Stress Corrosion Cracking on geothermal turbine blades made of nickel-based superalloy

Geothermal power plants provide a particularly competitive alternative to other renewable energy sources, owing to their ability to ensure continuous energy production with low environmental impact and independence from climatic factors. However, the critical operating conditions, both mechanical and environmental, demand a careful analysis and selection of materials, especially for highly stressed components such as turbine rotors. These elements are exposed to high temperatures, severe mechanical loading, and aggressive chemical species that can promote severe degradation phenomena, including erosion-corrosion and stress corrosion cracking. This study, developed within the framework of a failure analysis, compares the corrosion behaviour of turbine rotor blades manufactured from nickel-based superalloys 718 and 725 after service in a geothermal environment. Samples were extracted from steam turbine stages operating under the most corrosive conditions, specifically in the dew-point region. The analyses allowed the identification of the corrosion mechanisms affecting the nickel-based superalloys and provided insights into the relationship between crack propagation and the material microstructure.

Gli impianti geotermici offrono un’alternativa particolarmente competitiva rispetto ad altre fonti rinnovabili, grazie alle loro capacità di garantire una produzione di energia continua, a basso impatto ambientale e indipendente dai fattori climatici. Tuttavia, le condizioni operative critiche, sia dal punto di vista meccanico sia ambientale, richiedono un’approfondita analisi e selezione dei materiali utilizzati, con particolare riguardo a componenti più sollecitate come i rotori di turbina. Tali elementi sono soggetti ad alte temperature, elevate sollecitazioni e sono a contatto con specie chimiche aggressive che possono indurre fenomeni di severa corrosione, come corrosione-erosione e stress corrosion cracking. Questo studio, frutto di una failure analysis, confronta il comportamento a corrosione di palette rotoriche in superleghe di nichel 718 e 725 che hanno esercito in ambiente geotermico. I campioni sono stati prelevati dagli stadi di turbina a vapore sottoposti alle condizioni operative più corrosive, dove si ha il raggiungimento del punto di rugiada. Le analisi condotte hanno permesso di identificare i meccanismi di corrosione coinvolti sulle superleghe di nickel e di approfondire la relazione tra la propagazione delle cricche e la microstruttura del materiale.