Desenvolvimento de aços ligados ao Cr-W-V, resistentes à fluência, para aplicações em usinas geradoras de energia

Abstract

esforço em aumentar a eficiência na geração de energia, em centrais termelétricas, para redução das emissões de CO2 implica no desenvolvimento novas aços martensíticos alto cromo resistentes à fluência, estes novos aços necessitam apresentar desempenho superior ao aço fundido C12A (P91) comumente usados para esta finalidade. O desempenho de fluência à longo prazo dos aços com 9-12%Cr é limitado pela precipitação grosseira do nitreto Z, Cr(V,Nb)N, consumindo/substituindo carbonitretos MX, Nb(C,N) ou V(N,C) dispersos na matriz martensítica vitais para a resistência à fluência. Para o desenvolvimento de novos aços, novas composições químicas foram planejadas com o objetivo de suprimir ou retardar a formação do nitreto Z. As novas composições são baseadas em trabalhos publicados na literatura e complementados por cálculos termodinâmicos para otimizar as frações das fases existentes na liga, para produzir uma microestrutura totalmente martensítica e maximizar a precipitação de carbonitretos MX. Para isso, o teor de vanádio na composição química proposta neste trabalho foi intencionalmente aumentado e modelado termodinamicamente para avaliar os fases constituintes para a composição química sugerida. Posteriormente, um lingote de pequena escala foi fundido para avaliação de propriedades mecânicas e análise microestrutural.

The effort to improve the efficiency in energy generation at thermoelectrical plants, in order to reduce CO2 emissions, implies on the development of new high-chromium creep resistant martensitic steels. These steels must have a superior performance than C12A (P91) cast steel, commonly used in this finality. The long-term creep performance of the 9-12% Cr steels is limited by the coarse precipitation of Z nitrate, Cr (V, Nb), consuming/ substituting MX carbonitrides, Nb (C, N) or V (C, N) disperse in the martensitic matrix, which are vital to creep resistance. For the development of these steels, new chemical compositions were planned in order to suppress or detain the Z nitride formation. Those new compositions are based on published articles and complemented by thermodynamic calculations with the view to optimize the fractions of the phases present in the alloy, therefore generating a fully martensitic microstructure and maximizing MX carbonitrides precipitation. For this, vanadium content in the chemical composition proposed in this work was intentionally increased and thermodynamically modeled to evaluate the constituent phases in this condition. Posteriorly, a small-scale ingot was cast for microstructural analysis and mechanical properties evaluation.