La presente attività, svolta nell’ambito del progetto EVINGEN/sottoprogetto GENIN è rivolta allo studio e valutazione dei materiali candidati all’impiego in componenti di impianti operanti in cicli ultrasupercritici (USC), affrontando specificamente i seguenti aspetti: – prestazioni meccaniche (con particolare riferimento alle saldature), e stabilità microstrutturale dei materiali; – resistenza dei materiali a corrosione in ambiente acqua vapore, in ambiente di combustione e resistenza all’erosione da particolato solido; – chimica del ciclo acqua-vapore in condizioni USC (con realizzazione del circuito sperimentale CORCHIM) e sperimentazione sui materiali di potenziale interesse; – analisi degli aspetti normativi e dei criteri progettuali per l’impiego di materiali innovativi; analisi delle metodologie di valutazione del consumo di vita. In continuità con l’attività svolta nel 2000 la valutazione delle prestazioni meccaniche è stata principalmente incentrata su acciai ferritici innovativi e su superleghe di nichel. Nell’ambito degli acciai ferritici innovativi destinati all’impiego in collettori e tubazioni di vapore, è stata portata a termine nel 1° semestre 2001 la caratterizzazione meccanica a fatica oligociclica (LCF) con lungo Hold Time (HT) sugli acciai P92 ed E911; analoga sperimentazione è tuttora in corso su un acciaio ferritico fuso innovativo al 10 Cr con basso tenore di azoto destinato all’impiego per casse e valvole di turbina. Nell’ambito della partecipazione del CESI al Thematic Network Europeo ECCC WG 3.5 “Nickel Superalloys” è stata completata la sperimentazione a creep sulla superlega IN617 sia sul materiale base che sul saldato, ed è in svolgimento la sperimentazione sullo stesso materiale, saldato ed invecchiato. Sono inoltre proseguite le prove di creep e d’ invecchiamento (con valutazione della resilienza e delle modalità di frattura) su acciai ferritici innovativi e superleghe di Ni innovative nell’ambito della partecipazione al progetto Thermie USC700-SGBM. Per la valutazione della resistenza ad ossidazione dei materiali, la sperimentazione ha interessato sia acciai ferritici (con l’inserimento di un acciaio ferritico fuso per turbina), che gli austenitici e le superleghe di Ni. Allo scopo di valutare l’insorgenza del fenomeno della scagliatura dell’ossido, sono proseguite le prove in vapore surriscaldato condizionato in AVT avviate nel 2000 /3/ in modo da accumulare 2000÷3000 ore di esposizione a 650 °C. E’ stato completato nel 1° semestre 2001 un secondo ciclo di 1000 ore di ossidazione e si sono registrate le variazioni gravimetriche sui campioni esposti in prova. Sia per le attività di valutazione delle prestazioni meccaniche, che di resistenza ad ossidazione/corrosione, sono in corso contatti a livello europeo per il reperimento di ulteriori materiali significativi candidati all’impiego in cicli

USC: al riguardo è prevista nel 2° semestre la disponibilità di acciai ferritici innovativi ad alto Cr (11%) indirizzati all’impiego in caldaia fino a 650°C, di acciai saldati P23/P91 e di acciai austenitici innovativi su cui avviare ulteriori indagini. Per quanto riguarda la resistenza all’erosione da particolato solido in componenti per cicli USC, sono state definite le modifiche da apportare al sistema sperimentale di erosione da particolato solido ed i materiali erosivi da impiegare in prova. La temperatura di prova è stata fissata nell’intervallo 600°C ÷ 650°C; sono inoltre stati definiti gli angoli d’impatto del getto erosivo sul campione, mentre la velocità di prova. sarà ottenuta sulla base di alcune prove eseguite alla temperatura scelta mediante l’ausilio di un sistema costituito da una coppia di cerchi rotanti ove il superiore dei due è dotato di un’opportuna fenditura di lunghezza nota. Il danno sarà valutato come la massima profondità dell’impronta prodotta dall’impatto con la polvere erosiva sulla superficie del campione, utilizzando un profilometro Talysurf 6. I materiali con cui saranno realizzati i campioni di prova saranno i seguenti: AISI403, AISI410, AISI416, Phi17-4, Phi15-7, Phi17-7 Waspaloy e IN738 Per lo studio della chimica del ciclo acqua-vapore in ambiente USC ci si è basati, a causa della limitata disponibilità di riferimenti bibliografici specifici, sulle esperienze già consolidate ed acquisite in impianti sotto- e super-critici, tenendo presente che le principali criticità, conseguenti alle maggiori temperature in gioco, potranno derivare: – dalle più elevate cinetiche di accrescimento degli ossidi superficiali per ossidazione diretta o per trasporto, – dalla degradazione dell’acqua stessa o delle sostanze chimiche di condizionamento, – dall’influenza di impurezze sia sull’aggressività dell’acqua che sulla tendenza a formare depositi. La scelta dei condizionamenti chimici è quindi caduta su quelli ad alcalinizzante volatile (ammoniaca) in presenza di piccole quantità di idrazina (trattamento AVT) o di ossigeno (trattamento OT). Il programma prevede, pertanto, la realizzazione di un’apposita infrastruttura sperimentale necessaria per simulare queste condizioni chimiche (circuito Corchim), la cui progettazione è descritta nel presente rapporto e comprende le specifiche per i componenti principali (sezione di prova, caldaia elettrica e scambiatori principali). Parallelamente è stata avviata la realizzazione dei componenti meccanici in Inconel 625 per la costruzione dei componenti principali. È inoltre stata avviata la realizzazione degli scambiatori utilizzati per il prelievo chimico e la sezione di prova utilizzata nelle prove della chimica del vapore. Con riferimento alla parte di circuito relativa al trattamento chimico dell’acqua circolante, è stato recuperato ed è in corso di ripristino un circuito esistente che si adatta perfettamente alle esigenze del circuito Corchim. E’ stata definita la sperimentazione da avviare nel 2001 con prosecuzione negli anni successivi sul circuito Corchim, sia per quanto riguarda lo studio del degrado dell’ammoniaca, che lo studio della resistenza all’ossidazione sui materiali.