Review of creep resistant alloys for power plant applications

Revisión de las aleaciones resistentes a la fluencia para aplicaciones en centrales eléctricas

En este artículo se describen las aleaciones más utilizadas en centrales eléctricas, así como las más prometedoras para futuras aplicaciones en esta tecnología. Los componentes de las centrales eléctricas funcionan en condiciones severas (altas temperaturas y presiones) y se espera de ellos un servicio fiable durante 30 años o más. La elección correcta del material es, por tanto, de gran importancia. El documento describe el desarrollo, así como las ventajas y desventajas de los aceros ferríticos/martensíticos, ferríticos/bainíticos, aceros inoxidables austeníticos y las nuevas aleaciones para su aplicación a temperaturas de 650°C y superiores.

INTRODUCCIÓN

Las aleaciones resistentes a la fluencia diseñadas para aplicaciones en centrales eléctricas, como componentes de calderas de sección gruesa, conductos de vapor, rotores de turbinas y piezas fundidas de turbinas, deben ser fiables durante largos periodos de tiempo en entornos severos. Además de una elevada resistencia a la fluencia, estos materiales deben presentar otras propiedades, como una buena resistencia a la corrosión y a las grietas, así como una buena soldabilidad.

El impacto medioambiental y la economía han obligado a desarrollar sistemas de alta eficiencia y bajas emisiones en las centrales eléctricas. En concreto, el aumento de la eficiencia térmica de las centrales eléctricas puede lograrse de forma más eficaz aumentando la temperatura y la presión del vapor que entra en la turbina. Por lo tanto, es necesario desarrollar nuevos materiales con mejores propiedades que puedan funcionar en estas condiciones [1,2].

ACEROS FERRÍTICOS/MARTENSÍTICOS 9-12 % CR

En las últimas décadas, los aceros ferríticos/martensíticos 9-12 % Cr han sido los más utilizados en las centrales eléctricas. Para ello, esta familia de aceros se utilizó por primera vez en la década de 1950, cuando se empleó la aleación alemana X20CrMoV12-1 para componentes forjados de turbinas [4]. Una vez resueltos los problemas de soldabilidad en 1957, esta aleación fue la más interesante para la aplicación en centrales eléctricas en la Europa continental. Probablemente, el paso más importante en el desarrollo de los aceros 9-12 Cr se dio a mediados de los años 70 del siglo pasado, cuando se desarrolló en EE.UU. el acero 9Cr-1Mo-0,2V. Este acero es conocido por ASME como acero P91 [3]. Este acero presenta una resistencia a la fluencia mucho mayor que el acero X20CrMoV12-1; sin embargo, este último tiene una resistencia a la corrosión algo mejor. El acero P91 tiene un bajo contenido de C y un contenido optimizado de V, Nb y N. Su composición se ha utilizado como composición básica para el desarrollo posterior de aleaciones resistentes a la fluencia. Debido a la presencia de V, Nb y N en este acero, se produce la precipitación de MX (donde X significa C o N, mientras que M significa Nb, V) durante el revenido en el proceso de tratamiento térmico, así como durante el funcionamiento posterior.