NOVI MATERIJALI ZA KOTLOVE – NOVI IZAZOVI ZA INŽENJERE ODRŽAVANJA

Karakteristike materijala koje se uzimaju u 

obzir pri projektovanju – juče i danas 

Uobičajen pristup pri projektovanju nekada 

u obzir se uzimaju karakteristike materijala koje se odnose na: 

• Svojstva otpornosti – čvrstoću na sobnoj i povišenim 

temperaturama, vremensku čvrstoću na povišenoj temperaturi, 

dinamičku čvrstoću i svojstva deformacije. 

•Uticaj korozije (uniformne) se uzima u obzir preko koeficijenata 

sigurnosti – dodataka za koroziju, koji su specificirani u normama 

za datu grejnu površinu bez obzira na to koji je materijal u pitanju, 

i direktno su uvršćeni u usvojenu debljinu zida, 

• Neki od ovih koeficijenata su određeni iskustveno, a neki 

izračunati za usvojenu brzinu korozije (opet opštu, uniformnu 

koroziju).



Uobičajen pristup pri konstruisanju nekada 

u obzir nisu uzete karakteristike materijala koje se odnose na: 

•Kvalitet t isporučene č opreme i varijacije u hemijskom sastavu i 

mikrostrukturi koji se direktno odražavaju na osetljivost prema 

lokalnoj koroziji 

• Lokalne korozione procese koji mogu da se jave kod nekog 

postrojenja 

• Saznanje da brzina lokalne korozije nije konstantna već 

promenljiva veličina i da njena promena značajno zavisi i od 

promene temperature – neki materijal može da bude pogodan sa 

aspekta korozije za rad na nekoj temperaturi, a vrlo osetljiv prema 

koroziji za rad na višoj temperaturi pri istom kvalitetu radnog fluida.



Problem je stoga premešten na održavaoce opreme: 

• ulazna kontrola materijala 

•praćenje svih relevantnih parametara koji utiču na pojavu 

korozije 

•uočavanje slabih mesta 

• provere na licu mesta – kontrolni uzorci 

• kontrola u redovnim vremenskim intervalima

Karakteristike tik materijala koje se uzimaju u 


Filozofija projektovanja promenjena 

Uslov primene novih materijala za rad na USK parametrima 

ne podrazumeva samo poznavanje njihovih vremenskih 

osobina i otpornost na termički zamor, već i saznanja koja se 

tiču njihove: 

• otpornosti na gasnu koroziju i eroziju, 

• otpornosti na koroziju sa vodeno – parne strane, 

• otpornosti na ljuspanje oksida, 

• zavarljivosti, 

• fabrikacije, i 

• mogućnosti da se na njih nanese prevlaka.

Šta treba znati o novim materijalima 

• Kiič Kritične komponente kotlova SK i USK su: parovod sveže 

pare, kolektori, pregrejači pare i isparivačke cevi. 

• Sve ove komponente, zbog visoke radne temperature 

pare, treba da se odlikuju visokom o čvrstoćom soćo na puzanje. 

• Parovodi i kolektori, kao masivne komponente, su izložene 

zamoru koji je indukovan ne samo mehaničkim nego i 

termičkim naponima. 

• Za izradu ovih elemenata prednost obično imaju feritni / 

martenzitni čelici zbog malog koeficijenta termičkog širenja i 

bolje termičke provodljivosti u poređenju sa austenitnim 

čelicima. 

• Opsežna istraživanja su rezultovala l izradom novih feritnih 

ih 

čelika koji mogu da budu izloženi zagrevanju i radu na 

temperaturama metala do 620 o C a da se istovremeno 

odlikuju dobrom zavarljivošću i žilavosti loma.


• Cevni sistem PP i MP kod USK postrojenja treba da se odlikuje: 

visokom čvrstoćom na puzanje, dobrom zamornom čvrstoćom u 

uslovima delovanja termičkih napona, zavarljivošću, otpornošću 

na koroziju / eroziju sa gasne strane, otpornošću na oksidaciju sa 

parne strane i ljuspanje oksida. 

• Kod navedenih grejnih površina još uvek postoje ograničenja u 

maksimalnoj temperaturi metala od ~593 o C (odgovara T pare 

od ~565 o C) zbog izrazite korozije metala sa gasne strane. 

• Prema podacima iz Amerike, prisutna je veoma izražena korozija 

feritnih čelika sa gasne strane tamo gde se koristi ugalj sa 

visokim sadržajem sumpora. 

• Stoga se feritni čelik visoke čvrstoće kao što je npr. T91 široko 

ne upotrebljava. Uobičajena je praksa da se u TE postrojenjima 

koristi čelik T22 za niže temperature, a SS304H ili SS347 za više 

temperature


• Kod isparivačkih i cevi problem je kompleksniji. 

k • S jedne strane, visoki super kritični pritisci i upotreba 

ložišta u kojima se oslobađa velika količina toplote toliko 

podižu temperaturu u zida metala a da npr. nisko legirani čelik 

T11 (1.25Cr0.5Mo) dobrih karakteristika i dobre 

zavarljivosti ne može da se koristi zbog nedovoljne 

čvrstoće na puzanje. 

• Svakako, na raspolaganju je čelik T91 ali kod njega mora 

da se primenjuje naknadna termička obrada. Drugi 

problem je ekstenzivna korozija nisko legiranih čelika kod 

kotlova sa modernim sistemom gorionika i malom 

emisijom NOx - brzina gasne korozije je dostigla enormnu 

vrednost od 2 mm/god. 

• Rešenje problema leži u upotrebi zavarljivih legura visoke 

čvrstoće koje će biti zaštićene navarivanjem legurama sa 

visokim sadržajem hroma.


Interesantno je istaći da se paralelno sa razvojem novih materijala, 

veliki napori ulažu i za razvoj materijala zaštitnih prevlaka koje će 

da obezbede dovoljnu otpornost prema koroziji, primenom različitih 

metoda nanošenja, kao što su: 

• navarivanje, 

• difuziono prevlačenje, 

• lasersko nanošenje prevlaka


U duhu veoma oštrih zahteva koji se postavljaju pred materijale koji 

treba da rade u ulovima USK parametara razvijene su brojne nove 

legure: 

• čelici sa feritnom (martenzitnom) osnovom (9-12%Cr, SKK) 

• čelici sa austenitnom osnovom 

•visoko legirane legure na bazi nikla.

Feritni čelici 

Razvoj 4 generacije feritnih čelika za termoenergetska postrojenja 

Gener. godina modifikacija 

legure 

1. 1960-70. Dodatak Mo, 

Nb, V čelicima 

12Cr i 9CrMo 

2. 1970-85. Optimizacija 

sadržaja dž C, Nb, 

V 

3. 1985-95. Delimična 

zamena Mo (W) 

4. do danas Porast sadržaja 

W i dodatak Co 

R-10 5 h,MPa 

na 600 o C 

Primer 

legura 

60 EM12, HCM9M, 

HT9, F9, HT91 

Max temp. 

metala, o C* 

565 

100 HCM12, T91, 593 

HCM2S 

140 P-92, P-122, 

P-911 (NF616, 

HCM12A) 

620 

180 NF12, SAVE12 650 

* bazirano na 100 MPa/10 5 h


• Feritni i čelici i se uglavnom koriste za izradu debelo zidih 

komponenti kao što su parovodi i kolektori. 

• Danas najpoznatiji (najatraktivniji?) čelik sa 9%Cr – T/P91 se 

upotrebljava a u termoelektranama e a a superkritičnih č parametara a a a 

do 593 °C kao materijal za kolektore, parovode i pregrejače 

pare. 

• Čelik NF616 (P92) predstavlja naprednu varijantu čelika P91 

jer je kod njega izvestan udeo Mo (0.5%) zamenjen W 

(1.8%) čime su povećane mehaničke osobine a time i radne 

temperature (do 620 °C) sa aspekta puzanja. 

• Čelik E911 koji je razvijen u Evropi je sličnog sastava kao 

NF616 sa sličnim karakteristikama, uključujući i oksidaciju i 

koroziju sa gasne strane - utiču na ograničenost primene.


• U Evropi se dosta koristi i čelik HT91 iz kategorije 12% Cr 

čelika za izradu cevi, kolektora i parovoda, dok je u Americi i 

Japanu njegova primena dosta ograničena zbog loše 

zavarljivosti. 

• HCM12 je poboljšana verzija HT91 sa dodatkom Mo i W od 

po 1 %, sa poboljšanom zavarljivošću i čvrstoćom na 

puzanje. 

• Dalji porast u čvrstoći na puzanje je postignut dopunskim 

smanjenjem Mo (0.4%) i povećanjem sadržaja W (2%) uz 

dodatak Cu (1%) kod čelika HCM12A (P122) koji se koristi 

za izradu kolektora i parovoda na temperaturama do 620 o C. 

Mogućnosti ovog čelika su slične kao kod P92 ali sa nešto 

boljom otpornošću ka oksidaciji sa parne strane zbog nešto 

većeg sadržaja hroma.


• Praksa je pokazala da je vek feritnih čelika, posebno 

P91, E911 i NF616 determinisan ne čvrstoćom na 

puzanje već oksidacionim o osobinama a koje su funkcija 

sastava čelika. 

• Elementi koji određuju oksidacione osobine su Cr, Si, Mn i 

Mo, a pošto su njihovi sadržaji različiti, jasno je ovi čelici 

imaju različitu otpornost na oksidaciju. 

• Tokom eksploatacije dolazi do smanjenja otpornosti ka 

oksidaciji što je povezano sa promenom koncentracije ovih 

elemenata u površinskim slojevima metala, tako da onog 

trenutka kada njihov sadržaj padne ispod kritičnog nivoa, 

materijal gubi svoju otpornost na oksidaciju – istraživanja su 

danas usmerena na gubitak otpornosti prema oksidaciji u 

različitim radnim uslovima (pritisak, temperatura, radna 

sredina).

Austenitni čelici 

• 70-tih i početkom 80-tih godina prošloga veka - istraživanja u 

cilju poboljšanja čvrstoće na puzanje čelika klase 18Cr-8Ni. 

• 80-tih i početkom č 90-tih godina prošloga veka istraživanja u 

cilju poboljšanja čvrstoće na puzanje čelika serije 20-25Cr jer 

se odlikuju superiornom otpornošću na oksidaciju i koroziju. 

• Intenzivan razvoj u oblasti austenitnih čelika je usledio i zbog 

toga što je primena feritnih čelika u kotlovskoj industriji 

ograničena sa aspekta radne temperature metala (593 

°C, odnosno 620 o C) i oksidacije. 

• U Americi se kod konvencionalnih termoenergetskih 

postrojenja koriste austenitni čelici SS304H i SS347 umesto 

T91 za izradu PP zbog bolje zavarljivosti, s tim što je i razlika u 

ceni relativno mala.

Austenitni čelici 

• Za izradu PP i MP koriste se 4 kategorije austenitnih ih čelika 

koje su razvrstane prema sadržaju hroma: 1 - 15Cr, 2 - 

18Cr, 3 - 20-25Cr i 4 - sa većim sadržajem Cr. 

• Razvoj austenitnih nerđajućih čelika a je bio zasnovan a na 

• dodavanju Ti i Nb u cilju stabilizacije austenita sa aspekta 

korozije; 

• njihovom smanjenju (destabilizaciji) u cilju povećanja čvrstoće 

na puzanje (a ne korozione otpornosti) uz dodatak Cu, koji 

doprinosi taložnom ojačavanju, i modifikaciju termičke obrade. 

• Kasnije, istraživanja su se opet usmerila na stabilizaciju 

austenita dodatkom 0.2%N kao i dodatkom W u cilju 

ojačavanja čvrstog rastvora i povećanja čvrstoće na puzanje. 

• Najveća čvrstoća na puzanje je postignuta kod austenitnog 

nerđajućeg čelika SAVE25, ali je prema nekim podacima 

njegova otpornost sa gasne strane kontraverzna.

Materijali za parovode i kolektore 

Vremenska čvrstoća nekih materijala 

za parovode i kolektore

Materijali za cevi PP i MP 

Vremenska čvrstoća nekih materijala za 

pregrejačke/međupregrejačke cevi

Materijali za isparivačke cevi 

Vremenska čvrstoća nekih materijala 

za isparivačke cevi

Materijali za isparivačke cevi

Gasna korozija modernih TE 

• Gasna korozija je rezultat prisustva rastopljenog 

Na-K-Fe trisulfata i ekstremno je izražena kod 

martenzitnih čelika. 

• Otpornost ka gasnoj koroziji raste sa povećanjem 

sadržaja hroma u leguri. Koroziona otpornost je 

ekstremno povećana kada sadržaj hroma u leguri 

postane veći od 25%.


Pregrejači pare/ međupregrejači pare 

• Najnepovoljnija situacija se javlja između 600 i 750°C zato što su 

trisulfati u tom temperaturnom opsegu u tečnom stanju (ispod 600°C 

- čvrsto stanje, iznad 750°C - isparavanje 

• ovaj tip gasne korozije predstavlja kritičan problem kod 

PP/MP, posebno pri upotrebi uglja sa visokim sadržajem S, alkalija i 

hlorida 

• intenzivna gasna korozija je i razlog što se martenzitni čelik visoke 

čvrstoće, T-91, ne ugrađuje đ uvek u kotlove UK parametara. 

Pri navedenim uslovima dolazi do smanjenja sadržaja Cr u 

visoko legiranim čelicima bogatim hromom ⇒ smanjuje se 

njihova otpornost prema gasnoj koroziji i povećava gubitak 

materijala/ smanjuje se debljina zida cevi.


Šljaka bogata Na-K sulfatima 

Šljaka bogata P 2 O 5 Na-K pirosulfati P 2 O 5 

Na-Fe trisulfati 

Isparivač 

Cevi pregrejača pare 

EKO


Gubitak metala kod različitih čelika za pregrejače pare 

kod kotlova koji sagorevaju (a) američki istočni mrki 

ugalj; (b) američki zapadni mrki ugalj [19]


Isparivači 

• Radni uslovi, depozit i rezultujući korozioni mehanizmi kod 

isparivača su različiti od onih kod PP i MP. 

•Očekuje se da će aktivni mehanizam gasne korozije da bude 

proces sulfidizacije zbog H 2 S gasa ne-stehiometrijskog 

odnosa i 

depozita koji sadrži ugljenik i FeS. 

• Jedan od materijala, kandidata za izradu isparivača, je i 

martenzitni čelik visoke čvrstoće – T 91. Ograničavajući faktori za 

njegovu primenu su: 

•neophodnost izvođenja termičke obrade posle zavarivanja 

•gasna korozija

Oksidacija sa parne strane kod modernih TE 

• Jedan od glavnih limitirajućih faktora za upotrebu modernih 

materijala za rad na SK i USK parametrima je njihova sklonost 

ka oksidaciji sa parne strane. 

• Problemi zbog oksidacije sa parne strane se javljaju i kod TE 

postrojenja podkritičnih parametara, ali ne u tako velikoj meri 

kao kod postrojenja SK parametara 

• Koroziono ponašanje materijala sa parne strane na veoma 

visokim temperaturama se ogleda u ekstremnom povećanju 

debljine oksidnog sloja koji se stvara


Sa porastom temperature, , oksidni film se stvara većom 

brzinom i raste do velikih debljina sa vremenom, dovodeći do: 

• smanjenja debljine zida komponente što kao posledicu ima 

povećanje napona u zidu cevi i mogući lom usled puzanja 

•povećanja debljine izolatora (oksidni sloj) sa parne strane 

koji, zbog niskog koeficijenta toplotne provodljivosti, dovodi do 

porasta temperature metala – potencijalno povećanje korozije i 

brzine puzanja sa gasne strane 

• olakšane pojave ljuspanja oksidnog sloja velike debljine pri 

zaustavljanju postrojenja – pri startovanju postrojenja 

komadići oksida mogu da se istalože u sistemu izazivajući 

začepljenje č j cevi ili da dospeju u turbinu gde će da provociraju 

značajnu eroziju turbinskih komponenti.


1.00 

593 o C 

650 o C 

1.00 

075 0.75 

0.75 

Debljina oksid dnog sloja, mm 

0.50 

0.25 

idnog sloja, mm 

Debljina oks 

0.50 

0.25 

0.00 

1 god. 10god. 

0.00 

1 god. 10 god. 

Izračunata debljina oksidnog sloja feritnih čelika sa strane pare na 593 

oC i 650 oC za period od 10 godina; brojevi u dijagramu t=650 °C 

predstavljaju odnos debljina oksidnog sloja;uticaj Cr postaje izražen 

tek na 650 °C [3,10]

Umesto zaključka 

Kod TE postrojenja podkritičnih parametara osnovni eksploatacioni 

problemi, kojima je moglo u značajnoj meri i da se upravlja, su bili: 

• puzanje materijala 

• posebno izražena EH korozija sa vodeno – parne strane 

• korozija sa gasne strane 

Kod TE postrojenja SK i USK parametara svi eksploatacioni 

problemi se premeštaju u resore 

• korozije sa gasne strane 

• korozije sa parne strane 

• zavarivanja o kojem u ovom predavanju nije bilo reči

MAŠINSKI 

FAKULTET 

UNIVERZITETA 

U 

BEOGRADU 

Kraljice Marije 16 

11000 Beograd 

Srbija 

vsijacki@mas.bg.ac.yu 

HVALA NA PAŽNJI

NOVI MATERIJALI ZA KOTLOVE – NOVI IZAZOVI ZA INŽENJERE ODRŽAVANJA

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?