liu.seSök publikationer i DiVA
Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Fracture and Damage Behavior in an Advanced Heat Resistant Austenitic Stainless Steel During LCF, TMF and CF
Linköpings universitet, Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling, Konstruktionsmaterial. Linköpings universitet, Tekniska fakulteten.
Linköpings universitet, Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling, Konstruktionsmaterial. Linköpings universitet, Tekniska fakulteten.
Linköpings universitet, Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling, Konstruktionsmaterial. Linköpings universitet, Tekniska fakulteten. Sandvik Mat Technol, Sweden.
Acad Sci Czech Republ, Czech Republic.
Visa övriga samt affilieringar
2018 (Engelska)Ingår i: ECF22 - LOADING AND ENVIRONMENTAL EFFECTS ON STRUCTURAL INTEGRITY, ELSEVIER SCIENCE BV , 2018, Vol. 13, s. 843-848Konferensbidrag, Publicerat paper (Refereegranskat)
Abstract [en]

Future advanced ultra-supercritical power plant will be run at higher temperature and pressure. New materials will be used to meet the requirements. However, the structure integrity of these materials needs to be evaluated. Sanicro 25 is a newly developed advanced austenitic heat resistant stainless steel with the aim to be used in future 700 degrees C or 650 degrees C power plants to replace part of Ni based alloys. This paper provides an overview on the fracture and damage behavior in this material during LCF, TMF and CF. The cyclic hardening and fatigue life during LCF, TMF and CF will be discussed. The influence of prolonged service degradation has been analyzed by the use of pre-aged material for TMF and CF loading conditions. (C) 2018 The Authors. Published by Elsevier B.V. Peer-review under responsibility of the ECF22 organizers.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
ELSEVIER SCIENCE BV , 2018. Vol. 13, s. 843-848
Serie
Procedia Structural Integrity, ISSN 2452-3216
Nyckelord [en]
AUSC power plant; austenitic heat resistant stainless steel; Sanicro 25; low cycle fatigue; thermomechanical fatigue; creep-fatigue interaction
Nationell ämneskategori
Annan materialteknik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:liu:diva-155626DOI: 10.1016/j.prostr.2018.12.161ISI: 000459860900138OAI: oai:DiVA.org:liu-155626DiVA, id: diva2:1297722
Konferens
22nd European Conference on Fracture (ECF) - Loading and Environmental Effects on Structural Integrity
Anmärkning

Funding Agencies|AB Sandvik Materials Technology in Sweden; Swedish Energy Agency through the Research Consortium of Materials Technology for Thermal Energy Processes [KME-701]; AFM Strategic Faculty Grant SFO-MAT-LiU at Linkoping University [2009-00971]; IPMinfra [LM2015069]; IPMinfra through project CEITEC 2020 of MEYS, Czech Rep [LQ1601]

Tillgänglig från: 2019-03-20 Skapad: 2019-03-20 Senast uppdaterad: 2021-05-21
Ingår i avhandling
1. High Temperature Fatigue Behaviour of Austenitic Stainless Steel: Microstructural Evolution during Dwell-Fatigue and Thermomechanical Fatigue
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>High Temperature Fatigue Behaviour of Austenitic Stainless Steel: Microstructural Evolution during Dwell-Fatigue and Thermomechanical Fatigue
2021 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

The global energy consumption is increasing and together with global warming from greenhouse gas emission, a need for more environmentally friendly energy production processes is created. Higher efficiency of biomass power plants can be achieved by increasing temperature and pressure in the boiler section, this would increase the generation of electricity along with the reduction in emission of greenhouse gases e.g. CO2. The generation of power must also be flexible to be able to follow the demands of the energy market and this results in a need for cyclic operating conditions with alternating output and multiple start-ups and shut-downs.

Because of the need for flexibility, higher temperature and higher pressure of future biomass power plants, the demands of improved mechanical properties of the materials used for the components are also increased. Properties like creep strength, maintained structural integrity, thermomechanical fatigue resistance and high temperature corrosion resistance are critical for materials used in the next generation biomass power plants. Highly alloyed austenitic stainless steels are known to possess such good high temperature properties and are relatively cheap compared to the nickel-base alloys, which are already used in high temperature cyclic conditions for other applications. The behaviour of austenitic stainless steels subjected to future biomass power plants operating conditions are not yet fully investigated.

This thesis presents research that includes investigations of the mechanical and microstructural behaviour during high temperature cyclic conditions of austenitic stainless steels. This is done using thermomechanical fatigue testing, dwell-fatigue testing and impact toughness testing at elevated temperatures. Material service degradation as an effect of microstructural evolution is investigated by ageing of some test specimens before testing. Microscopy is used to investigate the connection between the mechanical behaviour and the microstructural deformation- and damage mechanisms of the austenitic stainless steels after testing.

The results show that creep-fatigue interaction damage, creep damage and oxidation assisted cracking are present during high temperature cyclic conditions. In addition, ageing results in a less favourable microstructural configuration which negatively affects the resistance to high temperature damage mechanisms. An example of this is the lowering of impact toughness due to precipitation and coarsening of detrimental phases of some aged austenitic stainless steels. Moreover, TMF testing of aged austenitic stainless steels induce oxidation assisted cracking and an embrittling effect that cause significant cyclic life decrease. The creep-fatigue interaction behaviour during dwell-fatigue testing of two austenitic stainless steels generates various crack propagation characteristics. The higher alloyed material shows interchanging intra- and intergranular propagation with dynamic recrystallization, while the lower alloyed material shows propagation exclusively along the grain boundaries by the assistance of fatigue induced slip bands interaction with grain boundary precipitates.

The research of this thesis provides a deeper understanding of the structural integrity, deformation mechanisms, damage mechanisms and fracture mechanisms during high temperature cyclic conditions of austenitic stainless steels. Long term, this is believed to contribute to development of suitable materials used as components of future biomass-fired power plants to achieve sustainable power generation.

Abstract [sv]

På grund av den ökande globala energikonsumtionen tillsammans med globaluppvärmning från växthusgasutsläpp, finns det ett behov av miljövänlig hållbar energiproduktion. Genom att öka tryck och temperatur hos biomassaeldade kraftverkens ångpannor kan energiproduktionen effektiviseras, vilket skulle bidra till både minskning av biogasutsläpp och ökad energiproduktion. Energiproduktionens flexibilitet har även blivit allt viktigare till följd av en mer osäker energimarknad innehållande ökande miljövänliga alternativ, som till exempel vind- och solenergi, med varierande utgående effekt beroende på väderomställningar. Detta innebär ett ändrat drifttillstånd i form av flera uppstarter och nedstängningar för biomassaeldade kraftverken som delvis kommer användas som uppbackningsalternativ.

De ökande kraven på biomassaeldade kraftverkens flexibilitet, temperatur och tryck ger ökande krav på de mekaniska egenskaperna hos materialen  som används för kritiska komponenter. Detta innefattar motstånd till termomekanisk utmattning, högtemperaturkorrosion, kryp och bibehållen strukturell integritet. Höglegerade austenitiska rostfria stål har visat potential att uppnå dessa krav och är dessutom billigare än andra alternativ som till exempel nickelbaserade superlegeringar som vanligtvis används för andra högtemperatursapplikationer med cyklisk drift. Dock har det inte helt utretts hur austenitiska rostfria stål beter sig vid cyklisk drift med förhöjd tryck och temperatur.

Forskningen i denna doktorsavhandling behandlar austenitiska rostfria ståls mekaniska och mikrostrukturella beteende under cykliska driftförhållanden vid hög temperatur. Detta undersöks med hjälp av termomekanisk utmattningsprovning, slagseghetsprovning och utmattningsprovning med hålltid. En del av provstavarna åldras innan mekanisk provning för att undersöka påverkan av mikrostrukturell utveckling över tid. Mikroskopi används för att undersöka kopplingen mellan de mekaniska egenskaperna och de mikrostrukturella deformations- och skademekanismerna.

De mekaniska och mikroskopiska undersökningarna tyder på att krypskador, interaktion mellan utmattning och kryp och oxidationsassisterad sprickbildning negativt påverkar livslängden för austenitiska rostfria stål under cykliskdrift vid hög temperatur. Åldring innan provning förändrar mikrostrukturens ursprungliga konfiguration vilket resulterar i minskat skydd mot livsreducerande deformations- och skademekanismer. Höglegerade austenitiska rostfria stål visar sig ha bättre högtemperatursbeteende jämfört med andra austenitiska legeringar på grund av dess förstärkta mikrostruktur som ökar motståndet för oxidation, kryp och plastisk deformation.

Sammanfattningsvis har denna forskning resulterat i ökad förståelse för det mekaniska och mikrostrukturella beteendet hos austenitiska rostfria stål under cyklisk drift vid hög temperatur. Långsiktigt kommer detta bidra till förbättrad utveckling av högpresterande material för biomassaeldade kraftverk, vilket gagnar övergången till en mer hållbar framtida energiproduktion.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2021. s. 60
Serie
Linköping Studies in Science and Technology. Dissertations, ISSN 0345-7524 ; 2140
Nationell ämneskategori
Metallurgi och metalliska material
Identifikatorer
urn:nbn:se:liu:diva-175668 (URN)10.3384/diss.diva-175668 (DOI)9789179296667 (ISBN)
Disputation
2021-06-09, ACAS, A-building, Campus Valla, Linköping, 10:15 (Engelska)
Opponent
Handledare
Projekt
KME701KME801
Forskningsfinansiär
Energimyndigheten, KME701Energimyndigheten, KME801
Anmärkning

Additional funding agencies: AB Sandvik Materials Technology in Sandviken (Sweden), Sandvik Heating Technology AB in Hallstahammar(Sweden)

Tillgänglig från: 2021-05-21 Skapad: 2021-05-14 Senast uppdaterad: 2021-05-21Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltext

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Wärner, HugoCalmunger, MattiasChai, GuocaiJohansson, StenMoverare, Johan
Av organisationen
KonstruktionsmaterialTekniska fakulteten
Annan materialteknik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
urn-nbn
Totalt: 53 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf