Kalorimetrische und dilatometrische Analyse des Anlassverhaltens in der Wärmeeinflusszone von Schweißnähten des Stahls T24 Translated title: Calorimetric and Dilatometric Study of Tempering Behavior in the Heat Affected Zone of T24 Welding Seams

Kurzfassung

Der Werkstoff 7CrMoVTiB10-10 (T24) wurde als warmfester Stahl für den Einsatz in der Membranwand neuer Kohlekraftwerke der 600/620°C-Klasse entwickelt. Trotz seiner umfangreichen Qualifizierung kam es zu Schäden bei der Inbetriebnahme durch Spannungsrisskorrosion. Zur Reduzierung der Spannungsrisskorrosionsempfindlichkeit wurden verschiedene Anlassbehandlungen durchgeführt. Grundlegende Untersuchungen sollen nun die Prozesse beleuchten, die bei diesen Glühbehandlungen ablaufen. Für die geplanten Untersuchungen wurde Probenmaterial aus zwei nahtlosen Rohren (aus unterschiedlichen Schmelzen) des Stahls T24 entnommen. In den Proben wurde anhand von Wärmebehandlungen in einem Dilatometer ein Schweißgefüge eingestellt, wie es in der Wärmeeinflusszone (WEZ) der Schweißverbindungen auftritt. An diesem Probenmaterial erfolgten anschließend unterschiedliche Anlassbehandlungen. Die sich einstellenden Gefügeveränderungen wurden in Abhängigkeit von der Erwärmrate bzw. Anlasstemperatur und -dauer durch kalorimetrische und dilatometrische Analysen charakterisiert. Hierzu wurden Proben kontinuierlich in verschiedenen DSC-Geräten und in einem Dilatometer mit Heizraten zwischen 0,02 K/s und 100 K/s erwärmt. Zusätzlich erfolgten isotherme Glühbehandlungen dieser Proben mit Temperaturen zwischen 450 °C und 700 °C im Dilatometer. Die Ergebnisse der Dilatometrie und Kalorimetrie lassen auf mehrere Anlassreaktionen schließen. Die Ergebnisse erlauben eine Zuordnung der beobachteten Reaktionen zu den in der Literatur beschriebenen Anlassstufen und somit eine gezielte Gestaltung der Anlassbehandlung der geschweißten T24-Verbindungen zur Reduzierung ihrer Rissanfälligkeit im laufenden Betrieb.

Abstract

The high-temperature steel 7CrMoVTiB10-10 (T24) was designed for welding of membrane water walls of coal-fired power plants. These power plants operate with steam temperatures up to 620 °C. Despite extensive qualification, cracks have been observed in the welded joints during initial operation. Different tempering treatments are proposed and applied to avoid this stress corrosion cracking. The article presents basic research by the usage of multiple investigation methods for the characterisation of the microstructural processes during tempering of the welding zone. For the investigations samples were taken from two seamless pipes out of T24. A welding like microstructure was implemented by a heat treatment in a quenching dilatometer. The modifications of this welding microstructure due to different tempering processes (variation of temperature and duration) are characterized by dilatometric and calorimetric analyses. The as-welded samples are heated with heating rates between 0.02 K/s and 100 K/s in different DSC devices and in the dilatometer. Furthermore, isothermal treatments with temperatures between 450 °C and 700 °C were carried out in the dilatometer. By the dilatometric and calorimetric methods, several tempering reactions can be identified. These investigations make it possible to allocate the results to the tempering reactions known from literature and hence can be used to find effective parameters for a post weld heat treatment that avoids cracking during application of the high-temperature steel T24.