Korrosion und thermomechanischen Eigenschaften
  • Optimierung von Wärmebehandlungen, Schweißprozessen und Lebensdauerprognosen
  • Unterstützung bei der Integration neuer Stähle in Kraftwerksumgebungen

Transfer der Projektergebnisse in FuE-Leistungen des Fraunhofer IWM 

  • Design und Optimierung hochtemperaturbeständiger Stähle mit verbesserter Kriechfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit
  • Lebensdauervorhersagen und Materialsimulationen, um Bauteile effizienter zu gestalten
  • Validierung von Wärmebehandlungs- und Schweißverfahren für Hochleistungswerkstoffe
  • Werkstoffprüfungen und Integration neuer Legierungen in Kraftwerke und Hochleistungsanlagen

Förderhinweis