La ricerca GENIN è finalizzata allo studio delle più rilevanti tecnologie innovative di generazione di energia. Essa è suddivisa in tematiche orientate rispettivamente allo studio di cicli ultra super critici a vapore (USC, tematica 1), di cicli combinati a combustione esterna (EFCC, tematica 2), di turbine a gas ultraefficienti e pulite (tematica 3), del ciclo dell’idrogeno e conversione diretta dell’energia (tematica 4). La presente attività, svolta nell’ambito della tematica 1 della ricerca GENIN, è rivolta allo studio ed alla valutazione dei materiali candidati all’impiego nei componenti più critici (caldaia e turbina a vapore) di impianti operanti con cicli USC. La valutazione di tali materiali comprende, specificatamente, la verifica, mediante opportune campagne di prove sperimentali, dei target previsti di resistenza meccanica e di resistenza alla corrosione (in particolare da gas, prodotti di combustione e acqua/vapore). Sono state prese in considerazione tre principali classi di materiali: – acciai ferritici, – acciai inossidabili, – superleghe di nichel, idonee, nell’ordine, ad impieghi a temperature crescenti, ma caratterizzate anche da costi altrettanto crescenti. Sono stati vagliati, entro le classi suddette, i materiali attualmente oggetto di progetti internazionali di ricerca, con particolare riferimento ai programmi europei (Progetto Thermie “Advanced 700C PF Power Plant”, New COST 522 Action, European Collaborative Creep Committee ECCC, Progetto nazionale tedesco MARCKO (“Materialrealisierung CO2-Armes Kohlerkraftwerk”), oltre che americani (progetti dell’ Electric Power Research Institute EPRI e del Departement of Energy DoE) e giapponesi (relativamente a studi coordinati da Electric Power Development Co. EPDC). Per gli acciai ferritici, è stata impostata ed avviata una campagna di prove di fatica oligociclica con lungo Hold Time su P92 ed E911, ad integrazione dei dati sperimentali precedentemente acquisiti relativi a prove senza Hold Time; in particolare, nell’ambito della presente attività, sono state effettuate prove, a 600°C (che rappresenta la temperatura tipica di applicazione di questi acciai), con “strain rate” di 5,0E-4 s-1, e “hold-time” di durata compresa tra 30 e 180 min. Sono stati inoltre attivati contatti con il Centro Sviluppo Materiali (CSM) di Roma per il reperimento di materiali innovativi, quali l’acciaio per rotore di turbina FB2 Mod (9Cr1.5Mo1.3Co0.008B) e l’acciaio per cassa turbina CB11 (11Cr3Co0.4W0.012B). Per gli acciai austenitici le prove verranno avviate sull’acciaio AISI 347, anche di tipo a grano fine, e sono corso contatti per il reperimento dell’acciaio AISI Super 304H. Per le superleghe di nichel la scelta dei materiali da sottoporre a verifica sperimentale è orientata sulle superleghe Nimonic 263 e IN 617. Nell’ambito della presente attività, CESI ha inoltre partecipato ai progetti finanziati dalla UE all’interno del 4°PQ:

– Brite-LICON “A methodology for life prediction and condition assessment for welds of refurbishhed and new steam cycles plants”, – Thermie – USC700 “Advanced (700 C) PF Power Plant (Sub Group Boiler Materials SGBM)”. In particolare in LICON si sono concluse le prove di caratterizzazione sugli acciai P92 ed E911 anche in condizioni “saldate”, forniti da alcuni partner; sono state effettuate prove di creep uniassiale (su provini standard ed intagliati), ed è in corso l’ultima prova di tenso-torsione. In USC700-SGBM sono proseguite le prove di creep per la caratterizzazione dei materiali innovativi avuti da alcuni altri partner sia sugli acciai ferritici che sulle leghe di nichel; per i ferritici si sono condotte prove su 5 colate sperimentali evidenziando in particolare che uno degli acciai considerati (indicato con A8N3) ha prestazioni inferiori ai target previsti. Per le leghe di nichel sono proseguite, sulle leghe Alloy 4020 e Nimonic 263, le prove di creep e quelle di invecchiamento a 750°C che hanno raggiunto 6.800 ore; dopo 3.000 ore di invecchiamento una parte di materiale è stata sottoposta a prove di resilienza; dall’esame visivo delle superfici di frattura è stato evidenziato che nell’Alloy 4020 sono presenti soffiature tali da far considerare il materiale fornito non idoneo per il progetto. A tal proposito sono stati informati i coordinatori europei che hanno sospeso le prove in corso e sostituiranno il materiale con un altro denominato Alloy 4020 “pulito”. Per una migliore valorizzazione delle attività si sono inoltre intraprese le necessarie azioni per un inserimento attivo del CESI nell’azione COST 522 “Power Plant in the 21st Century: Ultra Efficient, Low Emission Plant: Working Group Steam Power Plant (SPP)” predisponendo due specifici progetti, concertati con altri operatori italiani del settore (in particolare con il Centro Sviluppo Materiali di Roma), finalizzati a rendere più efficace la partecipazione italiana al COST 522. In dettaglio i progetti proposti sono: “Corrosion & creep behaviour of advanced materials for boiler components of high temperature steam power plants“ e “Mechanical & oxidation testing of advanced materials for high temperature steam turbine“.